CN101119222B - Hope网络实现组播的方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种HOPE网络实现组播的方法，包括以下步骤：基于VPN，查找SPE下属的UPE，以及与SPE连接的其他PE；将SPE与其下属的UPE部署在一个MD中，将SPE与其他PE部署在另外的MD中；来自上述任一个MD的所述VPN的组播报文，经过SPE向其余MD组播。本发明通过“VPN+PE邻居”的方式部署MD，以适应HOPE网络中分层PE的特点，可以在不同层次的PE间实现组播。与上述方法相对应，本发明还提供一种HOPE网络实现组播的装置及系统。

Description

HOPE网络实现组播的方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及HOPE(Hiberarchy of Provider Edge Router，分层式网络边缘设备架构)网络技术领域，尤其涉及HOPE网络实现组播的方法、装置及系统。

背景技术

参见图1，为MPLS(Multi Protocol Label Switching，多协议标签交换)/BGP(Border Gateway Protocol，边界网关协议)VPN(Virtual ProtocolNetwork，虚拟专用网)模型示意图。网络由运营商的骨干网和用户的各个Site(站点)组成，所谓VPN就是对Site集合的划分，一个VPN对应一个由若干Site组成的集合。其中，P路由器不感知VPN；PE是骨干网中的边缘设备，直接与用户的CE(Custom Edge，用户边缘设备)连接，完成VPN实现的主要功能；CE是用户Site中直接与骨干网连接的边缘设备，不感知VPN，只需支持标准IP功能即可。在上述三种设备中，真正参与VPN业务部署的只有PE设备，也就是说MPLS/BGP VPN业务压力都集中在PE设备上。在这种工作模式下，PE在整个框架中是对等关系，无论处于网络中哪个位置，对性能的要求是相同的。这种平面结构的问题在于，如果其中某些性能较低的PE存在性能和扩展性问题的时候，实际上也制约了整个网络VPN业务的广泛覆盖能力与进一步的扩展能力。因此，网络的分级是必然要求，PE分层体系结构的解决方案HOPE应运而生。

参见图2，为HOPE结构示意图。在HOPE架构中，直接连接VPN用户的路由器称为UPE(User-end PE，用户端PE)，连接UPE的路由器称为SPE(Service Provider-end PE，运营商端PE)。UPE的作用是用户的接入，仅维护其直接连接的VPN Site路由，不维护其他远程Site的路由；SPE的作用是VPN路由的维护及扩散，需要维护下属UPE连接的VPN的所有路由，包括本地和远程Site中的路由。也就是说，SPE把VPN默认路由发布给UPE，在UPE上转发给远程Site的VPN单播流量均交给SPE处理。UPE和SPE这种分工体现了不同层次PE的特点：UPE路由和转发性能较低，但需要接入用户数量多，因此接入能力强，可以就近接入；而SPE的路由容量大，转发性能强，但接口资源有限。HOPE网络可以通过分层式PE的嵌套，使MPLS/BGPVPN可以无限扩展和延伸，可支持任意的层次。例如，最初的网络可以分为两个层次，SPE和UPE，随着业务的发展，可以扩展为三个层次：SPE、MPE(中间PE)和UPE。

目前HOPE方案仅是针对单播业务设计的，对于组播业务没有涉及。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种方法、装置及系统，能够在HOPE网络实现组播。

为此，本发明实施例采用如下技术方案：

一种HOPE网络实现组播的方法，包括以下步骤：基于VPN，查找SPE下属的UPE，以及与SPE连接的其他PE；将SPE与其下属的UPE部署在一个MD(Multicast Domain，组播域)中，将SPE与其他PE部署在另外的MD中；来自上述任一个MD的所述VPN的组播报文，经过SPE向其余MD组播。

其中，在SPE和其下属UPE上运行PIM(Protocol Independent Multicast，协议无关组播)协议，并为SPE和其下属UPE分配唯一的组播地址，从而完成SPE及其下属的UPE部署在一个MD的过程；在SPE和其他PE上运行PIM协议，并为SPE和其他PE分配唯一的组播地址，从而完成SPE和其他PE部署在一个MD的过程。

其中，在源MD侧，利用源MD组播地址对组播报文进行封装，然后发送给SPE；SPE在对所述报文进行解封装并利用目标MD的组播地址重新封装后，再发送给目标MD。

其中，当UPE为多个时，将每个UPE与SPE分别部署在不同的MD中，或者，将多个或所有UPE与SPE部署在一个MD中。

其中，当PE为多个时，将每个PE与SPE分别部署在不同的MD中，或者，将多个或所有PE与SPE部署在一个MD中。

一种HOPE网络实现组播的方法，包括以下步骤：基于VPN，查找SPE下属的MPE，MPE下属的UPE，以及与SPE连接的其他PE；将SPE及其下属的MPE部署在第一MD中，将MPE与其下属的UPE部署在第二MD中，将SPE与其他PE部署在第三MD中；来自上述任一个MD的所述VPN的组播报文，经过SPE或MPE向其余MD组播。

其中，在SPE及其下属的MPE、MPE与其下属的UPE，及SPE与其他PE之间，分别运行PIM，并分别分配唯一的组播地址，从而完成各MD的部署。

其中，在源MD侧，利用源MD组播地址对组播报文进行封装，然后发送给MPE或SPE；MPE或SPE在对所述报文进行解封装并利用目标MD的组播地址重新封装后，再发送给目标MD。

一种HOPE网络实现组播的装置，包括接收和发送组播报文的接口单元，还包括：MVRF，用于保存基于同一个VPN的多个MD的组播地址；解析单元，用于解析来自某MD的组播报文；封装单元，用于将解析后的报文利用目标MD组播地址进行封装。

一种HOPE网络实现组播的系统，包括UPE、SPE以及PE，还包括：PIM协议运行装置，用于在基于同一个VPN的SPE和其下属UPE之间，以及在SPE和其他PE之间，分别运行PIM协议；组播地址分配装置，用于分别为基于同一个VPN的SPE和其下属UPE，以及PE和其他PE，分别分配唯一的组播地址；所述SPE，当从任一个MD收到所述VPN的组播报文时，用于将所述报文向所在VPN的其余MD进行组播。

一种HOPE网络实现组播的系统，包括UPE、MPE，SPE以及PE，还包括：PIM协议运行装置，用于在基于同一个VPN的SPE和其下属MPE之间、MPE及其下属UPE，以及在SPE和其他PE之间，分别运行PIM协议；组播地址分配装置，用于分别为基于同一个VPN的SPE和其下属MPE、MPE和其下属UPE，以及PE和其他PE，分别分配唯一的组播地址；所述MPE及SPE，当从任一个MD收到所述VPN的组播报文时，用于将所述报文向所在VPN的其余MD进行组播。

可见，本发明通过VPN和PE邻居的方式部署MD，以适应HOPE网络中分层PE的特点，可以在不同层次的PE间实现组播。

附图说明

图1为现有技术MPLS/BGP VPN结构示意图；

图2为现有技术HOPE结构示意图；

图3为现有技术MPLS/BGP VPN实现组播示意图；

图4为本发明HOPE实现组播流程图；

图5为本发明HOPE实现组播示意图。

具体实施方式

目前，MD方案可实现MPLS/BGP VPN的组播，然而MD方案是针对平面结构的MPLS/BGP VPN，无法实现分层式HOPE网络的组播。

为了更好理解本发明，首先介绍一下MD方案。

现有方案是按照VPN部署MD的。从广义上讲，MD是指能够互相发送和接收组播报文的所有设备组成的集合。对于MVPN(组播VPN)的MD解决方案，所说的MD是指各个PE上，能够互相发送和接收组播报文的所有VPN实例组成的集合。MD体现的是设备集合，即：将属于一个VPN的PE归为一个MD中。同一MD中建立在PE之间的隧道称为MT(Multicast Tunnel，组播隧道)，它用于MD中多个PE之间的组播协议报文和组播数据报文的相互传输。MD就像一个多路访问的LAN网络，同一MD的各PE都连接在这个LAN网络中。

如同一个VRF(VPN Routing and Forwarding Table，VPN路由转发表)只能属于一个VPN，一个MVRF(Multicast VRF)只能属于一个MVPN。每个MD会被分配一个独立的组播组地址，称为P-group(或Share-group)，它是一个MD的标志，P-group在骨干网上是唯一的，不同MD的P-group不同。VPN内部的报文称为C-packet，骨干网上的报文称为P-packet。两个PE之间通信时，C-packet被封装成P-packet通过MT传输。P-packet的源地址为PE用来建立MP-BGP(BGP的多协议扩展)连接的接口地址，一般为loopback(环回)接口的地址，而目的地址是P-group，封装方式一般采用GRE(通用路由封装)。

MD方案的实施流程是：骨干网上为每个VPN维护一棵组播转发树，称为Default-MDT(或Share-MDT)，这棵树在MD配置完成后就自动建立了，不管VPN有没有组播业务，也不管骨干网上有没有组播业务，来自于VPN的任何一个站点的组播报文(包括协议报文和数据报文)都会沿着这棵树被转发到所有属于该MD的PE。如果接收报文的PE连接有该组播组的接收者，则往CE转发，否则丢弃组播报文。MD方案使骨干网不必知道特定VPN内有多少各组播组报文，从而利于骨干网的稳定性。

参见图3，为采用MD实现MPLS/BGP VPN组播的一个示意图。PE1、PE2和PE3都属于同一个VPN，被部署到一个MD中。通过运行PIM，在各个PE之间建立起MT。PE1连接的CE1连接数据源RP(集合点)，PE3连接的CE2连接有接收用户。于是双方交互的报文C-packet，包括协议报文C-control-packet(CE2发送的组播加入请求报文)和数据报文C-data-packet(CE1发送的业务报文)，在源PE处被封装在P-packet中通过MT隧道到达MD中其余PE，连接着具有组播接收者的PE剥离P-packet报头还原为C-packet给CE，如果PE没有连接接收者，则丢弃组播报文。

然而，基于平面MPLS/BGPVPN网络结构实施的上述组播方案，却不能直接应用于分层式HOPE网络中。原因在于，现有方案之所以基于VPN部署MD，是因为一个VPN内的各个PE不分层次可以互相通信。而在HOPE网络中，UPE仅与SPE连接，与其他PE无法建立连接，即使与其他PE同属于一个VPN，也不能直接进行通信，而是由SPE转发。以图2为例，UPE1、SPE和PE1都属于VPN1，但UPE1和PE1之间不能直接通信，因此，UPE1和PE1无法部署到一个MD中，那么，也就不能在UPE1和PE1上实现VPN1的组播。

因此，本发明对现有MD部署方式进行改进，以适应HOPE网络特点。概括而言，是在基于“VPN+PE邻居”的基础上，进行MD的部署。也就是说，以SPE为界线，将其与下属的UPE部署到一个MD中，将其与其余PE部署在另外不同的MD中。具体部署时，对于多个UPE，可以将各UPE与SPE分别部署在不同的MD中，也可以将多个或所有UPE与SPE部署在一个MD中。类似地，对于多个PE，可以将各PE与SPE分别部署在不同的MD中，也可以将多个或所有PE与SPE部署在一个MD中。只要保证UPE与SPE、PE与SPE部署的MD不同即可。

参见图4，为本发明实施例的流程图。包括：

步骤401：基于VPN，查找SPE下属的UPE，以及与SPE连接的其他PE；

步骤402：将SPE及其下属的每个UPE分别部署在不同MD中，将SPE与其他PE部署在另外的MD中；

步骤403：来自上述任一个MD的所述VPN的组播报文，经过SPE向其余MD组播。

仍以图2为例，假设UPE1、UPE2、SPE和PE1都接入了VPN1，其中，UPE1和SPE互为邻居，UPE2和SPE互为邻居，SPE和PE1互为邻居，因此，按照本发明的思路，可以将UPE1和SPE部署在一个MD中，将UPE2和SPE部署在另一个MD中，再将SPE和PE1部署在另一个MD中。这相当于，在UPE1和SPE之间建立了一个MT1隧道，在UPE2和SPE之间建立了一个MT2隧道，在SPE和PE1之间又建立了一个MT3隧道，而这三个隧道都是基于VPN1，在SPE处汇聚可以互相通信，从而，当VPN1有组播报文需要传输时，可利用MT1、MT2和MT3在UPE1、UPE2、SPE和PE1之间进行组播。

本发明中，部署各MD的过程与现有技术类似。即，通过在SPE和其下属UPE上运行PIM协议，并为SPE和其下属UPE分配唯一的组播地址，从而完成SPE及其下属的UPE部署在一个MD的过程；在SPE和其他PE上运行PIM协议，并为SPE和其他PE分配唯一的组播地址，从而完成SPE和其他PE部署在一个MD的过程。当VPN有组播报文需要传输时，在发送侧，利用组播报文所属MD的组播地址对组播报文进行封装；SPE接收到封装后的组播报文后，进行解封装，并利用目标MD的组播地址重新封装组播报文后发送出去。上述组播报文包括组播协议报文和组播数据报文。

正如前面对HOPE网络的分析，PE不但可以分为SPE和UPE，还可以分为更多层次，例如，SPE、MPE和UPE的三次结构。此时，执行本发明方法的步骤是：

①基于VPN，查找SPE下属的MPE，MPE下属的UPE，以及与SPE连接的其他PE；

②将SPE及其下属的MPE部署在第一MD中，将MPE与其下属的UPE部署在第二MD中，将SPE与其他PE部署在第三MD中；

③来自上述任一个MD的所述VPN的组播报文，经过SPE或MPE向其余MD组播。

除了实现HOPE网络组播的方法，本发明还提供一种装置，也即SPE。除了包括接收和发送组播报文的接口单元外，SPE还包括用于保存基于同一个VPN的多个MD的组播地址的MVRF、用于解析来自某MD的组播报文解析单元，以及用于将解析后的报文利用目标MD组播地址进行封装的封装单元。

此外，本发明还提供一种HOPE网络实现组播的系统，该系统包括UPE、SPE以及PE，而且，还包括：PIM协议运行装置，用于在基于同一个VPN的SPE和其下属UPE之间，以及在SPE和其他PE之间，分别运行PIM协议；组播地址分配装置，用于分别为基于同一个VPN的SPE和其下属UPE，以及PE和其他PE，分别分配唯一的组播地址；其中，所述SPE，当从任一个MD收到所述VPN的组播报文时，用于将所述报文向所述VPN内的其余MD进行组播。

当PE分为三层时，HOPE网络实现组播的系统包括UPE、MPE，SPE以及PE，而且，还包括：PIM协议运行装置，用于在基于同一个VPN的SPE和其下属MPE之间、MPE及其下属UPE，以及在SPE和其他PE之间，分别运行PIM协议；组播地址分配装置，用于分别为基于同一个VPN的SPE和其下属MPE、MPE和其下属UPE，以及PE和其他PE，分别分配唯一的组播地址；其中，所述MPE及SPE，当从任一个MD收到所述VPN的组播报文时，用于将所述报文向所述VPN内的其余MD进行组播。

最后以一个具体实例，来详细阐述本发明的实施过程。

参见图5。PE1与SPE之间运行PIM协议，SPE与UPE之间也运行PIM协议。在PE1和UPE1的MVRF实例下与CE之间也运行PIM协议，以实现组播业务。Default-MDT的组地址是预先规划的，可以在每个MVRF上进行配置。对于同一个MVPN，按照PE邻居分配组地址。如果要把几个PE邻居配置在相同的MD中，则分配的组地址相同，否则分配不同的组地址。

PE1与SPE、SPE与UPE都是通过自身的环回地址Loopback0建立MP-BGP邻居。SPE、SPE与UPE各Loopback0参见表1。

表1

PE	Loopback0
		PE1	1.1.1.1/32
SPE	2.2.2.2/32
		UPE	3.3.3.3/32

各PE上配置的MVRF参见表2。

表2

PE	MVRF
		PE1	239.1.1.1
SPE	239.1.1.1239.2.2.2
		UPE	239.2.2.2

由此，在SPE的MVPN上，对邻居PE1使用组地址239.1.1.1发布更新报文，PE1和SPE使用了相同的组地址，属于相同的MD，以下称为MD1，在SPE向PE1发送BGP MDT SAFI更新报文时，报文中MDT的组地址为239.1.1.1，PE1向SPE更新报文组地址也是239.1.1.1。SPE收到来自PE1的BGP MDT SAFI更新报文，发现其中的组地址为239.1.1.1与自己所设置的关于PE1这个邻居的Default MDT组地址相同、且RT(扩展团体属性)与MVRF能配合，则发送PIM加入消息以加入组地址为239.1.1.1的Default MDT，后面称为Default MDT1，并在MVRF中创建MT隧道接口。后面称MT1的隧道接口为MTI1。

同样，SPE和UPE使用组地址239.2.2.2发布更新报文，PE1和UPE使用了相同的组地址，属于相同的MD，以下称为MD2，在SPE向UPE发送BGPMDT SAFI更新报文时，报文中MDT的组地址为239.2.2.2，UPE向SPE更新报文组地址也是239.2.2.2。SPE收到来自UPE的BGP MDT SAFI更新报文，发现其中的组地址为239.2.2.2与自己所设置的关于UPE这个邻居的DefaultMDT组地址相同、RT能配合，则发送PIM加入消息以加入组地址为239.2.2.2的Default MDT，后面称为Default MDT2，并在MVRF中创建MT隧道接口。后面称MT2的隧道接口为MTI2。

下面仍以图5为例说明组播协议报文和数据报文的转发流程。

图5中，VPN内部运行PIM协议，CE2连接组播接收者，CE1连接组播源，组播源地址为225.2.2.2，也即CE1同时扮演RP的角色。

组播协议报文的转发流程是：

1、CE2发送PIM加入消息给UPE，UPE在MVRF内对远端RP地址进行RPF检查(查找上游邻节点对应的接口)，RP地址匹配缺省路由，下一跳为SPE的环回口地址2.2.2.2，所以MTI(组播隧道接口)就是RPF接口。同时到达RP地址的路由下一跳SPE又是UPE在MVPN内的PIM邻居。

2、确定了RPF接口和RPF邻居后，UPE构造自己的PIM加入消息，并用MD2的P报文头进行封装，通过MT2隧道发送到连接Default-MDT2的SPE。SPE解封装还原出原来的C报文，同时将MTI2加入到<^*，225.2.2.2>的出接口列表中。

3、SPE的MVPN收到PIM加入报文后，在MVRF内对远端RP地址进行RPF检查，RP地址匹配了下一跳地址为PE1的环回口地址(1.1.1.1)的MVRF路由表，所以MTI1就是RPF接口。同时到达RP地址的路由下一跳PE1又是SPE在MVPN内的PIM邻居。

4、确定了RPF接口和RPF邻居后，SPE构造收到的PIM加入消息，并用MD1的P报文头进行封装，通过MT1隧道发送到连接Default-MDT1的PE1。PE1解封装还原出原来的C报文并向CE1转发，同时将MTI1加入到<^*，225.2.2.2>的出接口列表中。

组播数据报文的转发流程与上述类似，不再详细赘述，大致过程为：CE1收到PIM加入消息后，将组播业务流发送给PE1，PE1将组播流发送到出接口MTI1，报文被封装成MD1的P报文沿着Default-MDT1通过MT1洪泛到SPE。SPE将报文解封装后转发给出接口MTI2，报文被封装成MD2的P报文沿着Default-MDT2通过MT2洪泛到UPE。在UPE解封装后发送给CE2。

以上只是一个例子，对于组播源在UPE下，组播接收者在PE1下，本方案同样适用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种分层式网络边缘设备架构HOPE网络实现组播的方法，其特征在于，包括：

基于虚拟专用网VPN，查找运营商端骨干网边缘设备SPE下属的用户端骨干网边缘设备UPE，以及与SPE连接的其他骨干网边缘设备PE；

将SPE与其下属的UPE部署在一个组播域MD中，将SPE与其他PE部署在另外的MD中；

来自上述任一个MD的所述VPN的组播报文，经过SPE向其余MD组播。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，

在SPE和其下属UPE上运行协议无关组播PIM协议，并为SPE和其下属UPE分配唯一的组播地址，从而完成SPE及其下属的UPE部署在一个MD的过程；

在SPE和其他PE上运行PIM协议，并为SPE和其他PE分配唯一的组播地址，从而完成SPE和其他PE部署在一个MD的过程。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，

在源MD侧，利用源MD组播地址对组播报文进行封装，然后发送给SPE；

SPE在对所述报文进行解封装并利用目标MD的组播地址重新封装后，再发送给目标MD。

4.根据权利要求1至3中任一项所述方法，其特征在于，

当UPE为多个时，将每个UPE与SPE分别部署在不同的MD中，或者，将多个或所有UPE与SPE部署在一个MD中。

5.根据权利要求1至3中任一项所述方法，其特征在于，

当PE为多个时，将每个PE与SPE分别部署在不同的MD中，或者，将多个或所有PE与SPE部署在一个MD中。

6.一种HOPE网络实现组播的方法，其特征在于，包括：

基于VPN，查找SPE下属的中间骨干网边缘设备MPE，MPE下属的UPE，以及与SPE连接的其他PE；

将SPE及其下属的MPE部署在第一MD中，将MPE与其下属的UPE部署在第二MD中，将SPE与其他PE部署在第三MD中；

来自上述任一个MD的所述VPN的组播报文，经过SPE或MPE向其余MD组播。

7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，在SPE及其下属的MPE、MPE与其下属的UPE，及SPE与其他PE之间，分别运行PIM，并分别分配唯一的组播地址，从而完成各MD的部署。

8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，

在源MD侧，利用源MD组播地址对组播报文进行封装，然后发送给MPE或SPE；

MPE或SPE在对所述报文进行解封装并利用目标MD的组播地址重新封装后，再发送给目标MD。

9.一种HOPE网络实现组播的装置，包括接收和发送组播报文的接口单元，其特征在于，还包括：

多点传送VPN路由转发表MVRF，用于保存基于同一个VPN的多个MD的组播地址；

解析单元，用于解析来自某MD的组播报文；

封装单元，用于将解析后的报文利用目标MD组播地址进行封装。

10.一种HOPE网络实现组播的系统，包括UPE、SPE以及PE，其特征在于，还包括：

PIM协议运行装置，用于在基于同一个VPN的SPE和其下属UPE之间，以及在SPE和其他PE之间，分别运行PIM协议；

组播地址分配装置，用于分别为基于同一个VPN的SPE和其下属UPE，以及PE和其他PE，分别分配唯一的组播地址；

所述SPE，当从任一个MD收到所述VPN的组播报文时，用于将所述报文向所在VPN的其余MD进行组播。

11.一种HOPE网络实现组播的系统，包括UPE、MPE，SPE以及PE，其特征在于，包括：

PIM协议运行装置，用于在基于同一个VPN的SPE和其下属MPE之间、MPE及其下属UPE，以及在SPE和其他PE之间，分别运行PIM协议；

组播地址分配装置，用于分别为基于同一个VPN的SPE和其下属MPE、MPE和其下属UPE，以及PE和其他PE，分别分配唯一的组播地址；

所述MPE及SPE，当从任一个MD收到所述VPN的组播报文时，用于将所述报文向所在VPN的其余MD进行组播。

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