CN101467401B - 路由多播流量 - Google Patents

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Abstract

公开了一种在计算机网络中路由多播流量的方法，该方法包括在网络设备上将多个多播群组地址与相应的多播路由拓扑相关联。还公开了网络设备和网络。

Description

路由多播流量
优先权
本申请要求2006年6月9日提交的美国专利申请No.11/423,375的优先权，该美国专利申请被全部结合于此。
技术领域
本申请一般地涉及计算机网络上的多播，尤其涉及用于路由多播流量的方法和网络。
背景技术
多播通信是通过计算机网络从单个信源向多个主机或目的地发送数据的高效方式。采取多播分组形式的多播数据被从信源(S)地址发送到群组(G)地址。多播路由包括两个功能部分。一个部分是反向路径转发(RPF)检验，用于利用拓扑表中的信息来核实接收到分组的接口。另一个部分是复制，用于将分组转发到路由表中的条目所描述的(一个或多个)接口。
在单播路由中，单播分组被从单个信源发送到单个主机或目的地。分组被诸如路由器之类的网络设备路由到目的地地址(通常是IP地址)。单播分组的信源地址因此在单播数据的路由中只起很小的作用或者不起作用，单播分组是基于其目的地地址被路由的。
在多拓扑路由(MTR)，例如具有不同的拓扑和/或协议的网络之间的路由中，被选择来路由传入分组的转发表是由分组头部中的DSCP(区分服务代码点)比特所确定的。单播路由协议(例如，OSPF和ISIS)被增强以通过在路由通告中结合“颜色标记”来构建不同的拓扑。
当这个模型被扩展到多播路由时，存在某些局限。例如，多播路由状态可通过末端主机加入和/或离开群组来创建。修改这些系统上的操作系统以在IGMP(因特网群组管理协议)分组中包括“颜色”，是不现实的。因此，最后一跳路由器被限于对于给定的群组或给定的信源/群组对只支持一个多播路由表。这进而使得在中转路由器中为同一群组或信源/群组对定义多个拓扑成为非常复杂的事情。
在MVPN(多播虚拟专用网)中存在略微不同的困难之处。在当前的MVPN环境中，对于给定的信源，拓扑表可以从一个VRF(虚拟路由和转发)设备获得，并且仅能从一个VRF设备获得。由于此限制，如果信源向不同的MVPN发送多个多播流，并且如果存在对这些流的不同组合感兴趣的主机或接收者，那么信源必须对每个流使用唯一的IP地址来递送流量。这引入了另外的管理开销。
附图说明
在附图中以示例方式而非限制方式示出了本发明，附图中相似的标号指示类似的元件，其中：
图1a示出了根据示例性实施例具有一个自治路由域的计算机网络的示意性表示。
图1b示出了根据示例性实施例具有多个自治路由域的计算机网络的示意性表示。
图1c示出了根据示例性实施例的多播多拓扑的高级别功能性表示。
图2a和2b示出了根据示例性实施例的网络设备的高级别示意性表示。
图2c示出了根据示例性实施例的路由器的低级别示意性表示。
图3a示出了根据示例性实施例的方法的高级别流程图。
图3b示出了根据示例性实施例的方法的低级别流程图。
图4示出了采取计算机系统的示例性形式的机器的图示，在该机器内，可以运行用于使得该机器执行这里论述的方法中的任何一个或多个的一组指令。
具体实施方式
在以下描述中，出于说明目的，阐述了许多具体细节以帮助全面理解本发明的实施例。但是，对于本领域的技术人员来说显而易见的是，没有这些具体细节也可以实现本发明。
图1a示出了根据示例性实施例的具有一个自治路由域的计算机网络10，该计算机网络10被配置用于路由多播流量。更具体而言，计算机网络10包括至少一个网络设备，在该至少一个网络设备上，有与各个多播路由拓扑相关联的各个多播群组地址。在这里的上下文中，术语“拓扑”被理解为包括VRF。网络10包括多个网络设备，例如多播路由器12至16，并且包括多个主机，例如与路由器12至16联网的主机22至26。
图1b示出了根据示例性实施例被配置用于路由多播流量的计算机网络100。网络100可具有多个自治路由域(例如，多个多播虚拟专用网)。
网络100包括骨干或中间网络102(例如，因特网)，以及与中间网络102通信的多个子网104至108。示例性实施例中的子网104至108是虚拟专用网(VPN)，网络100因此是MVPN(多播虚拟专用网)。每个VPN104至108(分别标记为“虚拟专用网X”、“虚拟专用网Y”和“虚拟专用网Z”)可以是一个自治路由域，并且包括至少一个主机114至118。
中间网络102和VPN104至108通过多个网络设备互连，在该示例性实施例中，该多个网络设备是路由器。在其他实施例中，网络设备可以是任何能够路由网络分组的网络设备，例如交换机、计算机系统，等等。每个VPN104至108包括至少一个路由器。为了描述清晰起见，在图中只示出了一个CE(客户边缘)路由器124至128(分别标记为“CE X”、“CE Y”和“CE Z”，与其所连接到的VPN104至108相对应)。骨干网络102还包括多个路由器，其中有PE(提供商边缘)路由器134至138(分别标记为“PE X”、“PE Y”和“PE Z”，与由其连接到骨干网络102的VPN相对应)。骨干网络102可包括一个或多个另外的提供商(P)路由器132，其中只有一个被示出。
如这里更详细描述的，在示例性实施例中，拓扑和路由表可利用传入分组的IP头部中或者多播协议(例如，PIM、IGMP、MSDP等等)中的群组地址来标识。例如，如图1c所示，多个拓扑(例如拓扑A、B、C和D)可对应于群组地址。例如，多播群组地址225.1/16可对应于拓扑A，多播群组地址225.2/16可对应于拓扑B，多播群组地址225.3/16可对应于拓扑C，多播群组地址225.4/16可对应于拓扑D。
图2a示出了根据示例性实施例的网络设备200。网络设备200包括拓扑获知模块202，该模块被配置为通过分析特定的多播控制分组中的内容(例如，头部)来动态地获知或确定该多播控制分组是在哪个多播路由拓扑中格式化的。应当明白，拓扑获知模块202是在不存在路由表和/或转发表(为了简洁称为路由表)时用于为特定的多播群组地址获知多播网络拓扑的，而一旦路由表已被填充，或者如果特定的多播路由拓扑与该多播群组地址212静态关联，就不需要拓扑获知模块202了。
现在也参考图2b，该图示出了根据示例性实施例的类似的网络设备210。网络设备210上存储了多个记录211，该多个记录中的每一个可包括群组地址字段212、相关联的多播网络拓扑214，以及转发或路由表216(如果存在的话)。群组地址212可能已被静态地配置(例如，由网络管理员预定义)为与特定的多播网络拓扑214相关联。作为替代，多播网络拓扑214可能已由(图2a的)拓扑获知模块202所确定并与群组地址212相关联(例如，通过动态获知)。网络设备200、210可以采取路由器、交换机等等的形式。
图2c更详细地示出了根据示例性实施例的采取路由器250的示例性形式的网络设备。路由器250包括处理器252、存储器模块254和用于将路由器250连接到一个或多个网络的网络接口设备256。网络接口设备256可包括用于连接到相应网络的多个网络接口。
处理器252被划分成若干个概念性模块，这些概念性模块对应于由处理器252执行的特定任务。应当理解，路由器250因此可包括指导处理器252的操作的软件(例如，计算机程序)。
存储器模块254(例如，采取硬盘驱动器、闪存等等的形式)上存储着参考图2b描述的记录211。因此，应当明白，路由器250不仅包括一个全局路由表，还包括与各个多播群组地址212相关联的多个转发或路由表216。处理器252与存储器模块254通信，使得处理器252的模块可访问记录211。
处理器252包括拓扑获知模块202(如参考2a所述)。处理器252还包括地址读取器模块260，用于读取多播分组的群组地址(或者其他信息，例如分组类型)。地址读取器模块260被配置为从诸如多播控制分组、多播数据分组或任何其他类型的多播分组之类的多种数据分组类型中读取该信息，其方式例如是通过读取多播分组的头部。存储器模块254的记录211可被确定模块262所询问，以确定与地址读取器模块260所读取的特定多播群组地址212相关联的多播网络拓扑214和/或路由表216。表填充模块264可操作来根据每个记录211的特定多播网络拓扑214填充各个路由表216。路由器250还具有RPF模块266，用于一旦适用的路由表216已被确定，就执行RPF检验。如果RPF检验通过，则多播分组就被路由器250自动经由网络接口设备256转发到另一路由器。网络接口设备256因此交替充当发送装置和接收装置。
路由表216在传统形式上包括多个多播信源地址和相关联的网络接口，传入的多播分组被对照其进行检验，并且如果适当，则在一个不同的网络接口上被路由或转发。进行RPF检验是为了确保每个多播分组在针对与该多播分组相关联的多播信源地址的正确网络接口上到达，以消除环路并且确保多播分组只被转发到适当的(一个或多个)网络接口。如果多播分组在错误的网络接口上到达(例如，从不正确的网络设备到达)，那么该多播分组就简单地被丢弃。与对照一个全局路由表进行RPF检验的现有技术不同，在示例性实施例中，RPF检验是对照多个路由表216中相关联的一个来进行的，该相关联的路由表216是由多播分组的多播群组地址212确定的。
参考流程图进一步描述使用中的示例性实施例。图3a是高级别流程图300，该图示出了根据本发明在计算机网络中路由多播流量的方法。流程图300包括在方框302处在网络设备上将多个多播群组地址与相应的多播路由拓扑相关联。
图3b是低级别流程图310，该图更详细描述了示例性实施例，并且还参考了图1a，在图1a中路由器12至16类似于图2c的路由器250。当路由器12至16在方框312处接收到多播IP分组时，方法310开始。例如，主机24可向相邻的路由器发送多播控制分组，表明主机24想要加入多播群组#1。应当理解，多播分组可被封装在单播分组内，但是为了简洁，这样的分组仍被称为多播分组。从主机24发送的多播控制分组可按任何多播路由协议(例如，PIM，IGMP、MSDP等等)来格式化。路由器14的地址读取器模块260在方框314处从多播控制分组中读取多播群组地址(例如，多播群组#1)。
路由器14随后在方框316处(例如，利用地址读取器模块260)确定接收到的分组是否是多播控制分组，并且因此可以用于创建或填充路由表。如果是，则路由器14随后在方框318处检验针对多播群组#1的特定多播网络拓扑是否已被静态配置(例如，由网络管理员预定义)。如果没有预先配置网络拓扑，拓扑获知模块202则分析分组以在方框320处获知或确定该分组是在哪个多播拓扑中格式化的(例如，PIM)。随后，在方框324处，路由表216根据所获知的多播拓扑被填充。填充路由表216包括在路由器14的存储器模块254中创建一个记录或条目211，该记录211包括多播群组地址(例如，多播群组#1)212、相关联的多播拓扑(例如，PIM)214，以及路由表216(例如，根据PIM拓扑)。路由器14随后可生成其自己的多播控制分组，并将其发送到相邻的或邻近的多播路由器12、16，多播路由器12、16可根据需要填充类似的路由表216。
类似地，路由器16在方框312处可接收来自主机26的多播控制分组，表明主机26希望加入多播群组#2。路由器16在方框314处读取多播群组地址(多播群组#2)，并且在方框316处确定该多播分组是否是控制分组。例如，如果在方框318处确定与多播群组#2相关联的多播网络拓扑已被静态配置，那么路由器16的确定模块262则在方框322处确定预定义的拓扑。随后，在方框324处，相关联的路由表216根据IGMP拓扑被填充。因而，应当理解，网络10中的路由器12至16包括与各个多播群组地址相关联的多个路由表。因而，可以提供具有相应的多播路由拓扑的多播群组地址。
当主机22发送多播数据分组时，在方框312处，该分组被路由器12所接收，路由器12在方框314处读取该分组的多播群组地址(例如，多播群组#1)。在此情况下该分组是多播数据分组，因此将要根据路由表被路由。路由器12的确定模块262在方框330处通过询问记录211以确定哪个路由表216与多播群组#1的群组地址212相关联，来确定适当的路由表216。RPF模块266随后在方框332处根据该适当的路由表216利用多播数据分组的多播信源地址来执行RPF检验。根据相关联的多播拓扑(例如，PIM)，可利用单播路由表来执行RPF检验。如果RPF检验失败，那么在方框334处分组被拒绝或丢弃。在此示例中，RPF检验通过，并且多播数据分组例如在方框336处可被路由到路由器14，以便向前转发到主机24(主机24是多播群组#1的成员)。
流程图310也适用于例如图1b的网络100那样的网络体系结构。每个路由器仍可具有多个路由表，但因为作为MVPN的网络100具有多个自治域，所以一个域中的路由器(例如，VPN X104的路由器124)可具有多个路由表216，这些路由表可能与其他域中的路由器(例如，VPN Y106的路由器126)的路由表不同。但是，路由器仍可包括分别与多播路由拓扑(例如，在MVPN的情况下是不同的VRF)相关联的多播群组地址。应当明白，该示例性实施例在具有不同自治域的MVPN中可能有特定的应用，因为路由或RPF表可能是从多个VRF中的一个获得的。
用于实现基于群组的VRF选择的命令可能如下：
ip multicast[vrf<receiver-vrf>]rpf select[vrf<source-vτf>|global]group-list<acl>
例如，
(conf#)access-list 1 permit G1 255.255.255.255
(conf#)ip multicast VPN-X rpf select vrf VPN-Y group-list 1
(conf#)access-list 2 permit G2 255.255.255.255
(conf#)ip multicast VPN-X rpf select vrf VPN-Z group-list 2
在以上示例中，对于所有发源于VPN-X中的查找，如果群组地址是G1，则RPF检验将改为在VPN-Y中执行，而如果群组地址是G2，则RPF检验将在VPN-Z中执行。因而，RPF功能在不同的VRF中可利用相同的信源地址来执行。
在示例性实施例中，多拓扑路由(MTR)方法为IP单播转发递送多个单播拓扑和基于类的转发。此外，可以提供完全成熟的多播RPF拓扑，该多播RPF拓扑可以完全独立于(一个或多个)单播拓扑地构造。在示例性实施例中，多播的基于类的转发是基于这里描述的群组地址来执行的。在示例性实施例中，给定的群组地址可能属于一个拓扑，并且只属于一个拓扑。与单播情况中一样，转发平面中的多播拓扑区分也可利用分组属性(例如DSCP字段)来执行。
在示例性实施例中，IP多播群组目的地地址只是允许一个或多个多播信源向多播接收者群组递送数据的多播会话的临时标识。两个不同的群组地址可用于从同一组信源到达同一组接收者。由于此原因，流量区分可通过以下方式来实现：使用多个群组地址，并确保当针对不同群组地址的多播树被构建时适当的路径被选择。该方法可具有以下优点：不向多播转发平面以及多播协议(IGMP、PIM等等)添加任何新的重大要求。在示例性实施例中，可能需要针对网络中的服务类执行对群组地址的协调管理。
示例性的整体体系结构
在示例性实施例中，针对IP多播的基于类的路径区分可通过构建多个RPF拓扑(例如，如这里先前所述)来实现，其中每个RPF拓扑可符合常规或传统的单播拓扑。但是，与单播拓扑不同的是，RPF拓扑可能不能直接用于转发，而是用于构建多播转发树(例如参见图3a和3b)。在构建树时(例如，通过PIM执行)，多播群组地址可用作多路分解器来选择要参考的RPF拓扑。这可能导致针对特定群组地址的树被构建在由给定的RPF拓扑所指定的路径上。支持该体系结构的示例性路由器基础设施可包括：
A)构建多个多播RPF拓扑的ATMGR/RIB/路由协议能力；以及
B)配置、维护并参考数据库以执行从群组地址(以及可能的其他参数)到RPF拓扑的多路分解的能力。
在示例性实施例中，为了实现这里描述的方法，传统的路由器可被修改，以去除阻碍了多个RPF拓扑的配置的检验。
图4示出了采取计算机系统400的示例性形式的机器的图示，在该机器内，可以运行用于使得该机器执行这里论述的方法中的任何一个或多个的一组指令。在替换实施例中，该机器可作为独立的设备工作，或者可以连接(例如，联网)到其他机器。在联网部署中，机器在服务器-客户端网络环境中可以以服务器或客户端的身份工作，或者在对等(或者分布式)网络环境中可以作为对等机器工作。该机器可以是个人计算机(PC)、平板PC、机顶盒(STB)、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、web用具、网络路由器、交换机或网桥，或者任何能够运行规定该机器将要采取的动作的一组指令(顺序指令或其他)的机器。另外，虽然只示出了单个机器，但是术语“机器”应当也被理解为包括单独或联合运行一组(或多组)指令以执行这里论述的方法中的任何一个或多个的机器的任何集合。
示例性的计算机系统400包括处理器402(例如，中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)，或者这两者)、主存储器404和静态存储器406，它们经由总线408与彼此通信。计算机系统400还可包括视频显示单元410(例如，液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT))。计算机系统400还包括文字数字输入设备412(例如，键盘)、用户界面(UI)导航设备414(例如，鼠标)、盘驱动单元416、信号生成设备418(例如，扬声器)以及网络接口设备420。
盘驱动单元416包括机器可读介质422，在该机器可读介质上，存储着实现这里描述的方法或功能中的任何一个或多个或者被这里描述的方法或功能中的任何一个或多个所利用的一组或多组指令和数据结构(例如，软件424)。软件424在被计算机400运行期间还可全部或部分地驻留在主存储器404内和/或处理器402内，主存储器404和处理器402也构成机器可读介质。
还可利用若干种公知的传送协议(例如，HTTP)中的任何一种经由网络接口设备420通过网络426来发送来接收软件424。
虽然机器可读介质422在示例性实施例中被示为单个介质，但是术语“机器可读介质”应当被理解为包括存储着该一组或多组指令的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库，以及/或者相关联的缓存和服务器)。术语“机器可读介质”还应当被理解为包括任何能够对供机器运行并使得机器执行本发明的任何一个或多个方法的一组指令进行存储、编码或承载的介质，或者能够对被这样一组指令所利用或与这样一组指令相关联的数据结构进行存储、编码或承载的介质。术语“机器可读介质”应当相应地被理解为包括但不限于固态存储器、光介质和磁介质、以及载波信号。
图1a和/或1b的一个或多个路由器可以采取示例性的计算机系统400的形式。
虽然已经参考具体的示例性实施例描述了本发明的实施例，但是很明显，在不脱离本发明的更宽的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和改变。因此，应当从示例而非限制意义上来看待说明书和附图。

Claims (16)

1.一种在计算机网络中路由多播流量的方法，该方法包括：
接收多个多播路由拓扑；
在网络设备上将每个多播路由拓扑与多个多播群组地址之一相关联；
接收多播控制分组；
读取所述多播控制分组的多播群组地址；
确定与所读取的多播群组地址相关联的多播路由拓扑；以及
基于所确定的多播路由拓扑来填充与所读取的多播群组地址相关联的路由表，
其中所述网络设备具有与各个多播群组地址相关联的多个路由表。
2.如权利要求1所述的方法，其中，确定与特定的多播群组地址相关联的多播路由拓扑包括通过处理相关联的多播控制分组来动态地获知该多播路由拓扑。
3.如权利要求1所述的方法，其中，确定与特定的多播群组地址相关联的多播路由拓扑包括从预定义的记录中读取与所述特定地址相关联的静态配置的多播路由拓扑。
4.如权利要求1所述的方法，还包括根据各个相关联的多播路由拓扑来将多播分组路由到所述多个多播群组地址中的每一个。
5.如权利要求4所述的方法，还包括：
接收多播数据分组；
识别所述多播数据分组的多播群组地址；
识别所述网络设备上的所述多个路由表中的哪一个与所识别的多播群组地址相关联；以及
根据由所识别的路由表所指示的多播路由拓扑，将所述多播数据分组路由到所识别的多播群组地址。
6.一种用于在计算机网络中路由多播流量的网络设备，该网络设备包括：
存储器，用于存储多个多播群组地址和多个多播路由拓扑；
处理器，该处理器被配置为基于多播群组地址来识别多播路由拓扑；网络接口设备，用于接收多播控制分组；
地址读取器模块，用于读取由所述网络接口设备所接收的多播控制分组的多播群组地址；
拓扑确定器模块，用于确定哪个多播路由拓扑与由所述地址读取器模块所读取的多播群组地址相关联；以及
表填充模块，用于基于所确定的多播路由拓扑来填充与由所述地址读取器模块所读取的多播群组地址相关联的路由表，
其中所述网络设备具有与各个多播群组地址相关联的多个路由表。
7.如权利要求6所述的网络设备，其中，所述拓扑确定器模块包括拓扑获知器模块，用于通过处理所述多播控制分组来动态地获知与所读取的多播群组地址相关联的多播路由拓扑。
8.如权利要求6所述的网络设备，该设备包括：
网络接口设备，用于接收多播数据分组；
地址读取器模块，用于读取所述多播数据分组的多播群组地址；
确定模块，用于识别与由所述地址读取器模块所读取的多播群组地址相关联的特定的路由表，该路由表包括关于所读取的多播群组地址的多播路由拓扑的信息；以及
RPF模块，用于根据所识别的路由表来执行RPF检验并根据需要路由所述多播数据分组。
9.如权利要求6所述的网络设备，其中，所述网络设备是路由器。
10.如权利要求6所述的网络设备，被配置为在多个自治路由域中路由分组。
11.如权利要求10所述的网络设备，其中，所述多个自治路由域包括多播虚拟专用网。
12.如权利要求11所述的网络设备，其中，所述虚拟专用网中的至少两个具有不同的多播拓扑。
13.一种在计算机网络中路由多播流量的设备，该设备包括：
用于接收多个多播路由拓扑的装置；
用于在网络设备上将每个多播路由拓扑与多个多播群组地址之一相关联的装置；
用于接收多播控制分组的装置；
用于读取所述多播控制分组的多播群组地址的装置；
用于确定与所读取的多播群组地址相关联的多播路由拓扑的装置；以及
用于基于所确定的多播路由拓扑来填充与所读取的多播群组地址相关联的路由表的装置，
其中所述网络设备具有与各个多播群组地址相关联的多个路由表。
14.如权利要求13所述的设备，其中，用于确定与特定的多播群组地址相关联的多播路由拓扑的装置被配置为通过处理相关联的多播控制分组来动态地获知该多播路由拓扑。
15.如权利要求13所述的设备，其中，用于确定与特定的多播群组地址相关联的多播路由拓扑的装置被配置为从预定义的记录中读取与所述特定地址相关联的静态配置的多播路由拓扑。
16.如权利要求13所述的设备，被配置为根据各个相关联的多播路由拓扑来将多播分组路由到所述多个多播群组地址中的每一个。
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