CN101480010B - 特定源组播方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于包括二层交换机和三层交换机的网络的特定源组播方法，包括以下步骤：在二层交换机中划分VLAN资源给特定源组播专用，并且划分VLAN资源的工作域；在工作域中增加(S，G)通道；在VLAN资源中对端口发送的IGMP协议报文和(S，G)通道进行匹配；以及根据匹配的情况，重组报文并转发给三层交换机。

Description

特定源组播方法
技术领域
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种特定源组播方法，其涉及IGMPv3(Internet Group Member Protocol version 3)在二层交换机设备上的实现。 
背景技术
组播技术实现了从单点到多点的高效传输，相对于单播和广播来说有效地节省了带宽资源。利用组播功能可以方便地提供增值业务，如网络电视、在线直播、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视频会议等业务。 
互联网组播管理协议版本1和版本2(IGMPv1和IGMPv2)中定义的组播模型都是任意源组播(Any Source Multicast，缩写为ASM)模型，这个模型支持任意多个发送者，任意一个终端主机(或路由器)都可以发送数据给一个主机组，即使它可能不是该组成员。在任意源组播体系下，存在一些天生缺陷，如地址分配和访问控制问题，无法防止多个应用之间地址冲突，接收者一旦加入一个组播组，将会转发任意源发送到组播组的数据。即使一个组播源获得了一个组播组地址来发送数据，也不能保证没有其他源会使用这个地址。 
IGMPv3中定义的是特定源组播(Specific Source Multicast，缩写为SSM)模型，SSM提供给网络层的服务是一个“通道”，它用特定组播的目的IP地址G(Group Address)和源IP地址S(Source Address)进行“通道”，接受者只要加入该(S，G)通道可以收到这些数据报。SSM缓解和弥补了ASM的缺陷。 
在地址分配上，特定源组播定义了IP地址G和源IP地址S(S，G)，通过S对G进行了扩展，例如(S1，G)和(S2，G)，虽然拥有相同的组地址G，但是通过S1和S2来分别代表两个通道。这样就避开了全局分配特定源组播目的组播地址的问题，每一个组播源能够单独处理它所创建的多个通道之间的地址冲突问题。 
在访问控制上，当接收者加入到一个(S，G)通道，它只能接收到源S发送的数据。相反，任何主机都可以向一个ASM主机组播组发送数据。在一个发送者选择了一个(S，G)通道来发送数据的同时，特定源组播自动地保证不会有其他发送者在同一个通道上发送数据。这使得在特定源组播通道上发送垃圾信息比在任意源组播组上发送要困难得多。 
在处理众所周知的组播源过程中，SSM只需要简单的维护一棵基于源的转发树，而组播路由协议中的共享树体系已经不再需要，这样一方面将大大降低组播路由结构的复杂性，另一方面可以直接部署组播网络。 
三层路由器可以对组播报文的转发进行控制。但大多数情况下，组播报文不可避免地要经过一些二层交换设备，如二层交换机，尤其是在局域网环境里。如果二层交换机不对组播报文进行处理，就会洪泛给二层交换机的所有接口，造成资源浪费和影响性能使用。 
在任意源组播体系中通常采用IGMP监听(IGMP Snooping)解决这个问题。任意源组播在IGMP监听工作过程中，接收主机发出IGMP成员报告消息，在经过二层交换机时，二层交换机对这个消息进行监听并记录下来，形成组成员和接口的对应关系，二层交换机在收到组播数据报文时，根据组成员和接口的对应关系，仅向具有组成员的接口转发组播报文。二层交换机处理完IGMP协议包后，将向三层设备接口原封不动的转发该协议包。 
然而在根据IGMPv3的特定源组播中，IGMP组播成员管理机制是针对第三层设计的，三层路由器可以对组播报文的转发进行控制。对于二层交换机，尤其是在局域网环境里，特定源组播中的二层交换机不能够对组播报文进行处理，导致洪泛给二层交换机的所有接口，从而造成资源浪费和影响性能使用。 
因此，人们需要一种在包括二层交换机的网络上实现特定源组播的解决方案，能够解决上述相关技术中的问题。 
发明内容
本发明旨在提供一种特定源组播方法，用于解决上述相关技术中二层交换机上无法实现特定源组播等问题。 
根据本发明的一个方面，提供了一种用于包括二层交换机和三层交换机的网络的特定源组播方法，包括以下步骤：在二层交换机中划分VLAN资源给特定源组播专用，并且划分VLAN资源的工作域；在工作域中增加(S，G)通道；在VLAN资源中对端口发送的IGMP协议报文中的通道请求消息和(S，G)通道进行匹配；以及根据匹配的情况，重组报文并转发给三层交换机。 
在上述的特定源组播方法中，在工作域中增加(S，G)通道包括以下步骤：在工作域中规定源端口和接收端口，其中源端口为VLAN资源中的节目来源端口，接收端口是VLAN资源中的节目观看端口。 
在上述的特定源组播方法中，匹配包括以下步骤：假如报文中的通道请求消息和(S，G)通道一致，那么将端口加入(S，G)通道；假如报文中的通道请求消息和(S，G)通道冲突，则在(S，G)通道中删除端口。 
在上述的特定源组播方法中，判断报文中的通道请求消息和(S，G)通道是否一致包括以下步骤：解析报文中所有的通道请求信息，然后和二层交换机上配置的(S，G)通道进行匹配，以此判断端口是通流端口还是禁流端口，假如是通流端口则是一致，否则为冲突。 
在上述的特定源组播方法中，解析报文中所有的通道请求信息包括以下步骤：以组记录为单位分解报文得到通道请求信息，其中，将请求的每一个通道构成为请求类型{R，(S，G)}，将请求类型分别标为{Join，(S，G)}和{Leave，(S，G)}。 
在上述的特定源组播方法中，{Join，(S，G)}的判断准则如下：记录类型为MODE_IS_INCLUDE或者CHANGE_TO_INCLUDE_MODE，则报文包含(S，G  )项；记录类型为MODE_IS_EXCLUDE或者CHANGE_TO_EXCLUDE_MODE，则报文中不包含(S，G)项；记录类型为ALLOW_NEW_SOURCES，当前过滤模式是INCLUDE，则报文包含(S，G)项；记录类型为BLOCK_OLD_SOURCES，并且当前过滤模式是EXCLUDE，则报文包含(S，G)项。 
在上述的特定源组播方法中，{Leave，(S，G)}的判断准则如下：记录类型为MODE_IS_INCLUDE或者CHANGE_TO_INCLUDE_MODE，则报文不包含(S，G)项；记录类型为MODE_IS_EXCLUDE或者CHANGE_TO_EXCLUDE_MODE，则报文中不包含(S，G)项；记录类型为ALLOW_NEW_SOURCES，当前过滤模式是EXCLUDE，则报文包含(S，G)项；记录类型为BLOCK_OLD_SOURCES，并且当前过滤模式是INCLUDE，则报文包含(S，G)项。 
在上述的特定源组播方法中，增加端口包括以下步骤：当端口的通道请求信息为{Join，(S，G)}时，搜索(S，G)通道，假如不匹配，该{Join，(S， G)}将被扔弃；假如匹配，在(S，G)通道中增加端口。 
在上述的特定源组播方法中，删除端口包括以下步骤：当端口的通道请求信息为{Leave，(S，G)}时，在(S，G)通道中删除端口。 
在上述的特定源组播方法中，重组IGMP协议报文并转发给三层交换机包括以下步骤：二层交换机将IGMP协议报文封装成多条MODE_IS_INCLUDE记录[G，S1]，[G，S2]，[G，S3]......，然后通过不同的通道，将这些记录转发给三层交换机。 
通过上述技术方案，本发明实现了如下技术效果： 
本文提供一种二层交换机IGMPv3的实现方法，是一种“受控监听(Dominated IGMPv3 Snooping)”方法。该实现方法在任意源组播IGMP Snooping的基础上，根据二三层设备组播部署规划，对IGMP v3报文进行有效的分析处理，进行拆分，转换，记录，再传递给上层路由器。该方法不再是单纯的监听和记录，它需要根据组播流量的部署情况对IGMPv3报文进行监听和处理。该方法有效地实现了二层交换机对IGMPv3的支持，使二层交换机在现有条件就可以具备较强的特定源组播功能。 
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 
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示出了根据本发明的特定源组播方法的流程图； 
图2示出了根据本发明实施例的特定源组播方法的流程图。 
具体实施方式
本发明提供了一种特定源组播实现方法，如图1所示，其包括以下步骤： 
步骤S102，在二层交换机中划分VLAN资源给特定源组播专用，并且划分VLAN资源的工作域； 
步骤S104，在工作域中增加(S，G)通道； 
步骤S106，在VLAN资源中对端口发送的IGMP协议报文和(S，G)通道进行匹配；以及 
步骤S108，根据匹配的情况，重组报文并转发给三层交换机。 
步骤S104可包括以下步骤：在工作域中规定源端口和接收端口，其中源端口为VLAN资源中的节目来源端口，接收端口是VLAN资源中的节目观看端口。 
匹配可包括以下步骤：假如报文和(S，G)通道一致，那么将端口加入(S，G)通道；假如报文和(S，G)通道冲突，则在(S，G)通道中删除端口。 
判断报文和(S，G)通道是否一致可包括以下步骤：解析报文中所有的通道请求信息，然后和二层交换机上配置的(S，G)通道进行匹配，以此判断端口是通流端口还是禁流端口，假如是通流端口则是一致，否则为冲突。 
解析报文中所有的通道请求信息可包括以下步骤：以组记录为单位分解报文得到通道请求信息，其中，将请求的每一个通道构成为请求类型{R，(S，G)}，将请求类型分别标为{Join，(S，G)}和{Leave，(S，G)}。 
{Join，(S，G)}的判断准则可如下：记录类型为MODE_IS_INCLUDE或者CHANGE_TO_INCLUDE_MODE，则报文包含(S，G)项；记录类型为MODE_IS_EXCLUDE或者CHANGE_TO_EXCLUDE_MODE，则报文中不包含(S，G)项；记录类型为ALLOW_NEW_SOURCES，当前过滤模式是INCLUDE，则报文包含(S，G)项；记录类型为BLOCK_OLD_SOURCES，并且当前过滤模式是EXCLUDE，则报文包含(S，G)项。 
{Leave，(S，G)}的判断准则可如下：记录类型为MODE_IS_INCLUDE或者CHANGE_TO_INCLUDE_MODE，则报文不包含(S，G)项；记录类型为MODE_IS_EXCLUDE或者CHANGE_TO_EXCLUDE_MODE，则报文中不包含(S，G)项；记录类型为ALLOW_NEW_SOURCES，当前过滤模式是EXCLUDE， 则报文包含(S，G)项；记录类型为BLOCK_OLD_SOURCES，并且当前过滤模式是INCLUDE，则报文包含(S，G)项。 
增加端口可包括以下步骤：当端口的通道请求信息为{Join，(S，G)}时，搜索(S，G)通道，假如不匹配，该{Join，(S，G)}将被扔弃；假如匹配，在(S，G)通道中增加端口。 
删除端口可包括以下步骤：当端口的通道请求信息为{Leave，(S，G)}时，在(S，G)通道中删除端口。 
重组IGMP协议报文并转发给三层交换机可包括以下步骤：二层交换机将IGMP协议报文封装成多条MODE_IS_INCLUDE记录[G，S1]，[G，S2]，[G，S3]......，然后通过不同的通道，将这些记录转发给三层交换机。 
下面将参考附图2并结合实施例，来详细说明本发明，如图2所示，包括以下步骤： 
步骤S202.在二层设备中划分一些VLAN(Virtual Local Area Network)资源给组播专用，并且划分该组播VLAN的工作域。 
步骤S204.在组播VLAN的工作域中，增加若干(S，G)通道。 
步骤S206.在组播VLAN中对端口发送的IGMP协议报文和(S，G)通道进行匹配。 
步骤S208，假如一致，那么将端口加入该(S，G)通道。 
步骤S210，假如冲突，则在(S，G)通道中删除该端口。 
步骤S212.在组播VLAN中，根据与(S，G)通道匹配的情况，重组报文给三层设备。 
一般来说二层设备在数据交换中通过VLAN ID(VID)和目的MAC(Destination Media Access Control)地址(DA)来识别数据流和进行数据交换。在这种交换体系中，本质上无法区分数据流的源地址，不能直接提供SSM服务。 
本发明通过在二层交换机上分出两部分VLAN资源，其中一部分给组播数据流使用称之为组播VLAN，与二层交换机上联的三层交换设备通过这些组播VLAN把组播流送入二层交换机的上联口；另一部分VLAN给(S，G)通道使 用，每一个(S，G)通道对应一个SG VLAN，通过网管配置将SG VALN分配给特定源地址和组地址的(S，G)通道。本发明通过对(S，G)通道的配置，将(S，G)通道的组播流与二层转发流(VID，DA)一一对应。 
在组网应用时，每一个组播VLAN对应上联三层设备一个相同的VLAN接口，在二层交换机上的(S，G)通道都隶属于一个组播VLAN，对于同一组地址的多个通道，如(S1，G)，(S2，G)，(S3，G)，这些相同组地址G，不同源地址S1，S2，S3通道配置在不同的组播VLAN中，这样(S1，G)，(S2，G)，(S3，G)分别属于组播VLAN1，组播VLAN2，组播VLAN3。 
在IGMPv3协议报文处理过程中，包括IGMPv3报告报文和查询报文处理。与二层交换机相连的终端主机将发送报告报文来表明自己想加入或者离开的(S，G)通道。一条完整的组记录主要包含三个部分，组记录类型，一个组地址(G)，一列源地址(S1，S2，S3......)。IGMPv3组记录的类型共有如下6种： 
1.当前状态是包含模式(MODE_IS_INCLUDE) 
2.当前状态是排除模式(MODE_IS_EXCLUDE) 
3.过滤模式切换到包含模式(CHANGE_TO_INCLUDE_MODE) 
4.过滤模式切换到排除模式(CHANGE_TO_EXCLUDE_MODE) 
5.源地址列表变换，允许新的源地址(ALLOW_NEW_SOURCES) 
6.源地址列表变换，屏蔽旧的源地址(BLOCK_OLD_SOURCES) 
在不同的记录模式下，组地址和源地址列表对应的(S，G)通道针对端口的权限是不同的，不管是什么组合，对于二层交换机上的(S，G)通道而言，只会产生两种结果，其一是该端口允许接收(S，G)通道中的流量，为该(S，G)通道的通流端口；其二是该端口禁止接收(S，G)通道中的流量，为该(S，G)通道的禁流端口。 
所以二层交换机在IGMPv3报告报文处理过程中，处理的核心问题就是解析报文中所有的(S，G)通道，然后和二层交换机上配置的(S，G)通道进行匹配，看该端口是通流端口还是禁流端口，假如是通流端口则需要在(S，G) 通道增加该端口，否则删除该端口。 
二层交换机在根据报告报文处理完自己的通道后，将对报文进行重组，将报文记录[G，S1，S2，S3......]，封装成若干记录[G，S1]，[G，S2]，[G，S3]等，然后根据二层交换机中(S，G)通道在组播VLAN中的隶属情况，通过不同的组播VLAN，将这些记录转发给三层设备。 
具体地说，当二层交换机从主机收到组播地址为G，源地址列表依次为S1，S2，S3的MODE_IS_INCLUDE记录时，例如二层交换机从主机收到一IGMP报告报文记录，记录类型为MODE_IS_INCLUDE，组播地址为G，源地址列表依次为S1，S2，S3，假如该端口为(S1，G)，(S2，G)，(S3，G)的通流端口，将把该记录分解成三条MODE_IS_INCLUDE，(S1，G)记录将发送到组播VLAN1接口，(S2，G)记录将发送到组播VLAN2接口，(S3，G)记录将发送到组播VLAN3接口。这样(S1，G)，(S2，G)，(S3，G)的组播流将通过不同的VLAN1，2，3发送到二层交换机，对于相同组地址的数据流，VLAN1，VLAN2，VLAN3分别对应不同的VLAN ID，这样通过不同的VLAN ID来区分不同的源地址，实现(S，G)和(VID，G)的一一对应关系。实现二层交换机的SSM控制。 
实现时，首先在组播工作域中规定源端口和接收端口，其中源端口为组播VLAN中的节目来源端口，对于二层交换机而言，通常是和三层路由器相联的端口；接收端口是节目观看端口，通常为节目流出端口，这样非源端口和接收端口的报文将被忽略。 
然后，以组记录为单位分解报告报文，得到端口对若干通道的请求信息，每一个通道构成为请求类型(R：Request)加上通道信息(S，G)，简写为{R，(S，G)}，请求类型有加入(Join)和离开(Leave)两种，分别标为{Join，(S，G)}和{Leave，(S，G)}。 
报文中{Join，(S，G)}的判断准则如下： 
1.记录类型为MODE_IS_INCLUDE或者CHANGE_TO_INCLUDE_MODE，报文包含(S，G)项； 
2.记录类型为MODE_IS_EXCLUDE或者CHANGE_TO_EXCLUDE_MODE，报文中不包含(S，G)项； 
3.记录类型为ALLOW_NEW_SOURCES，当前过滤模式是INCLUDE，报文包含(S，G)项； 
4.记录类型为BLOCK_OLD_SOURCES，并且当前过滤模式是EXCLUDE，报文包含(S，G)项； 
报文中{Leave，(S，G)}的判断准则如下： 
1.记录类型为MODE_IS_INCLUDE或者CHANGE_TO_INCLUDE_MODE，报文不包含(S，G)项； 
2.记录类型为MODE_IS_EXCLUDE或者CHANGE_TO_EXCLUDE_MODE，报文中不包含(S，G)项； 
3.记录类型为ALLOW_NEW_SOURCES，当前过滤模式是EXCLUDE，报文包含(S，G)项； 
4.记录类型为BLOCK_OLD_SOURCES，并且当前过滤模式是INCLUDE，报文包含(S，G)项； 
具体流程如下： 
步骤1.将接收端口接收到的IGMPv3报告以组记录为单位进行分解，得到一系列{Join，(S，G)}和{Leave，(S，G)}，然后逐个处理它们。 
步骤2.当处理{Join，(S，G)}时，搜索二层交换机上配置的各个组播VLAN中配置的(S，G)通道，假如不匹配，该{Join，(S，G)}将被扔弃；假如匹配，在二层(S，G)转发通道中增加该端口；然后在(S，G)从属的组播VLAN中，重组记录，发送到源端口； 
步骤3.当处理{Leave，(S，G)}时，在二层(S，G)转发通道中删除该端口；然后在(S，G)从属的组播VLAN中，修改报告报文，组建删除该(S，G)条目报文，发送给源端口。 
在IGMPv3协议查询报文处理过程中，二层交换机处理所有源端口过来的IGMPv3查询报文。收到的查询报文都将在组播VLAN内发送到所有接收端口。 
由以上描述可以看出，本发明实现了以下有益效果， 
本文提供一种二层交换机IGMPv3的实现方法，是一种“受控监听(Dominated IGMPv3 Snooping)”方法。该实现方法在任意源组播IGMP Snooping的基础上，根据二三层设备组播部署规划，对IGMP v3报文进行有效的分析处理，进行拆分，转换，记录，再传递给上层路由器。该方法不再是单纯的监听和记录，它需要根据组播流量的部署情况对IGMPv3报文进行监听和处理。该方法有效地实现了二层交换机对IGMPv3的支持，使二层交换机在现有条件就可以具备较强的特定源组播功能。 
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 (10)

1.一种用于包括二层交换机和三层交换机的网络的特定源组播方法，其特征在于，包括以下步骤：
在所述二层交换机中划分虚拟局域网VLAN资源给特定源组播专用，并且划分所述VLAN资源的工作域；
在所述工作域中增加(S，G)通道，其中，S为特定源组播的源IP地址，G为特定源组播的目的IP地址；
在所述VLAN资源中对端口发送的因特网组管理协议IGMP协议报文的通道请求消息和(S，G)通道进行匹配；以及
根据匹配的情况，重组所述报文并转发给所述三层交换机。
2.根据权利要求1所述的特定源组播方法，其特征在于，在所述工作域中增加(S，G)通道包括以下步骤：
在所述工作域中规定源端口和接收端口，其中所述源端口为所述VLAN资源中的节目来源端口，所述接收端口是所述VLAN资源中的节目观看端口。
3.根据权利要求2所述的特定源组播方法，其特征在于，匹配包括以下步骤：
假如所述报文中的通道请求消息和(S，G)通道一致，那么将所述端口加入(S，G)通道；
假如所述报文中的通道请求消息和(S，G)通道冲突，则在(S，G)通道中删除所述端口。
4.根据权利要求3所述的特定源组播方法，其特征在于，判断所述报文中的通道请求消息和(S，G)通道是否一致包括以下步骤：
解析所述报文中所有的通道请求信息，然后和所述二层交换机上配置的(S，G)通道进行匹配，以此判断所述端口是通流端口还是禁流端口，假如是通流端口则是一致，否则为冲突。
5.根据权利要求4所述的特定源组播方法，其特征在于，解析所述报文中所有的通道请求信息包括以下步骤：
以组记录为单位分解所述报文得到所述通道请求信息，其中，将请求的每一个通道构成为请求类型{R，(S，G)}，将请求类型分别标为{Join，(S，G)}和{Leave，(S，G)}。
6.根据权利要求5所述的特定源组播方法，其特征在于，{Join，(S，G)}的判断准则如下：
记录类型为MODE_IS_INCLUDE或者CHANGE_TO_INCLUDE_MODE，则所述报文包含(S，G)项；
记录类型为MODE_IS_EXCLUDE或者CHANGE_TO_EXCLUDE_MODE，则所述报文中不包含(S，G)项；
记录类型为ALLOW_NEW_SOURCES，当前过滤模式是INCLUDE，则所述报文包含(S，G)项；
记录类型为BLOCK_OLD_SOURCES，并且当前过滤模式是EXCLUDE，则所述报文包含(S，G)项。
7.根据权利要求5所述的特定源组播方法，其特征在于，{Leave，(S，G)}的判断准则如下：
记录类型为MODE_IS_INCLUDE或者CHANGE_TO_INCLUDE_MODE，则所述报文不包含(S，G)项；
记录类型为MODE_IS_EXCLUDE或者CHANGE_TO_EXCLUDE_MODE，则所述报文中不包含(S，G)项；
记录类型为ALLOW_NEW_SOURCES，当前过滤模式是EXCLUDE，则所述报文包含(S，G)项；
记录类型为BLOCK_OLD_SOURCES，并且当前过滤模式是INCLUDE，则所述报文包含(S，G)项。
8.根据权利要求5所述的特定源组播方法，其特征在于，增加所述端口包括以下步骤：
当所述端口的所述通道请求信息为{Join，(S，G)}时，搜索所述(S，G)通道，假如不匹配，所述{Join，(S，G)}将被扔弃；假如匹配，在所述(S，G)通道中增加所述端口。
9.根据权利要求5所述的特定源组播方法，其特征在于，删除所述端口包括以下步骤：
当所述端口的所述通道请求信息为{Leave，(S，G)}时，在所述(S，G)通道中删除所述端口。
10.根据权利要求5所述的特定源组播方法，其特征在于，重组所述IGMP协议报文并转发给所述三层交换机包括以下步骤：
所述二层交换机将所述IGMP协议报文封装成多条MODE_IS_INCLUDE记录[G，S1]，[G，S2]，[G，S3]……，然后通过不同的所述通道，将这些记录转发给所述三层交换机。
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