计算机网络-PIM协议基础概念

## 一、PIM基础概念
组播网络回顾：

![组播网络组成](/media/202407/2024-07-31_094159_8455240.8397404030820554.png)

组播网络从**网络结构**上大体可以分为三个部分：
- 源端网络：将组播源产生的组播数据发送至组播网络。
- 组播转发网络：形成无环的组播转发路径，该转发路径也被称为组播分发树（Multicast Distribution Tree）。
- 成员端网络：通过IGMP协议，让组播网络感知组播组成员位置与加入的组播组。

组播网络从**组织构成**上由组播源，组播组成员与组播路由器组成。
- 组播源的主要作用是发送组播数据。
- 组播组成员的主要作用是接收组播数据，因此需要通过IGMP让组播网络感知组成员位置与加组信息。
- 组播路由器的主要作用是将数据从组播源发送到组播组成员。组播数据转发需要依赖组播分发树，因此组播路由器需要通过协议来构建组播分发树。

前面我们已经学习了IGMP协议的v1，v2，v3版本，主要作用是使得IGMP查询器可以感知到组成员的位置和所加组播组，形成IGMP组表项和IGMP路由表项。但是单单有IGMP是无法从组播源到达组播组成员的，因此我们需要学习组播转发网络的相关协议。

## 二、PIM协议基础
组播网络需要基于多种组播协议才能建立转发路径：工作在**成员端网络**的主要是**IGMP**（Internet Group Management Protocol，因特网组管理协议）协议，用于告知组播网络，组成员的位置与所加组播组。工作在**组播转发网络**的协议主要是PIM，MSDP，MBGP，目前在AS内我们主要学习PIM协议。

PIM（Protocol Independent Multicast，协议无关组播）。协议无关指的是与单播路由协议无关，即PIM不需要维护专门的单播路由信息。作为组播路由解决方案，**它直接利用单播路由表的路由信息，对组播报文执行RPF检查，检查通过后创建组播路由表项，从而转发组播报文。**

目前在实际网络中，PIM主要有两种模式： 
- PIM-DM（PIM-Dense Mode，PIM密集模式） 
- PIM-SM（PIM-Sparse Mode，PIM稀疏模式）

**PIM-DM**（PIM-Dense Mode，PIM密集模式），PIM-DM模式主要用在组成员较少且相对密集的组播网络中，该模式建立组播分发树的基本思路是“扩散-剪枝”，即将组播流量全网扩散，然后剪枝没有组成员的路径，最终形成组播分发树。

**PIM-SM**（PIM-Sparse Mode，PIM稀疏模式） ，PIM-SM模式根据组播服务模型又可以分为：

- PIM-SM（ASM）：为任意源组播建立组播分发树。
- PIM-SM（SSM）：为指定源组播建立组播分发树。

PIM-SM模式主要用在组成员较多且相对稀疏的组播网络中，该模式建立组播分发树的基本思路是先收集组成员信息，然后再形成组播分发树。使用PIM-SM模式不需要全网泛洪组播，对现网的影响较小，**因此现网多使用PIM-SM模式。**

PIM（Protocol Independent Multicast）协议无关组播，目前常用版本是PIMv2，PIM报文直接封装在IP报文中，协议号为103，**PIMv2组播地址为224.0.0.13。**

## 三、组播分发树类型
在PIM组播域中，以组播组为单位建立从组播源到组成员的点到多点的组播转发路径。由于组播转发路径呈现树型结构，也称为**组播分发树（MDT，Multicast Distribution Tree）**。

组播分发树的特点：无论网络中的组成员有多少，**每条链路上相同的组播数据最多只有一份**。被传递的组播数据在距离组播源**尽可能远的分叉路口才开始复制和分发。**

组播分发树类型：
- 以组播源为根，组播组成员为叶子的组播分发树称为**SPT（Shortest Path Tree）**，在PIM-DM与PIM-SM中均有使用。
- 以RP为根，组播组成员为叶子的组播分发树**RPT**又被称为共享树，RPT主要在PIM-SM模式的组播网络中被使用。

![组播分发树类型](/media/202407/2024-07-31_094220_3929560.9220141836778476.png)

## 四、PIM路由表项
PIM路由表项即通过PIM协议建立的组播协议路由表项。

PIM网络中存在两种路由表项：
- （S，G）路由表项主要用于在PIM网络中建立SPT。对于PIM-DM网络和PIM-SM网络适用。
- （*，G）路由表项主要用于在PIM网络中建立RPT。对于PIM-SM网络适用。

S表示组播源，G表示组播组，*表示任意。

![PIM路由表项1](/media/202407/2024-07-31_094237_8174980.28328248730508976.png)

在不同的组播路由器上，组播路由表项会基于不同的表项汇总形成。

最后一跳路由器的组播路由表项主要基于PIM路由表项，IGMP组表项和IGMP路由表项汇总形成。

其余组播路由器的组播路由表项主要基于PIM路由表项形成。

![PIM路由表项2](/media/202407/2024-07-31_094257_4313020.4813773652197938.png)

(*,G*)表项是汇总表项，显示有多少接口和组，(S,G)通过复制(*,G*)表项，结合组表项和IGMP形成组播路由表项。

这里概念很复杂，其实到实际配置时候还好，先有个概念，PIM协议生成PIM路由表项，PIM路由表项结合IGMP等表项形成完整的组播路由表项。

总结：组播网络由组播源端网络、组播转发网络、组播成员端网络组成，PIM协议用于**组播转发网络**。PIM协议目前使用的PIMv2，基于PIM协议有两种模式：**PIM-DM**、**PIM-SM**。PIM-DM模式主要用在组成员较少且相对密集的组播网络中，该模式建立组播分发树的基本思路是“扩散-剪枝”。PIM-SM模式主要用在组成员较多且相对稀疏的组播网络中，该模式建立组播分发树的基本思路是先收集组成员信息，然后再形成组播分发树。使用PIM-SM模式不需要全网泛洪组播，对现网的影响较小。从组播源到组成员的点到多点的组播转发路径称为**组播分发树**，组播分发树又分为SPT何RPT。通过PIM协议会生成PIM路由表项，通过结合PIM路由表项和IGMP表项组播完整的组播路由表项。