CN101119311B - 一种控制组播数据流的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种控制组播数据流的方法及装置，该方法包括：步骤一，当组播数据流到达交换设备时，所述交换设备判断自身是否已存在组播组成员关系表；如是，则执行步骤二；否则，执行步骤三；步骤二，所述交换设备按照所述已存在的组播组成员关系表中的出口端口信息转发所述组播数据流，并结束流程；步骤三，所述交换设备在其上生成出口端口为无效值或为空的组播组成员关系表，并根据所述生成的组播组成员关系表中的出口端口信息不转发所述组播数据流。本发明的装置，包括交换设备，且该交换设备包括用于实现洪泛控制的组播管理模块。本发明的方法或装置，当组播组中没有任何用户时，可避免到达交换设备的组播数据流洪泛到用户接口上。

Description

一种控制组播数据流的方法及装置

技术领域

本发明涉及组播数据流控制技术领域，具体涉及一种控制组播数据流的方法及装置。

背景技术

因特网组管理协议(IGMP，Internet Group Management Protocol)在主机和路由器之间提供必要的用于组成员关系维护的消息机制。

当组播主机希望加入指定的组播组并且开始接收组消息时，它们就发送IGMP消息以通知本地的组播路由器。路由器通过IGMP获得主机的信息，并在每一个端口上维护与该端口直接相连的组播组成员关系表。组播主机也可以用因特网组管理协议版本2(IGMPv2，Internet Group Management ProtocolVersion 2)定义的一些扩展消息机制向本地的组播路由器发送消息，例如可以发送IGMPv2离开组消息表示主机对接收组播组消息不再感兴趣，希望离开IP组播组。

现在大多数的网络设备都使用IGMPv2标准，下面就图1、图2和图3简单说明组播主机通过IGMPv2加入和离开组播组的过程。

首先是加入过程，如图1所示，成员加入一个组播组不用等待路由器发出成员关系查询报文时再响应加入，可以直接发送一个IGMPv2成员报告消息就可以直接加入这个组了，这样在组内没有其它成员的情况下缩短了主机加入组播组的延迟。

其次是离开过程，离开过程还要分两种，分别通过图2和图3来说明。

第一种离开过程如图2所示，主机1离开组播组的步骤如下：

(a1)主机1向组播组路由器(224.0.0.2)，发送IGMPv2离开组消息以便通知子网中的所有路由器它正在离开组；

(a2)IGMP查询路由器(本例中假定为三层交换机)收到来自主机1的离开组消息时，发送一个特定组查询消息以确定当前子网中，该组是否还有主机为接收者；

(a3)由于主机2仍然是组224.1.1.1的成员，因此它收到该特定组查询消息后，对IGMPv2特定组查询消息做出响应，激发了一个224.1.1.1的加入报文以便通知子网中的路由器仍有组成员存在。

第二种离开过程如图3所示，主机2是组224.1.1.1的最后一个成员，现在主机2也想离开组，主机2离开组的步骤如下：

(b1)主机2向组播组路由器(224.0.0.2)发送IGMPv2离开组消息，以便通知子网中的所有路由器它正在离开组；

(b2)路由器(本例中假定为三层交换机)收到主机2发送的离开IGMPv2组消息，并且发送特定组查询消息以便确定当前子网中是否有主机属于224.1.1.1；

(b3)由于现在子网中已经没有一个组224.1.1.1的成员了，因此没有主机对于该特定组查询消息做出响应，路由器则删除该端口相连的组播组成员关系表。

在上述的加入过程之后和最后一个用户离开之前，三层交换机生成：接入端口的虚拟局域网标识(VLAN ID，Virtual Local Area Network ID)和组播媒体接入控制(MAC，Multimedia Access Control)地址到收到该IGMPv2加入报文的物理端口的映射关系表，即生成包含：虚拟局域网标识、组播组地址信息及出口端口信息的组播组成员关系表。其中，该出口端口信息可通过包含至少一个出口端口的出口端口位图(port bitmap)来表示，如0x1000000即是一个出口端口位图的示例，该示例为16进制的位图。再举一例子进行说明：例如位图为0x813，转化为二进制就是100000010011b，这就表示有四个端口，从右边往左就是端口1，端口2，端口5，端口12。由于二进制本来就只有0和1，可预先设定利用0、1的取值来表示相对应的端口是否在组播组成员关系表里，如1可表示该端口在该成员关系表中，0可表示不在该成员关系表中。在生成该映射关系表后，三层交换机根据该映射关系表进行组播报文的转发。然而，当组播组中没有用户时，例如在第一个用户加入组播组之前和组播组最后一个用户离开之后，三层交换机是没有维护这个组播组的成员关系表的，这个时候如果VLAN内收到一个这样的组播数据包是应该被洪泛，还是被丢弃？首先可以知道的是这样的组播数据包不能轻易的被丢弃，因为在现实网络中，很多协议报文用的都是组播的MAC地址，例如OSPF协议报文的目的MAC地址是0x01005e000005，这样的组播报文是不会有对应的组播组成员关系表的，但是这样的报文是不能被丢弃的，必须要被洪泛。举例说明，如图4所示，三层交换机在两个路由器之间做二层透传，两个路由器都起OSPF(Open Shortest Path First)通告路由，这样三层交换机就做了一个透传OSPF协议包的作用，这个时候组播数据包是必须被洪泛的。

那么，在没有用户发送IGMPv2加入消息加入组播组前或者全部用户都离开组播组后，组播数据在VLAN中洪泛。如图5所示，当没有任何用户发IGMPv2加入消息的时候，三层交换机不形成任何组播组成员关系表，收到组播数据包后，组播数据在VLAN中洪泛；当组播组中最后一个用户发送IGMPv2离开消息后，三层交换机把对应组播组成员关系表的成员端口删除，由于是最后一个用户离开了，所以还要继续删除这个组播组成员关系表，这样，收到组播数据包后，组播数据流又在VLAN中洪泛(flood)了。

当有一个用户要加入组播组并发送IGMPv2加入消息后，三层交换机形成对应的组播组成员关系表，并把这个用户端口加到成员关系表的出端口中，这样组播数据包就能正常转发到这个端口上，组播数据不会在VLAN中洪泛。

用洪泛来处理一些以组播MAC承载的协议报文，是一个比较方便有效的方法，但是三层交换机很难区分到这个组播MAC地址到底是组播数据报文，还是承载其他协议的特殊报文，所以导致了普通的组播数据报文也在VLAN中洪泛。

组播数据报文在VLAN中洪泛具有很多缺点。例如，如果这一个组播组承载的是一个IPTV(Interactive Personal Television，交互式网络电视)的组播频道，一个频道的视频流都通过这个组转发出去，但是由于没有形成转发的成员关系表，整个视频流在VLAN中洪泛，导致下游用户都可以接收到，很显然下游用户不需要点播就可以收看这个频道的电视，这是不允许的。而且如果频道很多的话，有很大的流量冲击用户的机顶盒，会导致机顶盒压力太大，也会影响正常的收看，这样的组播业务已经不能实现用户加入后才能接收流量，用户离开后不再接收流量的原则了。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制组播数据流的方法及装置，解决现有技术中当组播组中没有任何用户时，到达交换设备的组播数据流会洪泛到用户接口上的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种控制组播数据流的方法，其中，包括如下步骤：

步骤一，当组播数据流到达交换设备时，所述交换设备判断自身是否已存在组播组成员关系表；如是，则执行步骤二；否则，执行步骤三；

步骤二，所述交换设备按照所述已存在的组播组成员关系表中的出口端口信息转发所述组播数据流，并结束流程；

步骤三，所述交换设备生成出口端口为无效值或为空的组播组成员关系表，并根据所述生成的组播组成员关系表中的出口端口信息不转发所述组播数据流；

其中，当所述交换设备上存在的组播组成员关系表的出口端口为无效值或为空时，还包括：判断所述组播数据流是否在预定长的时间长度内不再发送到所述交换设备；如是，则所述交换设备删除所述出口端口为无效值或为空的组播组成员关系表。

所述的方法，其中，所述步骤二还包括，所述交换设备判断所述已存在的组播组成员关系表中的出口端口是否为有效值；如是，则所述交换设备将所述组播数据流转发至所述有效值对应的出口端口；否则，所述交换设备不转发所述组播数据流。

所述的方法，其中，所述组播数据流为二层组播数据流或三层组播数据流。

所述的方法，其中，还包括：所述交换设备在网络的端口上配置访问控制列表的步骤；和，在所述组播数据流到达所述交换设备后，所述交换设备判断自身是否已存在组播组成员关系表之前，所述交换设备根据所述访问控制列表判断所述组播数据流是否应丢弃的步骤。

所述的方法，其中，还包括：当所述已存在的组播组成员关系表的出口端口为无效值时，如果有用户加入所述组播组成员关系表所对应的组播组，则所述交换设备将所述组播组成员关系表的出口端口信息修改为所述用户对应的出口端口；当所述已存在的组播组成员关系表的出口端口为空时，如果有用户加入所述组播组成员关系表所对应的组播组，则所述交换设备将所述用户对应的出口端口直接加入到所述组播组成员关系表。

所述的方法，其中，还包括：当所述组播组成员关系表所对应的组播组中的最后一个用户离开所述组播组时，所述交换设备将所述组播组成员关系表的出口端口修改为无效值或修改为空。

本发明还公开了一种控制组播数据流的装置，包括交换设备，其中，所述交换设备包括：

组播管理模块，用于当组播数据流到达交换设备时，判断在所述交换设备上是否已存在组播组成员关系表；如是，则按照所述已存在的组播组成员关系表中出口端口信息转发所述组播数据流；否则，在所述交换设备上生成出口端口为无效值或为空的组播组成员关系表，并且不转发所述组播数据流；并当所述交换设备上存在的组播组成员关系表的出口端口为无效值或为空时，判断所述组播数据流是否在预定长的时间长度内不再发送到所述交换设备；如是，则所述交换设备删除所述出口端口为无效值或为空的组播组成员关系表。

所述的装置，其中，所述组播管理模块还包括：

出口端口判断模块，用于判断所述已存在的组播组成员关系表中的出口端口是否为有效值；如是，则将所述组播数据流转发至所述有效值对应的出口端口；否则，不转发所述组播数据流。

所述的装置，其中，所述组播管理模块还包括：

出口端口修改模块，用于：当所述交换设备上存在的组播组成员关系表中的出口端口为空或无效值且有用户加入组播组时，根据所述用户对应的出口端口修改所述组播组成员关系表的出口端口；和/或，当组播组中的最后一个成员离开所述组播组时，将所述组播组成员关系表的出口端口修改为无效值或修改为空。

本发明的技术效果在于：

本发明在现有技术的用户加入组播组时，交换设备生成组播组成员关系表的基础上，进一步利用组播数据流来驱动组播组成员关系表的形成，由此，当组播数据流到达交换设备后，即使此时组播组中没有任何用户时，交换设备仍然形成组播组成员关系表，且该组播组成员关系表中的出口端口为无效值或为空，且根据该为无效值或为空的出口端口，交换设备不转发组播数据流，从而，利用本发明的方法或装置，在以太网组播业务的环境中，避免了在没有用户加入组播组之前或全部用户都离开组播组之后，组播数据流洪泛到用户接口上，提高了网络环境中对于组播数据报文在局域网中洪泛的控制和保护，提升了交换机的性能。

附图说明

图1为现有技术中用户加入组播组的示意图；

图2为现有技术中非最后一个用户发送离开报文离开组播组的示意图；

图3为现有技术中最后一个用户发送离开报文离开组播组的示意图；

图4为现有技术中三层交换机在两台路由器之间做二层透传的示意图；

图5为现有技术中交换设备在用户加入或最后一个用户离开后对组播数据流进行转发的过程示意图；

图6为本发明实施例一的控制组播数据流方法的流程示意图；

图7为本发明实施例二的控制组播数据流方法的流程示意图；

图8为本发明实施例三的控制组播数据流方法的流程示意图；

图9为本发明实施例的控制组播数据流方法的过程示意图；

图10为本发明一实施例的控制组播数据流装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

本发明在现有技术的用户加入组播组时，交换设备生成组播组成员关系表的基础上，进一步利用组播数据流来驱动组播组成员关系表的形成，可实现当组播数据流到达交换设备后，即使此时组播组中没有任何用户时，交换设备仍然形成组播组成员关系表，并通过该组播组成员关系表来防止组播报文在局域网中洪泛。

图6为本发明实施例一的控制组播数据流方法的流程示意图。如图6，本发明实施例一的控制组播数据流方法包括如下步骤：

步骤601，当组播数据流到达交换设备时，交换设备判断自身是否已存在组播组成员关系表；如是，则执行步骤602；否则，执行步骤603；

步骤602，交换设备按照已存在的组播组成员关系表中的出口端口信息转发组播数据流，并结束该流程；

步骤603，交换设备在其上生成出口端口为无效值或为空的组播组成员关系表，然后执行步骤604；

步骤604，交换设备按照该组播组成员关系表的出口端口信息，不转发该组播数据流。

在具体实现中，在步骤601之前，还可包括：交换设备获得整个组网环境中所使用的组播组信息，并将不属于预先设定的组网环境规划中的组播组直接丢弃掉的步骤。

在该实施例中，该组播组成员关系表可包括：组播组地址信息、VLAN信息标识及该组播组的出口端口信息，其中VLAN信息包括VLAN的标识信息。其中，组播数据流可以为二层组播数据流或三层组播数据流；当所述组播数据流为二层组播数据流时，所述组播组成员关系表包括：目的媒体接入控制(MAC)地址信息、源虚拟局域网信息和出口端口信息；当所述组播数据流为三层组播数据流时，所述组播组成员关系表包括：源IP信息、目的IP信息、源虚拟局域网信息和出口端口信息。

在该实施例中，在步骤602中，当该已存在的组播组成员关系表中包含的出口端口为有效值时，交换设备将该组播数据流转发到该有效值对应的出口端口；否则，当出口端口为空或为无效值时，交换设备不转发该组播数据流。其中，如已经有用户加入该组播组，则在交换设备中已存在的是出口端口为有效值的组播组成员关系表，该有效值指示组播数据流确切的出口端口。当该出口端口为无效值或为空时，该出口端口信息不指示任何出口端口，交换设备将不转发该到达的组播数据流。具体地，可参照图7所示的本发明实施例二的方法流程示意图。

利用该实施例的方法，当组播组中没有用户时，例如在第一个用户加入组播组之前，或组播组中最后一个用户离开组播组后，如果有组播数据流到达交换设备，交换设备将在其上生成出口端口为无效值或为空的组播组成员关系表，根据该关系表，交换设备将不转发该到达的组播数据流，由此避免了组播数据流的洪泛。在该出口端口为无效值或为空的组播组成员关系表存在的过程中，如组播数据流继续到达交换设备，则交换设备仍旧按照该存在的组播组成员关系表的出口端口信息，不转发该继续到达的交换设备。图9为本发明实施例的过程示意图。如图9，当组播组中没有用户时，交换设备将不再将到达交换设备的组播数据流进行转发。

在该实施例中，当交换设备中存在的组播组成员关系表的出口端口为无效值或为空时，如果有用户加入该组播组，则交换设备只需将该组播组成员关系表的无效的出口端口值修改为所述用户对应的出口端口值，或将该用户对应的出口端口值直接加入该组播组成员关系表，直接加入的处理适用于原出口端口为空的情况。

在该实施例中，当交换设备中存在的组播组成员关系表的出口端口为无效或为空时，如果组播数据流在预定长的时间长度内不再发送组播数据流到交换设备上，可将该组播组成员关系表删除，以释放该成员关系表占用的软硬件资源。

在具体实现中，交换设备可通过其上设置的组播管理模块来实现组播组成员关系表的生成、修改、和/或删除。

图7为本发明实施例二的控制组播数据流方法的流程示意图。如图7，本发明实施例二的控制组播数据流的方法包括如下步骤：

步骤701，当组播数据流到达交换设备时，交换设备判断自身是否已存在组播组成员关系表；如是，则执行步骤702；否则，执行步骤704；

步骤702，交换设备判断该已存在的组播组成员关系表中的出口端口是否为无效值或为空；如是，则执行步骤705；否则，执行步骤703；

步骤703，交换设备按照该组播组成员关系表中有效的出口端口，进行组播数据流的转发，并结束该流程；

步骤704，交换设备在其上生成出口端口为无效值或为空的组播组成员关系表，然后执行步骤705；

步骤705，交换设备按照该组播组成员关系表的出口端口信息，不转发该组播数据流。

图8为本发明实施例三的控制组播数据流方法的流程示意图。该实施例三主要描述当组播组中的用户离开组播组后，控制组播数据流的方法。在本发明的实施例中，由于当第一个用户加入组播组时，交换设备上即生成组播组成员关系表，且当其它用户继续加入组播组时，交换设备将在该组播组成员关系表的出口端口信息处增加该其它用户对应的出口端口，因此，当组播组中存在用户时，交换设备上必然已存在该组播组的成员关系表。如图8，本发明实施例三的控制组播数据流方法包括如下步骤：

步骤801，当用户离开组播组时，删除组播组成员关系表中该用户对应的出口端口信息，如出口端口位图(或称出接口位图)中该用户对应的出口端口信息；

步骤802，当组播数据流到达交换设备时，交换设备判断其上存在的组播组成员关系表的出口端口是否为空，如判断出口端口位图是否为空；如是，则执行步骤804；否则，执行步骤803；

步骤803，按照该组播组成员关系表中还存在的出口端口，如按照出口端口位图中还包含的出口端口，转发组播数据流，然后结束该流程；

步骤804，交换设备不转发该到达的组播数据流；

步骤805，交换设备判断在预定长的时间段内是否还有组播组数据流到达交换设备；如是，则结束该流程，否则，执行步骤806；

步骤806，交换设备删除该出口端口为空的组播组成员关系表，释放该关系表占用的软硬件资源；具体地，交换设备可通过设置在其上的组播管理模板删除该组播组成员关系表。

在利用本发明的方法对组播数据流的洪泛进行控制之前，可先通过在组网环境内的端口上预先配置的访问控制列表(ACL，Access Control List)来对到达交换设备的组播数据流进行过滤。这样，交换设备把没有在ACL上配置的组播组数据流在端口上直接丢弃，然后再根据本发明的方法来进行防止洪泛的控制，为组播数据业务秩序提供了进一步的保证，也为通过成员关系表防止洪泛减轻了负担。例如，交换设备从端口收到了100个组播数据流，但其中只有20条为ACL中设置的需要接收的，则交换机直接丢弃其余80条数据流，而剩下的20条中有可能只有10条设置了防止洪泛，可见，通过设置ACL可以提高效率，进一步提高交换设备的性能。

本发明还公开了一种控制组播数据流的装置。图10为本发明一实施例的控制装置的结构示意图。如图10，本发明一实施例的控制装置包括：交换设备101，其特征在于，所述交换设备101包括：组播管理模块102，用于当组播数据流到达交换设备时，判断在所述交换设备上是否已存在组播组成员关系表；如是，则按照所述已存在的组播组成员关系表中出口端口信息转发所述组播数据流；否则，在所述交换设备上生成出口端口为无效值或为空的组播组成员关系表，并且不转发所述组播数据流。

进一步地，在本发明实施例的装置中，该组播管理模块还包括：

出口端口判断模块，用于判断所述已存在的组播组成员关系表中的出口端口是否为有效值；如是，则将所述组播数据流转发至所述有效值对应的出口端口；否则，不转发所述组播数据流。

进一步地，在本发明实施例的装置中，该组播管理模块还包括：

出口端口修改模块，用于当所述交换设备上存在的组播组成员关系表中的出口端口为空或无效值且有用户加入组播组时，根据所述用户对应的出口端口修改所述组播组成员关系表的出口端口，和/或，当组播组中的最后一个成员离开所述组播组时，将所述组播组成员关系表的出口端口修改为无效值或修改为空。

对于交换设备，在本发明的实施例中以三层交换机为例进行说明，但显然，本发明适用于任何以太网交换机。

由以上的技术方案可见，通过生成没有出口端口或保护无效出口端口的组播成员关系表，可防止组播数据流在VLAN中洪泛，提高了网络环境中对于组播数据报文在局域网中洪泛的控制和保护，提升了交换机的性能，能更好地满足现在IPTV技术的要求。

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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种控制组播数据流的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，当组播数据流到达交换设备时，所述交换设备判断自身是否已存在组播组成员关系表；如是，则执行步骤二；否则，执行步骤三；

步骤二，所述交换设备按照所述已存在的组播组成员关系表中的出口端口信息转发所述组播数据流，并结束流程；

步骤三，所述交换设备生成出口端口为无效值或为空的组播组成员关系表，并根据所述生成的组播组成员关系表中的出口端口信息不转发所述组播数据流；

其中，当所述交换设备上存在的组播组成员关系表的出口端口为无效值或为空时，还包括：判断所述组播数据流是否在预定长的时间长度内不再发送到所述交换设备；如是，则所述交换设备删除所述出口端口为无效值或为空的组播组成员关系表。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二还包括，所述交换设备判断所述已存在的组播组成员关系表中的出口端口是否为有效值；如是，则所述交换设备将所述组播数据流转发至所述有效值对应的出口端口；否则，所述交换设备不转发所述组播数据流。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述组播数据流为二层组播数据流或三层组播数据流。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：所述交换设备在网络的端口上配置访问控制列表的步骤；和，在所述组播数据流到达所述交换设备后，所述交换设备判断自身是否已存在组播组成员关系表之前，所述交换设备根据所述访问控制列表判断所述组播数据流是否应丢弃的步骤。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：当所述已存在的组播组成员关系表的出口端口为无效值时，如果有用户加入所述组播组成员关系表所对应的组播组，则所述交换设备将所述组播组成员关系表的出口端口信息修改为所述用户对应的出口端口；当所述已存在的组播组成员关系表的出口端口为空时，如果有用户加入所述组播组成员关系表所对应的组播组，则所述交换设备将所述用户对应的出口端口直接加入到所述组播组成员关系表。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：当所述组播组成员关系表所对应的组播组中的最后一个用户离开所述组播组时，所述交换设备将所述组播组成员关系表的出口端口修改为无效值或修改为空。

7.一种控制组播数据流的装置，包括交换设备，其特征在于，所述交换设备包括：

组播管理模块，用于当组播数据流到达交换设备时，判断在所述交换设备上是否已存在组播组成员关系表；如是，则按照所述已存在的组播组成员关系表中出口端口信息转发所述组播数据流；否则，在所述交换设备上生成出口端口为无效值或为空的组播组成员关系表，并且不转发所述组播数据流；并当所述交换设备上存在的组播组成员关系表的出口端口为无效值或为空时，判断所述组播数据流是否在预定长的时间长度内不再发送到所述交换设备；如是，则所述交换设备删除所述出口端口为无效值或为空的组播组成员关系表。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述组播管理模块还包括：

出口端口判断模块，用于判断所述已存在的组播组成员关系表中的出口端口是否为有效值；如是，则将所述组播数据流转发至所述有效值对应的出口端口；否则，不转发所述组播数据流。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述组播管理模块还包括：

出口端口修改模块，用于：当所述交换设备上存在的组播组成员关系表中的出口端口为空或无效值且有用户加入组播组时，根据所述用户对应的出口端口修改所述组播组成员关系表的出口端口；和/或，当组播组中的最后一个成员离开所述组播组时，将所述组播组成员关系表的出口端口修改为无效值或修改为空。

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