Cisco PIM

För att routrar ska kunna veta vilka andra routrar som har multicast-källor och mottagare används något protokoll (control plane), DVMRP, MOSPF eller PIM. De berättar vilka nät som är med i olika multicastgrupper. För loop prevention används RPF och inga paket forwarderas utan att klara denna check. Det som skiljer Protocol Independent Multicast från DVMRP och MOSPF är att det inte är något routingprotokoll utan ett signaleringsprotokoll, dvs det distribuerar ingen routinginformation. PIM använder unicast RIB:en för RPF-checken medans de andra protokollen bygger sina egna tabeller och kör RPF mot. Med IPv6 körs PIM default på alla interface när man slår igång ipv6 multicast-routing.

Se även Cisco Multicast. Man kan även använda PIM över GRE-tunnlar.

Neighbor

PIMv2 formar adjacencies och använder 224.0.0.13 neighbor discovery (Hellos) och updates. PIMv2 Hellos skickas default var 30:e sekund på interface konfigurerade för PIM. Hello innehåller holdtime som brukar vara 3 ggr Hello time. Det äldre PIMv1 använde inte Hellos utan skickade Queries till 224.0.0.2.

Konfiguration

Global enable. På vissa enheter är kommandot ip multicast-routing distributed

ip multicast-routing

Default konfiguration (detta kan skilja mellan IOS-version)

Globalt

ip pim dm-fallback
ip pim autorp
ip pim bidir-offer-interval 100 msec
ip pim bidir-offer-limit 3
ip pim v1-rp-reachability
ip pim log-neighbor-changes

Per interface

ip pim join-prune-interval 60
ip pim dr-priority 1
ip pim query-interval 30

Gå med i grupp manuellt

ip igmp join-group 224.10.0.10

Verify

show ip multicast
show ip mroute
show ip mroute count
show ip pim interface
show ip pim neighbor
show ip rpf x.x.x.x 

Multicast boundary feature tillåter att man begränsar multicast både control plane och data plane per interface. Med standard acl filtreras grupp och med extended både grupp och källa. Detta filtrerar också Auto-RP announcements. Att begränsa multicast kan även göras med TTL scoping.

ip multicast boundary [ACL]

Limiting
Global multicast mroute limit

ip multicast limit cost <ACL> <cost>

Maximum number of multicast routes, default är 2147483647.

ip multicast route-limit 100

Multipath

ip multicast multipath
ip multicast multipath s-g-hash 

Annars kommer RPF-check att faila.

Dense Mode

Dense mode utgår ifrån att alla subnät har någon som vill ta emot multicast-trafik därför kommer paketen att forwarderas ut på alla interface som är konfigurerade för multicast utom det som det kom in på. Alla routrar gör samma sak och alla subnät får strömmen, detta träd kallas source-based distribution tree eller shortest-path tree. Det finns dock möjlighet för routrar att begära att inte få paket för vissa multicast-grupper om man inte har någon router downstream som är aktiv i gruppen samt ej heller någon enhet på ett directly connected interface som är med i gruppen. Då skickas ett Prune message upstream för att berätta detta. Prune har timeout 3 minuter, sedan återgår interfacet till forwarding. För att förhindra pendlandet mellan Pruned och Forwarding kom PIMv2 med en feature som kallas State refresh. Om downstream fortfarande inte vill vara med i multicastströmmen kan den skicka ett State refresh upstream för att nollställa Prune timer, detta skickas var 60:e sekund. Behöver en router plötsligt lyssna på en multicastgrupp (för att den fått in IGMP Join) kan den "unprune" genom att skicka ett Graft message upstream som gäller så fort det kommer fram vilket sänker konvergeringstiden. Det ackas med Graft Ack. För Dense mode kan olika multicast-routingprotokoll användas. PIM Dense mode skalar inte superbra pga excessive flooding.

interface gi2
 ip pim dense-mode

show ip pim interface
show ip mroute

Sparse Mode

Det är inte säkert att alla nät har någon mottagare av multicast, därför finns Sparse mode (RFC 4601) som inte använder lika mycket nätverksresurser som Dense mode. Den stora skillnaden är deras default-beteende. Med IPv6 finns endast Sparse mode. Default är att inte skicka vidare paket downstream om man inte fått ett Join meddelande som begär paket för en viss multicast-grupp. Detta händer när det har kommit in ett IGMP Join message på ett directly connected interface eller en annan router downstream har begärt trafik för gruppen. Multicast forwardas sålänge det kommer Join-meddelanden. Vem som ska ha vad hålls koll på av en Rendezvous Point som alla måste känna till. I små nät görs detta manuellt och i större nät kan detta göras automatiskt.

När en Source host skickar multicast-trafik första gången kommer routern som tar emot det att enkapsulera paketet i ett PIM Register och skicka det med unicast till RP. Känner inte RP till någon downstream som begärt denna ström kommer den att svara med ett Register-Stop meddelande och den första routern ska inte forwarda denna multicast-ström. Register-Suppression timer startar då och router väntar 1 minut minus 5 sekunder sedan frågar den RP igen men denna gång utan det enkapsulerade mc-paketet utan Null-Register biten är satt istället. Däremot om RP känner till någon som vill ha multicast-strömmen kommer den att dekapsulera paketet och forwarda det. På så sätt fungerar multicast tills registration process är klar. När en PIM-SM router längs vägen får in ett PIM Join sätts interfacet i forwarding för den multicastgruppen. För att multicast ska fortsätta forwardas måste routrar forsätta skicka PIM Joins annars blir gruppen pruned. En router fortsätter med detta om den själv får in Joins eller någon host på ett directly connected interface svarar på IGMP Queries. Prune timer är default 3 minuter.

Med sparse mode används shared trees som betecknas (*,G). RP kommer att gå med både i (*,G) men också (S,G) där S är source för strömmen. Finns det flera källor till strömmen kommer det först att gå till RP för att sedan forwardas ut shared distribution tree / root-path tree. Det finns även möjlighet för en PIM-SM router att bygga SPT direkt med källan. Ifall man har närmre till källan är det onödigt att all trafik ska gå igenom RP först. Då kan routern faktiskt meddela RP med ett Prune message att multicast-strömmen inte behöver skickas till den längre. Ciscoroutrar gör detta byte direkt efter första paketet, detta går att ändra med ip pim spt-threshold infinity.

På alla enheter (static RP):

ip multicast-routing
ip pim rp-address 10.0.0.10 [override]

interface gi2
 ip pim sparse-mode
interface gi3
 ip pim sparse-mode

På Rendezvous Point utöver det ovan. En router vet om att den är RP om den har ett interface med den konfigurerade rp-adressen. Man måste kör PIM på det interface man annonserar som RP.

interface lo0
 ip address 10.0.0.10 255.255.255.0
 ip pim sparse-mode

För att förhindra att oönskade RPs och grupper blir aktiva i ens nät kan man skydda sig med filter. Man skriver standard-acler som listar de grupper som är tillåtna. Det räcker att konfigurera detta på RP men det bör göras överallt.

ip access-list standard ALLOWED
 permit 224.10.10.10

ip pim accept-rp 10.0.0.10 ALLOWED

Verify

show ip mroute
show ip pim rp mapping
show derived-config interface tunnel0

På RP skapas två stycken tunnel interface, ett för att enkapsulera PIM Register messages och ett för att dekapsulera.

show ip pim tunnel

Sparse Dense Mode

PIM Sparse-Dense mode är en hybrid av Sparse och Dense mode operations. En “sparse” multicast-grupp är en som har RP definierat. När man kör ip pim sparse-dense-mode på ett interface så kommer det att forwardera trafik både för sparse och dense multicast groups ut på det interfacet.

interface gi2
 ip pim sparse-dense-mode

Stänga av dense mode fallback.

 no ip pim dm-fallback

Auto-RP

I Sparse mode måste alla multicast-routrar känna till RP, i större nät blir detta mödosamt att konfigurera. Det finns två mekanismer för att upptäcka RP automatiskt, Auto-RP och BSR (se nästa stycke). Auto-RP är ett Ciscoproperitärt protokoll som använder 224.0.1.39 och 224.0.1.40 för kommunikation, dvs multicast som routas. Enheter som kör Auto-RP och vill vara RP (candidates) skickar först ut RP-Announce till 224.0.1.39 med sig själv satt som RP. Det skickas ut var 60:e sekund och det innehåller vilka multicast-grupper man är RP för. Detta leder till att olika routrar kan vara RP för olika grupper vilket ger lastdelning. Sedan måste någon vara mapping agent (vanligtvis samma enhet) som lär sig alla RPs och vilka grupper de är med i för att kunna sprida informationen. Genom att gå med i 224.0.1.39 får man all info från RPs. Alla Cisco-enheter som är konfigurerade för Auto-RP och Sparse mode går med i 224.0.1.40. Mapping agent skickar sedan ut RP-Discovery innehållandes RP-mappningar till 224.0.1.40 port 496 och alla kan lära sig var RP finns. Finns det flera cRPs för samma grupp väljs den som annonserar longest match annars blir det den med högst RP-IP. Finns det flera mapping agents så kommer de att höra varandra och de som inte har högst IP slutar då skicka discoveries. Anledningen till att man behöver mapping agents överhuvudtaget är för att annars skulle det kunna uppstå situationer där olika routrar har valt olika RPs för samma grupp.

Eftersom Auto-RP kommunicerar med multicast och sparse mode inte forwardar multicast utan RP så får man antingen köra sparse-dense-mode alternativt köra en inbyggd IOS feature som gör undantag för 224.0.1.39 och 224.0.1.40, detta kallas Auto-RP Listener och konfigureras globalt.

ip pim autorp listener

Candidate RP

ip access-list standard GROUPS
 permit 224.0.0.0 7.255.255.255

ip pim send-rp-announce Loopback0 scope 10 group-list GROUPS

Multicast mapping agent

ip pim send-rp-discovery Loopback0 scope 10

Filtrera announcements från RPs, görs på MA med standard-acler.

ip pim rp-announce-filter rp-list <access-list> group-list <access-list>

Verify

show ip pim autorp
show ip pim rp mapping

clear ip pim rp-mapping

BSR

En annan metod för att automatiskt hitta RP är PIM Bootstrap Router och fungerar på liknande sätt som Auto-RP. BSR fungerar som mapping agent i Auto-RP, de får in information från RPs som de sedan distribuerar vidare. Dock väljer inte BSR någon bästa RP utan information om alla skickas ut och övriga får välja själv vilken som är bäst. BSR floodar detta till all-PIMv2-routers (224.0.0.13). PIM-SM routrar floodar bootstrap messages på alla non-RPF interfaces vilket leder till att alla multicast-routrar får informationen. Kommer det in bootstrap message på non-RPF interface discardas det vilket förhindrar loopar. Alla c-RP kan berätta för BSR att de är RP och vilka grupper den är med i tack vare att alla vet unicast-adressen till BSR eftersom den har floodats till alla. RPs skickar c-RP Advertisments till BSR. Man kan ha redundanta RPs och redundanta BSRs. Har man flera RPs för samma grupp har BSR en pseudo-random funktion för att fördela lasten mellan dem. Dock kan endast en vara preferred BSR och skicka bootstrap messages, de övriga lyssnar och tar över när preferred BSR tystnar. Den som blir preferred avgörs av högst prio och sedan högst IP. BSR-meddelanden själva RPF-checkas.

BSR (default prio är 0)

interface lo0
 ip pim sparse-mode
ip pim bsr-candidate Loopback0 <prio>

RP

interface lo0
 ip pim sparse-mode
ip pim rp-candidate Loopback0 

Border

interface gi3
 ip pim bsr-border

Verify

show ip pim bsr-router 
show ip pim rp mapping 

Anycast RP

Behöver man både redundans och lastdelning kan man sätta upp flera RPs med samma IP-adress och på så sätt få Anycast RP. Det är en implementation feature och man kan använda både static RP, Auto-RP och BSR. Varje RP måste annonsera samma /32-prefix till IGP som då står för att dirigera trafiken (PIM Joins) till närmaste RP. RP-konfiguration görs som vanligt med någon av ovan nämnda metoder. Om en RP dör är konvergeringstiden den tid det tar för IGP att hitta en annan väg till samma destination. Varje RP bygger sina egna träd oberoende av eventuella övriga RPs för samma grupper men för att hålla allas information konsekvent bör man använda MSDP mellan RPs.

Bidirectional PIM

PIM-SM fungerar bra med relativt få multicast senders men när antalet ökar blir det mindre effektivt. Bidirectional PIM kan hjälpa mot detta genom att ändra reglerna litegrann. Det är ett tillägg till Sparse mode konceptet som endast använder shared trees. Det är mest effektivt när de flesta receivers också är senders. För att kunna bygga bi-directional trees utan att introducera loopar väljs designated forwarders (DFs) på varje länk. Det är endast dem som får skicka något upstream i trädet. För downstream hålls (*,G) state för varje BiDir-grupp med OIL byggd utifrån mottagna PIM Join messages som vanligt. Istället för att den första router som tar emot multicast enkapsulerar paketet och skickar det som PIM Register till RP kommer den att skicka upp det längs det delade trädet mot RP och gör så med alla multicastpaket som kommer in. RP kommer också att forwarda i det delade trädet och RP eller routern närmast källan går inte med i något SPT. Eftersom det inte finns någon source registration process kommer inga tunnlar att skapas.

Bidirectional PIM måste konfigureras på alla PIM-interface.

ip pim bidir-enable

Source Specific Multicast

Med SSM kan hostarna själva välja source för trafikströmmen ifall det finns flera. Det kan även skydda mot dos-attacker eftersom mottagare berättar för nätverket vilka källor de vill få trafik ifrån. Det ger också fördelar med att överlappande grupp-adresser kommer att fungera eftersom olika källor gör det unikt. Det finns inga shared trees med SSM utan allt hanteras som source trees. Det behövs heller inga RPs eftersom källan är känd.

Source Specific Multicast kräver IGMPv3 samt någon variant av sparse mode.

interface gi2
 ip igmp version 3
 ip pim sparse-mode

Sedan väljer man range som enheterna ska behandla som SSM, dvs droppa eventuella (*,G). Default innebär 232.0.0.0-232.255.255.255 som är IANA assigned SSM range.

ip pim ssm default

Verify

show ip mroute

MSDP

Multicast Source Discovery Protocol (RFC 3618) används för inter-domain multicasting och för att låta RPs i ett enskilt AS dela information om de kör Anycast RP. MSDP kan användas mellan RPs för att berätta vilka källor de känner till. När en PIM router registrerar en multicastkälla till sin RP kommer den att använda MSDP för att skicka denna info till sina peer RPs. Source Active meddelanden innehåller IP-adress för varje källa för varje grupp, enheter på andra sidan kan då bygga SPT för respektive sender. Meddelandena skickas var 60:e sekund med TCP över unicast mellan peers och blir besvarade med SA response paket. Detta grannskap måste konfigureras och unicast route till andra sidan måste finnas. BGP eller Multicast BGP kan användas för detta.

ip msdp peer [peer_unique_address] connect-source loopback0 remote-as 100
ip msdp originator-id [unique_address_interface]

RPF checken kräver full routing information från andra domäner för att multicast ska fungera. Om man t.ex. har en stub multicast domain och inte får in all information kan man konfigurera upstream RP som default-peer för RPF checkar används inte på default peers utan alla SA messages accepteras.

ip msdp default-peer

Verify

show ip msdp peer
show ip msdp sa-cache

IPv6

Multicast routing är inte på default för IPv6 men när man slår på det så enableas PIM på alla IPv6-interface. IPv6 PIM kör alltid sparse mode. Reverse-path använder routingtabellen vilket gör det protokoll-oberoende precis som för IPv4. PIM-grannskap byggs med hjälp av link-local adresser. DR väljs som vanligt och Hellos skickas var 30:e sekund. Multicast address range: FF00::/8.

ipv6 multicast-routing

Stänga av PIM

interface gi3
 no ipv6 pim

Verify

show ipv6 pim neighbors
show ipv6 pim interface
show ipv6 pim tunnel

RP

Med IPv6 kan RP lösas på tre olika sätt.

Static

ipv6 pim rp-address 2001:20::20

BSR

ipv6 pim bsr candidate bsr 2001:20::20

Others

ipv6 pim bsr candidate rp 2001:20::20

Embedded
Med IPv6 kan också övriga routrar ta reda på vem som är RP utifrån en adress som kan bakas in i grupp-adressen. Ser en router denna adress kan de räkna ut vad RP har för adress och direkt börja forwarda i det delade trädet. Endast RP behöver konfigureras för att övriga ska lära sig RP dynamiskt. Fungerar endast med grupper i Embedded RP address range: FF70::/12.

Verify RP

show ipv6 mroute
show ipv6 pim group-map

SSM

IPv6 SSM fungerar ungefär som embedded RP multicast fast det inte finns något embedded RP prefix eftersom MLD tillhandahåller den informationen. SSM mapping kan användas för hostar som inte stödjer MLDv2, då kan man antingen använda DNS eller static maps för att kolla upp källan i MLDv1 report.

Convergence

Multicast Subsecond Convergence är möjligt genom att använda flera olika tekniker.

ip multicast rpf interval 10
ip pim register-rate-limit rate 10
ip pim spt-threshold 0

interface gi2 
 ip pim query-interval 30

BFD
Konvergenstider går också att trimma med hjälp av BFD.

ip pim bfd

LAN

Detta gäller både PIM-DM och PIM-SM.

Prune Override

Om det finns flera routrar i samma L2-segment som vill ha multicast kommer det att sluta funka när en av dem ber upstream router att pruna en multicastgrupp. Därför kommer den som på multiaccess-segment tar emot Prune att vänta 3 sekunder innan den slutar forwarda multicastströmmen på sitt interfacet. Eftersom Prune går till 224.0.0.13 så får alla PIM-routrar det och de som vill fortsätta få strömmen kan skicka ett vanligt Join-meddelande igen då kommer inte upstream sluta forwarda, detta kallas Prune Override.

Assert Message

Om det finns flera routrar på ett LAN-segment som är aktiva för en multicastgrupp kommer det att skickas in dubbel trafikström till hostarna, detta är onödigt. När en router får in ett multicast-paket som den själv forwarderar in på nätet kommer den att skicka ett PIM Assert Message. Med hjälp av det kan routrarna jämföra path cost till källan för SPT där endast vinnaren kommer att forwarda multicastströmmen in på LANet. Path cost bestär av (AD, Metric) och först jämförs AD på routingprotokollet som har lärt vägen till källan sedan kollas på IGP-metricen för att skilja. Är detta också lika går man på högst IP-adress på interface. Den som förlorar slutar att flooda multicasten. I hub-and-spoke topologier bör alltid hub vinna förutsatt att man inte köra PIM i NBMA mode.

Designated Router

PIM Designated Router (DR) väljs på varje segment där det finns multipla multicast-routrar. Syftet med DR är att ha en nod som signalerar aktiva källor till RP. Valet baseras på högsta prioritet och vid lika högsta IP-adress. Processen är preemptive så det är alltid den med bäst prio som är DR. Detra är en sparse-mode feature.

interface gi2
 ip pim sparse-mode
 ip pim dr-priority 100

show ip pim neighbor

På RP kan begränsa vem som får skicka PIM Register från olika segment med hjälp av en extended acl, dvs man kan vitlista vem som är en giltig DR.

ip access-list extended VLAN100
 permit ip host 100.0.100.10 any
 deny   ip 100.0.100.0 0.0.0.255 any
 permit ip any any

ip pim accept-register list VLAN100