RPF机制在PIM中应用

2021年2月9日发(作者：marvelous)

RPF

机制，

PIM- DM

工作机制，

PIM- SM

工作机制

本文通过介绍

RPF

反向路径转发的工作机制，

结合

IP

组播路由协议

PIM- DM

预计

PIM-SM

说明

< p>
RPF

在

IP

组播路由中 所起的关键作用。本文可以作为计

算机网络专业技术人员学习和工作的参考。

< p>

一、组播的

RPF

机制

路由器在接收到由源

S

向组播组

G

发送的组播报文后，首先查找组播转发表。

?

如果存在对应（

< br>S

，

G

）表项，且该组播报文实 际到达接口与

Incoming

interface

一致，则向所有的

outgoing interfaces

执行转发；

?

如果存在对应（

< br>S

，

G

）表项，但是报文实际到 达接口与

Incoming

interface

不一致，则对此报文执行

RPF

检查。如果检查通过，则将

Incoming interface

修改为报文实际到达接口，然后向所有的

outgoing interfaces

执行转发。

?

如果不存在对应（

S

，

G

）表项，则对此报文执 行

RPF

检查。如果检查通

过，

则根据相关路由信息，

创建对应路由表项，

然后向所有的

outgoing

interfaces

执行转发。

(

可能是指

PIM-DM

环境

)

RPF

检查执行过程如下：在单播路由表中查找

RPF

接口。单播路由表中汇集了

到达各个目的地址 的最短路径。

?

如果当前组播路径沿袭从组播源

S

到客户端的

SPT

或组播源

S

到

RP

的源树，则路由器以源

S

的

IP

地址为目的地址查找单播路由 表，对

应表项中的出接口为

RPF

接口 。

路由器认为由该

RPF

接口接收到 的组

播报文所经历的路径是从源

S

到本地的最短路径。

?

如果当前组播路径沿袭从

RP

到客户 端的

RPT

，

则路由器以

RP

的

IP

地

址为目的地址查找单播路由表，对应表项中的出接口为

RPF

接口。路

由器认为由该

RPF

接口接收到的组播报文所经历的路径是从

RP

到本

地的最短路径。

?

将

RPF

接口与组播报文的实际到达 接口相比较，

判断到达路径的正确性，

从而决定是否进行转发。

?

如果两接口相一致，那么就认为这个组播包是从正确路径而来，

RP F

检

查成功。

?

如果两 接口不一致，

将该组播报文丢弃。

作为路径判断依据的单播路由 信

息可以来源于任何一种单播路由协议、组播静态路由或者

MB GP

路由

协议。

当组播路径沿袭从组播源到客户端的

SPT

时，

RPF

检查过程如图

13-1

所示。

?

RouterC

从接口

POS1/0/0

接收到来自

Source192.168.0.1/24

的

组播报文，组播转发表中没有相应转发表项。执行

RPF

检查，发现单

播路由表中到达网段

< p>
192.168.0.0/24

对应的最短路径出接口是

POS2/0/0

，

则判断该报文实际到达接口非

RPF

接口。

RPF

检查失败，

报文被丢弃。

?

RouterC

从接口

POS2/0/0

接收到来自

Source192.168.0.1/24

的

组播报文，播转发表中没有相应转发表项。执行

< br>RPF

检查，发现单播

路由表中到达网段

192.168.0.0/24

对应的最短路径出接口正是该报

文实际到达接口。

RPF

检查通过，对该报文进行转发。

RPF

的作用除了可以正确地按照组播路由的配置转发报文外 ，还能避免由于各

种原因造成的环路。

二、

PIM- DM

工作机制

PIM-DM

的工作过程可以概括为：

邻居发现、

构建

SPT

树、

嫁接阶段、

Assert

机制。

邻居发现：

在

PIM-DM

网络中，

< p>
组播路由器需要使用

Hello

消息来发现邻居 ，

并维护邻居关系。

通过比较

Hell o

消息上携带的优先级和

IP

地址 ，

各路由器为

多路由器网段选举指定路由器

DR

，

充当

IGMPv1

的查询器

。

通过各路由器之

< br>间周期性地使用

Hello

消息保持联系，从而构建和维护了

SPT

树。

构建

SPT

树：

构建

SPT

树的过程也就是扩散

/

剪枝过程

（

Fl ooding&Prune

）

。

PIM-DM

假设网络上的所有主机都准备接收组播数据，当 某组播源

S

开始向组

播组

G

发送数据时，

路由器接收到组播报文后，

首先根据单播路由表进行

RPF

检

查，

?

如果检查通过则创建一个（

S

，

G

）表项，然后 将数据向网络上所有下游

PIM-DM

节点转发，这个过程称 为

扩散（

Flooding

）

?

如果没有通过

RPF

检查，

则将报文丢弃。

经过这个过程，

PIM-DM

组播

域内每个路由器上都会创建（

S< /p>

，

G

）表项

?

如果下游节点没有组播组成员，则向上游节点发

Prune < /p>

剪枝消息，通知

上游节点不用再转发数据到该分支

?

上游节点收到

Prune

剪枝消息后 ，就将相应的接口从其组播转发表项

（

S

，

G

）对应的输出接口列表中删除

剪枝过程继续直到

PIM-DM

中仅剩下了必要的分支，这就建立了一个以组播源

S

为根的

SPT

（一种组播转发树，被称为：源分 布树或最短路径树）。

剪枝过

程最先 由叶子路由器发起，

如图

10-1

所示，没有接收者的路由器（例如和

UserA

相连的路由器）主动发起剪枝过程。

上述过程就称为扩散

—

剪枝过程。

各个被剪枝的节点提供超时机制，

当剪枝 超时

时重新开始扩散

—

剪枝过程。

PIM-DM

的扩散

—

< br>剪枝机制周期性进行。

嫁接

（

Graft

）

：

当被剪枝的下游节点需要恢复到转发状态时，

< p>
该节点使用

Graft

嫁接消息通知上游节点。例如若图

10-1

中的用户

A

恢复接收组播数据，则

Graft

嫁 接消息逐跳向组播源

S

传递，中间节点接收到

< br>Graft

嫁接消息后回应

确认，从而先前被剪掉的分 支恢复信息传输。

Assert

机制：

在共享网络（如

Ethernet

）中会出现相同报文的重复发送。

例如

LAN

网段上包含多台组播路由器

A

、

B

、

C

和

D

，

各自都 有到组播源

S

的

接收途径。如图

10-2

所示。

当路由器

A

、

B

和

C

都从上游接收到组播源

S

发出的组播 数据报文后，

都会向

Ethernet

网络上转发该组播报文，

这时下游节点组播路由器

D

就会收到三份完

全相同的组播报文。

为了避免这 种情况，

就需要通过

Assert

机 制来选定一个唯

一的转发者。

网络中的各路由器通过发送

Assert

报文选出一条最优的路径，

如

果两条或两条以上路径的优先级和到组播源的开销相同，

则

IP

地址最大的路由

器获胜成为该（

S

，

G

）项的上游 邻居，由它负责该（

S

，

G

< p>
）组播报文的转发，

而其他落选路由器则剪掉对应的接口以禁止转发信息。

三、

PIM- SM

工作机制

邻居发现：

邻居发现机制与

PIM-DM

中的描 述相同，也是通过各路由器之间

彼此发送

Hello

消息实现的，这里不再介绍。

DR

选举：

借助

Hello

消息可以为共享网络 （如

Ethernet

）选举

DR

（

Designated Router

），

DR

将作为本网段 中组播信息的唯一转发者。无论

是和组播源

S

连接的网络，还是和接收者连接的网络，

只要网络为共享媒介则

需要选举

DR

，接收者侧

DR

向

RP

发送

Join

加入消息；组播源侧

DR

向

RP

发送

Register

注册消息。

DR

选举如图

10-3

所示。