CN102231698B - 一种组播保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于网络通信技术领域，公开了一种组播保护方法。本发明的方法将每条链接看作单播的方式，对于组播的保护转化为对于单播的保护，占用的路由资源较少，只需要较少的节点数目，具有较高的效率，且完全达到保护网络的目的；此外，备份路径建立只是针对相应的故障部位，因此建立的时间更快，路径切换时间小，组播通信中一个或两个路由器遭到物理攻击导致失效时，通过备份路径实现快速切换，便于组播树的保护。

Description

一种组播保护方法

技术领域

本发明属于网络通信技术领域，特别涉及一种组播保护方法。

背景技术

在网络各种数据、音频/视频应用中，当需要将一个节点的信号传送到多个节点时，无论是采用重复点对点通信方式，还是采用广播方式，都会严重浪费网络带宽，只有组播才是最好的选择。组播能使一个或多个组播源把数据包发送给特定的组播组，而只有加入该组播组的主机才能接收到组播源发来的信息。组播的优点在于它能够向一组目的节点高效快速地传送信息。

而在常规的组播中，数据按组播树转发，因此单个节点的故障就会影响到故障点以下的所有成员。传统的组播保护有两种：一个是链路保护，它对于组播树中每条链路都建立一个与之相关的备份链路；另一个是路径保护，它从源节点到目的节点建立一条与原路径节点无关的备份路径。但是第一种方法耗费资源，因为每相邻两个节点之间都必须有备份路径；第二种方法建立的备份路径过长，导致切换时间相应的增大。传统的冗余树构成方法的具体如下：首先确定一个包含源点的环，按逆时针方向去掉与源点相连的最后一边形成A树，再按顺时针方向去掉最后一边形成C树。为A中每个节点设置一个权值，权值的大小以加入A中的顺序单调递减，此环的全部节点组成集合M1，之后确定始点和终点都在M1上的通道，通道上节点的权值设置介于始点和原来M1中小于起始点的最大的点的权值之间，且其上各个点的权值要按照顺序递减。按照逆时针方向将通道上的最后一条边去掉，然后把它加到A树上以形成新的A树，将通道按顺时针方向去掉最后一边加入C树以形成新的C树，把新的节点加入到M1中形成M2。按照这样计算方法，将所有的节点都加入到了两种树中，最后称A是组播树，C是备份树。此种方法虽然简单，但是一个节点发生故障，整个组播树结构都要发生变化，势必需要较长的时间进行切换。

发明内容

本发明的目的是解决网络现有的组播保护方法存在的问题，提出了一种组播保护方法。

本发明的技术方案是：一种组播保护方法，包括：

步骤1.建立组播树，根据组播成员的信息找到特殊节点，包括源节点、目的节点和分支节点，将特殊节点按照组播树结构进行分级，源节点为一级节点，然后从源节点出发，找到第一级分支节点即二级节点、第二级分支节点即三级节点、直到目的节点，并依次对这些特殊节点分级，去掉组播树中源节点到第一个分支节点之间的所有非特殊组播树节点和主干路径，查找并计算出源节点到第一个分支节点之间的不包含组播成员节点和主干路径的最短路径P₀；

步骤2.继续去掉组播树中二级节点到下一级特殊节点之间的所有非特殊组播树节点和主干路径，计算二级节点到下一级特殊节点之间的不包含组播成员节点和主干路径的最短路径P_1,1、P_1,2…P_1,m，m为二级节点到下一级特殊节点的路径总数，如果在二级节点与下一级特殊节点之间找不到新的路径，则将这两个节点间的最短路径赋值为∞；

步骤3.按照步骤2中的操作，依次在剩下的分支节点与其对应的下一级特殊节点之间查找不包含组播成员节点和主干路径的最短路径；

步骤4.计算完所有特殊节点形成的最短路径后，利用计算出来的最短路径构造出备份树。

步骤4中构造备份树的具体过程如下：

步骤41.一级节点到二级节点的最短路径P₀和一级节点到二级节点的主干路径构成第一个环，根据冗余树构成算法，形成组播树一级节点与二级节点之间的备份树；

步骤42.二级节点到三级节点之间的最短路径P_1,i、P_1,i+1…P_1,m和二级节点到三级节点的主干路径构成第2、3…m+1环，根据冗余树构成算法，添加路径P_1,1、P_1,2…P_1,m到备份树，形成组播树二级节点与三级节点之间的备份树；

步骤43.直到最后一个特殊节点形成的路径加入备份树后，所有组播树成员节点均被覆盖到，得到整个组播树的备份树；

步骤44.对备份树进行优化，若同一个目的节点计算出多条最短路径，则取最短的路径作为最终的备份路径。

本发明的有益效果：本发明的方法将每条链接看作单播的方式，对于组播的保护转化为对于单播的保护，占用的路由资源较少，只需要较少的节点数目，具有较高的效率，且完全达到保护网络的目的；此外，备份路径建立只是针对相应的故障部位，因此建立的时间更快，路径切换时间小，组播通信中一个或两个路由器遭到物理攻击导致失效时，通过备份路径实现快速切换，便于组播树的保护。

附图说明

图1-a为实例一用到的网络拓扑。

图1-b为图1-a所示网络拓扑的组播树。

图1-c为实例一经过本发明方法得到的备份树。

图2为实例二所用到的经典ARPANET网络拓扑。

图3为实例二经过本发明方法步骤1和2之后得到的拓扑结构。

图4为实例二的组播树，节点1为源节点，节点19、节点4和节点7为目的节点。

图5为实例二经过本发明方法得到的备份树。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的阐述。

实施例一：如图1所示：其中图1-a为网络拓扑，图1-b为原组播树，图1-c通过算出传统组播树的（S-C，C-B）代替链路（S-A，A-B）。叶子节点到分支节点的链路（B-D）由最新计算出的链路（B-F，F-D）代替。叶子节点到分支节点的链路（B-E）由最新计算出的链路（B-G，G-E）代替。计算好的备份树如图1-c所示。

具体如下：

（1）通过计算得到传统组播树，在此组播树中，节点S为源，节点D和节点E为目的节点；

（2）将组播树成员中的特殊节点分级，源S为一级，第一个分支节点B为二级，目的节点D和E为三级；

（3）将源S到第一个分支节点之间的普通组播树节点去掉，然后查找从源S到第一个分支节点之间的不包括组播树成员节点的最短路径，找到的最短路径为S->C->B;

(4)接着查找下一级节点之间的最短路径，去掉节点B到目的节点D和E之间的主干路径，然后开始查找最短路径，发现B到D的最短路径为B->F->D，B到E的最短路径为B->G->E;

(5)用（S-C，C-B）代替链路（S-A，A-B）。叶子节点到分支节点的链路（B-D）由最新计算出的链路（B-F，F-D）代替。叶子节点到分支节点的链路（B-E）由最新计算出的链路（B-G，G-E）代替，得到备份树，如图1-c所示；

实施例二：

当网络系统发生双节点失效时：

步骤A建立组播树：拓扑网络见图2所示，其中节点1为源节点、节点4,7,19均为目的节点，节点20和8为分支节点，其余节点为普通节点，组播树如图3所示；

节点1为一级节点，节点20为二级节点，节点19和节点8为三级节点，节点4和7为四级节点。

步骤B生成组播备份路由树并建立备份路由表

（1）查找从源节点1到第一个分支节点的最短路径：

在节点1到节点20之间查找得到最短路径（1，18），（18，20）；

（2）接着查找节点20到其它下级特殊节点的最短路径：

在节点20到节点19之间的最短路径（20，18），（18，14），（14，16），（16，15），（15，19）；

在节点20到节点8之间查找得到最短路径（20，18），（18，14），（14，12），（12，8）；

（3）查找下一级特殊节点之间的最短路径：

在节点8到节点7之间查找得到最短路径（8，6），（6，7）；

在节点8到节点4之间查找得到最短路径（8，6），（6，3），（3，2），（2，4）；

节点19到节点4之间的最短路径为（19，13），（13，9），（9，4）；

（4）最后找到节点4到节点7之间的最短路径（4，2），（2，7）；

综上，即：

路径1->18->20和路径1->20构成第一环;

路径20->18->14->16->15->19和路径20->17->19构成第二环;

路径20->18->14->12->8和路径20->10->11->8构成第三环;

路径8->6->3->2->4和路径8->4构成第四环;

路径8->6->7和路径8->7构成第五环；

路径19->13->9->4和路径19->17->20->18->14->12->8->4构成第六环；

路径4->2->7和路径4->8->7构成第七环。

（5）对上面找出的最短路径进行优化，通过比较路径20->18->14->12->8->6->7和路径19->13->9->4->2->7，发现后者更优，通过比较路径20->18->14->12->8->6->3->2->4和路径20->18->14->16->15->19->13->9->4发现两者权值相等，这里随机取后者作为备份路径；

用路径1->18->20取代了路径1->20;

用路径20->18->14->16->15->19取代了路径20->17->19;

用路径19->13->9->4取代了路径8->4;

用路径4->2->7取到了路径8->7。

根据上述路径构建出备份树，如图5所示。

在建立备份树的过程中，必须按照节点的等级进行连接，备份路径的出发点级别至少不低于终点级别。建立备份树之后，保证了非特殊节点受到保护。

从实施例可以看出：该方法需要较少的节点数目，就会有较高的效率，且完全达到保护网络的目的；较之于传统的冗余树构成方法，本发明的方法优势明显。本发明结合了链路保护和路径保护的组播保护的优点，将每条链接看作单播的方式，对于组播的保护转化为对于单播的保护，占用的路由资源较少。备份路径建立只是针对相应的故障部位，因此建立的时间更快。路径切换时间小，便于组播树的保护。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种组播保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.建立组播树，根据组播成员的信息找到特殊节点，包括源节点、目的节点和分支节点，将特殊节点按照组播树结构进行分级，源节点为一级节点，然后从源节点出发，找到第一级分支节点即二级节点、第二级分支节点即三级节点、直到目的节点，并依次对这些特殊节点分级，去掉组播树中源节点到第一个分支节点之间的所有非特殊组播树节点和主干路径，查找并计算出源节点到第一个分支节点之间的不包含组播成员节点和主干路径的最短路径P₀；

步骤2.继续去掉组播树中二级节点到下一级特殊节点之间的所有非特殊组播树节点和主干路径，计算二级节点到下一级特殊节点之间的不包含组播成员节点和主干路径的最短路径P_1,1、P_1,2…P_1,m，m为二级节点到下一级特殊节点的路径总数，如果在二级节点与下一级特殊节点之间找不到新的路径，则将这两个节点间的最短路径赋值为∞；

步骤3.按照步骤2中的操作，依次在剩下的分支节点与其对应的下一级特殊节点之间查找不包含组播成员节点和主干路径的最短路径；

步骤4.计算完所有特殊节点形成的最短路径后，利用计算出来的最短路径构造出备份树。

2.根据权利要求1所述的组播保护方法，其特征在于，所述的步骤4中构造备份树的具体过程如下：

步骤41.一级节点到二级节点的最短路径P₀和一级节点到二级节点的主干路径构成第一个环，根据冗余树构成算法，形成组播树一级节点与二级节点之间的备份树；

步骤42.二级节点到三级节点之间的最短路径P_1,i、P_1,i+1…P_1,m和二级节点到三级节点的主干路径构成第2、3…m+1环，根据冗余树构成算法，添加路径P_1,1、P_1,2…P_1,m到备份树，形成组播树二级节点与三级节点之间的备份树；

步骤43.直到最后一个特殊节点形成的路径加入备份树后，所有组播树成员节点均被覆盖到，得到整个组播树的备份树；

步骤44.对备份树进行优化，若同一个目的节点计算出多条最短路径，则取最短的路径作为最终的备份路径。

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