CN101258414B - 增强型多播vlan注册 - Google Patents

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Abstract

一种用于基于以太网环的网络的第2层接入交换机中的方法和装置，用于在多播VLAN和耦合到第2层接入交换机的VLAN干线端口的选定VLAN之间桥接多播分组。这避免了环状拓扑上的多播流的复制，同时维护了用户之间的隔离。

Description

增强型多播VLAN注册
背景技术
多播VLAN注册(MVR)是一种新颖的特征，它对关注提供家用语音和视频服务的城市服务提供商来说至关重要。MVR涉及特别为多播流量分发而构造的相分离的专用VLAN的创建。当被部署时，每个接收到来自多播VLAN的多播流的交换机将会检查每个多播群组，并且将会在内部将多播VLAN流量桥接到特定用户的VLAN。
多播VLAN注册(MVR)是为使用跨越基于以太网环的服务提供商网络的多播流量的大范围部署(例如服务提供商网络上的多个电视频道的广播)的应用而设计的。MVR允许端口上的用户预订和取消预订整个网络的多播VLAN上的多播流。
图1示出了可以利用MVR的环状网络拓扑，图2示出了图1的拓扑中包括的三个接入交换机(A、B和C)。虽然环状拓扑节省了构造网络时的成本，但是交换机之间的主干线路形成了带宽瓶颈。因此，在使用环状拓扑时，用于高效利用可用带宽的技术是很关键的。
城市网络的一个重要要求是，确保如果仅仅经由第2层连通性而没有任何基于第3层及更高层信息的过滤的话则一个用户看不见由另一用户生成的流量或者针对另一用户的流量。网络的管理员可能依据所预订的服务的类型而对每个用户有不同的访问控制配置。任何两个用户端口之间的通信应当仅仅能够经由可以基于第3层及更高层信息进行过滤的设备进行。
但是，同一第2层接入交换机上的用户端口仍能通过仅限第2层的连通性来与彼此通信。在本申请的受让人所制造的交换机中，受保护端口特征隔离同一交换机上的用户端口。在第2层上，受保护端口之间不会转发单播、多播或者广播流量，这些端口之间的所有通信都只能通过第3层设备进行。
受保护端口不向任何其他也是受保护端口的端口转发任何流量(单播、多播或广播)。
当路由器接收到多播分组时，它向每个连接的具有多播群组成员的VLAN发送分组的拷贝。因为连接到不同的第2层接入交换机的用户属于不同的VLAN(一个VLAN映射到一个IP子网)，所以对IP多播的正常使用将会导致每个VLAN的预订频道的复制。例如，如果连接到第2层交换机A的第一用户希望观看频道1，而连接到第2层接入交换机B的第二用户也希望观看频道1，则频道1多播的两个流将会通过GE VLAN干线来发送，因为每个用户在不同的VLAN上。一个流将会被标记以分配给第一用户的端口的VLAN，而另一个流将会被标记以分配给第二用户的端口的VLAN。例如，如果每个视频流是以5Mbps多播的，则为每个希望查看流的用户复制流将会浪费大量带宽。
MVR被设计为消除为每个VLAN中的用户复制TV频道的多播流量的需要。利用MVR，所有频道的多播流量都只在VLAN干线上被发送一次，具体而言是只在多播VLAN上发送一次。第2层交换机被配置为将来自多播VLAN的多播流量桥接到在第2层交换机上定义的包括授权用户的本地VLAN。
IP多播的很多规范都在因特网任务组请求注释(IETF RFC)1112中的因特网群组管理协议(IGMP)中定义，该IETF RFC 1112可在sis.ohio-state.edu网站上的/htbin/rfc/rfc112.html处获得。
因特网群组管理协议(IGMP)被用于在特定VLAN上的多播群组中动态地注册个体主机。IGMP v.2采用了成员查询、成员报告和离开群组消息。
主机发出“加入”(join)，该“加入”包括发送与特定的多播群组相对应的IGMP成员报告，以指示出它们希望加入该群组。第3层设备周期性地发出IGMP成员查询，以验证子网上的至少一个主机仍希望接收针对该群组的流量。当对于接连三个IGMP成员查询都没有回复时，路由器使群组超时并且停止转发针对该群组的流量。
主机通过使用离开群组消息来发出“离开”，以将其离开群组的意图主动传达给本地多播第3层设备。第3层设备随后发出特定于群组的查询，并且确定是否有任何剩余的主机希望接收流量。如果没有回复，则第3层设备使群组超时并停止转发流量。
第2层交换机的默认行为是将所有多播流量转发给属于交换机上的目的地LAN的每一个端口。这将阻挠交换机的目的，即限制去往需要接收数据的端口的流量。IGMP侦听用于高效地应对第2层交换环境中的IP多播。
标准的IGMP侦听要求用户交换机检查或者侦听在主机和路由器之间发送的IGMP分组中的一些第3层信息。当交换机听到来自主机的关于特定多播群组的IGMP主机报告时，交换机将主机的端口号添加到相关联的多播表条目。当交换机听到来自主机的IGMP离开群组消息时，它将主机的端口从表条目中删除。由于IGMP控制消息是作为多播分组发送的，因此它们可与第2层上的多播数据相区分。运行IGMP侦听的交换机检查每个多播数据分组以检验它是否包含任何相关的IGMP控制信息。
在MVR中，第2层接入交换机实现增强的IGMP侦听技术以消除为针对不同VLAN中的用户的视频流复制多播流量的需要。取而代之，所有视频流的多播流量都只在VLAN干线上发送一次，具体而言是只在多播VLAN上发送一次。
为了实现这样的功能，来自用户的IGMP加入和离开看起来必须像是由多播VLAN中的端口发起的，而不是用户所被分配到的VLAN发起的。这些IGMP加入和离开在第3层分发层设备上动态注册多播VLAN中的多播流量的流。接入层交换机修改硬件转发行为以允许流量被从多播VLAN转发到不同VLAN中的用户。该转发行为选择性地允许流量在两个VLAN之间交叉。
MVR已经被有利地用于城市网络和其他环境中。但是，因为交换机的所有的用户端口都被配置为单个VLAN，所以不可能将多个VLAN连接到第2层接入交换机的单个用户端口。正在开发新的应用，这些应用要求更灵活的拓扑，同时保持MVR对于多播流量分发的带宽节省优点。
随着对具有更大灵活性和适应性的更多、更好技术的需求，IP多播流量分发领域的挑战继续增大。因此，已经出现了对用于在用户之间分发IP多播的新系统和方法的需求。
附图说明
图1是基于以太网环的服务提供商网络的框图；
图2是图1所示的第2层接入交换机的更详细视图；
图3是可用来实现本发明的实施例的基于环的拓扑的框图；以及
图4是第2层接入交换机的转发和控制系统的框图。
具体实施方式
现在将详细描述本发明的各种实施例。这些实施例的示例在附图中示出。虽然已经结合这些实施例描述了本发明，但是将会理解，并不意图将本发明限制到任何实施例。相反，意图覆盖所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内可能包括的替换、修改和等同物。在下面的描述中，阐述了许多具体细节以帮助全面理解各种实施例。但是，没有这些具体细节中的一些或全部也可实现本发明。在其他情况下，没有详细描述公知的过程操作，以避免不必要地模糊本发明的主题。
现在将就下述网络结构来描述本发明的一个实施例：该网络结构采取环的形式，其中各种交换机通过光纤主干线路耦合，如图3所示。将以用于将DSL(数字用户线路)用户连接到网络的网络作为示例而非限制来描述该实施例。在图3中，第3层设备10和第2层接入交换机12的群组的环端口通过光纤链路14耦合以形成环状拓扑。光纤链路14形成环端口之间的主干链路，并且是耦合交换机的环端口的1GE(吉比特以太网)链路。每个DSL接入复用器(DSLAM)16的上行链路端口被耦合到第2层接入交换机的干线端口(trunk port)，并且DSLAM的每个用户端口通过DSL调制解调器(未示出)连接到主机18。在该示例中，用户是耦合到DSL调制解调器的主机计算机和其他设备。
在该实施例中，DSLAM上的每个用户端口被分配给不同的VLAN。由于一个VLAN上的主机在没有第3层设备的情况下不能与另一VLAN上的主机通信，因此该VLAN分配实现了所需要的主机之间的隔离。第2层接入交换机上的每个干线端口被配置为VLAN干线，因为它通过DSLAM耦合到多个VLAN。作为VLAN干线端口，耦合到该端口的不同VLAN将会被分配以VLAN id以区分它们。
提供商通过网络提供服务和内容。随着压缩技术的改进，诸如电影和电视节目之类的视频流将通过网络利用DSL调制解调器被提供到所选的用户。视频流是臭名昭著的带宽攫取者，递送这些流的优选技术是利用IP多播，IP多播使得视频流的源能够发送单个拷贝，该单个拷贝被多播群组中包括的一组选定主机所接收。
现在将参考图3和4提供对实施例的操作的更详细描述。在下文中，假定用户使用VLAN 101上的主机(A)，该主机(A)耦合到DSLAM(A)上的用户端口(A)，该用户端口(A)耦合到第2层接入交换机(A)的VLAN干线端口(A)。用户选择具有处于所配置的多播地址范围内的第一多播MAC地址的第一视频流。在该示例中，多播VLAN被标记以VLAN id 2000。
当用户选择多播视频时，耦合到VLAN 101的主机(A)向第2层接入交换机(A)多播加入IGMP报告，以变为多播群组的接收者。如果这些IGMP报告的目的地是多播配置MAC地址之一，则第2层接入交换机CPU是这些报告的唯一目的地。转发引擎不转发IGMP控制分组。
图4示出了可用于执行本发明实施例的软件的第2层接入交换机的转发和控制子系统的高层系统框图。子系统40包括ASIC转发引擎42、CPU44、转发表46和存储器48，该存储器48可用于存储和检索包含实现本发明的一些方面的计算机代码的软件程序、用于本发明的数据等等。示例性的计算机可读存储介质包括CD-ROM、软盘、磁带、闪存、系统存储器和硬盘驱动器。另外，包含在载波中的数据信号可以是计算机可读存储介质。
CPU 44利用VLAN id 2000来标记来自主机(A)的加入，使得看起来好像加入是来自作为多播VLAN的一部分的环端口一样，从而只有一个数据流拷贝通过环传输。然后，CPU将干线端口1，VLAN 101添加到其在内容可寻址存储器(CAM)中的地址表，作为视频流1的多播分组的目的地。
CPU 44随后对转发引擎进行编程，以利用VLAN id 101对多播VLAN上视频流1中的每个接收到的多播分组进行标记，并且分组被从环端口交换到第一VLAN干线端口。如上所述，在该实施例中，干线端口1被配置为VLAN干线端口，以使得接收到的第一视频流分组将会以VLANid 101被转发到DSLAM(A)。DSLAM(A)随后将对VLAN id 101作出响应，以将多播视频分组转发到VLAN 101，多播视频分组将在该处被主机(A)接收。
当用户关闭视频流1时，主机(A)将发送离开消息，该离开消息在第2层接入交换机(A)的CPU 44处被接收。如果VLAN 101上没有其他主机处于视频流1的多播群组中，则第2层交换机将会删除作为第一视频流的目的地地址的干线端口1，VLAN 101，并且将标记有VLAN id 2000的离开消息发送到第3层设备，以指示出它不再需要接收视频流1分组。
已经参考优选实施例描述了本发明。本领域的技术人员现在将清楚替换和替代。例如，已经在DSL网络的上下文中描述了实施例。但是，第2层接入交换机的干线端口可连接到具有被配置为优化资源使用的多个VLAN的用户建筑。另外，虽然已经描述了多播视频流，但是本领域的技术人员将会知道，所描述的技术可应用到任何类型的多播数据。因此，除非所附权利要求有规定，否则不希望限制本发明。

Claims (4)

1.一种在包括耦合成环状拓扑的第3层设备和多个第2层接入交换机的基于以太网环的服务提供商网络中用于多播流量分发的方法，其中每个第2层接入交换机具有至少两个耦合到以太网主干线路的环端口并且具有多个非环端口，该方法包括：
将第一第2层接入交换机的第一和第二环端口配置为多播VLAN的一部分，该多播VLAN包括所述第2层接入交换机和所述第3层设备上的环端口，其中所述多播VLAN是由第一多播地址标识的多播数据流动经过的唯一VLAN；
将所述第一第2层接入交换机的第一非环端口配置为用于在多个VLAN之间传输流量的第一以太网VLAN干线端口，其中不同的VLAN由不同的VLAN id标签来标识，并且所述第一第2层接入交换机的第一非环端口通过以太网干线耦合到第一和第二VLAN中各自包括的第一和第二主机；
在所述第一第2层接入交换机的第一以太网VLAN干线端口处接收来自所述第一主机的第一多播加入消息，该第一多播加入消息指示所述第一多播地址并且包含包括所述第一主机的第一VLAN的第一VLAN id标签；
在所述第一第2层接入交换机处截取所述多播加入消息以使得它不被转发；
响应于所述第一多播加入消息而创建修改后的第一多播加入消息，该修改后的第一多播加入消息指示出所述多播VLAN中包括的所述第一第2层接入交换机的环端口希望加入接收由所述第一多播地址指示的多播分组的第一多播群组；
将所述修改后的第一多播加入消息转发到所述第3层设备；以及
将在所述多播VLAN上多播的多播分组转发到所述第一以太网VLAN干线端口，并且利用所述第一VLAN id标签来标记转发的多播分组。
2.如权利要求1所述的方法，其中转发所述多播分组并且标记转发的多播分组的步骤还包括：
将所述第一以太网VLAN干线端口和所述第一VLAN id标签添加到所述第一第2层接入交换机的地址表，以作为接收到的多播分组的目的地。
3.一种在包括耦合成环状拓扑的第3层设备和多个第2层接入交换机的基于以太网环的服务提供商网络中用于多播流量分发的系统，其中每个第2层接入交换机具有至少两个耦合到以太网主干线路的环端口并且具有多个非环端口，该系统包括：
用于将第一第2层接入交换机的第一和第二环端口配置为多播VLAN的一部分的装置，该多播VLAN包括所述第2层接入交换机和所述第3层设备上的环端口，其中所述多播VLAN是由第一多播地址标识的多播数据流动经过的唯一VLAN；
用于将所述第一第2层接入交换机的第一非环端口配置为用于在多个VLAN之间传输流量的第一以太网VLAN干线端口的装置，其中不同的VLAN由不同的VLAN id标签来标识，并且所述第一第2层接入交换机的第一非环端口通过以太网干线耦合到第一和第二VLAN中各自包括的第一和第二主机；
用于在所述第一第2层接入交换机的第一以太网VLAN干线端口处接收来自所述第一主机的第一多播加入消息的装置，该第一多播加入消息指示所述第一多播地址并且包含包括所述第一主机的第一VLAN的第一VLAN id标签；
用于在所述第一第2层接入交换机处截取所述多播加入消息以使得它不被转发的装置；
用于响应于所述第一多播加入消息而创建修改后的第一多播加入消息的装置，该修改后的第一多播加入消息指示出所述多播VLAN中包括的所述第一第2层接入交换机的环端口希望加入接收由所述第一多播地址指示的多播分组的第一多播群组；
用于将所述修改后的第一多播加入消息转发到所述第3层设备的装置；以及
用于将在所述多播VLAN上多播的多播分组转发到所述第一以太网VLAN干线端口，并且利用所述第一VLAN id标签来标记转发的多播分组的装置。
4.如权利要求3所述的系统，其中用于转发所述多播分组并且标记转发的多播分组的装置还包括：
用于将第一以太网VLAN干线端口和所述第一VLAN id标签添加到所述第一第2层接入交换机的地址表以作为接收到的多播分组的目的地的装置。
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