CN101286990A

CN101286990A - 二层组播的转发方法和装置

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Publication number: CN101286990A
Application number: CNA2008101082380A
Authority: CN
Inventors: 王鸾
Original assignee: ZTE Corp
Current assignee: ZTE Corp
Priority date: 2008-05-27
Filing date: 2008-05-27
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2028-05-27
Also published as: CN101286990B

Abstract

本发明公开了二层组播的转发方法和装置，其中，二层组播的转发方法包括：当组播成员请求加入组时，建立组播成员关系表，其中，组播成员关系表中包媒体接入控制地址即MAC、虚拟局域网地址即VLAN ID、以及用于标识组播组的组地址；交换机根据组播成员关系表中的MAC、VLAN ID、以及组地址，检索匹配的组播成员，并将组播数据流转发给检索到的组播成员。本发明提高了对于组播数据报文在局域网中洪泛的控制和保护。

Description

二层组播的转发方法和装置

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种二层组播的转发方法和装置。

背景技术

因特网组管理协议(Internet Group Management Protocol，简称为IGMP)发展到目前已经有三个协议标准，分别为IGMPv1、IGMPv2和IGMPv3。在下文中将主要以IGMPv2类型为主介绍。

IGMP负责所连网络组成员关系的收集和维护，IGMP作为基本的信令机制，用于通知子网中的路由器某个主机希望成为某个组播组的成员，在主机和组播路由器之间建立并维护这些组成员关系。

当一个组播主机成员希望加入指定的组播组并且期望接收组播流量时，其发送IGMP消息以通知本地的组播路由器。组播路由器获得主机的信息，然后维护一张组播组成员关系表，该组播成员关系表用于表示哪些端口属于这个组播组。

对于交换机(Switch)而言，其接收到从路由器下发的数据流，在没有组播组成员关系表时，会向虚拟局域网(Virtual Local AreaNetwork，简称为VLAN)转发，直接在VLAN内洪泛。

为了有效地控制组播流量在VLAN内洪泛，引入了IGMPSnooping组播窃听技术。IGMP Snooping是交换机二层功能的一种特性，可以限制组播流量的转发，IGMP协议运行在网络层，而IGMPSnooping运行在链路层。

IGMP Snooping对主机和路由器之间的IGMP协议通信进行监听，使交换机在转发组播数据包时，属于组播成员关系表的端口可以得到组播数据流。这样，组播包只会按照组播成员关系表转发到这些成员端口，而不是所有端口，从而限制交换机上组播包洪泛，避免不必要的网络带宽浪费，提高交换机的转发效率。

组播使用的地址有两种：IP组播地址和Ethernet组播地址。由于所有IP数据包都封装在Ethernet帧中，所以需要一个组播Ethernet地址来标识。

图1是根据相关技术的IP组播映射为媒体接入控制(MediaAccess Control，简称为MAC)组播地址的示意图。如图1所示，对于以太网，IP组播帧都使用以0x01.00.5E.xx.xx.xx的24位前缀开始的MAC层地址，但是这些MAC地址只有一半可以被IP组播使用，因此，剩下的MAC地址空间的23位作为第3层IP组播地址进入第2层MAC地址的映射使用。因为所有的第3层IP组播地址必须把32位的前4位设为0x1110，剩下28位作为有意义的IP组播地址信息。这28位必须映射为可用的只有23位的MAC地址。因此，在映射过程中丢失了5位地址信息，当第3层IP地址映射为第2层IEEE MAC地址时导致了2⁵＝32个地址不明确的IP地址和1个MAC地址相对应。这意味着每一个IEEE IP组播MAC地址都能表示32个IP组播地址。然而这种32:1的对应关系在某些应用中就很可能出现一些问题。

例如，希望接收到组224.1.1.1信息的主机会对路由器发送一个IGMPv2的成员报告信息，路由器形成一个组播成员关系表，包括MAC、VLAN和用户端口信息，然而，相同的组播MAC地址也被用于其他31个IP组播组。如果其他31个组里面任意一个在VLAN内活动，则无论何时，只要主机接收到任何一个其他组播组的帧，主机中央处理器(Central Processing Unit，简称为CPU)就将接收到一个中断。CPU必须考察每个收到帧的IP部分以确定是否是组224.1.1.1。如果这种虚假的流量足够大，就有可能对主机CPU的可用性产生影响。这种32:1方式的不唯一性也会带来其他问题，比如：仅仅基于组播MAC地址的情况下，想要抑制局域网交换的组播扩散时就会有问题。

下面以IGMP v2为主，结合一个基本实例，说明基于MAC的情况下，同一VLAN中具有相同目的MAC地址但是有不同目的组IP地址的组播数据流同时到达不同组各自的私有用户的问题，图2是根据相关技术的组网结构的示意图，如图2所示，搭建一个简单环境：上游为IGMP Router，中间设备为以太网交换机，用户端为主机。主机1和2在同一个网段，与交换机相连的端口分别为a和b，端口c将上游流量引下来，端口a、b、c都属于VLAN100。

首先，监听IGMP主机加入。具体地，当二层设备收到主机和路由器之间传递的IGMP报文时，IGMP Snooping分析其携带的信息，形成一张组播成员关系表，从路由器下发的组播数据报文根据该组播成员关系表进行转发。

具体实现步骤为：主机1期望接收组224.1.1.1的组播数据流，主机2期望接收组225.1.1.1的组播数据流。那么，首先，主机1和主机2都会发送IGMP report报文到Switch，此时，IGMP Snooping会监听到主机1发送了组224.1.1.1的组加入消息，VLAN100，端口号为a，IP会被转化为MAC，所以，形成组播成员关系表(MAC为01005e010101，VLAN100，端口位图上标明出口为a)，主机2发送了225.1.1.1的组加入消息，VLAN100，端口号为b。

由于生成新成员关系表时会先检测转发表中是否有(MAC为01005e010101，VLAN为100)的成员关系表项存在，如果没有，则重新创建新的成员关系表，如果有，则将出口添加到对应成员关系表的端口位图中。因为主机2的加入动作属于后者，因此端口b被添加到(MAC为01005e010101，VLAN为100)条目的出口位图中。

之后，组播用户接收流量。

具体实现步骤为：从端口c将VLAN100，组为224.1.1.1和225.1.1.1的组播数据流引入Switch。

当流量到达本Switch后，查找相应的组播成员关系表，由于2层组播转发最终是按照MAC+VLAN ID转发，因此，匹配到具体组播成员关系表(MAC为01005e010101，VLAN为100，出口位图中的端口为a和b)。所以，端口a和b均可以接收224.1.1.1和225.1.1.1这两个组的流量。然而实际上，a端口其实只想接收224.1.1.1的流，但是，它也接收到了225.1.1.1的流，同样，b端口也接收到了它本不想接收的224.1.1.1的流。

可以看出：在2层转发中，由于32个IP映射为一个MAC的这种情况存在，只要有用户成功加入到了一个IP组里面，那么，就可以接收其余31个组的数据流。因此，在实际应用中，基于MAC+VLAN ID的转发会导致主机收到很多不必要接收的数据流，占有不必要的带宽。

发明内容

本发明旨在提供一种二层组播的转发方法和装置，以解决基于MAC+VLAN ID的转发会导致主机收到很多不必要接收的数据流的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种二层组播的转发方法。

在根据本发明实施例的二层组播的转发方法中，二层组播的转发方法包括：当组播成员请求加入组时，建立组播成员关系表，其中，组播成员关系表中包括媒体接入控制地址即MAC、虚拟局域网地址即VLAN ID、以及用于标识组播组的组地址；交换机根据组播成员关系表中的MAC、VLAN ID、以及组地址，检索匹配的组播成员，并将组播数据流转发给检索到的组播成员。

优选地，上述二层组播的转发方法进一步包括：当后续有新的组播成员请求加入组时，检索是否存在与新的组播成员请求的MAC、VLAN ID、组地址相匹配的组播成员关系表；在检索到匹配的组播成员关系表的情况下，在检索到的匹配的组播成员关系表的位图中添加新的组播组成员的端口位图；在检索不到匹配的组播成员关系表的情况下，根据MAC、VLAN ID、请求加入的组的组地址新建组播成员关系表，并添加新的组播组成员端口位图。

优选地，上述二层组播的转发方法进一步包括：在组播成员离开组时，通过检索组播成员关系表，判断组内是否还有其他成员；在判断结果为是的情况下，则将组播成员的端口位图从组播成员关系表中删除；在判断结果为否的情况下，则删除组播成员对应的组播成员关系表。

根据本发明的另一方面，提供了一种二层组播的转发装置。

在根据本发明实施例的二层组播的转发装置中，二层组播的转发装置包括：关系表维护模块，用于当组播成员请求加入组时，建立组播成员关系表，其中，组播成员关系表中包括MAC、VLAN ID、以及用于标识组播组的组地址；检索模块，用于根据组播成员关系表中的MAC、VLAN ID、以及组地址检索匹配的组播成员；转发模块，用于将组播数据流转发给检索模块检索到的组播成员。

优选地，在上述二层组播的转发装置中，检索模块还用于当后续有新的组播成员请求加入组时，检索是否存在与新的组播成员请求的MAC、VLAN ID、组地址相匹配的组播成员关系表；其中，关系表维护模块还用于在检索模块检索到匹配的组播成员关系表的情况下，在匹配的组播成员关系表的位图中添加新的组播成员的端口位图；在检索模块检索不到匹配的组播成员关系表的情况下，根据MAC、VLAN ID、请求加入的组的组地址新建组播成员关系表，并添加所述新的组播组成员的端口位图。

优选地，上述二层组播的转发装置进一步包括：判断模块，用于在组播成员离开组时，通过检索模块检索组播成员关系表，判断组内是否还有其他成员；其中，关系表维护模块还用于在判断模块的判断结果为是的情况下，将组播成员的端口位图从组播成员关系表中删除，以及，在判断模块的判断结果为否的情况下，关系表维护模块删除组播成员对应的组播成员关系表。

在以上实施例中，通过在组播报文中增加Group ID匹配字段，相比于现有技术，避免了同一VLAN中具有相同目的MAC地址，但是有不同目的组IP地址的组播数据流同时到达不同组的用户而导致用户接收到很多不需要的组播流量的问题，达到了减少网络带宽和负荷的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的IP组播映射为MAC组播地址的示意图；

图2是根据相关技术的组网结构的示意图；

图3是根据本发明实施例的二层组播的转发方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的二层组播的转发装置的方框图；

图5是根据本发明实施例的二层组播的转发装置的结构实例的方框图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。在现有技术中，IGMP Snooping以及IGMP Snooping中有控制VLAN内洪泛的技术，比如：访问控制列表(Access Control List，简称为ACL)，可以控制非法组播报文和干扰性组播报文在VLAN内扩散，建立组播成员关系表功能，可以控制没有用户存在时，组播流在VLAN内扩散。然而，还有一种扩散，是由于32位IP映射为一个MAC，而二层流量转发检索不够准确引起特定情况下流量扩散。为了解决这一问题，本发明的实施例采用的方法在二层转发流量时，检索可以更准确。在转发表中添加属性“Group ID”，以“MAC+VLAN ID+Group ID”建立维护转发表，查找更准确的转发表出端口。

方法实施例

根据本发明的实施例，提供了一种二层组播的转发方法。需要说明的是，该方法优选地适用于局域网内的二层组播转发，适用相关模块为IGMP Snooping组播窃听技术，此外，也同样适用于IPV6的MLD Snooping组播窃听技术。

图3是根据本发明实施例的二层组播的转发方法的流程图，如图3所示，根据本发明实施例的二层组播的转发方法包括：

步骤S302，当组播成员请求加入组时，建立组播成员关系表，其中，组播成员关系表中包括MAC、VLAN ID、以及用于标识组播组的组地址(Group ID)；

步骤S304，交换机根据组播成员关系表中的MAC、VLAN ID、以及Group ID检索匹配的组播成员，并将组播数据流转发给检索到的组播成员。

以上实施例在二层组播成员关系表中添加了“Group ID”属性，通过在转发表中增加上述检索属性，在进行流量转发时，可以更精确地下发到所请求的用户端口上，而不会干扰其他用户流量接收。

当后续有新的组播成员请求加入组时，可以进行如下操作：

检索是否存在与新的组播成员的“MAC+VLAN ID+Group ID”相匹配的组播成员关系表；在检索到匹配的组播成员关系表的情况下，在检索到的匹配的组播成员关系表的位图中添加新的组播成员的端口位图；在检索不到匹配的组播成员关系表的情况下，根据“MAC+VLAN ID+Group ID”新建组播成员关系表，并添加新的组播组成员的端口位图。

这样，相同VLAN、相同MAC、不同组IP的用户加入后，可以将Group ID写成相应的组ID，检索按照“MAC+VLAN ID+Group ID”检索查找转发表，形成自己独立的成员关系表，而不是公用一条成员关系表项转发，方便各自维护自己的成员关系表项，增强独立性。

另一方面，在组播成员离开组时，例如，发送IGMP Leave报文，可以进行如下处理：

通过检索组播成员关系表，判断组内是否还有其他成员；在判断模块的判断结果为是的情况下，将组播成员的端口位图从组播成员关系表中删除，以及，在判断结果为否的情况下，删除组播成员对应的组播成员关系表。

该处理避免现有技术因为只能通过“MAC+VLAN ID”匹配不精确，而删除这类成员关系表项时，导致相同VLAN内其他31条组的用户流量查找不到成员关系表项，从而可以防止用户离开时，另一个相同MAC不同IP组的用户接收不到流量。

通过上面的描述可以看出，通过本发明，无需像目前采用的技术那样避开相同MAC不同IP组地址添加用户的应用，并且能够有效地控制二层组播流量转发，防止同一VLAN内具有相同MAC地址不同IP组地址的组播流量到达多余的主机，从而可以防止组播流量扩散到彼此成员用户。此外，通过本发明，还可以节约利用组播地址，增强地址利用密度和利用率。

基于以上描述，以下进一步结合实例来描述本发明的实施例，如下：

处理1：窃听IGMP主机加入

具体实现步骤为：当主机用户1发送VLAN 100的IGMP Report报文到交换机端口a，请求加入到组224.1.1.1时，形成组播成员关系表(MAC：01.00.5e.01.01.01，VLAN ID 100，Group ID：224.1.1.1，端口：a)；当主机用户2发送VLAN 100的IGMP Report报文到交换机端口b，请求加入到组225.1.1.1时，形成组播成员关系表(MAC：01.00.5e.01.01.01，VLAN ID 100，Group ID：225.1.1.1，端口：b)。

处理2：从端口c引入VLAN 100，224.1.1.1和225.1.1.1的组播流

具体实现步骤为：当组地址为224.1.1.1和组地址为225.1.1.1的数据流量从同VLAN的c端口下发，会以“MAC ID+VLAN ID+Group ID”为检索属性查找组播成员关系表，则查表后会找到224.1.1.1的流量出口只有a，225.1.1.1的流量出口只有b。

处理3：主机1请求离开组224.1.1.1

具体实现步骤为：当主机1发送IGMP Leave报文向交换机请求离开组224.1.1.1时，首先IGMP Snooping检查224.1.1.1下是否还有其他用户：

(1)当224.1.1.1下有其他用户存在时，根据“MAC ID+VLANID+Group ID”查找到VLAN 100，组224.1.1.1的转发表条目，在Snooping确定主机确实要求离开后，将转发表中端口a删除，主机1随后不再接收224.1.1.1的组播流量；

(2)当224.1.1.1下没有其他用户时，Snooping发起删除224.1.1.1整个转发条目的操作，224.1.1.1VLAN 100的转发表被删除，主机1不再接收224.1.1.1的流量。

由上述实施例可以看出：通过增添检索转发表属性“Group ID”的方法，可以有效控制相同VLAN内，由于32个IP映射为1个MAC在特定情况下带来的组播流量在VLAN内洪泛的现象。

装置实施例

根据本发明的实施例，提供了一种二层组播的转发装置。图4是根据本发明实施例的二层组播的转发装置的方框图，如图4所示，二层组播的转发装置包括：

关系表维护模块42，用于当组播成员请求加入组时，建立组播成员关系表，其中，组播成员关系表中包括MAC、VLAN ID、以及用于标识组播组的Group ID；

检索模块44，连接至关系表维护模块，用于根据组播成员关系表中的MAC、VLAN ID、以及Group ID检索匹配的组播成员；

转发模块46，连接至检索模块，用于将组播数据流转发给检索到的组播成员。

在根据本发明的一个优选实施例中，如图5所示，在上述二层组播的转发装置中，当后续有新的组播成员请求加入组时，检索模块44检索是否存在与新的组播成员请求的MAC、VLAN ID、GroupID相匹配的组播成员关系表。

这样，检索模块44检索是否存在与新的组播成员的“MAC+VLAN ID+Group ID”相匹配的组播成员关系表；在检索到匹配的组播成员关系表的情况下，关系表维护模块在检索到的组播成员关系表中添加新组播成员端口位图；在检索不到匹配的组播成员关系表的情况下，根据“MAC+VLAN ID+Group ID”新建组播成员关系表，并添加所述新的组播组成员的端口位图。该操作可以减少查找转发表时间，形成自己独立的成员关系表，而不是公用一条成员关系表项转发，方便各自维护自己的成员关系表项，增强独立性。

如图5所示，上述二层组播的转发装置还可以进一步包括：判断模块52，用于在组播成员离开组时，通过检索模块检索组播成员关系表，判断组内是否还有其他成员。

这样，在判断模块的判断结果为是的情况下，关系表维护模块将组播成员的端口位图从组播成员关系表中删除，以及，在判断模块的判断结果为否的情况下，关系表维护模块删除组播成员对应的组播成员关系表。该操作可以防止用户离开时，另一个相同MAC相同VLAN、不同IP组的用户接收不到流量。

其中，上述的判断模块52可以连接至关系表维护模块42。当然，上述的关系表维护模块42也可以分离设置为分别用于进行创建、添加、删除等操作的建立模块、添加模块、删除模块等，同样可以对组播成员关系表进行建立、添加、删除等各项维护操作，均在本发明的保护范围之内。

采用本发明的实施例后，在以太网组播业务的环境中，当同一VLAN内具有相同MAC不同IP组的用户请求加入时，各自建立自己的组播成员关系表，维护自身成员关系，避免组播流量小范围内扩散，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。

并且，在以上实施例中添加的Group ID，并不仅仅局限于是一个组播Group ID，任何可以和MAC+VLAN ID结合起来唯一表示一个组播组的信息都与本实施例中Group ID类似，都属本专利保护范围。此外，在该实施例中交换设备仅以三层交换机为例，本发明对于任何以太网交换机均适用。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种二层组播的转发方法，其特征在于，包括：

当组播成员请求加入组时，建立组播成员关系表，其中，所述组播成员关系表中包括媒体接入控制地址即MAC、虚拟局域网地址即VLAN ID、以及用于标识组播组的组地址；

交换机根据所述组播成员关系表中的所述MAC、VLANID、以及组地址检索匹配的组播成员，并将组播数据流转发给检索到的组播成员。

2.根据权利要求1所述的转发方法，其特征在于，进一步包括：

当后续有新的组播成员请求加入组时，检索是否存在与所述新的组播成员请求的MAC、VLAN ID、组地址相匹配的组播成员关系表；

在检索到匹配的组播成员关系表的情况下，在检索到的所述组播成员关系表的位图中添加所述新的组播成员的端口位图；

在检索不到匹配的组播成员关系表的情况下，根据所述MAC、所述VLAN ID、请求加入的所述组的组地址新建组播成员关系表，并添加所述新的组播组成员的端口位图。

3.根据权利要求1所述的转发方法，其特征在于，进一步包括：

在组播成员离开组时，通过检索组播成员关系表，判断所述组内是否还有其他成员；

在判断结果为是的情况下，则将所述组播成员的端口位图从所述组播成员关系表中删除；

在判断结果为否的情况下，删除所述组播成员对应的组播成员关系表。

4.一种二层组播的转发装置，其特征在于，包括：

关系表维护模块，用于当组播成员请求加入组时，建立组播成员关系表，其中，所述组播成员关系表中包括MAC、VLAN ID、以及用于标识组播组的组地址；

检索模块，用于根据所述组播成员关系表中的所述MAC、VLAN ID、以及组地址检索匹配的组播成员；

转发模块，用于将组播数据流转发给所述检索模块检索到的组播成员。

5.根据权利要求4所述的转发装置，其特征在于：

所述检索模块还用于当后续有新的组播成员请求加入组时，检索是否存在与所述新的组播成员请求的MAC、VLANID、组地址相匹配的组播成员关系表；

其中，所述关系表维护模块还用于在所述检索模块检索到匹配的组播成员关系表的情况下，在所述组播成员关系表的位图中添加所述新的组播成员的端口位图；在所述检索模块检索不到匹配的组播成员关系表的情况下，根据MAC、VLAN ID、请求加入的所述组的组地址新建组播成员关系表，并添加所述新的组播组成员的端口位图。

6.根据权利要求4所述的转发装置，其特征在于，进一步包括：

判断模块，用于在组播成员离开组时，通过所述检索模块检索组播成员关系表，判断组内是否还有其他成员；

其中，所述关系表维护模块还用于在所述判断模块的判断结果为是的情况下，将所述组播成员的端口位图从所述组播成员关系表中删除，以及，在所述判断模块的判断结果为否的情况下，删除所述组播成员对应的组播成员关系表。