CN102916893B - 三层交换机中设置ip组播转发端口的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种三层交换机中设置IP组播转发端口的装置和方法，包括：组播转发层模块在收到组播协议报文后确定该报文的虚拟局域网（VLAN）标识、端口号和源IP地址，并保存在组播下一跳表中，将所述报文转发给组播协议层；在接收到组播转发表项设置指令后确定对应的VLAN标识，根据该VLAN标识和指令中的下一跳IP地址查找出对应的端口号；将所述VLAN标识和端口号作为接口信息设置到硬件转发层的对应组播路由表项中；组播协议层模块在判定需要下发组播转发表项设置指令后，在下发的指令中增加该源IP地址作为组播下一跳IP地址。利用本发明，可在实现IP组播精确到端口的转发的同时，降低组播协议层的复杂度，提高组播协议在路由及交换设备中的通用性。

Description

三层交换机中设置IP组播转发端口的装置和方法

技术领域

本申请涉及数据通信技术领域，尤其涉及一种三层交换机中设置IP组播转发端口的装置和方法。

背景技术

在实现IP组播技术的通信设备中，组播转发的相关通信层主要包括三层，由下至上依次是：硬件转发层（主要是转发芯片）、组播转发层、和组播协议层。硬件转发层在收到组播协议报文后向上层转发，再由组播转发层确定组播协议所需要的必须信息转发到组播协议层。组播协议层利用IP组播路由协议对组播协议报文进行处理，计算得到该组播的数据报文的组播路由表项。在现有的IP组播路由协议中，组播路由表项为一个（source、group、iif、oif）形式的四元组，其中source为组播源的IP地址，group为组播目的IP地址、iif为入接口、oif为出接口。组播协议层将该组播路由表项下发给组播转发层，组播转发层根据该组播路由表项设置和维护转发芯片中相应的四元组形式的组播转发表中的组播转发表项。当转发芯片收到组播数据报文时，则根据该报文的源IP地址和目的组播地址在组播转发表中查找对应的组播转发表项，如果找到则进行相应的逆向路径转发（RPF）检查，检查通过则将该组播数据报文转发到相应的出接口；否则将所述组播数据报文上报给组播协议层进行相应的处理。

通常组播协议维护的组播路由表中的组播路由表项的入、出接口都是三层接口，而转发芯片维护的组播转发表项的入、出接口则是物理端口。在三层交换机中，当一个虚拟局域网（VLAN）上的某个端口加入到某个多播组的时候，组播协议会将该VLAN作为一个三层接口加入到组播路由表项中。该路由表项下发到转发芯片时，会将该VLAN的所有物理端口作为接口信息加入到转发芯片的相应的组播转发表项中。所以相应的组播数据报文将会从该VLAN的所有物理端口转发出去，即转发不能精确到VLAN下某一个具体的物理端口。如果同一个VLAN加入到不同的多播组，则该VLAN内的每个端口接收到的组播数据流将成倍增加，严重影响转发效率。

对于此类问题，在中国专利申请公开号CN1555165A、发明名称为《三层交换中IP组播精确端口转发的方法》的发明专利申请公开文献中，提出了一种三层交换机中，IP组播精确端口转发的方法。该方法通过在组播协议层建立和维护组播路由端口映射表，并将该映射表下发到转发芯片，将VLAN ID和端口号加入到转发芯片的相应的组播转发表项中，转发芯片在收到组播数据报文后，根据组播转发表项中的VLAN ID和端口号将组播数据报文转发到对应的端口，从而完成精确到端口的转发。其中，现有的组播路由端口映射表的计算方法一般有两种方式：一是组播协议计算后生成的，在收到组播协议报文进行处理时，同时将VLAN ID和端口信息携带上去，组播协议在计算常规组播路由表后，生成VLAN和端口信息的组播路由端口映射表；第二种方式是，在组播协议计算之前，预先对组播协议报文解析，根据收到报文的VLAN ID和端口信息以及报文内容共同计算出组播路由端口映射表，然后再将此报文交由组播协议计算。

上述现有技术的主要缺点是：组播协议层需要计算和维护组播转发端口，提高了组播协议层的复杂度，需要对标准的组播协议层进行大量修改，降低了组播协议在路由及交换设备中的通用性。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种三层交换机中设置IP组播转发端口的装置和方法，从而实现IP组播精确到端口的转发的同时，降低组播协议层的复杂度，提高组播协议在路由及交换设备中的通用性。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种三层交换机中设置IP组播转发端口的装置，包括：

组播转发层模块，用于在收到来自硬件转发层的组播协议报文后：确定该组播协议报文的虚拟局域网VLAN标识及其端口号，并解析出该组播协议报文的源IP地址，将所述VLAN标识、端口号和源IP地址作为一条对应的记录保存在组播下一跳表中，将所述组播协议报文转发给组播协议层；在接收到组播协议层模块的组播转发表项设置指令后：根据该组播转发表项设置指令中的接口信息确定对应的VLAN标识，根据该VLAN标识和该组播转发表项设置指令中的下一跳IP地址，从所述组播下一跳表中查找出对应的端口号；将所述VLAN标识和端口号作为接口信息设置到硬件转发层的对应组播路由表项中；

组播协议层模块，用于在收到组播协议报文后按照组播协议进行处理，并在判定需要下发组播转发表项设置指令后，解析出所述组播协议报文的源IP地址，在组播转发表项设置指令中增加该源IP地址作为组播下一跳IP地址；将组播转发表项设置指令发送给组播转发层模块。

在一种优选方案中，所述组播转发表项设置指令具体包括：

在组播转发初始状态下需要下发的组播转发表项初始设置指令，

或者在组播转发状态发生变化的情况下需要下发的组播状态更新指令。

在一种优选方案中，所述组播转发表项初始设置指令中还包括组播源IP地址、组播目的IP地址、和出、入接口信息；所述出、入接口信息与对应的VLAN标识对应；所述组播状态更新指令中还包括组播源IP地址、组播目的IP地址、和变更后的出、入接口信息；所述出、入接口信息与对应的VLAN标识对应。

在一种优选方案中，所述组播转发层模块进一步用于：

在收到组播转发表项初始设置指令后，将所述组播转发表项初始设置指令中的组播源IP地址、组播目的IP地址、出接口对应的VLAN标识和端口号、入接口对应的VLAN标识和端口号作为一条新的路由记录设置到硬件转发层的对应组播路由表项中；

在收到组播状态更新指令后，通过组播状态更新指令中的组播源IP地址和组播目的IP地址从硬件转发层的组播路由表项中查找出对应的路由记录，用发生改变的接口信息对应的VLAN标识和端口号更新该路由记录中相应接口信息对应的VLAN标识和端口号。

在一种优选方案中，该装置进一步包括：

硬件转发层的转发芯片，用于收发报文，在收到组播协议报文后转发给组播转发层，在收到组播数据报文后，根据所述组播转发表中记录的组播源IP地址、组播目的IP地址、出、入接口对应的VLAN标识和端口号转发所述组播数据报文。

一种三层交换机中设置IP组播转发端口的方法，包括：

组播转发层在收到来自硬件转发层的组播协议报文后，确定接收该组播协议报文的VLAN标识及其端口号，并解析出该组播协议报文的源IP地址；将所述VLAN标识、端口号和源IP地址作为一条对应的记录保存在组播下一跳表中；

组播转发层将所述组播协议报文转发给组播协议层进行组播协议处理，在判定需要下发组播转发表项设置指令后，执行如下步骤：

组播协议层解析出所述组播协议报文的源IP地址，在组播转发表项设置指令中增加该源IP地址作为组播下一跳IP地址；将组播转发表项设置指令发送给组播转发层；

组播转发层收到所述组播转发表项设置指令后，根据该指令中的接口信息确定对应的VLAN标识，根据该VLAN标识和该指令中的下一跳IP地址，从所述组播下一跳表中查找出对应的端口号；将所述VLAN标识和该端口号作为接口信息设置到硬件转发层的对应组播转发表项中。

在一种优选方案中，所述判定需要下发组播转发表项设置指令，具体包括：判定组播转发初始状态下需要下发组播转发表项初始设置指令，或者判定在组播转发状态发生变化的情况下需要下发组播状态更新指令。

在一种优选方案中，所述组播转发表项初始设置指令中还包括组播源IP地址、组播目的IP地址、和出、入接口信息；所述出、入接口信息与对应的VLAN标识对应；所述组播状态更新指令中还包括组播源IP地址、组播目的IP地址、和变更后的出、入接口信息；所述出、入接口信息与对应的VLAN标识对应。

在一种优选方案中，该方法进一步包括：

所述组播转发层在收到组播转发表项初始设置指令后，将所述组播转发表项初始设置指令中的组播源IP地址、组播目的IP地址、出接口对应的VLAN标识和端口号、入接口对应的VLAN标识和端口号作为一条新的路由记录设置到硬件转发层的对应组播路由表项中；

所述组播转发层在收到组播状态更新指令后，通过组播状态更新指令中的组播源IP地址和组播目的IP地址从硬件转发层的组播路由表项中查找出对应的路由记录，用发生改变的接口信息对应的VLAN标识和端口号更新该路由记录中相应接口信息对应的VLAN标识和端口号。

在一种优选方案中，该方法进一步包括：硬件转发层收到组播数据报文后，根据所述组播转发表中记录的组播源IP地址、组播目的IP地址、出、入接口对应的VLAN标识和端口号转发所述组播数据报文。

与现有技术相比，本发明由组播转发层通过VLAN ID、端口号以及组播协议报文的源IP地址来计算和维护组播转发端口的信息，组播协议层只需要在发生组播转发状态更新时在更新指令中增加组播协议报文的源IP地址，组播转发层再根据该指令确定VLAN的对应端口为出入接口。因此组播协议层不需要计算和维护复杂的组播转发端口这种特殊的属性，仅需要关注IP地址这种可以从报文中提取的信息，并只需要对标准的组播协议层进行小量修改，即只需要提取源组播协议报文的源IP地址并在更新指令中增加该源IP地址，因此提高了组播协议在路由及交换设备中的通用性。

附图说明

图1为本发明所述三层交换机中设置IP组播转发端口的装置的一种组成和信号走向图；

图2为本发明所述三层交换机中设置IP组播转发端口的方法的一种主要流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

图1为本发明所述三层交换机中设置IP组播转发端口的装置的一种组成和信号走向图；参见图1，其中实线箭头表示组播协议报文的走向，虚线箭头表示组播指令的走向，本发明所述的三层交换机中设置IP组播转发端口的装置包括：

组播转发层模块101，该组播转发层模块101包括现有组播转发层模块的基本功能，与现有技术的区别是用于：在收到来自硬件转发层的组播协议报文后，确定该组播协议报文的VLAN标识及其端口号，并解析出该组播协议报文的源IP地址，将所述VLAN标识、端口号和源IP地址作为一条对应的记录保存在组播下一跳表中，将所述组播协议报文转发给组播协议层模块102；在接收到组播协议层模块102的组播转发表项设置指令后，根据该组播转发表项设置指令中的接口信息确定对应的VLAN标识，根据该VLAN标识和该组播转发表项设置指令中的下一跳IP地址，从所述组播下一跳表中查找出对应的端口号；将所述VLAN标识和端口号作为接口信息设置到硬件转发层的对应组播路由表项中；

组播协议层模块102，该组播协议层模块102包括现有组播协议层模块的基本功能，与现有技术的区别是用于：收到组播协议报文后按照组播协议进行处理，并在判定需要下发组播转发表项设置指令后，解析出所述组播协议报文的源IP地址，在组播转发表项设置指令中增加该源IP地址作为组播下一跳IP地址；将组播转发表项设置指令发送给组播转发层模块101。

通过上述组播转发层模块101和组播协议层模块102，不但可以精确确定和设置VLAN的具体端口到组播转发表项中，而且本发明主要在组播转发层完成计算和维护复杂的组播转发端口这种特殊的属性，而组播协议层仅需要关注IP地址这种可以从报文中提取的信息，因此对现有标准的组播协议修改较小，提高了组播协议在路由及交换设备中的通用性。

为了完成组播数据的转发，本发明所述三层交换机中设置IP组播转发端口的装置还进一步包括：硬件转发层，所述硬件转发层中包括转发芯片103，用于收发报文，在收到组播协议报文后转发给组播转发层，在收到组播数据报文后，根据所述组播转发表中记录的组播源IP地址、组播目的IP地址、出、入接口对应的VLAN标识和端口号转发所述组播数据报文。

本发明中，所述组播转发表项设置指令具体包括：在组播转发初始状态下需要下发的组播转发表项初始设置指令，或者在组播转发状态发生变化的情况下需要下发的组播状态更新指令。

所述组播转发表项初始设置指令中除了所述组播协议报文的源IP地址，还包括组播源IP地址、组播目的IP地址、和出、入接口信息这四元组基本信息；这四元组基本信息可以通过现有的组播协议计算得到。当组播协议层模块102收到初始的组播协议报文后，会根据组播协议计算出所述四元组基本信息，并通过组播转发表项初始设置指令下发给组播转发层模块101，从而对硬件转发层中的组播转发表项进行相应的设置。其中，所述出、入接口信息与对应的VLAN标识对应，其对应关系在组播转发层模块中设置和维护。

所述组播状态更新指令中除了所述组播协议报文的源IP地址，还包括组播源IP地址、组播目的IP地址、和变更后的出、入接口信息这四元组基本信息；当组播协议层模块102收到后续的组播协议报文后，会根据组播协议计算出新的四元组基本信息，通常其中的出和/或入接口信息会发生变更，即所述组播转发状态发生了改变，此时需要将新的所述四元组基本信息通过组播状态更新指令下发给组播转发层模块101，由组播转发层模块101对硬件转发层中的组播转发表项进行相应的修改。其中，所述出、入接口信息与对应的VLAN标识对应，其对应关系在组播转发层模块中设置和维护。

所述组播转发层模块101在收到所述组播转发表项设置指令后，根据该组播转发表项设置指令中的接口信息确定对应的VLAN标识，包括根据出接口信息确定出接口对应的VLAN标识，以及根据入接口信息确定入接口对应的VLAN标识。然后根据所述VLAN标识和该组播转发表项设置指令中的下一跳IP地址（即所述组播协议报文的源IP地址），从所述组播下一跳表中查找出对应的端口号。然后将所述出接口对应的VLAN标识和端口号作为出接口信息设置到硬件转发层的对应组播路由表项中，将入接口对应的VLAN标识和端口号作为入接口信息设置到硬件转发层的对应组播路由表项中。具体包括：如果是组播转发表项初始设置指令，则将组播转发表项初始设置指令中的组播源IP地址、组播目的IP地址、出接口对应的VLAN标识和端口号、入接口对应的VLAN标识和端口号作为一条新的路由记录设置到硬件转发层的对应组播路由表项中；如果是组播状态更新指令，则通过组播状态更新指令中的组播源IP地址和组播目的IP地址从硬件转发层的组播路由表项中查找出对应的路由记录，用发生改变的接口信息对应的VLAN标识和端口号更新该路由记录中相应接口信息对应的VLAN标识和端口号。

例如如果出接口信息改变，则根据上述方法确定改变后的出接口对应的VLAN标识和端口号，用该VLAN标识和端口号更新相应路由记录中的该出接口的原VLAN标识和端口号；再例如如果增加了接口信息，则根据上述方法确定新增的接口对应的VLAN标识和端口号，将该VLAN标识和端口号作为一个新的接口信息加入到相应路由记录中。

与上述装置对应，本发明还公开了一种三层交换机中设置IP组播转发端口的方法。图2为本发明所述三层交换机中设置IP组播转发端口的方法的一种主要流程图；参见图2，该方法主要包括：

步骤201、组播转发层在收到来自硬件转发层的组播协议报文后，确定接收该组播协议报文的VLAN标识及其端口号，并解析出该组播协议报文的源IP地址；将所述VLAN标识、端口号和源IP地址作为一条对应的记录保存在组播下一跳表中。

步骤202、组播转发层将所述组播协议报文转发给组播协议层进行组播协议处理。

步骤203、组播协议层判断是否需要下发组播转发表项设置指令，如果是则执行如下步骤204，否则按照现有常规的组播协议进行处理。

所述判断是否需要下发组播转发表项设置指令，具体包括判断是否为组播转发初始状态下需要下发组播转发表项初始设置指令，或者判断在组播转发状态发生变化的情况下需要下发组播状态更新指令。

在现有常规的组播转发表项初始设置指令中包括组播源IP地址、组播目的IP地址、和出、入接口信息这四元组基本信息或进一步包括其它信息；所述出、入接口信息与对应的VLAN标识对应。本发明的组播转发表项初始设置指令中除了包括现有的这些基本信息外还包括组播协议报文的源IP地址信息作为下一跳IP地址。

在现有常规的组播状态更新指令中包括组播源IP地址、组播目的IP地址、和变更后的出、入接口信息或进一步包括其它信息；所述出、入接口信息与对应的VLAN标识对应。本发明的组播状态更新指令中除了包括现有的这些基本信息外还包括组播协议报文的源IP地址信息作为下一跳IP地址。

步骤204、组播协议层解析出所述组播协议报文的源IP地址，在组播转发表项设置指令中增加该源IP地址作为组播下一跳IP地址；将组播转发表项设置指令发送给组播转发层。

步骤205、组播转发层收到所述组播转发表项设置指令后，根据该指令中的接口信息确定对应的VLAN标识，根据该VLAN标识和该指令中的下一跳IP地址，从所述组播下一跳表中查找出对应的端口号；将所述VLAN标识和该端口号作为接口信息设置到硬件转发层的对应组播转发表项中。具体包括：

所述组播转发层在收到组播转发表项初始设置指令后，将所述组播转发表项初始设置指令中的组播源IP地址、组播目的IP地址、出接口对应的VLAN标识和端口号、入接口对应的VLAN标识和端口号作为一条新的路由记录设置到硬件转发层的对应组播路由表项中；

所述组播转发层在收到组播状态更新指令后，通过组播状态更新指令中的组播源IP地址和组播目的IP地址从硬件转发层的组播路由表项中查找出对应的路由记录，用发生改变的接口信息对应的VLAN标识和端口号更新该路由记录中相应接口信息对应的VLAN标识和端口号。

此后，硬件转发层的转发芯片在收到组播数据报文后，根据所述组播转发表中记录的组播源IP地址、组播目的IP地址、出、入接口对应的VLAN标识和端口号转发所述组播数据报文。

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)

1.一种三层交换机中设置IP组播转发端口的装置，其特征在于，包括：

组播转发层模块，用于在收到来自硬件转发层的组播协议报文后：确定该组播协议报文的虚拟局域网VLAN标识及其端口号，并解析出该组播协议报文的源IP地址，将所述VLAN标识、端口号和源IP地址作为一条对应的记录保存在组播下一跳表中，将所述组播协议报文转发给组播协议层；在接收到组播协议层模块的组播转发表项设置指令后：根据该组播转发表项设置指令中的接口信息确定对应的VLAN标识，根据该VLAN标识和该组播转发表项设置指令中的下一跳IP地址，从所述组播下一跳表中查找出对应的端口号；将所述VLAN标识和端口号作为接口信息设置到硬件转发层的对应组播路由表项中；

组播协议层模块，用于在收到组播协议报文后按照组播协议进行处理，并在判定需要下发组播转发表项设置指令后，解析出所述组播协议报文的源IP地址，在组播转发表项设置指令中增加该源IP地址作为组播下一跳IP地址；将组播转发表项设置指令发送给组播转发层模块。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述组播转发表项设置指令具体包括：

在组播转发初始状态下需要下发的组播转发表项初始设置指令，

或者在组播转发状态发生变化的情况下需要下发的组播状态更新指令。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述组播转发表项初始设置指令中还包括组播源IP地址、组播目的IP地址、和出、入接口信息；所述出、入接口信息与对应的VLAN标识对应；

所述组播状态更新指令中还包括组播源IP地址、组播目的IP地址、和变更后的出、入接口信息；所述出、入接口信息与对应的VLAN标识对应。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述组播转发层模块进一步用于：

在收到组播转发表项初始设置指令后，将所述组播转发表项初始设置指令中的组播源IP地址、组播目的IP地址、出接口对应的VLAN标识和端口号、入接口对应的VLAN标识和端口号作为一条新的路由记录设置到硬件转发层的对应组播路由表项中；

在收到组播状态更新指令后，通过组播状态更新指令中的组播源IP地址和组播目的IP地址从硬件转发层的组播路由表项中查找出对应的路由记录，用发生改变的接口信息对应的VLAN标识和端口号更新该路由记录中相应接口信息对应的VLAN标识和端口号。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括：

硬件转发层的转发芯片，用于收发报文，在收到组播协议报文后转发给组播转发层，在收到组播数据报文后，根据所述组播转发表中记录的组播源IP地址、组播目的IP地址、出、入接口对应的VLAN标识和端口号转发所述组播数据报文。

6.一种三层交换机中设置IP组播转发端口的方法，其特征在于，包括：

组播转发层在收到来自硬件转发层的组播协议报文后，确定接收该组播协议报文的VLAN标识及其端口号，并解析出该组播协议报文的源IP地址；将所述VLAN标识、端口号和源IP地址作为一条对应的记录保存在组播下一跳表中；

组播转发层将所述组播协议报文转发给组播协议层进行组播协议处理，在判定需要下发组播转发表项设置指令后，执行如下步骤：

组播协议层解析出所述组播协议报文的源IP地址，在组播转发表项设置指令中增加该源IP地址作为组播下一跳IP地址；将组播转发表项设置指令发送给组播转发层；

组播转发层收到所述组播转发表项设置指令后，根据该指令中的接口信息确定对应的VLAN标识，根据该VLAN标识和该指令中的下一跳IP地址，从所述组播下一跳表中查找出对应的端口号；将所述VLAN标识和该端口号作为接口信息设置到硬件转发层的对应组播转发表项中。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述判定需要下发组播转发表项设置指令，具体包括：判定组播转发初始状态下需要下发组播转发表项初始设置指令，或者判定在组播转发状态发生变化的情况下需要下发组播状态更新指令。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，

所述组播转发表项初始设置指令中还包括组播源IP地址、组播目的IP地址、和出、入接口信息；所述出、入接口信息与对应的VLAN标识对应；

所述组播状态更新指令中还包括组播源IP地址、组播目的IP地址、和变更后的出、入接口信息；所述出、入接口信息与对应的VLAN标识对应。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

所述组播转发层在收到组播转发表项初始设置指令后，将所述组播转发表项初始设置指令中的组播源IP地址、组播目的IP地址、出接口对应的VLAN标识和端口号、入接口对应的VLAN标识和端口号作为一条新的路由记录设置到硬件转发层的对应组播路由表项中；

所述组播转发层在收到组播状态更新指令后，通过组播状态更新指令中的组播源IP地址和组播目的IP地址从硬件转发层的组播路由表项中查找出对应的路由记录，用发生改变的接口信息对应的VLAN标识和端口号更新该路由记录中相应接口信息对应的VLAN标识和端口号。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：硬件转发层收到组播数据报文后，根据所述组播转发表中记录的组播源IP地址、组播目的IP地址、出、入接口对应的VLAN标识和端口号转发所述组播数据报文。