(T) PIM (Protocol Independent Multicast)*

PIM (Protocol Independent Multicast)

Wstęp do protokołu PIM

Protocol Independent Multicast

  • Protokół PIM tworzy drzewa dystrybucyjne (Distribution trees), definiujące ścieżkę pomiędzy źródłem transmisji Multicast a jaj odbiorcą (Urządzeniem końcowym).
  • Protokół PIM wspiera dwa rodzaje drzew dystrybucyjnych (Distribution trees):
    • Source Tree – Drzewo dystrybucyjne którego wierzchołek (Root) stanowi źródło transmisji Multicast. W czasie wytyczania trasy wykorzystuje najkrótszą drogę pomiędzy zródłem transmisji a odbiorcą (Urządzeniem końcowym), nazywaną SPT (Shortest Path Tree). Stan przekazywania SPT znany jest również pod notacją S,G (S Comma G) ,gdzie S oznacza Server a G grupę adresów multicast-owych.
    • Shared Tree – Drzewo dystrybucyjne którego wierzchołek (Root) stanowi dedykowany ruter RP (Rendezvous Point), związku z czym drzewo te nazywane jest również RPTs (RP Trees). Stan przekazywania RPT znany jest również pod notacją *,G. Ponieważ grupa adresów Multicast-owych jest przekazywana niezależnie od źródła transmisji.
  • Drzewo dystrybucyjne Shared Tree zapewnia większą skalowalność wraz z wzrostem ilości urządzeń stanowiących nowe źródła transmisji multicast.
  • Wadą drzewa dystrybucyjnego Shared Tree, jest fakt otrzymywania ruchu ze wszystkich źródeł transmisji Multicast, nawet jeśli nadają one dla tej samej grupy adresów multicast-owych. Co zwiększa wykorzystanie łącza.

Terminologia protokołu PIM

  • Reverse Path Forwarding (RPF) interface – Interfejs z najniższym kosztem (AD, Metric) dotarcia do adresu IP źródła transmisji multicast-owej (Source Trees) bądź rutera RP (Shared Trees). Jeżeli więcej interfejsów posiada tą samą wartość (AD, Metryki), wybierany jest ten z najwyższą wartością adresu IP.
  • RPF neighbor – Zgodnie z poniższą grafiką, sąsiadem rutera R7 będzie ruter R3 względem drzewa (Shared Trees), ponieważ zapewnia najniższy koszt dotarcia do rutera RP. Bądź ruter R4 względem drzewa (Source Trees), ponieważ zapewnia najniższy koszt dotarcia do źródła transmisji multicast-owej.
  • Upstream – Ruch sieciowy w kierunku źródła transmisji multicast, w drzewach (Source Trees / Shared Trees).
  • Upstream interface (IIF) – Interfejs sieciowy skierowany w kierunku źródła transmisji multicast.
  • Downstream – Ruch sieciowy w kierunku urządzeń końcowych (Odbiorców ruchu multicast).
  • Downstream interface (OIF) – Interfejs sieciowy skierowany kierunku urządzeń końcowych (Odbiorców ruchu multicast).
  • Incoming Interface (IIF) – Jedyny interfejs mogący otrzymywać ruch multicast z źródła transmisji.
  • Outgoing Interface (OIF) – Każdy interfejs wykorzystywany do przenoszenia ruchu w kierunku urządzeń końcowych.
  • Outgoing Interface List (OIL) – Grupa interfejsów OIF, przenoszących ruch multicast względem jednej grupy.
  • Last-Hop Router (LHR) – Ruter znajdujący się najbliżej urządzenia końcowego, odpowiada za przesyłanie wiadomości „PIM Join” w górę drzewa, do źródła transmisji multicast.
  • First-Hop Router (FHR) – Ruter znajdujący się najbliżej źródła transmisji multicast, zwany również root router.
  • Multicast Routing Information Base (MRIB) – Tablica topologii zwana inaczej Multicast Route Table (Mroute), zawiera następujące informacje na temat tras multicast:
    • Źródło transmisji (S) oraz Grupę adresów (G).
    • Incoming Interfaces (IIF).
    • Outgoing Interfaces (OIF).
    • RPF Neighbors informations.
  • Multicast Forwarding Information Base (MFIB) – Tablica przekierowania umożliwiająca przeniesienie zawartości tablicy MRIB, do poziomu sprzętowego (Hardware).
  • Multicast state.
PIM Terminologia

Typ komunikatów sterujących protokołu PIM

  • Wiadomości „PIM Hello Messages” są wysyłane w 30 sekundowych odstępach, z każdego interfejsu PIM-enabled. W celu zdobycia informacji na temat sąsiednich ruterów wspierających protokół PIM.
  • Wiadomości „PIM Hello Messages” są również wykorzystywane w procesie elekcji rutera DR (Designated Router).
TypeMessage TypeDestinationPIM Protocol
0Hello224.0.0.13 (all PIM routers)PIM-DM, Bidir-PIM and SSM
1RegisterRP address (unicast)PIM-SM
2Register stopFirst-hop router (unicast)PIM-SM
3Join / Prune224.0.0.13 (all PIM routers)PIM-SM, Bidir-PIM
4Bootstrap224.0.0.13 (all PIM routers)PIM-SM and Bidir-PIM
5Assert224.0.0.13 (all PIM routers)PIM-SM, PIM-DM, and Bidir-PIM
8Candidate RP advertisementBootstrap router (BSR) address (unicast to BSR)PIM-SM and Bidir-PIM
9State refresh224.0.0.13 (all PIM routers)PIM-DM
10DF election224.0.0.13 (all PIM routers)Bidir-PIM
PIM Control Message Types

Tryby pracy protokołu PIM

Dostępne tryby pracy protokołu PIM

  • PIM Dense Mode (PIM-DM).
  • PIM Sparse Mode (PIM-SM).
  • PIM Sparse Dense Mode.
  • PIM Source Specific Multicast (PIM-SSM).
  • PIM Bidirectional Mode (Bidir-PIM).

PIM-DM, PIM-SM

  • Zarówno tryb PIM-DM jak i tryb PIM-SM, wykorzystują tablicę Unicast Routing Table w celu określania trasy RPF. Nie dbając z jakiego źródła pochodzą zawarte w niej informację (Protokołu routingu dynamicznego bądź trasy statycznej).

Tryb PIM Dense Mode (PIM-DM)

  • Tryb PIM-DM działa na zasadzie (S, G).
  • Tryb PIM-DM został zaprojektowany dla sieci, w których urządzenia końcowe (Odbiorcy transmisji multicast-owej), znajdują się w większości sieci. Inaczej mówiąc są gęsto rozsiani w sieci firmowej.
  • Tryb PIM-DM działa na zasadzie zalania transmisjami multicast-owymi, wszystkich ruterów znajdujących się pod źródłem transmisji. Każdy ruter otrzymujący transmisję grupy multicast-owej, musi zdecydować czy posiada aktywnych odbiorców. Jeśli takowych posiada przesyła ruch multicast-owy dalej bez podejmowania dodatkowych akcji. Jeśli jednak żadne urządzenie końcowe nie jest zainteresowane otrzymywaniem ruchu multicast-owego na ruterze LHR, ruter odeśle wiadomość „Purne message” w kierunku źródła transmisji. W celu zablokowania zbędnego ruchu sieciowego.
  • Zalewając sieć transmisjami multicast-owymi, tryb PIM-DM może doprowadzić do sytuacji, w której ruch sieciowy będzie docierał do ruterów z większej liczby interfejsów (RPF oraz non-RPF). Wiadomości nadchodzące na interfejs non-RPF są porzucane. A następnie wysyłana jest wiadomość „Purne message” w kierunku źródła transmisji, w celu zablokowania zbędnego ruchu sieciowego.
  • Inicjacja transmisji multicast-owej przy użyciu trybu PIM-DM, zawsze powoduje zalanie wszystkich ruterów PIM w sieci firmowej, ruchem multicast-owym.
  • Ważność wysłanej wiadomości „Purne message” wynosi 3 minuty, po tym czasie ruch multicast-owy zostanie wznowiony, do momentu otrzymania kolejnej wiadomości „Purne message”. Potwierdzającej o braku urządzeń końcowych zainteresowanych otrzymywaniem transmisji multicast.
  • Tryb PIM-DM jest zalecany jedynie dla małych sieci, nie poleca się jego wykorzystywania w środowisku produkcyjnym.

Tryb PIM Sparse Mode (PIM-SM)

  • Tryb PIM-SM został zaprojektowany dla sieci, w których urządzenia końcowe (Odbiorcy transmisji multicast-owej), znajdują się tylko w części sieci. Inaczej mówiąc, są rzadko rozlokowani w sieci firmowej. Jednak tryb ten radzi sobie również z gęsto rozlokowanymi urządzeniami końcowymi.
  • Tryb PIM-SM przyjmuje założenie, że żadne urządzenie końcowe nie jest zainteresowane otrzymywaniem transmisji multicast-owych, chyba że wyraźnie tego zażąda.

Pozostałe tematy związane z protokołem multicast

PDFPRINT

Robert T Kucharski

Cisco Network Engineer in GPW.

Dodaj komentarz