瞿 輝，蔣元兵，康宗緒，王亞昕

（重慶金美通信有限責(zé)任公司，重慶 400030）

組播的研究起源于斯坦福大學(xué)的博士生Steve Deering，他于1989年提出了IP組播規(guī)范[1]，并在1992年建立了IP組播實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)。1999年以后，出現(xiàn)了組播路由協(xié)議如PIM-SM[2]、PIM-SSM[3]、PIM-DM[4]，IP組播的技術(shù)和應(yīng)用開始得到快速發(fā)展并沿用至今。

傳統(tǒng)組播技術(shù)（PIM）需要依賴事先創(chuàng)建的組播樹來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)流，每個(gè)流均需維護(hù)組播樹和流狀態(tài)，這使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的組播表、組播狀態(tài)等的增長(zhǎng)，成為組播網(wǎng)絡(luò)中最復(fù)雜、不可控的部分。因此BIER（Bit Index Explicit Replication），即基于比特位的顯式復(fù)制技術(shù)被提出并得到了廣泛的關(guān)注。BIER技術(shù)于2015年在IETF成立了專門的工作組來推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化工作，眾多設(shè)備廠商、芯片廠商和運(yùn)營(yíng)商關(guān)注并參與了標(biāo)準(zhǔn)的討論，已形成了多篇工作組文稿，包括架構(gòu)、轉(zhuǎn)發(fā)面封裝、流量工程、OAM等多方面的技術(shù)內(nèi)容，并推出了RFC標(biāo)準(zhǔn)文檔[5]。

1 應(yīng)用場(chǎng)景分析

PIM域內(nèi)一定會(huì)部署應(yīng)用終端，但是后來者BIER，是為了解決路由交換節(jié)點(diǎn)的組播傳遞，其域內(nèi)可以不部署應(yīng)用終端。因此BIER作為核心域，其內(nèi)部無終端接收組播流，僅承接PIM路由器的組播流，并建立隧道發(fā)送到相應(yīng)的PIM路由器是常用的應(yīng)用場(chǎng)景。

2 業(yè)界研究成果

IETF研究組于2018年2月頒布了第00版的《PIM Signaling Through BIER Core》草案，并于2021年更新為第12版[6]。該草案的主要內(nèi)容如下。

（1）PIM信令穿越BIER域的過程：定義了PIM域和BIER的邊界節(jié)點(diǎn)及其功能，定義了邊界節(jié)點(diǎn)PIM組播轉(zhuǎn)發(fā)表的接口，定義了BIER隧道的建立及頭部格式各個(gè)字段的值及用法。

（2）組播數(shù)據(jù)流穿越BIER域的過程：定義了組播數(shù)據(jù)流到達(dá)域邊界的處理（從PIM域進(jìn)入BIER域、從BIER域出到PIM域）。

（3）根據(jù)組播源（或者RP）的IP地址，獲取外出邊界路由器的BIER節(jié)點(diǎn)號(hào)。

該草案在實(shí)現(xiàn)PIM穿越BIER域的描述中，著重PIM的JOIN消息如何處理，但未包括以下幾點(diǎn)。

（1）PIM鄰居維護(hù)（Hello），邊界路由器收到對(duì)方PIM路由器的鄰居維護(hù)消息的處理。

（2）BSR選舉（Bootstrap），BSR消息采用泛洪機(jī)制，被BIER隔離的PIM域如何完成BSR選舉。

（3）CRP匯報(bào)給BSR，由候選RP路由器發(fā)送單播IP消息給BSR，即PIM路由器發(fā)送候選RP消息給BSR時(shí)，如何穿越BIER域。

（4）BSR發(fā)布RP集合，同BSR選舉。

（5）斷言（Assert），斷言消息的處理。

（6）嫁接（Graft），嫁接消息穿越BIER域傳遞。

3 實(shí)現(xiàn)方法

3.1 鄰居維護(hù)

BIER路由器識(shí)別到PIM的鄰居維護(hù)報(bào)文后，需要進(jìn)行2個(gè)操作。

（1）標(biāo)識(shí)自己為邊界路由器（BBR），并將身份信息進(jìn)行BIER域內(nèi)的擴(kuò)散，BIER域內(nèi)每個(gè)路由器均需明確BBR的節(jié)點(diǎn)號(hào)（BBR-id）。同時(shí)識(shí)別維護(hù)報(bào)文Hold－Time選項(xiàng)字段（OptionType=1，OptionLength=2），以HoldTime為超時(shí)值啟動(dòng)定時(shí)器（每次接收維護(hù)報(bào)文刷新該值），超時(shí)后標(biāo)識(shí)自己不再是邊界路由器（BBR）。

（2）啟動(dòng)鄰居維護(hù)定時(shí)器，超時(shí)值為HoldTime的1/3，超時(shí)后發(fā)送PIM鄰居維護(hù)報(bào)文給對(duì)方，讓PIM路由器認(rèn)為自己也是一個(gè)PIM路由器（真正身份是BBR）。

通過鄰居維護(hù)的處理，所有連接在BIER域上的PIM路由器將識(shí)別直連的BBR為鄰居。

3.2 BSR選舉

BSR發(fā)送的消息需要在整個(gè)PIM域內(nèi)進(jìn)行泛洪，因此邊界路由器（BBR）收到此報(bào)文后將加入BIER比特前綴，BitString填寫所有邊界路由器（BBR）的ID bit值，并執(zhí)行BIER轉(zhuǎn)發(fā)。BBR收到此報(bào)文后，去除BIER比特前綴，并轉(zhuǎn)發(fā)給連接的PIM路由器。

通過BSR選舉報(bào)文的處理，PIM域內(nèi)將選舉出IP地址最大的路由器作為BSR（BIER路由器不參與BSR的選舉），在任何一個(gè)PIM路由器上可觀察到BSR的存在。

3.3 CRP收集

CRP收集報(bào)文由候選RP（CRP）以單播形式發(fā)送給BSR，在BIER域內(nèi)執(zhí)行IP單播轉(zhuǎn)發(fā)即可。BSR收到CRP集合后，能夠顯示CRP的集合。

3.4 CRP通告

CRP通告報(bào)文是BSR報(bào)文的一種，采用組播地址泛洪發(fā)送。

報(bào)文處理同BSR選舉。所有PIM路由器接收到RP通告后，可以顯示域內(nèi)的所有候選RP信息。

3.5 加入/剪枝

PIM處理“加入/剪枝”消息是以鄰居為單位，即向同一個(gè)鄰居可發(fā)送不同源、不同組、（*，G）和（S，G）混合的“加入/剪枝”消息。在PIM域內(nèi)鄰居關(guān)系是確定的，該混合消息的處理比較簡(jiǎn)單。但是進(jìn)入BIER域內(nèi)，需要確定RP和S的位置，如果多個(gè)組的源不一致或者既存在共享樹又存在最短路徑樹，而且RP和源不在同一位置，那么BIER域內(nèi)需要分別處理，把到不同邊界路由器（BBR）的“加入/剪枝”消息歸類分別進(jìn)行發(fā)送。

如圖1所示，2.0.0.3的PIM路由器將向鄰居3.0.0.3發(fā)送“加入/剪枝”消息，包含的內(nèi)容為發(fā)向RP2.0.0.2的（*，G）加入和發(fā)向16.0.100.1的（S，G）加入消息。（*，G）加入消息應(yīng)該發(fā)向BBR3.0.0.2，而（S，G）加入消息應(yīng)該發(fā)向BBR3.0.0.1，如果發(fā)送的BBR錯(cuò)誤，接收的PIM路由器建立的組播樹將包含不必要的出接口，并且執(zhí)行組播流轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)非最優(yōu)路徑。

圖1 一條“加入/剪枝”消息面向不同的BBR

面向（S，G）的轉(zhuǎn)發(fā)表建立，端到端的組播流基本建立成功。

3.6 注冊(cè)/注冊(cè)停止

共享樹建立后，組播發(fā)送源所在的PIM路由器將通過注冊(cè)消息將組播流發(fā)送到RP，此報(bào)文為單播報(bào)文執(zhí)行IP單播轉(zhuǎn)發(fā)流程，BIER域僅執(zhí)行IP單播的轉(zhuǎn)發(fā)。

從第二個(gè)注冊(cè)報(bào)文開始，RP將朝著發(fā)送源的方向發(fā)送“加入/剪枝”消息，如果該消息要穿越BIER域其處理方法見3.5。當(dāng)RP到源的組播轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)建立好后，RP以IP單播方式向源發(fā)送“注冊(cè)停止”消息，BIER域僅執(zhí)行IP單播的轉(zhuǎn)發(fā)。

3.7 斷言

如圖2所示，邊界路由器（bfir）對(duì)斷言報(bào)文不處理，邊界路由器（bfer）主動(dòng)發(fā)起斷言消息以確定3.0.0.2還是3.0.0.4作為轉(zhuǎn)發(fā)路由器。

圖2 bfir和bfer的斷言處理

bfer發(fā)送斷言的準(zhǔn)則：當(dāng)路由器通過外出接口列表中的一個(gè)接口收到組播信息包，它將通過該接口發(fā)送斷言消息，以確定哪臺(tái)路由器繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)該組播流。

斷言消息的內(nèi)容是到源的度量值，具有最佳度量值的路由器可以轉(zhuǎn)發(fā)組播流，如果度量相同，則選擇具有最大IP地址的路由器轉(zhuǎn)發(fā)組播流。未被選擇到的路由器剪枝掉該出接口。

通過斷言的處理，僅一份組播流在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳遞。

3.8 嫁接

嫁接報(bào)文和嫁接確認(rèn)報(bào)文是密集模式（DM）特有的報(bào)文，其報(bào)文格式同“加入/剪枝”消息，處理方法也同“加入/剪枝”的處理。

通過嫁接的處理，其上級(jí)路由節(jié)點(diǎn)該接口立刻由剪枝狀態(tài)變?yōu)檗D(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

PIM路由器配置時(shí)需要確定接口是稀疏模式（SM）還是密集模式（DM），兩種模式下路由器的處理方式不一致，而且從報(bào)文類型上無法區(qū)分是SM還是DM。

因此，使用BIER隧道模式同樣需要配置SM或者DM模式。DM模式下由組播流直接建立轉(zhuǎn)發(fā)表，組播流轉(zhuǎn)發(fā)到所有的邊界路由器（BBR），由葉子節(jié)點(diǎn)發(fā)起“剪枝”消息以刪除不必要的組播流。SM模式下BIER路由器必須依靠組播轉(zhuǎn)發(fā)表轉(zhuǎn)發(fā)組播流，否則觸發(fā)注冊(cè)過程，而不是直接向所有邊界路由器轉(zhuǎn)發(fā)該組播流。