CN103107946B - 组播恢复方法和装置及包括该组播恢复装置的中继设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种组播恢复方法和装置及包括该组播恢复装置的中继设备，其中该方法应用于具有多个中继设备的环网，每个中继设备基于组播转发表传输组播数据，该方法包括：在所述环网的网络拓扑结构发生变化的情况下，所述环网中的中继设备将所述中继设备的所有干路端口加入所述中继设备的组播转发表，其中所述干路端口是指所述中继设备中用于与环网中其他中继设备连接的端口；所述中继设备按照所述组播转发表传输组播数据；所述中继设备基于预定的协议重新建立网络拓扑结构；以及所述中继设备基于所述重新建立的网络拓扑结构更新所述组播转发表，完成组播恢复。

Description

组播恢复方法和装置及包括该组播恢复装置的中继设备
技术领域
本发明涉及一种组播恢复方法和装置及包括该组播恢复装置的中继设备，特别地，涉及一种应用于环网的组播恢复方法和装置及包括该组播恢复装置的中继设备。
背景技术
在应用组播机制的环网中，各中继设备基于组播协议(IGMP-Snooping,IGMP-Proxy等)收集组成员关系，建立组播转发表，并根据组播转发表向各指定主机（或称为用户设备）发送组播数据。
在环网中，可能会由于链路故障、手动切换等原因，导致网络拓扑结构发生变化（例如原来阻塞的端口被启用等），并使得组播数据无法正确地发送到指定的主机。为了在网络拓扑结构发生变化的情况下尽快实现组播流量收敛（以下将组播数据能够正确地发送到指定的主机的状态称为“组播流量收敛”），环网中的各中继设备（例如交换机等）需要在重新建立网络拓扑结构(也称为“环路收敛”)后重新收集组成员关系，更新组播转发表，这个过程也称为组播恢复（或者组播收敛）。组播恢复之后，可按照更新后的组播转发表对组播数据进行传输。
然而，组播恢复需要一定的时间，在这段时间中，由于组播流量无法收敛（即组播数据无法正确到达指定主机），将会导致组播断流，在最坏的情况下，组播断流时间可能长达10秒以上，这将影响到组播业务的实时性。
为了避免上述组播断流现象，现有技术中通常采用以下技术手段：在网络拓扑结构发生变化的情况下，在新的网络拓扑结构建立之前，使环网中所有中继设备上的组播协议失效并删除相应的组播转发表表项，并使组播数据在环网中形成广播，以保证组成员能够及时接收到组播数据。在新的网络拓扑结构建立之后（即环路收敛之后），中继设备重新启用组播协议，生成新的组播转发表，以完成组播恢复，保证组播数据正确地发送到指定主机。
然而现有技术存在以下问题：一方面，从开始在环网中广播到环路收敛之前的这段时间里，组播数据在环网内形成广播（也称为组播流量洪泛），占用环网带宽，影响环路收敛的速度；另一方面，组播数据以广播的方式发送给非组成员的主机，会影响主机的性能（例如，在视频主机上造成花屏等）。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种组播恢复方法和装置，其能够在环网的网络拓扑结构发生变化的情况下，在组播恢复过程中保证组播流量快速收敛，并且不影响环路收敛速度及主机性能。
为了实现上述目的，在第一方面，本发明提出了一种组播恢复方法，该方法应用于具有多个中继设备的环网，每个中继设备基于组播转发表传输组播数据，其特征在于，该方法包括：
在所述环网的网络拓扑结构发生变化的情况下，所述环网中的中继设备将所述中继设备的所有干路端口加入所述中继设备的组播转发表，其中所述干路端口是指所述中继设备中用于与环网中其他中继设备连接的端口；
所述中继设备按照所述组播转发表传输组播数据；
所述中继设备基于预定的协议重新建立网络拓扑结构；以及
所述中继设备基于所述重新建立的网络拓扑结构更新所述组播转发表，完成组播恢复。
在第一方面的一种可能的实施方式中，所述预定的协议为生成树协议，其中
将所述中继设备的所有干路端口加入所述中继设备的组播转发表包括：
将所述中继设备基于生成树协议选择的根端口和指定端口作为干路端口加入所述中继设备的组播转发表。
在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述预定的协议为快速环网保护协议，其中
将所述中继设备的所有干路端口加入所述中继设备的组播转发表包括：
将所述中继设备基于快速环网保护协议配置的主端口和从端口作为干路端口加入所述中继设备的组播转发表。
在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述中继设备利用组播管理协议基于重新建立的网络拓扑结构更新组播转发表。
在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述基于重新建立的网络拓扑结构更新组播转发表包括以下步骤：
所述中继设备接收并转发由环网中的根节点中继设备发送的查询报文，以学习并更新所述中继设备的组播转发表中的面向根节点的路由端口；
所述中继设备对接收到的查询报文进行计数；
所述中继设备接收并转发主机根据查询报文返回的查询响应，以学习并更新所述中继设备的组播转发表中的面向主机的主机端口；
其中，当所述中继设备对接收到的查询报文的计数值超过预定的阈值时，对所述中继设备的组播转发表中未被更新过的端口进行老化处理。
在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述中继设备在接收所述查询报文之前，将对接收到的查询报文的计数清零。
在第二方面，本发明提出了一种组播恢复装置，该装置应用在环网的中继设备中，所述中继设备基于组播转发表传输组播数据，其特征在于，该装置包括：
链路状态监视模块，用于监视环网中的链路状态，并在所述环网的网络拓扑结构发生变化的情况下触发添加模块和环路收敛模块；
添加模块，用于在所述链路状态监视模块的触发下，将所述中继设备的所有干路端口加入所述中继设备的组播转发表，其中所述干路端口是指所述中继设备中用于与环网中其他中继设备连接的端口；
转发模块，用于根据所述组播转发表传输组播数据；
环路收敛模块，用于在所述链路状态监视模块的触发下，基于预定的协议重新建立网络拓扑结构；
组播恢复模块，用于根据所述环路收敛模块重新建立的网络拓扑结构更新组播转发表。
在第二方面的一种可能的实施方式中，所述预定的协议为生成树协议，其中
所述添加模块将所述中继设备基于生成树协议选择的根端口和指定端口作为干路端口加入所述中继设备的组播转发表。
在第二方面的另一种可能的实施方式中，所述预定的协议为快速环网保护协议，其中
所述添加模块将所述中继设备基于快速环网保护协议配置的主端口和从端口作为干路端口加入所述中继设备的组播转发表。
在第二方面的另一种可能的实施方式中，所述组播恢复装置还包括：
查询计数模块，用于在所述组播恢复模块更新组播转发表期间，对所述中继设备接收到的查询报文进行计数；
其中，所述组播恢复模块在所述查询计数模块的计数值超过预定的阈值时，对所述中继设备的组播转发表中未被更新过的端口进行老化处理。
在第二方面的另一种可能的实施方式中，所述查询计数模块包括清零模块，用于在所述组播恢复模块更新组播转发表期间，在所述查询技术器对所述中继设备接收到的查询报文进行计数之前，对所述查询计数器进行清零。
在第三方面，本发明提出了一种中继设备，所述中继设备包括上文所述的组播恢复装置。
本发明通过在环网的网络拓扑结构发生变化的情况下，在重新建立网络拓扑结构之前（即环路收敛之前），使环网中的中继设备将自身的所有干路端口加入自身的组播转发表，并按照所述组播转发表传输组播数据，从而在不影响环路收敛也不影响主机性能的前提下快速实现组播流量收敛。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的说明书附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且仅用于解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种组播恢复方法的流程图；
图2示意性地示出了根据本发明的一个实施例的环网的结构图；
图3示出了根据本发明的实施例的更新组播转发表的方法的流程图；
图4示出了根据本发明的一个实施例的一种组播恢复装置的结构图；
图5示出了根据本发明的另一个实施例的一种组播恢复装置的结构图；
图6示出了根据本发明的一个实施例的一种中继设备的结构图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
图1示出了根据本发明的一个实施例的一种组播恢复方法的流程图，在该实施例中，该方法应用于具有多个中继设备的环网，每个中继设备基于组播转发表传输组播数据，该方法包括：
S101，在所述环网的网络拓扑结构发生变化的情况下，所述环网中的中继设备将所述中继设备的所有干路端口加入所述中继设备的组播转发表，其中所述干路端口是指所述中继设备用于与环网中其他中继设备连接的端口。
S102，所述中继设备按照所述组播转发表传输组播数据。
S103，所述中继设备基于预定的协议重新建立网络拓扑结构。
S104，所述中继设备基于重新建立的网络拓扑结构更新组播转发表，完成组播恢复。
本实施例中，在环网的网络拓扑结构发生变化的情况下，在重新建立网络拓扑结构之前（即环路收敛之前），环网中的中继设备将自身的所有干路端口加入自身的组播转发表，并按照所述组播转发表传输组播数据，从而在不影响环路收敛也不影响主机性能的前提下快速实现组播流量收敛，并通过后续的重新建立网络拓扑结构及更新组播转发表等操作完成组播恢复。
本实施例中的“中继设备”是指交换机等各种中继设备。“组播转发表”是指各中继设备上保存并维护的组播组与端口之间的对应关系表，“干路端口”是指各中继设备中用于与环网中其他中继设备连接的端口，不包括与上层交换设备或下层主机连接的“边缘端口”。
在包含多个中继设备的环网中，各中继设备均可以按照上述实施例所述的方法进行操作，从而在环网的网络拓扑结构发生变化的情况下，完成整个环网的组播恢复。
以下将更详细地说明本实施例各步骤的各具体实施方式及各种变型。
图2示意性地示出了根据本发明的一个实施例的环网的结构图，其中附图标记SA、SB、SC、SD、SE表示环网中的五台中继设备，其中中继设备SA为与上层网络通信的根节点设备，H1～H4表示主机（或称为用户设备），在网络拓扑结构未发生变化之前，基于STP协议使中继设备SD的端口PD1阻塞，以避免形成环路。假设主机H3、H4加入同一个组播组G1，因此中继设备SA、SB、SC、SD上生成了相应的组播转发表，使组播数据能够沿路径SA-SB-SD-H3和路径SA-SC-H4传输。
当SB与SD之间的链路发生故障、导致网络拓扑结构发生变化时，每台中继设备将各自的所有干路端口加入各自的组播转发表。根据上文所述，各中继设备中用于与环网中其他中继设备相连接的端口被称为“干路端口”。以中继设备SC为例，与中继设备SA、SD相连接的端口PC1、PC2为干路端口，被加入中继设备SC的组播转发表；而与主机H5、H4连接的端口PC3、PC4为边缘端口，不加入中继设备SC的组播转发表。由此，图2中，与组播组G1有关的端口PA1、PC1和PC2、PD1将分别被加入SA、SC和SD组播转发表中。
在上述过程的一种可能的实施方式中，当SB与SD之间的链路发生故障时，端口PD1启用，各中继设备会基于STP协议重新选择新的根端口和指定端口，在配置合理的环网中，各中继设备的根端口和指定端口即为其干路端口，在这种情况下，各中继设备可将所选择的新的根端口和指定端口作为干路端口加入组播转发表中。
基于该组播转发表，组播组G1的组播数据将能够沿着路径SA-SC-SD-H3到达主机H3，并沿着路径SA-SC-H4到达主机H4，由此尽管环路收敛和组播恢复尚未完成，组播数据已经正确地发送到了指定用户，从而实现了快速组播流量收敛。同时，由于这种发送方式仍然是基于组播转发表的有针对性的发送，而非全网广播，因此不会占用过多的网络带宽，也不会影响后续的环路收敛和组播恢复的速度。
接下来，继续依据STP协议的一般方法完成网络拓扑结构的重建，以实现环路收敛。并且，在重新建立网络拓扑结构之后，可应用IGMP-snooping等组播管理协议的一般方法重新收集组成员关系，并基于新的组成员关系以及重新建立的网络拓扑结构更新组播转发表，完成组播恢复。
尽管如图2所示的实施例以STP协议为示例，事实上，本发明的方法也适用于基于RRPP（快速环网保护协协议）或Smartlink（智能链接协议）等其他协议的环网。在RRPP协议或Smartlink协议下，“干路端口”可选择为配置的主端口和从端口。例如，在应用RRPP协议的环网的网络拓扑结构发生变化的情况下，各中继设备基于RRPP协议配置主端口和从端口，各中继设备将所配置的主端口和从端口作为干路端口加入各自的组播转发表，并且各中继设备基于快速环网保护协议重新建立网络拓扑结构。
图3示出了根据本发明的实施例的更新组播转发表的方法的流程图，其包括：
S301，所述中继设备接收并转发由环网中的根节点中继设备发送的查询报文，以学习并更新所述中继设备的组播转发表中的面向根节点的路由端口，
S302，所述中继设备对接收到的查询报文进行计数。
S303，所述中继设备接收并转发主机根据查询报文返回的查询响应，以学习并更新所述中继设备的组播转发表中的面向主机的主机端口；
S304，判断所述中继设备对接收到的查询报文的计数值是否超过预定的阈值，如超过，则进入步骤S305；如未超过，则重复步骤S301、302、303、304。
S305，对所述中继设备的组播转发表中未被更新过的端口进行老化处理。
本实施例的更新组播转发表的方法可应用于图1所示的实施例中的步骤S104。其中，由于中继设备对接收到的查询报文进行了计数，如果中继设备接收到了超过预定数量的查询报文而其组播转发表中的某个端口仍没有被更新过，则视为该端口不属于该组播转发表，因此对其进行老化处理（例如从组播转发表中删除该端口），利用这种手段，能够加速组播转发表的更新，从而加速组播恢复。
其中环网中的根节点中继设备是指位于环网中的根节点处的中继设备。
在包含多个中继设备的环网中，各中继设备均可以按照上述实施例所述的方法进行操作，从而加速组播恢复。
在一种可能的实施方式中，步骤S302可在步骤S301中中继设备接收查询报文的同时进行。
在一种可能的实施方式中，中继设备在接收所述查询报文之前将，将对接收到的查询报文的计数清零。
在包含多个中继设备的环网中，各中继设备中的“预定的阈值”可根据需要来选择，例如可选择为大于1的值。各中继设备中的“预定的阈值”可以相同或不同。
图4示出了根据本发明的一个实施例的一种组播恢复装置400的结构图，在该实施例中，该装置应用在环网的中继设备中，其中所述中继设备基于组播转发表传输组播数据，该装置包括：
链路状态监视模块401，用于监视环网中的链路状态，并在所述环网的拓扑结构发生变化的情况下触发添加模块402和环路收敛模块404；
添加模块402，用于在链路状态监视模块401的触发下，将该中继设备的所有干路端口加入所述中继设备的组播转发表；
转发模块403，用于根据所述组播转发表传输组播数据；
环路收敛模块404，用于在链路状态监视模块401的触发下，基于预定的协议重新建立网络拓扑结构；
组播恢复模块405，用于根据所述环路收敛模块404重新建立的网络拓扑结构更新组播转发表，完成组播恢复。
在一种可能的实施方式中，环路收敛模块404重新建立网络拓扑结构所基于的预定的协议为生成树协议，在这种情况下，所述添加模块402将所述中继设备基于生成树协议选择的根端口和指定端口作为干路端口加入所述中继设备的组播转发表。
在另一种可能的实施方式中，环路收敛模块404重新建立网络拓扑结构所基于的预定的协议为快速环网保护协议，在这种情况下，所述添加模块将所述中继设备基于快速环网保护协议配置的主端口和从端口作为干路端口加入所述中继设备的组播转发表。
在图5所示的另一种可能的实施方式中，组播恢复装置500还包括查询计数模块406，用于在组播恢复模块更新组播转发表期间对该中继设备接收到的查询报文进行计数。其中，所述组播恢复模块405在所述查询计数模块的计数值超过预定的阈值时，对该中继设备的组播转发表中未被更新过的端口进行老化处理。
在一种可能的实施方式中，所述查询计数模块包括清零模块，用于在组播恢复模块更新组播转发表期间，在所述查询技术器对所述中继设备接收到的查询报文进行计数之前，对所述查询计数器进行清零。
本发明的实施例还包括具有上述组播恢复装置或执行上述组播恢复方法的中继设备。
参阅图6，图6是根据本发明的一个实施例的中继设备的结构示意图。如图所示，中继设备600包括处理器601、存储器602、网络接口603和总线604。处理器601、存储器602和网络接口603均与总线604连接。所述网络接口603至少包括两个端口P1、P2，用于与该中继设备外部的设备（例如其他中继设备、上层网络设备、主机等）连接。
处理器601用于在所述中继设备所在的环网的网络拓扑结构发生变化的情况下，将所述中继设备的所有干路端口加入所述中继设备的组播转发表，按照组播转发表通过端口传输组播数据，并基于预定的协议重新建立网络拓扑结构，以及基于重新建立的网络拓扑结构更新组播转发表，完成组播恢复。
其中所述干路端口是指所述中继设备中用于与环网中其他中继设备连接的端口。
其中，处理器601执行的上述处理过程通常是由一段程序控制完成，程序存放于存储器602中，当需要进行上述动作时，将程序调入处理器601，由处理器601控制完成。当然，上述处理过程还可以是由硬件完成。
其中，上述组播转发表也可存储在所述存储器602中。
尽管以上以具体的环网协议和组播管理协议为例对本发明各实施例进行了说明，事实上，本发明适用于所有基于与组播联动的环网协议的应用场景。
本领域普通技术人员可以意识到，本文所描述的实施例中的各示例性单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件形式来实现，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以针对特定的应用选择不同的方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
如果以计算机软件的形式来实现所述功能并作为独立的产品销售或使用时，则在一定程度上可认为本发明的技术方案的全部或部分（例如对现有技术做出贡献的部分）是以计算机软件产品的形式体现的。该计算机软件产品通常存储在计算机可读取的存储介质中，包括若干指令用以使得计算机设备（可以是个人计算机、服务器、或者中继设备等）执行本发明各实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-OnlyMemory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccessMemory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种组播恢复方法，该方法应用于具有多个中继设备的环网，每个中继设备基于组播转发表传输组播数据，其特征在于，该方法包括：
在所述环网的网络拓扑结构发生变化的情况下，所述环网中的中继设备将所述中继设备的所有干路端口加入所述中继设备的组播转发表，其中所述干路端口是指所述中继设备中用于与环网中其他中继设备连接的端口；
所述中继设备按照加入了所述中继设备的所有干路端口的组播转发表传输组播数据，以实现组播流量收敛；
所述中继设备基于预定的协议重新建立网络拓扑结构；以及
所述中继设备基于重新建立的网络拓扑结构更新所述组播转发表，以实现环路收敛，完成组播恢复。
2.根据权利要求1所述的组播恢复方法，其特征在于，所述预定的协议为生成树协议，其中
将所述中继设备的所有干路端口加入所述中继设备的组播转发表包括：
将所述中继设备基于生成树协议选择的根端口和指定端口作为干路端口加入所述中继设备的组播转发表。
3.根据权利要求1所述的组播恢复方法，其特征在于，所述预定的协议为快速环网保护协议，其中
将所述中继设备的所有干路端口加入所述中继设备的组播转发表包括：
将所述中继设备基于快速环网保护协议配置的主端口和从端口作为干路端口加入所述中继设备的组播转发表。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的组播恢复方法，其特征在于，所述中继设备利用组播管理协议基于重新建立的网络拓扑结构更新组播转发表。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的组播恢复方法，其特征在于，所述基于重新建立的网络拓扑结构更新组播转发表包括以下步骤：
所述中继设备接收并转发由环网中的根节点中继设备发送的查询报文，以学习并更新所述中继设备的组播转发表中的面向根节点的路由端口；
所述中继设备对接收到的查询报文进行计数；
所述中继设备接收并转发主机根据查询报文返回的查询响应，以学习并更新所述中继设备的组播转发表中的面向主机的主机端口；
其中，当所述中继设备对接收到的查询报文的计数值超过预定的阈值时，对所述中继设备的组播转发表中未被更新过的端口进行老化处理。
6.根据权利要求5所述的组播恢复方法，其特征在于，所述中继设备在接收所述查询报文之前，将对接收到的查询报文的计数清零。
7.一种组播恢复装置，该装置应用在环网的中继设备中，所述中继设备基于组播转发表传输组播数据，其特征在于，该装置包括：
链路状态监视模块，用于监视环网中的链路状态，并在所述环网的网络拓扑结构发生变化的情况下触发添加模块和环路收敛模块；
添加模块，用于在所述链路状态监视模块的触发下，将所述中继设备的所有干路端口加入所述中继设备的组播转发表，其中所述干路端口是指所述中继设备中用于与环网中其他中继设备连接的端口；
转发模块，用于根据加入了所述中继设备的所有干路端口的组播转发表传输组播数据，以实现组播流量收敛；
环路收敛模块，用于在所述链路状态监视模块的触发下，基于预定的协议重新建立网络拓扑结构；
组播恢复模块，用于根据所述环路收敛模块重新建立的网络拓扑结构更新组播转发表，以实现环路收敛，完成组播恢复。
8.根据权利要求7所述的组播恢复装置，其特征在于，所述预定的协议为生成树协议，其中
所述添加模块将所述中继设备基于生成树协议选择的根端口和指定端口作为干路端口加入所述中继设备的组播转发表。
9.根据权利要求7所述的组播恢复装置，其特征在于，所述预定的协议为快速环网保护协议，其中
所述添加模块将所述中继设备基于快速环网保护协议配置的主端口和从端口作为干路端口加入所述中继设备的组播转发表。
10.根据权利要求7所述的组播恢复装置，其特征在于，所述组播恢复装置还包括：
查询计数模块，用于在所述组播恢复模块更新组播转发表期间，对所述中继设备接收到的查询报文进行计数；
其中，所述组播恢复模块在所述查询计数模块的计数值超过预定的阈值时，对所述中继设备的组播转发表中未被更新过的端口进行老化处理。
11.根据权利要求10所述的组播恢复装置，其特征在于，
所述查询计数模块包括清零模块，用于在所述组播恢复模块更新组播转发表期间，在所述查询计数模块对所述中继设备接收到的查询报文进行计数之前，对所述查询计数模块进行清零。
12.一种中继设备，其特征在于，所述中继设备包括根据权利要求7至11中任意一项所述的组播恢复装置。
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