PIM-SM适用于ASM（Any-Source Multicast）和SSM（Source-Specific Multicast）两种模型。

PIM-SM（ASM模型）

在ASM模型中，PIM-SM使用“拉（Pull）模式”转发组播报文，一般应用于组播组成员规模相对较大、相对稀疏的网络。基于这一种稀疏的网络模型，它的实现方法是：

1. 在网络中维护一台重要的PIM路由器：汇聚点RP（Rendezvous Point），可以为随时出现的组成员或组播源服务。网络中所有PIM路由器都知道RP的位置。

2. 当网络中出现组成员（用户主机通过IGMP加入某组播组G）时，最后一跳路由器向RP发送Join报文，逐跳创建（*，G）表项，生成一棵以RP为根的RPT。

3. 当网络中出现活跃的组播源（组播源向某组播组G发送第一个组播数据）时，第一跳路由器将组播数据封装在Register报文中单播发往RP，在RP上创建（S，G）表项，注册源信息。

在ASM模型中，PIM-SM的关键机制包括邻居发现、DR竞选、RP发现、RPT构建、组播源注册、SPT切换、断言；同时也可通过配置BSR（Bootstrap Router）管理域来实现单个PIM-SM域的精细化管理。

说明：

（S，G）路由表项：S表示组播源，G表示组播组；主要用于在PIM网络中建立以组播源为根，组播组成员为叶子的组播分发树SPT（Shortest Path Tree）。

（*，G）路由表项：*表示任意，G表示组播组；主要用于在PIM网络中建立以RP（Rendezvous Point）为根，组播组成员为叶子的组播分发树RPT（RP Tree）。

邻居发现

PIM路由器上每个使能了PIM协议的接口都会对外发送Hello报文。封装Hello报文的组播报文的目的地址是224.0.0.13、源地址为接口的IP地址、TTL数值为1。

同一网段中的PIM路由器都接收目的地址为224.0.0.13的组播报文。这样直接相连的PIM路由器之间通过交互Hello报文以后，就可以彼此知道自己的邻居信息，建立邻居关系。

图1邻居发现示意图

如图1所示，在PIM-SM网络中，刚启动的组播路由器需要使用Hello消息来发现邻居。通过各路由器之间周期性地使用Hello消息保持联系来维护邻居关系。

只有邻居关系建立成功后，PIM路由器才能接收其他PIM协议报文，从而创建组播路由表项。

说明：

Hello报文的作用：发现PIM邻居、协调各项PIM协议报文参数、维持邻居关系。

DR竞选

在组播源或组成员所在的网段，有时同时连接着多台PIM路由器。这些PIM路由器之间通过交互Hello报文成为PIM邻居，Hello报文中携带DR优先级和该网段接口地址。PIM路由器将自身条件与对方报文中携带的信息进行比较，选举出DR来负责源端或组成员端组播报文的收发。竞选规则如下：

• DR优先级较高者获胜（网段中所有PIM路由器都支持DR优先级）。

• 如果DR优先级相同或该网段存在至少一台PIM路由器不支持在Hello报文中携带DR优先级，则IP地址较大者获胜。

• 如果当前DR出现故障，将导致PIM邻居关系超时，其他PIM邻居之间会触发新一轮的DR竞选。

图2 DR竞选示意图

如图2所示，在ASM模型中，DR主要作用如下：

• 在连接组播源的共享网段，由DR负责向RP发送Register注册报文。与组播源相连的DR称为源端DR。

• 在连接组成员的共享网段，由DR负责向RP发送Join加入报文。与组成员相连的DR称为组成员端DR，此DR可充当IGMPv1环境下的IGMP查询器。

RP发现

汇聚点RP，类似于一个供求信息的汇聚中心，用于处理源端DR注册信息及组成员加入请求，网络中的所有PIM路由器都必须知道RP的地址。

一个RP可以同时为多个组播组服务，但一个组播组只能对应一个RP。RP的配置方式有两种：

• 静态RP：在网络中的所有PIM路由器上配置相同的RP地址，静态指定RP的位置。

• 动态RP：在PIM域内选择几台PIM路由器，配置C-RP（Candidate-RP，候选RP）来动态竞选出RP。同时，还需要通过配置C-BSR（Candidate-BSR，候选BSR）选举出BSR，来收集C-RP的通告信息，向PIM-SM域内的所有PIM路由器发布。

BSR选举

开始时每个C-BSR都认为自己是BSR，向全网发送Bootstrap报文。Bootstrap报文中携带C-BSR地址、C-BSR的优先级。每一台PIM路由器都收到所有C-BSR发出的Bootstrap报文，通过比较这些C-BSR信息，竞选产生BSR。竞选规则如下：

1. 优先级较高者获胜（优先级数值越大优先级越高）。

2. 如果优先级相同，IP地址较大者获胜。

RP选举

C-RP的竞选过程如图3所示

图3 动态RP竞选机制示意图

• C-RP向BSR发送Advertisement报文，报文中携带C-RP地址、服务的组范围和C-RP优先级。

• BSR将这些信息汇总为RP-Set，封装在Bootstrap报文中，发布给全网的每一台PIM-SM路由器。

• 各PIM路由器根据RP-Set，使用相同的规则进行计算和比较，从多个针对特定组的C-RP中竞选出该组RP。规则如下：

1. 与用户加入的组地址匹配的C-RP服务的组范围掩码最长者获胜。

2. 如果以上比较结果相同，则C-RP优先级较高者获胜（优先级数值越小优先级越高）。

3. 如果以上比较结果都相同，则执行Hash函数，计算结果较大者获胜。

4. 如果以上比较结果都相同，则C-RP的IP地址较大者获胜。

由于所有PIM路由器使用相同的RP-Set和竞选规则，所以得到的组播组与RP之间的对应关系也相同。PIM路由器将“组播组—RP”对应关系保存下来，指导后续的组播操作。

RPT构建

PIM-SM RPT是一棵以RP为根，以存在组成员关系的PIM路由器为叶子的组播分发树。如图4 所示，当网络中出现组成员（用户主机通过IGMP加入某组播组G）时，组成员端DR向RP发送Join报文，在通向RP的路径上逐跳创建（*，G）表项，生成一棵以RP为根的RPT。

图4 RPT构建示意图

在RPT构建过程中，PIM路由器在发送Join报文时，会进行RPF检查：查找到达RP的单播路由，单播路由的出接口为上游接口，下一跳为RPF邻居。Join报文从组成员端DR开始逐跳发送，直至到RP。

说明：

RPF检查：路由器收到一份组播报文后，会根据报文的源地址通过单播路由表查找到达“报文源”的路由，查看到“报文源”的路由表项的出接口是否与收到组播报文的入接口一致。如果一致，则认为该组播报文从正确的接口到达，从而保证了整个转发路径的正确性和唯一性。

组播源注册

图5 组播源注册示意图

如图5所示，在PIM-SM网络中，任何一个新出现的组播源都必须首先在RP处“注册”，继而才能将组播报文传输到组成员。具体过程如下：

1. 组播源将组播报文发给源端DR。

2. 源端DR接收到组播报文后，将其封装在Register报文中，发送给RP。

3. RP接收到Register报文，将其解封装，建立（S，G）表项，并将组播数据沿RPT发送到达组成员。

4. 此时RP不再需要R1发送的Register报文，所以RP会单播向R1（DR）发送Register-Stop报文，告知R1停止发送Register报文。

SPT切换

在PIM-SM网络中，一个组播组只对应一个RP，只构建一棵RPT。在未进行SPT切换的情况下，所有发往该组的组播报文都必须先封装在注册报文中发往RP，RP解封装后，再沿RPT分发。RP是所有组播报文必经的中转站，当组播报文速率逐渐变大时，对RP形成巨大的负担。为了解决此问题，PIM-SM允许RP或组成员端DR通过触发SPT切换来减轻RP的负担。

• RP触发SPT切换

  RP收到源端DR的注册报文后，将封装在Register报文中的组播报文沿RPT转发给组成员，同时RP会向源端DR逐跳发送Join报文。发送过程中在PIM路由器创建（S，G）表项，从而建立了RP到源的SPT。

  SPT树建立成功后，源端DR直接将组播报文转发到RP，使源端DR和RP免除了频繁的封装与解封装。

• 组成员端DR触发SPT切换

  图6 组成员端DR触发SPT切换示意图
   

  

  如图6所示。组成员端DR周期性检测组播报文的转发速率，一旦发现（S，G）报文的转发速率超过阈值，则触发SPT切换：

1. 组成员端DR向源端DR逐跳发送Join报文并创建（S，G）表项，建立源端DR到组成员DR的SPT。

2. SPT建立后，组成员端DR会沿着RPT逐跳向RP发送剪枝报文，删除（*，G）表项中相应的下游接口。剪枝结束后，RP不再沿RPT转发组播报文到组成员端。

3. 如果SPT不经过RP，RP会继续向源端DR逐跳发送剪枝报文，删除（S，G）表项中相应的下游接口。剪枝结束后，源端DR不再沿“源端DR-RP”的SPT转发组播报文到RP。

说明

缺省情况下，设备一般未设置组播报文转发速率的阈值，RP或者组成员端DR在接收到第一份组播报文时都会触发各自的SPT切换。

断言

当一个网段内有多个相连的PIM路由器向该网段转发组播报文时，则需要通过断言机制来保证只有一个PIM路由器向该网段转发组播报文。

Assert竞选规则如下：

1. 单播路由协议优先级较高者获胜。

2. 如果优先级相同，则到组播源的开销较小者获胜。

3. 如果以上都相同，则下游接口IP地址最大者获胜。

根据Assert竞选结果，路由器将执行不同的操作：

• 获胜一方的下游接口称为Assert Winner，将负责后续对该网段组播报文的转发。

• 落败一方的下游接口称为Assert Loser，后续不会对该网段转发组播报文，PIM路由器也会将其从（S，G）表项下游接口列表中删除。

Assert竞选结束后，该网段上只存在一个下游接口，只传输一份组播报文。所有Assert Loser可以周期性地恢复组播报文转发，从而引发周期性的Assert竞选。

图7 断言示意图

如图7所示，R2和R3均通过了RPF检查，创建了（S，G）表项。并且两者的下游接口连接在同一网段，R2和R3都向该网段发送组播报文。如假设R2到组播源的开销小于R3到组播源的开销，断言过程如下：

1. R2和R3从各自下游接口接收到对方发来的组播报文，RPF检查都失败，报文被丢弃。同时，R2和R3分别向该网段发送Assert报文（目的地址为224.0.0.13）。

2. R2将自身的路由信息与R3发来的Assert报文中携带的路由信息进行比较，由于自身到组播源的开销较小而获胜。于是后续组播报文仍然向该网段转发，R3在接收到组播报文后仍然由于RPF检查失败而丢弃。

3. R3将自身的路由信息与R2发来的Assert报文中携带的路由信息进行比较，由于自身到组播源的开销较大而落败。于是禁止相应下游接口向该网段转发组播报文，将其从（S，G）表项的下游接口列表中删除。

PIM-SM（SSM模型）

SSM的特点是网络用户能够预先知道组播源的具体位置。因此用户在加入组播组时，可以明确指定从哪些源接收信息。组成员端DR了解到用户主机的需求后，直接向源端DR发送Join报文。Join报文逐跳向上传输，在源与组成员之间建立SPT。

在SSM模型中，PIM-SM的关键机制包括邻居发现、DR竞选、构建SPT。其中邻居发现和DR选举机制和与PIM-SM（ASM模型）中的相同。

SPT构建

图8 SPT构建示意图

如图8所示，SPT的建立过程如下：

1. R3、R5借助IGMPv3协议了解到用户主机有到相同组播组不同组播源的组播需要，逐跳向源方向发送Join报文

2. PIM路由器通过Join报文分别创建（S1，G）、（S2，G）表项，从而分别建立了源S1到组成员PC1、源S2到组成员PC2的SPT。

3. SPT建立后，源端就会将组播报文沿着SPT分发给组成员。

与ASM模型比较

SSM模型与ASM模型之间的最大差异就是是否指定了组播源，具体的区别如表1。

表1 PIM-SM实现方式比较

模型分类	适用场景	工作机制
ASM模型	适合网络中的组成员相对比较稀疏，分布广泛的大型网络。	采用接收者主动加入的方式建立组播分发树，需要维护RP、构建RPT、注册组播源。
SSM模型	适合网络中的用户预先知道组播源的位置，直接向指定的组播源请求组播数据的场景。	直接在组播源与组成员之间建立SPT，无需维护RP、构建RPT、注册组播源。

配置举例

配置ASM的PIM-SM网络示例

如图9所示，该网络接入了Internet，用户主机HostA、HostB希望能够接收到Source发送的组播数据。

图9 配置ASM模型的PIM-SM域内组播组网图

配置思路

通过在交换机配置PIM-SM协议，为网络中的用户主机提供ASM服务，使得加入同一组播组的所有用户主机能够接收任意源发往该组的组播数据。

1. 配置交换机接口IP地址和单播路由协议，实现网络中各交换机间能够在网络层互通。

2. 在所有提供组播服务的交换机上使能组播功能。在交换机所有接口上使能PIM-SM功能。

3. 在与主机侧相连的交换机接口上使能IGMP。叶节点交换机通过IGMP协议来维护组成员关系列表。

4. 配置RP。建议RP的位置配置在组播流量分支较多的交换机上，如本图中的SwitchE的位置。

说明

如果用户主机侧需同时配置PIM-SM和IGMP，必须先使能PIM-SM，再使能IGMP。

操作步骤

1. 配置各接口的IP地址和单播路由协议，实现网络中各交换机间能够在网络层互通，配置过程略

2. 使能组播功能，在各接口上使能PIM-SM功能。

# 在所有交换机使能组播功能，在各接口上使能PIM-SM功能。

[SwitchA] multicast routing-enable

[SwitchA] interface vlanif 10

[SwitchA-Vlanif10] pim sm

[SwitchA-Vlanif10] quit

[SwitchA] interface vlanif 20

[SwitchA-Vlanif20] pim sm

[SwitchA-Vlanif20] quit

[SwitchA] interface vlanif 30

[SwitchA-Vlanif30] pim sm

[SwitchA-Vlanif30] quit

SwitchB、SwitchC、SwitchD和SwitchE的配置与SwitchA相似，配置过程略。

3. 在连接用户主机的接口上使能IGMP功能。

# 在SwitchA连接用户主机的接口上使能IGMP功能。

[SwitchA] interface vlanif 20

[SwitchA-Vlanif20] igmp enable

[SwitchA-Vlanif20] quit

SwitchB和SwitchC的配置与SwitchA相似，配置过程略。

4. 配置RP。

配置RP有两种方式：静态RP和动态RP两种。本例使用动态RP配置SwitchE为BSR和RP。

# 在SwitchE上配置RP服务的组地址范围，及C-BSR和C-RP所在接口位置。

[SwitchE] acl number 2008

[SwitchE-acl-basic-2008] rule permit source 225.1.1.0 0.0.0.255

[SwitchE-acl-basic-2008] quit

[SwitchE] pim

[SwitchE-pim] c-bsr vlanif 90

[SwitchE-pim] c-rp vlanif 90 group-policy 2008

[SwitchE-pim] quit

配置SSM的PIM-SM网络示例

如图10所示，HostA希望能够接收到S1、S2发送的组播数据，而HostB希望能够接收S2发送的组播数据。

图10 配置SSM模型的PIM-SM域内组播组网图

配置思路

通过在交换机配置PIM-SM协议，为网络中的用户主机提供SSM服务，使得用户主机在加入组播组的同时，能够接收到自己所指定的组播源的组播数据。

1. 配置交换机接口IP地址和单播路由协议。组播域内路由协议PIM依赖单播路由协议，单播路由正常是组播协议正常工作的基础。

2. 在所有提供组播服务的交换机上使能组播功能。在交换机所有接口上使能PIM-SM功能。

3. 在与主机侧相连的交换机接口上使能IGMP，并配置IGMP协议的版本号为v3。叶节点交换机通过IGMP协议来维护组成员关系列表。

操作步骤

1. 配置各接口的IP地址和单播路由协议，实现网络中各交换机间能够在网络层互通，配置过程略

2. 使能组播功能，在各接口上使能PIM-SM功能。

# 在所有交换机使能组播功能，在各接口上使能PIM-SM功能。

[SwitchA] multicast routing-enable

[SwitchA] interface vlanif 10

[SwitchA-Vlanif10] pim sm

[SwitchA-Vlanif10] quit

[SwitchA] interface vlanif 20

[SwitchA-Vlanif20] pim sm

[SwitchA-Vlanif20] quit

[SwitchA] interface vlanif 30

[SwitchA-Vlanif30] pim sm

[SwitchA-Vlanif30] quit

SwitchB、SwitchC、SwitchD、SwitchE和SwitchF的配置与SwitchA相似，配置过程略。

3. 在连接用户主机的接口上使能IGMP功能，并配置IGMP版本号为v3。

# 在SwitchA连接用户主机的接口上使能IGMP功能。

[SwitchA] interface vlanif 20

[SwitchA-Vlanif20] igmp enable

[SwitchA-Vlanif20] igmp version 3

[SwitchA-Vlanif20] quit

SwitchB和SwitchC的配置与SwitchA相似，配置过程略。