PIM穿越BIER隧道的研究

瞿 辉，蒋元兵，康宗绪，王亚昕

（重庆金美通信有限责任公司，重庆 400030）

组播的研究起源于斯坦福大学的博士生Steve Deering，他于1989年提出了IP组播规范[1]，并在1992年建立了IP组播实验室网。1999年以后，出现了组播路由协议如PIM-SM[2]、PIM-SSM[3]、PIM-DM[4]，IP组播的技术和应用开始得到快速发展并沿用至今。

传统组播技术（PIM）需要依赖事先创建的组播树来转发数据流，每个流均需维护组播树和流状态，这使得网络节点的组播表、组播状态等的增长，成为组播网络中最复杂、不可控的部分。因此BIER（Bit Index Explicit Replication），即基于比特位的显式复制技术被提出并得到了广泛的关注。BIER技术于2015年在IETF成立了专门的工作组来推进标准化工作，众多设备厂商、芯片厂商和运营商关注并参与了标准的讨论，已形成了多篇工作组文稿，包括架构、转发面封装、流量工程、OAM等多方面的技术内容，并推出了RFC标准文档[5]。

1 应用场景分析

PIM域内一定会部署应用终端，但是后来者BIER，是为了解决路由交换节点的组播传递，其域内可以不部署应用终端。因此BIER作为核心域，其内部无终端接收组播流，仅承接PIM路由器的组播流，并建立隧道发送到相应的PIM路由器是常用的应用场景。

2 业界研究成果

IETF研究组于2018年2月颁布了第00版的《PIM Signaling Through BIER Core》草案，并于2021年更新为第12版[6]。该草案的主要内容如下。

（1）PIM信令穿越BIER域的过程：定义了PIM域和BIER的边界节点及其功能，定义了边界节点PIM组播转发表的接口，定义了BIER隧道的建立及头部格式各个字段的值及用法。

（2）组播数据流穿越BIER域的过程：定义了组播数据流到达域边界的处理（从PIM域进入BIER域、从BIER域出到PIM域）。

（3）根据组播源（或者RP）的IP地址，获取外出边界路由器的BIER节点号。

该草案在实现PIM穿越BIER域的描述中，着重PIM的JOIN消息如何处理，但未包括以下几点。

（1）PIM邻居维护（Hello），边界路由器收到对方PIM路由器的邻居维护消息的处理。

（2）BSR选举（Bootstrap），BSR消息采用泛洪机制，被BIER隔离的PIM域如何完成BSR选举。

（3）CRP汇报给BSR，由候选RP路由器发送单播IP消息给BSR，即PIM路由器发送候选RP消息给BSR时，如何穿越BIER域。

（4）BSR发布RP集合，同BSR选举。

（5）断言（Assert），断言消息的处理。

（6）嫁接（Graft），嫁接消息穿越BIER域传递。

3 实现方法

3.1 邻居维护

BIER路由器识别到PIM的邻居维护报文后，需要进行2个操作。

（1）标识自己为边界路由器（BBR），并将身份信息进行BIER域内的扩散，BIER域内每个路由器均需明确BBR的节点号（BBR-id）。同时识别维护报文Hold－Time选项字段（OptionType=1，OptionLength=2），以HoldTime为超时值启动定时器（每次接收维护报文刷新该值），超时后标识自己不再是边界路由器（BBR）。

（2）启动邻居维护定时器，超时值为HoldTime的1/3，超时后发送PIM邻居维护报文给对方，让PIM路由器认为自己也是一个PIM路由器（真正身份是BBR）。

通过邻居维护的处理，所有连接在BIER域上的PIM路由器将识别直连的BBR为邻居。

3.2 BSR选举

BSR发送的消息需要在整个PIM域内进行泛洪，因此边界路由器（BBR）收到此报文后将加入BIER比特前缀，BitString填写所有边界路由器（BBR）的ID bit值，并执行BIER转发。BBR收到此报文后，去除BIER比特前缀，并转发给连接的PIM路由器。

通过BSR选举报文的处理，PIM域内将选举出IP地址最大的路由器作为BSR（BIER路由器不参与BSR的选举），在任何一个PIM路由器上可观察到BSR的存在。

3.3 CRP收集

CRP收集报文由候选RP（CRP）以单播形式发送给BSR，在BIER域内执行IP单播转发即可。BSR收到CRP集合后，能够显示CRP的集合。

3.4 CRP通告

CRP通告报文是BSR报文的一种，采用组播地址泛洪发送。

报文处理同BSR选举。所有PIM路由器接收到RP通告后，可以显示域内的所有候选RP信息。

3.5 加入/剪枝

PIM处理“加入/剪枝”消息是以邻居为单位，即向同一个邻居可发送不同源、不同组、（*，G）和（S，G）混合的“加入/剪枝”消息。在PIM域内邻居关系是确定的，该混合消息的处理比较简单。但是进入BIER域内，需要确定RP和S的位置，如果多个组的源不一致或者既存在共享树又存在最短路径树，而且RP和源不在同一位置，那么BIER域内需要分别处理，把到不同边界路由器（BBR）的“加入/剪枝”消息归类分别进行发送。

如图1所示，2.0.0.3的PIM路由器将向邻居3.0.0.3发送“加入/剪枝”消息，包含的内容为发向RP2.0.0.2的（*，G）加入和发向16.0.100.1的（S，G）加入消息。（*，G）加入消息应该发向BBR3.0.0.2，而（S，G）加入消息应该发向BBR3.0.0.1，如果发送的BBR错误，接收的PIM路由器建立的组播树将包含不必要的出接口，并且执行组播流转发时非最优路径。

图1 一条“加入/剪枝”消息面向不同的BBR

面向（S，G）的转发表建立，端到端的组播流基本建立成功。

3.6 注册/注册停止

共享树建立后，组播发送源所在的PIM路由器将通过注册消息将组播流发送到RP，此报文为单播报文执行IP单播转发流程，BIER域仅执行IP单播的转发。

从第二个注册报文开始，RP将朝着发送源的方向发送“加入/剪枝”消息，如果该消息要穿越BIER域其处理方法见3.5。当RP到源的组播转发状态建立好后，RP以IP单播方式向源发送“注册停止”消息，BIER域仅执行IP单播的转发。

3.7 断言

如图2所示，边界路由器（bfir）对断言报文不处理，边界路由器（bfer）主动发起断言消息以确定3.0.0.2还是3.0.0.4作为转发路由器。

图2 bfir和bfer的断言处理

bfer发送断言的准则：当路由器通过外出接口列表中的一个接口收到组播信息包，它将通过该接口发送断言消息，以确定哪台路由器继续转发该组播流。

断言消息的内容是到源的度量值，具有最佳度量值的路由器可以转发组播流，如果度量相同，则选择具有最大IP地址的路由器转发组播流。未被选择到的路由器剪枝掉该出接口。

通过断言的处理，仅一份组播流在网络内传递。

3.8 嫁接

嫁接报文和嫁接确认报文是密集模式（DM）特有的报文，其报文格式同“加入/剪枝”消息，处理方法也同“加入/剪枝”的处理。

通过嫁接的处理，其上级路由节点该接口立刻由剪枝状态变为转发状态。

4 结束语

PIM路由器配置时需要确定接口是稀疏模式（SM）还是密集模式（DM），两种模式下路由器的处理方式不一致，而且从报文类型上无法区分是SM还是DM。

因此，使用BIER隧道模式同样需要配置SM或者DM模式。DM模式下由组播流直接建立转发表，组播流转发到所有的边界路由器（BBR），由叶子节点发起“剪枝”消息以删除不必要的组播流。SM模式下BIER路由器必须依靠组播转发表转发组播流，否则触发注册过程，而不是直接向所有边界路由器转发该组播流。