PIM 协议
组播协议体系
| 协议名称 | 核心特点 | 基础依赖 |
|---|---|---|
| DVMRP | 距离矢量组播 | 基于 RIP 协议 |
| MOSPF | 组播扩展 OSPF | 基于 OSPF 单播路由 |
| PIM（主流） | 协议无关组播 | 不依赖特定单播路由协议 |
PIM 核心基础架构
1. 网络角色链路
组播源→组播路由器（运行PIM）→IGMP组成员（接收端）
2. 协议模式分类
| 模式类型 | 英文全称 | 组地址类型 | 特点 |
|---|---|---|---|
| 密集模式 | Dense Mode (DM) | ASM（任意源） | 采用 “洪泛 + 剪枝”，适合成员密集网络 |
| 稀疏模式 | Sparse Mode (SM) | SSM（指定源） | 采用 “显式加入”，适合成员稀疏网络 |
3. 版本与封装信息
- 主流版本：PIMv2
- 组播地址：224.0.0.13
- 协议号：103
- 封装层级：IP 层
4. 核心路由表项（二元组）
| 表项类型 | 含义 | 作用 | 根节点 |
|---|---|---|---|
(S, G) | （源，组） | 用于建立 SPT（源树） | 以组播源为根 |
(*, G) | （任意源，组） | 用于建立 RPT（共享树） | 以 RP（汇聚点）为根（仅 SM 适用） |
PIM (DM)工作全流程
阶段一：邻居发现与基础选举
- 邻居发现：通过周期性发送 Hello 报文完成邻居识别，建立邻接关系。
- 关键参数
- 发送周期：30 秒；超时时间：105 秒
- DR Priority：DR（指定路由器）优先级，数值越大越优先
- Holdtime：邻居关系保持时间；LAN Delay：共享网段延迟
- 核心选举：完成 DR 选举（负责与组成员交互、转发组播流量）。
阶段二：组播分发树形成（核心机制）
1. 扩散机制（基础转发）
- 路由器收到组播报文 → 执行RPF（反向路径转发）检查→ 检查通过则创建
(S, G)表项 → 向所有下游接口扩散。
2. 断言机制（Assert）
- 触发场景：同一网段存在多个 PIM 路由器，避免重复转发。
- 选举规则：先比单播路由优先级（优者胜）；优先级相同，比路由器 IP 地址（大者胜）。
- 结果：胜出者继续转发，失败者在对应接口剪枝
(S, G)表项。 - 参数：Assert 等待时间：90 秒。
3. 剪枝机制（Prune）
- 触发场景：下游接口无组播组成员，停止接收无用流量。
- 操作：下游向上游发送 Prune 报文，请求停止转发。
- 关键参数：剪枝定时器 210 秒，超时后接口自动恢复转发能力。
4. 嫁接机制（Graft）
- 触发场景：新组成员加入，或被剪枝接口需恢复流量。
- 操作：下游向上游发送 Graft 报文，请求恢复转发；上游回复Graft-Ack确认，随即恢复流量。
阶段三：状态维护（刷新机制）
- 核心问题：解决周期性剪枝失效导致的流量洪泛。
- 操作：离组播源最近的第一跳路由器，周期性发送 **State-Refresh（状态刷新）** 报文。
- 效果：沿途路由器刷新剪枝定时器，使无组成员的下游节点持续处于抑制状态，稳定抑制无用流量。
关键报文与辅助功能
| 报文类型 | 核心作用 |
|---|---|
| Hello | 邻居发现、建立邻接关系 |
| Join/Prune | 加入组播组、剪枝无用流量 |
| Graft | 恢复被剪枝的组播流量 |
| Graft-Ack | 确认嫁接请求 |
| State-Refresh | 刷新剪枝状态，抑制洪泛 |
| Assert | 竞争下游唯一转发者 |
辅助功能参数：
- Neighbor-Tracking：邻居跟踪功能，加速拓扑变化感知
- Override-Interval：捎带的否决剪枝时间间隔
PIM(SM)
核心树结构
PIM-SM 中构建了两种关键的组播分发树：
RPT（Rendezvous Point Tree，共享树）：以 RP（汇聚点）为根，所有组播流量先汇聚到 RP，再分发给接收者。
SPT（Shortest Path Tree，最短路径树）：以组播源为根，直接构建从源到接收者的最优路径，用于优化转发效率。
设备角色
RP（Rendezvous Point，汇聚点）
作用：作为组播源和接收者的 “中转站”，是 RPT 的根节点。
选举方式
静态配置：手动指定 RP。
动态选举：通过 BSR（自举路由器）机制完成。
C-BSR（候选自举路由器）：竞选 BSR，优先级高或 IP 地址大者胜出。
C-RP（候选 RP）：向 BSR 发送通告，BSR 收集信息形成 RP-Set。
RP 选择规则：哈希值大者优先；哈希值相同时，优先级小者优先；优先级相同时，IP 地址大者优先
DR（Designated Router，指定路由器）
作用：在连接组播源或接收者的网段上，负责发起注册或加入报文。
选举方式：通过 Hello 报文动态选举，优先级高或 IP 地址大者胜出。
核心工作流程
接收者加入流程
当连接接收者的 DR 感知到有成员加入组播组G时，会向 RP 发送(*, G)Join 报文，构建 RPT。
组播注册机制
连接组播源的 DR 将组播数据封装为单播，发往 RP，发送 Register（注册）报文。
RP 接收后，向 DR 发送(S, G)Join 和 Register-Stop（注册停止）报文。
SPT 树切换（SPT Switch）
当组播流量达到spt-switch-threshold阈值，或发现从源到接收者的最优路径与当前上游接口不符时，会触发切换。
向最优接口发出(S, G)Join 报文，并向上游接口发出(S, G)Prune 报文，完成从 RPT 到 SPT 的切换。
关键报文与辅助功能
| 报文名称 | 作用描述 |
|---|---|
| Register / Register-Stop | 组播源向 RP 注册及停止注册 |
| Assert | 在共享网段上断言转发路由器，避免重复转发 |
| Bootstrap | 由 BSR 发送，用于分发 RP-Set 信息 |
| Candidate-RP-Advertisement | 由 C-RP 发送，用于向 BSR 通告自己的候选信息 |
拓展模式
模式名称 核心特点 ASM（Any-Source Multicast，任意源组播） 接收者加入组播组后，可接收来自任意源的流量 SSM（Source-Specific Multicast，指定源组播） 配合 IGMPv3 使用，接收者明确指定只接收来自特定源 S 的组播流量 (S, G)，直接构建 SPT，无需 RP
总结
缺陷
- 网络冲击大：PIM-DM 初始采用全网洪泛模式，对网络带宽冲击显著，不适用小型网络
- 设备负担重：无论网络疏密，均需维护大量
(S, G)路由表项，设备资源占用高，传统组播网络效率偏低 - 成本高：实际应用中通常需要租用运营商的组播网络实现，对于企业而言不如大量发送单播划算
优点
- 协议无关：可实现不改网络对原有网络直接进行改造
- 带宽高效：单流多收，避免重复传输，高效利用带宽
- 模式灵活：可使用SM（密集模式）和DM（松散模式），适合不同使用场景
- 易部署可扩展：可与IGMP等协议搭配使用，消耗设备性能少
- 高可靠低开销：可实现冗余，支持RP冗余