CN101094175B - 一种组播流量保护方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

一种移动通信领域组播流量保护方法、装置及系统。为当前节点建立备份路径，所述备份路径的路由信息预存在路由表项中；检测到工作路径出现故障时，将所述故障路径上的流量切换到备份路径上。本发明实施例通过预先为组播中的工作路径建立单播隧道或组播隧道作为备份路径，并增加所述备份路径的接口为路由表项的入接口，来实现工作路径故障时可以在不被用户感知的情况下在转发层面将数据流切换到备份路径上，实现快速收敛，不影响用户体验，有效解决了点对多点业务中网络故障路径恢复时对用户体验的影响。

Description

一种组播流量保护方法、装置及系统 

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种组播流量保护方法、装置及系统。 

背景技术

目前的IP技术，对服务质量的要求越来越高，如VOIP(IP话音)，IPTV(IP电视)等，都在强调低时延，低抖动，不丢包的高效服务。为了满足终端用户的需求，运营商要求网络设备能够提供这样优秀的转发能力，这自然对设备供应商提出了更高的要求。 

当网络设备出现故障或者终端出现物理链路故障的时候，则此结点或链路的转发能力丧失，其所提供的服务必然会受一定程度的影响。如果是IP电话，对用户体验的影响就是掉线；如果是IPTV，对用户体验的影响就是节目停顿。因此，如何控制这个影响的程度，使之达到最小，提高用户的感受，就成了迫切需要解决的技术问题。 

以IPTV提供的视频服务为例，如果能控制影响服务的时间在50-100ms左右，则丢失的数据非常有限，这样，人眼几乎无法分辨出这个不同，并不会有更大的影响。但是如果影响服务的时间达到5-10s甚至分钟级的中断，则用户很可能无法忍受长时间的图像中断，从而影响用户对服务的满意度。 

由于IPTV需要从视频服务器同时向大量用户发送数据，所以在骨干网需要应用组播技术来优化转发，如图1所示，即服务器不与用户建立大量链接，而只发送一份视频流量，由网络设备负责在需要复制的点(分叉点)进 行流量复制。 

传统IP组播技术对网络故障的处理方案如下： 

如图2所示，最初，从视频服务器到接收者的视频流量经RT1、RT2、RT3到达网络尽头接收者。当RT2由于某种原因故障时，首先由单播路由协议发现网络拓扑变化，重新选择路径RT1、RT4、RT3，然后依赖于单播的组播协议才能开始选择新的路径转发流量，由于组播是基于“逆向路径转发”(RPF)的，就由RT3向RT4发起流量请求，RT4再向RT1发送流量请求，RT1为流量添加新的出口，流量才能顺着新路径RT1、RT4、RT3转发到接收者。 

从故障发生到流量恢复，需要的时间为：单播路由协议发现拓扑变化时间加上重新计算路径时间加上组播发起流量请求时间加上头端添加出口时间。以现有的技术，即使作最大可能的优化，这个总时间至少要达到秒级，对终端用户的体验影响严重。因此，目前的IP组播技术仅仅能够作到正确的进行流量复制，却远无法满足高质高效的路由需求。 

由于大量应用基于单播的MPLS隧道技术，现有的所有技术方案都只能对点到点的业务进行保护，应用存在较大的局限性。 

综上所述，现有的网络故障处理方案仅能实现点对点的单播业务保护，应用存在较大局限性。而组播业务中网络故障后，仅仅能够作到正确的进行流量复制，却远无法满足高质高效的路由需求。 

发明内容

本发明实施例提供一种组播流量保护方法、装置及系统，解决了点对多点的组播业务中，网络故障后对用户体验的影响。 

本发明实施例是通过以下技术方案实现的： 

本发明实施例提供一种组播流量保护方法，包括： 

为当前节点建立备份路径，所述备份路径的路由信息预存在路由表项中； 

检测到工作路径出现故障时，将所述故障路径上的流量切换到备份路径。 

本发明实施例还提供一种组播流量保护装置，包括： 

备份路径建立单元，用于为组播中需要保护的工作路径建立备份路径，增加所述备份路径的路由信息在路由表项中； 

状态检测单元，用于检测组播中各路径的工作状态； 

切换单元，用于在所述状态检测单元检测到组播中路径出现故障或故障路径恢复后执行工作路径与备份路径之间的切换操作。 

本发明实施例还提供一种组播流量保护系统，包括：用于下发主播数据流的组播源、组播流量保护装置及多个转发节点； 

所述组播流量保护装置用于为组播需要保护的工作路径建立隧道作为备份，并检测路径状态，在所述组播中的路径出现故障后执行路径切换，实现控制所述多个转发节点从不同的接口收发数据流； 

所述多个转发节点用于转发所述组播数据流。 

由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例通过预先为组播中的工作路径建立单播隧道或组播隧道作为备份路径，并增加所述备份路径的接口为路由表项的入接口，来实现工作路径故障时可以在不被用户感知的情况下在转发层面将数据流切换到备份路径上，实现快速收敛，不影响用户体验。对点到多点业务进行保护。在网络局部故障的情况下，降低业务受影响的程度。 

附图说明

图1为现有技术组播技术架构图； 

图2为现有技术组播故障处理示意图； 

图3为现有技术单播故障处理示意图； 

图4为本发明实施方式一流程图； 

图5为本发明实施方式一的具体实施例的组网结构图； 

图6为图5所示组网结构设置备份路径示意图； 

图7为图6所示组网结构出现局部故障示意图； 

图8为图7所示组网结构控制层面获知故障后处理示意图； 

图9为图8所示组网结构故障路径恢复后示意图； 

图10为本发明实施方式二的具体实施例组网结构图； 

图11为图10所示组网结构组播快速恢复方案示意图； 

图12为本发明所述系统实施例示意图。 

具体实施方式

本发明实施例使用单播隧道或组播隧道作为组播流量的备份路径来保护组播流量，当网络故障时，转发层将组播流量自动切换到所述备份路径上，下游设备对所述备份路径传送过来的流量不进行RPF检查。 

下面结合附图分别对所述使用单播隧道或组播隧道作为组播流量的备份路径，来保护组播流量的方案进行详细说明。 

本发明实施例所述使用单播隧道作为组播流量的备份路径，来保护组播流量的方案如图4所示，包括如下步骤： 

步骤1：为组播中需要保护的路径建立单播隧道作为备份，并将所述备份路径的路由信息加入到路由表项中； 

当所述被保护的路径为物理链路时，所述作为备份的单播隧道可以为单播IP隧道，或者为：内层单播IP隧道，外层MPLS隧道的隧道。 

所述建立备份的方法可以为： 

首先为当前节点的出接口指定另外一个出接口作为备份接口；为当前节 点的下游节点的入接口指定另外一个入接口作为一备份接口；将上述备份接口信息加入到路由信息中，该两备份接口之间的路径为备份路径，所述备份接口信息即为备份路径的路由信息。 

当所述被保护的路径为封装隧道时，所述作为备份的单播隧道可以为：封装隧道，例如使用单播IP隧道，再使用MPLS TE FRR(多协议标签交换流量工程快速重路由)自动保护单播隧道，达到对组播流量保护的目的。 

步骤2：当其中一条工作路径故障时，此故障路径的上游节点通过快速检测机制(例如BFD)检测到故障的发生，则在转发层面立刻将数据流切换到所述故障路径的备份路径上，此时控制层面没有获知到拓扑的变化，业务不中断。而且，由于增加了备份路径的接口作为路由表项的入接口，所以，在故障路径的下游节点可以直接从所述备份路径的接口接收数据流，而无需进行RPF检查； 

步骤3：在单播路由协议模块获知到网络故障后，选择通往下游节点的其他正常路径作为数据转发路径，此时不停止向所述备份路径发送数据流，当下游节点接收到从所述正常链路上来的数据后，会认为上层协议已经收敛，备份路径的任务完成，则从备份接口通过所述备份路径向上游发送剪枝报文，上游节点接收到所述剪枝报文后，停止向所述备份接口复制数据流，因此，数据流稳定在所述正常链路上传输； 

步骤4：在单播路由协议模块获知到故障路径恢复后，由所述故障路径的下游节点通过恢复后的路径向上游节点发起流量请求，在上游节点接收到所述请求后开始向所述恢复后的路径发送数据流，同时再次将所述备份路径的接口作为所述故障路径接口的备份，下发转发层面以防止下次故障，也可以为所述故障路径重新建立备份；同时向所述故障过程中选择的所述正常路径发送剪枝报文，在上游节点接收到所述剪枝报文后，停止向所述路径复制数据流，网络恢复到正常状态。 

下面结合附图对上述实施方式的具体实施例进行详细说明： 

如图5所示的组网结构，组播源向网络中的两个接收者发送数据流，分别经过RT1、RT2和RT1、RT4。在RT1上流量向两个接口E1、E2复制。根据组播的“逆向路径转发”(RPF)原则，RT2只接收从E3来的流量，RT4只接收E4来的流量(此图为示意图，图示路由器之间可能为直连链路、多台设备或部分网络)。 

步骤1：为组播链路设置备份路径，并增加所述备份路径的接口为路由表项的入接口； 

在上游设备，组播转发依靠出接口列表在进行流量的下行复制，对某个关键出接口，可以指定另外一个接口作为备份。 

在下游设备，组播转发依靠入接口进行RPF检查，如果流量的入接口和转发表项的入接口不匹配，流量被丢弃。对于某个关键的入接口，可以指定另外一个接口作为备份。 

上述接口间所组成的隧道即称为备份隧道或备份路径(可以为1对1的隧道，也可以为1对多的隧道)。 

如图6所示，在RT1上，为了保护E1-E3这条链路，在RT1上经RT3到RT2建立隧道T1，指定T1为E1作备份。同理，为了保护E2-E4这条链路，在RT1上经RT3到RT4建立隧道T2，指定T2为E2作备份。 

在RT2上，修改组播的“逆向路径转发”(RPF)原则，所述修改包括在路由表项中添加所述备份路径的相应接口作为入接口，在本实施例中具体为：如果路由表项的入接口是E3，再增加T1作为表项的入接口，使之既可以接收来自E3的流量也可以接收来自T1的流量。同理，在RT4上，修改组播的“逆向路径转发”(RPF)原则，使之既可以接收来自E4的流量也可以接收来自T2的流量。 

步骤2：在出现局部故障时，将故障路径的业务切换到备份路径上； 

如图7所示，在RT1上，当E1-E3链路故障的时候，RT1的转发平面可以通过快速检测机制(如BFD)迅速检测到故障发生，发现无法向E1转发数据流，于是在转发层面立刻自动把流量切换到所述故障链路的备份路径T1上，此时由于RT2可以接收来自T1的流量，所以控制层面还没有获知到拓扑变化，业务不中断。 

在RT2上，当从T1接收到数据流后，因为入接口已经包括了T1，RPF检查通过，可以转发所述T1的数据流，接收者不会受到任何影响。 

步骤3：路由协议收敛后停止向所述备份路径复制数据流，数据流稳定在RT1与RT2之间工作正常的路径RT1-RT3-RT2上； 

如图8所示，数据流在所述备份路径T1上传输一段时间后，单播路由协议模块感受到了网络故障，需要选择RT1与RT2之间工作正常的路径RT1-RT3-RT2作为数据转发的路径，于是组播路由协议从所述选择的正常路径在RT2上对应的接口，即E5接口向组播源发起流量请求。在RT1上，当从所述选择的正常路径对应的接口E6接收到流量请求后，开始向E6接口复制流量，同时不停止向T1隧道复制流量，新的流量经T1和RT1-RT3-RT2(非隧道)到达RT2(两份流量)。 

在RT2上，当感受到数据从E5接口到达时，会认为上层协议已经收敛，备份路径的任务已经完成，则从T1接口发起剪枝，停止接收T1接口来的流量，只从E5接口接收。在RT1上，当从T1接口收到剪枝报文时，停止向T1接口复制流量，至此，流量稳定在新的链路RT1-RT3-RT2上，接收者没有受到影响。 

步骤4：故障路径恢复后，重新选择数据流转发路径，并设置备份路径； 

如图9所示，当E1-E3链路从故障中恢复之后，RT2上的单播路由协议模块会获知到网络故障恢复，则重新选择RT1-RT2的路径，组播路由协议从E3接口向组播源发起流量请求。 

在RT1上，当在E1接口接收到流量请求后，开始向E1接口复制流量，同时再次将T1接口作为E1接口的备份，下发转发层面以防止下次故障。 

在RT2上，当从E3接口收到数据后，把RPF接口设定为E3，由于T1已经和E3绑定为备份路径，T1也被设定为RPF接口，同时向E5接口(以前的RPF接口)发送剪枝报文。 

在RT1上，当从E6接口收到剪枝报文时，停止向E6接口复制流量，此时网络恢复正常，且没有影响到业务。(第一实施例是用单播的备份路径对流量进行保护) 

本发明实施方式二使用组播隧道作为组播流量的备份路径来保护组播流量，使用组播隧道保护组播流量中承担大量复制任务的节点，以图10所示的组网结构为例，图10所示为城域网部署组播常用的场景，接入端设备(RT5、RT6、RT7)通过双归属与上层设备连接。规划中组播流量经RT1-RT3到达所有接入设备。所述组网中的RT3承担大量复制任务，RT3的故障将会导致所有的服务被中断一定时间。可以采用如下方案进行组播快速恢复： 

如图11所示，在RT1建立以设备环回地址为源地址，指定备份组地址为目的地址的组播隧道MT1，指定MT1隧道经过RT4建立，指定RT5、RT6、RT7加入备份组。并在RT1上指定MT1为RT3节点的备份隧道。同样，当RT3故障被RT1获知的时候，使用上面实施方式所述的方法，组播流量自动切换到组播隧道到达接入设备(RT5、RT6、RT7)。接入设备从MT1接收数据进行正常转发，同样可以保证终端用户感知不到网络故障。 

所述作为备份的组播隧道可以为IP隧道。 

本发明实施例提供一种组播快速恢复系统，所述实施例的系统模块示意图如图12所示，包括组播源、组播快速恢复装置及组播中多个转发节点。 

所述组播源用于下发组播数据流； 

所述组播快速恢复装置用于为组播需要保护的工作路径建立隧道作为备份，并检测路径状态，在组播中各路径出现故障时，快速恢复组播业务，其具体功能可通过如下单元实现： 

备份路径建立单元，用于为组播中需要保护的工作路径建立隧道，作为备份路径，并增加所述备份路径的接口为路由表项的入接口，所述备份路径可以为单播隧道或组播隧道； 

状态检测单元，用于实时检测组播中各路径的工作状态； 

切换单元，用于在所述状态检测单元检测到组播中路径出现故障或故障路径恢复后执行工作路径与备份路径之间的切换操作；所述切换包括：在所述状态检测单元检测到工作路径出现故障时，将所述故障工作路径上的数据流切换到所述预先设置的备份路径上，当控制层面获知所述路径故障后，将所述备份路径上转发的数据流切换到故障路径所在的两个节点间其他正常的非隧道路径上，并在所述状态检测单元检测到所述故障路径恢复后，将所述数据流再切换到恢复后的工作路径上； 

为完成上述功能，所述备份路径建立单元包括： 

备份接口指定单元(图中未示出)，用于对组播流量路径上的节点指定备份接口，备份接口信息即为备份路径的路由信息。 

所述切换单元进一步包括如下三个模块(图中未示出)： 

第一切换模块，用于完成在状态检测单元检测到组播中路径出现故障时，将故障路径上的数据流切换到所述预先设置的备份路径上； 

第二切换模块，用于当控制层面获知所述路径故障后，将所述备份路径上的数据流切换到故障路径所在的两个节点间其他正常的非隧道路径上； 

第三切换模块，用于在故障路径恢复后，将所述正常非隧道路径上的数据流切换回所述恢复后的路径上。 

所述组播快速恢复装置中的各单元可设置于所述组播中的各转发节点上，用于控制各节点从不同的接口收发数据流。 

综上所述，本发明实施例通过预先为组播中的工作路径建立单播隧道或组播隧道作为备份路径，并增加所述备份路径的接口为路由表项的入接口，有效利用资源，不影响网络部署，来实现工作路径故障时可以在不被用户感知的情况下在转发层面将数据流切换到备份路径上，实现快速收敛，不影响用户体验，有效解决了点对多点业务中网络故障路径恢复时对用户体验的影响。 

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。 

Claims (6)

1.一种组播流量保护方法，其特征在于，包括：

为当前节点的工作路径建立单播隧道或组播隧道作为备份路径，所述备份路径的路由信息预存在路由表项中；

接收组播源发送的数据流，当检测到所述工作路径出现故障时，将所述故障的工作路径上的流量切换到所述备份路径；

选择通往下游节点的其他正常路径作为数据转发路径，此时不停止向所述备份路径发送数据流；

当所述下游节点接收到从所述正常路径上来的数据后，通过所述备份路径向上游节点发送剪枝报文，所述上游节点接收到所述剪枝报文后，停止向所述备份路径复制数据流；

当所述工作路径的故障恢复后，所述下游节点通过所述恢复后的工作路径向所述上游节点发起流量请求，所述上游节点接收到所述请求后开始向所述恢复后的工作路径发送数据流，同时向所述正常路径发送剪枝报文，在所述上游节点接收到所述剪枝报文后，停止向路径复制数据流。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述为当前节点的工作路径建立单播隧道或组播隧道作为备份路径，所述备份路径的路由信息预存在路由表项中具体为：

为当前节点的出接口指定备份出接口；

为当前节点的下游节点的入接口指定备份入接口；

将所述备份出接口和备份入接口存在路由信息中，所述备份出接口与备份入接口间建立单播隧道或组播隧道作为所述当前节点工作路径的备份路径。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述备份路径包括：

单播IP隧道、内层为单播IP隧道外层为多协议标签交换MPLS隧道的隧道、或组播IP隧道。

4.一种组播流量保护装置，其特征在于，包括：

备份路径建立单元，用于为当前节点的工作路径建立单播隧道或组播隧道作为备份路径，增加所述备份路径的路由信息在路由表项中；

状态检测单元，用于检测组播中各工作路径的工作状态；

切换单元，包括以下模块：

第一切换模块，用于在所述状态检测单元检测到组播中工作路径出现故障时，将故障工作路径上的数据流切换到预先设置的备份路径上；

第二切换模块，用于当控制层面获知所述路径故障后，选择通往下游节点的其他正常路径作为数据转发路径，此时不停止向所述备份路径发送数据流；当所述下游节点接收到从所述正常路径上来的数据后，通过所述备份路径向上游节点发送剪枝报文，所述上游节点接收到所述剪枝报文后，停止向所述备份路径复制数据流；

第三切换模块，用于当所述工作路径的故障恢复后，所述下游节点通过所述恢复后的工作路径向所述上游节点发起流量请求，所述上游节点接收到所述请求后开始向所述恢复后的工作路径发送数据流，同时向所述正常路径发送剪枝报文，在所述上游节点接收到所述剪枝报文后，停止向路径复制数据流。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述备份路径建立单元包括：

备份接口指定单元，用于对组播流量路径上的节点指定备份接口。

6.一种组播流量保护系统，其特征在于，包括：用于下发组播数据流的组播源、组播流量保护装置及多个转发节点；

所述组播流量保护装置包括以下单元：

备份路径建立单元，用于为当前节点的工作路径建立单播隧道或组播隧道作为备份路径，增加所述备份路径的路由信息在路由表项中；

状态检测单元，用于检测组播中各工作路径的工作状态；

切换单元，包括以下模块：

第一切换模块，用于在所述状态检测单元检测到组播中工作路径出现故障时，将故障工作路径上的数据流切换到预先设置的备份路径上；

第二切换模块，用于当控制层面获知所述路径故障后，选择通往下游节点的其他正常路径作为数据转发路径，此时不停止向所述备份路径发送数据流；当所述下游节点接收到从所述正常路径上来的数据后，通过所述备份路径向上游节点发送剪枝报文，所述上游节点接收到所述剪枝报文后，停止向所述备份路径复制数据流；

第三切换模块，用于当所述工作路径的故障恢复后，所述下游节点通过所述恢复后的工作路径向所述上游节点发起流量请求，所述上游节点接收到所述请求后开始向所述恢复后的工作路径发送数据流，同时向所述正常路径发送剪枝报文，在所述上游节点接收到所述剪枝报文后，停止向路径复制数据流；

所述多个转发节点用于转发所述组播数据流。

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