CN100442770C - 一种在bgp/mpls vpn实现组播的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在BGP/MPLS VPN实现组播的方法，该方法包括：A、发现属于同一组播虚拟专用网MVPN的所有服务提供商边缘路由器PE；B、所发现的PE之间建立单向的虚电路VC，每对PE之间建立的VC被绑定在一起形成全互连的双向PW，该PW连接了两端PE上与该MVPN一一对应的组播虚拟路由转发表MVRF，任何一个PE为该MVPN内其他PE分配的VC标签具有本地唯一性；C、MVPN内组播包在穿越服务提供商的多协议标签交换/网际协议MPLS/IP网络时，入口PE将组播包通过绑定到MVRF的PW，转发给出口PE，收到组播包的出口PE，根据接收到上述组播包的PW，确定该组播包所属MVRF，通过MVRF将组播包转发出去。

Description

一种在BGP/MPLS VPN实现组播的方法

技术领域

本发明涉及边界网关协议/多协议标签交换的虚拟专用网(BGP/MPLSVPN)领域，特别涉及一种在BGP/MPLS VPN内实现组播的方法。

背景技术

RFC2547定义了在多协议标签交换/网际协议(MPLS/IP)网络中建立虚拟专用网(VPN)的方法，即BGP/MPLS VPN，但是RFC2547只定义了单播IP VPN的实现方法，并没有定义在BGP/MPLS VPN中如何实现组播，即MVPN(Multicast VPN)。以下将支持组播的VPN简称为MVPN。

为了在BGP/MPLS VPN实现组播，出现了组播域(MD)方法，该方法的基本实现原理为：在服务提供商的网络(以下简称为P网络)中部署协议不相关组播(PIM)协议，同时为每个组播虚拟专用网(MVPN)分配一个在P网络范围内唯一的组播IP地址，该地址用于在P网络上为不同的MVPN建立组播分发树(MDT)。当MVPN内组播包需要穿越P网络时(也就是从MVPN内的一个PE转发到另一个PE)，MVPN内组播包被封装在通用路由封装(GRE)隧道内，以组播方式在P网络上传递，GRE隧道的目的地址就是P网络为该MVPN分配的组播IP地址，源地址就是发送组播包的服务提供商边缘路由器(PE)的环回接口地址，也就是该PE用于建立BGP邻居关系的地址。

采用MD方法在BGP/MPLS VPN内实现组播，存在着以下缺点：

第一，P网络需要支持组播，而且需要为不同的MVPN维护不同的MDT，对P网络的性能要求较高。

第二，GRE封装和解封装过程需要采用网络处理器(NP)进行处理，这不仅增加PE设备成本而且使MVPN内的组播转发性能出现瓶颈。

第三，尽管P网络中部署了多协议标签交换(MPLS)，但MVPN内的组播包在穿越P网络时，并不能在MPLS标签交换路径(LSP)上进行转发，而是通过组播IP地址寻址进行转发，因此在LSP上绑定的各种特性，如流量工程(TE)、可靠性服务质量(QoS)或快速收敛等特性，并不能够被MVPN内转发的组播包所继承。

第四，由于不同MVPN采用不同的组播IP地址标识，当MVPN中的PE发送组播协议包或组播数据包时，将被该MVPN内所有其它PE接收到，即使其中有的PE并不需要。为了解决此问题，引入数据-组播分发树(DATAMDT)的概念，即P网络为MVPN内不同的组播组分配P网络范围内唯一的组播IP地址，MVPN内的不同组播组的数据包进行GRE封装时将采用不同的P网络范围内唯一的组播IP地址作为目的地址，封装之后的GRE数据包在P网络上转发。采用这种方式，虽然实现了MVPN内组播数据包的按需分发，但是P网络需要维护大量的DATA MDT，并且DATA MDT的数量不易控制。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种在BGP/MPLS VPN内实现组播的方法，该方法不需要P网络支持组播，而且可以使MVPN内组播包通过MPLS LSP来转发，从而不但提高了转发性能，而且全面继承了MPLS的优点，如流量工程、QoS或快速收敛等特性，并且实现MVPN内组播包的按需分发。

根据上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种在边界网关协议/多协议标签交换的虚拟专用网BGP/MPLS VPN实现组播的方法，该方法包括：

A、发现属于同一组播虚拟专用网MVPN的所有服务提供商边缘路由器PE；

B、所发现的PE之间建立单向的虚电路VC，每对PE之间建立的VC被绑定在一起形成全互连的双向PW，该PW连接了两端PE上与该MVPN一一对应的组播虚拟路由转发表MVRF，任何一个PE为该MVPN内其他PE分配的VC标签具有本地唯一性；

C、MVPN内组播包在穿越服务提供商的多协议标签交换/网际协议MPLS/IP网络时，入口PE将组播包通过绑定到MVRF的PW，转发给出口PE，收到组播包的出口PE，根据接收到上述组播包的PW，确定该组播包所属MVRF，通过MVRF将组播包转发出去。

步骤A所述的发现同一MVPN的PE采用边界网关协议BGP、标签分发协议LDP、域名解析服务DNS、拨号用户远端接入认证服务RADIUS、网络管理系统NMS或者静态配置方法中的任何一种来实现。

步骤B所述该PW连接了两端PE上与该MVPN一一对应的MVRF的过程为：PW被视作PE之间虚拟互连接口，该虚拟接口被绑定到该MVPN对应的MVRF上。

步骤B所述建立全互连的PW通过BGP会话或目标标签分发协议Targeted LDP会话实现。

步骤C所述的入口PE将组播包通过绑定到MVRF的PW，转发给出口PE的过程为：PE之间的PW作为绑定到MVRF的虚拟接口，该虚拟接口既可以作为该MVRF内转发表项的入接口，也可以作为该MVRF内转发表项的出接口，MVPN内的组播包在穿越MPLS/IP网络时，根据MVPN内使用的组播协议的规则在与该MVPF关联的PW上进行转发。

步骤C所述的组播包为组播协议包或组播数据包。

从上述方案可以看出，由于本发明在MVPN内部的所有PE之间建立了全互连的虚电路(PW，Pseudo-Wire)，MVPN内的组播包在穿越P网络时，可以通过PE之间与该MVPN对应的MVRF绑定的PW进行转发，从而不需要P网络支持组播，降低了对P网络的要求；由于本发明的技术方案中MVPN内的组播包在P网络上转发时不采用GRE隧道，而是采用MPLS LSP，不像现有MD方法那样，需要NP对MVPN内组播包进行GRE封装和解封装处理，从而降低了PE设备的成本并且提高了MVPN的组播转发性能；由于本发明的技术方案中组播包在P网络上转发时采用MPLS LSP，从而可以全面继承MPLS的众多优点，如TE、QoS或快速收敛等特性；由于本发明的技术方案中在MVPN内部所有PE之间建立了全互连的双向的PW，所以MVPN内的组播包在穿越P网络时，可以通过入口PE向与该MVPN关联的PW上进行转发，从而在P网络实现MVPN内组播包的按需分发。

附图说明

图1为本发明在BGP/MPLS VPN实现组播的方法实施例示意图。

图2为本发明在BGP/MPLS VPN实现组播的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下参照附图举具体实施例，对本发明进行详细地说明。

典型的MVPN组网结构如图1所示。为简单起见，以下仅针对一个MVPN进行说明。其中：PE-1、PE-2和PE-3通过绑定到VRF Red的接口分别连接CE-1、CE-2和CE-3，以上三个CE同属于VPN Red。CE-1连接组播源，组播源发出的组播数据包源IP地址为S，目的IP地址(也就是组播组地址)为G。CE-3连接该组播组的接收者。

本发明在BGP/MPLS VPN内实现组播的过程如图2所述：

步骤201，发现属于同一MVPN的所有PE。

通常情况下，需要支持组播的VPN内的所有PE将为该VPN对应的VRF启动组播功能，并各自为该VPN创建一个组播虚拟路由转发表(MVRF)，用于维护该VPN内的组播路由信息。由于该VPN具有了组播功能，因此可以称为MVPN。此时MVPN内的所有PE也就是VPN内的所有PE。如果该VPN内只有部分PE为该VPN对应的VRF启动了组播功能，那么该MVPN内的PE就只包括上述启动了组播的PE。也就是说，MVPN是VPN的一个子集。发现MVPN内的PE可以采用以下任意一种方式，包括但不限于：BGP、标签分发协议(LDP，Label Distribution Protocol)、域名解析服务(DNS，DomainName Service)、拨号用户远端接入认证服务(RADIUS，Remote AuthenticationDial In User Service)或者网络管理系统(NMS，Network ManagementSystem)，当然也可以静态配置。具体实现方式与因特网工程任务组(IETF，Internet Engineering Task Force)的虚拟局域网业务(VPLS，VirtualPrivate LAN Service)的相关标准中描述的VPLS交换实例(VSI，VPLS SwitchInstance)内PE邻居发现方法相似。

在图1中，PE-1、PE-2和PE-3上为VPN Red对应的VRF Red启动组播功能，各自建立一个与该VPN一一对应MVRF Red，用于维护该VPN内的组播转发信息。通过以上提到的任何一种发现方式，该MVPN内的任何一个PE将发现该MVPN内的所有其它PE，本例中发现的MVPN Red内的所有PE包括PE-1，PE-2和PE-3。

步骤202，MVPN内的所有PE两两之间建立单向的虚电路(VC)，每对PE之间建立的VC被绑定在一起形成双向的PW，该PW连接了两端PE上与上述MVPN一一对应的MVRF。PW被视作PE之间虚拟接口，该虚拟接口被绑定到上述MVRF，用于上述MVPN内组播包转发。其中任何一个PE为该MVPN内其他PE分配的VC标签具有本地唯一性，这些分配的标签通过Targeted LDP或者BGP方式发送给MVPN内其他PE。具体实现方式与IETF的MPLS虚拟专线(VLL，Virtual Leased Line)标准中描述的建立PW的方法相似。

在图1中，三个PE之间建立全互连的PW，并使PW绑定MVRF Red。其中PE-1为PE-2和PE-3分别分配VC标签102、103来映射PE-1上的MVRFRed；PE-2为PE-1和PE-3分别分配VC标签201、203来映射PE-2上的MVRFRed；PE-3为PE-1和PE-2分别分配VC标签301、302来映射PE-3上的MVRFRed。这些VC标签与MVRF Red的映射关系的信息可以通过BGP会话或Targeted LDP会话分发到相应的PE上。MVPN内的PE之间建立了PW之后，MVRF实例就可以将PW视作一个绑定到MVRF的虚拟接口，进行MVPN内的组播转发了。

步骤203，MVPN内PE之间建立的PW可以被视作PE之间虚拟接口，该虚拟接口被绑定到与该MVPN一一对应的MVRF，该MVPN内组播包就在上述PW上进行转发。

本发明的MVPN内支持任何一种现有的组播路由协议，包括但不限于协议不相关组播-稀疏模式(PIM-DM)，协议不相关组播-密集模式(PIM-SM)，协议不相关组播-特定源组播(PIM-SSM)以及协议不相关组播-双向模式(PIM-Bidir)。

下面以MVPN Red内运行PIM-SM协议为例，说明MVPN内组播实现的流程。

PE上的MVRF对应的PIM-SM实例向该MVRF内的所有接口(包括PE-CE之间的VRF接口和PE-PE之间的PW接口)发送PIM Hello消息，来发现MVPN内的PIM邻居。通过PIM hello机制，MVPN内的PIM邻居就可以被自动发现了，这与普通的PIM-SM协议实现完全相同。当然如果为了减少周期性的Hello包对P网络带宽的浪费，可以取消PE之间通过PW发送Hello的机制。

CE-3收到组播接收者的IGMP成员报告之后，触发CE-3向PE-3发送(S，G)PIM加入(JOIN)消息，当PE-3从VRF Red接口收到CE-3发送过来的(S，G)PIM JOIN消息时，交给MVRF Red的PIM-SM协议实例进行协议处理。处理的过程为：首先查找VRF Red中到达S的最优路由，确定该路由的下一跳为PE-1。此时PE-3通过连接到PE-1的绑定到MVRF Red的PW向PE-1发送(S，G)PIM JOIN消息，该消息被封装在携带两层标签的MPLS帧内，其中，内层标签(也称作VC标签)为PE-1分配给PE-3的VC标签103，该标签与PE-1上的MVRF red具有映射关系；外层标签为PE-3到达PE-1的外层隧道标签，此标签就是RFC2547中已经定义的PE之间的外层隧道标签。外层隧道标签可以通过多种方式来分配，包括但不限于LDP，资源预留协议-流量工程(RSVP-TE)以及BGP。

同时，PE-3更新MVRF Red组播转发信息，在MVRF Red中建立(S，G)组播转发表项，出接口为连接CE-3的接口，入接口为PE-3连接到PE-1的绑定到MVRF的PW，该接口以标签Li表示，Li是PE-3分配给PE-1的VC标签301，该标签与PE-3上MVRF-Red具有映射关系。

该MPLS帧在P网络中经过MPLS交换之后最终转发到PE-1。外层标签在MPLS交换过程中有可能会改变，但内层标签始终保持不变。

PE-1收到该MPLS帧之后，分析内层标签103，由于该标签是PE-1分配给PE-3的与本地MVRF Red具有映射关系的VC标签，所以可以确定该MPLS帧内封装的(S，G)PIM JOIN消息是由MVPN Red内的PE-3发送过来的。于是，PE-1将该(S，G)PIM JOIN消息交给MVRF Red的PIM-SM协议实例进行协议处理，处理过程为：首先查找VRF Red中达到S最优路由，确定该路由的下一跳是CE-1，于是向CE-1发送(S，G)PIM JOIN消息。

同时PE-1更新MVRF Red中的组播转发信息，在MVRF Red中建立(S，G)组播转发表项，入接口为连接CE-1的接口，出接口为PE-1连接到PE-3的绑定到MVRF Red的PW，该接口可以用一个两元组(Li，Lo)表示，Li为PE-3为PE-1分配的VC标签301，Lo为PE-1到达PE-3的隧道标签。

MVPN内PIM剪枝(Prune)消息在与该MVPN关联的PW上转发的方式和PIM JOIN消息的传递方法相同，故不再详细说明。

MVPN内PIM自举(Bootstrap)消息通过与该MVPN关联的PW向MVPN内所有PIM邻居扩散时，该Bootstrap消息的源IP地址为PE上的环回接口地址。从PW上收到PIM Bootstrap消息之后，可以通过PW进行逆向路径转发(RPF，Reserve Path Forward)检查，如果通过该MVPN对应的VRF查找到到达此消息发送者的最优路由的下一跳地址和接收到该消息的PW连接的对端PE的地址相同，那么RPF检查通过，否则RPF检查失败。如果是从连接CE的VRF接口收到PIM Bootstrap消息，那么如果达到Bootstrap消息发送者的接口就是收到该消息的VRF接口时，RPF检查通过，否则检查失败。由于MVPN内的PE之间已经建立了与该MVPN关联的全连接的PW，所以PE从该PW上收到的Bootstrap消息可以不再发送给该MVPN内的其他PE邻居，而仅仅发给该MVPN内的CE邻居即可。

由于MVPN内PE和PE之间建立了全互连的与该MVPN关联的PW，所有PE之间就不需要PIM断言(Assert)机制了。

由于PIM-SM源注册消息、源注册停止消息以及RP候选者注册消息是单播方式转发，所以通过RFC2547中定义的VPN内单播数据转发方式进行转发即可。

在MVPN Red的PIM-SM实例已经建立好MVPN Red内组播转发树的情况下，组播数据包在MVPN Red中进行组播转发的流程如下：

首先，CE-1将从组播源收到的组播数据包沿着已经建立好的组播转发树转发给PE-1。

其次，PE-1通过连接CE-1的绑定到VRF Red的接口接收到该组播数据包，PE-1查找MVRF Red中匹配的组播转发表项，因为接收到该组播数据包的接口和匹配的组播转发表项的RPF接口相同，都是PE-1连接CE-1的VRF Red接口，所以RPF检查通过。之后将该组播数据包从组播转发表项的出接口转发出去，该出接口就是PE-1达到PE-3的MVRF Red的虚拟接口，表示为(Li，Lo)，其中Li为PE-3为分配给PE-1的标识MVRF Red的VC标签301，Lo为PE-1到达PE-3的外层隧道标签。该组播数据包被封装为携带两层标签MPLS帧转发出去，内层标签为Li，外层标签为Lo。

然后，PE-3收到上述的MPLS帧之后，分析内层标签为301，由于该标签是PE-3分配给PE-1的绑定MVRF Red的VC标签，所以可以确定该MPLS帧内封装的组播数据包是从MVPN Red内的PE-1转发过来的，于是查找MVRF Red中匹配的组播转发表项，因为收到该数据包的接口和匹配的组播转发表项的RPF接口相同，都是用VC标签301表示的虚拟接口，所以RPF检查通过。之后组播数据包从组播转发表项的出接口，即PE-3连接CE-3的绑定到VRF Red的接口，转发给CE-3。

最后，CE-3将收到的组播数据包发送给该组播组的接收者。

PIM-SSM是PIM-SM的简化，所以在MVPN的协议包转发以及组播转发表维护的方式基本相同，故不再作详细说明。

由于PIM-DM是数据驱动建立组播转发树的方式，和PIM-SM有所不同，所以下面以MVPN Red内运行PIM-DM协议为例，简要说明MVPN内组播实现的流程如下：

首先，CE-1将从组播源接收到的组播数据包扩散到PE-1，组播包的源地址为S，目的地址为G。PE-1对接收到该组播数据包进行RPF检查，由于达到组播源S的出接口正是接收到该组播数据包的接口，所以RPF检查通过，于是PE-1将该组播数据包继续向该MVPN内除了CE-1的所有PIM邻居(也就是PE-2和PE-3)扩散，PE-1将该组播数据包分别复制到达到PE-2和PE-3的且绑定到MVRF Red的PW上，内层标签分别为PE-2和PE-3分配给PE-1的VC标签201和301，外层标签分别为PE-1到达PE-2和PE-3的隧道标签。同时PE-1维护MVRF Red的组播转发信息，在MVRF Red内创建(S，G)，入接口为连接CE-1的VRF接口，出接口有两个，分别为到达PE-2和PE-3的绑定到MVRF Red的PW虚拟接口。

其次，当PE-2和PE-3从各自绑定到MVRF Red的PW上接收到上述组播数据包时，进行RPF检查。由于PE-2和PE-3收到封装该组播数据包的PW就是它们分别达到PE-1的绑定到MVRF red的PW，所以RPF检查通过，于是PE-2和PE-3继续分别向CE-2和CE-3发送该组播数据包。因为MVPN内的PE之间已经建立了与该MVPN关联的全连接的PW，所以PE从该PW上收到的组播数据包可以不再发送给该MVPN内的其他PE邻居，而仅仅发给该MVPN内的CE邻居即可。同时PE-2和PE-3分别维护各自的MVRF Red的组播转发信息，在MVRF Red内创建(S，G)，入接口为连接PE-1的绑定到MVRF Red的PW虚拟接口，出接口为各自连接CE的VRF Red接口。

最后，上述组播数据包分别到达CE-2和CE-3上。由于CE-3连接了该组播组的接收者，所以CE-3将该组播包发送给接收者，而CE-2没有该组播的接收者，所以向组播源的方向发送(S，G)PIM Prune消息，PE-2收到该消息之后，将MVRF Red内(S，G)表项的出接口剪枝，同时通过到达PE-1的绑定到MVRF Red的PW虚拟接口，向PE-1发送(S，G)PIM Prune消息，PE-1收到该消息之后，将MVRF Red内(S，G)表项的出接口之一，即到达PE-2的绑定为MVRF Red的PW虚拟接口，进行剪枝处理。

从以上描述的MVPN内分别运行PIM-SM实例和PIM-DM实例实现组播的流程中可以看出，只要将MVPN内PE之间PW视为绑定到该MVPN对应的MVRF的接口，MVPN内组播协议报文和组播数据包通过该PW进行转发，那么MVPN内运行的任何组播协议实例的组播实现机制与该组播协议标准定义的实现机制没有任何差异。本发明描述的MVPN实现方案，MVPN内可以支持任何一种现有的组播协议，包括但不限于PIM-DM，PIM-SM，PIM-SSM和PIM-Bidir，而且对于原有协议的实现机制不需要做任何改动。

由此可见，由于本发明在MVPN内部的所有PE之间建立了全互连的PW，MVPN内的组播包在穿越P网络时，可以通过PE之间PW进行转发，从而不需要P网络支持组播，降低了对P网络的要求；由于本发明的技术方案中MVPN内的组播包在P网络上转发时不采用GRE隧道，而是采用MPLSLSP，不像现有MD方法那样，需要NP对MVPN内组播包进行GRE封装和解封装处理，从而降低了PE设备的成本并且提高了MVPN的组播转发性能；由于本发明的技术方案中组播包在P网络上转发时采用MPLS LSP，从而可以全面继承MPLS的众多优点，如TE、QoS和快速收敛等特性；由于本发明的技术方案中在MVPN内部所有PE之间建立了全互连的双向的PW，所以MVPN内的组播包在穿越P网络时，可以通过入口PE向与该MVPN关联的特定的PW上进行转发，从而在P网络实现MVPN内组播包的按需分发。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1、一种在边界网关协议/多协议标签交换的虚拟专用网BGP/MPLS VPN实现组播的方法，其特征在于，该方法包括：

A、发现属于同一组播虚拟专用网MVPN的所有服务提供商边缘路由器PE；

B、所发现的PE之间建立单向的虚电路VC，每对PE之间建立的VC被绑定在一起形成全互连的双向PW，该PW连接了两端PE上与该MVPN一一对应的组播虚拟路由转发表MVRF，任何一个PE为该MVPN内其他PE分配的VC标签具有本地唯一性；

C、MVPN内组播包在穿越服务提供商的多协议标签交换/网际协议MPLS/IP网络时，入口PE将组播包通过绑定到MVRF的PW，转发给出口PE，收到组播包的出口PE，根据接收到上述组播包的PW，确定该组播包所属MVRF，通过MVRF将组播包转发出去。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A所述的发现同一MVPN的PE采用边界网关协议BGP、标签分发协议LDP、域名解析服务DNS、拨号用户远端接入认证服务RADIUS、网络管理系统NMS或者静态配置方法中的任何一种来实现。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B所述该PW连接了两端PE上与该MVPN一一对应的MVRF的过程为：PW被视作PE之间虚拟互连接口，该虚拟接口被绑定到该MVPN对应的MVRF上。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B所述建立全互连的PW通过BGP会话或目标标签分发协议Targeted LDP会话实现。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C所述的入口PE将组播包通过绑定到MVRF的PW，转发给出口PE的过程为：PE之间的PW作为绑定到MVRF的虚拟接口，该虚拟接口既可以作为该MVRF内转发表项的入接口，也可以作为该MVRF内转发表项的出接口，MVPN内的组播包在穿越MPLS/IP网络时，根据MVPN内使用的组播协议的规则在与该MVPF关联的PW上进行转发。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C所述的组播包为组播协议包或组播数据包。

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