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扩散、剪枝机制

嫁接机制

状态刷新机制

断言机制

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采用“推（Push）”的方式转发组播报文并生成组播表，建立SPT（最短路径树）转发组播报文。它假定每条链路都有接收者，在每条链路上都直接推送组播流量。

扩散、剪枝机制

扩散、剪枝的作用

通过扩散、剪枝机制，建立从组播源到组成员的SPT

扩散过程——通过组播流量进行扩散

PIM-DM假设网络中的所有主机都准备接收组播数据，为实现所有主机都能够接收到组播数据，使用扩散机制实现

1. 启动了PIM-DM协议的路由器在接收到组播流量后，首先对组播流量进行RPF检测
2. RPF检查通过后，创建（S，G）表项，并将数据向所有下游接口转发，这个过程为扩散
3. RPF检查没有通过，则丢弃报文不再继续扩散
4. 只要路由器组播表项的下游接口为非空，报文就会继续扩散下去

通过RFC检测可知，全网设备必须知道去往组播源的路径，否则RFC检测失败，扩散结束

剪枝过程——通过Prune报文进行剪枝

当下游没有组播成员（即没有成员加入组播组），为避免带宽浪费，会使用剪枝机制

1. 当报文扩散到末端路由器后，路由器发现没有直连组成员或者除RPF接口之外的接口也不存在PIM邻居，则认为下游接口Null，向上游设备发送剪枝报文。
2. 上游设备收到剪枝报文后，将自身（S，G）表项中该下游接口剪除，被剪除的接口会自动关联一个210s的剪枝计时器（210s内不再下发该组组播流量，210s后被剪掉的接口会重新出现在下游接口列表中，组播数据会再次向该接口扩散，一直重复）——此处是不考虑状态刷新机制的情况
3. 如果此上游设备的下游接口都被剪除（即下游接口为Null），会触发路由器继续沿着组播源的RPF发送剪枝
4. 如果此上游设备（S，G）表项还存在其它下游接口，即下游接口非空，则剪枝结束

Prune Pending Timer   延缓剪枝计数器     Prune Timer    剪枝计时器

 

注意

• 启用PIM-DM/SM协议的接口，收到IGMP的报告报文，会自动创建（*，G）表项。
• 当有（*，G）表项时，创建（S，G）表项的下游接口直接从对应的（*，G）的下游接口复制过来。
• DM模式不用关注（*，G）表项，DM模式通过（S，G）表项进行组播流量的转发

嫁接机制

嫁接的作用

通过扩散和剪枝机制可知，在被剪枝的路由器上，如果其下游接口出现组播接收者，接收者需要等待最长210s才可以等到组播流量扩散，获取组播数据

而嫁接机制就是用来降低用户收到组播数据的等待时间，在剪枝定时器210超时前帮助用户收到组播数据

嫁接过程——通过Graft报文进行嫁接

1. 当被剪枝的路由器从下游接口收到IGMP成员报告后，根据报告报文中的组地址，查询自身的（S，G）表项是否有对应的组播源S信息。
2. 如果不存在对应的（S，G）表项，则无法实现嫁接。如果存在对应的（S，G）表项，则会在自身的（S，G）表项添加下游接口，并主动向上游RPF路由器发送Graft报文，并启动嫁接定时器（3s收不到嫁接确认报文会一直发送）
3. 上游路由器收到Graft报文后，若下游接口处于还处于剪枝状态，则会把被剪除的接口重新添加到下游接口列表，引导组播流量下发，并回应嫁接确认报文。若下游接口已经处于转发状态，则直接回应嫁接确认报文。
4. 若上游路由器在在收到Graft报文之前的下游接口为Null，收到后变为了非空，则会继续向上游发送Graft报文，依次类推
5. 若上游路由器在在收到Graft报文之前的下游接口就为非空，则不再继续向上发送Graft报文。

• 即：剪枝到哪里，就嫁接到哪里

注意

由嫁接过程可知，需要保证在组播源活跃期间，（S，G）表项不会老化

此要求通过周期性的 扩散和剪枝 来保证（(S，G)表项老化时间210，组播流量210s扩散一次 ）

状态刷新机制

状态检测机制简称SR，属于PIM DM的可选功能（仅PIM v2支持）

此功能通过Hello报文进行协商，默认华为支持PIM DM状态刷新机制

状态检测机制的作用

• 在PIM DM网络中，被剪枝的接口会进行周期扩散组播数据来维持剪枝状态，如果下游没有接收者，那这种扩散对于网络来说就增加了负荷
• 状态刷新机制通过周期性的扩散SR控制报文（携带组播源与组播组信息）来取代周期扩散组播数据，使已剪枝的接口继续保持剪枝状态

注意

• 当状态刷新机制开启后（只需要在连接组播源的接口上开启状态检测机制），只有初次扩散是组播数据，后续扩散都是SR控制报文
• 当组播源不活跃时，不再产生状态刷新报文
• 状态刷新报文是逐跳扩散的，每经过一跳，源接口IP的都是出接口IP，目标地址一直为224.0.0.13

状态刷新过程——通过SR报文进行状态刷新

1. 初次扩散之后，离组播源最近的第一跳路由器会以60s周期性的产生状态刷新报文，并向全网扩散。
2. 当设备收到SR报文后，判断报文是否从RPF邻居发来并从RPF接口接收的，如果不是，则丢弃。
3. 如果通过RPF检测，并且有接口已经被剪除，则SR报文会复位接口的剪枝计时器（210s），使得接口一直处于剪枝状态，并向下游邻居扩散。如果没有接口被剪除，则直接此报文向下流转发。

断言机制

在网络中，可能存在相同的组播报文被转发了多份的情况，加重了网络负担，此时就需要断言机制来解决

断言机制如何解决此问题

在Assert环境中，会选举出一个Winner，只有Winner才会发送状态刷新报文

触发断言机制的条件

• 下游接口在发出组播数据的同时，又收到了同样的组播数据
• 在下游接口收到了Assert（断言）报文或者状态刷新报文

 

断言机制的工作过程——发送Assert报文实现（以上图为例子）

1. 当触发断言机制后，R1和R2都认为自己是Winner，分别发送Asssert报文（报文携带了各自路由表中自身到组播源的路由协议优先级和度量值）
2. R1和R2收到对方发送的Assert报文后，提取出路由协议优先级和度量值进行对比，选举出Winner，其余的为Loser（Winner只有一个，Loser可以有多个）。成为Winner的设备继续发送组播数据
3. 当R1成为Winner后，R2作为Loser会自动剪除自己的下游接口并立即发送一份剪枝报文给Winner，同时关联一个断言计时器Assert Timer（180s超时前接口会一直保持剪枝状态）。
4. 断言计时器结束后会再次进行断言

对比原则

• 单播路由协议优先级高的成为Winner（值越小越优）
• 度量值越小的成为Winner
• 自身接口IP地址大的称为Winner