PIM SM RP控制原理与实验

RP控制：

概述：
RP ( Rendezvous Point)是PIM SM网络中一台“核心”路由器，它的位置建议放在网络的核心，在组播数据转发过程中，它起到的是“汇聚”的作用，汇聚组播接收者的加入/剪枝请求和组播源的组播数据。当某个网段的DR路由器通过IGMP协议了解该网段上有组播接收者时，就会向RP发送一个(* ,G) 的加入报文，用(* ,G)Join表示，表明本地需要接收来自任何组播源的、发往组播组G的组播数据。

在PIM SM中，每一个PIM组播组都需要一个RP地址，这个地址用来当作组播组相应的组播分发树的树根，用来连接SPT树和RPT树。在网络上的任何一台PIM SM路由器都需要知道组播组所需要的RP地址。

RP的作用：

共享树里所有组播流都通过RP转发到接收者。
RP可以负责几个或者所有组播组的转发，网络中可以有一个或多个RP（只有一个作为主RP）。用户通过配置命令，可以限制RP只为IP地址在一定范围的组播组服务。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。所有该组成员和向该组发送组播数据的组播源都向唯一的RP汇聚。

RP的发现：

静态RP：在PIM域中的所有PIM路由器上逐一进行配置，静态指定RP。static-rp rp-address 指定静态RP的IP地址。坏处是所有路由器都需要配置，配置量比较大，并且没有备份功能，当RP出问题以后就无法正常转发流量了，所以当静态和动态RP同时存在的时候，优选动态RP。
动态RP：在PIM域内选择几台PIM路由器，配置成为C-RP(Candidate-RP)，最后从C-RP中竞选产生RP。使用动态RP，必须同时配置C-BSR（Candidate-BootStrap Router）。由C-BSR竞选产生BSR。

RP是PIM-SM域中的核心路由器，在小型并且简单的网络中，组播信息量少，全网络仅依靠一个RP进行信息转发即可，此时可以在SM域中各路由器上静态指定RP位置。但是更多的情况下，PIM-SM网络规模都很大，通过RP转发的组播信息量巨大，为了缓解RP的负担同时优化共享树的拓扑结构，不同组播组应该对应不同的RP（可以自己设置），此时就需要自举机制来动态选举RP，配置自举路由器BSR(BootStrap Router)。动态RP可以进行相应的备份，当主RP失效时，会切换到备用的RP上。

动态RP部署：

动态RP的设计在中大型网络中要求比较多，好处是当网络拓扑发生变化的时候，RP和组的对应关系会自动调整，保证网络的冗余性。目前动态RP协议是PIMv2使用的BSR(自举协议)选择出来的。BSR就像是一个裁判，如果没有这个裁判，所有设置为了RP的设备都会发送自己的报文让别人进行筛选，但是别人只需要一个RP，其他次优的RP报文都是干扰报文，很浪费带宽。所以我们设置一个裁判——BSR，它会收集同一个域中所有想要成为RP设备的报文信息，然后综合在一起统一将所有信息周期性发送（自己不进行比较，让接收者比较，这样就可以有备份的RP信息得到了）。

当然，如果BSR挂掉了，这样也会使得RP的选举出现故障，所以我们也需要设置多个BSR作为备份，选举出一个主的BSR。当然，按照实际的网络情况，最好使用性能较好的设备作为支持（主RP最好别和BSR设置为同一个，这样如果坏掉以后BSR和RP都需要重新选举，实际较长）。

一、选举BSR的具体过程：
在一个PIM-SM域内，可能存在多台设备配置为C-BSR，但在同一时刻只能有一台设备成为BSR。BSR的选举是通过PIMv2的Bootrap（BSR）报文协商选举出来的，报文中带有BSR的优先级和BSR地址信息。

下图是BSR报文，从中可知，IP报文源IP地址为10.1.23.2， BSR 地址是10.1.2.2， Hash 掩码是30位，BSR优先级是0，RP映射(RP-set) ={ 10.1.2.2，224.0.0.0/4 }。

任何一台C-BSR路由器可工作在两种状态之一: “候选BSR”状态(C-BSR)或“已选举的BSR”状态。路由器启动时，初始状态都是“候选BSR”状态，在此状态下，130sBSR超时计时器启动。在此期间，若未听到任何其他“更优”的C-BSR的报文，超时后，当前C-BSR状态转换为“已选举的BSR”状态，即代表当前没有其他更优的C-BSR路由器，自己是域内唯一的 BSR。 BSR靠泛洪方式通告自身的报文，其泛洪过程有如
OSPF通告LSA，是逐跳的泛洪过程，任何PIMv2路由器都能听到BSR泛洪的报文。

判定哪台C-BSR路由器更优依据如下：

先比较BSR报文中的优先级数值，数值越大越优先。
若优先级数值一样，则比较BSR报文中的BSR的IP地址，数值越大越优先。但若在BSR计时器超时前收到一份 “更优”BSR报文，则产生那份BSR报文的C-BSR路由器被认定为“更优”的BSR路由器。

当前C-BSR对收到的“更优”BSR报文，本地做如下处理：

本地BSR超时计时器重置。
收到的“更优”BSR报文被转发出所有其他有PIM邻居的接口，自己不再通告自己的BSR报文。
把收到的BSR报文中的RP-映射复制到本地RP-Info中。

如若一台BSR路由器已处于“已选举的BSR状态”，已选举为BSR，则它负责周期产生BSR报文，其中包含RP映射。如果从另外一台路由器收到BSR报文，优先级更高，则不再产生自己的BSR报文，只转发已知的更优BSR的那份报文，并把自己的状态调整为“候选BSR”状态；否则，丢掉BSR报文。

设计建议：
BSR收集到各个C-RP的信息后，组合成为RP映射。然后将RP映射信息封装到BSR报文内向PIM邻居泛洪此消息，使PIM域内的RP信息是相同的。这样，任何组播组在不同的设备上都可以选择出相同的RP地址。建议CBSR至少2台，以避免单点故障，可和C-RP一起部署在同一台设备上。

二、C-RP的通告过程：
C-RP可以有多个，每个C-RP定义自己的一个接口IP地址和多个组播地址范围的对应关系。每一对IP地址和组：播地址范围的对应关系都叫做RP映射。多个C-RP的目的是为了增加网络的健壮性、冗余性。如果一台 C-RP失效，或到C-RP的链路故障，其他备选的CRP依然能够为相应的组播组提供服务。

当作为C-RP的PIMv2路由器收到泛洪过来的BSR报文后，从中了解到BSR地址。之后，每个C-RP会以单播的方式把C-RP上定义的RP-映射发给这个知道的唯一的 BSR路由器。若C-RP不知道BSR地址，则不会产生RP通告；当BSR收到CRP的映射之后，放到Cache中，并将收集到的RP映射放到周期性的BSR报文中，通告出去。

C-RP信息以单播形式通告：
C-RP通告的单播报文中包括C-RP的IP地址信息、需要服务的组播组地址范围(组播IP与掩码长度)及C-RP优先级。C-RP以60s周期向BSR单播发送C-RP消息，以免C-RP信息在BSR上超时。

建议设计：
C-RP 可以设置多个分散在PIM域的任何设备上，也可以集中在一台 PIM设备上，而且C-RP部署与BSR部署没有关联。但实际设计时，多将C-RP和C-BSR同时部署在一台设备上。

三、普通的PIMv2 (非BSR)路由器接收BSR报文：
任何PIMv2的路由器，也包括C-RP路由器，收到目标组地址224.0.0.13的BSR报文后，并非一味接收，而是对其先执行RPF检查。只有通过RPF检查的BSR报文才能被接收，并继续转发给其他PIM邻居。RPF检查是接收路由器对BSR报文中的BSR地址的检查，检查的目的是避免BSR报文的环路，使泛洪过程以BSR为树根，远离树根的路径去通告。

例如：

R3向所有PIM邻居泛洪自己的BSR报文。泛洪期间，报文内容不变化，报文流出的接口地址是BSR报文的源IP地址。R3的泛洪如图所示，R1 收到报文源IP地址是10.1.23.3 的BSR报文，R5 收到源IP地址是10.1.5.3 的BSR报文。BSR RPF检查规则:“根据BSR报文中BSR地址计算得出的RPF邻居必须等于BSR报文IP头中的源IP地址，RPF检查才通过，即路由器仅接收RPF邻居通告的BSR报文”。所以图7-43中，R5 和R1、R2对收到的BSR报文中地址10.1.3.3执行RPF计算(根据IP路由表中OSPF路由)后都满足BSR RPF 检查规则，把其中的RP-映射放入Cache后，继续泛洪。

R4路由器会从R2和R5收到泛洪过来的BSR报文，RPF 检查后，R4的RPF邻居是R2 (R4是OSPF ABR，经Area0 访问10.1.3.3)，所以R4接收R2通告的BSR报文。忽略R5通告的BSR报文。R4缓存RP-映射之后，继续向R5泛洪。R5 执行RPF检查后，忽略R4的BSR报文。至此，BSR 泛洪过程结束。60s之后，上述过程重复再发生。

对于通过检查的BSR报文，任何路由器本地的处理过程如下：

本地 BSR超时计时器重启。
BSR 报文被转发出所有其他接口。
收到的BSR报文中的RP映射集被复制到本地RP-info中。
BSR会每隔60s发送BSR报文，刷新路由器缓存的BSR信息，并重置130s 老化计时器。若超过130s，仍未收到BSR报文，则本地已有的BSR信息及RP映射关系将由于老化而被清除。

四、C-RP的选举参数：
BSR通告的内容包含RP和组的映射关系，其中，组范围可能会重叠，即一个组地址会出现在多个映射的组范围中。如果这种情况发生，PIM 路由器通过计算只能选择一个RP，使用算法如下：

根据组范围的大小来选择RP，优选最小的组范围所对应的RP。
C-RP优先级较高者获胜( 优先级数值越小优先级越高，默认为0)。
如果优先级相同，则执行Hash计算，Hash 计算结果中数值大者获胜。
如果以上都相同，则C-RP地址大者获胜。

设备在RP-映射中选择RP时，根据上述顺序选择出最好的RP。例，设备需要为组播组G选择RP，其过程如下：

如果需要计算组播组G的RP，第一步是查找RP-映射集，找到RP列表中最长匹配的RP地址。例: RP1 的组范围是224.0.0.0/4，RP2 的组范围是224.1.2.024，需要为组224.1.2.3选择RP，选择的结果是RP2，原因是其范围最小，最精确。
如果存在多个RP,则比较RP的优先级。优先级数值最小的RP胜出。如果上面的组范围相同的情况下，比较RP的优先级。
如果存在相同优先级的RP，则每个相同优先级的RP都进行一次Hash计算。选择Value最大的为组播组G的RP。
如果计算的结果相同，则选择IP地址最大的RP为组播组G的RP。

说明：
BSR中的负载分担是靠Hash掩码实现的，它使设备在选择RP时，做到不同的组播组使用不同的C-RP提供服务。其实现方式是在多个C-RP上分别定义相同的组地址范围，在C-RP优先级一样的情况下，设备将根据Hash掩码来计算RP。BSR 的负载分担是异组负载分担，一个组播组地址范围中的不同组播地址可以使用不同的RP。这种选择是靠以下公式计算得出的：

Hash(G,M,Ci)=(1 103515245*((1 103515245 *(G&M)+12345)XOR Ci)+ 12345)mod(2的31次方)其中，G为组地址；M为设备BSR的Hash掩码长度，默认为30位；Ci为RP的IP地址。

例，若C-RP 1.1.1.1 和2.2.2.2都定义并通告了229.1.2.0/24 组地址范围，BSR 定义的Hash掩码为30的情况下，则计算结果是上述组播范围中每4个连续地址段( 组播地址范围和hash掩码“相与”)会在2个RP中选择一个RP。如果Hash掩码是29位，则上述范围中，每8个连续组播地址段使用2个RP中的一个。同理，Hash 掩码越大，在多个RP间分配的组播地址段的颗粒度变大。但只要Hash掩码为非0，组播范围中的地址都按“段”在多个RP间“随机”分配。这种机制为BSR提供了“异组间负载”分担的能力。如果Hash掩码取值为0，则整个组播地址范围就是完整的一块，整块组播地址只会选择其中:一个RP地址，这使BSR丧失了负载分担的能力。示例中只为上述组播范围定义了两个RP一1.1.1.1 和2.2.2.2,按照上面的机制，每个RP会分担50%的组播组的转发任务。如果相同的组播范围配置了多个RP，如4个RP地址，则整个组范围将在4个RP间分担组播组业务。

BSR使用泛洪方式在组播域中通告RP-映射集的目的是使全网的设备有一致的RP映射集，每台设备执行一样的计算过程，所以同一个组播组在每个设备上选择的RP一致。

实验：
模拟器eNSP

拓扑描述：这里选择R3作为主BSR，R5作为备份BSR，同时R4作为主RP，R6作为备用RP。

一、首先进行BSR的配置：
根据选举顺序：

优先级较高者获胜（优先级数值越大优先级越高）。
如果优先级相同，IP地址较大者获胜。

R3上：IP地址为3.3.3.3小于5.5.5.5，所以优先级要配置大一点

pimc-bsr priority 20     //设置优先级，越高越优先c-bsr LoopBack0    //L0接口作为bsr

R5上：

pimc-bsr priority 10    //备份设备优先级设置小一点c-bsr LoopBack0

二、然后进行RP的配置：
根据选举顺序：

C-RP对应组播路由掩码最长的优先。
C-RP优先级较高者获胜（优先级数值越大优先级越低）。
如果优先级相同，则执行Hash函数，计算结果较大者获胜。
如果以上都相同，则C-RP指定的IP地址较大者获胜。

R4上：

pimc-rp LoopBack0 priority 10  //设置L0的优先级为10，越小越优先

R6上：

pimc-rp LoopBack0 priority 20

三、然后在R2上查看自己的RP信息：dis pim rp-info

组224.0.0.0/4有两个动态RP，其中一个IP地址为4.4.4.4，优先级为10，另外一个为6.6.6.6，优先级为20。所以对于224.0.0.0/4范围内的组播来说，掩码都相同，根据优先级小的更优，选择的RP就的IP地址就是4.4.4.4。

四、在R2上查看对应的BSR：dis pim bsr-info

可以看到选择的BSR为R3，因为相比于R5的优先级更大，为20；还可以可以看到C-RP的个数为2、Hash mask length字段为30等。

五、最后在R2上查看pim的路由信息：这里也可以显示RP具体的信息为4.4.4.4。

静态RP部署：

在小企业或网络结构简单的环境建议使用静态RP的部署方案。静态RP要求网络每台路由器要由工程师手工添加RP和组的对应关系。

图中，R2的Loopback0 (10.1.2.2)接口用作组播组范围229.1.2.0~ 229.1.2.255的RP，全网R1到R6的每台路由器上均要了解到这个RP信息。其他 PIM 路由器也做同样的静态配置。

说明：

如果配置的静态RP地址是本机状态为UP的某个接口地址，本机就作为静态RP。作为静态RP的接口不必使能PIM协议。
如果没有指定ACL，则配置的静态RP为所有组播组224.0.0.0/4服务；如果指定了ACL，所配置的静态RP只为该ACL所许可的组播组服务。通过重复执行该命令可以配置最多50个静态RP，但同一个ACL不能对应到多个静态RP。如果不引用ACL，则只能配置一个静态RP。
如果配置静态RP的命令中未携带prefrred 关键字，则设备优先选择BSR 机制选出的动态RP。即如果网络中未配置动态RP或动态RP失效，静态RP才能生效。而如果配置静态RP的命令中携带preferred 关键字，则设备优先选择静态RP。
重复执行此命令，会配置多个静态RP.如果存在多个静态RP为某个组服务的情况，则选择IP地址最大的RP为该组服务。

静态配置方案相比于动态配置方案：

配置容易，但部署复杂，手动工作量大;
不具备扩展性，当网络拓扑发生变化时，不能及时更新组和RP的对应关系;
适用在简单拓扑或小型网络中部署时，或当网络拓扑发生变化时对RP不敏感的网络环境。

整理资料来源：《HCIE路由交换学习指南》