CN100479431C - 一种支持组播的虚拟局域网交换系统及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种支持组播的虚拟局域网交换系统及实现方法。包括交换引擎、CPU单元，还包括：映射存储单元，用于存储虚拟局域网和其向交换系统推送的组播流之间映射关系；交换表存储单元，用于存储入口虚拟局域网和出口虚拟局域网之间对应关系；交换引擎从用户虚拟局域网上收到Internet组管理协议报文，交给CPU单元处理，如果是Internet组管理协议加入/离开报文，CPU单元查询映射存储单元，在查到的组播虚拟局域网上转发；交换引擎从组播虚拟局域网上收到Internet组管理协议报文或组播数据帧，通过查询交换表存储单元，在查到的用户虚拟局域网上转发。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟局域网(VLAN)交换系统，具体地说，是涉及支持组播的虚拟局域网交换(Multicast VLAN Switch，MV-Switch)系统及其实现方法。
背景技术
VLAN交换(V-Switch)技术是近年来发展起来的一项重要的二层交换技术。它将VLAN标记从全局标识变为本地标识，用基于VLAN标记的交换取代基于MAC(媒质接入控制层)的交换，改进了网络的伸缩性能。
但是，V-Switch是VLAN间的一对一的交换，限制了组播应用的开展。比如，因为带宽和安全等原因需要用户之间用VLAN隔离开来，采用V-Switch技术无法将组播VLAN中的数据流交换到多个用户VLAN中去。
而另一种组播VLAN注册(Multicast VLAN Register，MVR)技术，虽然可以实现跨VLAN的二层组播，但该技术采用的是组播VLAN中的MAC交换技术，仅支持所有组播流在一个VLAN中的应用场景。同时，MVR机制可能将用户不需要或者不安全的组播流，比如具有相同映射MAC地址的其它组的组播流，以及用户指定源地址加入组时同时存在的同组其它源地址的组播流，转发到用户VLAN中去。
因此，如何在实现一种基于VLAN交换的技术，使得组播流能够不限于在一个VLAN中推送成为目前亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种支持组播的虚拟局域网交换系统及其实现方法。实现组播流量在一个或多个组播VLAN中发送，支持组播的虚拟LAN交换系统可以将组播流量转发给一个或多个不同VLAN中的用户，组播接收者不必接收到相同组播地址的其它组播组的不安全的多余流量。
为解决上述技术问题，本发明提供方案如下：
一种支持组播的虚拟局域网交换系统，包括交换引擎、CPU单元，还包括：
映射存储单元，用于存储源组对和组播VLAN映射表，该表记录虚拟局域网编号和虚拟局域网向虚拟局域网交换系统推送的组播流之间的映射关系；
交换表存储单元，用于存储虚拟局域网交换表，该表记录入口虚拟局域网和出口虚拟局域网之间的对应交换关系；
其中，所述交换引擎从用户VLAN上收到IGMP(Internet组管理协议)协议报文时，交给所述CPU单元处理，如果所述IGMP协议报文是IGMP加入/离开报文，所述CPU单元根据所述IGMP加入/离开报文中的源组对，查询所述映射存储单元中源组对和组播VLAN映射表，在查到的组播VLAN上转发所述IGMP加入/离开报文；
所述交换引擎从组播VLAN上收到IGMP协议报文时，交给所述CPU单元处理，如果所述IGMP协议报文是IGMP查询报文，则所述CPU单元通过查询交换表存储单元中虚拟局域网交换表，在查到的用户VLAN上转发所述IGMP查询报文。
一种支持组播的虚拟局域网交换实现方法，用于包括交换引擎、CPU单元的虚拟局域网交换系统，包括如下步骤：
根据网络中虚拟局域网向虚拟局域网交换系统推送的组播流创建由虚拟局域网编号及虚拟局域网推送的组播流组成的源组对和组播VLAN映射表；
所述交换引擎从用户VLAN上收到IGMP协议报文时，交给所述CPU单元处理，如果所述IGMP协议报文是IGMP加入/离开报文，所述CPU单元根据所述IGMP加入/离开报文中的源组对，查询所述源组对和组播VLAN映射表，在查到的组播VLAN上转发所述IGMP加入/离开报文，同时，创建虚拟局域网交换表；
所述交换引擎从组播VLAN上收到IGMP协议报文时，交给所述CPU单元处理，如果所述IGMP协议报文是IGMP查询报文，则所述CPU单元通过查询虚拟局域网交换表，在查到的用户VLAN上转发所述IGMP查询报文。
交换引擎从组播虚拟局域网上收到组播数据帧，通过查询交换表存储单元，在查到的用户虚拟局域网上转发。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明所述方法，实现了组播流由VLAN交换机制交换到多个用户VLAN的组网应用；以及一个或多个组播VLAN的灵活的组网应用；在每条组播流一个组播VLAN的情况下，可以完全避免用户收到不该收到的组播流；并且支持用户的特定源组(S，G)加入，当接口上用户以(S，G)加入的方式加入组播时，不会收到同组的其它组播流。
本发明所要解决的技术问题、技术方案要点及有益效果，将结合实施例，参照附图作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明所述支持组播的虚拟局域网交换系统的示意图；
图2为本发明所述方法实施例的示意图；
图3为本发明所述方法另一实施例的示意图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明所述支持组播的虚拟局域网交换系统的示意图。一种支持组播的虚拟局域网交换系统，首先，包括交换引擎10、CPU单元20，还包括：映射存储单元30，用于存储源组对和组播VLAN映射表，该表记录虚拟局域网编号和虚拟局域网向虚拟局域网交换系统推送的组播流之间的映射关系；以及，交换表存储单元40，用于存储虚拟局域网交换表，记录入口虚拟局域网和出口虚拟局域网之间的对应交换关系；其中，当所述交换引擎从用户VLAN上收到IGMP协议报文时，交给所述CPU单元处理，如果所述IGMP协议报文是查询报文，则丢弃所述IGMP协议报文；如果所述IGMP协议报文是IGMP加入/离开报文，所述CPU单元根据所述IGMP加入/离开报文中的源组对，查询所述映射存储单元30中的所述源组对和组播VLAN映射表，在查到的组播VLAN上转发所述IGMP加入/离开报文；另外，如果IGMP协议报文是IGMP加入/离开报文，并且系统启动了IGMP侦听和IGMP代理机制，CPU单元根据IGMP侦听和IGMP代理机制在所述查到的组播VLAN上发送IGMP加入/离开报文。
而，当所述交换引擎从组播VLAN上收到IGMP协议报文时，交给所述CPU单元处理，如果所述IGMP协议报文是IGMP查询报文，则通过查询交换表存储单元40中的交换表存储单元中虚拟局域网交换表，在查到的用户VLAN上转发所述IGMP查询报文。但，如果系统同时启动了IGMP侦听和IGMP代理机制，则交给CPU单元根据IGMP侦听和IGMP代理机制处理，在所述查到的用户VLAN上发送查询消息。
这里，所述的虚拟局域网交换表可以通过CPU单元静态配置获得的，也可以通过网管设备静态配置获得的，还可以通过自动学习机制获得。
其中，所述虚拟局域网交换表的自动学习机制是，从用户LAN上收到IGMP协议报文处理流程中，如果是加入报文，将该用户VLAN添加到以组播VLAN为入口VLAN的交换表中的出口虚拟局域网列表中；如果是离开报文，则延时将该用户VLAN从以组播VLAN为入口VLAN的交换表中的出口虚拟局域网列表中删除，或由IGMP侦听和IGMP代理机制在确定组播组成员离开后，将该用户VLAN从以组播VLAN为入口VLAN的交换表中的出口虚拟局域网列表中删除。
在所述的虚拟局域网交换表中，出口虚拟局域网字段可以记录一个或多个出口虚拟局域网，如果出口虚拟局域网字段记录了多个出口VLAN，从入口虚拟局域网上收到的数据帧，需要在每个出口虚拟局域网上发送一个副本。
当出口VLAN中有不止一个接口时，所述的虚拟局域网交换表中可以不仅记录出口虚拟局域网，还可以记录出口虚拟局域网的接口；交换引擎一次性完成从入口虚拟局域网到用户VLAN指定出接口的交换过程，在虚拟局域网交换表指定的接口上转发。
下面，我们将结合图2和图3对本发明所述系统的实现方法作进一步说明。
首先，根据网络中虚拟局域网向虚拟局域网交换系统推送的组播流创建由虚拟局域网编号及虚拟局域网推送的组播流组成的源组对和组播VLAN映射表；当所述交换引擎从用户VLAN上收到IGMP协议报文时，交给所述CPU单元处理，如果所述IGMP协议报文是IGMP加入/离开报文，所述CPU单元根据所述IGMP加入/离开报文中的源组对，查询所述源组对和组播VLAN映射表，在查到的组播VLAN上转发所述IGMP加入/离开报文，同时，创建虚拟局域网交换表，这里，如果是加入报文，将该用户VLAN添加到以组播VLAN为入口VLAN的交换表中的出口虚拟局域网列表中；如果是离开报文，则延时将该用户VLAN从以组播VLAN为入口VLAN的交换表中的出口虚拟局域网列表中删除，或由IGMP侦听和IGMP代理机制在确定组播组成员离开后，将该用户VLAN从以组播VLAN为入口VLAN的交换表中的出口虚拟局域网列表中删除。当所述交换引擎从组播VLAN上收到IGMP协议报文时，交给所述CPU单元处理，如果所述IGMP协议报文是IGMP查询报文，则在通过查询虚拟局域网交换表得到的用户VLAN上转发所述IGMP查询报文。
如图2、图3中源组对和组播VLAN映射表所示，假定网络中VLAN 1向本系统推送<*，226.1.1.1>的组播流，在VLAN 2中推送<10.1.1.1，226.1.1.2>的组播流，在VLAN 3中推送<10.1.1.2，226.1.1.2>和<10.1.1.3，226.1.1.2>的组播流，在VLAN 4中推送<*，226.1.1.3>的组播流。
VLAN 10中的接口2上用户发送Group＝226.1.1.1的IGMP加入消息，交换引擎交给CPU单元处理，CPU单元查源组对和组播VLAN映射表，得到对应组播VLAN是VLAN 1，于是CPU通过交换引擎，在VLAN 1上发送Group＝226.1.1.1的IGMP加入消息接续组播流量，同时在虚拟局域网交换表中创建入VLAN字段为VLAN 1的条目，将VLAN 10或者VLAN10/PORT 2添加到出VLAN字段中，如图3所示。
VLAN 13中的接口30也发送Group＝226.1.1.1的IGMP加入消息，交换引擎同样交给CPU单元处理，CPU单元查源组对和组播VLAN映射表，得到对应组播VLAN是VLAN 1，于是CPU通过交换引擎在VLAN 1上发送Group＝226.1.1.1的IGMP加入消息接续组播流量，同时，将VLAN 13或者VLAN 13/PORT 30添加到虚拟局域网交换表的入VLAN字段为VLAN1的条目的出VLAN字段中，如图3所示。
如果这时有某个源组在发送226.1.1.1的流量，并发送到VLAN 1上，通过查虚拟局域网交换表，交换引擎就知道要把VLAN 1的流量组播到VLAN 10和VLAN 13，在VLAN 10和VLAN 13的所有接口上按照配置打或者不打上用户VLAN的Tag转发，如图2所示。这里，交换引擎还知道将VLAN 1的流量组播到VLAN 10中的PORT 2和VLAN 13中的PORT 30，按照接口VLAN 10中的PORT 2和VLAN 13中的PORT 30的配置打或者不打上用户VLAN的Tag转发，如图3所示。
对于现有技术，如果这时设备上某个接口同时在接续group＝227.1.1.1的组播流，在现有根据MAC交换的系统中，因为group＝227.1.1.1的组播流和group＝226.1.1.1的组播流具有相同目的MAC地址，所以，VLAN 10中的PORT 2和VLAN 13中的PORT 30也会收到group＝227.1.1.1的组播流。但是在本发明的系统中，因为VLAN 10中的PORT 2和VLAN 13中的PORT 30只发送的Group＝226.1.1.1的IGMP加入消息，所以系统只把对应的VLAN1中的流量交换到这些接口上，避免了收到相同MAC地址不同组的不安全的多余组播流。
如果VLAN 10中的接口3上用户发送Group＝226.1.1.2的IGMP加入消息，交换引擎交给CPU单元处理，CPU单元查源组对和组播VLAN映射表，得到对应组播VLAN是VLAN 2和VLAN 3，其中VLAN 2中有组播流<10.1.1.1，226.1.1.2>，而VLAN 3中有组播流<10.1.1.2，226.1.1.2>和<10.1.1.3，226.1.1.2>，于是CPU通过交换引擎同时在VLAN 2和VLAN 3上各发送一份Group＝226.1.1.2的IGMP加入消息接续组播流量，同时在虚拟局域网交换表中创建入VLAN字段为VLAN 2和VLAN 3的条目，将VLAN 10或者VLAN 10/PORT 3添加到出VLAN字段中。VLAN 2中组播流<10.1.1.1，226.1.1.2>，及VLAN 3中有组播流<10.1.1.2，226.1.1.2>和<10.11.3，226.1.1.2>均可以到达接口3，如图3所示。
如果VLAN 11中的接口4上用户发送Source＝10.1.1.1，Group＝226.1.1.2的IGMPv3加入消息，交换引擎交给CPU单元处理，CPU单元查源组对和组播VLAN映射表，得到对应组播VLAN是VLAN 2(和VLAN 3不匹配)，于是CPU通过交换引擎在VLAN 2上发送Source＝10.1.1.1，Group＝226.1.1.2的IGMPv3加入消息接续组播流量，同时在虚拟局域网交换表中创建入VLAN字段为VLAN 2的条目，将VLAN11或者VLAN 11/PORT 4添加到出VLAN字段中。VLAN 2中组播流<10.1.1.1，226.1.1.2>可以到达接口4，而VLAN 3中组播流<10.1.1.2，226.1.1.2>和<10.1.1.3，226.1.1.2>不会到达接口4，如图3所示。
本发明所述的一种支持组播的虚拟局域网交换系统及其实现方法，并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明之领域，对于熟悉本领域的人员而言可容易地实现另外的优点和进行修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。
Claims (14)
1、一种支持组播的虚拟局域网交换系统，包括交换引擎、CPU单元，其特征在于还包括：
映射存储单元，用于存储源组对和组播虚拟局域网映射表，该表记录虚拟局域网编号和虚拟局域网向虚拟局域网交换系统推送的组播流之间的映射关系；
交换表存储单元，用于存储虚拟局域网交换表，该表记录入口虚拟局域网和出口虚拟局域网之间的对应交换关系；
其中，所述交换引擎从用户虚拟局域网上收到Internet组管理协议报文时，交给所述CPU单元处理，如果所述Internet组管理协议报文是Internet组管理协议加入/离开报文，所述CPU单元根据所述Internet组管理协议加入/离开报文中的源组对，查询所述映射存储单元中源组对和组播虚拟局域网映射表，在查到的组播虚拟局域网上转发所述Internet组管理协议加入/离开报文；
所述交换引擎从组播虚拟局域网上收到Internet组管理协议报文时，交给所述CPU单元处理，如果所述Internet组管理协议报文是Internet组管理协议查询报文，则在通过查询交换表存储单元中虚拟局域网交换表得到的用户虚拟局域网上转发所述Internet组管理协议查询报文。
2、根据权利要求1所述的一种支持组播的虚拟局域网交换系统，其特征在于：
所述交换表存储单元中虚拟局域网交换表是通过CPU单元静态配置获得的。
3、根据权利要求1所述的一种支持组播的虚拟局域网交换系统，其特征在于：
所述交换表存储单元中虚拟局域网交换表是通过网管设备静态配置获得的。
4、根据权利要求1所述的一种支持组播的虚拟局域网交换系统，其特征在于：
所述交换表存储单元中虚拟局域网交换表是通过自动学习机制获得。
5、根据权利要求4所述的一种支持组播的虚拟局域网交换系统，其特征在于：
所述交换表存储单元中虚拟局域网交换表的自动学习机制是，从用户虚拟局域网上收到Internet组管理协议报文处理流程中，如果是加入报文，将该用户虚拟局域网添加到以组播虚拟局域网为入口虚拟局域网的交换表中的出口虚拟局域网列表中；如果是离开报文，则延时将该用户虚拟局域网从以组播虚拟局域网为入口虚拟局域网的交换表中的出口虚拟局域网列表中删除，或由Internet组管理协议侦听和Internet组管理协议代理机制在确定组播组成员离开后，将该用户虚拟局域网从以组播虚拟局域网为入口虚拟局域网的交换表中的出口虚拟局域网列表中删除。
6、根据权利要求1所述的一种支持组播的虚拟局域网交换系统，其特征在于：
交换表存储单元中虚拟局域网交换表中，出口虚拟局域网字段可以记录一个或多个出口虚拟局域网，如果出口虚拟局域网字段记录了多个出口虚拟局域网，从入口虚拟局域网上收到的数据帧，需要在每个出口虚拟局域网上发送一个副本。
7、根据权利要求5所述的一种支持组播的虚拟局域网交换系统，其特征在于：
当出口虚拟局域网中有不止一个接口时，所述的交换表存储单元中虚拟局域网交换表中不仅记录出口虚拟局域网，还要记录出口虚拟局域网的接口；交换引擎一次性完成从入口虚拟局域网到用户虚拟局域网指定出接口的交换过程，在虚拟局域网交换表指定的接口上转发。
8、根据权利要求1所述的一种支持组播的虚拟局域网交换系统，其特征在于：
从用户虚拟局域网上收到Internet组管理协议报文处理流程中，如果所述Internet组管理协议报文是查询报文，则丢弃所述Internet组管理协议报文。
9、根据权利要求1所述的一种支持组播的虚拟局域网交换系统，其特征在于：
从用户虚拟局域网上收到Internet组管理协议报文处理流程中，如果Internet组管理协议报文是Internet组管理协议加入/离开报文，并且系统启动了Internet组管理协议侦听和Internet组管理协议代理机制，CPU单元根据Internet组管理协议侦听和Internet组管理协议代理机制在所述源组对和组播虚拟局域网映射表中查到的组播虚拟局域网上发送Internet组管理协议加入/离开报文。
10、根据权利要求1所述的一种支持组播的虚拟局域网交换系统，其特征在于：
从组播虚拟局域网上收到Internet组管理协议报文处理流程中，如果系统同时启动了Internet组管理协议侦听和Internet组管理协议代理机制，交给CPU单元根据Internet组管理协议侦听和Internet组管理协议代理机制处理，在用户虚拟局域网上发送查询消息。
11、一种支持组播的虚拟局域网交换实现方法，用于包括交换引擎、CPU单元的虚拟局域网交换系统，其特征在于包括如下步骤：
根据网络中虚拟局域网向虚拟局域网交换系统推送的组播流创建由虚拟局域网编号及虚拟局域网推送的组播流组成的源组对和组播虚拟局域网映射表；
所述交换引擎从用户虚拟局域网上收到Internet组管理协议报文时，交给所述CPU单元处理，如果所述Internet组管理协议报文是Internet组管理协议加入/离开报文，所述CPU单元根据所述Internet组管理协议加入/离开报文中的源组对，查询所述源组对和组播虚拟局域网映射表，在查到的组播虚拟局域网上转发所述Internet组管理协议加入/离开报文，同时，创建虚拟局域网交换表；
所述交换引擎从组播虚拟局域网上收到Internet组管理协议报文时，交给所述CPU单元处理，如果所述Internet组管理协议报文是Internet组管理协议查询报文，则在通过查询虚拟局域网交换表得到的用户虚拟局域网上转发所述Internet组管理协议查询报文。
交换引擎从组播虚拟局域网上收到组播数据帧，通过查询交换表存储单元，在查到的用户虚拟局域网上转发。
12、根据权利要求11所述的一种支持组播的虚拟局域网交换实现方法，其特征在于：
所述创建虚拟局域网交换表是，如果是加入报文，将该用户虚拟局域网添加到以组播虚拟局域网为入口虚拟局域网的交换表中的出口虚拟局域网列表中；如果是离开报文，则延时将该用户虚拟局域网从以组播虚拟局域网为入口虚拟局域网的交换表中的出口虚拟局域网列表中删除，或由Internet组管理协议侦听和Internet组管理协议代理机制在确定组播组成员离开后，将该用户虚拟局域网从以组播虚拟局域网为入口虚拟局域网的交换表中的出口虚拟局域网列表中删除。
13、根据权利要求11所述的一种支持组播的虚拟局域网交换实现方法，其特征在于：
虚拟局域网交换表中，出口虚拟局域网字段可以记录一个或多个出口虚拟局域网，如果出口虚拟局域网字段记录了多个出口虚拟局域网，从入口虚拟局域网上收到的数据帧，需要在每个出口虚拟局域网上发送一个副本。
14、根据权利要求12所述的一种支持组播的虚拟局域网交换实现方法，其特征在于：
当出口虚拟局域网中有不止一个接口时，所述的虚拟局域网交换表中不仅记录出口虚拟局域网，还要记录出口虚拟局域网的接口；交换引擎一次性完成从入口虚拟局域网到用户虚拟局域网指定出接口的交换过程，在虚拟局域网交换表指定的接口上转发。
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