CN101442564A - 组播数据转发的方法和nat设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组播数据转发的方法和NAT设备。该方法包括：NAT设备接收私网侧RP发送的MSDP协议消息，根据所述MSDP协议消息获取组播源的私网地址以及组播组地址；所述NAT设备根据地址转换关系，获取所述组播源的公网地址，并建立所述组播源的公网地址、私网地址以及组播组地址间的映射关系；所述NAT设备从公网侧的接口向公网侧RP发送注册报文，触发公网侧RP建立对应的组播组表项；所述NAT设备根据所述映射关系，对接收到的组播协议报文和组播数据进行转发。通过使用本发明，NAT设备代理私网的组播源向公网发送注册报文，并根据本地配置的映射关系转发组播协议报文和组播数据，实现了在存在NAT设备的网络中，私网组播流量能够穿越NAT设备到达公网，提高了网络的应用性。

Description

组播数据转发的方法和NAT设备

技术领域

本发明涉及网络技术领域，特别涉及一种组播数据穿越NAT设备到达公网的方法和对应的NAT设备。

背景技术

NAT(Network Address Translation，网络地址转换)是将IP(InternetProtocol，因特网协议)数据报文报头中的IP地址转换为另一个IP地址的过程。在实际应用中，NAT主要用于实现私有网络访问公共网络的功能。这种通过使用少量的公有IP地址代表较多的私有IP地址的方式，将有助于减缓可用IP地址空间的枯竭。NAT在当前的单播访问过程中尤其普遍。

由于私网地址对于公网而言不可见，因此当组播源位于私网时，NAT设备会将私网中组播源的地址屏蔽，在现有的技术应用中位于公网的组播接收设备无法知道位于私网中的组播源的地址。因此，对于使用PIM-SM(ProtocolIndependent Multicast-Sparse Mode，协议无关组播-稀疏模式)协议的网络，采用“拉”的机制传送组播数据，只有存在接收者的网段才会接收到组播数据流，其不能适用于NAT组网环境中，从而导致私网组播流量不能穿越NAT设备。因此当组播源位于私网内部时，位于公网上的点播者无法点播私网的组播流。

发明内容

本发明提供一种组播数据转发的方法和NAT设备，用于实现私网组播流量穿越NAT设备到达公网。

为达到上述目的，本发明提供一种组播数据转发的方法。包括：

NAT设备接收私网侧汇聚点RP发送的组播源发现协议MSDP协议消息，根据所述MSDP协议消息获取组播源的私网地址以及组播组地址；

所述NAT设备根据地址转换关系，获取所述组播源的公网地址，并建立所述组播源的公网地址、私网地址以及组播组地址间的映射关系；

所述NAT设备从公网侧的接口向公网侧RP发送注册报文，触发公网侧RP建立对应的组播组表项；

所述NAT设备根据所述映射关系，对接收到的组播协议报文和组播数据进行转发。

其中，所述NAT设备接收私网侧RP发送的MSDP协议消息前，还包括：

将所述NAT设备和私网侧RP配置为MSDP对等体关系；

所述私网侧RP接收到私网侧指定路由器DR发送的关于私网侧组播源的注册报文时，建立组播源的私网地址与组播组地址的表项；

所述私网侧RP向所述NAT设备发送MSDP协议消息，所述MSDP协议消息携带组播源的私网地址以及组播组地址。

其中，所述NAT设备根据所述映射关系，对接收到的组播协议报文进行转发，包括：

所述NAT设备接收到公网侧的组播协议报文时，判断所述组播协议报文是否为加入报文或剪枝报文；不是则根据组播协议处理所述报文并结束，是则继续；

判断加入报文或剪枝报文中携带的源地址列表中的源地址是否包括在NAT地址池中；

对于NAT地址池中不包括的源地址，根据所述源地址以及公网侧的路由表在公网侧转发所述加入报文或剪枝报文；

对于NAT地址池中包括的源地址，查找组播源的公网地址、私网地址以及组播组地址间的映射关系，将所述加入报文或剪枝报文中源地址和上游邻居地址替换为私网地址，并将替换处理后加入报文或剪枝报文向所述私网地址发送。

其中，所述NAT设备根据所述映射关系，对接收到的组播数据进行转发，包括：

所述NAT设备接收私网侧的组播数据时，根据所述组播数据的源地址、以及所述组播源的公网地址、私网地址以及组播组地址间的映射关系，将所述组播数据中的组播源的私网地址替换为组播源的公网地址；

所述NAT设备通过公网侧的接口将所述替换处理后的组播数据向公网侧发送。

其中，所述NAT设备接收私网侧RP发送的MSDP协议消息前，还包括：

将所述NAT设备在公网侧的接口配置为具有代理注册功能。

其中，所述私网侧和公网侧均运行PIM SM协议。

本发明还提供一种NAT设备，包括：

地址获取单元，用于接收私网侧RP发送的MSDP协议消息，根据所述MSDP协议消息获取组播源的私网地址以及组播组地址；

地址转换单元，用于根据地址转换关系，获取所述组播源的公网地址

映射关系获取单元，用于建立所述组播源的公网地址、私网地址以及组播组地址间的映射关系；

代理注册单元，用于从公网侧的接口向公网侧RP发送注册报文，触发公网侧RP建立对应的组播组表项；

协议报文转发单元，用于根据所述映射关系，对接收到的组播协议报文进行转发；

组播数据转发单元，用于根据所述映射关系，对接收到的组播数据进行转发。

其中，所述NAT设备还包括：

MSDP配置单元，用于配置所述NAT设备和私网侧RP为MSDP对等体关系；使得所述私网侧RP接收到私网侧DR发送的关于私网侧组播源的注册报文时，向所述NAT设备发送MSDP协议消息，所述MSDP协议消息携带组播源的私网地址以及组播组地址。

其中，所述协议报文转发单元包括：

报文类型判断子单元，用于所述NAT设备接收到公网侧的组播协议报文时，判断所述组播协议报文是否为加入报文或剪枝报文；不是则根据组播协议处理所述报文并结束，是则继续；

源地址判断子单元，用于判断加入报文或剪枝报文中携带的源地址列表中的源地址是否包括在NAT地址池中；

第一转发子单元，用于对于NAT地址池中不包括的源地址，根据所述源地址以及公网侧的路由表在公网侧转发所述加入报文或剪枝报文；

第二转发子单元，用于对于NAT地址池中包括的源地址，查找组播源的公网地址、私网地址以及组播组地址间的映射关系，将所述加入报文或剪枝报文中源地址和上游邻居地址替换为私网地址，并将替换处理后加入报文或剪枝报文向所述私网地址发送。

其中，所述组播数据转发单元包括：

数据地址替换子单元，用于接收私网侧的组播数据时，根据所述组播数据的源地址、以及所述组播源的公网地址、私网地址以及组播组地址间的映射关系，将所述组播数据中的组播源的私网地址替换为组播源的公网地址；

数据地址发送子单元，用于通过公网侧的接口将所述替换处理后的组播数据向公网侧发送。

其中，所述NAT设备还包括：接口配置单元，用于将所述NAT设备在公网侧的接口配置为具有代理注册功能。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

NAT设备代理私网的组播源向公网发送注册报文，并根据本地配置的映射关系转发组播协议报文和组播数据，实现了在存在NAT设备的网络中，私网组播流量能够穿越NAT设备到达公网，提高了网络的应用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的类似解决方案。

图1是本发明中组播数据转发方法的流程图；

图2是本发明中组播数据转发方法应用的网络场景结构示意图；

图3是本发明中NAT设备转发组播协议报文的流程图；

图4是本发明中NAT设备的结构示意图；

图5是本发明中NAT设备的另一结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种组播数据转发的方法，如图1所示，包括：

步骤s101、NAT设备接收私网侧RP(Rendezvous Point，汇聚点)发送的MSDP协议消息，根据MSDP(Multicast Source Discovery Protocol，组播源发现协议)协议消息获取组播源的私网地址以及组播组地址。

步骤s102、NAT设备根据地址转换关系，获取组播源的公网地址，并建立组播源的公网地址、私网地址以及组播组地址间的映射关系。

步骤s103、NAT设备从公网侧的接口向公网侧RP发送注册报文，触发公网侧RP建立对应的组播组表项。

步骤s104、NAT设备根据映射关系，对接收到的组播协议报文和组播数据进行转发。

本发明提供的NAT方法中，NAT设备代理私网的组播源向公网发送注册报文，并根据本地配置的映射关系转发组播协议报文和组播数据，实现了在存在NAT设备的网络中，私网组播流量能够穿越NAT设备到达公网，提高了网络的应用性。

以下结合一个具体的应用场景，说明本发明中组播数据转发的方法的具体实施。以图2所示的场景为例，其中包括私网和公网，私网侧和公网侧都使用PIM-SM协议。为描述方便，假设RP1为私网侧的RP，RP2为公网侧的RP。S’为组播源的私网地址，S为组播源的私网地址经NAT转换后得到的公网地址。NAT设备与公网侧的接口为Intf0，并对该接口Intf0配置开启代理注册功能，假设配置命令为：NAT register-proxy interface Intf0 enable命令。

现有技术中基于PIM-SM协议实现组播数据传递的基本原理如下：

PIM-SM协议假设所有主机缺省都不需要接收组播数据，组播组只将组播数据向明确提出需要组播数据的主机转发。PIM-SM协议实现组播转发的核心是构造并维护RPT(Rendezvous Point Tree，共享树)，RPT选择PIM域中某台路由器作为公用的根节点RP，组播数据通过RP沿着RPT转发给组播接收者。

PIM-SM协议中，连接组播接收者的路由器向某组播组对应的RP发送加入报文(Join Message)，该报文被逐跳送达RP，所经过的路径形成了RPT的分支；

PIM-SM协议中，组播源如果要向某组播组发送组播数据，首先由组播源侧DR(Designated Router，指定路由器)负责向RP进行注册，把注册报文(Register Message)通过单播方式发送给RP，该报文到达RP后触发建立SPT(Shortest Path Tree，最短路径树)。之后组播源把组播数据沿着SPT发向RP，当组播数据到达RP后，被复制并沿着RPT发送给接收者。

对于图2中所示的网络场景，本发明中的组播数据转发方法如下：

(1)位于私网中的组播源需要发送组播数据时，根据PIM SM协议的运行机制，组播源S’发送组播数据时，由组播源S’侧的DR负责向RP1进行注册。具体的，DR在注册报文(Register Message)报文中封装组播数据，并通过单播方式将注册报文发送到私网侧的RP即RP1上，RP1建立(S’，G)的转发表项。其中S’组播源地址，G为组播组地址。

(2)在RP1与NAT设备C间建立MSDP对等体(Peer)关系，根据MSDP对等体关系，RP1接收到DR发送的注册报文后，向NAT设备发送SA(Source Active，活动源)消息；SA消息中包含组播源的地址S’、组播组的地址G以及创建该SA消息的源端RP(即RP1)的地址。

MSDP是为了解决多个PIM-SM域之间的互连而开发的一种域间组播解决方案，用来发现多个PIM-SM域内的组播源信息。在基本的PIM-SM模式下，组播源只向本PIM-SM域内的RP注册，且各域的组播源信息是相互隔离的，因此RP仅知道本域内的组播源信息，只能在本域内建立组播分发树，将本域内组播源发出的组播数据分发给本地用户。而MSDP中，可以通过在网络中选取适当的路由器建立MSDP对等体(Peer)关系，以连通各PIM-SM域的RP。通过在各MSDP对等体之间交互SA消息来共享组播源信息。通过SA消息，则可以将其它域内的组播源信息传递给本域内的RP，则本域内的RP就可以向其它域内的组播源发起加入过程并建立组播分发树，从而实现组播数据的跨域传输。

(3)NAT设备C收到SA消息后，进行如下处理：

NAT设备C根据私网到公网的地址映射关系，将组播源的私网地址S’映射为公网地址S，建立(S’，S，G)的映射关系表。

从与公网侧的接口Intf0发送目的地址为该组播组在公网中对应的RP(在本图中为RP2)的单播注册报文，该注册报文不封装组播数据，该过程即为NAT设备的代理注册过程。

(4)RP2收到注册报文后，根据PIM-SM协议建立(S，G)的表项，下游接口为空；

(5)当公网中的组播接收者发送加入报文(Join Message)到RP2时，RP2根据表项发送加入报文(Join Message)或剪枝报文(Prune Message)(以下简称JP报文)向NAT设备C发起SPT切换，公网部分处理遵守PIM SM协议，不再详细描述。

(6)NAT设备从公网侧的接口Intf0上收到JP报文后，如图3所示，进行以下处理：

步骤s301、NAT设备接收到公网侧的组播协议报文时，判断组播协议报文是否为加入报文或剪枝报文；不是则根据组播协议处理报文并结束，是则继续步骤s302。

步骤s302、判断加入报文或剪枝报文中携带的源地址列表中的源地址是否包括在NAT地址池中；不是则进行步骤s303，是则进行步骤s304。

步骤s303、对于NAT地址池中不包括的源地址，根据源地址以及公网侧的路由表在公网侧转发加入报文或剪枝报文。

步骤s304、对于NAT地址池中包括的源地址，查找组播源的公网地址、私网地址以及组播组地址间的映射关系，将加入报文或剪枝报文中源地址和上游邻居地址替换为私网地址，并将替换处理后加入报文或剪枝报文向私网地址发送。

如上处理后，由NAT设备发起SPT切换；

(7)NAT设备接收到私网侧发送的组播数据后，首先查看本地的(S’，G)转发表项，将组播数据向私网侧的组播接收者发送；之后再查看本地的(S’，S，G)表项，将组播数据的源地址由私网地址S’转换为公网地址S转换后，从接口Intf0向公网侧的组播组转发。这样私网组播数据穿越NAT到达公网的同时，又能完成私网侧的组播转发。

本发明提供的方法中，NAT设备代理私网的组播源向公网发送注册报文，并根据本地配置的映射关系转发组播协议报文和组播数据，实现了在存在NAT设备的网络中，私网组播流量能够穿越NAT设备到达公网，提高了网络的应用性。

本发明还提供一种NAT设备，如图4所示，包括：

地址获取单元10，用于接收私网侧RP发送的MSDP协议消息，根据MSDP协议消息获取组播源的私网地址以及组播组地址。

地址转换单元20，用于根据地址获取单元10获取的组播源的私网地址以及地址转换关系，获取组播源的公网地址。

映射关系获取单元30，用于根据地址获取单元10获取的组播源的私网地址以及组播组地址、以及地址转换单元20获取的组播源的公网地址，建立组播源的公网地址、私网地址以及组播组地址间的映射关系。

代理注册单元40，用于从公网侧的接口向公网侧RP发送注册报文，触发公网侧RP建立对应的组播组表项；该发送注册报文过程即为NAT设备在公网侧进行的代理注册过程。

协议报文转发单元50，用于根据映射关系获取单元30建立的映射关系，对接收到的组播协议报文进行转发。

组播数据转发单元60，用于根据映射关系获取单元30建立的映射关系，对接收到的组播数据进行转发。

本发明的一具体实现中，NAT设备中还可以包括：

MSDP配置单元70，用于配置NAT设备和私网侧RP为MSDP对等体关系；使得私网侧RP接收到私网侧DR发送的关于私网侧组播源的注册报文时，向NAT设备发送MSDP协议消息，MSDP协议消息携带组播源的私网地址以及组播组地址。通过在各MSDP对等体之间交互MSDP协议消息(如SA消息)，实现了NAT设备和私网侧RP对组播源信息的共享。

接口配置单元80，用于将NAT设备在公网侧的接口配置为具有代理注册功能，开启该功能后，代理注册单元40可以在公网侧执行代理注册过程。

NAT设备的协议报文转发单元50可以包括：

报文类型判断子单元51，用于NAT设备接收到公网侧的组播协议报文时，判断组播协议报文是否为加入报文或剪枝报文；不是则根据组播协议处理报文并结束，是则通知源地址判断子单元52；

源地址判断子单元52，用于判断加入报文或剪枝报文中携带的源地址列表中的源地址是否包括在NAT地址池中；

第一转发子单元53，用于对源地址判断子单元52判断为NAT地址池中不包括的源地址，根据源地址以及公网侧的路由表在公网侧转发加入报文或剪枝报文；

第二转发子单元54，用于对源地址判断子单元52判断为NAT地址池中包括的源地址，查找组播源的公网地址、私网地址以及组播组地址间的映射关系，将加入报文或剪枝报文中源地址和上游邻居地址替换为私网地址，并将替换处理后加入报文或剪枝报文向私网地址发送。

NAT设备的组播数据转发单元60可以包括：

数据地址替换子单元61，用于接收私网侧的组播数据时，根据组播数据的源地址、以及组播源的公网地址、私网地址以及组播组地址间的映射关系，将组播数据中的组播源的私网地址替换为组播源的公网地址；

数据地址发送子单元62，用于通过公网侧的接口将数据地址替换子单元61替换处理后的组播数据向公网侧发送。

另外，上述NAT设备所连接的私网侧和公网侧均运行PIM SM协议。

本发明提供的NAT设备中，NAT设备代理私网的组播源向公网发送注册报文，并根据本地配置的映射关系转发组播协议报文和组播数据，实现了在存在NAT设备的网络中，私网组播流量能够穿越NAT设备到达公网，提高了网络的应用性。

上述模块可以分布于一个装置，也可以分布于多个装置。上述模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (11)

1、一种组播数据转发的方法，其特征在于，包括：

NAT设备接收私网侧汇聚点RP发送的组播源发现协议MSDP协议消息，根据所述MSDP协议消息获取组播源的私网地址以及组播组地址；

所述NAT设备根据地址转换关系，获取所述组播源的公网地址，并建立所述组播源的公网地址、私网地址以及组播组地址间的映射关系；

所述NAT设备从公网侧的接口向公网侧RP发送注册报文，触发公网侧RP建立对应的组播组表项；

所述NAT设备根据所述映射关系，对接收到的组播协议报文和组播数据进行转发。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述NAT设备接收私网侧RP发送的MSDP协议消息前，还包括：

将所述NAT设备和私网侧RP配置为MSDP对等体关系；

所述私网侧RP接收到私网侧指定路由器DR发送的关于私网侧组播源的注册报文时，建立组播源的私网地址与组播组地址的表项；

所述私网侧RP向所述NAT设备发送MSDP协议消息，所述MSDP协议消息携带组播源的私网地址以及组播组地址。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述NAT设备根据所述映射关系，对接收到的组播协议报文进行转发，包括：

所述NAT设备接收到公网侧的组播协议报文时，判断所述组播协议报文是否为加入报文或剪枝报文；不是则根据组播协议处理所述报文并结束，是则继续；

判断加入报文或剪枝报文中携带的源地址列表中的源地址是否包括在NAT地址池中；

对于NAT地址池中不包括的源地址，根据所述源地址以及公网侧的路由表在公网侧转发所述加入报文或剪枝报文；

对于NAT地址池中包括的源地址，查找组播源的公网地址、私网地址以及组播组地址间的映射关系，将所述加入报文或剪枝报文中源地址和上游邻居地址替换为私网地址，并将替换处理后加入报文或剪枝报文向所述私网地址发送。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述NAT设备根据所述映射关系，对接收到的组播数据进行转发，包括：

所述NAT设备接收私网侧的组播数据时，根据所述组播数据的源地址、以及所述组播源的公网地址、私网地址以及组播组地址间的映射关系，将所述组播数据中的组播源的私网地址替换为组播源的公网地址；

所述NAT设备通过公网侧的接口将所述替换处理后的组播数据向公网侧发送。

5、如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述NAT设备接收私网侧RP发送的MSDP协议消息前，还包括：

将所述NAT设备在公网侧的接口配置为具有代理注册功能。

6、如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述私网侧和公网侧均运行PIM SM协议。

7、一种NAT设备，其特征在于，包括：

地址获取单元，用于接收私网侧RP发送的MSDP协议消息，根据所述MSDP协议消息获取组播源的私网地址以及组播组地址；

地址转换单元，用于根据地址转换关系，获取所述组播源的公网地址

映射关系获取单元，用于建立所述组播源的公网地址、私网地址以及组播组地址间的映射关系；

代理注册单元，用于从公网侧的接口向公网侧RP发送注册报文，触发公网侧RP建立对应的组播组表项；

协议报文转发单元，用于根据所述映射关系，对接收到的组播协议报文进行转发；

组播数据转发单元，用于根据所述映射关系，对接收到的组播数据进行转发。

8、如权利要求7所述的NAT设备，其特征在于，所述NAT设备还包括：

MSDP配置单元，用于配置所述NAT设备和私网侧RP为MSDP对等体关系；使得所述私网侧RP接收到私网侧DR发送的关于私网侧组播源的注册报文时，向所述NAT设备发送MSDP协议消息，所述MSDP协议消息携带组播源的私网地址以及组播组地址。

9、如权利要求7所述的NAT设备，其特征在于，所述协议报文转发单元包括：

报文类型判断子单元，用于所述NAT设备接收到公网侧的组播协议报文时，判断所述组播协议报文是否为加入报文或剪枝报文；不是则根据组播协议处理所述报文并结束，是则继续；

源地址判断子单元，用于判断加入报文或剪枝报文中携带的源地址列表中的源地址是否包括在NAT地址池中；

第一转发子单元，用于对于NAT地址池中不包括的源地址，根据所述源地址以及公网侧的路由表在公网侧转发所述加入报文或剪枝报文；

第二转发子单元，用于对于NAT地址池中包括的源地址，查找组播源的公网地址、私网地址以及组播组地址间的映射关系，将所述加入报文或剪枝报文中源地址和上游邻居地址替换为私网地址，并将替换处理后加入报文或剪枝报文向所述私网地址发送。

10、如权利要求7所述的NAT设备，其特征在于，所述组播数据转发单元包括：

数据地址替换子单元，用于接收私网侧的组播数据时，根据所述组播数据的源地址、以及所述组播源的公网地址、私网地址以及组播组地址间的映射关系，将所述组播数据中的组播源的私网地址替换为组播源的公网地址；

数据地址发送子单元，用于通过公网侧的接口将所述替换处理后的组播数据向公网侧发送。

11、如权利要求7或10中任一项所述的NAT设备，其特征在于，所述NAT设备还包括：接口配置单元，用于将所述NAT设备在公网侧的接口配置为具有代理注册功能。

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