CN102647312A - 一种整网组播拓扑的探测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种整网组播拓扑探测装置及相应的方法，该装置应用于网络中的探测服务器上，其中该网络包括多个路由器以及多个终端节点，该装置包括报文收发单元、拓扑分析单元以及差异定位单元，其中报文收发单元，用于在用户进行整网组播拓扑探测时向首跳路由器发送通用组播探测报文，并接收来自多个路由器的组播探测回应报文；拓扑分析单元，用于从所述探测回应报文中获得组播拓扑数据，并根据所述拓扑数据生成组播拓扑；差异定位单元，用于将组播拓扑与预先保存的网络拓扑进行比较，并在两个拓扑存在差异时将拓扑差异输出给用户。本发明能够快速地协助用户获知整个网络中的组播拓扑情况，并将存在问题的终端节点及时提示给网络管理人员。

Description

一种整网组播拓扑的探测方法及装置

技术领域

本发明涉及组播技术，尤其涉及一种整网组播拓扑的探测方法及装置。

背景技术

IP技术已经成为如今主流的网络技术，基于IP技术的视频监控已经成为目前视频监控的主流。IP组播技术虽然有着悠久的历史且各种标准日趋完善，但在实际应用却较少，而在IP监控中，组播技术天然的优越性却得到了广泛的应用。

在大型组播网络中，如何对整个网络的组播功能进行探测是业界需要解决的一个常见技术问题。目前的组播探测方式主要是在解码终端（如各种软硬件解码器）执行Mtracert命令，指定一个起点到某一个源进行组播功能探测。请参考图1，在XP1（通用软件解码客户端）上指定R1为首跳路由器，向目的EC 1（编码器，编码终端的一种）发起Mtracert query组播网络检测报文进行组播探测，探测报文向着EC1的方向（即组播源方向）进行一跳一跳的转发，每一跳的路由器都在上面添加自己对应与这个组播源的组播入接口和出接口。如果中间某一跳出现异常，比如说没有启用组播协议，则会返回响应的错误。如果中间没有异常，则最后直连EC1的路由器R2会向查询者XP1回应Mtracert response组播网络检测响应报文，该报文中会携带中间每一跳路由器的对应组播的入接口地址和出接口地址（请参考表1），操作XP1的用户能很容易得到从组播源到接收者之间的链路状况。

表1

Mtracert这种机制可以得到一条链路上的组播情况，但是在监控网络中，EC遍布各地，实况用户接入地点也不固定。如果有20个XP终端用户，30个EC组播源，如果使用Mtracert进行整网组播检测，则需要在20个用户处分别对30个组播源执行Mtracert操作，虽然理论上可行，但实际上无法为用户所接受，对于更大型的网络来说，这几乎是不可实现的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种整网组播拓扑探测装置，应用于网络中的探测服务器上，其中该网络包括多个路由器以及多个终端节点，该装置包括报文收发单元、拓扑分析单元以及差异定位单元，其中：

报文收发单元，用于在用户进行整网组播拓扑探测时向首跳路由器发送通用组播探测报文，并接收来自多个路由器的组播探测回应报文；

拓扑分析单元，用于从所述探测回应报文中获得组播拓扑数据，并根据所述拓扑数据生成组播拓扑；

差异定位单元，用于将组播拓扑与预先保存的网络拓扑进行比较，并在两个拓扑存在差异时将拓扑差异输出给用户。

本发明还提供一种整网组播拓扑探测方法，应用于网络中的探测服务器上，其中该网络包括多个路由器以及多个终端节点，该方法包括：

在用户进行整网组播拓扑探测时向首跳路由器发送通用组播探测报文，并接收来自多个路由器的组播探测回应报文；

从所述探测回应报文中获得组播拓扑数据，并根据所述拓扑数据生成组播拓扑；

将组播拓扑与预先保存的网络拓扑进行比较，并在两个拓扑存在差异时将拓扑差异输出。

本发明能够快速地协助用户获知整个网络中的组播拓扑情况，并将存在问题的终端节点及时提示给网络管理人员，使得网络管理人员能够及时地发现问题并采用进一步的措施解决问题，有效地提升了用户网络的使用体验。

附图说明

图1是现有技术单一组播传输路径探测示意图；

图2是本发明整网组播拓扑探测装置的逻辑结构图；

图3是本发明整网组播拓扑探测装置的处理流程图；

图4是本发明通用组播探测报文泛洪示意图；

图5是本发明接收各路由器发送组播探测响应报文示意图；

图6是本发明示例性的组播拓扑结构示意图。

具体实施方式

本发明提出一种整网组播传输路径探测机制，获得整网的组播拓扑图，以便用户快速了解到哪些终端节点没有接入到这一组播拓扑中来。以下以计算机程序实现在IP监控网络实施为例对本发明进行详细的描述，然而本发明并不局限于这些较佳的实现方式。

请参考图2以及图3，本发明一种实施方式中的整网组播拓扑探测装置包括报文收发单元、拓扑分析单元、差异定位单元以及业务处理单元。本发明的整网组播拓扑探测装置可以运行在IP监控网络的视频管理服务器（VM服务器）上，当然也可以是任何其他经过本发明改造的用户主机或其他服务器（本发明统称为探测服务器），只是对于IP监控网络来说，在处于核心管理位置的VM服务器上运行更加便利。其中各个单元是运行在通信节点（以IP监控网络中的XP终端为例）的CPU上形成的逻辑单元。需要注意的是这里的报文收发单元是逻辑层面上的且属于控制业务处理范畴，需要与物理层面的报文收发区别开。仍然需要补充说明的是，这里的各个单元在逻辑上的划分在本申请人提出的相关专利申请可能是不一致的，不能因为名称相同而将其理解为具有相同的功能的实体。本实施方式的处理流程包括以下步骤：

步骤101，报文收发单元发送通用组播探测报文到首跳路由器，并接收来自多个路由器的组播探测回应报文。

参考图4，当用户需要进行组播探测操作时，其会下发指令到VM服务器上，VM服务器响应用户的操作向首跳路由器发送通用组播探测报文。首跳路由器通常是VM服务器的网关，请参考表2，以IGMP Query为通用组播探测报文为例，其格式如下：

发送给R3的IGMP报文的各个字段的含义如下：

Source为源IP地址，即XP终端的IP地址；

Destination为目的IP地址，即首跳路由器R3的IP地址；

Type是报文类型，0x1f表示IGMP Mtracert Query报文；

Hops表示跳数；

Multicast Address为组播组地址，这里为0.0.0.0，即不指定；

Source Address为组播源IP地址，这里为0.0.0.0，即不指定；

Receive Address为首跳路由器R3的IP地址；

Response Address为发送查询报文的用户IP地址；

Query ID为报文的ID，标识同一个用户发出的不同的查询报文。

表2

VM服务器发送query报文，其目的地址为首跳路由器（R3）的IP地址，如果用户不特殊指定，则默认为VM服务器的网关。在该IGMP Mtracert Query头部字段填写组播组IP地址为0.0.0.0，组播源IP地址为0.0.0.0，接收者IP为首跳路由器IP地址，回应IP地址为最初发送查询报文的用户IP地址。其中组播组以及组播源IP地址均为0.0.0.0是表示不指定任何组播组和组播源，这样接收到该报文的路由器会在整网中向自己的组播邻居路由器进行泛洪。

首跳路由器R3在收到IGMP Mtracert Query报文后会上送控制层面进行处理，通过解析IGMP Mtracert Query中IGMP头部字段发现组播源以及组播组IP地址均为0.0.0.0，表明这是一个通用的组播探测报文。R3首先找到所有的组播邻居（指使能了组播协议的邻居路由器）接口，然后将这些组播邻居接口上的组播邻居信息作为组播拓扑数据写入到组播探测回应报文的数据部分，再将组播探测回应报文发送给VM服务器，其中组播邻居信息包括路由器R3的本地接口地址以及组播邻居接口地址，比如说R3上连接到R1的接口称为本地接口，而连接到该本地接口的R1上的接口称为组播邻居接口。此外，如果R3没有使能组播协议，那么R3将无法正确处理该报文，可能是丢弃或者报错等等。假设R3本身使能了组播协议（如PIM协议），但其某个邻居没有使能组播协议，则该邻居为非组播邻居，非组播邻居包括两种情形：一种是某个接口的邻居路由器没有正确使能组播协议，另一种某个接口是接入终端节点的接口。对于这些非组播邻居信息，R3同样可以将之写入到回应报文的数据部分中。组播探测回应报文的数据部分可以参考表3的示例，其中需要说明的是：由于非组播邻居可能是一个接入网段，该网段可能包括很多终端节点，因此不会像组播邻居之间那样接口是一对一的关系，所以本实施方式中将非组播邻居的地址用0.0.0.0表示，表示不确定到底是若干终端节点还是没有使能组播协议的路由器接口。值得注意的是：如果网络中路由器都正确使能了组播协议，那么任意一台路由器连接非组播邻居的本地接口所连接的应当是一个或者多个终端节点；但是连接组播邻居的路由器的本地接口同样可以同时连接多个终端节点，比如说一台使能组播协议的路由器的接口A通过二层交换机连接到多个终端节点以及另一台使能组播协议的路由器的接口B，那么接口A与接口B之间是组播邻居，同时接口A与接口B又连接着很多终端节点。

接下来R3将通用组播探测报文（即本实施方式中的IGMP Mtracert Query）的IP头部的源IP地址以及目的IP地址修改后发送给所有的组播邻居，修改后的报文也可称为Request报文。

表3

请进一步参考图4，R3会在修改报文的源IP地址以及目的IP地址后将报文发送给其组播邻居R2、R4以及R6。R2、R4以及R6在收到通用组播探测报文之后会做相同的处理。考虑到泛洪可能会引起的广播风暴，各个路由器在一定时间内对该进行抑制操作，也就是说在一定时间内再次收到该报文后会将该报文丢弃，图4中虚线部分显示了对再次收到报文需要进行抑制。

步骤102，从各个路由器的探测回应报文中获得组播拓扑数据，并根据所述拓扑数据生成组播拓扑；

请参考图5以及图6，经过步骤101发送通用组播探测报文，等待一段时间之后，报文收发单元会收到来自各个路由器的组播探测回应报文，如前所述组播探测回应报文中会携带组播拓扑数据。拓扑分析单元从这些报文中获取组播拓扑数据，然后根据这些拓扑数据就可以生成整网的组播拓扑。图6用虚线表示的链路为路由器与非组播邻居节点之间的链路，而实线则表示与组播邻居节点之间的链路。

步骤103，差异定位单元将生成的组播拓扑与预先保存的网络拓扑进行比较，并将两者的拓扑差异输出。

通过步骤101以及步骤102处理后生成的组播拓扑未必与预先保存网络拓扑是一致的，因为有些终端节点或者路由器的配置可能是错误的或者没有使能组播协议（统称为没有正确使能组播协议），这里所说的预先保存的网络拓扑通常是网络管理人员可信的拓扑，比如单播拓扑或者网管层面生成的网络实际拓扑。差异定位单元需要将两张拓扑进行比较，找出拓扑差异所在。网络拓扑所包括的节点可能会比组播拓扑所包括的节点更多，差异通常是网络拓扑存在而组播拓扑不存在的路由器。请参考图6，假设路由器R5没有使能组播协议，那么它会被R4等邻居视为非组播邻居，其不会收到通用组播探测报文。探测服务器在从其他正确使能的组播协议的路由器（R4及R6）上报的组播邻居信息以及非组播邻居信息生成组播拓扑并与预先保存的网络拓扑（假设就是图6所示的那样）后会清晰地发现R5不再组播拓扑中，没有使能组播协议；此时可以将这个差异输出。值得注意的是：请进一步参考图6，假设R5不支持组播协议，对于部分组播业务需要到达R4的组播数据报文来说，可以通过R6以及R3到达R4，但是R4收到这些组播数据报文后出于安全考虑可能会进行逆向检查，R4会发现上一跳应该是R5而不是R3，于是R4就会把这些组播数据报文丢弃，这导致了部分组播数据业务无法使用。因此本发明能很好地通过获取拓扑和拓扑比较及时让用户发现组播业务问题，以便于用户尽早解决组播业务上的问题。

步骤104，业务处理单元接收终端节点的注册报文，如果该终端节点支持组播功能则查找该终端节点的IP是否与组播拓扑中任意一个路由器的本地接口地址在同一网段，如果是继续，否则生成告警。

EC或者XP终端上线以后都会想探测服务器（如VM服务器）发起注册，注册的过程中会将自身的IP地址携带在报文中。本发明中VM服务器可以先确定该终端节点是否支持组播，如果是再检查终端节点是否能够正确接入到组播拓扑中，因为只有接入组播拓扑中才能够正常参与组播业务，其判断的依据是该终端节点的IP是否与任意一个组播拓扑中路由器的本地接口地址在同一网段，也就是说这个支持组播功能的终端节点是不是接入到组播拓扑中的某个路由器下面，如果是则说明可以接入组播拓扑参与组播业务，否则需要向用户告警以告知用户该终端节点虽然具有组播功能但无法参与组播业务。

由此可见，本发明能够快速地协助用户获知整个网络中的组播拓扑情况，协助用户解决路由器没有正确使能组播协议导致的组播业务不通的问题，并且能够在终端节点注册时检查终端节点是否接入到组播拓扑中来，没有则及时通过告警提示给用户，有效地提升了用户网络中组播业务的使用体验。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种整网组播拓扑探测装置，应用于网络中的探测服务器上，其中该网络包括多个路由器以及多个终端节点，该装置包括报文收发单元、拓扑分析单元以及差异定位单元，其特征在于：

报文收发单元，用于在用户进行整网组播拓扑探测时向首跳路由器发送通用组播探测报文，并接收来自多个路由器的组播探测回应报文；

拓扑分析单元，用于从所述探测回应报文中获得组播拓扑数据，并根据所述拓扑数据生成组播拓扑；

差异定位单元，用于将组播拓扑与预先保存的网络拓扑进行比较，并在两个拓扑存在差异时将拓扑差异输出。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述组播拓扑数据包括各个路由器的组播邻居信息以及非组播邻居信息，其中所述组播邻居是指使能了组播路由协议的路由器。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述拓扑差异包括未使能组播路由协议的路由器。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述组播邻居信息以及非组播邻居信息均包括路由器的本地接口地址，该装置还包括业务处理单元，用于接收终端节点的注册报文，如果该终端节点支持组播功能则查找该终端节点的IP是否与组播拓扑中任意一个路由器的本地接口地址在同一网段，如果是继续，否则生成告警。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述通用组播探测报文的源IP地址为探测服务器的IP地址，目的IP地址为首跳路由器的IP地址，请求探测的组播组地址为0.0.0.0，请求探测的组播源的IP地址为0.0.0.0。

6.一种整网组播拓扑探测方法，应用于网络中的探测服务器上，其中该网络包括多个路由器以及多个终端节点，其特征在于，该方法包括：

A、在用户进行整网组播拓扑探测时向首跳路由器发送通用组播探测报文，并接收来自多个路由器的组播探测回应报文；

B、从所述探测回应报文中获得组播拓扑数据，并根据所述拓扑数据生成组播拓扑；

C、将组播拓扑与预先保存的网络拓扑进行比较，并在两个拓扑存在差异时将拓扑差异输出。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述组播拓扑数据包括各个路由器的组播邻居信息以及非组播邻居信息，其中所述组播邻居是指使能了组播路由协议的路由器。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述拓扑差异包括未使能组播路由协议的路由器。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述组播邻居信息以及非组播邻居信息均包括路由器的本地接口地址，该方法还包括：

D、接收终端节点的注册报文，如果该终端节点支持组播功能则查找该终端节点的IP是否与组播拓扑中任意一个路由器的本地接口地址在同一网段，如果是继续，否则生成告警。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通用组播探测报文的源IP地址为探测服务器的IP地址，目的IP地址为首跳路由器的IP地址，请求探测的组播组地址为0.0.0.0，请求探测的组播源的IP地址为0.0.0.0。

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