CN101815038B - 接入网络的标识组播路由方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接入网络的标识组播路由方法及系统。该方法包括：以IGMPv2的组播查询和响应机制为基础，对消息格式进行扩展，获取扩展的消息格式；依据所述扩展的消息格式和每一接入路由器的接入网组播状态表，进行节点加入组或节点离开组的操作。基于本发明，可以建立一体化接入网组播状态，且接入网中的节点组播状态不能扩散到核心网中，以保证接入网中的组播机制具有良好的稳定性和可扩展性。

Description

接入网络的标识组播路由方法及系统

技术领域

本发明涉及接入网组播技术，尤其涉及接入网络的标识组播路由方法及系统。

背景技术

随着新网络架构技术研究的兴起，如何在这些新的网络体系中利用其优点改善组播机制、提出新的组播体系以及组播服务模型成为了一个新的课题。一体化网络是一种新的基于身份位置分离思想的网络体系架构，它引入接入标识、路由标识及其分离映射机制，将身份与位置进行分离，为数据、语音、视频等业务提供一个一体化的网络通信平台，致力于研究在身份位置分离下的路由可扩展性、移动支持和安全等优点。

在一体化网络中，节点的接入标识采用平面化的编址方式，从而使得接入网可以是一种区域内的多跳结构。在这个多跳网络中，节点使用接入标识进行通信，不需要实际和有效的IP地址或者其他用于和外部网络进行直接通信的路由标识。而组播(Multicast)作为一种能有效解决一对多通信和多对多通信的技术，尚未被考虑在一体化的接入网中进行部署。

作为组播技术的一个重要部分，IGMP(Internet GroupManagement Protocol，Internet组管理协议)提供了接入网中主机和接入路由器之间的成员关系维护和必要的消息交互机制。当组播主机希望加入特定的组播组并且开始接收组播数据时，它们就发送IGMP消息以通知本地的组播路由器，主机也可以(用IGMPv2定义的一些扩展)通知本地的组播路由器，表示主机希望离开IP组播组，并因此对接收组播组信息不再感兴趣，路由器通过IGMP获得主机的信息，并在每一个接口上维护与该接口直接相连的组播组成员关系表。因此，IGMP的设计就默认了接入网总是单跳的场景，虽然从IGMPv1到IGMPv2，再到IGMPv3，接入网的组播管理不断完善，但是始终没有突破这一应用上的限制。

为了在核心网的路由器之间转发组播数据包，组播路由协议通过路由器之间的信令交互建立和维护组播转发树。典型的组播路由协议包括距离矢量组播路由协议(DVMRP)，协议无关组播协议-密集模式(PIM-DM)和协议无关组播协议-稀疏模式(PIM-SM)等。DVMRP是从路由信息协议(RIP)发展而来，它整合了RIP的多个特性，是第一个支持组播功能的路由协议，现已经被应用在组播骨干网MBone上。DVMRP为每个组播源和目的主机组构建不同的组播转发树，每个转发树都是以组播源为根，以组播接收者为叶子节点。这个转发树在组播源和组播接收者之间构建了一个最短转发路径。当一个组播源要向组播组发送数据时，转发树就根据这个请求而建立，并使用“广播-修剪”方法来维持。

PIM-DM采用扩散剪枝机制建立组播转发树。在PIM-DM域中，运行PIM-DM协议的路由器周期性地发送Hello消息，发现邻接PIM路由器，进行叶子网络和叶子路由器的判断，并且负责在多路访问网络中选举指定路由器(DR)。PIM-DM协议假设域内所有的网络节点都需要接收组播数据，首先将组播数据包扩散到全网，然后通过剪枝删掉不需要数据的网段。密集模式的主要缺点是网络中的每个路由器必须为每个源保存状态信息，不管其下游是否有成员。当成员不密集时，网络中存储的大量状态信息会浪费大量带宽。为了克服密集模式的这个缺点，出现了PIM-SM组播路由协议。

PIM-SM为每个组指定一个有效的汇聚点(RP)。PIM-SM构建两种组播转发树，分别是以组播组G的汇聚点为根的共享树(RPT)和以组播源为根的最短路径树(SPT)。PIM-SM允许接收者从RPT切换到SPT来接收组播数据。PIM-SM协议最初先为组播组构建一个共享树，组播源先将组播数据发送到RP，再由RP沿共享树向下转发到每个接收者。若接收端的指定路由器检测到接收数据速率超过了预定的门限值，它就会向组播源发送PIM加入请求消息以加入到最短路径树中。一旦建成组播源到接收者的最短路径树，通过RP的相应分枝就会被修剪掉，避免组播通信流量很大时汇集点RP处可能出现的拥塞现象。

虽然这些成熟的组播路由协议提供了一种组播树建立和维护方法，但是它们的初衷都是针对结构化的IP核心网络。在一体化网络中，核心网络和接入网络通过标识映射机制进行分离，使得接入网相对独立。在接入网中使用平面化的接入标识进行通信破坏了此类路由协议的适用前提。同时，接入网可能并不具备此类路由协议所需要的完善路由体系和设施，因此不能借用传统路由协议的组播树维护机制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种接入网络的标识组播路由方法及系统，基于本发明，可以建立一体化接入网组播状态，且接入网中的节点组播状态不能扩散到核心网中，以保证接入网中的组播机制具有良好的稳定性和可扩展性。

本发明一种接入网络的标识组播路由方法，包括如下步骤：消息格式扩展步骤，以IGMPv2的组播查询和响应机制为基础，对消息格式进行扩展，获取扩展的消息格式；节点加入或离开步骤，依据所述扩展的消息格式和每一接入路由器的接入网组播状态表，进行节点加入组或节点离开组的操作。

上述述的组播路由方法，优选所述消息格式扩展步骤中，所述扩展的消息格式为：

其中，消息中的各个部分含义如下：所述消息格式第一行前4比特的“IGMP报文类型”代表报文的类型，用于指示所述接入网络中的主机和所述接入路由器进行通信的方式；所述消息格式第一行第5～7比特的“节点类型”为节点类型标识，所述节点类型标识用于区分所述接入网络中的四种节点类型：001为根接入路由器，010为普通接入路由器，011为接收节点，100为组播源；所述消息格式第一行第8比特的“B”为分支节点指示标志位；所述消息格式第一行第9～15比特的“最大响应时间”代表该消息的最大响应时间；所述消息格式第一行第16～31比特的“校验和”代表该消息的校验和；所述扩展的消息格式第二行前8比特的“组播地址长度”用来指示组播标识地址的长度；所述消息格式第二行第9～31比特的“标识组播地址”用于携带标识组播地址；所述扩展的消息格式第三行至第n行前8比特的“接入网标识长度”代表所述节点或所述接入路由器的接入网标识长度，所述消息格式第三行第9～31字节的“接入网标识”代表所述节点或所述接入路由器的接入标识。

上述述的组播路由方法，优选所述节点加入或离开步骤中，所述每一接入路由器的接入网组播状态表为：

B

标识组播地址

下游接收节点列表

节点类型

生命值

其中，状态表各部分内容含义如下：所述B用于指示节点本身是否为标识组播地址所示组播组的分支节点，其值与所述扩展消息中的标志位B取值一致；所述标识组播地址用于标识一个特定的组播组；所述下游接收节点列表用来维护该节点的下游节点；所述节点类型用来指示该下游节点的类型；所述生命值用于维护和更新每个下游节点的状态，每个条目都对应一个生命值，当生命值为0时，该接入路由器将向对应的节点发起IGMP查询过程。

另一方面，本发明还提供了一种接入网络的标识组播路由系统，所述系统包括：消息格式扩展模块，用于以IGMPv2的组播查询和响应机制为基础，对消息格式进行扩展，获取扩展的消息格式；节点加入或离开模块，依据所述扩展的消息格式和每一接入路由器的接入网组播状态表，进行节点加入组或节点离开组的操作。

上述组播路由系统，优选所述消息格式扩展模块中，扩展的消息格式为：

其中，消息中的各个部分含义如下：所述消息格式第一行前4比特的“IGMP报文类型”代表报文的类型，用于指示所述接入网络中的主机和所述接入路由器进行通信的方式；所述消息格式第一行第5～7比特的“节点类型”为节点类型标识，所述节点类型标识用于区分所述接入网络中的四种节点类型：001为根接入路由器，010为普通接入路由器，011为接收节点，100为组播源；所述消息格式第一行第8比特的“B”标志位分支节点指示标志B；所述消息格式第一行第9～15比特的“最大响应时间”代表该消息的最大响应时间；所述消息格式第一行第16～31比特的“校验和”代表该消息的校验和；所述扩展的消息格式第二行前8比特的“组播地址长度”用来指示组播标识地址的长度；所述消息格式第二行第9～31比特的“标识组播地址”用于携带标识组播地址；所述扩展的消息格式第三行至第n行前8比特的“接入网标识长度”代表所述节点或所述接入路由器的接入网标识长度，所述消息格式第三行第9～31字节的“接入网标识”代表所述节点或所述接入路由器的接入标识。

上述述的组播路由方法，优选所述节点加入或离开模块中，所述每一接入路由器的接入网组播状态表为：

B

标识组播地址

下游接收节点列表

节点类型

生命值

其中，状态表各部分内容含义如下：所述B用于指示节点本身是否为标识组播地址所示组播组的分支节点，其值与所述扩展消息中的B标志取值一致；所述标识组播地址用于标识一个特定的组播组；所述下游接收节点列表用来维护该节点的下游节点；所述节点类型用来指示该下游节点的类型；所述生命值用于维护和更新每个下游节点的状态，每个条目都对应一个生命值，当生命值为0时，该接入路由器将向对应的节点发起IGMP查询过程。

相对于现有技术，本发明采用多层的IGMP消息处理来建立高效简单的一体化接入网组播状态。此外，为了避免接入网中的组播状态扩散到核心网，本发明采用基于路由器的组播状态维护，节点并不直接参与组播状态的建立过程。对于组播数据的转发，采用基于分支路由器的状态维护，并可以适用于接入网的任何单播路由机制来实现组播数据的高效传输。

附图说明

图1为本发明接入网络的标识组播路由方法实施的步骤流程图；

图2为本发明接入网络的标识组播路由方法中，节点加入实施例的步骤流程图；

图3为本发明接入网络的标识组播路由方法中，节点离开实施例的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1，图1为本发明接入网络的标识组播路由方法实施的步骤流程图，包括如下步骤：

消息格式扩展步骤110，以IGMPv2的组播查询和响应机制为基础，对消息格式进行扩展，获取扩展的消息格式；

节点加入或离开步骤120，维护和更新所述接入网络中的每一接入路由器的接入网组播状态表，依据所述扩展的消息格式和所述每一接入路由器的所述接入网组播状态表，进行节点加入组或节点离开组的操作。

下面对上述两个步骤做进一步的说明。

本发明扩展了IGMP的消息格式，以IGMPv2的特定组播查询和响应机制为基础，扩展的消息格式参照表1所示，表1为扩展的消息格式示意图：

表1

该扩展消息中各个字段的含义如下：

所述消息格式第一行前4比特的“IGMP报文类型”代表报文的类型，用于指示所述接入网络中的主机和所述接入路由器进行通信的方式；所述消息格式第一行第5～7比特的“节点类型”为节点类型标识，所述节点类型标识用于区分所述接入网络中的四种节点类型：001为根接入路由器，010为普通接入路由器，011为接收节点，100为组播源；所述消息格式第一行第8比特的“B”标志位分支节点指示标志B；所述消息格式第一行第9～15比特的“最大响应时间”代表该消息的最大响应时间；所述消息格式第一行第16～31比特的“校验和”代表该消息的校验和；

所述扩展的消息格式第二行前8比特的“组播地址长度”用来指示组播标识地址的长度；所述消息格式第二行第9～31比特的“标识组播地址”用于携带标识组播地址；

所述扩展的消息格式第三行至第n行前8比特的“接入网标识长度”代表所述节点或所述接入路由器的接入网标识长度，所述消息格式第三行第9～31字节的“接入网标识”代表所述节点或所述接入路由器的接入标识。

由于接入网可能采用可变长度的标识地址空间，所以新增了接入网标识长度和对应的接入标识(AID)。在该消息中，如果包含多个AID，就以此“长度-AID”的格式排列。此外，组播组也可以用可变长度的地址空间，所以额外扩展了标识组播地址空间。其中的组播地址长度用来指示组播标识地址的长度，而后面的标识组播地址(MSI)用来携带标识组播地址。

B为分支节点指示标志。但是在加入和离开消息中对应不同的含义，从而产生四种场景：在加入消息中如果B为1，且只包含一个AID，则说明是这个接入交换路由器(ASR)自举为这个AID对应节点的分支路由器(节点加入)；如果包含多个AID，则说明是这个ASR自举为这多个AID所对应ASR的分支路由器(自举为新的分支路由器)。在离开消息中如果B为1，且包含多个AID，则将第一个AID对应的ASR选举为新的分支路由器，且后面的AID离开组(选举新的分支路由器)；如果B为0且包含一个AID，则说明是此AID对应的节点或ASR离开组，但是ASR仍需作为分支路由器(节点离开)。

对于每个ASR，都需要维护和更新一个接入网组播状态表，其包含的内容参照表2，表2为接入路由器接入网组播状态表的示意图。

表2

B

标识组播地址

下游接收节点列表

节点类型

生命值

其中，状态表各部分内容含义如下：

B标志用于指示节点本身是否为标识组播地址所示组播组的分支节点，其值应该和所述扩展消息中的B标志取值一致；所述标识组播地址用于标识一个特定的组播组；所述下游接收节点列表用来维护该节点的下游节点；所述节点类型用来指示该下游节点的类型；所述生命值用于维护和更新每个下游节点的状态，每个条目都对应一个生命值，当生命值为0时，该接入路由器将向对应的节点发起IGMP查询过程。

下面结合图4，对节点加入组的过程进行详细的说明。

参照图2，在一体化多跳接入网中，根ASR具有类似于组播汇聚点(RP)的功能，组播数据包都要通过根ASR传输到接入网内。当某个接收节点希望接收某一个组播组的数据包时，就向上游的ASR发送Join(加入)消息，其中的节点类型设为011。

上游ASR收到该消息后，查询自己的组播状态表，如果其中没有该组播组的状态，ASR就判断该加入消息是来自下游的ASR还是接收节点：如果是接收节点，该ASR就将这个接收节点加入对应于该MSI所标识组播组的状态表，重新构造IGMP加入消息并向上游转发，此时，这个ASR就将自己作为该接收节点的分支路由器；如果是下游的ASR，那么这个ASR就将AID加入状态表，并直接向上发送Join(加入)，因为此时的ASR认为已经有下游ASR成为新加入节点的分支路由器。

当上游的ASR收到这个加入消息时，发现已经有了该MSI所标识组播组的状态时，就判断状态表中是否有对应这个AID的条目：如果有，则说明这个加入消息是为了更新组播状态，所以ASR就更新该AID的状态；如果没有，那么上游ASR就认为有一个新的分支需要加入组播组，于是就提取选择状态表中对应MSI的下游ASR，然后这个上游ASR自举为新加入ASR和已有下游ASR的分支路由器，重新构造Join消息并向上转发。

当根ASR最后收到这个Join消息时，就认为发向组播组MSI的数据包应该发往这个分支路由器，随后，就以单播的方式进行组播数据包的发送。

下面结合图3，对节点离开组的过程进行详细的说明。

当节点发送IGMP以离开某个组时，就向上游ASR发出离开-(Leave)消息，上游ASR对其处理如图3所示。

首先判断这个离开消息是来自下游ASR还是一个接收节点：如果是下游的ASR，则将它从列表中删除，如果此时下游列表中只剩下一个ASR，那么这个上游ASR就将其选举为分支路由器，并向上游发送重新构造的Leave消息。其中的分支节点就填充为那个唯一剩下的ASR，上游路由器以此更新状态表；如果这个Leave消息是来自一个接收节点，那么当ASR将其从列表中删除后发现没有接收节点了，那么就说明这个ASR将不再需要作为分支路由器。此时，该ASR就向上发送Leave消息以退出组播组。

另一方面，本发明还提供了一种接入网络的标识组播路由系统，该系统包括：

消息格式扩展模块，用于以IGMPv2的组播查询和响应机制为基础，对消息格式进行扩展，获取扩展的消息格式；节点加入或离开模块，用于维护和更新所述接入网络中的每一接入路由器的接入网组播状态表，依据所述扩展的消息格式和所述每一接入路由器的所述接入网组播状态表，进行节点加入组或节点离开组的操作。

两个模块的具体工作原理在上述方法实施例中已经进行了详细的说明，在此不再赘述，相互之间互相参照即可。

以上对本发明所提供的一种接入网络的标识组播路由方法及系统进行了详细介绍，本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (1)

1.一种接入网络的标识组播路由方法，其特征在于，包括如下步骤： 

消息格式扩展步骤，以IGMPv2的组播查询和响应机制为基础，对消息格式进行扩展，获取扩展的消息格式； 

所述扩展的消息格式为： 

其中，消息中的各个部分含义如下： 

所述消息格式第一行第0～4比特的“IGMP报文类型”代表报文的类型，用于指示所述接入网络中的主机和接入路由器进行通信的方式；所述消息格式第一行第5～7比特的“节点类型”为节点类型标识，所述节点类型标识用于区分所述接入网络中的四种节点类型：001为根接入路由器，010为普通接入路由器，011为接收节点，100为组播源；所述消息格式第一行第8比特的“B”为分支节点指示标志位；所述消息格式第一行第9～15比特的“最大响应时间”代表该消息的最大响应时间；所述消息格式第一行第16～31比特的“校验和”代表该消息的校验和； 

所述扩展的消息格式第二行第0～8比特的“组播地址长度”用来指示组播标识地址的长度；所述消息格式第二行第9～31比特的“标识组播地址”用于携带标识组播地址； 

所述扩展的消息格式第三行至第n行第0～8比特的“接入网标识长度”代表所述节点或所述接入路由器的接入网标识长度，所述消息格式第三行第9～31的“接入网标识”代表所述节点或所述接入路由器的接入标识； 

节点加入或离开步骤，依据所述扩展的消息格式和每一接入路由器的接入网组播状态表，进行节点加入组或节点离开组的操作； 

所述每一接入路由器的接入网组播状态表为： 

其中，状态表各部分内容含义如下： 

所述B用于指示节点本身是否为标识组播地址所示组播组的分支节点，其值与所述扩展消息中的标志位B取值一致；所述标识组播地址用于标识一个特定的组播组；所述下游接收节点列表用来维护该节点的下游节点；所述节点类型用来指示该下游节点的类型；所述生命值用于维护和更新每个下游节点的状态，每个条目都对应一个生命值，当生命值为0时，该接入路由器将向对应的节点发起IGMP查询过程。 

2．一种接入网络的标识组播路由系统，其特征在于，所述系统包括： 

消息格式扩展模块，用于以IGMPv2的组播查询和响应机制为基础，对消息格式进行扩展，获取扩展的消息格式； 

扩展的消息格式为： 

其中，消息中的各个部分含义如下： 

所述消息格式第一行第0～4比特的“IGMP报文类型”代表报文的类型，用于指示所述接入网络中的主机和接入路由器进行通信的方式；所述消息格式第一行第5～7比特的“节点类型”为节点类型标识，所述节点类型标识用于区分所述接入网络中的四种节点类型：001为根接入路由器，010为普通接入路由器，011为接收节点，100为组播源；所述消息格式第一行第8比特的“B”标志位分支节点指示标志B；所述消息格式第一行第9～15比特的“最大响应时间”代表该消息的最大响应时间；所述消息格式第一行第16～31比特的“校验和”代表该消息的校验和； 

所述扩展的消息格式第二行第0～8比特的“组播地址长度”用来指示组播标识地址的长度；所述消息格式第二行第9～31比特的“标识组播地址”用于携带标识组播地址； 

所述扩展的消息格式第三行至第n行第0～8比特的“接入网标识长度”代表所述节点或所述接入路由器的接入网标识长度，所述消息格式第三行第9～31的“接入网标识”代表所述节点或所述接入路由器的接入标识； 

节点加入或离开模块，依据所述扩展的消息格式和每一接入路由器的接入网组播状态表，进行节点加入组或节点离开组的操作；所述每一接入路由器的接入网组播状态表为： 

其中，状态表各部分内容含义如下： 

所述B用于指示节点本身是否为标识组播地址所示组播组的分支节点，其值与所述扩展消息中的B标志取值一致；所述标识组播地址用于标识一个特定的组播组；所述下游接收节点列表用来维护该节点的下游节点；所述节点类型用来指示该下游节点的类型；所述生命值用于维护和更新每个下游节点的状态，每个条目都对应一个生命值，当生命值为0时，该接入路由器将向对应的节点发起IGMP查询过程。 

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