CN101247311B - Ip网络中为多播会话建立虚拟分发网的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及IP网络中为多播会话建立虚拟分发网的方法，属于计算机通信技术领域。该方法包括，多播会话的发起者向网络中的多播会话管理服务器提出建立多播会话的请求；多播会话管理服务器一旦接收请求，即为该多播会话建立一个初始的虚拟分发网，并将其标识返回给多播会话的发起者；多播会话的发起者将该虚拟分发网标识进一步通告给参加多播会话的用户主机；每个参加该多播会话的用户主机可以通过主动方式加入该虚拟分发网或通过被动方式添加到该虚拟分发网。本发明简化了虚拟分发网的结构，支持虚拟分发网的自动建立，支持网络运营商对多播会话的管理、支持多播的渐进部署并保证多播传送的性能。

Description

IP网络中为多播会话建立虚拟分发网的方法

技术领域

本发明属于计算机通信技术领域，特别涉及IP网络中的多播(Multicast)传送方法。

背景技术

多播是一种有效的点到多点或多点到多点传送方法。目前，IP网络中提供的主要业务，如信息检索，电子邮件，即时通信等，都是建立数据包的单播传送(即点到点传送)技术之上。而许多新兴的业务，如Internet电视(即IPTV)、大型网络会议、大型分布式仿真等，涉及到大量计算机的同时交互，如果仍然采用单播，将浪费大量网络带宽资源，并且性能难以保证。而多播提供了一种有效的点到多点以及多点到多点传送机制，是这些业务顺利开展的关键。

为了支持IP网络上的多播，人们提出了许多方案，其中目前得到应用的方案主要有两种：IP多播和应用层多播。但是，IP多播存在一系列部署和应用上的难题：如不具备可渐进部署的能力，多播业务的不可管理和控制，域间多播不具备可扩展性等等，这些问题限制了IP多播的大规模部署及应用。另一方面，应用层多播又难以满足未来多播业务的需要，如对高速实时视频广播业务的支持。

针对现有IP多播方案存在的问题，本专利的发明人提出了一种“IP网络中基于虚拟分发网的多播传送方法”并申请专利(申请号为200710099365.4)。这种方法如下：首先，在网络中为每个多播会话建立一个虚拟分发网；所述的虚拟分发网由IP网络中的多个节点通过虚链路连接而成，其中，该节点包括参与多播会话的所有用户主机和选定的其他节点；由虚链路连接的两个节点互称为对方的虚邻居；该虚拟分发网具有一个唯一的IP地址标识，用来区分一个IP网络中的多个虚拟分发网；虚拟分发网上的每个节点建立并维护一个分发表，其中每个表项至少包括：虚拟分发网的标识、虚邻居列表、控制数据包在虚邻居之间的转发权限标志集合；然后，在虚拟分发网中，发送主机发送业务数据时，将接收主机的IP地址设置为虚拟分发网的IP地址标识；虚拟分发网上的每个节点对IP数据包进行分发，直到IP数据包被传送到虚拟分发网中的所有接收主机。上述专利发明具有许多优点，如支持网络层多播的逐步部署、更好地适应网络结构的动态变化、支持多播数据包的双向传送，并提供了一种简单有效的多播传送控制方法。这些优点有利于网络层多播的部署。

但是，上述专利(申请号为200710099365.4)只给出了所要建立的虚拟分发网的特征，可以采用任何方法来建立满足上述特征描述的虚拟分发网。一个实现上述专利中的建立虚拟分发网的最简单的方法就是：由网络管理员以及用户直接对参加虚拟分发网的所有节点的分发表进行配置。但是这种手工建立虚拟分发网的方法存在许多问题：

第一，这种手工建立的方法不具备扩展性。当参加多播会话的节点较少时，还可以通过手工方式来建立虚拟分发网。当参加多播会话的节点达到几百万时，要求网络管理员及用户主机对参加虚拟分发网的节点逐一配置是不可接受的。

第二，这种手工建立的方法也无法适应用户主机的动态性。如果用户主机是一起加入或一次性加入，网络管理员可根据这些用户主机的分布来选择合适的多播路由器以构成虚拟分发网。但是，在实际多播会话中，用户主机是动态加入和退出的，这就意味着，网络管理员需要根据用户主机的动态加入和退出来调整虚拟分发网，这将给网络管理员带来巨大的任务量，并且也无法保证虚拟分发网能够快速适应用户主机的变化。

此外，上述专利(申请号为200710099365.4)中还存在另外一个问题，由于采用转发权限标志集合来控制多播数据包的传送，虚拟分发网上的每个节点除了配置虚邻居外，还需要配置一个最大规模为N×N比特的转发权限标志集合，其中，N为当前节点的虚邻居的个数，这不但增加分发表项占用的存储空间，还给虚拟分发网的建立增加了复杂性，特别是当虚拟分发网的规模较大时。

综上所述，为了保证这种基于虚拟分发网的多播传送方法能够适应大规模的、动态的多播会话，对虚拟分发网的结构进行简化并研究可自动建立虚拟分发网的方法是急待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提供一种简化的虚拟分发网结构，以及在IP网络中自动为多播会话建立这种虚拟分发网的方法。该方法具有以下优点：支持网络运营商对多播会话的管理，支持用户主机的动态加入，支持多播的渐进部署，保证所建立的虚拟分发网能够有效节约多播传送所占用的带宽资源。

本发明提出的建立虚拟分发网的方法，其特征在于，所述的虚拟分发网由多个虚拟分发网节点通过虚链路连接而成，所述的多个虚拟分发网节点至少包括所有参加多播会话的用户主机和1个具有多播功能的路由器节点，所述的虚链路是指连接虚拟分发网节点的逻辑传送通道，由虚链路连接的两个节点互称为对方的虚邻居；虚拟分发网具有一个唯一的虚拟分发网标识，用来区分一个IP网络中的多个虚拟分发网；在该虚拟分发网的部分节点或全部节点上建立并维护一个分发表，所述的部分节点至少包括虚拟分发网上的所有路由器，所述的分发表由1个或1个以上分发表项组成，其中的每个分发表项对应着一个虚拟分发网且至少包括下述内容：虚拟分发网标识、1个或1个以上虚邻居的IP地址；

建立虚拟分发网的方法包括以下步骤：

1)多播会话的发起者直接或通过一个用户管理节点向IP网络中的多播会话管理服务器提出建立多播会话的请求；所述的多播会话管理服务器由网络管理者设置，用于负责维护一个多播会话信息库；所述的多播会话信息库由多个表项组成，其中每个表项对应一个多播会话，并包含该多播会话的相关信息；所述的多播会话的相关信息包括多播会话的标识，多播会话的发起者、多播会话的建立时间、多播会话的持续时间或多播会话对应的虚拟分发网的标识之中的一项或多项；

2)多播会话管理服务器在收到建立多播会话的请求后，向网络管理者转发请求，由网络管理者决定是否接受该请求，或根据网络的当前状态和发起者的请求自动判断是否接受该请求，多播会话管理服务器将对多播会话建立请求的处理结果直接或通过用户管理节点返回给多播会话的发起者；

3)一旦接受建立多播会话的请求，多播会话管理服务器将为该多播会话建立一个初始的虚拟分发网；所述的初始虚拟分发网至少包括一个节点，该节点由多播会话管理服务器或网络管理员来指定，该初始虚拟分发网的标识由多播会话管理服务器或其指定的虚拟分发网节点来分配；然后，多播会话管理服务器将该多播会话的相关信息保存到多播会话信息库，并将该虚拟分发网的标识直接或通过用户管理节点返回给多播会话的发起者；

4)多播会话的发起者或其用户管理节点将虚拟分发网的标识通告给每个参加多播会话的用户主机；

5)每个参加多播会话的用户主机通过主动方式或被动方式加入到该多播会话所对应的虚拟分发网；

所述的主动方式是指：首先，用户主机获取虚拟分发网上的一个现有节点的地址；然后，用户主机直接向该虚拟分发网节点发出加入请求消息，该加入请求被传送到该虚拟分发网节点，或者在传送过程中被虚拟分发网上的其他节点截获；最后，由该虚拟分发网节点或截获加入请求的节点将用户主机添加到虚拟分发网中；

所述的被动方式是指：首先，用户主机将加入多播会话的请求发送给一个中间节点，该中间节点已经获取虚拟分发网上的一个现有节点的地址；然后，由该中间节点向虚拟分发网的该现有节点发出添加用户主机的请求，最后，该虚拟分发网节点在接收到中间节点的添加请求后，将用户主机添加到虚拟分发网中；

6)当所有参加多播会话的用户主机都加入到该多播会话所对应的虚拟分发网时，虚拟分发网即建立完毕。

所述的步骤3)中分配给初始虚拟分发网的标识可以是该虚拟分发网上某个节点的一个IP单播地址，所述的步骤5)中用户主机或中间节点获取虚拟分发网上的一个现有节点可为：直接通过虚拟分发网的标识获取虚拟分发网上的一个现有节点。

所述的步骤3)中还可包括多播会话管理服务器将虚拟分发网上的一个现有节点的地址直接或通过用户管理节点返回给多播会话的发起者，所述的步骤5)中用户主机获取虚拟分发网上的一个现有节点可为：多播会话的发起者或用户管理节点向每个参加多播会话的用户主机通告虚拟分发网上的一个现有节点的IP地址。

所述的步骤5)中用户主机或多播会话的发起者或多播用户管理节点获取虚拟分发网上的一个现有节点可为：在IP网络中设置一个映射服务器，用来维护从虚拟分发网的标识到虚拟分发网上一个或多个现有节点的对应关系，用户主机或多播会话的发起者或用户管理节点查询该服务器，来获取虚拟分发网的一个现有节点。

所述的步骤5)中某个虚拟分发网节点在接收用户主机的加入请求或接收到中间节点的添加请求后，将该用户主机添加到虚拟分发网的方法，可包括如下步骤：

51)从接收请求的虚拟分发网节点起，在虚拟分发网上寻找该用户主机的初始邻节点，并将添加用户主机的请求传递给该初始邻节点；所述的初始邻节点是指虚拟分发网上最靠近该用户主机的1个路由器节点；

52)该用户主机的初始邻节点在IP网络中寻找一个具有多播功能且不在该虚拟分发网上的中间路由器节点，所述的中间路由器节点比初始邻节点或其他多播路由器节点都更靠近该用户主机，同时也比初始邻节点或其他多播路由器节点都更靠近该初始邻节点的某一个现有虚邻居节点；如果存在中间路由器节点，则初始邻节点将该中间路由器节点添加为初始邻节点的虚邻居，并由该中间路由器将该用户主机以及该初始邻节点的该现有虚邻居节点添加为该中间路由器的虚邻居，初始邻节点则和该现有虚邻居解除虚邻居关系；如果不存在中间路由器节点，则初始邻节点直接将该用户主机添加为初始邻节点的虚邻居。

所述的步骤51)中从接收请求的虚拟分发网节点起，在虚拟分发网上寻找该用户主机的初始邻节点可为：在该虚拟分发网上，每个接收添加用户主机请求的虚拟分发网节点在该虚拟分发网节点的虚邻居中寻找一个更靠近该用户主机的路由器节点，如果存在，则该虚拟分发网节点将添加用户主机的请求转交给该更靠近用户主机的路由器节点；如果不存在，则当前接收请求的虚拟分发网节点为该用户主机的初始邻节点。

所述的步骤52)中在IP网络中寻找一个具有多播功能且不在该虚拟分发网上的中间路由器节点，具体可包括：

在该初始邻节点上，比较该初始邻节点到每个虚邻居的传送路径与到该用户主机的传送路径，判断是否存在一个或多个分叉路由器；所述的分叉路由器指的是：从初始邻节点到一个特定虚邻居的传送路径和到该用户主机的传送路径在此分叉路由器之前完全重合，在此分叉路由器之后不再相同；

如果不存在任何分叉路由器，则无法找到中间路由器节点；如果存在多个分叉路由器，则选择重合度最大的分叉路由器，然后，再判断找到的该分叉路由器是否具有多播功能；

如果该分叉路由器具有多播功能，则该分叉路由器即为所要寻找的中间路由器；如果该分叉路由器不具备多播功能，则寻找该分叉路由器的一个替代的多播路由器；所述的替代的多播路由器是离该分叉路由器最近的一个多播路由器；如果该替代的多播路由器不在虚拟分发网上，则该替代多播路由器即为所要寻找的中间路由器，否则，无法找到中间路由器。

与手工建立虚拟分发网的方法相比较，本发明的有益效果包括：

实现了虚拟分发网的自动建立。虚拟分发网的整个建立过程中可以不需要网络管理员的参与。

适应用户主机的动态加入。虚拟分发网的建立是一个逐步生长的过程，而不是一次性建立的过程。多播会话中每增加一个用户，虚拟分发网上即添加相应的用户主机以及为节约带宽而可能添加的具有多播功能的路由器节点。

保证所建立的虚拟分发网能够有效地节约多播传送所占用的带宽资源。在虚拟分发网的建立过程中，除了添加参与多播会话的用户主机外，还会根据需要添加那些可以有效节约多播传送带宽的路由器节点。

此外，与现有的IP多播方案相比较，本发明的有益效果包括：

支持网络运营商对多播会话的管理。由于多播会话将占用网络中的大量带宽资源并要求在路由器上保存对应的状态信息，因此，网络运营商需要了解当前网络中的多播会话的各种信息并对多播会话进行管理和计费。多播会话管理服务器可以为上述管理和计费提供依据。

支持多播的渐进部署。对于网络运营商来说，不可能同时将所有的单播路由器都同时升级或更新为可以支持虚拟分发网的多播路由器，因此，当IP网络中只有部分路由器具有多播功能时，该方法仍可保证虚拟分发网的顺利建立及其多播传送性能。

附图说明

图1为本发明方法的一种实施示例网络的示意图。

图2为本发明方法的建立多播会话时的实体交互的示意图(无用户管理节点)。

图3为本发明方法的多播会话信息库的示意图(无用户管理节点)。

图4为本发明方法的虚拟分发网拓扑建立过程的示意图。

图5为本发明方法的单播路由器与其替代多播路由器对应关系的示意图。

图6为本发明方法的建立多播会话时的实体交互的示意图(有用户管理节点)。

图7为本发明方法的多播会话信息库的示意图(有用户管理节点)。

具体实施方式

本发明的方法结合附图及实施例详细说明如下：

本发明方法的一种实施例的IP网络结构如图1所示。该示例网络由九台路由器(R0～R8)、参与多播会话的七台用户主机(A～G)和两台服务器(S和U)组成。为简化起见，图1中没有给出其他不参加多播会话的用户主机，但不应认为此IP网络中只包含参加多播会话的用户主机。在九台路由器中，有四台路由器支持基于虚拟分发网的多播传送，分别是路由器R0、R3、R5和R7(图中用黑圆圈表示)，其他五台路由器为单播路由器，不支持多播功能，之所以这样设置，是为了演示该虚拟分发网的建立方法可支持多播的渐进部署。在两台服务器中，S为多播会话管理服务器，该服务器的地址由网络管理者公开，如在网络管理者设定的网站上公布，IP网络中的任何多播会话的发起者均可以获得该服务器的地址；U为多播会话的用户管理节点，如果该多播会话需要对用户进行管理，那么可以在多播会话中使用该用户管理节点，而如果该多播会话面对所有用户开放，可以不必在多播会话中使用用户管理节点，在下面的实施例中，将分别给出一个未采用用户管理节点的方案和一个采用了用户管理节点的方案。在图1的网络中，每条链路都给出长度(用数字1或2来表明)，这些链路长度信息将用于确定每个节点上的单播路由(包括距离向量路由协议如RIP或者链路状态路由协议如OSPF中)，本实施例假定单播路由均为沿最短路径进行传送。这些单播路由信息将用于虚拟分发网的构造中，以保证所建立的虚拟分发网能够保证多播分组的最佳传送性能。

假定多播会话的发起者为Tom，Tom当前使用的主机为A。以下内容描述了在这个IP网络中实施本发明方法的过程，分为两个实施例：无用户管理节点和有用户管理节点。这些描述只是示意性的说明本发明，而不应被视作对本发明内容的限制。

实施例1.无用户管理节点下的虚拟分发网建立方法

虚拟分发网的建立步骤如下：

1)如图2所示，会话发起者Tom(所在的用户主机为A)向多播会话管理服务器S发送一个建立多播会话的请求。该请求信息中除了携带会话发起者的地址外，还可以携带其他信息，例如，所要建立的多播会话的一些特征，如预计该多播会话的用户规模有多大，该多播会话的用户可能分布的网络区域，该多播会话预计要持续的时间，该多播会话准备支持的业务(音频、视频)等等。

2)多播会话管理服务器S收到该建立多播会话的请求后，可以根据该建立多播会话的请求信息以及当前网络资源是否满足所要建立的多播会话等，自动对该请求进行处理，来确定是否接受该请求，一旦决定接收请求，则向多播会话的发起者返回处理结果。如果不同意建立多播会话请求，则可以给出具体的原因，如发起者无权利，或网络资源不支持等。本实施例，假定多播会话管理服务器S同意建立多播会话，并将该结果返回给会话发起者Tom，如图2所示。

3)多播会话管理服务器S在同意Tom的请求后，将为该新的多播会话建立一个初始的虚拟分发网。这个初始的虚拟分发网上的节点只包括一个路由器节点R0，该节点是由多播会话管理服务器S指定的。为了建立这个初始的虚拟分发网，S直接向路由器R0发送一个控制消息，请求R0为该多播会话分配一个虚拟分发网标识并加入到该虚拟分发网。R0在收到该控制消息后，首先，从自己预留的IP单播地址空间中分配一个IP地址(166.111.64.3)作为新建的虚拟分发网的标识。然后，R0在分发表中(如果没有分发表，则建立一个)加入一个与该虚拟分发网对应的分发表项，其虚拟分发网标识为166.111.64.3，其虚邻居列表为空。最后，R0将与该多播会话对应的虚拟分发网的标识返回给多播会话管理服务器S。多播会话管理服务器S收到R0的回应信息后，将该多播会话对应的信息添加到多播会话信息库，如图3所示，该多播会话信息库由若干表项组成，其中第二个表项对应刚建立的这个多播会话，表项的内容包括了多播会话标识，多播会话的发起者，多播会话的启动时间，多播会话的持续时间，该多播会话所对应的虚拟分发网的标识。最后，多播会话管理服务器将该虚拟分发网的标识(166.111.64.3)返回给多播会话的发起者Tom，如图2所示。

4)多播会话的发起者Tom在获得虚拟分发网的标识后，可以将此虚拟分发网标识通过各种方式通告给任何想要参加该多播会话的用户，如通过网站、邮箱等等。本实施例假设其他用户主机B～G通过某个网站得知了该多播会话对应的虚拟分发网标识。

5)每个参加该多播会话的用户主机均可采用主动方式或被动方式加入该多播会话所对应的虚拟分发网，本实施例假定用户主机均利用主动方式来加入该多播会话

在主动方式中，用户主机首先获取虚拟分发网上的一个现有节点的地址，由于在前面的步骤3)中本实施例采用了一个单播地址来标识虚拟分发网，该单播地址同时标识了该虚拟分发网的主节点R0。因此，这些用户主机可以由虚拟分发网的标识直接得到虚拟分发网的一个现有节点R0的标识。当然，当采用其他方式来标识虚拟分发网时，用户主机可以采用其他方式来获取虚拟分发网上的一个现有节点，如多播会话管理服务器S在建立初始虚拟分发网时，直接将虚拟分发网上的一个节点的地址返回给多播会话的发起者，再由该发起者来通知各参加多播会话的用户主机。又或者在网络中设置一个映射服务器，来保存虚拟分发网的标识与其现有节点之间的对应关系，用户主机直接向该映射服务器发送查询请求。上述方法的一个特例就是，采用域名来标识虚拟分发网，那么通过域名解析的方法可以获得该虚拟分发网上的一个或多个现有节点的IP地址。

每个用户主机直接向R0发送加入请求，该加入请求的数据包的源地址为用户主机的地址，目的地址为虚拟分发网的标识(同时也是R0的单播地址)。在路由器对加入请求的处理方式上，本实施例存在两种情况：一种情况是虚拟分发网上的多播路由器启动了截获功能，即当接收到每个数据包时，路由器要检查其目的地址是否是当前多播路由器加入的某个虚拟分发网的地址(即检查是否存在与该目的地址对应的分发表项)，在这种情况下，该加入请求数据包可能在送到R0之前被虚拟分发网上的其他路由器截获并进行处理；另一种情况是虚拟分发网上的多播路由器没有启动截获功能，那么加入请求将被传送到路由器R0。本实施例假定虚拟分发网上的每个多播路由器都启用了截获功能。此外，本实施例还假定虚拟分发网上的每个路由器上可以获得网络的拓扑信息(例如，这些路由器上运行的单播路由协议是OSPF或IS-IS时)，从而计算出到每个用户主机的最短路径。

当虚拟分发网上的路由器截获到每个用户主机的加入请求后，可以采用以下过程来添加该用户主机：首先，从接收请求的虚拟分发网节点起，在虚拟分发网上寻找该用户主机的初始邻节点，并将添加用户主机的请求传递给该初始邻节点；所述的初始邻节点是指虚拟分发网上最靠近该用户主机的1个路由器节点；然后，该用户主机的初始邻节点在IP网络中寻找一个具有多播功能且不在该虚拟分发网上的中间路由器节点，所述的中间路由器节点比初始邻节点或其他多播路由器节点都更靠近该用户主机，同时也比初始邻节点或其他多播路由器节点都更靠近该初始邻节点的某一个现有虚邻居节点；如果存在中间路由器节点，则初始邻节点将该中间路由器节点添加为初始邻节点的虚邻居，并由该中间路由器将该用户主机以及该初始邻节点的该现有虚邻居节点添加为该中间路由器的虚邻居，初始邻节点则和该现有虚邻居解除虚邻居关系；如果不存在中间路由器节点，则初始邻节点直接将该用户主机添加为初始邻节点的虚邻居。下面将以每个用户主机为例来介绍添加用户主机的过程：

用户主机A的加入：当前虚拟分发网上只有一个路由器节点，即R0。用户主机A的加入请求将被传送到R0。R0收到该请求后，由于虚邻居中不存在路由器节点，因此，R0即为用户主机A的初始邻节点，即虚拟分发网上最靠近用户主机A的路由器节点。由于不存在任何其他虚邻居，R0找不到中间路由器节点，直接将用户主机A添加为虚邻居，虚拟分发网的拓扑如图4(a)所示。

用户主机B的加入：与用户主机A的加入类似，用户主机B的加入请求将被传送到R0。显然，R0收到该请求后，由于虚邻居中不存在路由器节点，因此，R0即为用户主机B的初始邻节点，即虚拟分发网上最靠近用户主机B的路由器节点。在路由器R0上，开始寻找一个到达用户主机A和用户主机B的中间路由器节点。R0比较到A的传送路径R0->A和到新用户主机B的传送路径R0->R1->R2->B，这两个传送路径不存在任何分叉路由器，因此，R0找不到中间路由器节点，R0直接将用户主机B添加为R0的虚邻居，虚拟分发网的拓扑如图4(b)所示。

用户主机C的加入：与用户主机B的加入类似，用户主机C的加入请求将被传送到R0。R0收到该请求后，由于R0的虚邻居中不存在路由器节点，因此，R0即为用户主机C的初始邻节点，即虚拟分发网上最靠近用户主机C的路由器节点。此时，在路由器R0上，开始寻找一个中间路由器节点。R0发现到虚邻居A或虚邻居B的传送路径与到新用户主机C的传送路径均不存在任何分叉路由器，因此，R0找不到中间路由器，这时R0直接将用户主机C添加为R0的虚邻居，虚拟分发网的拓扑如图4(c)所示。

用户主机D的加入：与用户主机C的加入类似，用户主机D的加入请求将被传送到R0。显然，由于虚拟分发网上不存在其他的路由器节点，R0为用户主机D的初始邻节点，即虚拟分发网上最靠近用户主机D的路由器节点。此时，R0开始寻找中间路由器节点，在路由器R0上，发现到虚邻居A或虚邻居B的传送路径与到新用户主机D的传送路径之间均不存在分叉节点，但到现有虚邻居C的传送路径R0->R3->R4->R5->C和到新用户主机D的传送路径R0->R3->R4->R5->R8->D之间存在着一个分叉路由器R5，且该分叉路由器支持基于虚拟分发网的多播功能，因此，该分叉路由器为所要寻找的中间路由器。R0将R5添加为自己的虚邻居，R5则将新用户主机D以及R0的特定虚邻居C添加为虚邻居，最后R0解除同原有虚邻居C之间的相邻关系，虚拟分发网的拓扑如图4(d)所示。

用户主机E的加入：用户主机E的加入请求将沿着最短路径向R0传送E->R8->R5->R4->R3->R0，由于虚拟分发网上的所有多播路由器启动了截获功能，因此，路由器R5将截获该加入请求。在虚拟分发网上，R5从其虚邻居中找不到一个更靠近用户主机E的路由器节点，因此，R5为用户主机E的初始邻节点，即虚拟分发网上最靠近E的多播路由器。在R5上，开始寻找中间路由器。在路由器R5上，比较到现有虚邻居C的传送路径和到用户主机E的传送路径，发现不存在交叉节点，R5再比较到现有虚邻居D的传送路径R5->R8->D和到该新用户主机E的传送路径R5->R8->E。显然，在这两条传送路径上，存在一个分叉路由器R8。但是，分叉路由器R8并不具备多播功能，因此，R5继续寻找一个与R8距离最近的多播路由器，作为R8的替代分发节点。本实施例假定每个单播路由器的替代节点在建立虚拟分发网之前就已经确定，并通告给网络中的所有多播路由器节点，该替代关系如图5所示。R8的替代多播路由器为R5，由于R5已经在虚拟分发网上，因此，R5没有找到中间路由器节点。R5直接将用户主机E添加为R5的虚邻居，虚拟分发网的拓扑如图4(e)所示。

用户主机F的加入：用户主机F的加入请求将沿着最短路径向R0传送：F->R7->R4->R3->R0，由于中途并没有任何路由器位于虚拟分发网上，该加入请求将被传送到R0。在虚拟分发网上，R0发现当前的虚邻居中的路由器R5到用户主机F的距离比R0到用户主机F的距离更短，因此，R0将添加用户主机F的请求递交给路由器R5，在路由器R5从其虚邻居中找不到比R5更靠近用户主机F的路由器节点，因此，路由器R5即是用户主机F的初始邻节点，即虚拟分发网上距离用户主机F最近的路由器节点。在路由器R5上，开始寻找中间路由器节点。R5分别将其到虚邻居R0、C、D、E的传送路径与到该新用户主机F的传送路径R5->R4->R7->F进行比较，显然，在到虚邻居R0的路径R5->R4->R3->R0与到F的路径R5->R4->R7->F之间存在一个分叉路由器R4，但是R4并不具备多播功能。从图5中可得到R4的替代多播路由器为R3，且R3不在当前虚拟分发网上，因此，R3为R5找到的一个中间路由器节点。R5将R3添加为自身的虚邻居，R3将R0和F添加为自己的虚邻居，最后R5解除同R0的虚邻居关系，虚拟分发网的拓扑如图4(f)所示。

用户主机G的加入：用户主机G的加入请求将沿这最短路径向R0传送：G->R6->R3->R0，由于虚拟分发网上的多播路由器启动了截获功能，因此，路由器R3将截获该加入请求。在虚拟分发网上，R3发现其虚邻居中没有被它更靠近G的路由器，因此，R3为用户主机G的初始邻节点，即虚拟分发网上最靠近用户主机G的路由器节点。R3开始寻找中间路由器节点。在路由器R3上，分别比较R3到现有虚邻居R0、R5、F的传送路径R3->R0、R3->R4->R5、R3->R4->R7->F和到该用户主机G的路径R3->R6->G，发现都不存在分叉路由器，因此，R3找不到中间路由器节点，因此，R3直接将用户主机G添加为R3的虚邻居，至此，虚拟分发网建立完毕，如图4(g)所示。

在上述虚拟分发网节点添加用户主机的过程中，还可以使用其他方法来寻找初始邻节点和中间路由器，例如，一种寻找初始邻节点的方法就是设置一个服务器记录该虚拟分发网的当前拓扑，每个接收到请求的虚拟分发网节点则查询该服务器，获取离待添加用户主机最近的路由器节点。而一种寻找中间路由器节点的方法也通过查询：初始邻节点向IP网络种所有具有多播功能但不在该虚拟分发网上的路由器发送查询信息，每个接收到该信息的路由器均可返回各自到新用户主机及初始邻节点的所有虚邻居的距离，然后从中找出最大程度上节约带宽的路由器作为中间路由器。

实施例2.有用户管理节点下的虚拟分发网建立方法

在本实施例下，服务器U将作为一个用户管理节点，来管理所有参加多播的用户主机，所有用户主机在参加多播会话前，都在该服务器U上注册并登陆。

虚拟分发网的建立步骤如下：

1)如图6所示，会话发起者Tom(所在的用户主机为A)通过用户管理节点U向多播会话管理服务器S发送一个建立多播会话的请求，此时，从会话管理服务器的角度来看，用户管理节点U是多播会话发起者的代理。该请求信息中除了携带会话发起者的代理的地址外，还可以携带其他信息，例如，所要建立的多播会话的一些特征，如预计该多播会话的用户规模有多大，该多播会话的用户可能分布的网络区域，该多播会话预计要持续的时间，该多播会话准备支持的业务(音频、视频)等等。

2)多播会话管理服务器S收到该建立多播会话的请求后，可以根据该建立多播会话的请求信息以及当前网络资源是否满足所要建立的多播会话等，自动对该请求进行处理，来确定是否接受该请求，一旦决定接收请求，则向多播会话的发起者的代理返回处理结果。如果不同意建立多播会话请求，则可以给出具体的原因，如发起者无权利，或网络资源不支持等。本实施例，假定多播会话管理服务器S同意建立多播会话，并将该结果返回用户管理节点U，并由U进一步返回给会话发起者Tom，如图6所示。

3)多播会话管理服务器S在同意建立多播会话的请求后，将为该新的多播会话建立一个初始的虚拟分发网。这个初始的虚拟分发网上的节点只包括一个路由器节点R0，该节点是由多播会话管理服务器S指定的。为了建立这个初始的虚拟分发网，S直接向路由器R0发送一个控制消息，请求R0为该多播会话分配一个虚拟分发网标识并加入到该虚拟分发网。R0在收到该控制消息后，首先，从自己预留的IP单播地址空间中分配一个IP地址(166.111.64.3)作为新建的虚拟分发网的标识。然后，R0在分发表中(如果没有分发表，则建立一个)加入一个与该虚拟分发网对应的分发表项，其虚拟分发网标识为166.111.64.3，其虚邻居列表为空。最后，R0将与该多播会话对应的虚拟分发网的标识返回给多播会话管理服务器S。多播会话管理服务器S收到R0的回应信息后，将该多播会话对应的信息添加到多播会话信息库，如图7中多播会话信息库的第2个表项对应着该多播会话，与图3不同的是，此时多播会话的发起者记录的是用户管理节点。最后，多播会话管理服务器再将该虚拟分发网的标识(166.111.64.3)返回给用户管理节点U以及多播会话的发起者Tom，如图6所示。

4)用户管理节点U在获得虚拟分发网的标识后，可以将此虚拟分发网标识直接通告给当前想要参加该多播会话的用户A～G。

5)每个参加该多播会话的用户主机均可采用主动方式或被动方式加入该多播会话所对应的虚拟分发网，本实施例假定用户主机均利用被动方式来加入该多播会话

在被动方式中，每个参加多播会话的用户主机A～G依次向用户管理节点U提出加入多播会话的请求，在用户管理节点U上，由虚拟分发网的标识获取虚拟分发网的一个现有节点R0，然后，用户管理节点U依次向虚拟分发网的主节点R0发送一个添加请求，请求添加各用户主机。R0收到这些添加请求后的添加过程如下：

R0添加用户主机A：R0收到该请求后，由于虚邻居中没有任何路由器节点，因此，R0即为用户主机A的初始邻节点，即虚拟分发网上最靠近用户主机A的路由器节点。由于不存在任何其他虚邻居，R0找不到中间路由器节点，直接将用户主机A添加为虚邻居，虚拟分发网的拓扑如图4(a)所示。

R0添加用户主机B：R0收到该请求后，由于虚邻居中没有任何路由器节点，因此，R0即为用户主机B的初始邻节点，即虚拟分发网上最靠近用户主机B的路由器节点。在路由器R0上，开始寻找一个到达用户主机A和用户主机B的中间路由器节点。R0比较到A的传送路径R0->A和到新用户主机B的传送路径R0->R1->R2->B，这两个传送路径不存在任何分叉路由器，因此，R0找不到中间路由器节点，R0直接将用户主机B添加为R0的虚邻居，虚拟分发网的拓扑如图4(b)所示。

R0添加用户主机C：R0收到该请求后，由于虚邻居中没有任何路由器节点，因此，R0即为用户主机C的初始邻节点，即虚拟分发网上最靠近用户主机C的路由器节点。此时，在路由器R0上，开始寻找一个中间路由器节点。R0发现到虚邻居A或虚邻居B的传送路径与到新用户主机C的传送路径均不存在任何分叉路由器，因此，R0找不到中间路由器，这时R0直接将用户主机C添加为R0的虚邻居，虚拟分发网的拓扑如图4(c)所示。

R0添加用户主机D：R0收到该请求后，由于虚邻居中没有任何路由器节点，因此，R0即为用户主机D的初始邻节点，即虚拟分发网上最靠近用户主机D的路由器节点。此时，R0开始寻找中间路由器节点，在路由器R0上，发现到虚邻居A或虚邻居B的传送路径与到新用户主机D的传送路径之间均不存在分叉节点，但是从R0到现有虚邻居C的传送路径R0->R3->R4->R5->C和到新用户主机D的传送路径R0->R3->R4->R5->R8->D之间存在着一个分叉路由器R5，且该分叉路由器支持基于虚拟分发网的多播功能，因此，该分叉路由器为所要寻找的中间路由器。R0将R5添加为自己的虚邻居，R5则将新用户主机D以及R0的特定虚邻居C添加为虚邻居，最后R0解除同原有虚邻居C之间的相邻关系，虚拟分发网的拓扑如图4(d)所示。

R0添加用户主机E：R0收到该请求后，发现其虚邻居中的路由器R5到用户主机E的距离比R0到用户主机E的距离更短，因此，R0将添加用户主机E的请求传递给路由器R5，R5从其虚邻居中找不到更靠近用户主机E的路由器节点，因此，R5为用户主机E的初始邻节点。在R5上，开始寻找中间路由器。在路由器R5上，比较到现有虚邻居C的传送路径和到用户主机E的传送路径，发现不存在交叉节点，R5再比较到现有虚邻居D的传送路径R5->R8->D和到该新用户主机E的传送路径R5->R8->E。显然，在这两条传送路径上，存在一个分叉路由器R8。但是，分叉路由器R8并不具备多播功能，因此，R5继续寻找一个与R8距离最近的多播路由器，作为R8的替代分发节点。本实施例假定每个单播路由器的替代的多播路由器在建立虚拟分发网之前就已经确定，并通告给网络中的所有多播路由器节点，该替代关系如图5所示。R8的替代多播路由器为R5，由于R5已经在虚拟分发网上，因此，R5没有找到中间路由器节点。R5直接将用户主机E添加为R5的虚邻居，虚拟分发网的拓扑如图4(e)所示。

R0添加用户主机F：R0收到请求后，发现其虚邻居中的路由器R5到用户主机F的距离比R0到用户主机F的距离更短，因此，R0将添加用户主机F的请求递交给路由器R5，在路由器R5从其虚邻居中找不到比R5更靠近用户主机F的路由器节点，因此，路由器R5即是用户主机F的初始邻节点，即虚拟分发网上距离用户主机F最近的路由器节点。在路由器R5上，开始寻找中间路由器节点。R5分别将从R5到虚邻居R0、C、D、E的传送路径与到该新用户主机F的传送路径R5->R4->R7->F进行比较，显然，在到虚邻居R0的路径R5->R4->R3->R0与到F的路径R5->R4->R7->F之间存在一个分叉路由器R4，但是R4并不具备多播功能。从图5中可得到R4的替代多播路由器为R3，且R3不在当前虚拟分发网上，因此，R3为R5找到的一个中间路由器节点。R5将R3添加为自身的虚邻居，R3将R0和F添加为自己的虚邻居，最后R5解除同R0的虚邻居关系，虚拟分发网的拓扑如图4(f)所示。

R0添加用户主机G：R0收到请求后，发现其虚邻居中的路由器R3到用户主机G的距离比R0到用户主机G的距离更短，因此，R0将添加用户主机G的请求递交给路由器R3，在路由器R3从其虚邻居中找不到比R3更靠近用户主机G的路由器节点，因此，路由器R3即是用户主机G的初始邻节点，即虚拟分发网上距离用户主机G最近的路由器节点。R3开始寻找中间路由器节点。在路由器R3上，分别比较R3到现有虚邻居R0、R5、F的传送路径R3->R0、R3->R4->R5、R3->R4->R7->F和到该用户主机G的路径R3->R6->G，发现都不存在分叉路由器，因此，R3找不到中间路由器节点，因此，R3直接将用户主机G添加为R3的虚邻居，至此，虚拟分发网建立完毕，如图4(g)所示。

Claims (7)

1.一种IP网络中为多播会话建立虚拟分发网的方法，其特征在于，所述的虚拟分发网由多个虚拟分发网节点通过虚链路连接而成，所述的多个虚拟分发网节点至少包括所有参加多播会话的用户主机和1个具有多播功能的路由器节点，所述的虚链路是指连接虚拟分发网节点的逻辑传送通道，由虚链路连接的两个节点互称为对方的虚邻居；虚拟分发网具有一个唯一的虚拟分发网标识，用来区分一个IP网络中的多个虚拟分发网；在虚拟分发网的部分节点或全部节点上建立并维护一个分发表，所述的部分节点至少包括虚拟分发网上的所有路由器，所述的分发表由1个或1个以上分发表项组成，其中的每个分发表项对应着一个虚拟分发网且至少包括下述内容：虚拟分发网标识、1个或1个以上虚邻居的IP地址；

建立虚拟分发网的方法包括以下步骤：

1)多播会话的发起者直接或通过一个用户管理节点向IP网络中的多播会话管理服务器提出建立多播会话的请求；所述的多播会话管理服务器由网络管理者设置，用于负责维护一个多播会话信息库；所述的多播会话信息库由多个表项组成，其中每个表项对应一个多播会话，并包含该多播会话的相关信息；所述的多播会话的相关信息包括多播会话的标识、多播会话的发起者、多播会话的建立时间、多播会话的持续时间或多播会话对应的虚拟分发网的标识之中的一项或多项；

2)多播会话管理服务器在收到建立多播会话的请求后，向网络管理者转发请求，由网络管理者决定是否接受该请求，或根据网络的当前状态和发起者的请求自动判断是否接受该请求，多播会话管理服务器将对多播会话建立请求的处理结果直接或通过用户管理节点返回给多播会话的发起者；

3)一旦接受建立多播会话的请求，多播会话管理服务器将为该多播会话建立一个初始的虚拟分发网；所述的虚拟分发网至少包括一个节点，该节点由多播会话管理服务器或网络管理员来指定，该虚拟分发网的标识由多播会话管理服务器或该多播会话管理服务器指定的虚拟分发网节点来分配；然后，多播会话管理服务器将该多播会话的相关信息保存到多播会话信息库，并将该虚拟分发网的标识直接或通过用户管理节点返回给多播会话的发起者；

4)多播会话的发起者或用户管理节点将虚拟分发网的标识通告给每个参加多播会话的用户主机；

5)每个参加多播会话的用户主机通过主动方式或被动方式加入到该多播会话所对应的虚拟分发网；

所述的主动方式是指：首先，用户主机获取虚拟分发网上的一个现有节点的IP地址；然后，用户主机直接向该虚拟分发网节点发出加入请求消息，该加入请求消息被传送到该虚拟分发网节点，或者在传送过程中被虚拟分发网上的其他节点截获；最后，由该虚拟分发网节点或截获加入请求的节点将用户主机添加到虚拟分发网中；

所述的被动方式是指：首先，用户主机将加入多播会话的请求发送给一个中间节点，该中间节点已经获取虚拟分发网上的一个现有节点的IP地址；然后，由该中间节点向虚拟分发网的该现有节点发出添加用户主机的请求，最后，该虚拟分发网节点在接收到中间节点的添加请求后，将用户主机添加到虚拟分发网中；

6)当所有参加多播会话的用户主机都加入到该多播会话所对应的虚拟分发网时，虚拟分发网即建立完毕。

2.如权利要求1所述的建立虚拟分发网的方法，其特征在于，所述的步骤3)中分配给虚拟分发网的标识是该虚拟分发网上某个节点的一个IP单播地址，所述的步骤5)中用户主机或中间节点获取虚拟分发网上的一个现有节点的IP地址为：直接通过虚拟分发网的标识获取虚拟分发网上的一个现有节点的IP地址。

3.如权利要求1所述的建立虚拟分发网的方法，其特征在于，所述的步骤3)中还包括多播会话管理服务器将虚拟分发网上的一个现有节点的IP地址直接或通过用户管理节点返回给多播会话的发起者，所述的步骤5)中用户主机获取虚拟分发网上的一个现有节点的IP地址为：多播会话的发起者或用户管理节点向每个参加多播会话的用户主机通告虚拟分发网上的一个现有节点的IP地址。

4.如权利要求1所述的建立虚拟分发网的方法，其特征在于，所述的步骤5)中用户主机或中间节点获取虚拟分发网上的一个现有节点的IP地址为：在IP网络中设置一个映射服务器，用来维护从虚拟分发网的标识到虚拟分发网上一个或多个现有节点的对应关系，用户主机或中间节点查询该服务器，来获取虚拟分发网的一个现有节点的IP地址。

5.如权利要求1、2、3或4所述的建立虚拟分发网的方法，其特征在于，所述的步骤5)中某个虚拟分发网节点在接收用户主机的加入请求或接收到中间节点的添加请求后，将该用户主机添加到虚拟分发网的方法，包括如下步骤：

51)从接收请求的虚拟分发网节点起，在虚拟分发网上寻找该用户主机的初始邻节点，并将添加用户主机的请求传递给该初始邻节点；所述的初始邻节点是指虚拟分发网上最靠近该用户主机的1个多播路由器节点；

52)该用户主机的初始邻节点在IP网络中寻找一个具有多播功能且不在该虚拟分发网上的中间路由器节点，所述的中间路由器节点比初始邻节点或其他多播路由器节点都更靠近该用户主机，同时也比初始邻节点或其他多播路由器节点都更靠近该初始邻节点的某一个现有虚邻居节点；如果存在中间路由器节点，则初始邻节点将该中间路由器节点添加为初始邻节点的虚邻居，并由该中间路由器将该用户主机以及该初始邻节点的该现有虚邻居节点添加为该中间路由器的虚邻居，初始邻节点则和该现有虚邻居解除虚邻居关系；如果不存在中间路由器节点，则初始邻节点直接将该用户主机添加为初始邻节点的虚邻居。

6.如权利要求5所述的建立虚拟分发网的方法，其特征在于，所述的步骤51)中从接收请求的虚拟分发网节点起，在虚拟分发网上寻找该用户主机的初始邻节点为：在该虚拟分发网上，每个接收添加用户主机请求的虚拟分发网节点在该虚拟分发网节点的虚邻居中寻找一个更靠近该用户主机的路由器节点，如果存在，则该虚拟分发网节点将添加用户主机的请求转交给该更靠近用户主机的路由器节点；如果不存在，则当前接收请求的虚拟分发网节点为该用户主机的初始邻节点。

7.如权利要求5所述的建立虚拟分发网的方法，其特征在于，所述的步骤52)中在IP网络中寻找一个具有多播功能且不在该虚拟分发网上的中间路由器节点，具体包括：

在该初始邻节点上，比较该初始邻节点到每个虚邻居的传送路径与到该用户主机的传送路径，判断是否存在一个或多个分叉路由器；所述的分叉路由器指的是：从初始邻节点到一个特定虚邻居的传送路径和到该用户主机的传送路径在此分叉路由器之前完全重合，在此分叉路由器之后不再相同；

如果不存在任何分叉路由器，则无法找到中间路由器节点；如果存在多个分叉路由器，则选择重合度最大的分叉路由器，然后，再判断找到的该分叉路由器是否具有多播功能；

如果该分叉路由器具有多播功能，则该分叉路由器即为所要寻找的中间路由器；如果该分叉路由器不具备多播功能，则寻找该分叉路由器的一个替代的多播路由器；所述的替代的多播路由器是离该分叉路由器最近的一个多播路由器；如果该替代的多播路由器不在虚拟分发网上，则该替代多播路由器即为所要寻找的中间路由器，否则，无法找到中间路由器。

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