プロトコルに依存しないマルチキャスト

プロトコル非依存マルチキャスト( PIM ) は、インターネット プロトコル(IP) ネットワーク用のマルチキャスト ルーティング プロトコルのファミリであり、 LAN、WAN、またはインターネット上で1 対多および多対多のデー​​タ配信を提供します。PIM には独自のトポロジ検出メカニズムが含まれず、代わりに他のルーティング プロトコルによって提供されるルーティング情報を使用するため、プロトコル非依存と呼ばれます。PIMは特定のユニキャスト ルーティング プロトコルに依存せず、ネットワークで使用されている任意のユニキャスト ルーティング プロトコルを利用できます。PIM は独自のルーティングテーブルを構築しません。PIM は、リバース パス転送にユニキャスト ルーティング テーブルを使用します。^{[1] : 56–57}

PIM には 4 つのバリエーションがあります。

• PIMスパースモード（PIM-SM）は、グループごとにランデブーポイント（RP）をルートとする単方向共有ツリーを明示的に構築し、オプションでソースごとに最短パスツリーを作成します。PIM-SMは、一般的に広域での使用にかなり適しています。^{[2] [3]}
• PIM デンス モード(PIM-DM) は、マルチキャストトラフィックをドメイン全体にフラッディングし、受信者が存在しないツリーのブランチを切り戻すことで、暗黙的に最短パス ツリーを構築します。PIM-DM は実装が簡単ですが、一般にスケーリング特性が劣っています。最初のマルチキャスト ルーティング プロトコルであるDVMRP は、デンス モード マルチキャスト ルーティングを使用しました。^[4] RFC 3973 を参照してください。
• 双方向PIM（Bidir-PIM）は、共有双方向ツリーを明示的に構築します。最短パスツリーは構築されないため、PIM-SMよりもエンドツーエンドの遅延が長くなる可能性がありますが、ソース固有の状態を必要としないため、拡張性に優れています。^{[1] ：70～73} RFC 5015を参照してください。
• PIM ソース固有マルチキャスト(PIM-SSM) は、1 つのソースのみをルートとするツリーを構築し、限られた数のアプリケーション (主にコンテンツのブロードキャスト) に対して、より安全でスケーラブルなモデルを提供します。SSM では、IP データグラムはソース S から SSM 宛先アドレス G に送信され、受信者はチャネル (S,G) にサブスクライブすることでこのデータグラムを受信できます。詳細については、RFC 3569 を参照してください。

PIM-SMは、 VLAN、サブネット、またはローカルエリアネットワーク間でマルチキャストストリームをルーティングするためにIPTVシステムでよく使用されます。 ^[5]

PIM には 2 つのバージョンがあります。これらのバージョンは直接互換性はありませんが、同じネットワーク上で共存できます。ネットワーク機器は両方のバージョンを実装できます。PIMv2 は PIMv1 に比べて次の点が改善されています。グループごとに 1 つの RP が使用されます。RP の検出はブートストラップ ルータ(BSR) によって行われます。グループはスパース モードまたはデンス モードのいずれかです。インターフェイスはどちらでもかまいません。プロトコルの柔軟性と効率性が全般的に改善されています。^{[1] : 59}

プロトコル独立マルチキャスト - スパースモード( PIM-SM ) は、広域およびドメイン間インターネットにまたがる可能性のあるマルチキャストグループにインターネット プロトコル(IP)パケットを効率的にルーティングするためのプロトコルです。このプロトコルは、トポロジ検出に特定のユニキャスト ルーティング プロトコルに依存しないためプロトコル独立と名付けられ、マルチキャスト セッションにサブスクライブするノード (およびそのルーター)の割合が非常に低いグループに適しているためスパースモードと名付けられています。ネットワーク全体にパケットをフラッディングし、受信者がいないブランチを切り捨てるDVMRPや高密度マルチキャストルーティングなどの以前の高密度モード マルチキャスト ルーティング プロトコルとは異なり、PIM-SM はマルチキャスト グループ内の各送信者から受信者までのツリーを明示的に構築します。^[6]

ルータは、ダウンストリーム グループ メンバーを持つ隣接ルータから明示的な Join/Prune メッセージを受信します。

• マルチキャスト グループ G に参加するために、ホストはインターネット グループ管理プロトコル(IGMP) を通じてメンバーシップ情報を伝達します。
• 次に、ルータは、明示的な参加が受信されたインターフェイスにのみ、マルチキャスト グループ G 宛てのデータ パケットを転送します。
• 指定ルータ (DR) は、アクティブなメンバーを持つ各グループのグループ固有のランデブー ポイント (RP) に向けて、定期的に Join/Prune メッセージを送信します。
  • 1 台のルータがランデブー ポイント (RP) として自動的または静的に指定され、すべてのルータが RP を介して明示的に参加する必要があることに注意してください。
• RP へのパスに沿った各ルータは、グループのワイルド カード (任意のソース) 状態を構築し、RP に向けて Join/Prune メッセージを送信します。
  • ルート エントリという用語は、配信ツリーを表すためにルータで維持される状態を指すために使用されます。
  • ルート エントリには次のようなフィールドが含まれます。
    • 送信元アドレス
    • グループアドレス
    • パケットが受け入れられる入力インターフェース
    • パケットが送信される送信インターフェースのリスト
    • タイマー、フラグビットなど。
  • ワイルドカードルートエントリの入力インターフェイスはRPを指している
  • 発信インターフェイスは、RP に向けて Join/Prune メッセージを送信した隣接ダウンストリーム ルータと、グループ G へのメンバーシップを要求した直接接続されたホストを指します。
• この状態では、すべてのグループ メンバーに到達する共有の RP 中心の配布ツリーが作成されます。

• データ ソースが最初にグループに送信すると、その指定ルータ (DR) は、ソースのデータ パケットをカプセル化した Register メッセージをランデブー ポイント (RP) にユニキャストします。
• データ レートが高い場合、RP はソース固有の Join/Prune メッセージをソースに送り返すことができ、ソースのデータ パケットは結果の転送状態に従い、カプセル化されずに RP に送信されます。
• カプセル化された状態で到着したか、ネイティブで到着したかに関係なく、RP は送信元のカプセル化解除されたデータ パケットを RP 中心の配布ツリーに沿ってグループ メンバーに転送します。
• データ レートがそれを保証する場合、ローカル レシーバーを備えたルータは、ソース固有の最短パスの配信ツリーに参加し、このソースのパケットを共有 RP 中心のツリーから削除できます。
• データ レートが低いソースの場合、RP もラスト ホップ ルータもソース固有の最短パス ツリーに参加する必要がなく、データ パケットは共有 RP ツリーを介して配信できます。

これらのグループ パケットを受信する必要がある他のルータがサブスクライブすると、RP は、別のルータまたはノードにパケットを転送する必要がない限り、そのマルチキャスト グループへのサブスクライブを解除します。さらに、ルータはリバース パス転送を使用して、マルチキャスト パケットを受信するルータ間でパケット転送のループが発生しないようにします。

デンス モード マルチキャストは、マルチキャスト サブスクライバに パ​​ケットを送信するためのツリーを構築するためにマルチキャストが使用できるモードの 1 つです。これはスパース モードの代替です。

稠密モードの基本的な前提は、マルチキャスト パケット ストリームの受信者がほとんどの場所に存在することです。疎モードでは、受信者の数は比較的少ないと想定されます。稠密モードは、多くのノードがマルチキャスト パケットを受信するためにサブスクライブし、ほとんどのルータがこれらのパケットを受信して​​転送する必要があるグループ (高密度のグループ) に最適です。

この違いは、2 つのプロトコルの初期動作とメカニズムに現れています。デンス モードでは、IP マルチキャストルーティングを処理するために、かなり単純なアプローチを使用します。ソースは、最初に、直接接続されているすべてのルータにブロードキャストします。これらの隣接ルータは、さらにデータを隣接ルータに転送します。ルータがこのグループのデータを受信したくない場合 (他の隣接 PIM ルータが存在せず、グループに関心のあるホストがない場合)、ルータは関心がないことを示すためにプルーン メッセージを送信します。プルーン メッセージを受信すると、ルータは状態を変更して、そのインターフェイスからパケットを転送しないようにします。ルータのすべてのインターフェイスがプルーニングされると、ルータもプルーニングされます。^[6]

以前の Cisco IOS リリースでは、PIM-DM は 3 分ごとにすべてのマルチキャスト トラフィックを再フラッディングしていました。これは、低ボリュームのマルチキャストには適していますが、高帯域幅のマルチキャスト パケット ストリームには適していません。最近の Cisco IOS バージョンでは、12.1(5)T 以降、PIM デンス モード ステート リフレッシュと呼ばれる新機能がサポートされています。この機能は、PIM ステート リフレッシュ メッセージを使用して、発信インターフェイスのプルーニング ステートをリフレッシュします。もう 1 つの利点は、トポロジの変更がより迅速に認識されることです。デフォルトでは、PIM ステート リフレッシュ メッセージは 60 秒ごとに送信されます。

さらに、ルータは、マルチキャスト パケットを受信するルータ間でパケット転送のループが発生しないように、リバース パス転送を使用します。データ パケットが非 RPF インターフェイスで受信されると、ループを防止するためのメカニズムが必要になります。非 RPF インターフェイスが LAN の場合、アサート メッセージが送信されます。非フォワーダ ルータは、マルチキャスト ストリームが必要ない場合、RPF インターフェイスでプルーンを送信します。このようなプルーンは、送信インターフェイス リスト (OILIST) にインターフェイスがなくなる遷移時に 1 つだけ送信されます。LAN プルーン レシーバは、3 秒間動作を遅延するため、別の LAN ルータがマルチキャスト ストリームをまだ必要としている場合は、プルーンを打ち消す (キャンセルする) PIM Join メッセージを送信できます (「そのルータはそれを必要としないが、私はまだ必要としている!」)。

ルータがプルーニングし、しばらくしてから受信者が IGMP メッセージでマルチキャスト ストリームを要求したとします。ルータは Graft メッセージを送信します。つまり、「今すぐにこのマルチキャスト ストリームが必要です」ということになります。

• マルチキャストアドレス
• マルチキャストソース検出プロトコル

• Gorry Fairhurst (2006)。「PIM ルーティング」(PDF)。2011 年 12 月 28 日にオリジナル(PDF)からアーカイブ。2011年 12 月 6 日に取得。
• プロトコル非依存マルチキャストスパースモード (PIM-SM): プロトコル仕様 (改訂版)
• ソース固有マルチキャスト (SSM) の概要
• Netcraftmen による PIM スパース モードの説明
• PIM-SM マルチキャスト ルーティング プロトコル
• pimd は、軽量のスタンドアロン PIM-SM v2 マルチキャスト ルーティング デーモンです。
• プロトコル独立マルチキャストスパースモード (PIM-SM): プロトコル仕様 rfc2362
• qpimd – Quagga 用の PIM デーモン- プロトコル非依存マルチキャスト。以前は Quagga Routing Suite 用に独立してリリースされた別個のモジュールでしたが、現在はQuagga Routing Suiteの公式モジュールであり、Quagga Routing Suite から提供されています。