CN101355509A - 一种节省分布式网络设备组播转发带宽的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节省分布式网络设备组播转发带宽的方法，分布式的网络设备进行组播数据转发时，所述网络设备的交换矩阵只将所述组播数据转发给属于相应组播组的子模块。本发明能够提高交换矩阵利用率，节省网络设备组播转发消耗的带宽。

Description

一种节省分布式网络设备组播转发带宽的方法

技术领域

本发明涉及组播转发软硬件资源管理领域，尤其涉及一种节省分布式网络设备组播转发带宽的方法。

背景技术

随着Internet的迅速普及和爆炸性发展，在Internet上产生了许多新的应用，其中不少是高带宽的多媒体应用，譬如网络视频会议、网络音频/视频广播、多媒体远程教育等。这就带来了带宽的急剧消耗和网络拥挤问题。为了缓解网络瓶颈，人们提出各种方案，其中一种是采用IP Multicast(组播、多播或多路广播)技术，它是一种能最大限度利用现有带宽的技术。比较而言，IP组播技术有其独特的优越性，在组播网络中，即使用户数量成倍增长，主干带宽不需要随之增加。IP组播是指在IP网络中将数据包以尽力传送(best-effort)的形式发送到网络中的某个确定节点子集，这个子集称为组播组(multicast group)。IP组播的基本思想是，源主机只发送一份数据，这份数据中的目的地址为组播组地址；组播组中的所有接收者都可接收到同样的数据拷贝，并且只有组播组内的主机(目标主机)可以接收该数据，网络中其它主机不能收到。

组播转发在一般在某个网络设备上是怎么实现的呢？要想接收到组播数据报文，首先必须要成为组播组内的一个主机。要想成为组播组内的一个主机，就需要向组播组发送igmpv2(Internet Group Management Protocol，因特网组管理协议)成员报告报文，即通常所说的加入报文，请求加入到某个组播组。当主机或者某个路由器对这个网络设备发了igmpv2成员报告报文之后，在这台网络设备的每个子模块上就会形成一张组播组和其成员端口的对应关系表，在本文中称其为组播成员关系表，组播数据报文到达各个子模块之后就会按照这个关系表进行转发，在分布式网络设备中组播数据有时要通过交换矩阵来实现各个子模块之间的数据转发。但是现有技术中，在交换矩阵的数据报文是直接在所有端口上洪泛到各个子模块的，这样就会导致一个问题，有些子模块上根本没有用户，但是组播数据报文还是会经过交换矩阵到那个模块，虽然这个报文会在那个子模块上被丢弃，但是交换矩阵到这个模块之间链路上的带宽是实实在在的被占用了，这样很可能会导致这个模块和交换矩阵之间的其他业务收到影响。

下面结合图1，描述一下现有技术中组播数据转发的流程，以及存在的一些不合理的地方：

组播数据包到达网络设备后，首先会去查找组播成员关系表。每种不同的组播数据流都会对应到不同的组播成员关系表。如图1所示，组播路由的源是gei_1/3(子模块1、端口3)，目的在gei_3/5(子模块3、端口5)和gei_4/6(子模块4、端口6)。当组播数据流到达子模块1端口3后，直接把报文送到交换矩阵上，由交换矩阵把报文分发到各个子模块。现有技术的处理方式是洪泛方式的，使得组播数据流会到达其他全部子模块。但是由于子模块2上没有该组播成员关系表的目的端口，所以到达子模块2上的数据流被丢弃了。而子模块3和子模块6上面都有该组播成员关系表的目的端口，数据流到达这两个模块后，报文就在这两个模块上被转发出去。

这样组播转发的问题是，子模块2上并不存在该组播成员关系表的目的端口，但是同样也收到了一份报文。在实际应用中，分布式的网络设备往往有很多的子模块，这样，当组播成员关系表条目不断增加时，交换矩阵和子模块之间的通路流量就会很大，浪费了网络带宽；如果组播数据流很大，可能会影响到网络设备的其他业务的正常运转，这显然是我们不愿意看到的。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是提出一种节省分布式网络设备组播转发带宽的方法，解决现有技术中由于交换矩阵的组播数据直接在所有端口上洪泛到各个子模块而导致浪费大量网络带宽的问题，提高交换矩阵利用率，节省网络设备组播转发消耗的带宽。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种节省分布式网络设备组播转发带宽的方法，分布式的网络设备进行组播数据转发时，所述网络设备的交换矩阵只将所述组播数据转发给属于相应组播组的子模块。

进一步地，所述交换矩阵存有转发规则表，所述规则表记录了组播组信息以及哪些子模块属于该组播组，当组播数据到达交换矩阵后，交换矩阵根据转发规则表，只将所述组播数据发送给属于相应组播组的子模块。

进一步地，所述方法包括如下步骤：

(1)子模块接收到组播源发送的组播数据，将该数据转发给交换矩阵；

(2)交换矩阵根据转发规则表将所述组播数据转发给属于相应组播组的子模块；

(3)步骤(2)中的子模块根据组播成员关系表将数据转发给最终的用户。

进一步地，所述转发规则表通过位图形式，记录组播组与子模块的对应关系。

进一步地，所述位图形式为：通过子模块的对应位为0或1来表示该子模块是否属于相应的组播组。

进一步地，所述转发规则表通过出接口列表记录组播组与子模块的对应关系。

进一步地，所述转发规则表中的组播组信息通过(S、G、V)形式表示。

进一步地，所述转发规则表中的组播组信息通过组播索引表示。

本发明提出，分布式的网络设备的交换矩阵进行组播数据转发时，只向目的模块转发，而不是直接发送到所有的子模块上，这样能够提高交换矩阵利用率，节省网络设备组播转发消耗的带宽。

附图说明

图1是现有技术中交换矩阵对组播数据转发的示意图；

图2是本发明实施例的组播数据转发流程图；

图3是本发明应用实例的交换矩阵对组播数据转发示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想是：分布式的网络设备进行组播数据转发时，交换矩阵只向目的子模块转发，而不是简单的洪泛到所有的子模块。这样就节省了大量的网络带宽。

下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。

在实际操作中，在交换矩阵上设置组播报文的转发规则，让到达交换矩阵的组播报文只向我们所期望到达的目的端口行进。

在本发明实施例中，在交换矩阵上存放有“转发规则表”，该规则表记录了组播组信息以及哪些子模块属于该组播组，当组播数据到达交换矩阵后，交换矩阵根据“转发规则表”，只将所述组播数据发送给属于相应组播组的子模块。

其中，所述“转发规则表”可以通过位图形式，记录组播组与子模块的对应关系。

所述位图形式为：通过子模块的对应位为0或1来表示该子模块是否属于相应的组播组。

如图2所示，本发明实施例的组播数据转发流程包括如下步骤：

步骤201，交换子模块接收到组播源发送的组播数据流，将该数据转发给交换矩阵；

步骤202，交换矩阵根据“转发规则表”中目的子模块位图选择并转发给出口子模块，所述出口子模块即目的子模块，为组播数据相应组播组的子模块；

步骤203，数据转发到子模块之后，再根据子模块上的组播成员关系表中出端口位图选择数据出口，将数据转发给最终的用户。

下面结合图3，以一具体应用实例进一步描述：

如图3中所示，分布式网络设备共有四个交换子模块1、2、3、4和一个交换矩阵。

按照组播转发的实现原理，要想接受到组播数据就必须先加入该组，子模块3上的端口5发加入报文，子模块3会在本模块建立一张组播成员关系表，并将端口位图写入本地组播成员关系表，同时在交换矩阵上设置一张全局的“转发规则表”，这张规则表记录了组播组和转发到各个子模块的位图，即共有哪些子模块是属于该组播组的。

在交换矩阵中维护的“转发规则表”的子模块位图信息只需要4bits，子模块3端口5加入了组播组，交换矩阵的“转发规则表”的表项如下：

组播组信息                      位图

(S、G、V)                       0100

(S、G、V)记录了每个组播组信息，其中S(Source)指组播源，G(Group)指组播组，V(vlan，即virtual lan)表示虚拟局域网，该信息是通过子模块和交换矩阵的信息交互传到交换矩阵上，规则表中的1表示子模块3是该组播路由的成员。在本应用实例中，转发规则表中位图表示方式如下：从最右边开始往左，分别表示子模块1，子模块2，子模块3，子模块4，对应位如果是0，表示适合这个转发规则的数据流不会去对应的子模块；如果对应位是1，则表示适合这个转发规则的数据流需要去对应的子模块。

同理，当子模块4端口6加入到组播组时，“转发规则表”变为：

组播组信息                      位图

(S、G、V)                       1100

表1交换矩阵转发规则表

组播组信息	位图
		(S1、G1、V1)	1100(图3中数据匹配此条)
(S2、G2、V4)	1010

如表1所示，就是图3中的交换矩阵上的一个转发规则。在组播转发时，当子模块1端口3的组播数据到达交换矩阵时，通过查找该组对应的“转发规则表”，得到该组对应的子模块转发位图1100，即子模块3和子模块4都是该组播组的成员，组播数据将会通过连接交换矩阵和子模块的通路流向子模块3和子模块4，当子模块3和子模块4收到组播数据流时就会查找本地的组播成员关系表，找到该组播组的具体端口，将组播数据发送出去。

现在的分布式网络设备中往往有很多交换子模块，以前的方式既占用了大量内部带宽也增加了交换矩阵和子模块的处理负荷，采用本发明之后的方法能节省大量内部网络带宽，同时也会大大提高交换矩阵的处理能力。

另外，上述转发规则表中的组播组信息不仅局限于(S、G、V)，任何能唯一表示一条组播数据流的信息均能构成组播组信息。例如有些网络设备是用一个组播索引表示一个组播组的，而且能唯一表示，这种情况也属于本专利保护范围。

上述转发规则表中的位图主要的目的是表示数据流要去向的具体子模块，不仅仅局限于这种位图表示，例如一些出接口列表也可以，但这也都属于本专利的保护范围。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1、一种节省分布式网络设备组播转发带宽的方法，其特征在于，分布式的网络设备进行组播数据转发时，所述网络设备的交换矩阵只将所述组播数据转发给属于相应组播组的子模块。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交换矩阵存有转发规则表，所述规则表记录了组播组信息以及哪些子模块属于该组播组，当组播数据到达交换矩阵后，交换矩阵根据转发规则表，只将所述组播数据发送给属于相应组播组的子模块。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)子模块接收到组播源发送的组播数据，将该数据转发给交换矩阵；

(2)交换矩阵根据转发规则表将所述组播数据转发给属于相应组播组的子模块；

(3)步骤(2)中的子模块根据组播成员关系表将数据转发给最终的用户。

4、如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述转发规则表通过位图形式，记录组播组与子模块的对应关系。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述位图形式为：通过子模块的对应位为0或1来表示该子模块是否属于相应的组播组。

6、如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述转发规则表通过出接口列表记录组播组与子模块的对应关系。

7、如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述转发规则表中的组播组信息通过(S、G、V)形式表示。

8、如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述转发规则表中的组播组信息通过组播索引表示。

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