PIM プロトコルの仕組み

PIM プロトコルは、ネットワーク内のルータ間でマルチキャスト データを転送するためのプロトコルのセットです。近隣関係は、動的ルーティング プロトコルの場合と同じ方法で構築されます。 PIMv2 は、予約済みのマルチキャスト アドレス 30 (All-PIM-Routers) に 224.0.0.13 秒ごとに Hello メッセージを送信します。メッセージにはホールド タイマーが含まれます。これは通常、3.5 * Hello タイマーに等しく、デフォルトでは 105 秒です。

PIM は、デンス モードとスパース モードという 2 つの主な動作モードを使用します。まずは高密度モードから始めましょう。
ソースベースの配布ツリー。
異なるマルチキャスト グループのクライアントが多数存在する場合は、Dense モードを使用することをお勧めします。ルータがマルチキャスト トラフィックを受信すると、最初に RPF ルールをチェックします。 RPF - このルールは、ユニキャスト ルーティング テーブルを使用してマルチキャストの送信元を確認するために使用されます。ユニキャスト ルーティング テーブルのバージョンに応じて、トラフィックが特定のホストが隠されているインターフェイスに到達することが必要です。このメカニズムは、マルチキャスト送信中にループが発生する問題を解決します。

R3 はマルチキャスト メッセージからマルチキャスト ソース (送信元 IP) を学習し、R1 と R2 からの 1 つのフローをユニキャスト テーブルと照合します。テーブルが指すインターフェース (R3 から R2) からのフローはさらに送信され、R0 からのフローはドロップされます。これは、マルチキャスト ソースに到達するには、S1/XNUMX 経由でパケットを送信する必要があるためです。
質問: 同じメトリックを持つ同等のルートが 2 つある場合はどうなりますか?この場合、ルータはこれらのルートからネクストホップを選択します。より高い IP アドレスを持つ人が勝ちます。この動作を変更する必要がある場合は、ECMP を使用できます。続きを読む ここで.
ルータは RPF ルールをチェックした後、パケットの受信元を除くすべての PIM ネイバーにマルチキャスト パケットを送信します。残りの PIM ルータはこのプロセスを繰り返します。マルチキャスト パケットが送信元から最終受信者までたどるパスは、ソース ベース配布ツリー、最短パス ツリー (SPT)、またはソース ツリーと呼ばれるツリーを形成します。 3つの異なる名前からいずれかを選択してください。
一部のルータがマルチキャスト ストリームを必要とせず、送信先が存在しないが、上流のルータがそれらに送信するという問題を解決する方法。この目的のために、Prune メカニズムが発明されました。
メッセージを整理します。
たとえば、R2 が RPF ルールに従ってマルチキャストをドロップしても、R3 は R3 にマルチキャストを送信し続けます。なぜチャネルをロードするのですか? R3 は PIM プルーニング メッセージを送信し、R2 はこのメッセージを受信すると、このフローの発信インターフェイス リスト (このトラフィックを送信するインターフェイスのリスト) から S0/1 インターフェイスを削除します。

以下は、PIM Prune メッセージのより正式な定義です。
PIM Prune メッセージは、1 台のルータから 2 台目のルータに送信され、2 台目のルータが特定の (S,G) SPT から Prune を受信したリンクを削除します。

Prune メッセージを受信した後、R2 は Prune タイマーを 3 分に設定します。 1 分後、別の Prune メッセージを受信するまでトラフィックの送信を再開します。これは PIMvXNUMX です。
PIMv2 では、状態更新タイマーが追加されました (デフォルトは 60 秒)。 R3 から Prune メッセージが送信されるとすぐに、このタイマーが R3 で開始されます。このタイマーが期限切れになると、R3 は状態更新メッセージを送信し、このグループの R3 の 2 分間のプルーニング タイマーをリセットします。
Prune メッセージを送信する理由:

• マルチキャスト パケットが RPF チェックに失敗した場合。
• マルチキャスト グループを要求したローカル接続クライアントが存在せず (IGMP Join)、マルチキャスト トラフィックを送信できる PIM ネイバーも存在しない場合 (非プルーニング インターフェイス)。

グラフトメッセージ。
R3 が R2 からのトラフィックを望まず、Prune を送信し、R1 からマルチキャストを受信したと想像してください。しかし突然、R1-R3 間のチャネルが切断され、R3 はマルチキャストなしの状態になりました。 R3 の Prune Timer が期限切れになるまで 2 分間待つことができます。 3 分間待つのは長い時間です。待機しないようにするには、R0 上のこのインターフェイス S1/2 をプルーニング状態から直ちに解除するメッセージを送信する必要があります。このようなメッセージは Graft メッセージになります。 Graft メッセージを受信すると、R2 は Graft-ACK で応答します。
プルーンオーバーライド。

この図を見てみましょう。 R1 は、3 つのルータがあるセグメントにマルチキャストをブロードキャストします。 R2 はトラフィックを受信して​​ブロードキャストし、R1 はそれを受信しますが、トラフィックをブロードキャストする相手がいません。このセグメントで Prune メッセージを R1 に送信します。 R0 はリストから Fa0/3 を削除し、このセグメントでのブロードキャストを停止する必要がありますが、R3 はどうなるでしょうか?そして、同じセグメントにいるR1も、プルーンからのこのメッセージを受け取り、状況の悲惨さを理解しました。 R3 はブロードキャストを停止する前に 3 秒のタイマーを設定し、3 秒後にブロードキャストを停止します。 3 秒は、R3 がマルチキャストを失わないようにするために必要な時間です。したがって、R1 はできるだけ早くこのグループに対して Pim Join メッセージを送信し、RXNUMX はブロードキャストを停止することを検討しなくなります。参加メッセージについては以下をご覧ください。
アサートメッセージ。

次のような状況を想像してみましょう。0 台のルータが同時に 2 つのネットワークにブロードキャストしています。これらはソースから同じストリームを受信し、両方ともそれを e3 インターフェイスの背後にある同じネットワークにブロードキャストします。したがって、このネットワークの唯一の放送局が誰になるかを決定する必要があります。これにはアサート メッセージが使用されます。 R2 と R3 がマルチキャスト トラフィックの重複を検出すると、つまり、R10.1.1.10 と RXNUMX 自身がブロードキャストしたマルチキャストを受信すると、ルータは何か問題があることを認識します。この場合、ルータは、管理距離と、マルチキャスト ソース (XNUMX) に到達するために使用されるルート メトリックを含むアサート メッセージを送信します。優勝者は次のように決定されます。

1. ADが低い方。
2. AD が等しい場合、メトリックが低いのはどちらでしょうか?
3. ここで同等である場合、ネットワーク内で IP が高い方がこのマルチキャストをブロードキャストします。

この投票に勝利したルータが指定ルータになります。 Pim Hello は DR の選択にも使用されます。記事の冒頭で PIM Hello メッセージを示しましたが、そこに DR フィールドがあります。このリンク上の IP アドレスが大きい方が勝者となります。
便利な標識:

MROUTE テーブル。
最初に PIM プロトコルの仕組みを確認した後、マルチキャスト ルーティング テーブルの操作方法を理解する必要があります。 mroute テーブルには、クライアントによって要求されたストリームとマルチキャスト サーバーから送信されたストリームに関する情報が格納されます。
たとえば、あるインターフェースで IGMP メンバーシップ レポートまたは PIM Join を受信すると、タイプ (*, G) のレコードがルーティング テーブルに追加されます。

このエントリは、アドレス 238.38.38.38 のトラフィックの要求が受信されたことを意味します。 DC フラグはマルチキャストが Dense モードで動作することを意味し、C は受信者がルータに直接接続されている、つまりルータが IGMP メンバーシップ レポートと PIM Join を受信したことを意味します。
(S,G) タイプのレコードがある場合は、マルチキャスト ストリームがあることを意味します。

S フィールド（192.168.1.11）にはマルチキャスト送信元の IP アドレスが登録されており、RPF ルールによってチェックされます。問題がある場合は、まずユニキャスト テーブルで送信元へのルートを確認します。着信インターフェイス フィールドは、マルチキャストを受信するインターフェイスを指定します。ユニキャスト ルーティング テーブルでは、ソース ルートはここで指定されたインターフェイスを参照する必要があります。送信インターフェイスは、マルチキャストがリダイレクトされる場所を指定します。空の場合、ルータはこのトラフィックに対する要求を受信して​​いません。すべての旗に関するより詳しい情報は以下をご覧ください。 ここで.
PIM スパース モード。
スパースモードの戦略は、デンスモードの反対です。スパース モードは、マルチキャスト トラフィックを受信すると、このトラフィックを要求する Pim Join または IGMP レポート メッセージなど、このフローの要求があったインターフェイスを通じてのみトラフィックを送信します。
SM と DM の類似要素:

• 近隣関係は PIM DM と同じ方法で構築されます。
• RPF ルールは機能します。
• DRの選択も同様です。
• Prune Overrides と Assert メッセージのメカニズムは似ています。

ネットワーク内で誰が、どこで、どのようにどのようなマルチキャスト トラフィックを必要とするかを制御するには、共通の情報センターが必要です。私たちの中心はランデブーポイント（RP）になります。マルチキャスト トラフィックを希望する人、またはソースからマルチキャスト トラフィックを受信し始めた人は、それを RP に送信します。
RP はマルチキャスト トラフィックを受信すると、以前にこのトラフィックを要求したルータにそのトラフィックを送信します。

RP が R3 であるトポロジを想像してみましょう。 R1 は S1 からトラフィックを受信すると、マルチキャスト パケットをユニキャスト PIM レジスタ メッセージにカプセル化し、RP に送信します。彼はどうやってRPが誰なのか知るのでしょうか?この場合は静的に設定されており、動的 RP 設定については後で説明します。

IP PIM RPアドレス 3.3.3.3

RP は、このトラフィックを受信したい人からの情報があったかどうかを確認します。なかったと仮定しましょう。次に、RP は R1 に PIM Register-Stop メッセージを送信します。これは、誰もこのマルチキャストを必要としないことを意味し、登録は拒否されます。 R1 はマルチキャストを送信しません。ただし、マルチキャスト送信元ホストがこれを送信するため、R1 は Register-Stop を受信した後、60 秒の Register-Suppression タイマーを開始します。このタイマーが期限切れになる 5 秒前に、R1 は Null レジスタ ビットを含む空のレジスタ メッセージ (つまり、カプセル化されたマルチキャスト パケットなし) を RP に向けて送信します。 RP は次のように動作します。

• まだ受信者がいない場合は、Register-Stop メッセージで応答します。
• 受信者が現れた場合、彼はいかなる形でもそれに応答しません。 R1 は、5 秒以内に登録の拒否を受信しなかったため、カプセル化されたマルチキャストを含む登録メッセージを RP に送信します。

マルチキャストが RP に到達する仕組みはわかったようです。次に、RP がトラフィックを受信者に配信する方法についての質問に答えてみましょう。ここで、ルート パス ツリー (RPT) という新しい概念を導入する必要があります。 RPT は RP をルートとし、受信者に向かって成長し、各 PIM-SM ルータで分岐するツリーです。 RP は PIM Join メッセージを受信して​​これを作成し、ツリーに新しいブランチを追加します。各ダウンストリーム ルータも同様です。一般的なルールは次のとおりです。

• PIM-SM ルータは、RP が隠れているインターフェイス以外のインターフェイスで PIM Join メッセージを受信すると、ツリーに新しいブランチを追加します。
• PIM-SM ルータが直接接続されたホストから IGMP メンバーシップ レポートを受信した場合にも、ブランチが追加されます。

グループ 5 のルータ R228.8.8.8 にマルチキャスト クライアントがあるとします。 R5 はホストから IGMP メンバーシップ レポートを受信すると、RP に向けて PIM Join を送信し、ホスト側のインターフェイスをツリーに追加します。次に、R5 は R4 から PIM Join を受信し、Gi5/0 インターフェイスをツリーに追加し、PIM Join を RP に向けて送信します。最後に、RP（R1）はPIM Joinを受信し、Gi3/0をツリーに追加します。このようにして、マルチキャスト受信者の登録が取得されます。ルート R0-Gi3/0 → R0-Gi4/0 → R1-Gi5/0 を持つツリーを構築します。
この後、PIM Join が R1 に送信され、R1 はマルチキャスト トラフィックの送信を開始します。マルチキャストがブロードキャストを開始する前にホストがトラフィックを要求した場合、RP は PIM Join を送信せず、R1 に向けて何も送信しないことに注意することが重要です。
マルチキャストの送信中に突然ホストがそれを受信しなくなった場合、RP は Gi0/0 インターフェイスで PIM Prune を受信するとすぐに PIM Register-Stop を R1 に直接送信し、次に Gi0/1 インターフェイスを介して PIM Prune メッセージを送信します。 PIM レジスタ停止は、PIM レジスタを受信したアドレスにユニキャストで送信されます。
前述したように、ルータが別のルータ（たとえば R5 から R4）に PIM Join を送信するとすぐに、レコードが R4 に追加されます。

そしてタイマーがスタートし、このタイマー R5 は PIM Join メッセージを継続的にリセットする必要があります。そうしないと、R4 はそれを送信リストから除外します。 R5 は 60 個の PIM Join メッセージを送信します。
最短パス ツリーのスイッチオーバー。
R1 と R5 の間にインターフェイスを追加し、このトポロジでトラフィックがどのように流れるかを確認します。

トラフィックが古いスキーム R1-R2-R3-R4-R5 に従って送受信され、ここで R1 と R5 間のインターフェイスが接続され、構成されていると仮定します。
まず、R5 上のユニキャスト ルーティング テーブルを再構築し、R192.168.1.0 Gi24/5 インターフェイスを介して 0/2 ネットワークに到達できるようになりました。ここで、Gi5/0 インターフェイスでマルチキャストを受信する R1 は、RPF ルールが満たされていないことを認識し、Gi0/2 でマルチキャストを受信する方が論理的であると判断します。 RPT から切り替えて、最短パス ツリー (SPT) と呼ばれるより短いツリーを構築する必要があります。これを行うには、Gi0/2 経由で R1 に PIM Join を送信し、R1 も Gi0/2 経由でマルチキャストの送信を開始します。ここで、R5 は 1 つのコピーを受け取らないようにするために、RPT から登録解除する必要があります。これを行うには、送信元 IP アドレスを示し、特別なビット (RPT ビット) を挿入する Prune メッセージを送信します。つまり、私にトラフィックを送信する必要はなく、ここにはより良いツリーがあります。 RP は R5 に PIM Prune メッセージも送信しますが、Register-Stop メッセージは送信しません。もう 1 つの機能: R5 が XNUMX 分ごとに PIM レジスタを RP に送信し続けるのと同様に、RXNUMX は PIM プルーンを RP に継続的に送信するようになります。このトラフィックを希望する新しい人が現れるまで、RP はそれを拒否します。 RXNUMX は、SPT 経由でマルチキャストを受信し続けていることを RP に通知します。
動的 RP 検索。
自動RP。
このテクノロジーはシスコ独自のものであり、あまり普及していませんが、現在でも使われています。 Auto-RP の動作は、主に次の 2 つの段階で構成されます。
1) RP は予約済みアドレス 224.0.1.39 に RP-Announce メッセージを送信し、自身を全員または特定のグループに対して RP であると宣言します。このメッセージはXNUMX分ごとに送信されます。
2) どのグループがどの RP をリッスンする必要があるかを示す RP 検出メッセージを送信する RP マッピング エージェントが必要です。通常の PIM ルータはこのメッセージから RP を決定します。マッピング エージェントは、RP ルータ自体または別の PIM ルータのいずれかになります。 RP-Discovery は、224.0.1.40 分のタイマーでアドレス XNUMX に送信されます。
プロセスを詳しく見てみましょう。
R3 を RP として設定しましょう。

ip pim send-rp-announce loopback 0 スコープ 10

マッピングエージェントとしてのR2:

ip pim send-rp-discovery ループバック 0 スコープ 10

その他すべてでは、Auto-RP 経由の RP を期待します。

IP PIM 自動RPリスナー

R3 を設定すると、RP-Announce の送信が開始されます。

そして、R2 はマッピング エージェントを設定した後、RP-Announce メッセージを待機し始めます。少なくとも XNUMX つの RP が見つかった場合にのみ、RP-Discovery の送信を開始します。

したがって、通常のルータ (PIM RP リスナー) はこのメッセージを受信するとすぐに、RP を探す場所がわかります。
Auto-RP の主な問題の 224.0.1.39 つは、RP-Announce および RP-Discovery メッセージを受信するために、アドレス 40-224.0.1.39 に PIM Join を送信する必要があり、それを送信するには RP がどこにあるかを知っておく必要があることです。典型的な鶏が先か卵が先かという問題。この問題を解決するために、PIM Sparse-Dense-Mode が発明されました。ルータが RP を認識しない場合は Dense モードで動作し、認識する場合は Sparse モードで動作します。通常のルータのインターフェイスに PIM Sparse モードと ip pim autorp listener コマンドが設定されている場合、ルータは Auto-RP プロトコル (40-XNUMX) の直接マルチキャストに対してのみ Dense モードで動作します。
ブートストラップ ルーター (BSR)。
この機能は Auto-RP と同様に動作します。各 RP はマッピング エージェントにメッセージを送信し、マッピング エージェントはマッピング情報を収集して、それを他のすべてのルータに伝えます。 Auto-RP と同様にプロセスを説明しましょう。
1) R3 を RP 候補として設定したら、次のコマンドを実行します。

ip pim rp-候補ループバック 0

その後、R3 は何も行いません。特別なメッセージの送信を開始するには、まずマッピング エージェントを見つける必要があります。それでは、XNUMX 番目のステップに進みましょう。
2) R2 をマッピング エージェントとして設定します。

ip pim bsr-候補ループバック 0

R2 は PIM ブートストラップ メッセージの送信を開始し、自身をマッピング エージェントとして指定します。

このメッセージは、PIM プロトコルが他のメッセージにも使用するアドレス 224.0.013 に送信されます。これらはあらゆる方向に送信されるため、Auto-RP のような鶏が先か卵が先かという問題は発生しません。
3) RP はルータの BSR からメッセージを受信すると、すぐにルータの BSR アドレスにユニキャスト メッセージを送信します。

その後、BSR は RP に関する情報を受信し、それをすべての PIM ルータがリッスンするアドレス 224.0.0.13 にマルチキャスト経由で送信します。したがって、このコマンドに類似するものはない。 IP PIM 自動RPリスナー 通常のルータには BSR はありません。
マルチキャスト ソース検出プロトコル (MSDP) を使用したエニーキャスト RP。
Auto-RP と BSR を使用すると、次のように RP の負荷を分散できます。各マルチキャスト グループには、アクティブな RP が 255.255.255.255 つだけあります。複数の RP の XNUMX つのマルチキャスト グループの負荷を分散することはできません。 MSDP は、マスク XNUMX を持つ同じ IP アドレスを RP ルーターに発行することによってこれを実行します。 MSDP は、静的、Auto-RP、BSR のいずれかの方式を使用して情報を学習します。

図では、MSDP を使用した Auto-RP 構成を示しています。両方の RP は、ループバック 172.16.1.1 インターフェイスで IP アドレス 32/1 に設定されており、すべてのグループに使用されます。 RP-Announce では、両方のルータがこのアドレスを参照して自身をアドバタイズします。情報を受信すると、Auto-RP マッピング エージェントは、アドレス 172.16.1.1/32 の RP に関する RP-Discovery を送信します。 IGP を使用して、ネットワーク 172.16.1.1/32 についてルーターに通知します。したがって、PIM ルータは、172.16.1.1/32 ネットワークへのルートのネクストホップとして指定された RP からのフローを要求または登録します。 MSDP プロトコル自体は、RP 自体がマルチキャスト情報に関するメッセージを交換できるように設計されています。
次のトポロジを考えてみましょう。

Switch6 はトラフィックをアドレス 238.38.38.38 にブロードキャストしますが、現時点では RP-R1 だけがそれを認識しています。ここでSwitch7とSwitch8がこのグループを要求しました。ルータ R5 と R4 はそれぞれ R1 と R3 に PIM Join を送信します。なぜ？ R13.13.13.13 上の 5 へのルートは、R1 と同様に、IGP メトリックによって R4 を参照します。
RP-R1 はストリームを認識しており、R5 に向けてブロードキャストを開始しますが、R4 はそのままでは送信しないため、R1 はストリームについて何も認識しません。だからこそ、MSDPが必要なのです。 R1 と R5 で設定します。

ip msdp peer 3.3.3.3 connect-source Loopback1 on R1

ip msdp peer 1.1.1.1 connect-source Loopback3 on R3

これらは相互にセッションを開始し、フローを受信すると、それを RP ネイバーに報告します。
RP-R1 は、Switch6 からストリームを受信するとすぐに、ユニキャスト MSDP Source-Active メッセージを送信します。このメッセージには、(S、G) タイプの情報、つまりマルチキャストの送信元と宛先に関する情報が含まれます。ここで、RP-R3 は送信元が Switch6 であることを認識し、このフローの要求を R4 から受信すると、ルーティング テーブルに従って Switch6 に向けて PIM Join を送信します。したがって、このような PIM Join を受信した R1 は、RP-R3 に向けてトラフィックの送信を開始します。
MSDP は TCP 上で実行され、RP は実行可能性を確認するためにキープアライブ メッセージを相互に送信します。タイマーは60秒です。
Keepalive および SA メッセージはどのドメインとの所属も示さないため、MSDP ピアを異なるドメインに分離する機能は不明のままです。このトポロジでは、異なるドメインを指定した構成もテストされましたが、動作に違いはありませんでした。
もし誰かがこれについて何か説明できるなら、コメント欄で読んでみたいです。

出所： habr.com