CN100571205C

CN100571205C - 一种接入网络中的组播业务保护方法及其系统、装置

Info

Publication number: CN100571205C
Application number: CNB2006100250553A
Authority: CN
Inventors: 温海波; 马松伟; 姚春燕; 宾梵翔
Original assignee: Alcatel Lucent Shanghai Bell Co Ltd
Current assignee: Nokia Shanghai Bell Co Ltd
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2026-03-24
Also published as: CN101043422A

Abstract

本发明提供了一种接入网络中的组播业务保护方法及其系统，网络接入设备具有若干链路与上级网络设备相连，所述方法包括：a)网络接入设备选择至少两条链路向上级网络设备报告其组播成员关系；b)上级网络设备根据所述组播成员关系向所选择的链路提供相应的组播数据流；c)网络接入设备通过其中一条被选的链路接收组播数据流。所述方法进一步包括在步骤c)中被选的链路发生故障时，切换至其他链路接收组播数据流。本发明充分利用当前没有传输业务的链路进行组播数据流的传输。进一步地，在链路切换时，组播业务可以在最短的时间内切换至另外一条链路接收组播数据并向下转发。

Description

一种接入网络中的组播业务保护方法及其系统、装置

技术领域

本发明涉及数据通信技术领域，尤其涉及一种接入网络中的组播业务保护方法及其系统、装置。

背景技术

组播技术由于能够有效地实现一点对多点通信，使同一个分组数据在一个网段中只出现一次，这样节约大量网络带宽，同时使得到达用户终端的分组的时延最短。

在使用以太网技术的现代网络通信中，组播业务如：IPTV网络电视、IP会议电视业务、IP网上课程等，越来越成为一种普遍公众的服务。如图1A所示的接入网络系统拓朴结构示意图中，网络接入设备100、101、102、103可以是DSLAM(数字用户线复用装置)、LAN_SWITCH(局域网交换机)等形式以提供终端用户网络接入，交换机110、111、112、113进一步对接入网络业务进行汇聚后连接至宽带网关BNG 121(或宽带接入服务器BRAS 122)。网络接入设备100所连接的家庭网络130的机顶盒131(或计算机)到宽带网关BNG 121有且只有一条逻辑树形结构，由于一个网络接入设备100上接入大量用户终端，因此当该条逻辑树形结构的任一上级网络设备或者它们之间的链路失效将导致大量业务(单播业务、IPTV等组播业务)的中断。

为了保证网络传送的可靠性，网络接入设备通常通过两种方案来对承载的业务进行保护，它们可扩展支持一定的组播恢复。(1)Trunk(链路聚合)方式：如图1B示例，网络接入设备100可以将两条物理链路L1、L2合并成一条链路(逻辑意义上)连接同一个上级网络设备110，负载业务在这些物理链路之间均衡分担，可使用一条物理链路L1用于转发组播协议消息和组播数据流，一旦该物理链路失效，该物理链路上的包括组播业务在内的所有业务将切换到另外一条物理链路L2上，网络接入设备100上的组播转发表不用发生任何变化。但是，该方案不能解决与之相连的上级网络设备失效问题；另外，网络接入设备虽然使用物理冗余的方式通过两条物理链路连接同一上级网络设备，两条物理链路同时失效的情况，已有方案也不能解决组播业务的快速恢复。(2)STP/RSTP(生成树协议/快速生成树协议)方式：如图1C示例，网络接入设备100通过两条物理链路L1、L2连接分别连接两个上级网络设备110、102，通过STP/RSTP协议使网络接入设备100链路L1所对应的链路接口处于转发状态、该物理链路作为主链路进行数据传输；物理链路L2所对应的链路接口处于阻塞状态，除了接收/发送BPDU(桥协议数据单元)数据包之外，该链路作为备份链路基本完全闲置。如此网络接入设备100与上级网络设备在逻辑上不致形成环路，进而形成逻辑树形结构。一旦主链路L1出现故障，网络接入设备100将切换至备份链路L2，即使主、备份链路切换时间可以通过技术手段缩短，但对于使用生成树协议的二层网状网，组播业务的恢复一般是在新的逻辑树形结构重构之后，则按照如下方式进行：网络接入设备所接入的用户主机需要重新发送组播加入请求；或通过组播路由器或网络接入设备之上的IGMP/MLD proxy设备周期发送的GMQ(通用组成员查询)查询消息组成员关系、用户主机响应该查询消息，进而重建二层组播转发树，恢复组播业务。但由于GMQ查询周期时间一般是125秒，并且下级设备或用户主机在10秒内发生响应查询，所以其组播业务恢复时间较长，该恢复时间一般在链路恢复或备份链路建立后135(125+10)秒内随即分布，显然不利于组播业务的恢复。

发明内容

本发明目的在于提供一种接入网络中组播业务保护方法及其系统，有效地利用闲置备份链路进行组播业务保护传输；如此在二层网络环境中，当其上级网络设备失效或者其上行工作链路失效之后，勿需前述步骤以重构二层组播转发树，组播数据流可以得到快速地恢复。

根据本发明的一个方面，一种接入网络中的组播业务保护方法，网络接入设备具有若干链路与上级网络设备相连，所述方法包括：a)网络接入设备选择至少两条链路向上级网络设备报告其组播成员关系；b)上级网络设备根据所述组播成员关系向所选择的链路提供相应的组播数据流；c)网络接入设备通过其中一条被选的链路接收组播数据流。

所述方法步骤a)中，网络接入设备与上级网络设备之间以生成树协议、快速生成树协议、或静态配置方式使所选择的链路分别工作于主、备份状态，步骤c)中，网络接入设备接收主链路的组播数据流，丢弃备份链路的组播数据流。

优选地，上述步骤c)中，网络接入设备进一步对所述链路状态进行检测，并在主链路发生故障时，切换至备份链路接收组播数据流。

优选地，上述步骤c)网络接入设备接收来自主、备份链路的桥协议数据单元数据包以进行链路状态检测。

根据本发明的另一方面，一种接入网络系统，网络接入设备具有若干链路与上级网络设备相连，其中：网络接入设备选择至少两条链路向上级网络设备报告其组播成员关系，并通过其中一条链路接收组播数据流；上级网络设备根据其链路所接收的组播成员关系向该链路提供相应的组播数据流。

所述接入网络系统中，网络接入设备以生成树协议、快速生成树协议、或静态配置方式使所选择的链路分别工作于主、备份状态，网络接入设备接收主链路的组播数据流，丢弃备份链路的组播数据流。

优选地，网络接入设备对所述链路状态进行检测，并在主链路发生故障时，切换至备份链路接收组播数据流。

优选地，网络接入设备接收来自主、备份链路的桥协议数据单元数据包以进行链路状态检测。

优选地，所述接入网络系统中，网络接入设备与上级网络设备间的链路可以是由若干条物理链路聚合形成。

根据本发明的另一方面，一种网络接入设备，包括若干上、下行链路接口模块、交换模块，链路控制模块、以及组播协议处理模块，其中：组播协议处理模块接收来自下行链路接口模块的组播协议控制消息并进行相应处理，并通过链路控制模块选择的上行链路接口模块转发组播成员关系；链路控制模块选择至少两个上行链路接口模块进行组播成员关系转发并通过其中一个上行链路接口模块接收组播数据流。

所述网络接入设备链路控制模块通过运行生成树协议、快速生成树协议或者静态配置方式使所选择的上行链路接口模块分别工作于转发、阻塞状态，交换模块通过处于转发状态的上行链路接口模块接收组播数据流。

优选地，前述链路控制模块对所选择的上行链路接口模块链路状态进行检测，当转发状态的上行链路接口模块对应的链路发生故障时，链路控制模块控制切换至其他上行链路接口模块接收组播数据流并进一步通知组播协议处理模块更新组播转发表。

优选地，前述链路控制模块接收来自所述上行链路接口模块的桥协议数据单元数据包对所述链路状态进行检测。

优选地，所述网络接入设备上行链路接口模块可以由若干物理链路通过聚合方式形成。

根据本发明思想，网络接入设备通过在指定的若干链路上复制组播成员报告消息并转发给上级网络设备，上级网络设备根据所收到的组播成员报告消息为该网络接入设备在确定的链路上提供组播数据流，从而可为该网络接入设备的组播业务提供N+1(N大于或等于1)保护，本发明充分利用当前没有传输业务的链路进行组播数据流的传输。进一步地，当网络接入设备的一条链路失效或其它原因需要切换时，组播业务可以在最短的时间内切换至另外一条链路接收组播数据流，进而向下转发，而不需要重新主动报告组成员关系或者由上级网络设备发起组播查询消息进行来重构二层组播转发树后再进行组播数据流转发。

附图说明

图1A是接入网络系统拓朴结构示意图；

图1B是上行链路保护方式--链路聚合方式；

图1C是上行链路保护方式--生成树协议方式；

图2是接入网络系统中业务保护结构示意图；

图3是本发明接入网络设备组播协议消息、数据示意图；

图4是本发明接入网络设备相关结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的优选实施方式进行详细的说明。

图2是接入网络系统中业务保护结构示意图，网络接入设备200、201、202、203可以是DSLAM(数字用户线复用装置)、LAN_SWITCH(局域网交换机)等形式以提供终端用户网络接入，交换机210、211、212、213进一步对接入网络业务进行汇聚后连接至宽带网关BNG 221(或宽带接入服务器BRAS 222)，视频服务器240(或IP网络241)为整个接入网络系统提供组播数据源。为了保护重要的网络接入设备，使该设备在物理上同时通过两条链路连接至两个上级网络设备：网络接入设备可以是同时连接两个交换机，如：网络接入设备202同时连接交换机210和交换机212；网络接入设备也可以是同时连接一个交换机和另外一个网络接入设备，如：网络接入设备200连接交换机210和网络接入设备202，网络接入设备也可以是同时连接两个上级网络接入设备，如：网络接入设备201同时连接到网络接入设备202、203。网络接入设备也可以同时通过两条链路连接同一个上级网络设备以仅仅提供链路上的保护。

在二层接入网络环境下，接入网络设备与上联网络设备之间一般通过二层管理协议一STP/RSTP协议，有选择性地阻塞网络冗余链路来达到消除网络二层环路的目的，同时具备链路备份的功能，接入网络设备的一个上联端口为工作端口，即STP/RSTP协议中的根端口(Root Port)，该端口处于转发状态。接入网络设备的另一端口为备份端口，即RSTP协议中的替换端口(Alternative Port)，备份端口处于阻塞状态，STP/RSTP协议规定其只能接收和发送与STP/RSTP协议相关的BPDU数据，不负责其他数据转发；当接入网络设备监测到其工作端口上链路故障时，替换端口快速被激活工作。

值得说明的是：网络接入设备如果通过Trunk方式连接到同一个设备的所有物理链路，在逻辑上视为上述同一链路。

对组播业务而言，网络接入设备200、201、202、203和交换机210、211、212、213中一般会实现组播协议相关处理功能，例如基于IPv4应用的IGMPProxy/Snooping(互联网组管理协议代理/侦听)、基于IPv6应用的MLDProxy/Snooping(组播监听发现代理/侦听)功能。IGMP/MLD Proxy设备上联端口执行主机的角色，下联端口执行路由器的角色，此设备靠拦截用户和路由器之间的IGMP/MLD报文建立组播转发表，该表维护了上联端口来的组播业务应该复制转发至哪些下联端口(或用户端口)；而IGMP/MLD Snooping设备以侦听主机发向路由器的IGMP/MLD成员报告消息的方式，形成组成员和交换机端口的对应关系，IGMP/MLD Snooping设备则根据对应关系，将其网络侧收到的组播数据包转发到组成员的端口。

根据本发明接入网络系统思想，为了实现组播业务的保护，接入网络设备需要告诉其替换端口对应的上级网络设备应该向备份链路转发具体哪些组播组的数据，即网络接入设备复制IGMP/MLD组成员报告消息，同时在工作端口和替换端口转发组成员报告消息；与替换端口相对应的上级网络设备根据所提供的组成员报告消息在备份链路上也提供组播数据流，当工作链路没有失效时，替换端口丢弃所接收到的包括组播业务在内的其他数据(丢弃组播业务数据是为了避免相同的组播数据出现在接入设备下面的网段)。进一步地，在工作链路失效时，接入网络设备进行主、备份链路切换，即可对组播业务提供快速恢复。

图3是本发明接入网络设备组播协议消息、组播数据流示意图，如前所述，当网络接入设备200与其上级网络设备(交换机201/网络接入设备202)工作于生成树协议方式，网络接入设备200通过STP/RSTP协议建立的生成树使得网络接入设备200的2号端口为根端口(Root Port)，其处于转发状态；而1号端口为替换端口(Alternative Port)，其处于阻塞状态。根端口/替换端口的具体选择可参考相关生成树协议。

当网络接入设备200实现前述IGMP/MLD Proxy协议功能时，它在收到来自家庭网络230机顶盒231的组成员关系报告消息S31时，如果用户所请求的组播数据流已经被其他用户申请至网络接入设备200，则该报告消息不用进一步发往上级网络设备；否则，它不仅通过当前的根端口2向交换机210发送组成员关系报告消息S32，同时复制该消息通过替换端口1进一步向网络接入设备202发送组成员关系报告消息S32’。

交换机210和网络接入设备202对于接收到的组成员消息S32、S32’时，按照IGMP/MLD Proxy、Snooping的常规方式进行处理，以IGMP Proxy实现为例：如果该组播数据流没有到达该节点，进一步向上级网络设备转发组成员报告消息S33、S33’以请求该组播数据流；如果该组播数据流已经到达此节点，丢弃上述组成员报告消息。交换机210和网络接入设备202分别转发对应的组播数据流S34、S34’到网络接入设备200的2号端口和1号端口，由于1号端口处于阻塞状态，该端口丢弃收到的组播数据流S35’。

网络接入设备200再将来自2号端口的组播数据流S35提供给家庭网络230。

当网络接入设备200检测到与2号端口对应的链路失效时，其组播数据流入端口将切换到原来的替换端口，即1号端口。并进一步使替换端口(1号端口)快速进入转发状态，由于此时组播数据流S35’早已传到这个端口，则网络接入设备200可以立即转发组播数据流S35’给家庭网络230。

触发链路切换的原因可能是多种多样的，可以是网络管理员予以静态配置切换，也可以基于生成树协议算法选择最优逻辑链路。

当然，可以在检测到2端口上联链路失效、设置好基于1号端口组播转发表的同时，就开始接收组播业务数据，并向用户转发；而不用等待STP/RSTP使1号端口变为转发状态(或者说对组播业务立即进入转发状态)。这样使得组播业务得以最短的时间内恢复。

图4是本发明网络接入设备200相关结构示意图。它包括若干下行链路接口模块310......、交换模块320、组播协议处理模块330、链路控制模块340、以及若干上行链路接口模块351、352.....。

首先，网络接入设备需要选择至少两个上行链路接口模块351、352以实现本发明组播业务保护：当网络接入设备与其它上级网络设备工作于生成树协议方式，链路控制模块340通过生成树协议算法使得上行链路接口模块352为根端口(Root Port)，其处于转发状态；而上行链路接口模块351为替换端口(Alternative Port)，其处于阻塞状态。根端口/替换端口的具体选择可参考相关生成树协议；上述上行链路接口模块的选择也可以基于网络管理员方式静态配置。

下行链路接口模块310接收来自家庭网络中终端用户的组播协议消息，例如基于IPv4应用的IGMP协议消息，基于IPv6应用的MLD协议消息；

组播协议处理模块330如果实现前述IGMP/MLD Proxy协议功能时，它查询组播转发表331，如果用户所请求的组播数据流已经被其他用户申请至网络接入设备200，则该组播协议消息不用进一步发往网络侧；否则，它不仅通过上行链路接口模块352向网络侧发送该组播协议消息，同时复制该消息通过上行链路接口模块351进一步向其所连接的上级网络设备，并进一步在组播转发表331添加相应记录(业界常用交换芯片某端口即使为阻塞状态，交换机上控制模块仍然可以产生分组通过阻塞端口发送出去)。

上行链路接口模块351、352接收来自各自上级网络设备下行的组播数据流，由于上行链路接口模块351处于阻塞状态，该端口丢弃收到的组播数据流。组播数据流通过上行链路接口模块352被接收至交换模块320，交换模块320根据前述建立的组播转发表331中的记录向相应的下行链路接口模块310转发组播数据流。

通常，上行链路接口模块351、352仍然接收/发送BPDU数据包，链路控制模块340可以通过对数据包的分析进行链路状态检测(也可以基于其它方式实现)，当其检测到上行链路接口模块352对应的链路失效时，它根据当前组播转发表信息，构造新的组播转发表，新表中的组播流入端口更新为上行链路接口模块351。链路控制模块340进一步通过STP/RSTP协议使上行链路接口模块351快速进入转发状态(当然也可以直接让该端口对于组播业务进入转发状态)，由于此时组播数据流早已传到该链路接口模块，则交换模块320可以根据新构造的组播转发表立即转发组播数据流给相应的下行链路接口模块。

链路控制模块340触发链路切换的原因可能是多种多样的，可以是网络管理员予以静态配置切换，也可以基于生成树协议算法选择最优逻辑链路等等。

优选地，本发明网络接入设备200上行链路接口模块351、352所对应的链路可以是由若干物理链路通过聚合方式形成。

尽管上述说明为本发明提供了一些实施例，并非用来限定本发明的保护范围，本技术领域的专业人员可以在不脱离本发明的范围和精神的前提下，对实施例进行各种修改，这种修改均属于本发明的范围内。

Claims

1、一种接入网络中的组播业务保护方法，网络接入设备具有若干链路与上级网络设备相连，所述方法包括：

a)网络接入设备选择至少两条链路向上级网络设备报告其组播成员关系；

b)上级网络设备根据所述组播成员关系向所述至少两条链路提供相应的组播数据流；

c)网络接入设备通过所述至少两条链路中的一条链路接收组播数据流。

2、如权利要求1所述的接入网络中的组播业务保护方法，其特征在于步骤a)中，网络接入设备与上级网络设备之间以生成树协议、快速生成树协议、或静态配置方式使所选择的链路分别工作于主、备份状态，步骤c)中，网络接入设备接收主链路的组播数据流，丢弃备份链路的组播数据流。

3、如权利要求2所述的接入网络中的组播业务保护方法，其特征在于步骤c)中，网络接入设备进一步对链路状态进行检测，并在主链路发生故障时，切换至备份链路接收组播数据流。

4、如权利要求3所述的接入网络中的组播业务保护方法，其特征在于步骤c)网络接入设备接收来自主、备份链路的桥协议数据单元数据包以进行链路状态检测。

5、一种接入网络系统，其中，网络接入设备具有若干链路与上级网络设备相连，其特征在于：

网络接入设备选择至少两条链路向上级网络设备报告其组播成员关系，并通过所述至少两条链路中的一条链路接收组播数据流；

上级网络设备根据所述组播成员关系向所述至少两条链路提供相应的组播数据流。

6、如权利要求5所述的接入网络系统，其特征在于所述网络接入设备以生成树协议、快速生成树协议、或静态配置方式使所选择的链路分别工作于主、备份状态，网络接入设备接收主链路的组播数据流，丢弃备份链路的组播数据流。

7、如权利要求6所述的接入网络系统，其特征在于所述网络接入设备对链路状态进行检测，并在主链路发生故障时，切换至备份链路接收组播数据流。

8、如权利要求7所述的接入网络系统，其特征在于所述网络接入设备接收来自主、备份链路的桥协议数据单元数据包以进行链路状态检测。

9、如权利要求5至8中任一项所述的接入网络系统，其特征在于所述链路可以是由若干条物理链路聚合形成。

10、一种网络接入设备，包括若干上、下行链路接口模块、交换模块，链路控制模块、以及组播协议处理模块，其特征在于：

所述组播协议处理模块接收来自下行链路接口模块的组播协议控制消息并进行相应处理，并通过链路控制模块选择的上行链路接口模块转发组播成员关系；

所述链路控制模块选择至少两个上行链路接口模块进行组播成员关系转发，并且所述链路控制模块通过其中一个上行链路接口模块接收由上级网络设备根据所述组播成员关系向所述至少两个上行链路接口模块提供的组播数据流。

11、如权利要求10所述的网络接入设备，其特征在于所述链路控制模块通过运行生成树协议、快速生成树协议或者静态配置方式使所选择的上行链路接口模块分别工作于转发、阻塞状态，交换模块通过处于转发状态的上行链路接口模块接收组播数据流。

12、如权利要求11所述的网络接入设备，其特征在于所述链路控制模块对所选择的上行链路接口模块链路状态进行检测，当转发状态的上行链路接口模块对应的链路发生故障时，链路控制模块控制切换至其他上行链路接口模块接收组播数据流并进一步通知组播协议处理模块更新组播转发表。

13、如权利要求12所述的网络接入设备，其特征在于所述链路控制模块接收来自所述上行链路接口模块的桥协议数据单元数据包对所述链路状态进行检测。

14、如权利要求10至13中任一项所述的网络接入设备，其特征在于所述上行链路接口模块由若干物理链路通过聚合方式形成。