CN102075413A - 一种以太环网中动态进行组播流快速切换的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以太环网中动态进行组播流快速切换的方法和系统，所述方法包括：以太环网中的所有节点对其被监控端口的链路状态进行检测；当连接组播源节点检测到链路中断时，连接组播源节点代理组播源向组用户发送组查询报文；当非连接组播源节点检测到链路中断时，非连接组播源节点生成中断通告报文，并发送至连接组播源节点，以便触发所述连接组播源节点代理组播源向组用户发送组查询报文。本发明以太环网发生中断时，触发连接组播源节点代理其连接的组播源发送组查询报文，提高了组播流的切换速度。
Description
技术领域
本发明涉及数据通信领域，尤其涉及一种环网结构下动态进行组播流快速切换的技术。
背景技术
IGMP snooping(Internet Group Management Protocol Snooping，互联网组管理协议窥探)协议的功能是通过监听用户和组播源之间IGMP交互报文，形成二层组播转发表项，从而指导组播流量监听，控制组播不再依据交换机转发原理而泛洪。
STP(Spanning Tree Protocol，生成树协议)是IEEE定义的一种以太网环路防止协议，当其应用于一个以太环网结构中时，它首先根据各节点的BPDU(Bridge Protocol Data Unit，网桥协议数据单元)交互比较出根节点，再通过生成树算法，逻辑阻断环上的端口，计算出一个逻辑上的树结构。STP用于以太环网结构，是防止出现二层环路和保障快速切换的技术。
目前，以太环网结构和组播都得到广泛应用，但所遇到的问题是，当在STP(以下所叙述的STP特指快速生成树协议)保护的以太环网结构上运行组播业务时，将发生组播流量切换速度远大于STP切换的现象，以图1a和图1b所示的以太环网拓扑结构为例：
图1a所示组网中，A是连接组播源的节点，假设组地址是230.0.0.0。A与D之间逻辑阻塞，A向环上各节点转发来自组播源的组查询报文，依次产生组播路由端口2、4、6(收到组查询报文的端口为组播路由口，节点收到的组加入报文只沿着组播路由口转发)。假设节点C上有一个用户进行组加入，加入报文将沿着路径C-B-A最后发给组播源，此时，在各节点上产生的组播转发表如下：
在A上生成IGMPsnooping表项：230.0.0.0出口1；
在B上生成IGMPsnooping表项：230.0.0.0出口3；
在C上生成IGMPsnooping表项：230.0.0.0出口20。
节点根据各自的组播转发表，转发组播源下发的组播流量，组播流量路径为A-B-C-用户。
如若发生环链路B-C之间中断，则根据STP的机制，环迅速切换，A-D之间的逻辑阻塞被放开，如图1b所示。此时A仍然将组播流量依据组播转发表从1口发送出去，该流量到达B节点后，由于B-C之间中断，组播流量将终结在B上。直到下一个通用查询到来后(IGMPv2的通用查询默认125s一个)，再从新的路径，即A-D-C最后到达用户，用户回复组加入后才能够生成新的组播转发路径，使用户再次收到组播流量。可以看到，STP是迅速收敛的，即新的通路马上可以形成，但是由于IGMP机制导致用户的组播流量中断时间最多可以达到125s，使组播业务的实时性下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在以太环网下动态进行组播流快速切换的方法和系统，本发明通过在环切换发生时，把要发生切换的组播组动态告知环上连接组播源节点，触发该节点代理发送特定的组查询报文，从而实现组播流快速切换。
根据本发明的一个方面，提供的在以太环网下动态进行组播流快速切换的方法包括：
A)以太环网中所有节点通过其被监控端口对以太环网链路状态进行检测；
B)当连接组播源节点检测到链路中断时，连接组播源节点代理组播源向用户发送组查询报文；
C)当非连接组播源节点检测到链路中断时，非连接组播源节点生成中断通告报文，并发送至连接组播源节点，以便触发所述连接组播源节点代理组播源向用户发送组查询报文。
其中，所述步骤B)包括：
通过将本地存储的组地址与配置的组播源组地址比较，连接组播源节点代理组播源向用户发送组查询报文。
进一步地，本地存储的组地址与配置的组播源组地址匹配时，连接组播源节点代理其连接的组播源向用户发送本地存储的组地址的组查询报文。
进一步地，本地存储的组地址与配置的组播源组地址不匹配时，连接组播源节点生成含有本地存储组地址的中断通告报文，并发送至其它连接组播源节点，以便使其它连接组播源节点代理其连接的组播源向用户发送组查询报文。
其中，所述步骤C)包括：非连接组播源节点生成包含本地存储组地址的中断通告报文，并发送至连接组播源节点，以便触发所述连接组播源节点代理其连接的组播源向用户发送组查询报文。
进一步地，连接组播源节点收到中断通告报文后，将所述中断通告报文携带的组地址与其组播转发表的组地址比较，连接组播源节点代理其连接的组播源向用户发送匹配组地址的组查询报文，并生成回复报文，将所述匹配组地址放入所述回复报文中发送至生成中断通告报文的节点。
进一步地，若生成中断通告报文的节点收到所述回复报文，将回复报文携带的组地址与本地存储的组地址比较，并删除匹配的组地址；若其它节点收到所述回复报文，则按照交换机转发原理，广播所述回复报文。
进一步地，非连接组播源节点收到中断通告报文后，转发所述中断通告报文。
上述本地存储的组地址是生成中断通告报文的节点依据组播转发表得到的状态变化的被监控端口的所有组地址。
根据本发明的另一方面，提供的在以太环网下动态进行组播流快速切换的系统包括：
连接组播源节点和非连接组播源节点，用于对其被监控端口的链路状态进行检测；
其中，当连接组播源节点检测到链路中断时，连接组播源节点代理组播源向用户发送组查询报文；
其中，当非连接组播源节点检测到链路中断时，非连接组播源节点生成中断通告报文，并发送至连接组播源节点，以便触发所述连接组播源节点代理组播源向用户发送组查询报文。
所述连接组播源节点包括：
检测模块，用于通过被监控端口检测以太环网链路状态；
查找存储模块，用于检测到以太环网链路中断后，依据组播转发表查找并存储状态变化的被监控端口的所有组地址；
组地址匹配模块，用于比较本地存储的组地址与配置的组播源组地址，或比较接收的中断通告报文携带的组地址与其组播转发表的组地址；
代理组查询模块，用于代理组播源向用户发送匹配组地址的组查询报文；
中断通告报文模块，用于接收其它节点发送的中断通告报文，或生成并发送含有与配置的组播源组地址不匹配的本地存储组地址的中断通告报文；
回复报文模块，用于生成包含匹配组地址的回复报文，发送至生成中断通告报文的节点，或接收并处理来自其他连接组播源节点的回复报文。
所述非连接组播源节点包括：
链路状态检测模块，用于通过被监控端口检测以太环网链路状态；
组地址查找与存储模块，用于检测到以太环网链路中断后，依据组播转发表查找并存储状态变化的被监控端口的所有组地址；
中断通告报文生成与发送模块，用于生成包含本地存储组地址的中断通告报文，并发送至连接组播源节点；
回复报文处理模块，用于接收并处理回复报文。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明通过采用报文消息交互的方式，在环切换发生时触发完成组查询报文的代理发送，而不用被动等待，从而实现了组播流的快速切换。
附图说明
图1a是现有技术提供的以太环网中链路正常时的组查询报文转发路径拓扑图；
图1b是现有技术提供的以太环网中链路中断时的组查询报文转发路径拓扑图；
图2是本发明提供的以太环网中动态进行组播流快速切换的方法流程图；
图3是本发明实施例提供的节点检测到环网发生中断后的处理流程图；
图4是本发明实施例提供的中断通告报文的处理流程图；
图5是本发明是实施例提供的回复报文的处理流程图；
图6是本发明提供的连接组播源节点结构框图；
图7是本发明提供的非连接组播源节点结构框图；
图8是本发明实施例提供的以太环网中动态进行组播流快速切换的系统拓扑图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明以太环网下动态进行组播流快速切换的方法和系统，将环网上的节点分为连接组播源节点和非连接组播源节点，并为连接组播源节点配置组播源组地址。环网上连接环结构的节点的端口为被监控端口，所述被监控端口配置为组播路由口。此外，还定义了一种报文格式，其格式和内容(不包含二层头部)如下：
该报文分为两种类型，类型1报文为检测到链路中断的节点发给远端连接组播源节点的中断通告报文，这类报文的二层头部目的MAC地址为一个特殊的组播MAC地址，该地址是区别于以太环网中各节点MAC地址的专用的MAC地址，连接组播源节点的被监控端口根据所述特殊的目的MAC地址将该报文复制到CPU，二层头部的源MAC地址为发送该报文的节点的MAC地址，这类报文用于告知远端连接组播源节点有哪些组地址需要进行切换；长度字段标识报文内容的总长度。类型2报文为处理过类型1报文的连接组播源节点的回复报文，这类报文二层头部目的MAC地址为发送类型1报文的节点的MAC地址，源MAC地址为自身MAC地址，这类报文用于告知始发端已经将哪些组地址的组查询报文发送出去；长度字段标识报文内容的总长度。
图2显示了本发明提供的以太环网中动态进行组播流快速切换的方法流程图，如图2所示，提供的以太环网中动态进行组播流快速切换的方法包括以下步骤：
A)以太环网中所有节点通过其被监控端口对以太环网链路状态进行检测；
B)当连接组播源节点检测到链路中断时，连接组播源节点代理组播源向用户发送组查询报文；
C)当非连接组播源节点检测到链路中断时，非连接组播源节点生成中断通告报文，并发送至连接组播源节点，以便触发所述连接组播源节点代理组播源向用户发送组查询报文。
其中，所述步骤B)包括：
通过将本地存储的组地址与配置的组播源组地址比较，连接组播源节点代理组播源向用户发送组查询报文。
进一步地，本地存储的组地址与配置的组播源组地址匹配时，连接组播源节点代理其连接的组播源向用户发送本地存储的组地址的组查询报文。
进一步地，本地存储的组地址与配置的组播源组地址不匹配时，连接组播源节点生成含有本地存储组地址的中断通告报文，并发送至其它连接组播源节点，以便触发使其它连接组播源节点代理其连接的组播源向用户发送组查询报文。
其中，所述步骤C)包括：非连接组播源节点生成包含本地存储组地址的中断通告报文，并发送至连接组播源节点，以便触发所述连接组播源节点代理其相连的组播源向用户发送组查询报文。
进一步地，连接组播源节点收到中断通告报文后，将所述中断通告报文携带的组地址与其组播转发表的组地址比较，连接组播源节点代理组播源向用户发送匹配组地址的组查询报文，并生成包含匹配组地址的回复报文，发送至生成中断通告报文的节点。
进一步地，非连接组播源节点收到中断通告报文后，转发所述中断通告报文。
上述本地存储的组地址是生成中断通告报文的节点依据组播转发表得到的状态变化的被监控端口的所有组地址。
图3显示了本发明实施例提供的节点检测到以太环网发生中断后的处理流程图，如图3所示。
S301：以太环网中的所有节点(连接组播源节点和非连接组播源节点)检测链路状态，当某一节点通过其被监控端口检测到链路状态发生变化，如链路断开或链路阻塞等链路中断情况后，执行S302；
S302：所述节点触发其遍历组播转发表IGMPsnooping表项；
S303：所述节点通过查找组播转发表IGMPsnooping表项，判断是否存在状态变化的被监控端口作为点播口(出口)的IGMPsnooping表项，如果存在，则执行S304，否则，结束流程；
S304：将存在状态变化的被监控端口的所有组地址进行本地存储；
S305：若所述节点是连接组播源节点，则执行S306，否则，执行S309；
S306：所述节点将所有本地存储的组地址与配置的组播源组地址比较；
S307：若所有本地存储的组地址均与配置的组播源组地址匹配，则执行S310，否则，执行S308；
S308：若所有本地存储的组地址中，只有一部分与配置的组播源组地址匹配，则执行S311，否则，执行S309；
S309：所述节点生成包含本地存储的组地址的中断通告报文，并发送至连接组播源节点；
S310：所述节点代理其相连的组播源发送本地存储的组地址的组查询报文，并删除本地存储的组地址；
S311：所述节点代理组播源发送匹配部分组地址的组查询报文，并删除本地存储的匹配部分的组地址；
S312：所述节点生成包含本地存储的未匹配的组地址的中断通告报文，并发送至其它连接组播源节点。
本实施例所述以太环网存在多个组，用户可根据需要的组播流量，加入一个或一个以上的组。
图4显示了本发明实施例提供的中断通告报文的处理流程图，如图4所示。
S401：以太环网中的节点收到中断通告报文；
S402：所述节点是连接组播源节点，则执行S403，否则，执行S407；
S403：所述节点判断所述中断通告报文是通过被监控端口收到，则执行S404，否则，执行S408；
S404：将所述中断通告报文复制到CPU，并将所述中断通告报文携带的所有组地址与节点本地生成的组播转发表IGMPsnooping表项逐条比较；
S405：若全部匹配，则执行S409，否则，执行S406；
S406：若部分匹配，则执行S409，否则，结束流程；
S407：按照交换机转发原理，以广播形式发送所述中断通告报文；
S408：将接收的所述中断通告报文丢弃；
S409：所述节点代理其连接的组播源向组用户发送匹配组地址的组查询报文，并生成包含匹配组地址的回复报文，单播发送给生成所述中断通告报文的节点。
本实施例所述以太环网存在多个组，用户可根据需要的组播流量，加入一个或一个以上的组。
图5显示了本发明实施例提供的回复报文的处理流程图，如图5所示。
S501：以太环网中的节点收到回复报文；
S502：所述节点通过所述回复报文的目的MAC地址判断所述回复报文是发送给自己的，则执行S503，否则执行S504；
S503：将所述回复报文送至CPU，删除与所述回复报文携带的组地址一致的本地存储的组地址；
S504：按照交换机转发原理，广播所述回复报文。
本发明还提供一种以太环网中动态进行组播流快速切换的系统，所述系统包括：
连接组播源节点和非连接组播源节点，用于对其被监控端口的链路状态进行检测；
其中，当连接组播源节点检测到链路中断时，连接组播源节点代理组播源向用户发送组查询报文；
其中，当非连接组播源节点检测到链路中断时，非连接组播源节点生成中断通告报文，并发送至连接组播源节点，以便触发所述连接组播源节点代理组播源向用户发送组查询报文。
图6显示了本发明提供的连接组播源节点结构框图，所述连接组播源节点包括：
检测模块，用于通过被监控端口检测以太环网链路状态；
查找存储模块，用于检测到以太环网链路中断后，依据组播转发表查找并存储状态变化的被监控端口的所有组地址；
组地址匹配模块，用于比较本地存储的组地址与配置的组播源组地址，或比较接收的中断通告报文携带的组地址与其组播转发表的组地址；
代理组查询模块，用于代理组播源向用户发送匹配组地址的组查询报文；
中断通告报文模块，用于接收其它节点发送的中断通告报文，或生成并发送含有与配置的组播源组地址不匹配的本地存储组地址的中断通告报文；
回复报文模块，用于生成包含匹配组地址的回复报文，并发送至生成中断通告报文的节点，或接收并处理来自其他连接组播源节点的回复报文。
图7显示了本发明提供的非连接组播源节点结构框图，所述非连接组播源节点包括：
链路状态检测模块，用于通过被监控端口检测以太环网链路状态；
组地址查找与存储模块，用于检测到以太环网链路中断后，依据组播转发表查找并存储状态变化的被监控端口的所有组地址；
中断通告报文生成与发送模块，用于生成包含本地存储组地址的中断通告报文，并发送至连接组播源节点；
回复报文处理模块，用于接收并处理回复报文。
图8显示了本发明实施例提供的以太环网中动态进行组播流快速切换的系统拓扑图，如图8所示。
所述系统中包括依次相连的连接组播源节点A、非连接组播源节点B、非连接组播源节点C和非连接组播源节点D，其中，A配置组地址230.0.0.0。A与D之间逻辑阻塞，组查询报文由A向环上各节点转发，依次生成组播路由端口PORT2、PORT4、PORT6。假设C上有一个用户进行组加入操作，用户的组加入报文将沿着路径C-B-A最后发送给组播源，并在各节点上生成如下的组播转发表：
在A上生成IGMPsnooping表项：230.0.0.0出口1；
在B上生成IGMPsnooping表项：230.0.0.0出口3；
在C上生成IGMPsnooping表项：230.0.0.0出口20。
节点根据各自的组播转发表，转发组播源下发的组播流量至用户，组播流量路径为A-B-C-用户。
如果以太环网中链路B-C之间中断，B通过被监控端口3、C通过被监控端口4检测到B-C之间中断后，B和C遍历各自的组播转发表。C没有查找到条目230.0.0.0对应出口为4的IGMPsnooping表项，因此C不进行任何处理；B查找到条目230.0.0.0对应出口为3的IGMPsnooping表项，将组地址230.0.0.0本地存储，生成包含组地址230.0.0.0的中断通告报文，并通过广播形式从另一被监控端口2发送。A通过被监控端口1收到所述中断通告报文后，将所述报文复制到CPU处理，放开A-D之间的逻辑阻塞，并通过广播形式从被监控端口8发送所述中断通告报文。A的CPU提取所述报文携带的组地址230.0.0.0，并与本地生成的组播转发表的组地址比较，找到组地址为230.0.0.0的IGMP snooping表项后，A代理其连接的组播源发送组地址为230.0.0.0的组查询报文，并生成包含组地址为230.0.0.0的回复报文以单播形式发送给B。A代理组播源发送的组查询报文将沿路径A-D-C-用户，最后到达用户，用户回复组加入后实现组播流的路径切换。
其中，B收到所述回复报文后，确认连接组播源节点已经收到其发送的所述中断通告报文并代理发送了组地址为230.0.0.0的组查询报文，B删除本地存储的组地址230.0.0.0。
其中，所述D收到所述中断通告报文后，由于其不是连接组播源节点，因此D将所述中断通告报文泛洪出去，同样的，所述C也将收到的所述中断通告报文泛洪出去。
如果发生以太环网链路A-B之间中断，A通过被监控端口1、B通过被监控端口2检测到链路中断后，A和B遍历各自的组播转发表。B没有查找到条目230.0.0.0对应出口为2的IGMPsnooping表项，因此B不进行任何处理；A查找到条目230.0.0.0对应出口为1的IGMPsnooping表项，将组地址230.0.0.0本地存储，由于A是连接组播源节点，因此将本地保存的组地址230.0.0.0与配置的组播源组地址比较，匹配后，A代理组播源发送组地址为230.0.0.0的组查询报文，并删除本地存储的组地址230.0.0.0。A代理其连接的组播源发送的组查询报文将沿路径A-D-C-用户，最后到达用户，用户回复组加入后实现组播流的路径切换。
与现有技术相比较，本发明在以太环网发生中断时，触发连接组播源节点代理其相连的组播源发送组查询报文，提高了组播流的切换速度。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所做的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种以太环网中动态进行组播流快速切换的方法，所述以太环网包括连接组播源节点和非连接组播源节点，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A)以太环网中所有节点通过其被监控端口对以太环网链路状态进行检测；
B)当连接组播源节点检测到链路中断时，连接组播源节点代理组播源向组用户发送组查询报文；
C)当非连接组播源节点检测到链路中断时，非连接组播源节点生成中断通告报文，并发送至连接组播源节点，以便触发所述连接组播源节点代理组播源向组用户发送组查询报文。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B)包括：
通过将本地存储的组地址与配置的组播源组地址比较，连接组播源节点代理组播源向组用户发送组查询报文。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，本地存储的组地址与配置的组播源组地址匹配时，连接组播源节点代理其连接的组播源向组用户发送本地存储的组地址的组查询报文。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，本地存储的组地址与配置的组播源组地址不匹配时，连接组播源节点生成含有本地存储组地址的中断通告报文，并发送至其它连接组播源节点，以便使其它连接组播源节点代理其连接的组播源向组用户发送组查询报文。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C)包括：非连接组播源节点生成包含本地存储组地址的中断通告报文，并发送至连接组播源节点，以便触发所述连接组播源节点代理其连接的组播源向组用户发送组查询报文。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的方法，其特征在于，所述本地存储的组地址是生成所述中断通告报文的节点依据组播转发表得到的状态变化的被监控端口的所有组地址。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，连接组播源节点收到中断通告报文后，将所述中断通告报文携带的组地址与其组播转发表的组地址比较，连接组播源节点代理其连接的组播源向组用户发送匹配组地址的组查询报文，并生成回复报文，将所述匹配组地址放入所述回复报文中发送至生成所述中断通告报文的节点。
8.一种以太环网中动态进行组播流快速切换的系统，其特征在于，包括：
连接组播源节点和非连接组播源节点，用于对其被监控端口的链路状态进行检测；
其中，当连接组播源节点检测到链路中断时，连接组播源节点代理组播源向组用户发送组查询报文；
其中，当非连接组播源节点检测到链路中断时，非连接组播源节点生成中断通告报文，并发送至连接组播源节点，以便触发所述连接组播源节点代理组播源向组用户发送组查询报文。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述连接组播源节点包括：
检测模块，用于通过被监控端口检测以太环网链路状态；
查找存储模块，用于检测到以太环网链路中断后，依据组播转发表查找并存储状态变化的被监控端口的所有组地址；
组地址匹配模块，用于比较本地存储的组地址与配置的组播源组地址，或比较接收的中断通告报文携带的组地址与其组播转发表的组地址；
代理组查询模块，用于代理组播源向组用户发送匹配组地址的组查询报文；
中断通告报文模块，用于接收其它节点发送的中断通告报文，或生成并发送含有与配置的组播源组地址不匹配的本地存储组地址的中断通告报文；
回复报文模块，用于生成包含匹配组地址的回复报文，并发送至生成中断通告报文的节点，或接收并处理来自其他连接组播源节点的回复报文。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述非连接组播源节点包括：
链路状态检测模块，用于通过被监控端口检测以太环网链路状态；
组地址查找与存储模块，用于检测到以太环网链路中断后，依据组播转发表查找并存储状态变化的被监控端口的所有组地址；
中断通告报文生成与发送模块，用于生成包含本地存储组地址的中断通告报文，并发送至连接组播源节点；
回复报文处理模块，用于接收并处理回复报文。
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2010
- 2010-12-01 CN CN201010568965.2A patent/CN102075413B/zh active Active
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