CN101986601B - 一种组播数据的传输方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组播数据的传输方法和设备，该方法包括：各网络设备确定自身的DF接口，并为每个DF接口设置对应的(*.G.V)表项；当网络设备接收到组播数据时，如果根据所述组播数据的入接口匹配到(*.G.V)表项，则所述网络设备通过出接口转发所述组播数据；否则，所述网络设备丢弃所述组播数据。本发明中，可以正确实现双向PIM的转发，解决组播数据流出现环路的问题。

Description

一种组播数据的传输方法和设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种组播数据的传输方法和设备。 

背景技术

随着网络业务的开展，组播业务在网络上越来越受到广泛的应用，作为与单播和广播并列的通信方式，组播技术能够有效地解决单点发送、多点接收的问题，从而实现了网络中点到多点的高效数据传送，节约大量网络带宽、降低了网络负载。在传统的组播应用中，组播源比较少且组播接收者较多，这种组网应用中，PIM(Protocol Independent Multicast，协议无关组播)协议的PIM DM(PIM Dense Mode，协议无关组播密集模式)、PIM SM(PIM SparseMode，协议无关组播稀疏模式)和PIM SSM(PIM Source-Specific Multicast，协议无关组播指定信源组播)模式都被广泛应用。 

具体的，PIM DM协议主要应用于组播接收者较多、拓扑比较简单的中小型网络中，采用“推”(PUSH)的方式，将组播流量周期性扩散到网络中的所有设备上，建立和维护SPT(Shortest Path Tree，最短路径树)转发树；而没有接收者的设备向上游剪枝，收敛组播转发树。其中，由于组播业务流量定期泛洪扩散和剪枝收敛，在没有接收者的网络上也有定期泛洪的数据流，因此在一定程度上消耗了网络带宽资源，并限制了PIM DM的大规模应用。 

PIM SM协议主要应用于组播接收者分布分散、拓扑复杂的大型骨干网络中，采用“拉”(PULL)的方式，按照接收者的需要在组播数据接收者和发送者之间建立组播转发树。其中，与组播数据源连接的设备向网络中的RP(Rendezvous Point，汇聚点)发送源注册，以表明当前有组播源在提供组播组的业务；与接收者连接的设备一跳一跳的向RP申请接收组播组的业务流； 因此，可以通过RP在组播源和接收者之间转发组播业务流。另外，由于经过RP转发的共享转发树不是最优的转发树，因此与接收者连接的设备需要向组播源发起最短路径加入过程，当组播源到组播接收者的最短路径树SPT创建后，向RP剪枝共享树，最终组播转发树形成。 

PIM SSM协议基于PIM SM，只建立最短路径树SPT，节省了PIM SM的RP选举、RP注册、RPT(Rendezvous Point Tree，共享转发树)建立和RPT向SPT切换等操作，不需要通过MSDP(Multicast Source Discovery Protocol，组播源发现协议)来发现其它PIM域内的组播源，组播转发路径的创建过程简单且转发路径精简，在校园网视频点播、IPTV(交互式网络电视)网络和监控网络中得到广泛应用。 

另外，在PIM协议中，BIDIR-PIM(Bidirectional PIM，双向PIM)是转发路径双向都可以进行转发的PIM协议，适合组播源和接收者都很多的应用(如多方电视电话会议)场景。在双向PIM协议中，组播源的业务流向RP转发，由RP向多个接收者转发，不需要源注册过程，节省了设备对大量组播源进行源状态管理的表项资源消耗。而且在双向PIM域中只存在(*，G)表项，并不维护(S，G)表项，从而减轻了设备因维护组播源转发表项而产生的资源损耗，在多方电视电话会议、在线教育等应用中尤其明显。 

需要注意的是，在PIM DM、PIM SM和PIM SSM中，对某一条组播转发路径来说，组播数据流的入接口是固定的唯一接口，只有指定该接口进入的组播数据流才被正常转发。而在双向PIM协议中，对某一条组播转发路径来说，组播数据流的入接口是固定的几个接口(不是唯一接口)，即从指定的几个接口中的任何一个接口收到的组播数据流，均可正常转发。因此，双向PIM中的组播转发表有多个入接口，且具有多个入接口的RPF(Reverse PathForwarding，逆向路径转发)检查功能。 

现有技术中，双向PIM中具有DF(Designated Forward，指定转发者) 的角色，每条链路均需要选择出一个DF路由器(或交换机)。其中，DF路由器是链路上到达RP最近的路由器，且DF属于接口上的概念，一台路由器在该接口所在的链路上是DF，而在其它接口所在的链路上可能不是DF。具体的，DF是唯一具有处理加入/剪枝消息(包括PIM和IGMP(Internet GroupManagement Protocol，互联网组管理协议)/MLD(Multicast Listener Discover，组播侦听发现协议)消息)能力的路由器，且下游路由器会将PIM加入/剪枝消息发送给DF，从而避免了有两条相同的组播流被发送到同一链路的可能性。 

需要注意的是，路由器或交换机要支持双向PIM，需要在路由协议层面支持双向PIM且转发层面需具备两个条件：支持组播数据的(*.G)转发功能、支持组播数据的DF接口检查功能(即多个入接口的RPF检查功能)。而交换芯片(如路由器或交换机的交换芯片)的转发模型一旦确定则不容易变动，即交换芯片还不支持双向PIM。 

具体的，在现有的交换芯片中，交换芯片具备如下组播表项的查找方式，优先匹配指定入接口的查找方式，并按照(S.G.V)和(*.G.V)的优先级查找组播表项；如果没有匹配指定入接口的表项，则其次再匹配不指定入接口的查找方式，并按照(S.G)和(*.G)的优先级查找组播表项。由于指定入接口的查找方式中只能检查单一的组播入接口，并只有从规定的一个入接口进入的组播数据流才被转发，不能满足双向PIM多个入接口进入的组播数据都要被转发的要求。 

因此，在交换芯片不支持双向PIM的条件下，为了实现双向PIM，只能给交换芯片下发不指定入接口的(*.G)表项，当交换芯片接收到数据报文后，通过匹配(*.G)表项即可向所有其它出接口转发，此时没有具备RPF检查的功能，从任何一个接口收到的报文都可匹配表项，并向其它出接口转发。需要注意的是，在上述转发模式中，从非DF接口收到的报文也向其它出接口转发。 

通过采用上述向交换芯片下发不指定入接口的(*.G)表项的转发模式，可以在非成环网络和成环的非共享网段网络中满足双向PIM的转发需求，如图1所示的非成环网络的组网示意图和图2所示的成环的非共享网段网络的组网示意图。 

在图1中，网络上没有环路，RP在网络的中间LSW3(交换机)上，组播源1和接收者2在RP的两侧，源和RP间的上行转发树上有一个接收者1，实线和虚线箭头表示两组数据流。其中，组播数据流从组播源1转发到接收者1时，将经过LSW1和LSW2，在LSW2上直接向接收者1转发，不需要经过RP所在的LSW3；组播数据流从组播源1转发到接收者2时，将经过LSW1、LSW2，并到RP所在LSW3，再经过LSW4，最终由接收者2接收，如实线箭头。另一个组播源2连接在LSW4，按照相反的转发路径，将经过LSW4、LSW3和LSW2，最终由接收者1接收，如虚线箭头。 

在图2中，交换机、组播源和接收者的布局和图1类似，只是LSW1和LSW4间多了一个链路，并形成环路。由于LSW1分别通过VLAN2和VLAN7连接LSW2和LSW4，虽然在网络拓扑上形成环路，但根据单播路由选择RPF接口时，组播数据流不会形成环路，组播数据流的拓扑结构和图1类似。 

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题： 

上述转发模式在成环共享网段的网络中不能满足双向PIM的要求。例如，在图2的成环网络中，如果LSW1、LSW2和LSW4通过共享网段VLAN2连接，形成成环的共享网段网络时，则会出现组播数据流的环路，不能实现双向PIM的功能。 

如图3所示的成环的共享网段网络的组网示意图，组播源发送组播数据时，经过LSW1向VLAN2转发，而在VLAN2的共享网段内，LSW2和LSW4都会收到组播数据报文。其中，组播源1发送的组播数据流，经过LSW1转发到LSW2的数据用实线箭头标识，转发到LSW4的数据流用点线箭头标识， 上述两条数据流完全相同，均在共享网段VLAN2上分流。 

对于正确的组播数据流来说，需要经过LSW2、LSW3、和LSW4转发到接收者2，如实线箭头。而由于LSW4上没有DF接口检查功能，因此从VLAN2接收到的组播数据报文也向VLAN5和VLAN6转发，如虚线箭头。因此，接收者2会收到双份组播数据报文，同样的，接收者1也收到双份组播数据报文，从而使得组播数据流出现环路。 

发明内容

本发明提供一种组播数据的传输方法和设备，以正确使用双向PIM，实现组播数据的正常发送。 

为了达到上述目的，本发明提供一种组播数据的传输方法，应用于包括多个使用双向PIM协议的网络设备的系统中，各网络设备通过自身的交换芯片传输组播数据，且网络设备的交换芯片不支持双向PIM，该方法包括： 

各网络设备确定自身的DF接口，并为每个DF接口设置对应的指定VLAN为入接口的组播任意组表项，所述为每个DF接口设置对应的指定VLAN为入接口的组播任意组表项具体为：在所述网络设备的交换芯片上为每个DF接口设置对应的指定VLAN为入接口的组播任意组表项； 

当网络设备接收到组播数据时，如果根据所述组播数据的入接口匹配到指定VLAN为入接口的组播任意组表项，则所述网络设备通过出接口转发所述组播数据；否则，所述网络设备丢弃所述组播数据。 

优选的，所述为每个DF接口设置对应的指定VLAN为入接口的组播任意组表项，具体包括： 

所述网络设备确定每个DF接口对应的VLAN信息，并根据所述VLAN信息为对应的DF接口设置所述指定VLAN为入接口的组播任意组表项。 

优选的，根据所述组播数据的入接口匹配到指定VLAN为入接口的组播 任意组表项，之前还包括： 

所述网络设备根据所述组播数据的入接口确定接收到所述组播数据的VLAN信息，并根据所述VLAN信息判断是否可匹配到指定VLAN为入接口的组播任意组表项。 

优选的，所述方法还包括： 

如果所述网络设备获知自身不是该系统的RP时，所述网络设备确定自身的RPF接口，并为所述RPF接口设置对应的指定VLAN为入接口的组播任意组表项。 

本发明提供一种网络设备，应用于包括多个使用双向PIM协议的网络设备的系统中，各网络设备通过自身的交换芯片传输组播数据，且网络设备的交换芯片不支持双向PIM，各网络设备包括： 

确定模块，用于确定自身的DF接口； 

设置模块，用于为每个DF接口设置对应的指定VLAN为入接口的组播任意组表项，具体用于：在所述网络设备的交换芯片上为每个DF接口设置对应的指定VLAN为入接口的组播任意组表项； 

接收模块，用于接收组播数据； 

处理模块，用于当根据所述组播数据的入接口匹配到指定VLAN为入接口的组播任意组表项时，通过出接口转发所述组播数据；否则，丢弃所述组播数据。 

优选的，所述设置模块，具体用于确定每个DF接口对应的VLAN信息，并根据所述VLAN信息为对应的DF接口设置所述指定VLAN为入接口的组播任意组表项。 

优选的，还包括： 

判断模块，用于根据所述组播数据的入接口确定接收到所述组播数据的VLAN信息，并根据所述VLAN信息判断是否可匹配到指定VLAN为入接口的组播任意组表项。 

优选的，如果所述网络设备获知自身不是该系统的RP时， 

所述确定模块，还用于确定自身的RPF接口； 

所述设置模块，还用于为所述RPF接口设置对应的指定VLAN为入接口的组播任意组表项。 

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点： 

通过为每个DF接口设置(*.G.V)表项，可以实现双向PIM的DF检查功能，在成环共享网段的网络中正确使用双向PIM的功能，并可以正确实现双向PIM的转发，解决组播数据流出现环路的问题。 

附图说明

图1是现有技术中非成环网络的组网示意图； 

图2是现有技术中成环的非共享网段网络的组网示意图； 

图3是现有技术中成环的共享网段网络的组网示意图； 

图4是本发明提供的一种应用场景示意图； 

图5是本发明提供的一种组播数据的传输方法流程图； 

图6是本发明提出的一种网络设备结构图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。 

当网络设备(如通过交换芯片传输组播数据的路由器、交换机等设备) 的交换芯片不支持双向PIM时，可采用向交换芯片下发(*.G)表项的方式来实现双向PIM中组播数据的传输过程，但此时在成环共享网段的网络中会存在组播数据流出现环路的问题，针对上述问题，本发明中提供一种组播数据的传输方法，如图4所示的成环共享网段的网络的组网示意图。在图4中，各网络设备(本发明中以交换机为例进行说明，对于路由器的处理方式类似)包括LSW1、LSW2、LSW3和LSW4，且LSW1、LSW2和LSW4通过共享网段VLAN2连接，形成成环的共享网段网络。 

LSW1通过网段VLAN1与组播源1连接；LSW2通过网段VLAN3与接收者1连接，并通过网段VLAN4与LSW3连接；LSW4通过网段VLAN6与接收者2连接，通过网段VLAN8与组播源2连接，并通过网段VLAN5与LSW3连接；各交换机通过RP选举过程获知LSW3为该网络的RP，LSW1、LSW2和LSW4不是该网络的RP。 

基于上述应用场景，本发明提供的组播数据的传输方法，应用于包括多个使用双向PIM协议的网络设备(以交换机为例)的系统中，如图5所示，该方法包括以下步骤： 

步骤501，各交换机确定自身的DF接口。其中，各交换机可通过DF接口选举过程确定自身的DF接口，该过程本发明中不再详加赘述。 

在图4所示的应用场景中，LSW1通过VLAN1与组播源1连接，则LSW1的VLAN1为DF接口；LSW2通过VLAN3与接收者1连接，则LSW2的VLAN3为DF接口；LSW4通过VLAN6与接收者2连接，通过VLAN8与组播源2连接，则LSW4的VLAN6和VLAN8为DF接口。 

另外，对于LSW1、LSW2和LSW4来说，由于不是该网络的RP，则还需要确定自身的RPF接口(即到RP的最短路径对应的接口)，LSW2的RPF接口为VLAN4，LSW4的RPF接口为VLAN5，LSW1的RPF接口为VLAN2。 

步骤502，各交换机分别为每个DF接口设置对应的(*.G.V)表项。其中， 该(*.G.V)为(*.Group.VLAN)，可以称为指定VLAN为入接口的组播任意组表项，“*”代表任意组播源，“G”代表特定组播组G，“V”代表指定的VLAN。 

具体的，对于交换机上每个DF接口来说，具有唯一对应的VLAN信息，因此，可以根据每个DF接口的VLAN信息为该DF接口设置唯一的(*.G.V)表项。 

在图4所示的应用场景中，LSW1的DF接口的唯一VLAN信息为VLAN1，即需要在LSW1上设置表项(*.G.VLAN1)；同样的，需要在LSW2上设置表项(*.G.VLAN3)；在LSW4上设置表项(*.G.VLAN6)和(*.G.VLAN8)。 

另外，对于LSW1、LSW2和LSW4来说，由于不是网络的RP，则还需要为RPF接口设置对应的(*.G.V)表项。其中，需要在LSW2上设置表项(*.G.VLAN4)；在LSW4上设置表项(*.G. VLAN5)；在LSW1上设置表项(*.G.VLAN2)。 

需要注意的是，在各交换机上，由于是通过自身的交换芯片传输组播数据，因此，需要将为每个DF接口设置的(*.G.V)表项下发到交换机的交换芯片上，即在各交换机的交换芯片上为每个DF接口设置(*.G.V)表项。 

当然，实际应用中并不局限于使用交换芯片来传输组播数据，例如，还可以使用NP(Network Processor，网络处理器)或者FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)来传输组播数据，此时，则需要将为每个DF接口设置(*.G.V)表项下发到NP或者FPGA上，本发明中不再赘述。 

步骤503，当交换机接收到组播数据时，该交换机根据该组播数据的入接口判断是否可匹配到(*.G.V)表项。如果可匹配到(*.G.V)表项，执行步骤504，否则，执行步骤505。 

具体的，交换机可根据组播数据的入接口确定接收到该组播数据的VLAN信息，并根据该VLAN信息判断是否可匹配到(*.G.V)表项。 

在图4所示的应用场景中，对于LSW4来说，可以从VLAN8收到组播源2的组播数据，即入接口对应的VLAN信息为VLAN8，在匹配(*.G.V)表项时，可匹配到(*.G.VLAN8)表项； 

该LSW4还可以从RP方向VLAN5收到组播数据，即入接口对应的VLAN信息为VLAN5，在匹配(*.G.V)表项时，可匹配到(*.G.VLAN5)表项； 

该LSW4还可以从VLAN2收到组播数据，即入接口对应的VLAN信息为VLAN2，由于VLAN2为非DF接口，不会有对应的(*.G.V)表项，即在匹配(*.G.V)表项时，无法匹配到对应的表项。 

对于其他的交换机，处理方式与LSW4类似，本应用场景下不再赘述。 

步骤504，交换机通过出接口转发该组播数据。 

针对图4所示的应用场景的LSW4，对于从VLAN8收到组播源2的组播数据，可向RPF接口VLAN5和出接口VLAN6转发，如实线箭头。对于从VLAN5收到的组播数据，可向出接口VLAN6转发，如虚线箭头。 

步骤505，交换机丢弃该组播数据。 

针对图4所示的应用场景的LSW4，对于从VLAN2收到的LSW1转发的组播数据，由于没有匹配(*.G.V)表项，不会向其它出接口转发，直接丢弃，如点线箭头。 

综上所述，通过采用本发明提供的技术方案，在使能双向PIM的所有网络设备上均按照上述方式进行处理，以每个DF接口为入接口下发(*.G.V)表项，实现双向PIM功能，并在成环共享网段的网络中正确使用双向PIM的功能。如可实现LSW4从非DF接口VLAN2收到的组播数据不转发且丢弃的功能，整个网络中组播数据流不会形成环路，接收者1和接收者2可收到正确的组播数据流。 

基于与上述方法同样的发明构思，本发明还提出了一种网络设备(使用交换芯片传输组播数据的交换机、路由器等)，应用于包括多个使用双向PIM协议的网络设备的系统中，如图6所示，各网络设备包括： 

确定模块11，用于确定自身的DF接口； 

设置模块12，用于为每个DF接口设置对应的指定VLAN为入接口的组播任意组表项； 

接收模块13，用于接收组播数据； 

处理模块14，用于当根据所述组播数据的入接口匹配到指定VLAN为入接口的组播任意组表项时，通过出接口转发所述组播数据；否则，丢弃所述组播数据。 

所述设置模块12，具体用于确定每个DF接口对应的VLAN信息，并根据所述VLAN信息为对应的DF接口设置所述指定VLAN为入接口的组播任意组表项。 

该网络设备还包括： 

判断模块15，用于根据所述组播数据的入接口确定接收到所述组播数据的VLAN信息，并根据所述VLAN信息判断是否可匹配到指定VLAN为入接口的组播任意组表项。 

如果所述网络设备获知自身不是该系统的RP时， 

所述确定模块11，还用于确定自身的RPF接口； 

所述设置模块12，还用于为所述RPF接口设置对应的指定VLAN为入接口的组播任意组表项。 

各网络设备通过自身的交换芯片传输组播数据； 

所述设置模块12，具体用于在所述网络设备的交换芯片上为每个DF接口设置对应的指定VLAN为入接口的组播任意组表项。 

其中，本发明装置的各个模块可以集成于一体，也可以分离部署。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 (8)

1.一种组播数据的传输方法，应用于包括多个使用双向PIM协议的网络设备的系统中，各网络设备通过自身的交换芯片传输组播数据，且网络设备的交换芯片不支持双向PIM，其特征在于，该方法包括：

各网络设备确定自身的DF接口，并为每个DF接口设置对应的指定VLAN为入接口的组播任意组表项，所述为每个DF接口设置对应的指定VLAN为入接口的组播任意组表项具体为：在所述网络设备的交换芯片上为每个DF接口设置对应的指定VLAN为入接口的组播任意组表项；

当网络设备接收到组播数据时，如果根据所述组播数据的入接口匹配到指定VLAN为入接口的组播任意组表项，则所述网络设备通过出接口转发所述组播数据；否则，所述网络设备丢弃所述组播数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述为每个DF接口设置对应的指定VLAN为入接口的组播任意组表项，具体包括：

所述网络设备确定每个DF接口对应的VLAN信息，并根据所述VLAN信息为对应的DF接口设置所述指定VLAN为入接口的组播任意组表项。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述组播数据的入接口匹配到指定VLAN为入接口的组播任意组表项，之前还包括：

所述网络设备根据所述组播数据的入接口确定接收到所述组播数据的VLAN信息，并根据所述VLAN信息判断是否可匹配到指定VIAN为入接口的组播任意组表项。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

如果所述网络设备获知自身不是该系统的RP时，所述网络设备确定自身的RPF接口，并为所述RPF接口设置对应的指定VLAN为入接口的组播任意组表项。

5.一种网络设备，应用于包括多个使用双向PIM协议的网络设备的系统中，各网络设备通过自身的交换芯片传输组播数据，且网络设备的交换芯片不支持双向PIM，其特征在于，各网络设备包括：

确定模块，用于确定自身的DF接口；

设置模块，用于为每个DF接口设置对应的指定VLAN为入接口的组播任意组表项，具体用于：在所述网络设备的交换芯片上为每个DF接口设置对应的指定VLAN为入接口的组播任意组表项；

接收模块，用于接收组播数据；

处理模块，用于当根据所述组播数据的入接口匹配到指定VLAN为入接口的组播任意组表项时，通过出接口转发所述组播数据；否则，丢弃所述组播数据。

6.如权利要求5所述的网络设备，其特征在于，

所述设置模块，具体用于确定每个DF接口对应的VLAN信息，并根据所述VLAN信息为对应的DF接口设置所述指定VLAN为入接口的组播任意组表项。

7.如权利要求5所述的网络设备，其特征在于，还包括：

判断模块，用于根据所述组播数据的入接口确定接收到所述组播数据的VLAN信息，并根据所述VLAN信息判断是否可匹配到指定VLAN为入接口的组播任意组表项。

8.如权利要求5所述的网络设备，其特征在于，如果所述网络设备获知自身不是该系统的RP时，

所述确定模块，还用于确定自身的RPF接口；

所述设置模块，还用于为所述RPF接口设置对应的指定VLAN为入接口的组播任意组表项。

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