CN101951323A - 吉比特无源光网络中实现上行组播的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种吉比特无源光网络中实现上行组播的装置及方法，该装置包括：CPU单元、IGMP过滤单元、MAC地址查询单元、LAN端口单元和GPON端口单元，该方法包括：IGMP过滤单元将组播数据报丈发送至MAC地址查询单元，将其它数据包发送至CPU单元；MAC地址查询单元将源地址和目的地址已存于对应表中的数据包发送至GPON端口单元，将其它数据包发送至CPU单元；CPU对所获得的数据包进行分类处理，并将数据包发送至GPON端口单元。采用了本发明的吉比特无源光网络中实现上行组播的装置及方法，组播包可以实现上行组播透传，而其它数据包经CPU转发，从而避免了单纯由CPU转发的缺陷，减轻了CPU负荷，保证了数据传输的质量。

Description

吉比特无源光网络中实现上行组播的装置及方法

技术领域

本发明涉及互联网技术领域，特别涉及吉比特无源光网络数据传输技术领域，具体是指吉比特无源光网络中实现上行组播的装置及方法。

背景技术

吉比特无源光网络(GPON)是一种无源被动光网络，其下行最大传输速率可高达2.488Gps，上行最大传输速率达1.244Gbps，传输距离可达20公里。GPON具有高带宽、大范围覆盖、用户接口丰富等的众多特点，同时支持全业务的QoS(Quality of Service)保障，在欧洲和北美地区已经逐步大规模商用，在国内，各网络运营商也已经组织了多轮测试，并将进入小范围实验局阶段。

组播技术是一种允许一个或多个发送者(组播源)发送单一的数据包到多个接收者(一次的，同时的)的网络技术，组播源把数据包发送到特定组播组，而只有属于该组播组的地址才能接收到数据包。组播可以大大的节省网络带宽，因为无论有多少个目标地址，在整个网络的任何一条链路上只传送单一的数据包。组播技术提高了数据传送效率，减少了主干网出现拥塞的可能性，被广泛应用于多种网络视频业务。

随着近年来网络技术的发展，产生了基于宽带图像远程监控、传输、存储、管理的网络视频监控业务，而个人用户也有对家庭内IP camera进行监控的需求，这些视频服务都要求对用户终端视频业务进行传输，这些视频业务往往是使用组播形式来承载，而这些设备全部都是用户终端，因此需要支持反向(上行)传递组播业务的宽带接入设备。

GPON网络接入设备由于其自身特点，很适合用于上述的业务。但对于现在大多数GPON接入设备，组播流通常是从局端(OLT)到用户终端(ONT)的，这些正向组播主要用于IPTV业务。而对于上行的反向组播数据包一般都被丢弃。致使GPON设备难以应用于上行的组播传输形式。

现有技术中，解决上述的问题主要采取以下方法：

1、上行组播数据由CPU进行转发。该方法的缺点在于：由于组播数据量往往较大，CPU转发会出现较大的延时，CPU负载过重时还容易引起丢包，对视频质量产生较大负面影响。

2、在多端口的GPON网络MDU设备中，终端设备往往包含外置的交换芯片，对于上行组播业务，打开上联口的组播洪泛功能，同时关闭GPON芯片的二层交换功能，这样上行未知MAC目的地址的组播业务可以被转发到交换芯片上联口，从而以单播形式处理。其缺点在于，无法对上行组播业务进行控制，如限制上行的组播组数量，同时，如果下行组播地址和上行组播地址相同，则上行组播流被环回到组播源，导致上行组播不通，因此该方法的应用受到很大的限制。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种避免完全由CPU转发组播数据包或无条件转发组播包，能够实现了GPON设备上行组播透传功能，且能够对上行组播进行管理的吉比特无源光网络中实现上行组播的装置及方法

为了实现上述的目的，本发明的吉比特无源光网络中实现上行组播的装置具有如下构成：

该装置包括：CPU单元、IGMP过滤单元、MAC地址查询单元、LAN端口单元和GPON端口单元，所述的LAN端口单元的输出端连接所述的IGMP过滤单元，所述的IGMP过滤单元的输出端分别连接所述的CPU单元和MAC地址查询单元、所述的MAC地址查询单元分别连接所述的CPU单元和GPON端口单元，所述的CPU单元的输出端连接所述的GPON端口单元。

所述的吉比特无源光网络中实现上行组播的装置中，所述的MAC地址查询单元包括源地址查询模块和目的地址查询模块，所述的源地址查询模块分别连接所述的IGMP过滤单元、CPU单元和目的地址查询模块，所述的目的地址查询模块分别连接所述的源地址查询模块、CPU单元和GPON端口单元。

本发明还包括一种利用所述的装置实现吉比特无源光网络中上行组播的方法，该方法包括以下步骤：

(1)LAN端口单元将获得的数据包发送至IGMP过滤单元；

(2)IGMP过滤单元对数据包进行过滤，将组播数据报丈发送至MAC地址查询单元，将其它数据包发送至CPU单元；

(3)MAC地址查询单元从CPU单元获得组播源地址与目的地址对应表，查询所获得的数据包的源地址和目的地址，将源地址和目的地址已存于对应表中的数据包发送至GPON端口单元，将其它数据包发送至CPU单元；

(4)CPU对所获得的数据包进行分类处理，然后将数据包发送至GPON端口单元。

该实现吉比特无源光网络中上行组播的方法中，所述的步骤(3)，具体包括以下步骤：

(31)MAC地址查询单元从CPU单元获得组播源地址与目的地址对应表，并将数据包发至源地址查询模块；

(32)源地址查询模块查询数据包的源地址是否存在于所述的组播源地址与目的地址对应表的源地址中，若是，则将数据包发送至目的地址查询模块并进入步骤(33)，若否则将数据包发送至CPU单元并进入步骤(4)；

(33)目的地址查询模块查询数据包的目的地址是否存在于所述的组播源地址与目的地址对应表中与其源地址对应的目的地址中，若是，则将数据包发送至GPON端口单元，若否，则将数据包发送至CPU单元并进入步骤(4)。

该实现吉比特无源光网络中上行组播的方法中，所述的步骤(4)，具体包括以下步骤：

(40)CPU根据用户设定建立组播源地址与目的地址对应表；

(41)CPU根据数据包的MAC地址判断所获得的数据包是否为多播数据包，若是，则进入步骤(42)；若否，则CPU以单播数据包形式将数据包发送至GPON端口单元；

(42)CPU根据数据包的MAC地址判断所获得的数据包是否为IGMP组播报文，若是，则进入步骤(43)，若否，则CPU以广播数据包或特殊多播数据包将数据包发送至GPON端口单元；

(43)CPU区分IGMP组播报文为组播控制报文或组播数据报文，若为组播控制报文，则将数据包发至IGMP二层组播协议栈，若为组播数据报丈，则进入步骤(44)；

(44)CPU将组播数据报丈的源地址和目的地址写入所述的组播源地址与目的地址对应表；

(45)CPU将组播数据报文的源端口设置为GPON端口。

该实现吉比特无源光网络中上行组播的方法中，所述的步骤(45)之后还包括以下步骤：

(46)CPU删除组播源地址与目的地址对应表中一定时间内未进行组播的源地址与目的地址。

该实现吉比特无源光网络中上行组播的方法中，所述的二层组播协议栈为IGMP协议的Snooping/Proxy协议栈。

该实现吉比特无源光网络中上行组播的方法中，在所述的步骤(3)之前还包括以下步骤：

(3-0)MAC地址查询单元询问CPU单元是否允许上行组播，若是，则进入步骤(3)，若否，则进入步骤(3′)

(3′)MAC地址查询单元从CPU单元获得组播源地址与目的地址对应表，查询所获得的数据包的源地址和目的地址，将源地址和目的地址已存于对应表中的数据包丢弃，将其它数据包发送至CPU单元，并进入步骤(4)。

采用了该发明的吉比特无源光网络中实现上行组播的装置及方法，所有LAN端口单元的数据包中，已知源地址和目的地址的组播包可以实现上行组播透传，而其它数据包会经过CPU转发，从而避免了现有技术中单纯由CPU转发组播数据包或无条件转发组播数据的缺陷，减轻了CPU负荷，保证了数据传输的质量，同时能够实现对上行组播进行管理。

附图说明

图1为本发明的吉比特无源光网络中实现上行组播的装置的功能模块结构示意图。

图2为本发明的实现吉比特无源光网络中上行组播的方法的流程图。

图3为本发明中CPU的数据包处理流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1所示，为本发明的吉比特无源光网络中实现上行组播的装置的功能模块结构示意图。在本发明的一种实施方式中，所述的装置包括CPU单元、IGMP过滤单元、MAC地址查询单元、LAN端口单元和GPON端口单元，所述的LAN端口单元的输出端连接所述的IGMP过滤单元，所述的IGMP过滤单元的输出端分别连接所述的CPU单元和MAC地址查询单元、所述的MAC地址查询单元分别连接所述的CPU单元和GPON端口单元，所述的CPU单元的输出端连接所述的GPON端口单元。

在本发明的一种较优选的实施方式中，所述的装置中的MAC地址查询单元包括源地址查询模块和目的地址查询模块，所述的源地址查询模块分别连接所述的IGMP过滤单元、CPU单元和目的地址查询模块，所述的目的地址查询模块分别连接所述的源地址查询模块、CPU单元和GPON端口单元。

本发明还提供一种利用所述的装置实现吉比特无源光网络中上行组播的方法，该方法的一种实施例的流程图如图2所示，包括以下步骤：

(1)LAN端口单元将获得的数据包发送至IGMP过滤单元；

(2)IGMP过滤单元对数据包进行过滤，将组播数据报文发送至MAC地址查询单元，将其它数据包发送至CPU单元；

(3)MAC地址查询单元从CPU单元获得组播源地址与目的地址对应表，查询所获得的数据包的源地址和目的地址，将源地址和目的地址已存于对应表中的数据包发送至GPON端口单元，将其它数据包发送至CPU单元；

(4)CPU对所获得的数据包进行分类处理，然后将数据包发送至GPON端口单元。

在该实施例中，所述的步骤(4)，如图3所示，具体包括以下步骤：

(40)CPU根据用户设定建立组播源地址与目的地址对应表；

(41)CPU根据数据包的MAC地址判断所获得的数据包是否为多播数据包，若是，则进入步骤(42)；若否，则CPU以单播数据包形式将数据包发送至GPON端口单元；

(42)CPU根据数据包的MAC地址判断所获得的数据包是否为IGMP组播报文，若是，则进入步骤(43)，若否，则CPU以广播数据包或特殊多播数据包将数据包发送至GPON端口单元；

(43)CPU区分IGMP组播报文为组播控制报文或组播数据报文，若为组播控制报文，则将数据包发至IGMP二层组播协议栈，若为组播数据报文，则进入步骤(44)；

(44)CPU将组播数据报丈的源地址和目的地址写入所述的组播源地址与目的地址对应表；

(45)CPU将组播数据报文的源端口设置为GPON端口。

其中，所述的二层组播协议栈为IGMP协议的Snooping/Proxy协议栈。

在一种较优选的实施例中，该方法中所述的步骤(3)，具体包括以下步骤：

(31)MAC地址查询单元从CPU单元获得组播源地址与目的地址对应表，并将数据包发至源地址查询模块；

(32)源地址查询模块查询数据包的源地址是否存在于所述的组播源地址与目的地址对应表的源地址中，若是，则将数据包发送至目的地址查询模块并进入步骤(33)，若否则将数据包发送至CPU单元并进入步骤(4)；

(33)目的地址查询模块查询数据包的目的地址是否存在于所述的组播源地址与目的地址对应表中与其源地址对应的目的地址中，若是，则将数据包发送至GPON端口单元，若否，则将数据包发送至CPU单元并进入步骤(4)。

在另一种较优选的实施例中，所述的方法还包括组播地址老化控制功能，所述的步骤(45)之后还包括以下步骤：

(46)CPU删除组播源地址与目的地址对应表中一定时间内未进行组播的源地址与目的地址。

在进一步优选的实施方式中，所述的实现吉比特无源光网络中上行组播的方法还包括开启与关闭上行组播功能，在所述的步骤(3)之前还包括以下步骤：

(3-0)MAC地址查询单元询问CPU单元是否允许上行组播，若是，则进入步骤(3)，若否，则进入步骤(3′)

(3′)MAC地址查询单元从CPU单元获得组播源地址与目的地址对应表，查询所获得的数据包的源地址和目的地址，将源地址和目的地址已存于对应表中的数据包丢弃，将其它数据包发送至CPU单元，并进入步骤(4)。

在本发明的实际应用中，本发明的吉比特无源光网络中实现上行组播的装置以目前GPON市场被广泛使用的Broadlight 2345芯片为基础。实现本发明所提供的方法基于该芯片的业务功能。不同的芯片在具体的接口上会有不同，但总体思路基本一致。

GPON芯片(Broadlight 2345)的包处理流程，主要分以下三个阶段：

1、根据规则进行包过滤：GPON芯片可以根据包类型设置过滤规则(如广播包，组播协议包等)进行包过滤，这是GPON芯片包处理的第一个阶段，从LAN侧进来的所有包都首先匹配规则，满足条件的会被送到CPU进行处理，不满足条件的包被送进GPON芯片的二层桥单元。

2、根据MAC Table(地址对应表)过滤规则进行包转发：这是PON芯片二层桥单元的主要功能，可以根据数据包的源MAC和目的MAC对包进行操作。对于MAC未知的包可以设置规则转发，丢弃或者Trap(发送)到CPU处理。如果数据包的源MAC和目的MAC都已知则直接通过MAC转发到二层桥单元的上联口(即GPON口)。

3、CPU处理流程：GPON芯片内置的CPU单元，可以对根据不同规则Trap上来的包进行处理。

为了实现上行组播功能，首先需要对GPON芯片的过滤规则进行下列配置：

1、使能GPON口和LAN口的IMGP过滤规则。目的是为了让所有ONT收到的IGMP控制报文都可以Trap到CPU，继而送到IGMP协议栈进行处理。对于上行组播，主要是LAN口的Query(询问)报文，以及可能来自GPON口的组播控制报文(如Jion/Leave报文)

2、使能GPON二层桥设备的源/目的MAC查询功能，并将MAC地址未知的数据包送到CPU处理。目的是为了让CPU学习到组播源的MAC地址以及控制组播源发出组播数据的MAC地址，并将两者联系起来。

CPU处理流程是实现上行组播透传以及相关控制的核心部分。

由于使能了组播协议包过滤规则并打开了未知MAC地址Trap到CPU这两个功能。所有的组播控制报文以及组播源发出的每个组播组的第一个组播数据包报文都会被CPU收到和处理。

当CPU收到数据包后，首先根据MAC地址判断是否为多播包，如果不是则进入单播处理流程(与上行组播无关，省略单播处理流程)。

对于多播包，进一步根据MAC地址判断是否为IGMP组播报文。如果不是则进入广播或特殊多播处理流程。

对于组播报文，根据协议类型分为组播控制报文和组播数据报文。对于组播控制报文，由IGMP协议的Snooping/Proxy协议栈进行处理，比较特殊的是Query报文，协议栈必须保证Query报文的跨设备透传。LAN侧的Query报文会被协议栈转发到GPON侧。

对于组播数据报丈，首先记录源地址，并建立源地址与组播目的地址的对应表。然后将组播数据报文的目的MAC加入单播MAC地址表，并设置其源端口为GPON口。如果系统配置允许上行组播，则配置MAC地址的转发规则为forward，否则为Drop。

在完成配置以后，后续的上行组播数据报文就会直接通过MAC地址进行转发，不再进入CPU，可以极大的提高系统效率。

上行组播功能有一定的应用场合，对于GPON用户必须对上行的组播业务进行控制。否则过多的组播包用涌向局端设备，影响正常的业务使用。本发明主要通过两个方面对上行组播进行控制。

1、系统级的上行组播开关：局端设备可以通过控制协议打开和关闭上行组播开关。GPON设备记录这个系统状态，并根据这个状态动态配置MAC表的转发规则。如果局端禁止上行组播，则所有的上行组播数据包都会被PON芯片直接丢弃，不过涌向CPU影响设备性能，更不会被转发到局端。在默认情况下，GPON设备默认关闭上行组播。

2、组播组数量限制：局端设备可以配置GPON设备可容纳的组播组数量。如果GPON设备后端的组播源过多，则GPON设备会禁止掉超出最大限制的组播数据流。这个通过组播地址对应表来实现。组播地址表有多个<组播源MAC>和<组播目的MAC>二元组构成，由CPU控制，CPU在收到组播数据报文时更新该对应表。根据二元组对应表，GPON设备可以控制相同组播源发出的组播数据流数量，也可以控制整个的组播数据流量。同时，通过设定固定的老化时间间隔来轮询MAC地址状态，如果某一个组播源MAC长时间不发送组播数据，则GPON设备可以将其对应的组播数据MAC删除，实现组播地址的老化功能。并允许新的组播地址加入。

本发明还具有组播源端口绑定功能：配置组播业务时绑定源端口和目的端口，对于上行组播，目的端口是一定的就是GPON口，源端口可以绑定一个网口，这样在多网口的GPON设备上，下行的report、leave报文转发更有方向性，更方便控制。

通过以上描述的反向组播配置的装置和方法，避免了单纯由CPU转发组播数据包和无条件转发组播数据的一些缺陷。实现了GPON设备上行组播透传功能，同时使对上行组播进行管理成为可能。

采用了该发明的吉比特无源光网络中实现上行组播的装置及方法，所有LAN端口单元的数据包中，已知源地址和目的地址的组播包可以实现上行组播透传，而其它数据包会经过CPU转发，从而避免了现有技术中单纯由CPU转发组播数据包或无条件转发组播数据的缺陷，减轻了CPU负荷，保证了数据传输的质量，同时能够实现对上行组播进行管理。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (8)

1.一种吉比特无源光网络中实现上行组播的装置，其特征在于，所述的装置包括：CPU单元、IGMP过滤单元、MAC地址查询单元、LAN端口单元和GPON端口单元，所述的LAN端口单元的输出端连接所述的IGMP过滤单元，所述的IGMP过滤单元的输出端分别连接所述的CPU单元和MAC地址查询单元、所述的MAC地址查询单元分别连接所述的CPU单元和GPON端口单元，所述的CPU单元的输出端连接所述的GPON端口单元。

2.根据权利要求1所述的吉比特无源光网络中实现上行组播的装置，其特征在于，所述的MAC地址查询单元包括源地址查询模块和目的地址查询模块，所述的源地址查询模块分别连接所述的IGMP过滤单元、CPU单元和目的地址查询模块，所述的目的地址查询模块分别连接所述的源地址查询模块、CPU单元和GPON端口单元。

3.一种利用权利要求1所述的装置实现吉比特无源光网络中上行组播的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(1)LAN端口单元将获得的数据包发送至IGMP过滤单元；

(2)IGMP过滤单元对数据包进行过滤，将组播数据报丈发送至MAC地址查询单元，将其它数据包发送至CPU单元；

(3)MAC地址查询单元从CPU单元获得组播源地址与目的地址对应表，查询所获得的数据包的源地址和目的地址，将源地址和目的地址已存于对应表中的数据包发送至GPON端口单元，将其它数据包发送至CPU单元；

(4)CPU对所获得的数据包进行分类处理，然后将数据包发送至GPON端口单元。

4.根据权利要求3所述的实现吉比特无源光网络中上行组播的方法，其特征在于，所述的步骤(3)，具体包括以下步骤：

(31)MAC地址查询单元从CPU单元获得组播源地址与目的地址对应表，并将数据包发至源地址查询模块：

(32)源地址查询模块查询数据包的源地址是否存在于所述的组播源地址与目的地址对应表的源地址中，若是，则将数据包发送至目的地址查询模块并进入步骤(33)，若否则将数据包发送至CPU单元并进入步骤(4)；

(33)目的地址查询模块查询数据包的目的地址是否存在于所述的组播源地址与目的地址对应表中与其源地址对应的目的地址中，若是，则将数据包发送至GPON端口单元，若否，则将数据包发送至CPU单元并进入步骤(4)。

5.根据权利要求3或4所述的实现吉比特无源光网络中上行组播的方法，其特征在于，所述的步骤(4)，具体包括以下步骤：

(40)CPU根据用户设定建立组播源地址与目的地址对应表；

(41)CPU根据数据包的MAC地址判断所获得的数据包是否为多播数据包，若是，则进入步骤(42)；若否，则CPU以单播数据包形式将数据包发送至GPON端口单元；

(42)CPU根据数据包的MAC地址判断所获得的数据包是否为IGMP组播报文，若是，则进入步骤(43)，若否，则CPU以广播数据包或特殊多播数据包将数据包发送至GPON端口单元；

(43)CPU区分IGMP组播报文为组播控制报丈或组播数据报丈，若为组播控制报文，则将数据包发至IGMP二层组播协议栈，若为组播数据报文，则进入步骤(44)；

(44)CPU将组播数据报文的源地址和目的地址写入所述的组播源地址与目的地址对应表；

(45)CPU将组播数据报文的源端口设置为GPON端口。

6.根据权利要求5所述的实现吉比特无源光网络中上行组播的方法，其特征在于，所述的步骤(45)之后还包括以下步骤：

(46)CPU删除组播源地址与目的地址对应表中一定时间内未进行组播的源地址与目的地址。

7.根据权利要求5所述的实现吉比特无源光网络中上行组播的方法，其特征在于，所述的二层组播协议栈为IGMP协议的Snooping/Proxy协议栈。

8.根据权利要求3所述的实现吉比特无源光网络中上行组播的方法，其特征在于，在所述的步骤(3)之前还包括以下步骤：

(3-0)MAC地址查询单元询问CPU单元是否允许上行组播，若是，则进入步骤(3)，若否，则进入步骤(3′)

(3′)MAC地址查询单元从CPU单元获得组播源地址与目的地址对应表，查询所获得的数据包的源地址和目的地址，将源地址和目的地址已存于对应表中的数据包丢弃，将其它数据包发送至CPU单元，并进入步骤(4)。

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