CN104468371B - 组播业务报文处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种组播业务报文处理方法以及装置，应用于SDN中的控制器，该方法包括：接收源交换机上送的流表项请求报文，所述流表项请求报文中携带源主机发送的组播业务报文；从所述组播业务报文中获取组播组的网际协议IP地址；根据所述组播组的IP地址，确定所述组播组的目的交换机；根据所述源交换机的位置信息与所述组播组的目的交换机的位置信息计算所述组播业务报文的组播路径；向所述组播路径中的交换机下发流表项，以使所述组播路径中的交换机按照所述流表项处理所述组播业务报文。本申请实现了SDN网络中的组播业务报文处理，避免了不必要的网络资源浪费。

Description

组播业务报文处理方法及装置

技术领域

本申请涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种组播业务报文处理方法及装置。

背景技术

SDN(Software Defined Network，软件定义网络)是一种新型网络创新架构，其核心思想是将网络设备的控制层面与转发层面分离，以实现对网络流量的灵活控制。SDN网络主要由控制器、交换机以及主机组成，其中，控制器负责收集网络拓扑信息，计算主机所产生的业务报文的转发路径，并生成转发流表，交换机根据SDN控制器下发的流表进行业务报文的转发。

目前，SDN网络中的业务报文主要以单播形式进行转发，对于有组播需求的业务报文只能通过广播转发，由此造成网络带宽的浪费，同时，容易产生广播风暴，影响网络的稳定性。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种组播业务报文处理方法，应用于软件定义网络SDN中的控制器，该方法包括：

接收源交换机上送的流表项请求报文，所述流表项请求报文中携带源主机发送的组播业务报文；

从所述组播业务报文中获取组播组的网际协议IP地址；

根据所述组播组的IP地址，确定所述组播组的目的交换机；

根据所述源交换机的位置信息与所述组播组的目的交换机的位置信息计算所述组播业务报文的组播路径；

向所述组播路径中的交换机下发流表项，以使所述组播路径中的交换机按照所述流表项处理所述组播业务报文。

本申请还提供了一种组播业务报文处理装置，应用于软件定义网络SDN中的控制器，该装置包括：

接收单元，用于接收源交换机上送的流表项请求报文，所述流表项请求报文中携带源主机发送的组播业务报文；

获取单元，用于从所述组播业务报文中获取组播组的网际协议IP地址；

确定单元，用于根据所述组播组的IP地址，确定所述组播组的目的交换机；

计算单元，用于根据所述源交换机的位置信息与所述组播组的目的交换机的位置信息计算所述组播业务报文的组播路径；

下发单元，用于向所述组播路径中的交换机下发流表项，以使所述组播路径中的交换机按照所述流表项处理所述组播业务报文。

在本申请中，控制器接收源交换机上送的携带组播业务报文的流表项请求报文，根据从组播业务报文中获取的组播组IP地址找到组播组的目的交换机，进而根据源交换机的位置信息和目的交换机的位置信息，计算组播业务报文的组播路径并生成流表项，将流表项下发给组播路径中的交换机，以实现SDN网络中的组播业务报文处理。本申请实现了SDN网络中的组播业务报文处理，避免了不必要的网络资源浪费。

附图说明

图1是SDN网络结构示意图；

图2是本申请一种实施例中组播业务报文处理方法的处理流程图；

图3-1是本申请一种实施例中第一单播路径示意图；

图3-2是本申请一种实施例中组播路径示意图；

图4是本申请一种实施例中组播业务报文处理装置的基础硬件示意图；

图5-1是本申请一种实施例中组播业务报文处理装置的结构示意图；

图5-2是本申请另一种实施例中组播业务报文处理装置的结构示意图；

图5-3是本申请另一种实施例中组播业务报文处理装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图对本申请所述方案作进一步地详细说明。

图1所示为SDN网络结构示意图。该SDN网络由控制器、交换机(SW1～SW6)以及主机(PC11、PC51、PC52以及PC61)组成。控制器负责网络拓扑的收集和路径计算，并生成流表项下发给路径中的交换机，交换机根据流表项进行业务报文转发。

目前，SDN网络中大量的业务报文以单播形式转发，而组播业务报文则以广播形式转发，造成网络资源的浪费。

针对上述问题，本申请实施例提出一种组播业务报文处理方法。在该方法中，控制器接收源交换机上送的携带组播业务报文的流表项请求报文，根据从组播业务报文中获取的组播组IP地址找到组播组的目的交换机，进而根据源交换机的位置信息和目的交换机的位置信息，计算组播业务报文的组播路径并生成流表项，将流表项下发给组播路径中的交换机，以实现SDN网络中的组播业务报文处理。

参见图2，为本申请组播业务报文处理方法的一个实施例流程图，该实施例对组播业务报文的处理过程进行描述。

步骤210，接收源交换机上送的流表项请求报文，所述流表项请求报文中携带源主机发送的组播业务报文。

在SDN网络中，源交换机接收源主机发送的组播业务报文后，查询本地是否有该组播业务报文的流表项。若无对应的流表项，则将该组播业务报文进行管理协议(控制器与交换机之间的交互协议，例如，开放流OpenFlow协议)封装，并将封装后的报文上送控制器。为了便于后续描述，将源交换机封装后的报文称为流表项请求报文。控制器接收该流表项请求报文后，进行后续处理。

步骤220，从所述组播业务报文中获取组播组的网际协议IP地址。

控制器从流表项请求报文中获取源主机发送的组播业务报文，该组播业务报文中包括组播组的IP地址。

步骤230，根据所述组播组的IP地址，确定所述组播组的目的交换机。

控制器根据组播组的IP地址，查询本地保存的组播组成员列表，从组播组成员列表中获取组播组的目的交换机的标识，从而确定属于该组播组的目的交换机。

需要说明的是，组播组成员列表中保存的目的交换机是在目的主机向控制器发送组播组加入报文时获取，具体获取过程如下：

目的主机发送组播组加入报文，请求加入某组播组。与该目的主机相连的目的交换机将该组播组加入报文进行管理协议封装，并将封装后的报文上送控制器。为了便于后续描述，将目的交换机封装后的报文称为组播组成员报文。

控制器接收目的交换机发送的组播组成员报文后，从组播组成员报文中获取组播组加入报文，该组播组加入报文中包含组播组的IP地址。控制器根据该组播组的IP地址，找到对应的组播组成员列表，将发送组播组成员报文的目的交换机的标识加入到组播组成员列表中。

步骤240，根据所述源交换机的位置信息与所述组播组的目的交换机的位置信息计算所述组播业务报文的组播路径。

由于控制器负责SDN网络的拓扑信息收集，并生成网络拓扑图，因此，控制器可以根据源交换机的位置信息以及目的交换机的位置信息计算组播业务报文的组播路径，计算过程如下：

从组播组成员列表中选择第一目的交换机，该第一目的交换机为首个参与组播路径计算的交换机。按照单播路径的生成规则，生成源交换机与第一目的交换机之间的第一单播路径，单播路径的计算过程为现有技术，在此不再赘述。将上述计算的第一单播路径作为后续计算的中间组播路径。

从组播组成员列表中顺序选择第二目的交换机，该第二目的交换机为该组播组中未参与组播路径计算的交换机。根据当前中间组播路径中的每一个交换机的位置信息分别与第二目的交换机的位置信息计算第二单播路径。从计算得到的第二单播路径中选择路径最短的第二单播路径与中间组播路径生成新的中间组播路径。当存在多个路径最短的第二单播路径时，可以选择负载最低的第二单播路径与中间组播路径生成新的中间组播路径。

在每执行一次上述中间组播路径计算后，判断组播组成员列表中的目的交换机是否均已参与组播路径计算，若仍有未参与计算的目的交换机，则继续执行上述中间组播路径的计算；若所有目的交换机均已参与组播路径计算，则将最后一个中间组播路径作为该组播组的组播路径。

在上述组播路径的计算过程中，组播业务报文在目的交换机上的出端口可以从控制器中保存的目的交换机的组播组成员端口列表中获得。该组播组成员端口列表是控制器接收目的交换机发送的组播组成员报文时生成，具体生成过程如下：

控制器从组播组成员报文中获取目的交换机的成员端口的成员端口号，该成员端口为接收目的主机发送的组播组加入报文的端口，表明该成员端口下有接收该组播业务报文的目的主机。由于目的交换机的同一端口下可能包括不同组播组的目的主机，因此，控制器根据组播组IP地址与成员端口号的对应关系生成目的交换机的组播组成员端口列表。

控制器在获取到组播业务报文后，根据组播业务报文中的组播组IP地址，找到该组播组的成员列表，在确定目的交换机后，查询目的交换机的组播组成员端口列表，根据组播组IP地址找到组播组成员端口列表中的成员端口号，从而确定组播业务报文在目的交换机上的出端口。

步骤250，向所述组播路径中的交换机下发流表项，以使所述组播路径中的交换机按照所述流表项处理所述组播业务报文。

在生成组播路径后，控制器向组播路径中的交换机下发对应的流表项，该流表项中包括交换机接收组播业务报文的入端口、组播组的IP地址以及交换机发送组播业务报文的出端口列表，以使组播路径中交换机按照下发的流表项对组播业务报文进行处理。

在SDN网络运行过程中，控制器会以预设的查询时间间隔向组播组中目的交换机的成员端口发送组播查询报文，以确定该成员端口下是否还有接收者(组播组的目的主机)。当在查询时间间隔内未接收到目的主机发送的组播组加入报文时，说明该成员端口下已无该组播组的接收者，因此，将该成员端口从目的交换机的组播组成员端口列表中删除。

当目的交换机的组播组成员端口列表中不存在组播组的成员端口号时，说明该目的交换机下没有该组播组的目的主机，继续判断该目的交换机是否为组播路径中的末端交换机，如果该目的交换机为组播路径中的末端交换机，即该目的交换机不需要向其它交换机转发组播业务报文，则将该目的交换机从组播路径中删除。

当源主机发生迁移时，如果只在源交换机内迁移，无需重新计算组播路径；如果在交换机之间迁移，则需重新计算组播路径，删除原有组播路径。同样，当SDN网络的网络拓扑发生变化时，也需要重新计算组播路径。

现仍以图1所示SDN网络为例，介绍组播业务报文处理过程。

假设PC11发送组播业务报文，该组播业务报文的组播组IP地址为225.1.1.1。SW1接收到该组播业务报文后，查询本地流表项，当未找到该组播业务报文的流表项时，将该组播业务报文封装在packet in报文中，上送控制器。

控制器接收到packet in报文后，从携带的组播业务报文中获取组播组IP地址225.1.1.1，根据该组播组IP地址查询本地保存的组播组成员列表。该组播组成员列表是目的主机在申请加入组播组225.1.1.1时生成。例如，PC51发送组播组加入报文，请求加入组播组225.1.1.1，SW5通过packet in报文将该组播组加入报文转发给控制器，因此，控制器知道SW5为组播组225.1.1.1的目的交换机，将SW5添加到组播组的成员列表中。同理，PC61发送组播组加入报文，请求加入组播组225.1.1.1，控制器将SW6添加到组播组的成员列表中，如表1所示。

表1

下面开始计算组播业务报文的组播路径：首先，从表1中选择目的交换机SW5，计算SW1到SW5的第一单播路径，计算结果如图3-1所示。再以第一单播路径中的每一个交换机(SW1、SW2、SW4以及SW5)为源交换机，分别计算到目的交换机SW6的第二单播路径，根据计算结果从多个第二单播路径中选择一条第二单播路径与第一单播路径生成组播路径。

本实施例中以参与计算的两个交换机之间的跳数为例，介绍第二单播路径的选择过程。从图1中可知，SW1到SW6的最少跳数为2，SW2到SW6的最少跳数为2，SW4到SW6的最少跳数为1，SW5到SW6的最少跳数为1。可见，SW4到SW6以及SW5到SW6的路径最短，此时，可以进一步根据SW4和SW5的负载情况选择，SW5上有两台目的主机(PC51和PC52)，SW4上无目的主机，考虑到负载均衡等因素，选择SW4到SW6的第二单播路径与第一单播路径生成组播路径，如图3-2所示。

在计算上述组播路径的过程中，目的交换机的出端口可以通过查询本地保存的组播组成员端口列表确定。该组播组成员端口也是目的主机在申请加入组播组225.1.1.1时获得。例如，SW5向控制器发送packet in报文以转发PC51加入组播组225.1.1.1的组播组加入报文时，在packet in报文中携带SW5接收组播组加入报文的端口的标识，从图1可知，SW5通过端口S1接收PC51发送的组播组加入报，因此，控制器将S1添加到SW5的组播组成员端口列表中，参见表2。同理，将SW6的端口S1添加到SW6的组播组成员端口列表，参见表3。

表2

表3

控制器获得上述目的交换机的组播组成员端口列表后，就可以知道PC11发送的组播业务报文从目的交换机的哪个端口发送给目的主机，从而实现组播业务报文的转发。

当组播路径中的某一目的交换机下无组播组的目的主机，则可以根据实际组网情况判断是否需要删除该目的交换机。例如，当与目的交换机SW6相连的目的主机PC61退出组播组时，SW6下没有该组播组的目的主机，此时，SW6可以从组播组中删除。假设，SW4下有组播组的目的主机，当SW4的目的主机退出组播组时，由于SW4是组播路径的中间交换机，负责将组播业务报文向SW5和SW6转发，因此，即使SW4下无目的主机也不可以从组播组中删除。

与前述组播业务报文处理方法的实施例相对应，本申请还提供组播业务报文处理装置的实施例。

本申请组播业务报文处理装置的实施例可以应用在SDN中的控制器上。装置实施例可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。以软件实现为例，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在设备的CPU运行存储器中对应的计算机程序指令形成的。从硬件层面而言，如图4所示，为本申请组播业务报文处理装置所在设备的一种硬件结构图，除了图4所示的CPU、存储器之外，实施例中装置所在的设备通常还可以包括其他硬件。

请参考图5-1，为本申请一个实施例中的组播业务报文处理装置的结构示意图。该组播业务报文处理装置包括：接收单元501、获取单元502、确定单元503、计算单元504以及下发单元505，其中：

接收单元501，用于接收源交换机上送的流表项请求报文，所述流表项请求报文中携带源主机发送的组播业务报文；

获取单元502，用于从所述组播业务报文中获取组播组的网际协议IP地址；

确定单元503，用于根据所述组播组的IP地址，确定所述组播组的目的交换机；

计算单元504，用于根据所述源交换机的位置信息与所述组播组的目的交换机的位置信息计算所述组播业务报文的组播路径；

下发单元505，用于向所述组播路径中的交换机下发流表项，以使所述组播路径中的交换机按照所述流表项处理所述组播业务报文。

进一步地，所述计算单元504，可以包括：第一路径计算模块、中间路径计算模块以及组播路径确定模块，其中：

第一路径计算模块，用于根据所述源交换机的位置信息与第一目的交换机的位置信息计算得到第一单播路径，将所述第一单播路径作为中间组播路径，所述第一目的交换机为所述组播组中首个进行组播路径计算的交换机；

中间路径计算模块，用于执行如下中间组播路径计算操作：从所述组播组中顺序获取一个未参与组播路径计算的第二目的交换机，根据中间组播路径中的每一个交换机的位置信息分别与获取的第二目的交换机的位置信息计算第二单播路径，从计算得到的第二单播路径中选择路径最短的第二单播路径和中间组播路径组成新的中间组播路径；

组播路径确定模块，用于判断所述组播组中的每一个目的交换机是否均已参与所述中间组播路径计算操作，若是，则将最后一个中间组播路径作为所述组播路径；否则，返回所述执行中间组播路径计算操作。

请参考图5-2，为本申请另一个实施例中的组播业务报文处理装置的结构示意图。该组播业务报文处理装置在图5-1的基础上，还包括：添加单元506，其中：

所述接收单元501，还用于接收所述目的交换机发送的组播组成员报文，所述组播组成员报文携带目的主机发送的组播组加入报文；

所述获取单元502，还用于从所述组播组加入报文中获取所述组播组的IP地址；

添加单元506，用于根据所述组播组的IP地址将所述目的交换机的标识添加到所述组播组的成员列表中；

所述确定单元503，具体用于根据所述组播组的IP地址，查询所述组播组的成员列表；从所述组播组成员列表中获取所述组播组的目的交换机的标识，以确定所述组播组的目的交换机。

进一步地，所述获取单元502，还用于从所述组播组成员报文中获取所述目的交换机的成员端口的成员端口号，所述成员端口为接收到所述组播组加入报文的端口；

所述添加单元506，还用于将所述组播组的IP地址与所述成员端口号的对应关系添加到所述目的交换机的组播组成员端口列表中；

所述计算单元504，还用于根据所述组播组的IP地址，从所述组播组成员端口列表中获取所述成员端口号；根据所述成员端口号确定所述组播业务报文在所述目的交换机上的出端口。

请参考图5-3，为本申请另一个实施例中的组播业务报文处理装置的结构示意图。该组播业务报文处理装置在图5-2的基础上，还包括：

删除单元507，用于当所述目的交换机的组播组成员端口列表中不存在所述组播组的成员端口号时，判断所述目的交换机是否为所述组播路径中的末端交换机；当所述目的交换机为所述组播路径中的末端交换机时，从所述组播路径中删除所述目的交换机。

上述图5-1至5-3示出的组播业务报文处理装置的实施例，其具体实现过程可参见前述方法实施例的说明，在此不再赘述。

从以上方法和装置的实施例中可以看出，控制器接收源交换机上送的携带组播业务报文的流表项请求报文，根据从组播业务报文中获取的组播组IP地址找到组播组的目的交换机，进而根据源交换机的位置信息和目的交换机的位置信息，计算组播业务报文的组播路径并生成流表项，将流表项下发给组播路径中的交换机，以实现SDN网络中的组播业务报文处理。通过上述处理过程，避免了不必要的网络资源浪费。

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

Claims (10)

1.一种组播业务报文处理方法，应用于软件定义网络SDN中的控制器，其特征在于，该方法包括：

接收源交换机上送的流表项请求报文，所述流表项请求报文中携带源主机发送的组播业务报文；

从所述组播业务报文中获取组播组的网际协议IP地址；

根据所述组播组的IP地址，确定所述组播组的目的交换机；

根据所述源交换机的位置信息与所述组播组的目的交换机的位置信息计算所述组播业务报文的组播路径；

向所述组播路径中的交换机下发流表项，以使所述组播路径中的交换机按照所述流表项处理所述组播业务报文。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述源交换机的位置信息与所述组播组的目的交换机的位置信息计算所述组播业务报文的组播路径，包括：

根据所述源交换机的位置信息与第一目的交换机的位置信息计算得到第一单播路径，将所述第一单播路径作为中间组播路径，所述第一目的交换机为所述组播组中首个进行组播路径计算的交换机；

执行如下中间组播路径计算操作：从所述组播组中顺序获取一个未参与组播路径计算的第二目的交换机，根据中间组播路径中的每一个交换机的位置信息分别与获取的第二目的交换机的位置信息计算第二单播路径，从计算得到的第二单播路径中选择路径最短的第二单播路径和中间组播路径组成新的中间组播路径；

判断所述组播组中的每一个目的交换机是否均已参与所述中间组播路径计算操作，若是，则将最后一个中间组播路径作为所述组播路径；否则，返回所述执行中间组播路径计算操作。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

接收所述目的交换机发送的组播组成员报文携带目的主机发送的组播组加入报文；

从所述组播组加入报文中获取所述组播组的IP地址；

根据所述组播组的IP地址将所述目的交换机的标识添加到所述组播组的成员列表中；

所述根据所述组播组的IP地址，确定所述组播组的目的交换机，具体包括：

根据所述组播组的IP地址，查询所述组播组的成员列表；

从所述组播组成员列表中获取所述组播组的目的交换机的标识，以确定所述组播组的目的交换机。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

从所述组播组成员报文中获取所述目的交换机的成员端口的成员端口号，所述成员端口为接收到所述组播组加入报文的端口；

将所述组播组的IP地址与所述成员端口号的对应关系添加到所述目的交换机的组播组成员端口列表中；

所述根据所述源交换机的位置信息与所述组播组的目的交换机的位置信息计算所述组播业务报文的组播路径，还包括：

根据所述组播组的IP地址，从所述组播组成员端口列表中获取所述成员端口号；

根据所述成员端口号确定所述组播业务报文在所述目的交换机上的出端口。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述目的交换机的组播组成员端口列表中不存在所述组播组的成员端口号时，判断所述目的交换机是否为所述组播路径中的末端交换机；当所述目的交换机为所述组播路径中的末端交换机时，从所述组播路径中删除所述目的交换机。

6.一种组播业务报文处理装置，应用于软件定义网络SDN中的控制器，其特征在于，该装置包括：

接收单元，用于接收源交换机上送的流表项请求报文，所述流表项请求报文中携带源主机发送的组播业务报文；

获取单元，用于从所述组播业务报文中获取组播组的网际协议IP地址；

确定单元，用于根据所述组播组的IP地址，确定所述组播组的目的交换机；

计算单元，用于根据所述源交换机的位置信息与所述组播组的目的交换机的位置信息计算所述组播业务报文的组播路径；

下发单元，用于向所述组播路径中的交换机下发流表项，以使所述组播路径中的交换机按照所述流表项处理所述组播业务报文。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计算单元，包括：

第一路径计算模块，用于根据所述源交换机的位置信息与第一目的交换机的位置信息计算得到第一单播路径，将所述第一单播路径作为中间组播路径，所述第一目的交换机为所述组播组中首个进行组播路径计算的交换机；

中间路径计算模块，用于执行如下中间组播路径计算操作：从所述组播组中顺序获取一个未参与组播路径计算的第二目的交换机，根据中间组播路径中的每一个交换机的位置信息分别与获取的第二目的交换机的位置信息计算第二单播路径，从计算得到的第二单播路径中选择路径最短的第二单播路径和中间组播路径组成新的中间组播路径；

组播路径确定模块，用于判断所述组播组中的每一个目的交换机是否均已参与所述中间组播路径计算操作，若是，则将最后一个中间组播路径作为所述组播路径；否则，返回所述执行中间组播路径计算操作。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

所述接收单元，还用于接收所述目的交换机发送的组播组成员报文，所述组播组成员报文携带目的主机发送的组播组加入报文；

所述获取单元，还用于从所述组播组加入报文中获取所述组播组的IP地址；

添加单元，用于根据所述组播组的IP地址将所述目的交换机的标识添加到所述组播组的成员列表中；

所述确定单元，具体用于根据所述组播组的IP地址，查询所述组播组的成员列表；从所述组播组成员列表中获取所述组播组的目的交换机的标识，以确定所述组播组的目的交换机。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

所述获取单元，还用于从所述组播组成员报文中获取所述目的交换机的成员端口的成员端口号，所述成员端口为接收到所述组播组加入报文的端口；

所述添加单元，还用于将所述组播组的IP地址与所述成员端口号的对应关系添加到所述目的交换机的组播组成员端口列表中；

所述计算单元，还用于根据所述组播组的IP地址，从所述组播组成员端口列表中获取所述成员端口号；根据所述成员端口号确定所述组播业务报文在所述目的交换机上的出端口。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

删除单元，用于当所述目的交换机的组播组成员端口列表中不存在所述组播组的成员端口号时，判断所述目的交换机是否为所述组播路径中的末端交换机；当所述目的交换机为所述组播路径中的末端交换机时，从所述组播路径中删除所述目的交换机。