CN104054303B - 适于vod的网关 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及以下领域：用于访问因特网的网关、相关联的视频服务解码器以及用于由操作者通过旨在用于该解码器的该网关广播视频内容的方法。本发明描述了解码器上专用于VOD的虚拟MAC地址的使用。然后该地址由网关进行识别。网关实施这样的直通电路，其在用于访问通信网的接口与网关的与解码器相连的物理端口之间直接引导与该虚拟地址相关的流量。有利地，电路通过侦听用于配置该虚拟地址的DHCP请求而动态地进行配置。

Description

适于VOD的网关
本发明涉及以下领域：因特网访问网关、相关联的视频服务解码器以及用于由操作者通过上述网关将视频内容广播至该解码器的方法。
在本文中，操作者指的是提供访问通信网的服务的实体，其中该通信网(通常为因特网)联接至访问多媒体内容(尤其是视频)的服务。
这类操作者提供其服务并且为此通常提供两个设备。第一设备包括通信网的访问网关。其英文术语“box(盒)”为公众所知。技术上，其通常为例如ADSL(英文为AsymmetricDigital Subscriber Line(非对称数字用户线路))类型但可基于诸如有线网、光纤等的技术的调制解调器。该调制解调器联接至使得能够与多个设备进行连接的路由器。因此网关在数据通信网与局域网形成联系，其中用户可将各种设备连接至该局域网。这些设备可以是个人计算机、智能手机(smartphone)、游戏机、电视机等。该网关使得用户能够访问使用通信网的越来越多的服务。这些服务中最流行的服务是访问IP(Internet Protocol(互联网协议))电话和访问电视频道广播。
访问电视频道广播服务通常包括被称为解码器(set top box(机顶盒))的第二设备。该设备用于接收传送电视频道的数字流并从这些数字流恢复音频信号和视频信号以在电视机上显示。
除了该基本电视服务之外，提供VOD(Video On Demand(视频点播))的服务也变得普及。上述提供VOD的服务包括操作者的服务器上可得到的内容目录。用户在其电视机上可通过其解码器访问该目录。具体内容的选择导致了请求服务器的请求，然后该服务器广播内容至解码器，以显示在电视机上。这些操作可使用常规的IP网络技术来执行。
然而，因为该服务是付费的，所以操作者通常希望得到内容广播及其目的地的高水平控制。尤其是，操作者希望避免广播内容容易地转移至个人计算机。
本发明的目的是通过在解码器上使用专用于VOD的虚拟MAC地址来解决上述问题。然后该地址由网关进行识别。网关实施这样的直通电路，其在用于访问通信网的接口与网关的与解码器相连的物理端口之间直接指引与该虚拟地址相关的流量。有利地，电路通过侦听用于配置该虚拟地址的DHCP请求而动态地进行配置。
因此本发明涉及信息处理设备，其用作局域通信网与广域通信网之间的网关，并包括：用于连接局域通信网的设备的多个物理端口、与广域通信网相连的物理端口、用于在这些端口之间路由数据流的路由器、以及直通电路管理模块。其中，该直通电路管理模块用于管理处于与广域通信网相连的物理端口与用于连接局域通信网的设备的物理端口中之一之间的层-2直通电路。
根据本发明，该信息处理设备旨在接收具有多个层-2虚拟地址的设备的在上述物理端口之一上的连接，其中该多个层-2虚拟地址中至少之一专用于具体服务。
该信息处理设备的特征还在于，其包括：用于检测与具体服务有关的标记的装置，其中信息处理设备从相连的设备接收的具体DHCP发现请求提供有该标记；用于将上述具体发现请求中继至广域通信网的远程DHCP服务器的装置；以及用于通过层-2虚拟地址配置直通电路管理模块的装置，其中该具体DHCP发现请求来源于该层-2虚拟地址，以使得该直通电路管理模块直接中继去往或来自上述相连的设备的层-2虚拟地址的流量。
本发明还涉及旨在与上述的信息处理设备相连的设备，其包括多个层-2虚拟地址以及用于标记具体DHCP发现请求的装置，其中该具体DHCP发现请求与多个虚拟地址之一的配置有关，该多个虚拟地址与由该设备提供的具体服务有关。
本发明还涉及用于配置上述的与上述信息处理设备的端口相连的设备的至少两个层-2虚拟地址的方法，其中该信息处理设备通过物理端口连接至广域通信网。
根据本发明，该方法包括：
-发送与该设备的第一虚拟地址的配置有关的具体DHCP发现请求的步骤；和/或
-发送与该设备的第二虚拟地址的配置有关的常规DHCP发现请求的步骤；以及
-当信息处理设备已在所接收的DHCP发现请求中识别出具体请求时：
-将第一请求中继至远程DHCP服务器的步骤，以及
-通过信息处理设备的第一层-2虚拟地址在和广域通信网相连的物理端口与和该设备相连的物理通信端口之间配置层-2直通电路的步骤；
-通过信息处理设备接收DHCP提供响应的步骤，其中DHCP提供响应由远程DHCP服务器发送，以及
-通过经过配置的直通电路中继该响应至该设备；
-由该设备将配置请求经由直通电路发送至远程DHCP服务器的步骤，以及
-接收响应的步骤，该响应由远程DHCP服务器发送并携带与该设备的第一虚拟地址有关的层-3配置；以及
-当信息处理设备未在所接收的DHCP发现请求中识别具体请求时：
-接收DHCP提供响应的步骤，其中该DHCP提供响应由远程DHCP服务器发送，以及
-由该设备将配置请求发送至信息处理设备的DHCP服务器的步骤；
-接收响应的步骤，该响应由信息处理设备的DHCP服务器发送并携带与该设备的第二虚拟地址有关的层-3配置。
通过阅读下面参照附图给出的示例性实施方式的描述，本发明的上述及其他特征将更清楚地呈现，在附图中：
图1示出了本发明示例性实施方式的架构；以及
图2示出了本发明示例性实施方式的典型消息的交换。
本发明是在提供视频点播服务的背景下发展的，但其可同样地应用至任何服务。所采用的技术解决方案对于服务并不是特定的。
图1示出了本发明示例性实施方式的架构。该图示出了用于访问广域通信网1.16的网关1.1。该网络通常指的是不同于局域网的WAN(Wide Area Network(广域网))，其中局域网通常被称为LAN(Local Area Network(局域网))。如其名称所指示的，网关被用作两个网络之间的接口。
因此该网关具有与WAN相连接的物理端口1.15。大多数情况下，该连接通常是使用选自ADSL技术、线缆技术以及光纤技术中的技术的点到点连接。这里可使用任何网络技术。
网关通常具有用于访问LAN的物理端口组。附图提及了与解码器1.10物理地连接的端口1.7。还说明性地提及了与另一设备1.14连接的端口1.8，其中该设备1.14例如可以是个人计算机。
网络流量通过路由器(switch(交换机))1.6在其接口上进行路由。这种路由器的功能对本领域的技术人员是公知的，本文中将不再对其基于常规的层-3(IP层)且基于路由表进行路由的公知功能进行详细描述。这种路由器通常实施层-3地址转换功能，该功能的术语NAT(Network Address Translation(网络地址转换))为公众所知。这种机制仅允许网关的WAN接口1.15的地址在WAN上是公开的。来源于LAN的设备的任何请求到达网关并由NAT处理，以利用网关的在中继至WAN之前的IP地址替换原始IP地址。因此响应到达网关，该网关识别消息并利用产生请求的LAN设备的、在将该响应在LAN上进行中继之前的地址替换目的地地址。处理模块NAT在管理网关的软件栈1.2中标记为1.3。
管理网关的该软件栈1.2通常还主控DHCP(Dynamic Host Control Protocol(动态主机控制协议))服务器1.4，其允许在用户不介入的情况下动态地配置与局域网相连接的任何设备。在RFC(Requests For Comment(请求注解))1531、1534、2131以及2132中可找到DHCP协议的准确操作。本文中将简单地认为协议按照如下这样进行操作：连接至LAN的设备(例如图1中的解码器1.10)发送具有其层-2地址(即其MAC地址)的层-2广播信息。该消息被称为“DHCP发现”，其目的为发现网络上存在的DHCP服务器。然后网络中的该DHCP服务器或每个DHCP服务器通过提供可用的层-3地址(即IP地址)来响应设备。然后该设备向其所选择的DHCP服务器广播配置请求，该DHCP服务器以所请求的连接参数对该设备做出响应。这些参数通常包括设备确定的IP层地址、子网掩码以及网关的IP地址，以加入该WAN。
解码器1.10具有与网关直接连接的物理端口1.9，其中该物理端口1.9直接连接至该网关的端口1.7。通常解码器1.10具有MAC地址并且通过上述的DHCP机制获得其层-3配置。可替代地，该配置可静态地记录在解码器1.10中。当该解码器1.10使用常规机制与WAN通信时，由于由网关执行NAT地址转换机制，所以从WAN来看，流量被看作来源于网关1.1。该特征不会对解码器所使用的多个服务造成任何特殊问题，如访问因特网或其他问题。
另一方面，对于诸如VOD服务的服务，操作者要求更多的控制并直接在网络级“观察”解码器1.10，以至少保证与VOD相关联的流的确由解码器使用而没有在LAN中转移。
为了获得某些服务的这种控制，对于希望控制的服务，操作者将管理这样的解码器，其作为对操作者特定的LAN类型网络的一部分(在下文中该网络被称为操作者的LAN)，该解码器直接由操作者控制而不是由用户的LAN的类似设备控制。更准确地，仅对于操作者希望控制的服务(例如本文中的VOD服务)，解码器1.10将被看作操作者的LAN的设备。对于由解码器1.10提供的其他服务，解码器1.10将作为用户的LAN的常规设备进行操作。
所采用的解决方案是基于在解码器1.10中使用虚拟层-2地址，即MAC地址。第一虚拟地址1.11专用于希望以特别方式进行控制的服务，本文中为VOD服务。该MAC虚拟地址将在层-3(IP层)配置为操作者的LAN的地址。对于其他服务，一个或多个其他虚拟地址(附图中的地址1.12和1.13)以常规方式进行管理并在IP层配置为用户的LAN的接口。
使用层-2虚拟地址相当于使用不同的逻辑接口，其中所有的逻辑接口均使用相同的物理接口。每个逻辑接口具有自己的层-2地址，以在该层分离网关1.1与解码器1.10之间的流量。每个接口在层-3(IP层)中具有自己的配置，以与网络中的其他实体进行通信。
因此可使解码器中专用于VOD服务的网络流量与其他网络流量分离。因此VOD流量不在用户的LAN中进行路由，从而使得流的任何转移对于用户都是困难的。
WAN与解码器1.10之间的两种流(第一种为专用于VOD服务的流，第二种为常规流)的正确路由在网关处需要调整。这种调整以管理模块1.5的形式实现，其中该管理模块1.5在与LAN侧的解码器相连的接口1.7与WAN网络的接口1.15之间建立直接的层-2电路(Bridge(桥))。
该管理模块1.5分析到达网关1.1的层-2流量。其检测到达物理端口1.7并具有专用于受保护服务且作为源MAC地址的虚拟地址1.11的所有消息。然后这些包在不由常规路由模块1.6或地址转换模块1.3处理的情况下直接发送至WAN接口1.15。
同样地，到达WAN接口1.15并具有专用于受保护服务且作为目的地地址的MAC地址1.11的层-2流量在不由常规路由模块1.6或地址转换模块1.3处理的情况下直接发送至接口1.7。
操作者向专用于LAN中受保护服务的解码器的虚拟接口分配IP地址，其中该IP地址对该虚拟接口是特定的并因此专用于该服务。操作者所使用的用于路由IP包的装置不在本文的描述范围之内，其中该IP包旨在用于网关1.1的解码器1.10。例如可使用IP-in-IP封装。与解码器1.10的受保护服务相关的数据在层-2传送至解码器1.10的虚拟MAC地址，由于后者形成操作者的LAN的专用于该服务的部分。因此包将由模块1.5检测并分配给直达电路且在网关1.1中直接路由至与解码器1.10相连接的接口1.7。
用于管理直通电路的模块1.5可静态地或动态地进行配置。根据本发明的有利实施方式，电路管理模块1.5动态地进行配置。为此，解码器1.10设有用于发送与其虚拟地址之一的配置有关的具体DHCP发现请求的装置。该请求为DHCP服务器的发现请求(DHCP发现)，其包括用于将自身与常规DHCP发现请求区分开的具体标识符。该标识符可以是DHCP包的报头中的具体参数。
网关1.1，更具体地其DHCP服务器1.4然后具有用于检测为了该目的而被标记的具体DHCP发现请求的装置。网关将该请求在不进行处理的情况下中继至操作者的WAN中的任何远程DHCP服务器1.17，而不是通过DHCP提供响应来服务该请求。其借此机会注意到该请求的原始MAC地址(解码器1.10的涉及受保护服务的虚拟地址)并利用该MAC地址配置直通电路管理模块1.5。
一旦该操作完成后，由操作者的DHCP服务器1.17发送的DHCP提供响应通过由管理模块1.5建立的直通电路自动中继至解码器1.10，该解码器1.10因此可接收其层-3(即IP)配置。
倘若解码器改变或如果操作者没有供给解码器，通过管理模块1.5对与位于LAN侧的解码器相连的接口1.7与WAN网络的接口1.15之间的电路进行动态编程的这种方式允许自动地进行调整。
所发送的、用于解码器的其他虚拟地址的配置的DHCP发现请求不具有将其识别为与受保护的服务相关的标记。因此其通常由网关的DHCP服务器1.4处理并在用户的本地网LAN内进行配置。
与受保护的服务自身相关且来源于或旨在用于解码器1.10的虚拟接口的流量也中继至操作者的相关服务器1.18。在VOD的情况下，其通常为RTSP(Real Time StreamingProtocol(实时串流协议))请求。
图2示出了在根据电路的配置为自动型的实施方式的本发明的各操作阶段中涉及的消息交换。
第一组消息说明解码器1.10的虚拟MAC地址1.11在操作者处的DHCP配置。DHCP发现请求2.1是从该虚拟MAC地址1.11发出并由网关1.1的DHCP服务器1.4接收。其中继2.2至操作者的DHCP服务器1.17。网关1.1的DHCP服务器1.4利用该DHCP发现请求2.1通过在虚拟MAC地址1.11上创建直通电路来配置2.3网关1.1的直通电路管理模块1.5，其中该虚拟MAC地址1.11包括在请求2.1中。成DHCP提供2.4形式的响应被发送并通过模块1.5直接中继至解码器1.10。
以下消息对应于请求2.6，该请求2.6用于配置虚拟MAC地址1.11。该请求由直通电路管理模块1.5中继2.7至操作者的LAN，在操作者的LAN处其由DHCP服务器进行处理。响应2.8经过直通电路管理模块1.5，以被中继2.9至解码器1.10。由响应2.9所携带的配置使能远程网络中解码器1.10的虚拟MAC地址1.11的层3处的配置，其中该远程网络通常为专用于受保护服务的操作者的LAN。
以下消息说明与由本发明保护的服务有关的请求。RTSP请求2.10从虚拟MAC地址1.11发出，其中该虚拟MAC地址1.11专用于解码器1.10的受保护服务。该请求2.10由直通电路管理模块1.5捕获并中继2.11至操作者的LAN。在操作者的LAN处，其继续路由至VOD服务器，该VOD服务器通过发出响应2.12对该请求做出响应。该响应以IP流量的形式从操作者的LAN发送至解码器1.10。然后，一旦到达网关1.1，该流量由直通电路管理模块1.5指引至解码器1.10，因为其旨在在层-2处用于解码器1.10的虚拟MAC地址1.11。
以下消息说明解码器1.10的其他虚拟接口的操作，例如使用虚拟地址1.12和1.13的其他虚拟接口。每个接口必须获得其网络配置。为此，其发送第一发现请求DHCP2.14。该请求由网关1.10的DHCP服务器接收。当该请求不包括与受保护的服务有关的标记时，其通常由网关1.1的DHCP服务器1.4服务，该DHCP服务器1.4因此利用DHCP提供2.15做出响应。结果为配置请求2.16及其响应2.17。从这时起，接口配置为形成用户的LAN的一部分并可使用网关1.1从而以常规方式访问WAN通信网上的任何服务。
通常，HTTP(Hyper Text Transfer Protocol(超文本传输协议))请求2.18经过地址转换系统1.3进行路由并通常通过操作者的HTTP中继(proxy(代理))中继2.19至目的地服务器。当中继接收响应时，其将该响应2.20中继至网关。由模块1.3操作的地址转换机制使得响应2.21能够在路由器1.6中路由至解码器1.10。
已发现，与受保护的服务有关的流量与其他流量相分离。前者在操作者的LAN具体的层-3中路由并由其控制。其他流量正常且单独地在用户的LAN中进行路由。
上述实施方式的可替代性实施方式包括使用被称为VLAN(Virtual Local AreaNetworks(虚拟局域网))的虚拟本地网。该众所周知的机制还使得能够通过层-2虚拟地址将来自相同物理接口的数据流分离。实际上，虚拟本地网为层-2加密隧道技术。每个虚拟地址可使用具体的VLAN。因此在网关处，可通过VLAN而不是MAC地址实现流的区分。
然后将生成第一数据流，该第一数据流专用于受保护的服务并由例如使用标签1001的VLAN进行标记。第二流专用于控制并由使用例如标签1003V的LAN进行标记，而其他数据流将由使用标签1003的VLAN进行标记。这些VLAN中的每个在解码器中使用自己的虚拟MAC地址。
然而该可替代性实施方式具有一些限制。解码器必须能够对流进行标记。网关必须支持VLAN。操作者也必须能够管理用于受保护的服务的VLAN。在相反的情况中，网关必须能够在与受保护的服务有关的流量中继至操作者之前删除VLAN的标记。对于操作者或网关，也必须删除将中继至因特网的数据流的标记。这是因为VLAN不能存在于因特网世界或与LAN相连的机器上。网关的DHCP服务器必须一直区别来自解码器的包，以将其中继至操作者的DHCP服务器。这种区别可与在第一实施方式中实现的区别或实施VLAN的使用的区别相同。

Claims (3)

1.信息处理设备,其旨在用作局域通信网与广域通信网之间的网关，所述信息处理设备包括：
-多个物理端口，用于连接所述局域通信网中的设备；
-物理端口(1.15)，与所述广域通信网相连接；
-路由器(1.6)，用于路由用于连接所述局域通信网中的设备的多个物理端口和与所述广域通信网相连接的所述物理端口之间的数据流；
-NAT处理模块，用于转换层-3地址；
-直通电路管理模块(1.5)，用于将从所述广域通信网发出的、对应于具体服务的任何流量不进行转换直接中继至使用所述具体服务的所述局域通信网的设备，反之亦然；
-局域DHCP服务器(1.4)，用于处理从与所述局域通信网连接的设备发出的任何DHCP请求，
其特征在于，所述信息处理设备旨在接收具有多个层-2虚拟地址的设备的在用于连接所述局域通信网中的设备的所述多个物理端口之一上的连接，所述多个层-2虚拟地址中至少之一(1.11)专用于具体服务；以及
所述信息处理设备还包括：
-用于在所述信息处理设备从相连的设备接收的任何DHCP发现请求中检测是否存在用于将和所述具体服务有关的任何DHCP发现请求与任何其他DHCP发现请求区别开的标记的装置；
-用于将已检测到上述标记的DHCP发现请求中继至所述广域通信网的远程DHCP服务器(1.17)的装置，其中不同于未检测到这种标记的任何DHCP发现请求，已检测到这种标记的所述DHCP发现请求没有由所述局域DHCP服务器(1.4)进行处理；
-用于当检测到这种标记时通过所述层-2虚拟地址配置所述直通电路管理模块(1.5)的装置，以使得所述直通电路管理模块(1.5)在连接至所述广域通信网的所述物理端口(1.15)与用于连接所述局域通信网中的设备的所述多个物理端口之一之间建立层-2直通电路，其中已检测到所述标记的所述DHCP发现请求来源于所述层-2虚拟地址，以及所述层-2直通电路用于带有所述层-2虚拟地址的任何流量，
与所述直通电路无关的流量为由所述NAT处理模块进行的层-3地址转换的对象。
2.信息处理系统，包括：
首先，位于局域通信网与广域通信网之间的网关，所述网关包括：
-多个物理端口，用于连接所述局域通信网中的设备；
-物理端口(1.15)，与所述广域通信网相连接；
-路由器(1.6)，用于路由用于连接所述局域通信网中的设备的所述多个物理端口和与所述广域通信网相连接的所述物理端口之间的数据流；
-NAT处理模块，用于执行所述广域通信网与所述局域通信网中使用具体服务的设备之间的流量的层-3地址转换，反之亦然；
-直通电路管理模块(1.5)，用于将来自所述广域通信网的、对应于所述具体服务的任何流量不进行转换直接中继至所述局域通信网中使用所述具体服务的所述设备，反之亦然；
-局域DHCP服务器(1.4)，用于处理来自与所述局域通信网连接的设备的任何DHCP请求，
以及其次，所述局域通信网中使用具体服务的至少一个设备，
其特征在于,
-所述局域通信网中使用所述具体服务的所述设备包括：
-多个层-2虚拟地址；
-用于通过与所述具体服务有关的标记来标记与用于由所述设备使用的所述具体服务的虚拟地址之一的配置有关的DHCP发现请求的装置，以及
所述网关包括：
-当接收到DHCP发现请求时用于检测是否存在与所述具体服务有关的标记的装置；
-用于将已检测到上述标记的DHCP发现请求中继至所述广域通信网的远程DHCP服务器(1.17)的装置，其中不同于未检测到这种标记的任何DHCP发现请求，已检测到这种标记的所述DHCP发现请求没有由所述局域DHCP服务器(1.4)进行处理；
-用于当检测到这种标记时通过所述层-2虚拟地址配置所述直通电路管理模块(1.5)的装置，以使得所述直通电路管理模块(1.5)在连接至所述广域通信网的所述物理端口(1.15)与和所述局域通信网中使用所述具体服务的所述设备相连的所述物理端口中任一个之间建立层-2直通电路，其中已检测到所述标记的所述DHCP发现请求来源于所述层-2虚拟地址，以及所述层-2直通电路用于带有所述层-2虚拟地址的任何流量。
3.用于配置信息处理设备的方法，所述信息处理设备旨在用作局域通信网与广域通信网之间的网关，并且所述信息处理设备包括：
-多个物理端口，用于连接所述局域通信网中的设备；
-物理端口(1.15)，与所述广域通信网相连接；
-路由器(1.6)，用于路由用于连接所述局域通信网中的设备的所述多个物理端口和与所述广域通信网相连接的所述物理端口之间的数据流；
-NAT处理模块，用于转换层-3地址；
-直通电路管理模块(1.5)，用于将从所述广域通信网发出的、对应于具体服务的任何流量不进行转换直接中继至使用所述具体服务的所述局域通信网的设备，反之亦然；
-局域DHCP服务器(1.4)，用于处理从与所述局域通信网连接的设备发出的任何DHCP请求，
其特征在于，所述方法包括：
-用于检测与具体服务有关的标记的步骤，所述信息处理设备从相连的设备接收的具体的DHCP发现要求提供有所述标记；
-将已检测到这种标记的DHCP发现请求中继至所述广域通信网的远程DHCP服务器(1.17)而不由所述局域DHCP服务器(1.4)进行处理的步骤；
-当检测到这种标记时在连接至所述广域通信网的所述物理端口(1.15)与用于连接所述局域通信网中的设备的所述多个物理端口之一之间建立层-2直通电路的步骤，其中所述层-2直通电路用于带有层-2虚拟地址的任何流量，所述层-2虚拟地址由已检测到所述标记的所述DHCP发现请求携带，
与所述直通电路无关的流量为由所述NAT处理模块进行的层-3地址转换的对象。
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