CN101267396B

CN101267396B - 一种组播路由下游接口列表实现装置和方法

Info

Publication number: CN101267396B
Application number: CN2008101022074A
Authority: CN
Inventors: 郭伟
Original assignee: Beijing Star Net Ruijie Networks Co Ltd
Current assignee: Beijing Star Net Ruijie Networks Co Ltd
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2011-01-05
Anticipated expiration: 2028-03-19
Also published as: CN101267396A

Abstract

本发明是一种组播路由下游接口列表实现装置和方法。所述方法包括：从外部通路接受报文；对报文分别进行L2和L3修改；将报文在所述报文分别进行L2和L3复制后，将复制的报文拷贝发送到外部数据通路；所述将报文分别进行L2和L3复制进一步包括：判断报文的下游接口的类型后，基于判断结果确定报文复制方式。

Description

一种组播路由下游接口列表实现装置和方法

技术领域

本发明涉及三层交换机中的组播路由下游接口列表的实现装置及方法。所述方法通过利用交换机桥引擎(Bridge Engine)的VID(VLAN ID，虚拟局域网标识)组端口列表(VIDX Table)实现了组播路由下游接口为虚拟网络接口(SVI)时的容量性能提升。所述方法可以极大提升组播路由下游接口的SVI的容量，满足大型网络的需求。

背景技术

组播是一种数据包传输方式，组播通过把224.0.0.0-239.255.255.255的D类地址作为目的地址，有一台源主机发出目的地址是以上范围组播地址的报文，在网络中，如果有其他主机对于这个组的报文有兴趣的，可以申请加入这个组，并可以接受这个组，而其他不是这个组的成员是无法接受到这个组的报文的。

图1是单播实现多用户点播的方案。图2是组播实现多用户点播的方案。为了让网络中的多个主机可以同时接受到相同的报文，如果采用单播的方式，那么源主机必须不停的产生多个相同的报文来进行发送，对于一些对时延很敏感的数据，在源主机要产生多个相同的数据报文后，再产生第二个数据报文，这通常是无法容忍的。而且对于一台主机来说，同时不停的产生一个报文来说也是一个很大的负担。如果采用组播的方式，源主机可以只需要发送一个报文就可以到达每个需要接受的主机上，这中间还要取决于路由器对组员和组关系的维护和选择。当有多台主机同时成为一个数据包的接受者时，出于对带宽和CPU负担的考虑，组播成为了一种最佳选择。

三层交换机的功能可简单分为二层转发和三层转发，二层转发依据目的MAC地址查表决定报文转发出口及其它控制信息，三层转发是根据目的IP地址查表得出转发出口及其它控制信息，参与三层转发的接口实体为路由口与SVI。其中，路由口是参与三层转发的逻辑网络接口，一个路由口由一个的逻辑端口构成，路由口对应的逻辑端口不能够参与二层转发。对于路由器而言组播数据流输入的方向上的网络接口称为上游网络接口，流输出方向上的接口称为下游网络接口，一个组播数据流的下游网络接口通常有多个，这些下游网络接口构成组播数据流的下游网络接口列表。SVI(Switched Virtual Interface)是指虚拟网络接口，是参与三层转发的另一种逻辑网络接口，一个虚拟网络接口可以包含多个转发输出端口，这些转发输出端口之间能够进行二层转发，这些逻辑端口称为SVI的成员端口。

图3描述的三层交换机组播路由常规方案。是组播路由功能相关的硬件模型，在具体的硬件方案(产品)中图中的各模块可能由一个或多个的硬件器件实现。

1)报文收发逻辑单元：完成报文在外部数据通路(如网络线、无线等)的接收与发送。

2)报文处理逻辑单元：完成报文的数据修改，通常包括报文的二层数据域与三层域数据的修改。

3)L2处理逻辑单元：根据报文的二层属性决定报文的转发策略以及报文数据域的修改。

4)L3处理逻辑单元：根据报文的三层属性决定报文的转发策略以及报文数据域的修改。

5)报文复制逻辑单元：完成需要发送到多个报文收发逻辑单元的报文复制工作，报文的复制能力受相应的复制表项的限制。

6)L2复制逻辑单元：根据二层的转发目的逻辑端口数复制报文。

7)L3复制逻辑单元：根据三层的转发目的网络接口产生多份的报文数据拷贝。

如图3中的报文序号所示，当报文收发处理逻辑单元完成报文接收后，将报文通过数据通路送到报文处理逻辑单元中的L2处理逻辑单元，报文在此逻辑单元完成二层逻辑处理，IP组播报文在完成L2处理后将送到L3处理逻辑单元进行IP组播的路由处理逻辑，在完成L3处理后将产生IP组播报文的三层逻辑目的组信息，随后IP组播报文将送到报文复制逻辑单元中的L3复制逻辑单元，L3复制逻辑单元根据L3处理单元的三层逻辑目的组信息进行报文的复制，从而产生与目的输出端口相应数目的报文拷贝，报文最终由报文收发逻辑单元完成报文的发送。

组播路由的下游转发网络接口列表也称为组播复制表，通常是通过链表方式组织的，在此表项中只需要保存接口状态为活跃(linked)的网络接口，组播复制表也称为活跃组播链表(Multicast Linked List，缩写为MLL)，每条MLL由一个MLL ID唯一标识，MLL ID就是图4中的组播复制表索引。

图4中详细描述了组播路由过程的数据流处理过程，首先报文接收处理完成对链路中的IP组播数据接收并将数据组成完整的IP组播报文，IP组播报文随后进入二层组播的处理逻辑，产生报文二层转发的目的端口信息，对于IP组播报文此时还要进行路由处理，因此报文被送到三层的组播路由过程。

三层组播路由的第一步是组播报文的前缀(目的IP地址)查找，L3处理逻辑单元根据IP组播的前缀，在前缀表中索引出此IP组播对应的路由表索引并将报文以及路由索引送到路由表查找过程，L3处理逻辑单元根据索引信息在路由表中查找此IP组播对应的组播复制表索引，此时L3处理逻辑单元完成路由的查找过程，接下来报文将送到组播复制处理。

组播复制逻辑单元通过复制表索引查找组播复制表，输出组播复制的目的端口信息，并根据目的端口信息产生与目的端口相同数目的组播流数据，将组播流数据送到报文发送过程，由报文发送过程将报文转换为链路数据，最终完成IP组播的路由过程。

图5是常规方案的组播复制表使用方案。如图5所示每条MLL由多个MLL节点构成，一个MLL节点标识需要产生一份组播报文送到节点所标识的逻辑端口，因此需要通过三层逻辑完成组播数据报文的复制就需要将SVI展开为其成员逻辑端口，即SVI的每个成员逻辑端口都需要占用一个MLL节点，每个MLL节点中标识了复制产生的报文的对应输出为物理端口或VIDX组。

如图5所示，组播流224.1.1.1有5个组播下游网络出口，分别为路由口1、2、3与SVI1、2，SVI1有两个成员端口，SVI2有一个成员端口。组播流通过路由处理需要产生6份报文分别从6个不同的端口输出(packet1.1～packet1.6)，因此组播流224.1.1.1的组播复制MLL链表需要占用6个MLL节点，报文1.1~1.6最终根据MLL中的标识的物理端口进行输出。

交换机的报文复制逻辑单元除了提供三层复制逻辑还提供了二层复制逻辑，用于产生报文的多份拷贝。与三层复制不同的是二层复制不会修改报文的二层信息，这种二层复制机制这里称为VIDX(即以VLAN报文复制类似的二层组播复制机制)。

VIDX的处理逻辑见图6，当报文在二层处理逻辑单元中命中时，取得对应的输出端口列表为VIDX的M单元，报文将根据VIDX的M中的物理端口掩码表所标识的端口进行报文复制，从而实现单报文在多个物理端口二层转发。

在多播数据报文需要进行二层复制，其目的端口为端口1，4，10，16，19，一共5个端口，此时可以在二层处理逻辑单元(MAC地址表)中配置报文的二层复制采用索引号为M的VIDX单元进行复制。二层复制逻辑单元对于此报文将通过查找索引号为M的VIDX单元，根据单元中的中标识的端口信息产生相应的报文送到对应的目的端口(图5中是以端口位表的形式组织端口列表)。VIDX的报文复制机制广泛应用于实现IGMP Snooping功能，IGMP Snooping是一种组播二层点播技术，这些过程都是为大家都共识的，所以对其不进行详细描述。

组播数据流为三层协议报文，组播路由后的报文由复制逻辑单元中的L3复制逻辑完成，由于受限于L3中的组播复制表项(MLL节点)数目，因此组播路由报文在输出时产生的报文拷贝有限，从而表现为组播数据的下游网络接口的限制。由于复制表项均是具体到逻辑端口的，因此对于组播下游出口为SVI这种多端口的网络接口的情况，需要把SVI的所有成员端口均配置到组播复制表中，一个SVI需要占用与之成员逻辑端口数目相当的复制表项个数，而在实际评估组播路由复制能力的指标中均是以下游网络接口容量为准的，因此在实际应用的SVI中的成员逻辑端口数是网络中组播路由的下游网络接口的瓶颈，这在很大程度上束缚了用户网络的组播数据流容量。

发明内容

由于组播路由的常规方案的需要把SVI的所有成员端口散列开来，配置到每个MLL节点上，对于拥用大量SVI的网络拓朴中，MLL列表资源就将被SVI的成员端口大量占用。本发明主要是为了解决在复杂网络中组播路由下游接口列表资源不足的问题。

本发明通过将三层的组播路由逻辑与SVI成员端口的二层转发逻辑相结合的方式，由三层组播逻辑完成组播路由选择以及路由口报文复制，对于下游接口为SVI的情况下由二层逻辑完成报文的复制。

本发明的目的是提供一种组播路由下游接口列表实现装置，所述装置包括：

至少一个报文收发逻辑单元，用于从外部数据通路接收报文和将报文发送到外部数据通路；

报文处理逻辑单元，包括L2处理逻辑单元和L3处理逻辑单元，用于对报文分别进行L2和L3修改；

报文复制逻辑单元，包括L2复制逻辑单元和L3复制逻辑单元，用于对报文分别进行L2和L3复制，由所述报文收发逻辑单元将复制的报文拷贝发送到外部数据通路；

其中，所述报文复制逻辑单元还包括一报文处理模块，用于判断报文的下游接口的类型，并基于判断结果确定报文复制方式。

进一步，所述判断结果为虚拟网络接口(SVI)时，在报文经过L3复制逻辑单元复制后将其送到L2复制逻辑单元进行复制，产生与虚拟网络接口成员逻辑端口数据相等的报文拷贝，由所述报文收发逻辑单元发送。

进一步，所述判断结果为路由口时，报文经过L3复制逻辑单元复制后，产生与目的输出端口数据相等的报文拷贝，由所述报文收发逻辑单元发送。

进一步，所述报文收发逻辑单元中至少包括一个连接到路由口的报文收发逻辑单元。

进一步，所述报文收发逻辑单元中至少包括一个连接到虚拟网络接口(SVI)的报文收发逻辑单元。

本发明的又一目的是提供一种组播路由下游接口列表实现方法，所述方法包括：

从外部数据通路接收报文；

对报文分别进行L2和L3修改；

将报文分别进行L2和L3复制后，将复制的报文拷贝发送到外部数据通路；

其中，所述将报文分别进行L2和L3复制进一步包括：判断报文的下游接口的类型，基于判断结果确定报文复制方式。

进一步，所述判断结果为虚拟网络接口(SVI)时，将报文经过L3和L2复制后，产生与虚拟网络接口成员逻辑端口数据相等的报文拷贝。

进一步，其特征在于，所述判断结果为路由口时，将报文经过L3复制后，产生与目的输出端口数据相等的报文拷贝。

本发明的又一目的是提供一种交换机，所述交换机具备权利要求1～5中的任何一项所述的组播路由下游接口列表实现装置。

本发明所产生的有益效果：通过应用于三层交换机(特别是汇聚层交换)的组播路由下游接口列表实现装置及方法，实现了SVI之间的组播路由容量的大幅度提高，从而提高网络的组播性能，满足用户更多元的组播应用需求。

附图说明

图1是单播实现多用户点播的方案；

图2是组播实现多用户点播的方案；

图3是常规方案的组播路由模块方案；

图4是常规方案的组播路由数据流图；

图5是常规方案的组播复制表使用方案；

图6是二层组播复制机制原理；

图7是本发明的分阶段组播逻辑原理；

图8是本发明的组播路由模块方案；

图9是本发明的组播路由数据流图。

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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

在“背景技术”部分通过对路由后报文的特征分析后可知：图5中的packet1.3、packet1.4是向同一网络接口输出的，并且两个报文的数据内容完全一致，因此我们可以采用二层复制机制(VIDX)表进行复制产生这两份报文。

图7描述了本发明的组播下游网络接口方案的原理，当组播数据流需要进行复制时通过报文三层复制逻辑单元与二层复制逻辑单元完成所有数据流的复制工作。对于组播下游接口为SVI的情况，配置SVI的复制输出表为VIDX的单元M，此时三层复制逻辑单元为SVI产生一份完成了路由处理的组播数据流(packet1.3)，而交换机的桥引擎将packet1.3按VIDX单元M中所标识的目的端口产生相应数目的二层组播数据流packet1.3.1～1.3.6。

通过上述的方案，原本需要6个MLL表项的组播SVI下游接口现在只需要占用一个MLL表项，从而节余了更多的MLL表项用于三层组播路由复制。

图8是本发明的组播路由模块方案。如图8所示，本发明中使用了二层复逻辑单元对三层复制逻辑单元产生的报文进行再次复制，从而实现SVI的多报文输出。本发明在通用的组播路由过程中加入了组播数据中的二层复制处理，即在图8中添加了报文处理模块，报文在复制过程不但经过了三层复制逻辑单元还经过了二层复制逻辑单元。从本发明的数据流图可以看出，发明在原有的组播路由方案基础上加入组播L2复制逻辑单元，对需要向SVI输出的报文在L3复制后送到L2完成报文的最终复制产生与SVI成员逻辑端口数据相等的报文拷贝。

图9是本发明的组播路由数据流图。如图9中的所示的组播路由过程，在报文的三层复制过程索引完组播复制表后根据其标识的MLL进行复制，由于对于路由口MLL节点中标识输出的逻辑端口，对于SVI网络接口MLL节点中标识的是VIDX索引信息，因此在报文复制过程需要先后进入L3复制以及L2复制，由L3复制产生输出接口为路由口的报文复制以及输出接口为SVI的报文复制。输出接口为路由口(MLL节点中标识输出为物理端口)的报文直接送达报文发送流程发送，而输出接口为SVI(MLL节点标识输出为VIDX)的报文将送到L2复制逻辑完成组播报文的二层复制后送到报文流程发送。

组播的L2复制处理代替原来由M个MLL节点实现的报文复制，从而使SVI报文的复制对MLL资源的占用由M个减少为1个。由此可见，本发明通过应用于三层交换机(特别是汇聚层交换)的组播路由模块及方法，实现了SVI之间的组播路由容量的大幅度提高，并提高网络的组播性能，满足用户更多元的组播应用需求。

本发明的核心原理是将组播MLL最大容量等式由：

变为：

MLL消耗＝路由口数+SVI总数 (2)

两者差别在于：公式(2)销去了公式(1)中的MLL消耗与SVI成员口数的关系，从而最大程度地提高了MLL的利用率。在相同的SVI数与路由口数的情况下，公式(2)中的MLL消耗显然小于等于公式(1)中的MLL消耗。

因此，本发明通过利用交换机桥引擎(Bridge Engine)的VID组端口列表(VIDX Table)实现了组播路由下游接口为虚拟网络接口(SVI)时的容量性能提升。本方法可以极大地提升组播路由下游接口的SVI的容量，满足大型网络的需求。实验证明：使用本发明，对于有52个网络接口的三层交换机，组播数据流由从一个路由端口输入，在其余51个网络接口同在一个SVI网络接口下，在实际报文复制能力不变的前提下，组播MLL表项的占用数目从51个减少为1个，从而节余出50个组播复制表(MLL)用于添加另外50个网络接口，此方案将组播路由的下游网络接口容量提高51倍。同时，采用本方案的三层交换机将大幅度提高SVI成员端口点播数据流的成功率，只需SVI其中一个成员端口点播成功，其他成员端口必定成功。

上文中，已经描述了一种组播路由下游接口列表实现装置、方法及交换机。尽管本发明是参照特定实施例来描述的，但很明显，本领域熟练人员，在不偏移权利要求书所限定的发明范围和精神的情况下，还可以对这些实施例作各种修改和变更。因此，说明书和附图是描述性的，而不是限定性的。

Claims

1.一种组播路由下游接口列表实现装置，包括：

其特征在于，所述报文复制逻辑单元还包括一报文处理模块，用于判断报文的下游接口的类型，并基于判断结果确定报文复制方式；

所述判断结果为虚拟网络接口时，在报文经过L3复制逻辑单元复制后将其送到L2复制逻辑单元进行复制，产生与虚拟网络接口成员逻辑端口数据相等的报文拷贝，由所述报文收发逻辑单元发送；

所述判断结果为路由口时，报文经过L3复制逻辑单元复制后，产生与目的输出端口数据相等的报文拷贝，由所述报文收发逻辑单元发送。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述报文收发逻辑单元中至少包括一个连接到路由口的报文收发逻辑单元。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述报文收发逻辑单元中至少包括一个连接到虚拟网络接口的报文收发逻辑单元。

4.一种组播路由下游接口列表实现方法，包括：

从外部数据通路接收报文；

对报文分别进行L2和L3修改；

其特征在于，所述将报文分别进行L2和L3复制进一步包括：判断报文的下游接口的类型，基于判断结果确定报文复制方式；

所述判断结果为虚拟网络接口时，将报文经过L3和L2复制后，产生与虚拟网络接口成员逻辑端口数据相等的报文拷贝；

所述判断结果为路由口时，将报文经过L3复制后，产生与目的输出端口数据相等的报文拷贝。

5.一种交换机，其特征在于，其中具备权利要求1所述的组播路由下游接口列表实现装置；该实现装置包括：

所述报文复制逻辑单元还包括一报文处理模块，用于判断报文的下游接口的类型，并基于判断结果确定报文复制方式；

6.如权利要求5所述的交换机，其特征在于，所述报文收发逻辑单元中至少包括一个连接到路由口的报文收发逻辑单元。

7.如权利要求5所述的交换机，其特征在于，所述报文收发逻辑单元中至少包括一个连接到虚拟网络接口的报文收发逻辑单元。