CN103828296A - 组播业务的最短路径桥接的方法 - Google Patents

Abstract

用于确定通信网络内的组播帧的最短路径桥接（SPB）的方法，所述方法包括：在所述网络内的多个节点中的每个节点处，根据共同约定的机制确定指定节点（DN）；在所述多个节点中的每个节点处，确定所述DN和所述多个节点中的每个节点之间的最短路径；以及在所述多个节点的每个节点处，针对被包含在用于组播的各自转发树中的节点，只选择从所述DN穿越所述各自节点的那些确定的最短路径。

Description

组播业务的最短路径桥接的方法

技术领域

本发明涉及传输网领域，并且更具体地但不排他地，涉及在传输网中提供组播业务的最短路径桥接。

背景技术

最短路径桥接（SPB）是新兴的标准，其指定方法以通过使用用于单播和组播业务的基于最短路径的转发，来克服基于以太网的网络中的传统低效率。对于组播，SPB指定被称为源/组树的机制，其要求建立每个源节点的组播树和每个等价树算法。这有两个主要问题；即，计算资源的消耗，以及组播地址或其它数据资源（诸如最短路径虚拟局域网（VLAN）标识符）的消耗。特别地，在每个节点处所消耗的计算资源对应于网络中的节点的数量。此外，在每个节点处所消耗的组播转发或过滤器的表项与网络中各自节点必须向该网络发送或传送业务的节点的数量成正比。

名称为局域和城域网-虚拟桥接局域网-最短路径桥接的IEEE标准草案P802.1aq指定了单播和组播帧的最短路径桥接，包含协议以计算多个活动的拓扑，其能够共享学习到的站点信息，以及由多个每个拓扑的VLAN标识符（VID）支持的VLAN。通过引用将IEEE标准草案P802.1aq整体包含于此。

有数种已知的技术，以用于减少用于每个服务实例（I-SID）的源指定树的开销。根据一种技术，头端复制与单播路径一起使用。不幸的是，这种技术浪费了整个网络的带宽。根据另一技术，群组化用于减少服务特定地址的数量。不幸的是，这种技术是低效的，并且使用高数量的树。

发明内容

通过用于以最小化在每个节点处所消耗的计算资源消耗和组播转发或过滤器的表项数量的方式，来确定通信网络内的组播帧的最短路径桥接（SPB）的方法、系统和装置，解决了现有技术中的各种缺陷。

用于确定通信网络内的组播帧的最短路径桥接（SPB）的方法的一个实施例包括：在所述网络内的多个节点中的每个节点处，根据共同约定（agreed）的机制来确定指定节点（DN）；在所述多个节点中的每个节点处，确定所述DN和所述多个节点中的每个节点之间的最短路径；以及在所述多个节点中的每个节点处，针对被包括在用于组播的各自转发树中的节点，只选择从所述DN穿越所述各自节点的那些确定的最短路径。

附图说明

通过考虑结合附图的以下详细说明，可以容易地理解本发明的教示，其中：

图1示出了通信网络的高级框图；

图2示出了根据一个实施例的方法的流程图；

图3示出了图1的通信网络的高级框图，其中说明了使用指定节点计算的*,G树；以及

图4示出了可适用于执行本文所述功能的通用计算机的高级框图。

为便于理解，在可能的情况下，已经使用相同的标记以指定针对附图是共同的相同元素。

具体实施方式

本发明的各种实施例针对以最小化在每个节点处所消耗的计算资源消耗以及组播转发或过滤器的表项数量的方式，确定通信网络内的单播和组播的最短路径桥接（SPB）。

在各种实施例中，允许不同的路径以支持单播和组播业务。在各种实施例中，用于权重的不同代价因数与单播和组播路径或路径元素相关联。在各种实施例中，每个通信节点（CN）对一个或多个树（被称为“星，组树”或“*,G树”）计算一次以限定组播路径，其中根据共同约定的机制计算*,G树，以便在全体节点、全体节点中的一部分节点、服务实例的子集等内的各自节点中的每个节点将收敛在指定节点（多个）的共同决定上。

在基于以太网的传输网内，在传播单播业务和组播业务的上下文内，主要示出并描述了单播和组播帧的SPB的确定；然而，本领域内的技术人员将理解的以及由本文的教示所告知的是，本文所示出和描述的业务传播能力可在其它类型的网络中用于提供单播和组播业务的传输。

图1示出了通信网络的高级框图。如图1中所示出的，通信网络100包含：通信网络（CN）110和管理系统（MS）120。CN110是包含多个通信节点（CN）112A-112J（统称为CN112）的网络。CN112使用多个通信路径（CP）114进行通信。本领域的技术人员将了解的是，通信网络110可包括更多或更少的通信节点112。

CN110的CN112是传输节点。在一实施例中，其中CN110是基于以太网的传输网，CN112是以太网传输节点。在这个实施例中，每个CN112都支持以太网能力，诸如转发和桥接能力，以及可由基于以太网的传输节点所支持的任何其它能力。CN112可以是与其它传输技术相关联的节点。

CN110的CP114是通信路径，其可包含CN112之间的直接连接和/或CN112之间的间接连接，诸如可穿越其它节点（未示出）的连接。CP114可以是适应于支持针对CN112的业务的任何类型的通信路径。CP114可使用可适用于支持业务传播的底层技术来支持业务的传播。

虽然本文中示出并描述了针对通信节点和通信路径（说明性地，CN110的CN112和CP114）的特定类型、数量和拓扑，但是本领域的技术人员将了解并且由本文的教示所告知的是，本文所示出并描述的故障容忍业务传播能力可用于具有通信节点和通信路径的其它类型、数量和技术的传输网。

MS120是针对CN110提供管理功能的管理系统。下文中详细描述了可由MS120提供的管理功能。MS120经由通信路径（CP）121与CN110通信。MS120经由CN110的CP121和CP114与CN110的CN112中的每个CN112进行通信。MS120可以以任何其它合适的方式与CN112进行通信。

参照图1，通信节点112A（A）耦合到通信节点B，D，F，G和H；通信节点112B耦合到通信节点A，C，F，G和H；通信节点112C耦合到通信节点B，D，E，I和J；通信节点112D耦合到通信节点A，C，E，I和J；通信节点112E耦合到通信节点C和D；通信节点112F耦合到通信节点A和B；通信节点112G耦合到通信节点A和B；通信节点112H耦合到通信节点A和B；通信节点112I耦合到通信节点C和D；通信节点112J耦合到通信节点C和D。

本发明的各实施例使用了被称为（星，组树）（或*,G树）的单树，其是基于约定的算法或机制计算的。不同于以太网中的*,G树的使用（其中单播和组播业务都必须使用相同的树），各种实施例预期了用于单播和组播业务的分离的树，同时维持用于每种业务的转发。

一般来说，在各种实施例的上下文内，节点被选择成指定节点并且成为*,G树的指定节点。这将计算减少为用于组播转发路径的每个组播树的单个计算。网络中的每个节点基于相同的数据库或其它标准执行相同的计算。网络中的每个节点选择指定节点，并且在收敛的拓扑中，所有的节点选择相同的节点作为指定节点。益处是两方面的；即，将组播表项的数目减少为每个服务实例一个表项，以及仅网络中的指定节点执行单个组播计算。

在各实施例的上下文内，需要注意的是，所生成的组播业务未必与单播业务一致（即，与单播业务采用相同的路径）。一致性丢失的一个结果是针对单播路径修改了运行管理和维护（OAM）（诸如，连通性检查和路径跟踪）以使用单播转发机制。类似地，针对组播路径的OAM使用组播转发机制。另一结果是相对于单播转发路径来执行针对单播业务的转发规则（诸如在入口处检查哪里的帧源被检查为有效），而相对于组播路径来执行针对组播业务的转发规则。

各种实施例允许诸如通过使用数据结构对PBB组播进行当前编码，所述数据结构包括：包含组织唯一标识符（OUI）的第一字段、以及包含PBB服务标识符I-SID的24比特的第二字段。在一个实施例中，所述数据结构包括：48比特的数据结构，其包括包含保留的IEEE802.1Q骨干服务实例组地址的组织唯一标识符（OUI）的至多20比特的第一字段，以及包含PBB服务标识符I-SID的24比特的第二字段。本发明人已经发现这种数据结构比使用唯一源标识符加24比特I-SID的源特定组播数据结构更有效。

图2示出了根据一个实施例的方法的流程图。具体地，图2的方法200适应于以最小化在每个节点处所消耗的计算资源消耗和组播转发或过滤器的表项的数量的方式，来确定通信网络内的单播和组播帧的最短路径桥接（SPB）。

在步骤210，每个节点确定它自己和通信网络或其有关部分内的感兴趣的多个其它节点中的每个节点之间的最短路径。所确定的最短路径通常是单播路径。参照框215，用于这种确定的多个其它节点可包括：通信网络中的所有其它节点、其它节点的子集、特定类型的其它节点、与特定所有者相关联的节点、与特定服务相关联的节点、与特定服务提供者相关联的节点、与特定服务实例或服务实例的子集相关联的节点等。

在步骤220，每个节点识别用于确定指定节点的共同约定的机制（如果需要）。在各种实施例中，共同约定的机制不会改变。在其它实施例中，共同约定的机制可以诸如经由网络管理系统改变。具体地，如以下进行论述的，共同约定的机制是用于确定哪个节点应当运行为指定节点（DN），备份DN、备份DN序列等的机制。

共同约定的机制可包括：允许在全体节点、全体节点的一部分节点、节点的子集、特定类型的其它节点、与特定所有者相关联的节点、与特定服务相关联的节点、与特定服务提供者相关联的节点、与特定服务实例或服务实例的子集相关联的节点等内的各自节点收敛在指定节点的各自共同决定上的机制。

此外，各种实施例使用了共同约定机制，其使能每个节点收敛在潜在指定节点的共同序列上。在这些实施例中，如果使用共同约定机制所确定的指定节点不能执行指定节点的职责，则在指定节点的序列内的能够执行指定节点的职责的下一个指定节点被选择为指定节点。

参照框225，共同约定机制包括：桥优先级字段数据，以识别最重要的桥或节点以及选择那个节点为指定节点。在其它实施例中，可使用与系统标识符相关联的一个或多个其它字段。在其它实施例中，可使用与各节点相关联的其它系统标识符或其它数据库表项或字段。

在其它实施例中，与协议相关联或被引入到协议的现有的、修改的或新的类型长度值（TLV）用于提供共同约定机制。一般来说，各种实施例中的每个实施例使用一个或多个组播路由优先级参数（MRPP），其中在符合特定的共同约定机制的一组节点内的每个节点使用相同的MRPP，以计算指定节点和指定节点的序列。一般来说，根据诸如管理名和/或管理优先级的数据来选择每个指定节点。在各种实施例中，可以修改所述名和/或优先级以在共同约定机制内提供不同的“打破僵局（tie breaker）”机制，以便将提供相应的不同转发树。在各种实施例中，现有的、修改的和/或新的TLV提供不同的管理权重因数，使得提供不同的转发树。

在一实施例中，诸如为使能在少量的树上进行组播业务的负载分配，分配一个或多个随后的指定节点的优先级，这导致受制于第一指定节点的优先级来选择不同组播树的指定节点。在一实施例中，TLV具有第二优先级或指示以使用多棵树，其中对于一些服务，第二优先级的指定节点也是活动树。额外的数据可包括：树的数量以及服务的标识。在一实施例中，使用针对组播树的指定优先级的当前算法索引。例如，第一算法使用第一指定节点优先级，第二算法使用第二节点优先级等。可选地，通过私有算法或通过增加新的TLV来发出这种逻辑信号，其使用算法号码标识应当由下一个指定节点优先级所使用的那些服务。

在各种实施例中，诸如以上相对于框215所论述的，针对在通信网络内的服务实例的多个子集中的每个子集稍微修改共同约定机制。整个网络中支持特定服务实例的所有节点必须选择相同的指定节点。例如，整个网络中的支持服务实例的第一子集的节点中的每个节点根据第一共同约定机制运行，以分别确定承担指定节点功能的第一节点，同时整个网络中支持服务实例的第二子集的节点中的每个节点根据第二共同约定机制运行，以分别确定承担指定节点功能的第二节点。服务实例的一个子集的共同约定机制可以与服务实例的另一子集的共同约定机制相同或与其不同。此外，即使其中共同约定机制在服务实例的子集之间是不同的，服务实例的一个子集的所确定的指定节点或其序列可以与服务实例的另一子集所确定的指定节点或其序列相同或不同。

在步骤230，每个节点根据共同约定机制操作，以分别确定哪个节点应当承担指定节点（DN）的功能。参照框235，节点可运行以收敛在单个DN上，或收敛在潜在DN的序列上。例如，如果被确定为DN的第一节点不能承担DN的功能（例如，拥塞超过阈值水平，没有足够的资源等），则选择潜在DN的序列中的下一个潜在的DN。重复这个过程，直到选择的DN能够执行DN的功能。

在步骤240，每个节点操作以确定通信网络或其有关部分内的所确定的指定节点和多个其它节点中的每个节点之间的最短路径。即，对于每个DN，由每个节点计算代表发源于该DN的路径的转发树。

在步骤250，对于在步骤240所确定的路径中的每个路径，被包含在所确定的路径内的每个节点，诸如通过针对被包括在用于组播的各自转发树中的每个节点只选择从DN穿越各自节点的那些所确定的最短路径，将组播转发地址数据添加到该路径。即，使用来自每个各自节点的另外的转发地址数据来扩张代表发源于DN的路径的转发树，但是其中只有转发树包含穿越各自节点到达*,G树的路径由节点用于组播业务使用。

在运行中，各种实施例通过在网络中的多个节点中的每个节点处，或在支持服务实例的子集的多个节点中的每个节点处执行以下步骤，来确定通信网络内的组播帧的最短路径桥接（SPB）：（1）根据共同约定机制确定指定节点（DN）；（2）确定所述DN和所述多个节点中的每个节点之间的最短路径；以及（3）针对被包含在用于组播的各自转发树中的每个节点，只选择从所述DN穿越所述各自节点的哪些确定的最短路径。

图2的方法为网络或其一部分内的每个节点提供了具有存储在其中的基于其各自DN的*,G树，所述*,G树包括起源于DN的最短路径，并且还仅具有与各自节点相关联的哪些组播路径。

在各实施例中，节点对存储在其中的*,G树进一步应用修剪操作，以减少所要求的存储资源的数量。

图3示出了图1的通信网络的高级框图，其中说明了使用指定节点计算的*,G树。具体地，图3示出了通信网络110，其中节点112中的每个节点已经确定节点112A是指定节点（DN），以使用以下路径AH、AB、AF、AG、AD、BC、DE、DI和DJ形成最短路径*,G树。

特别地，图3连同表1-4（以下）说明了根据各种实施例的相对节省。参照图3，可以看出节点E、I和H中的每个节点与表示为I-SID200的服务实例相关联。

表1和表2说明了使用传统技术，在各自节点C和节点D处的组播过滤器/转发表项信息库（MFIB）的使用，其中未使用本文所论述的指定节点和有关技术。特别地，对于每个正传送的组播需要一个MFIB表项，而对于单播和当前节点的组播需要一棵树的计算。因此，在C处的MFIB使用包含12个表项和10棵树的计算（表1），而如在表2中所示出的，在D处的MFIB使用需要13个表项和10棵树的计算（表2）。

在表中所使用的术语作为示例，并且参照表1：

行1表明在节点C上的来自节点A的缺省服务ISID（即，服务去往任何地方而不修剪），节点C将在组播转发信息数据库（MFIB）中支持终结在C上的A的源特定地址；

行2表明在节点C上的来自节点B的缺省服务ISID，节点C将支持至去往D、E、I和J的链路并在C上终结服务的B的源特定地址；以及

行11表明对于在节点C上的来自节点E的服务ISID200，C将支持传送到节点I的E的源特定地址。即，通过与行5比较可以看到这是修剪的列表，其中对于缺省I-SID，有3个链路并且支持节点C，但是因为在C、I或J上不存在ISIS200，所以剪掉了这三个链路。

遮障以及C*意味着在节点C上支持特定地址表项，但是不从节点C转发出去（没有链路）。这些表项还是同样占据存储器，并将被传递到另一个内部表查找。出于这种论述的目的，需要相关注意的是，表项占据每个源的资源。

一般来说，表1示出了要求支持I-SID的组播地址。说明了表减少和修剪的特点。表1-4使用缺省I-SID，其包括基本去往所有节点的服务。表1连同表3帮助说明针对广泛分布的服务的表减少的特点。缺省I-SID用于数据路径以到达所有节点。

I-SID	MFIB
		缺省	A->C*
缺省	B->D,C,E,I,J
		缺省	C->任何
缺省	D->C*
		缺省	E->B,C,I,J
缺省	F->C*
		缺省	G->C*
缺省	H->C*
		缺省	I->B,C,E,J
缺省	J->B,C,E,I
		200	E->I
200	I->E

表1（节点C处的表项）

I-SID	MFIB
		缺省	A->D,E,I,J
缺省	B->D*
		缺省	D->任何
缺省	E->A,D,F,H,G
		缺省	F->D,I,J
缺省	G->D,I,J
		缺省	H->D,I,J
缺省	I->A,D,F,G,H
		缺省	J->A,D,F,G,H
200	E->H
		200	H->E
200	I->H
		200	H->I

表2（节点D处的表项）

表3和表4说明了使用本文中所述的实施例的分别在节点C和节点D处的MFIB使用，其中选择节点A为指定节点。特别地，当I-SID经过树上的节点时，每个I-SID只需要一个表项（不像对于表1和表2的每个正传送的组播需要一个MFIB表项）。因此，在C处的MFIB的使用包含：一个表项和两棵树的计算（表3），而在D处的MFIB使用需要两个表项和两课树的计算（表4）。这凸显了使用各种实施例所获得的计算中的显著减少（例如，一个组播树加一个单播）。

在表中所使用的术语作为示例，并且参照表3，行1表明对于节点C上的来自任何节点的缺省服务ISID，节点C将支持至去往B并终结在C的链路的*,G地址。C仅需要用于缺省I-SID的单个表项，因此提供了针对所需表资源中的减少。C不是在用于ISID200的最短路径上，因此它根本不需要ISID200（即，表资源的减少，以及在针对节点C的早前表上进行进一步修剪）。

表4说明了来自节点D的视角，其在用于缺省和ISID200的最短路径树上。D在用于I-SID200的组播树的路径上，因此它不能被修剪。还示出了缺省的I-SID。

I-SID	MFIB
		缺省	C

表3（节点C处的表项）

I-SID	MFIB
		缺省	D去往/来自A,E,J,I
200	E->I,H;I->E,H,H->E,I

表4（节点D处的表项）

在表1,2和表3,4之间所展现出的表大小中的减少是由于*,G编址的使用，在所述*,G编址中有一个表项和端口的列表。需要注意的是，单播转发和组播转发使用由目的地地址索引的查找表。各种实施例提供了具有查找和复制帧的能力的组播转发表。在使用可选的硬件辅助的实施例中，组播的扩展受制于此类硬件资源的使用。各种实施例提供了修剪作为组播树的一部分；此类修剪可适用于所描述的实施例以及在SPB规范内所描述的其它布置。当超过合并点的转发树的叶子不要求各自的组播表项时（因为没有与I-SID相关联的服务），进行修剪。

通常在高效的单树实施例的上下文内描述各种实施例。然而，各种其它实施例使用允许负载均衡、冗余服务路径、专用路径等的多课树。

特别地，使用基于路径标识符方法的单棵树计算，其中确定所有运行节点中的具有最低节点优先级的运行节点为指定节点。基于针对这个节点的链路度量和低路径标识符的决胜属性来建立单棵树。例如，图2的方法200的各步骤适应于选择所有运行节点中的具有最低节点优先级的运行节点作为指定节点。在减少资源要求以执行各种计算、存储转发树数据等中，发现了各实施例的优点。有时，用于单播的最短路径可能不是使用某些实施例所计算的路径。例如，参照图3，可以看到交换机A是最佳的优先级节点和组播指定节点。然而，对于交换机I，差异很小，但是在组播中从交换机A至交换机C的路径是三跳（ID,DA,AB,BC）对用于单播的直接一跳（IC）最短路径。

图4示出了可适用于执行本文所描述的功能的通用计算机的高级框图。如图4中所示出的，系统400包括：处理器元件402（例如，CPU），存储器404，例如随机访问存储器（RAM）和/或只读存储器（ROM），RMT管理模块405，以及各种输入/输出设备406（例如，存储设备，包含但不限于磁带设备、软盘驱动器、硬盘驱动器或光盘驱动器、接收器、发送器、扬声器、显示器、输出端口以及用户输入设备（诸如键盘、小键盘鼠标等））。

应当注意的是，可以以软件和/或软件和硬件的组合，例如使用专用集成电路（ASIC）、通用计算机或任何其它硬件等同物，来实现本发明。在一个实施例中，方法200及其修改可被加载到存储器404，并由处理器402执行以实现上述功能。照此，可将本发明的方法200（包含相关联的数据结构）存储在计算机可读介质或载体上，例如，RAM存储器、磁或光驱动器或磁盘等。有利地，随着网络大小的增长，可容易地扩展各种实施例。实施例通常维持当前组播的扩展能力，同时允许链路状态和用于单播的最短路径转发。实施例可使用不与最短路径一致的单棵树，同时使能当前的运营商骨干（PBB）网络转发未受影响。

可以预期，本文作为软件方法所论述的步骤中的一些步骤，可以在硬件内实现为与处理器协作的电路以执行各种方法步骤。本文所描述的功能/元件中的一部分可以实现为计算机程序产品，其中当程序指令由计算机处理时，该程序指令适应计算机的操作，使得调用或以其它方式提供本文所述方法和/或技术。可将用于调用本发明方法的指令存储在固定或可移动介质中，经由广播或其它信号承载介质中的数据流传送，和/或存储在根据指令运行的计算设备内的存储器内。

虽然本文已经示出并详细描述了包含本发明的教示的各种实施例，但是本领域的技术人员能够容易地设计仍包含这些教示的许多其它变型实施例。

Claims (10)

1.一种用于确定通信网络内的组播帧的最短路径桥接（SPB）的方法，包括：

在所述网络内的多个节点中的每个节点处，根据共同约定的机制确定指定节点（DN）；

在所述多个节点中的每个节点处，确定所述DN和所述多个节点中的每个节点之间的最短路径；以及

在所述多个节点中的每个节点处，针对被包含在用于组播的各自转发树中的节点，只选择从所述DN穿越所述各自节点的那些确定的最短路径。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述用于组播的各自转发树包括*,G树。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述选择包括：对包含所述DN和所述多个节点中的每个节点之间的所述最短路径的转发树进行修剪。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述共同约定机制包括：系统标识字段和桥优先级字段中的任何字段。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述共同约定机制包括：与最短路径桥接协议相关联的类型长度值（TLV）。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述通信网络支持服务实例的多个子集，针对每个服务实例子集使用其各自的多个支持节点重复所述方法。

7.根据权利要求10所述的方法，其中每个服务实例子集使用各自的共同约定机制。

8.根据权利要求10所述的方法，其中使用包括包含组织唯一标识符（OUI）的第一字段和包含PBB服务标识符I-SID的第二字段的结构，对PBB组播进行编码。

9.一种用于确定通信网络内的组播帧的最短路径桥接（SPB）的方法，包括在所述网络内的多个节点中的每个节点执行以下步骤：

根据共同约定的机制确定指定节点（DN）；

确定所述DN和所述多个节点中的每个节点之间的最短路径；以及

针对被包括在用于组播的各自转发树中的节点，只选择从所述DN穿越所述各自节点的那些确定的最短路径。

10.一种存储软件程序的计算机可读存储介质，当计算机执行所述软件程序时，所述软件程序使得所述计算机执行用于确定通信网络内的组播帧的最短路径桥接（SPB）的方法，所述方法包括：

在所述网络内的多个节点中的每个节点处，根据共同约定的机制确定指定节点（DN）；

在所述多个节点中的每个节点处，确定所述DN和所述多个节点中的每个节点之间的最短路径；以及

在所述多个节点的每个节点处，针对被包含在用于组播的各自转发树中的节点，只选择从所述DN穿越所述各自节点的那些确定的最短路径。

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