CN102075422B - 一种组播管理方法及二层设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组播管理方法及二层设备，应用于使用互联网组管理协议窥探IGMP Snooping的二层设备，其特征在于，所述二层设备上的IGMP Snooping表项中设置有查询端口列表，该方法包括：当二层设备接收到IGMP查询报文后，将接收该IGMP查询报文的端口设置为查询端口；当所述二层设备从所述查询端口接收到IGMP报告报文后，根据所请求加入的组播地址，将该查询端口添加到相应组播转发表项中的出端口列表中；所述二层设备根据所述查询端口转发接收到的IGMP报文，根据所述组播转发表项转发接收到的组播流。采用本发明节省组播流转发过程中的带宽资源。

Description

一种组播管理方法及二层设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域的组播管理技术，尤其涉及一种应用于使用IGMP Snooping协议的二层网络的组播管理方法及二层设备。

背景技术

随着IP视频监控技术的发展，IP视频监控的部署越来越广泛，IP视频监控网络中主要由IPC(IP摄像头)或模拟摄像头，以及编码器、硬件解码器、网络传输存储设备和管理系统组成。在视频监控系统中，监控人员可以通过视频客户端对远端场景进行实时监控，还可以通过点播存储的录像文件进行回放查案等。但是由于视频监控网络中存有大量的摄像头或IPC，若使用单播进行点播的话，则会出现带宽及设备资源的浪费，因此目前实际应用中倾向于使用组播进行视频源的点播。

在IP视频监控的组网中，与前端设备(编码器或IPC)相连的二层网络通常使用IGMP Snooping(Internet Group Management Protocol Snooping，互联网组管理协议窥探)协议进行二层网络的组播管理。IGMP Snooping是运行在二层设备上的组播约束机制，用于管理和控制组播组。启用该协议的二层设备会通过对收到的IGMP报文进行分析，为端口和MAC组播地址建立起映射关系(即组播转发表项)，并根据这样的映射关系转发组播数据。

图1示出了一种现有IP视频监控网络的通用组网结构。该IP视频监控通用组网中，为了保证组播流能在整个网络中传播，前端区域的二层交换机需要进行相应的组播协议部署，具体部署情况以图2所示的前端区域组播部署示意图为例进行说明：

二层网络中Switch1、Switch2配置了IGMP Snooping协议，FHR(First HopRouter，首跳路由器)及网络中的其他路由器启用PIM(Protocol IndependentMulticast，协议无关组播)协议及IGMP协议进行三层组播管理。三层设备(如图中的FHR)上启用IGMP查询器功能，其中，IGMP查询器会周期性地发送IGMP查询报文。

如图2所示，Switch1和Switch2上分别运行IGMP Snooping，Client 1～3为组播组成员。与IGMP Snooping相关的概念包括：

路由器端口(Router Port)：Switch上朝向三层组播设备(如路由器或IGMP查询器)一侧的端口，Switch将本设备上的所有路由器端口都记录在路由器端口列表中。如图2中，Switch2的port22，Switch1的port10。

组播成员端口(Member Port)：Switch上朝向组播组成员一侧的端口，Switch将本设备上的所有成员端口都记录在IGMP Snooping转发表中。如图2中，Switch2的port21，Switch1的port11。

MAC组播组：Switch维护的以MAC组播地址标识的组播组。

路由器端口老化时间：路由器端口老化定时器设置的时间，如果在此定时器超时的时候还没有收到IGMP通用查询报文，Switch认为这个端口不再是一个路由器端口，同时将其从所属VLAN中所有的MAC组播组的端口成员中删除。

组播组成员端口老化时间：当一个端口加入IP组播组时，启动该端口的老化定时器，组播组端口成员老化时间就是该定时器设置的时间。如果在此定时器超时后还没有收到IGMP报文，则Switch向该端口发送IGMP特定组查询报文，如果还是收不到IGMP报告报文，则Switch认为此端口不再是该组播组成员端口。

最大响应查询时间：当向组播成员端口发送IGMP特定组播查询报文的同时，Switch会启动一个响应查询定时器，最大响应查询时间就是该定时器设置的时间。如果在最大响应查询时间之内没有收到IGMP报告报文，Switch将该端口从组播成员端口中删除。

Switch对各IGMP报文的处理过程主要包括：

IGMP查询报文：IGMP查询报文是IGMP查询器向组播组成员发送的报文，用于查询哪些组播组存在成员。当Switch收到IGMP查询报文时，如果收到查询报文的端口原来就是路由器端口，Switch就重置该端口的老化定时器；如果收到通用查询报文的端口原来不是路由器端口，则Switch将其加入到路由器端口列表并启动对该端口的老化定时器。其中，

IGMP报告报文：IGMP报告报文是组播成员发送的报告报文，用于申请加入某个组播组或者应答IGMP查询报文。当Switch收到IGMP报告报文时，建立相应组播转发表项，将接收该IGMP报告报文的端口所属VLAN下存在的所有路由器端口都加入到组播转发表项中。

IGMP离开报文：IGMP离开报文是组播组成员发送的报文，用于告知离开了某个组播组。当Switch收到对某IP组播组的离开报文时，从相应组播转发表项中的出端口中删除接收该IGMP离开报文的端口。

可以看出，启用IGMP Snooping的Switch在收到FHR发送的IGMP查询报文后，会将收到报文的端口置为路由器端口，后续相关的IGMP协议报文和组播数据流都会向该端口转发。

发明人在实现本发明的过程中，发现在上述网络中由于IGMP Snooping协议本身的限制(组播流会从路由器端口转发出去)会存在一些缺陷，这些缺陷会导致组播流的额外转发，带来带宽资源的浪费，具体分析如下：

运行IGMP Snooping协议的二层设备从某个端口侦听到IGMP查询报文后会将该端口加入到路由器端口列表，当二层设备从其他端口侦听到IGMP报告报文时会将接收该IGMP报告报文的端口所属VLAN下存在的所有路由器端口都加入到组播转发表项中。这样，当有组播数据时，组播流会从路由器端口转发出去，不管下游是否有用户进行点播。

以图2为例，FHR发送IGMP查询报文，switch2的端口22(port22)接收该查询报文，并向其他端口转发，switch1的端口10接收该查询报文，这样，switch2的port22和switch1的port10都被设置为路由器端口，这样，当Client1发送IGMP报告报文以点播组播源Source 1时，接收该IGMP报告报文的端口(switch1de port11)所属VLAN下存在的所有路由器端口都加入到组播转发表项中，即switch1的port10和switch2的port22都加入到组播转发表项中，这样，对应的组播流量会同时转发给Switch2及FHR，导致switch1至FHR之间的带宽资源浪费；同理，当Client2点播组播源Source m时，对应的组播流会转发给FHR，导致switch2至FHR之间的带宽资源浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种组播管理及二层设备，以解决现有IGMPSnooping组播管理技术中组播流从其路由器端口转发出去所引起的带宽资源浪费的问题，为此，本发明采用如下技术方案：

一种组播管理方法，应用于使用IGMP Snooping的二层网络，所述二层网络中包括至少2个二层设备，所述二层设备上启用IGMP查询器功能，启用IGMP查询器功能的二层设备发送的IGMP查询报文为携带有特定标识的IGMP查询报文，所述二层设备上的IGMP Snooping表项中设置有查询端口列表，该方法包括：

当二层设备接收到包含有特定标识的IGMP查询报文后，将接收该IGMP查询报文的端口设置为查询端口；

当所述二层设备从所述查询端口接收到IGMP报告报文后，根据所请求加入的组播地址，将该查询端口添加到相应组播转发表项中的出端口列表中；

所述二层设备根据所述查询端口转发接收到的IGMP报文，根据所述组播转发表项转发接收到的组播流。

上述方法中，所述二层设备将接收所述IGMP查询报文的端口设置为查询端口，具体为：

所述二层设备判断接收到所述IGMP查询报文的端口当前是否已经存在于查询端口列表中；

若已存在，则重置该端口的查询老化时间；

若未存在，则将接收所述IGMP查询报文的端口添加到查询端口列表中，并启动该端口的查询老化定时器。

上述方法还包括：当所述二层设备接收到IGMP离开报文时，根据所要请求离开的组播地址，将该端口从相应组播转发表项中的出端口列表中删除。

一种二层设备，应用于使用IGMP Snooping的二层网络，所述二层网络中包括至少2个二层设备，所述二层设备上启用IGMP查询器功能，该设备包括：

查询报文发送模块，用于向其他二层设备发送携带有特定标识的IGMP查询报文；

接口模块，用于接收IGMP报文；

第一设置模块，用于当所述接口模块接收到携带有特定标识的IGMP查询报文后，将接收该IGMP查询报文的端口设置为查询端口；

第二设置模块，用于当所述接口模块从查询端口接收到IGMP报告报文后，根据所请求加入的组播地址，将该查询端口添加到相应组播转发表项中的出端口列表中；

第一转发模块，用于根据所述查询端口转发IGMP报文；

第二转发模块，用于根据所述组播转发表项转发组播流。

上述二层设备中，所述第一设置模块具体用于，判断接收到所述IGMP查询报文的端口当前是否已经存在于查询端口列表中；若已存在，则重置该端口的查询老化时间；若未存在，则将接收所述IGMP查询报文的端口添加到查询端口列表中，并启动该端口的查询老化定时器。

上述二层设备中，所述第二设置模块还用于，当所述接口模块接收到IGMP离开报文时，根据所要请求离开的组播地址，将该端口从相应组播转发表项中的出端口列表中删除。

本发明的有益技术效果包括：

二层设备在接收到包含有特定标识的查询报文后，将接收该IGMP查询报文的端口设置为查询端口，并根据所述查询端口转发接收到的IGMP报文；当二层设备从查询端口接收到IGMP报告报文后，将该查询端口添加到相应组播转发表项中的出端口列表中，并根据组播转发表项转发组播流。与现有技术相比，当二层设备接收到IGMP查询报文时，并不将其设置为路由器端口，这样可以避免将其加入组播转发表项，从而造成不必要的组播带宽资源开销，进而节省了组播流转发过程中的带宽资源。

附图说明

图1现有技术的IP视频监控网络的通用组网结构示意图；

图2为图1所示的组网结构中前端区域组播部署的示意图；

图3为本发明实施例提供的IGMP查询报文的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的IGMP Snooping组播管理的示意图；

图5A和图5B为本发明实施例提供的IP视频监控网络的通用组网结构中前端区域组播部署的示意图；

图6为本发明实施例提供的二层设备的结构示意图。

具体实施方式

为解决现有IGMP Snooping组播管理技术中组播流从其路由器端口转发出去所引起的带宽资源浪费的问题，本发明实施例对IGMP Snooping协议进行一定的扩展，使组播流只向需要的端口进行转发。

总体而言，本发明实施例中，在IGMP查询报文中增加IGMP Snooping指示信息，当启用IGMP Snooping的交换机收到这样的IGMP查询报文时不再将对应的端口置为路由器端口，而是设置为“查询端口”，查询端口只转发IGMP报文，不进行组播流的转发；当从该端口收到IGMP报告报文时，将该端口加入对应的组播转发表项的出端口中进行组播流的转发。

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

参见图3，为本发明实施例提供的IGMP查询报文的结构示意图。如图所示，本发明实施例所提供的IGMP查询器发送的查询报文，在原有的报文结构上增加指示信息：IGMP Snooping Indicator。该IGMP Snooping Indicator的作用是使接收到携带有该IGMP Snooping Indicator的查询报文的二层设备(该交换机启用了IGMP Snooping)能够根据本发明实施例提供的IGMP Snooping组播管理机制进行组播管理。

另外，本发明实施例还在启用了IGMP Snooping的二层设备上的IGMPSnooping表项中增加了“查询端口”一项，用于记录接收到IGMP查询报文的端口，以便根据该“查询端口”列表进行IGMP报文的转发。表1示出了一种增加了“查询端口列表”的IGMP Snooping表项的格式。

表1

参见图4，为本发明实施例提供的一种IGMP Snooping组播管理示意图。对于启用了IGMP Snooping的二层设备，其IGMP Snooping组播管理流程可包括：

当二层设备从某端口(为描述方便，以下称该端口为port1)收到如图3所示的IGMP查询报文时，由于其中携带有IGMP Snooping指示信息，则将该端口port1设置为查询端口，即将其加入到IGMP Snooping表项中的查询端口列表中；该查询端口列表的作用是：当该二层设备从其它端口(为描述方便，此处该端口表示为port2)收到IGMP报告报文或IGMP离开报文时，根据IGMPSnooping表项中的查询端口列表，将该IGMP报告报文从查询端口列表中的端口转发出去；

当该二层设备从查询端口接收到IGMP报告报文时，将接收该IGMP报告报文的查询端口加入到组播转发表项中。对于其他非查询端口接收到IGMP报告报文时，可根据现有机制进行处理，如将该端口加入组播转发表项。而对于组播流则还按照现有方式转发，即根据组播转发表项进行组播流的转发。可以看出，由于port1存在于查询端口列表中，因此端口port2接收到IGMP报告报文时，一方面会通过port1转发，另一方面会将port2加入到组播转发表项的出端口中，即组播流会从port2转发出去而不会从port1转发出去(假设之前组播转发表项中的出端口中没有port1)。

具体的，如果与FHR连接的二层设备的端口1(port1)收到IGMP报告报文，则将该端口加入到对应组播转发表项(即所要加入的组播地址对应的组播转发表项)的出端口列表中(如图4中的组播转发表项1)，以进行组播流转发。其中，port1仍保留在查询端口列表中。可以看出，由于port1已经加入组播转发表项的出端口列表，因此组播流可从该端口转发，同时，由于port1仍存在于查询端口列表，则二层设备接收到的IGMP报告报文或离开报文仍能从port1转发。

当该二层设备从端口1(port1)收到IGMP离开报文时，则将该端口从对应组播转发表项(即所要离开的组播组对应的组播转发表项)的出端口列表中删除，以停止组播流从该端口转发(如图4中的组播转发表项1’)。

为进一步优化上述流程，本发明实施例还为查询端口设置老化定时器。二层设备在接收到IGMP查询报文后，若判断接收到该IGMP查询报文的端口当前是否已经存在于IGMP Snooping查询端口列表中，则重置该查询端口的老化定时器；若判断接收到该IGMP查询报文的端口当前未存在于IGMP Snooping查询端口列表中，则将接收该IGMP查询报文的端口添加到IGMP Snooping查询端口列表中，并为其开启老化定时器。

为了更清楚的描述本发明，下面以图2为例描述本发明实施例采用上述IGMP Snooping组播管理机制后的前端区域组播部署情况。其中，FHR后面的网络中的路由器支持且配置PIM-SSM，组播client支持IGMPv3，FHR与switch2连接的端口配置IGMP模拟主机，但禁止该端口发送IGMP查询报文；配置的IGMP模拟主机与下游部署的PIM SSM组播网络发送的PIM join报文进行联动，即根据pim join报文中包含的组播组发送组播组加入报文，Switch2收到组播组加入报文后将对应的端口加入到组播转发表项中同时将加入报文转发给上游switch引入需要的组播数据流。启用了IGMP snopping的二层设备上(如图中的switch1和switch2)启用IGMP查询器功能。

如图5A所示，switch1和switch2周期发送IGMP查询报文，该IGMP查询报文中携带有IGMP Snooping Indicator。当switch2的端口port20接收到Switch1的IGMP查询报文后，不将port20加入到路由器端口中，而是将switch2的port20加入到其IGMP Snooping表项的查询端口列表中；switch2向其他端口转发该IGMP查询报文；当switch1的端口port10接收到Switch2的IGMP查询报文时，不将port10加入到路由器端口中，而是将switch1的port10加入到其IGMP Snooping表项的查询端口列表中。

这样，当switch1的端口port11接收到Client1请求点播组播源Source 1(组播MAC地址为MAC1)的IGMP报告报文时，将端口port11加入到MAC1对应的组播转发表项的出端口列表；由于Client2和Client3未请求对组播源Source1的点播，因此，switch2的port21和port22不会接收到组播加入报文，switch2的port20就不会向switch1的port10转发组播加入报文，也就不会将port10加入到MAC1对应的组播转发表项的出端口列表中。这样，当switch1接收到MAC1的组播流时，根据组播转发表项，将该组播流向端口port11转发，而不会向port10转发，进而该组播流不会占用switch1至FHR的带宽资源。同时，由于查询端口列表中记录有port10，因此不影响switch1通过该端口转发IGMP报文。

上述流程中，当switch1的端口port11接收到Client1发送的组播加入报文(请求加入组播MAC1)时，可首先判断该报文要加入的IP组播组对应的MAC组播组是否已经存在：

如果对应的MAC组播组不存在，则新建MAC组播组并将接收报告报文的端口加入该MAC组播组中，同时启动该端口的老化定时器，将该端口加入到此MAC组播转发表中，并新建IP组播组，并将接收报告报文的端口加入到IP组播组中；

如果对应的MAC组播组已存在，但接收报告报文的端口不在该MAC组播组中，则将接收报告报文的端口加入MAC组播组中并启动该端口的老化定时器，然后判断此报文对应的IP组播组是否存在；若不存在，则新建IP组播组并将接收报告报文的端口加入到IP组播组中，若存在则将接收报告报文的端口加入到IP组播组中；

如果对应的MAC组播组已存在，并且接收报告报文的端口也已经存在于该MAC组播组，则仅重置接收报告报文的端口上的老化定时器。

当switch1的端口port11接收到Client1发送的请求离开组播MAC1的IGMP离开报文时，会向接收此离开报文的端口发送所离开组的特定组查询报文，以确认此端口相连接的client中还有没有此组播组的其他成员，同时启动一个响应查询定时器。如果在该定时器超时的时候还没有收到该组播组的报告报文，则将该端口从相应组播转发表项中删除。

同理，如图5B所示，当switch2的端口port21接收到Client2请求点播组播源Source m(组播MAC地址为MACm)的组播加入报文，以及switch2的端口port22接收到Client3请求点播组播源Source m的组播加入报文时，将端口port21和port22加入到MACm对应的组播转发表项的出端口列表；由于Client1未请求对组播源Source m的点播，因此，switch2的port20不会接收到Client1对组播MACm的组播加入报文，也就不会将port20加入到MACm对应的组播转发表项的出端口列表中，这样，当switch2接收到MACm的组播流时，根据组播转发表项，将该组播流向端口port21和port22转发，而不会向port20转发，进而该组播流不会占用switch2至switch1的带宽资源。同时，由于查询端口列表中记录有port20，因此不影响switch2通过该端口转发IGMP报文。

基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种可应用于上述流程的二层设备。

参见图6，为本发明实施例提供的二层设备的结构示意图，如图所示，该二层设备可包括：

查询报文发送模块600，用于向其他二层设备发送携带有特定标识的IGMP查询报文；

接口模块601，用于接收IGMP报文；

第一设置模块602，用于当接口模块601接收到IGMP查询报文后，将接收该IGMP查询报文的端口设置为查询端口；

第二设置模块603，用于当接口模块601从查询端口接收到IGMP报告报文后，根据所请求加入的组播地址，将该查询端口添加到相应组播转发表项(如图中所示的组播转发表项200)中的出端口列表中；

第一转发模块604，用于根据所述查询端口转发IGMP报文；

第二转发模块605，用于根据所述组播转发表项转发组播流。

上述二层设备中，第一设置模块602可具体用于，判断接收到所述IGMP查询报文的端口当前是否已经存在于查询端口列表(如图中的IGMP Snopping表项100的查询端口列表)中；若已存在，则重置该端口的查询老化时间；若未存在，则将接收所述IGMP查询报文的端口添加到查询端口列表中，并启动该端口的查询老化定时器。

上述二层设备中，第二设置模块603可还用于，当接口模块601接收到IGMP离开报文时，根据所要请求离开的组播地址，将该端口从相应组播转发表项中的出端口列表中删除。

上述二层设备中，接口模块601接收到的所述IGMP查询报文中携带有特定指示信息，用于指示二层设备接收到IGMP查询报文后，将接收该IGMP查询报文的端口设置为查询端口。

综上所述，本发明实施例有效降低了无效组播流对网络带宽资源的占用，同时减少了无效组播数据转发对网络交换设备系统的资源占用。

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。

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借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，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。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种组播管理方法，应用于使用互联网组管理协议窥探IGMP Snooping的二层网络，所述二层网络中包括至少2个二层设备，所述二层设备上启用IGMP查询器功能，其特征在于，启用IGMP查询器功能的二层设备发送的IGMP查询报文为携带有特定标识的IGMP查询报文，所述二层设备上的IGMPSnooping表项中设置有查询端口列表，该方法包括：

当二层设备接收到包含有特定标识的IGMP查询报文后，将接收该IGMP查询报文的端口设置为查询端口；

当所述二层设备从所述查询端口接收到IGMP报告报文后，根据所请求加入的组播地址，将该查询端口添加到相应组播转发表项中的出端口列表中；

所述二层设备根据所述查询端口转发接收到的IGMP报文，根据所述组播转发表项转发接收到的组播流。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述二层设备将接收所述IGMP查询报文的端口设置为查询端口，具体为：

所述二层设备判断接收到所述IGMP查询报文的端口当前是否已经存在于查询端口列表中；

若已存在，则重置该端口的查询老化时间；

若未存在，则将接收所述IGMP查询报文的端口添加到查询端口列表中，并启动该端口的查询老化定时器。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

当所述二层设备在查询端口接收到IGMP离开报文时，根据所要请求离开的组播地址，将该端口从相应组播转发表项中的出端口列表中删除。

4.一种二层设备，应用于使用IGMP Snooping的二层网络，所述二层网络中包括至少2个二层设备，所述二层设备上启用IGMP查询器功能，其特征在于，包括：

查询报文发送模块，用于向其他二层设备发送携带有特定标识的IGMP查询报文；

接口模块，用于接收IGMP报文；

第一设置模块，用于当所述接口模块接收到携带有特定标识的IGMP查询报文后，将接收该IGMP查询报文的端口设置为查询端口；

第二设置模块，用于当所述接口模块从查询端口接收到IGMP报告报文后，根据所请求加入的组播地址，将该查询端口添加到相应组播转发表项中的出端口列表中；

第一转发模块，用于根据所述查询端口转发IGMP报文；

第二转发模块，用于根据所述组播转发表项转发组播流。

5.如权利要求4所述的二层设备，其特征在于，所述第一设置模块具体用于，判断接收到所述IGMP查询报文的端口当前是否已经存在于查询端口列表中；若已存在，则重置该端口的查询老化时间；若未存在，则将接收所述IGMP查询报文的端口添加到查询端口列表中，并启动该端口的查询老化定时器。

6.如权利要求4所述的二层设备，其特征在于，所述第二设置模块还用于，当所述接口模块在查询端口接收到IGMP离开报文时，根据所要请求离开的组播地址，将该端口从相应组播转发表项中的出端口列表中删除。

Images