第十二章：组播 — RPF和PIM-DM

12.5.3 RPF

RPF(Reverse Path Forwarding, 反向路径转发)为组播路由协议的一个防环机制，防环原理是保证组播报文从正确的接口到达。运作过程：当RPF接口收到组播报文时，会利用单播路由对组播报文的源IP地址进行检查，查询本地到达此IP地址的单播路由，如果单播路由的出接口和组播报文到达的接口不一致，那就意味着RPF检查不通过，组播报文会被丢弃。

在SPT中，路由器在进行SPT检查时，使用的是组播报文的源IP地址，也就是组播源的IP地址；在RPT中，使用的是RP的地址，因为在RPT中RP是RPT的树根。

12.5.4 PIM概述

PiM(Protocol Independent Multicast, 协议无关组播)是目前使用最广泛的域内组播路由协议。目前PIM有两个版本，PIMv1几乎已经不用了，主要使用的是PIMv2版本，以下介绍的也都是PIMv2。

PIMv2依赖设备的单播路由表，之所以叫“协议无关”，是因为PIMv2并不关注设备运行的是哪些单播路由协议，OSPF、ISIS、RIP、BGP甚至静态路由都能为PIM提供服务。

PIM主要存在两种工作模式：密集模式（Dense Mode）以及稀疏模式（Sparse Mode）。

12.6 PIM-DM

密集模式适用于组播接受者比较密集的紧凑型网络，PIM-DM开始用作后，初始情况下会将形成的组播分发树覆盖全网（PIM-DM使用的是SPT），这样会造成并没有组播接收者的分支也收到了组播流量，此时不需要这些组播流量的网络设备采用一种剪枝（Prune）的方式将自己从组播分发树上剪除。如果后来

上图中，全网的路由器都激活了PIM-DM，当组播源开始向239.1.1.56发送组播流量时，R1收到组播流量后，在完成RPF检查后，会将组播流量从除过上游的接口之外的所有存在PIM邻居的接口发出，R2、R3、R4的行为也和R1的行为一致。但R3并不需要这些组播流量，所以会发起一个剪枝过程，将自己从SPT上剪除。但如果R3下联的网络中出现了239.1.1.56的组播接受者，R3会立即发起嫁接（Graft）动作，将自己所在的分支嫁接到SPT上，从而获取对应的组播流量。

由此可以看出，PIM-DM更适用于网络规模小、组播接收者分布比较密集的网络。

12.6.1 协议报文

12.6.2 邻居关系

激活PIM后，接口会周期性的发送PIM Hello报文，Hello报文的的源IP地址为本接口的IP地址，目的IP地址为PIMv2路由器的组播IP地址（224.0.0.13）。缺省间隔为30s，可以通过pim timer hello命令修改。PIM Hello报文的作用包括邻居关系建立和维护、DR的选举。

路由器发现PIM邻居后，会启动一个计时器，计时器的值为对方PIM Hello报文中携带的Holdtime，缺省为105s，计时器会在收到该邻居发送的PIM Hello报文时刷新，计时器超时后，该邻居会被立即删除。Holdtime可通过pim hello-option holdtime命令修改。

12.6.3 扩散过程

在上图中，网络中所有的路由器运行着OSPF，R2和R4在其连接PC 的接口上激活了IGMPv2，最后在路由器的相关接口上激活了PIM-DM。

这时组播源10.1.1.1以239.1.1.15发送组播报文，R1收到后，首先会进行RPF检查，检查通过后会在PIM表项中创建一个（10.1.1.1，239.1.1.15）表项，并将GE2/0/0设指定为上游接口，将除过GE2/0/0以外的连接PIM邻居的接口指定为下游接口。随后对组播报文进行拷贝，发往所有的下游接口。需要注意的是，R1并不会在每次组播报文到达时都进行RPF检查，而是在创建（10.1.1.1，239.1.1.15）表项后，在该表项中标记上游接口GE2/0/0，后续（10.1.1.1，239.1.1.15）的组播报文到达后，R1会先查询组播转发表，如果查到的对应接口和实际到达接口一致，组播报文就会被继续向下游转发出去。

R2收到组播报文后，也会和R1一样首先会进行RPF检查，然后为其创建（10.1.1.1，239.1.1.15）表项，在表项中标记GE0/0/0接口，指定上游接口和下游接口。在指定下游接口过程中，除了R1以外R2并没有发现其他的PIM邻居，但在本地的IGMP路由表中存在一条（*, 239.1.1.15）的表项，并且该表项的对应接口是GE0/0/1。于是R2将GE0/0/1接口添加到组播路由（10.1.1.1，239.1.1.15）的下游接口列表中，至此PC1就可以接收到239.1.1.15的组播流量了。

R4在接收到组播报文后，与R2的行为类似。

R3在接收到组播报文后，与R1的行为类似，在进行RPF检查，路由表项创建，指定上游接口和下游接口后，会将组播报文继续向下游接口转发。

12.6.4 剪枝过程

在上图中，R5的（10.1.1.1，239.1.1.15）的路由表项中并没有下游接口，所以它会向上游PIM邻居发送PIM剪枝报文，将自己从SPT上剪除。

上图是R5发送的剪枝报文，报文的源IP为连接上游PIM邻居接口的IP地址10.1.35.5，目的IP地址为224.0.0.13（PIM协议侦听地址）。R3收到剪枝报文后，会立即将这个下游接口从（10.1.1.1，239.1.1.15）表项中移除，并启动一个计时器，然后会继续向这个下游接口发送（10.1.1.1，239.1.1.15）组播流量。如果在计时器超时之前，R3再次收到了剪枝报文，那么计时器会被重置，此接口会保持移除状态。如果计时器在任何时候超时，剪枝状态会被取消，这个下游接口会被重新添加到（10.1.1.1，239.1.1.15）路由表项中。

对于R3而言，连接R5的接口被剪枝后，本地的（10.1.1.1，239.1.1.15）路由表项也没有下游接口，于是R3也会向上游PIM邻居R1发起剪枝动作，最终R1只会将（10.1.1.1，239.1.1.15）的组播流量发给R2和R4。

12.6.5 嫁接过程

由剪枝过程可以得知，当剪枝动作完成后，如果组播路由器又需要这个组播流量，会停止发送剪枝报文，计时器超时后剪枝状态会被取消，但时依靠这个机制是不现实的。在组播路由器在剪枝动作后，又需要这个组播流量，它将会主动发起嫁接动作。

嫁接过程：组播路由器会向上游PIM邻居发送PIM嫁接报文，目的IP地址为邻居的接口IP，报文中填充着组播路由表项（10.1.1.1，239.1.1.15），同时在本地接口启动一个嫁接计时器，缺省3s，在超时后如果没有收到PIM嫁接确认报文，会继续发送嫁接报文。

对于上游PIM路由器而言，在收到PIM嫁接报文后，根据报文中的路由表项，将这个下游接口添加到对应的组播路由表项中。

12.6.6 断言机制

上图中，路由器都运行PIM-DM，R2、R3、R4接入同一个二层交换机，PC为239.1.1.37的组播接收者。

在这个组播网络中，R4会收到分别来自R2和R3的两份相同的组播流量，断言机制可以避免这种问题的出现，断言机制被使用在PIM-DM和PIM-SM中，当路由器（S，G）的下游接口收到了（S，G）的组播流量时，断言机制会被触发，此时重复发送组播流量路由器之间会进行选举，胜出者继续发送对应的组播报文，选举失败的会停止转发对应组播的报文。

断言机制运行过程：R2在接口GE0/0/1收到了（10.1.1.1，239.1.1.37）报文，对其进行SPF检查，未通过，同时触发断言机制，R3同理。R2和R3都在本地的GE0/0/1发送断言报文进行比较，目的IP地址为224.1.1.13，报文中的PIM载荷有四部分：组播组地址、组播源地址、优先级、度量值。（优先级为到达组播源的单播路由优先级、度量值为2）。

比较依据：

优先级小优 —> 度量值小优 —> 接口IP地址小优

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