CN104509044A - 用下游通知分组增强协议无关多播(pim)快速重新路由方法 - Google Patents

Abstract

故障检测机制提供了对基于PIM-SM的重新路由技术的增强。网络节点在检测连接丢失时确定它是否可以重新路由多播数据业务。如果网络节点不具有无故障次级路径，则它可以始发通知分组并且将其发送到多播树的下游部分。通知分组可以触发一个或多个下游节点切换到冗余的次级路径以重新路由多播数据业务。

Description

用下游通知分组增强协议无关多播(PIM)快速重新路由方法

本申请涉及名称为"ENHANCEMENTS TO PIM FAST RE-ROUTE WITH UPSTREAM ACTIVATION PACKETS"(代理人记录号No. 4906P37637US1)的申请和名称为"INCREASING FAILURE COVERAGE OF MOFRR WITH DATA PLANE NOTIFICATIONS"(代理人记录号No. 4906P36756US1)的申请，二者都是在2012年6月1日提交的。

技术领域

本发明的实施例涉及网络操作的领域；并且更确切地说，涉及多播通信网络中的路由操作。

背景技术

协议无关多播稀疏模式(PIM-SM)(见2006年8月的IETF RFC4601)是用于因特网协议(IP)多播通信网络中构造和维护多播树的众所周知的并且普遍采用的协议。为了向多播通信网络的接收节点(下文也称为“目的地”)分布多播内容，PIM-SM使用单个多播树。单个多播树在网络故障的情况下缺乏用于重新路由多播业务的冗余。

PIM-SM现今普遍用于构造实时业务的多播路径(例如对于因特网协议TV(IPTV))。然而，因为PIM-SM强烈依赖于单播路由，因此在网络故障的情况下，多播恢复需要等待，直到单播路由已经恢复。因此，对于PIM-SM的故障反应比较慢，并且因此对于实时应用是严重缺陷。为了克服这个缺陷，2010年1月的IETF RFC5714提出了因特网协议(IP)快速重新路由机制，其使用次级路径用于网络节点的入局多播流，由此如果网络节点丢失了其与其初级上游邻居节点的连接，则提供立即备选路径。然而，所提出的方法未提供有效的故障检测技术，并且未处置所有可能的故障情形。而且，所提出的方法是“活动-活动（live-live）”保护技术，这意味着，“次级”业务总是存在，甚至在无故障情形下。这个次级业务可引起多播网络中的显著额外载荷。

发明内容

描述了一种快速重新路由机制用于包括提供冗余到多播树的一组次级路径的多播通信网络。多播树提供从公共源节点到一个或多个多播接收节点的连接性。在多播树的初级路径上存在故障的情况下，多播数据业务将被重新路由到次级路径中的一个或多个。

根据本发明的实施例，由多播通信网络中的网络节点执行的方法包括：由网络节点检测到网络节点的初级路径上的上游邻居的入局接口处的连接丢失，确定网络节点不能重新路由多播数据业务以允许由多播接收节点接收多播数据业务，以及朝所述一个或多个多播接收节点向下游发送通知分组。通知分组使一个或多个下游节点将多播接收切换到次级路径的一个或多个以重新路由多播数据业务。

根据本发明的实施例，多播通信网络中的网络节点包括：用于存储多播数据业务的转发信息的存储器，耦合到存储器的一个或多个处理器，以及耦合到所述一个或多个处理器的接收器和传送器电路。所述一个或多个处理器包括：检测模块，所述检测模块配置成检测到网络节点的初级路径上的上游邻居的入局接口处的连接丢失；以及确定模块，其配置成确定网络节点不能重新路由多播数据业务以允许由多播接收节点接收多播数据业务。所述传送器电路配置成朝所述一个或多个多播接收节点向下游发送通知分组。通知分组使一个或多个下游节点将多播接收切换到次级路径的一个或多个以重新路由多播数据业务。

附图说明

在附图的各图中作为示例而非限制图示本发明，附图中相似的附图标记指示类似的要素。应该指出，此公开中对“一”或“一个”实施例的不同提及不一定针对相同实施例，并且此类提及意味着至少一个。另外，当具体特征、结构或特性结合实施例进行描述时，认为结合不管是否明确描述的其它实施例实现此类特征、结构或特性在本领域技术人员的知识范围内。

图1A和1B图示了多播通信网络的示例。

图2A和2B图示了由MRT提供的两个多播冗余树的示例。

图3A-3C图示了具有由MoFRR提供的冗余次级路径的多播树的示例。

图4A图示了根据本发明一个实施例由多播通信网络的网络节点遵循的规则集合。

图4B是图示用于处理通知分组的方法实施例的流程图。

图5A是图示网络节点的实施例的框图。

图5B是图示线路卡处理器的实施例的框图。

图6是图示用于生成通知分组并向下游发送通知分组以重新路由多播数据业务的方法实施例的流程图。

图7A和7B图示了分别根据MRT和MoFRR存储在网络节点中的转发表的实施例。

图8是图示用于生成和发送激活分组以激活次级路径的方法实施例的流程图。

具体实施方式

在如下描述中，阐述了众多特定细节。然而，要理解，本发明的实施例可以在没有这些特定细节的情况下实行。在其它实例中，众所周知的电路、结构和技术未详细示出以免模糊对此描述的理解。然而，本领域技术人员将认识到，没有此类特定细节也可实行本发明。本领域普通技术人员用所包含的描述将能够实现适当功能性而无需过多实验。

本发明的实施例提供了对基于PIM-SM的IP快速重新路由技术的增强。当网络故障发生时，多播数据业务经由一个或多个冗余次级路径重新路由。这些次级路径在故障之前被预先计算，并且沿初级路径和次级路径的转发信息被存储在网络节点的数据平面中。从而，在检测到故障时，重新路由可高速执行，而不等待控制平面中的路由收敛。本发明的实施例还提供了对故障检测速度和带宽使用效率的增强，这将在下面详细描述。

在描述本发明的实施例之前，理解网络节点如何根据PIM-SM加入多播群是有帮助的。在PIM-SM中，网络节点使用用于加入或离开多播群的单播转发消息。为了加入多播群，网络节点在多播树的上游方向上向公共源节点(术语“公共源节点”下文在共享树的情况下是指多播源节点或汇集点)发送JOIN消息。JOIN消息沿由多播路由信息库(MRIB)表确定的多播树的路径路由。在这些表中列出的路径通常直接从单播路由表中导出，但它们也可以不同方式导出。类似地，想要离开多播群的网络节点在多播树上向公共源网络节点发送PRUNE分组。

MRIB表用于确定接下来向其发送JOIN消息的下一跳邻居。JOIN消息在逐跳的基础上路由和处理，直到到达已经接收到多播内容的网络节点为止。沿此逐跳路径的所有网络节点都处理JOIN消息，并安装或更新对应的多播路由状态信息；例如，通过向多播的出局接口列表添加接收到JOIN消息的入局接口。例如，如果节点X经由到节点Y的入局接口接收到JOIN消息，则节点X将向用于多播的出局接口列表添加节点Y。多播内容在与接收到JOIN消息的方向相反的方向上路由到网络节点。

仅多播快速重新路由(MoFRR)是IP快速重新路由机制，其中网络节点经由多于一个路径加入多播群。加入多播群涉及从节点朝初级路径上的源传送JOIN消息并从节点朝次级路径上的源传送另一JOIN消息。如果双加入节点丢失了其在初级路径上的连接，则节点具有它可切换到的立即可用的次级路径。

根据MoFRR，每个双加入节点具有初级路径上的初级上游多播跳(UMH)和次级路径上的次级UMH。每个UMH是从路径上的节点朝多播入口节点(MCI)的上游的节点的前一跳邻居。MCI是多播流进入当前传输技术(例如PIM)域的节点，并且因此，MCI可被视为当前域的多播源。在本文的描述中，术语“MCI”与多播源节点同义地使用。要理解，本发明的实施例可应用于MCI与一般意义上的多播源节点不同的情形；例如，当MCI从位于不同传输技术域的多播源节点接收到多播数据时。

根据MoFRR，双加入节点(J)的次级UMH可选自候选节点(即前一跳上游节点)列表，其来自于朝MCI的路径上的节点J的等成本多路径(ECMP)或无环替换(LFA)邻居。如果能以与节点J到达初级UMH的成本相同的成本从节点J到达节点N，则该节点是节点J的ECMP邻居。如果满足在IETF RFC5289(2008年9月)中规定的LFA标准或在草案karan-mofrr-02(2012年3月)中规定的MoFRR的非ECMP模式条件，则节点N是节点J的LFA邻居。

具有最大冗余树(MRT)的快速重新路由是另一IP快速重新路由机制，其为每个目的地节点提供了两个最大冗余树。通过约定，这两个树被称为蓝(初级)树和红(次级)树。如果在每个节点都对一对最大冗余树进行根计算，则在单个链路或节点故障的情况下，所有节点都保持沿这些树之一可到达。从而，节点可双加入红树和蓝树，并且当单个链路/节点故障时，从一个树切换到另一个树。

MoFRR和MRT都实现活动-活动多播保护技术，其中双加入节点从初级路径和次级路径都接收相同多播流。活动-活动多播保护技术在无故障的情形下招致双带宽消耗，因为网络业务在初级路径和次级路径上都不断消耗带宽。

为了防止重复分组被转发到终端用户，在操作在活动-活动保护模式的网络中，双加入节点一次仅接受来自UMH之一的分组。UMH优选的是本地判定，其可基于内部网关协议(IGP)可达性、链路状况、双向转发检测(BFD)、业务流等。当在网络中没检测到故障时，通过阻止到不太优选的UMH的入局接口来防止接收重复分组；即，在多播树上不转发从这个入局接口接收的分组。然而，如果优选UMH出故障，则可以解除阻止到不太优选的UMH的入局接口以允许业务继续向下游。

在本文的描述中，术语“上游”是指沿朝向MCI的路径的方向，而术语“下游”是指沿远离MCI的路径的方向。另外，“相邻节点”是离开当前节点一跳的节点。“前一跳”是当前节点的上游相邻节点，而“下一跳”是当前节点的下游相邻节点。“分支节点”是耦合到多于一个去向下游的路径的节点；“合并节点”是耦合到多于一个来自上游的路径的节点。

另外，术语“链路”、“接口”或“邻居”可意味着“物理”或“虚拟”链路、接口或邻居。“物理”链路意味着两个节点之间的方向连接。物理接口或邻居意味着经由物理链路耦合到另一接口/节点的接口/节点。“虚拟”链路可以是两个节点之间的较低层隧道或复杂网络。虚拟接口/节点意味着经由物理链路耦合到另一接口/节点的接口/节点。例如，经由复杂以太网连接的两个IP路由器是在IP级的“虚拟邻居”。

本发明的实施例提供了基于PIM-SM的快速重新路由机制，该机制比基于MoFRR和MRT的现有技术更带宽有效并且对网络故障反应更快速。相对于带宽效率，本发明的实施例提供了活动-备用（live-standby）模式，在此模式中后备(次级)路径处于备用直到检测到故障为止。当网络中没有故障时，备用路径不携带多播数据分组，由此降低网络带宽的消耗。在一个实施例中，当在阻止多播流的网络的分支点接收到上游激活分组(UAP)时，激活备用路径。相对于故障反应速度，本发明的实施例提供了当网络节点检测到故障时在网络节点的数据平面中生成和处理的下游快速通知分组(DFNP)。使用DFNP改进了对非本地故障(即远程故障，或等效地，在离开多于一跳的节点或链路发生的故障)的反应的速度和可靠性。UAP和/或DFNP可用在支持MRT或MoFRR的多播网络中。

图1A图示了包含多个网络节点(“节点”)的多播通信网络12。多播通信网络12是运营商的网络。公共源节点(例如节点S11)经由多播树拓扑向若干其多播群发送多播数据。公共源节点可以是MCI或多播群的分支节点。多播接收节点(例如节点R14)(也被称为多播出口节点(MCE))是耦合到多播订户的节点，或者耦合到存在多播订户的相邻域的域出口节点。多播树的叶节点通常是MCE。在公共源节点与多播树的叶节点之间的是若干内部节点(例如节点N13)。多播数据经由内部节点从公共源节点到叶节点向下游流动。在一个实施例中，内部节点中的一个或多个也可以是MCE。

图1B图示了用于多播通信网络100的网络配置的示例。一个或多个节点从图1B中可在MCI与节点A之间省略。在如下描述中，多播通信网络100将被用作示例网络。

图2A和2B图示了基于图1的多播通信网络100配置的MRT多播树(蓝树210和红树220)的示例。蓝树210和红树220都是有向树。图2A的蓝树210可被指定为初级多播树。蓝树210中的每个细箭头指示初级路径或其在MCI与给定节点之间的部分。图2B的红树220可被指定为次级多播树。红树220中的每个细箭头指示次级路径或其在MCI与给定节点之间的部分。在实现“活动-活动”保护模式的情形下，蓝树210和红树220都消耗带宽，甚至当网络中没有故障时。红树220中的粗箭头指示当网络中没有故障时多余的带宽消耗。根据后面详细描述的本发明实施例，MRT多播树可操作在“活动-备用”模式，其中红树220不消耗带宽，直到检测到节点/链路的故障为止。

图3A-3C图示了支持MoFRR的网络段的示例。图3A图示了图1的多播通信网络100的网络段310的示例。假定，节点C是网络段310中的唯一MCE。连接MCI->A->B->C的顶部细线形成了由PIM-SM定义的初级多播树。此多播树中的每个链路表示初级路径。连接A->J->C的粗线表示由节点C的MoFRR添加的次级后备路径。从而，在此示例中，节点C是双加入节点。在“活动-活动”保护模式中，这些粗线表示当网络中不存在故障时多余的带宽使用。在“活动-备用”模式下，粗线不消耗带宽。MoFRR不一定为每一个节点提供后备路径；例如，对于节点A的故障，没有保护。

图3B图示了图1的多播通信网络100中的网络段320的另一示例。假定，节点C、E和G是网络段320中的MCE。连接MCI->F->G的顶部细线形成了由PIM-SM定义的多播树。连接到节点J和K以及从节点J和K连接的粗线表示由节点C和E的MoFRR添加的次级后备路径。从而，在此示例中，节点C和E都是双加入节点。在“活动-活动”保护模式中，这些粗线表示当网络中不存在故障时多余的带宽使用。在“活动-备用”模式下，粗线不消耗带宽。在网络分段320中，MoFRR对于节点A、C或F的故障未提供保护或者提供的保护不充分。

图3C图示了图1的多播通信网络100中网络段330的又一示例，其中节点C、E和G是用于多播流的MCE。在此示例中，MoFRR除了节点C和E还提供了节点D的保护。从节点G连接到节点D的粗线表示由节点D的MoFRR添加的次级后备路径。从而，在此示例中，节点C、D和E是双加入节点。在“活动-活动”保护模式中，这些粗线表示当网络中不存在故障时多余的带宽使用。在“活动-备用”模式下，粗线不消耗带宽。然而，在图3C中，对于节点A或F的故障仍没有保护或者保护不充分。

在以上示例中，可以看到，每个双加入节点都具有初级UMH和次级UMH。对于基于MoFRR的实施例，每个双加入节点基于ECMP或LFA选择其次级UMH。对于基于MRT的实施例，每个双加入节点基于冗余树(例如蓝树和红树)选择其次级UMH。例如，在图2A和2B中，节点D的初级UMH是节点I，而次级UMH是节点C，因为节点I在来自MCI的节点D的初级路径上，而节点C在来自MCI的节点D的次级路径上。在图3C的示例中，来自MCI的节点C的初级路径是MCI->A->B->C，并且其次级路径是MQ->A->J->C。从而，节点C的初级UMH是节点B，并且次级UMH是节点J。节点B具有节点A作为其初级UMH，但没有次级UMH。

在一个实施例中，当节点检测到本地故障(其可由其初级UMH或连接到初级UMH的链路的故障引起)时，节点向连接到多播群中下游节点的所有下游分支始发DFNP。DFNP可用于基于MRT或MoFRR的多播网络。对于基于MoFRR的实施例，下游分支包含通往下游节点的初级路径和次级路径上的所有链路。对于基于MRT的实施例，下游分支包含通往检测到故障的那个树上的下游节点的所有分支。DFNP始发节点是没有它能退回的无故障次级路径的故障检测节点。如果故障检测节点具有可用次级路径，则它可使用次级路径接收多播数据，并且不生成DFNP。当生成DFNP时，具有可用次级路径的下游节点可由DFNP触发以使得切换到次级路径。

可仅使用在数据平面中可用的转发信息，在数据平面中生成DFNP，无需来自控制平面的输入。当接收到DFNP时，也可在数据平面中处理DFNP。在发生网络故障之前，发送和接收DFNP所必需的所有信息在数据平面中都可用。仅数据平面的方法显著减少了当发生故障时的反应时间。在一个实施例中，DFNP的始发和处理可在数据平面中的一个或多个线路卡内执行；对控制平面的更新(例如路由表)可在随后时刻执行，没有影响实时故障恢复。

如果故障发生在非本地上游位置中，则双加入节点需要检测上游故障的快速且可靠机制。对于基于MoFRR的实施例，双加入节点还需要学习到，其它上游节点不能回避该故障。基于业务监视的现有方法在范围上受限制，并且与稳定状态分组流工作最佳。例如，如果在网络中存在恒定繁重多播业务，则业务流中的中断可被用作故障指示符。通过对比，DFNP独立于分组流的状态。DFNP是非本地故障的指示符，并且可触发次级后备路径的解除阻止。

图4A图示了由从DFNP始发节点向下游的每个节点遵循的规则的实施例。在一个实施例中，规则可存储在每个网络节点(诸如下面在图5A和5B中描述的网络节点)的数据平面电路中。

(R1)(框411)如果节点从其初始UMH接收到DFNP，并且具有无故障次级路径(例如从其次级UMH未接收到DFNP，或者在到次级UMH的连接未检测到故障)，则该节点是修复节点。在接收到DFNP时，这个修复节点解除阻止到其次级UMH的次级路径。修复节点不进一步向下游转发DFNP。

(R2)(框412)如果节点从其初级UMH接收到DFNP，但没有次级UMH，则该节点不是修复节点。在接收到DFNP时，这个节点向所有其下游节点转发DFNP。对于基于MoFRR的实施例，下游节点包含进一步向下游的初级路径和次级路径上的分支上的所有节点。对于基于MRT的实施例，下游节点包含在检测到故障的那个树上的下游分支上的所有节点。

(R3)(框413)如果节点接收到两个DFNP——一个来自于其初级UMH而另一个来自于其次级UMH，则此节点也不是修复节点。从相应UMH接收到两个DFNP是其初级路径和次级路径二者都有故障的指示。在接收到两个DFNP时，节点向所有下游节点转发DFNP之一(与在R2中一样)。另一个DFNP可被丢弃(等同于“不转发”)。在一种情形下，节点在从其初级路径接收到DFNP时可等待预定时间量，以看看它是否将从其次级路径接收到另一DFNP。如果从次级路径接收到另一DFNP，则节点不需要解除阻止次级路径，因为解除阻止不能纠正故障。在另一情形下，节点在从其初级路径接收到DFNP时可立即解除阻止其次级路径，并丢弃所接收的DFNP。如果节点随后未接收到多播数据业务，而相反从次级UMH接收到另一DFNP，则节点将向所有其下游节点转发这个另一DFNP。

(R4)(框414)仅从节点的次级UMH接收到的DFNP要被丢弃。

图3C的MoFRR示例可用于说明以上规则的应用。如果节点A出故障，则节点B和J将都在本地检测故障(例如在它们的相应入局接口)，并且每个都始发DFNP。两个DFNP都朝节点C向下游发送。节点C不是修复节点，因为它将从其初级UMH(节点B)和其次级UMH(节点J)接收到两个DFNP。因为节点C不是修复节点，因此它将朝K和D转发DFNP之一(遵守规则R3)。节点K没有用于多播树的次级UMH，因此它将朝节点E向下游发送DFNP(遵守规则R2)。节点D具有工作的次级UMH(节点I)，因此节点D是修复节点(应用规则R1)。节点E应用规则R4。因此，位于节点D和E或来自节点D和E下游的订户将继续接收多播业务。

对于基于MRT的实施例，修复节点是不仅具有次级树中的无故障次级路径而且具有将多播分组的报头从其下游节点的初级树转换到次级树的能力的节点。在基于MRT的一些实施例中，多播分组在它们的报头中携带标识分组遍历的树的树ID。在一个情形下(I)，所有节点对于其它节点都可将分组报头从一个树转换到另一个树。从而，故障检测节点可将多播接收切换到次级树，并对于初级树上的其下游节点转换分组。在这种情形(I)下，DFNP不是必要的。在另一情形(II)下，一些网络节点(例如内部节点)可能能够仅对于其订户(如果有的话)而不对于其它节点将分组报头从一个树转换到另一树。从而，是内部节点的故障检测节点可将多播接收切换到次级树，并向初级树上的其下游节点发送DFNP，使得这些下游节点也能将多播接收切换到次级树。在本文对于MRT的描述中，术语“初级/次级树”和“初级/次级路径”可互换使用。

例如，假定图2A的蓝树210是初级树，图2B的红树220是次级树，并且故障发生在将节点I连接到节点D的链路上。当网络操作在活动-活动模式时，树210和220都携带多播数据业务，但每个节点都阻止到次级路径的其入局接口(在红树220上)。当检测到故障时，不生成UAP，因为节点可简单地解除阻止到其次级UMH的其入局接口以接收多播业务。在内部节点可对于其它节点从一个树转换到另一树的情形(I)下，在检测到其初级UMH的故障时，节点D可简单地解除阻止来自节点C的其次级路径，并且重复，并将业务从初级树上的它的次级UMH(节点C)向下游转换(例如对于节点E、K、C、J、B和A)。在此情况下，节点D将不生成DFNP。

在内部节点对于其它节点不能从一个树转换到另一树的情形(II)下，节点D在检测到故障时在初级树的下游向节点E、K、C、J、B发送DFNP。DFNP由这些节点中的每个节点用于解除阻止到次级UMH的其入局接口。例如，节点K在接收到DFNP时可立即解除阻止次级UMH(即来自节点C的入局接口)，并且开始对于其订户转换多播数据分组。

图4B是图示用于处理接收的DFNP的方法400的实施例的流程图。当网络节点接收到DFNP时(框410)，它确定是否从其初级UMH接收到DFNP(框420)。如果仅从次级UMH接收到DFNP，则网络节点丢弃DFNP(框430)。如果从初级UMH接收到DFNP，则网络节点确定它是否还从其次级UMH接收到DFNP(框440)。如果网络节点从两个UMH接收到两个DFNP，则它进一步向下游仅转发一个DFNP(框450)。如果网络节点仅从其初级UMH接收到DFNP，则网络节点确定它是否具有到MCI的无故障次级路径(框460)。如果网络节点没有此类无故障次级路径，则它进一步向下游转发DFNP(框470)。网络节点可基于其到次级UMH的连接的本地检测或基于节点是否从次级UMH接收到指示在框440所确定的非本地故障的DFNP来确定它是否具有到MCI的无故障次级路径。

如果网络节点具有无故障次级路径(框460)，则它将多播接收切换到次级UMH(框480)，并且不再进一步转发DFNP(框490)。网络节点可通过解除阻止到次级UMH的其入局接口来切换多播接收。对于基于MRT的网络实施例，还在框480之后确定网络节点对于初级树上的其下游节点是否能够将多播分组从一个树转换到另一树(框485)。如果网络节点不能转换用于其它节点的多播分组，则网络节点进一步向下游转发DFNP(框470)。如果网络节点能转换用于其它节点的多播分组，则它可开始转换分组，并且不再进一步转发DFNP(框490)。

对是否转发DFNP的判定可总结如下。如果节点仅从其次级路径接收到DFNP，或者如果它从其初级路径接收到DFNP，并且其次级路径可能在工作(例如，次级UMH的“向下状况”尚未由本地检测或从次级UMH接收的DFNP确认)，则它不进一步向下游转发DFNP。如果节点从其初级路径接收到DFNP并且对于该节点不存在次级路径，或者如果节点从其初级路径和次级路径之一接收到DFNP并且之前从其初级路径和次级路径中的另一个接收到另一DFNP，则它进一步向下游转发DFNP。

在网络操作活动-备用模式的一些实施例中，网络节点可沿次级路径发送上游激活分组(UAP)(框480)，使得阻止到次级路径的多播数据流的上游节点可解除阻止其对应出局接口以激活次级路径。下面将结合活动-备用模式操作描述有关UAP的更多细节。

DFNP允许从故障向下游的节点明确标识受故障影响的多播树。在一个实施例中，DFNP包含标识多播群或多播树的多播源地址和多播群地址(例如在IP源/目的地地址字段中)。

DFNP容易由接收节点识别。在一个实施例中，特殊IP协议值(例如在IP报头中)或特别分配的用户数据报协议(UDP)端口号可用于区分DFNP与多播流中的规则数据分组。如果使用特殊UDP端口号，则IP协议字段可设置成容易识别的值，诸如对应于PIM的“103”。在用于故障查找的一些实施例中，有效载荷可含有始发DFNP的节点ID，并且还可含有连接性丢失的节点ID和/或连接性丢失的链路ID。在一些实施例中，DFNP还可包含指示其始发时间的时间戳。

图5A图示了可用于实现本发明实施例的网络节点500的示例。网络节点500可以是上面在图2A-2B和3A-3C中描述的任何网络节点。如图5中所示，网络节点500包含数据平面，数据平面进一步包含切换结构530、若干线路卡550和多个I/O端口580。每个线路卡550包含对通过I/O端口580接收的数据执行功能的线路卡处理器551。如图5B中所示，线路卡处理器551的实施例包含配置成生成和处理UFNP的下游通知模块511。数据平面还包含用于网络节点500是成员的每个多播群的一个或多个转发表553。转发表存储用于跟踪网络节点的上游邻居(例如UMH)、下游邻居和到这些邻居的接口的转发信息。切换结构230在线路卡550之间交换数据。

网络节点500还包含控制平面。控制平面进一步包含含有配置成处置网络业务的路由和管理的控制逻辑的一个或多个节点处理器510。控制平面还包含存储器520，存储器520存储一个或多个路由表521以保持网络的路由信息，还有其它东西。要理解，网络节点500可包含与上面所描述的不同的附加组件和信息。

图6图示了在故障情况下提供多播快速重新路由的方法600的实施例。在一个实施例中，方法600可由多播通信网络中的网络节点诸如图5A的网络节点500执行。

在网络节点检测到丢失了到上游邻居的连接时(框610)，方法600开始。在一个实施例中，上游邻居是多播群的网络节点的初级UMH。如果确定故障检测节点不能重新路由多播数据业务以允许多播数据业务由多播群的接收节点接收，则它生成通知分组(框620)。在基于MRT的实施例(上述情形(I))中，重新路由可涉及由故障检测节点将多播接收切换到红树，并转换用于蓝树中所有其下游节点的多播分组。在基于MRT的实施例(上述情形(II))中，重新路由可涉及由故障检测节点和蓝树中一些或所有其下游节点将多播接收切换到红树。在基于MoFRR的实施例中，重新路由可涉及由从故障向下游的合并节点将多播接收切换到次级UMH，其具有到MCI的工作次级路径。从而，响应于在框620的确定，节点生成通知分组(例如DFNP)，并朝向多播群的接收节点的下游发送通知分组(框630)。通知分组使一个或多个下游节点将多播接收切换到多播通信网络中的一个或多个冗余次级路径，由此重新路由多播数据业务。

在一个实施例中，多播接收可由在接收侧的节点从初级路径切换到次级路径；例如，通过解除阻止到次级UMH的节点的入局接口。在另一实施例中，多播接收可由在传送侧的节点从初级路径切换到次级路径；例如，通过解除阻止到次级路径上的下游邻居的节点的出局接口。在活动-活动模式操作的分支节点(在传送侧)具有到其初级和次级下游邻居的解除阻止的出局接口，使重复的多播数据业务在次级路径上流动。对应的合并节点(在接收侧)具有到次级UMH的阻止的入局接口以防止接收到重复业务，只要没有故障即可。相比之下，根据本发明的实施例，在活动-备用模式下操作的分支节点具有到次级路径的阻止的出局接口，而对应合并节点具有到次级路径的解除阻止的入局接口。因此，避免了多播重复，并且优化了多播带宽消耗。

图7A和图7B图示了根据本发明的实施例若干网络节点可如何在活动-备用模式下阻止它们的接口。图7A图示了存储在图2A(蓝树)和2B(红树)的节点B、C和D的数据平面中的图5A的转发表553的实施例，并且图7B图示了图3C的相同节点的转发表553的实施例。对于每个多播群，每个网络节点中的转发表553存储标识节点的上游邻居(即UMH)的入局接口(入局IF)710的列表以及标识那个多播群中节点的下游邻居的出局接口(出局IF)720的列表。其中一些接口可被阻止(由一对括号指示)。在一些实施例中，与阻止的接口关联的标志可设置成指示其阻止的状况。在如图7A中所示的基于MRT的实施例中，假定蓝树是初级树，而红树是次级树。在无故障的情形下，所有蓝树接口都被解除阻止。对于在活动-备用模式下操作的网络，示出了两个选项(红树(A)和红树(B))。对于在无故障情形下的红树(A)选项，当仅MCI阻止到红树的其出局接口时，红树中的所有接口都被解除阻止。对于无故障情形下的红树(B)，所有节点都阻止红树中的它们的出局接口。在其它实施例(未示出)中，节点可阻止红树中的其入局和出局接口。在如图7B中所示的基于MoFRR并在活动-备用模式下操作的网络的实施例中，到次级DMH的分支节点的出局接口可被阻止，以防止在次级路径上发送重复的多播数据分组。例如，到节点K的节点C的出局接口被阻止。

当在操作在活动-活动模式下的网络的上游位置检测到故障时，下游节点可通过解除阻止到次级路径的其入局接口来开始接收多播数据。然而，当在操作在活动-备用模式下的网络中检测到故障时，下游节点不能从次级路径接收多播数据，除非其上游节点阻止到次级路径的出局接口。上面描述的DFNP将故障信息传到具有到MCI的工作次级路径的下游节点。为了下游节点开始接收多播，位于次级路径传送侧的上游节点需要解除阻止其出局接口以允许多播数据在次级路径上流动。

本发明的实施例提供了上游激活分组(UAP)，其在检测到故障时在次级路径上发送，以明确激活次级路径上的业务。因为当没有故障时多播数据业务不在这些次级路径上流动，因此发送UAP激活了这些阻止的出局接口。从而，网络可保持次级路径处于备用模式(即不加载)，由此大大减少带宽消耗(例如减少了50%那么多)。

根据在活动-备用模式下操作的本发明的实施例，生成UAP，并响应于在初级路径上游某个地方已经发生的网络故障(例如节点或链路故障)的指示经由次级路径朝MCI向上游发送UAP。UAP可由具有到MCI的故障初级路径和到MCI的工作次级路径的节点生成。更确切地说，UAP始发节点是通过任何故障检测技术检测到上游故障或被通知了上游故障的节点，并且也是具有朝向MCI的工作次级路径的节点。通过从其初级路径接收DFNP可通知UAP始发节点上游故障。备选地，UAP始发节点可在到初级UMH的其入局接口检测到连接丢失。在一些实施例中，UAP始发节点可使用与DFNP无关的任何手段检测到上游故障。例如，可以稳定速率从MCI到多播接收节点发送心跳信号。这些信号可作为多播数据流沿同一多播树转发。缺乏此类心跳指示存在故障。在一些其它实施例中，UAP始发节点可通过监视初级路径上的多播数据业务来检测上游故障。在所有上述情形下，UAP始发节点都需要具有UAP可发送到的工作次级UMH。也就是说，可能没有UAP始发节点的次级路径上的上游故障的指示；例如，未从次级UMH接收到DFNP，或者没有丢失到次级UMH的连接。

UAP激活在其上接收到它的任何阻止的出局接口。阻止或解除阻止出局接口取决于如何构建次级路径。在活动-备用模式下，次级路径用专用备用(后备)状况构建。为了用专用的备用状况构建次级路径，在一个实施例中，由加入节点发送的JOIN请求(例如PIM JOIN消息)可用标志标记以指示备用状况(对于基于MRT的实施例，标志可以是指示正在加入的树之一的树ID)。当这个请求达到多播树中的上游节点时，上游节点将到次级路径的出局接口安装在数据平面中。根据多播树中上游节点的位置，出局接口可用指示它被阻止的标志安装。分组不被转发到阻止的出局接口，除非激活分组(例如UAP)激活了该接口。

对于基于MoFRR的本发明实施例，仅分支节点需要保持用于阻止的次级路径的它们的出局接口。次级加入请求可从合并节点向上通过不在初级路径上的几跳穿行。然而，仅是次级的节点不从分支节点接收分组，因为分支节点的出局接口被阻止了。因此，这仅是次级的节点不需要阻止它们的接口。分支节点在接收到UAP时可解除阻止到次级路径的其出局接口，并且丢弃UAP，即，不需要将它进一步向下游转发。对于基于MRT的实施例，这个分支节点是MCI。对于基于MoFRR的实施例，这个分支节点不一定是MCI。例如，如果节点C(在图3C中)检测到在到节点B的其入局接口的连接丢失，但未检测到在到节点J的其入局接口的故障，则节点C可沿次级路径向MCI发送UAP。节点A(从节点C向上游的第一分支节点)拦截这个UAP，解除阻止到节点J的其出局接口，并且丢弃UAP。

对于基于MRT的实施例，根据当构建MRT多播树时阻止哪些出局接口，存在用于处置UAP的两个备选选项(A)和(B)。在仅MCI保持阻止次级出局接口的第一选项(A)中(如图7A的红树选项(A)中所示的)，UAP仅由MCI处理。MCI在对UAP反应时执行如下一项：(A1)解除阻止次级树上的所有出局接口，或者(A2)仅解除阻止通过其接收UAP的那个出局接口。在第一情况(A1)下，一次激活整个次级树。在第二情况(A2)下，仅激活重新路由多播所需的分支。在多播群中的所有节点都阻止用于次级树的它们的出局接口的第二选项(B)中(如图7A的红树选项(B)中所示的)，每个节点解除阻止在朝向MCI转发UAP时接收UAP的出局接口。选项(B)具有仅被激活的路径是重新路由多播所需的次级树上的路径的效果。相比之下，选项(A1)激活整个次级树，并且选项(A2)激活整个子树。例如，如果节点C(在图2B中)检测到在到节点J的其入局接口处的连接丢失，则节点C可沿次级路径(即红树220)向MCI发送UAP。UAP使MCI(选项(A))或所有MCI、节点A和节点B(选项(B))解除阻止它们的出局接口。

另外，根据内部节点对于其它节点是否能将多播分组报头从一个树转换到另一个树，内部故障检测节点可以生成或者可以不生成DFNP或UAP。如下描述了用于操作在活动-备用模式下的基于MRT的网络的两种情形，其中假定蓝树210是初级树，红树220是次级树，并且故障发生在将节点I连接到节点D的链路上。

在内部节点对于其它节点可从一个树转换到另一树的情形(1)下，当节点D检测到故障时，它具有到它可切换到的工作次级路径。然而，次级路径当前不是活动的。从而，D不需要发送DFNP，但将需要在次级路径上经由节点C、B和A发送UAP以到达MCI。对于选项(A)(其中仅MCI阻止到红树的其出局接口)和选项(B)(其中MCI和节点C、B和A阻止到红树的它们的相应出局接口)，这个UAP将激活次级路径。

在内部节点对于其它节点不能从一个树转换到另一树的情形(2)下，节点D在检测到故障时将通过将UAP通过节点C发送到MCI来激活其次级路径。节点D还将沿蓝树向节点E、K、C、J、B和A发送DFNP。每个节点在接收到DFNP时通过沿次级路径向上游发送UAP来激活其次级路径。例如，节点K在从节点D接收到DFNP之后将UAP通过节点C发送到MCI，使得其次级路径接收到业务。到这时，节点C可能已经由来自节点D的UAP激活了红树上的其接口，因此节点C将不需要从节点K朝MCI转发UAP。

在一个实施例中，UAP的源IP地址标识始发UAP的节点，并且目的地IP目的地地址标识MCI。在次级路径上在下游方向朝MCI发送UAP。UAP可由接收节点简单地识别，因为它含有特殊IP协议值(在IP报头中)或特别分配的UDP端口号。如果使用特殊UDP端口号，则IP协议字段可设置成对应于PIM的值(103)。UAP的有效载荷含有用于标识的多播源地址和多播群的群地址。在用于故障查找的一些实施例中，UAP的有效载荷可含有连接性丢失的节点ID和/或连接性丢失的链路ID。在一些实施例中，时间戳也可被添加到UAP。

图8图示了在故障情况下激活备用路径的方法800的实施例。在一个实施例中，方法800可由多播通信网络中的网络节点诸如图5A的网络节点500执行。

方法800开始于网络节点接收到丢失到多播树的初级路径的连接的指示(框810)。多播树操作在活动-备用模式下以减少带宽使用，其中当网络中没有故障时，多播数据业务不在次级路径上流动。如果网络节点确定它具有到源节点的无故障次级路径(框820)，则它经由无故障次级路径朝公共源节点向上游发送激活分组(例如UAP)。UAP激活多播数据业务传送在无故障次级路径上的流动，使一个或多个上游节点解除阻止相应一个或多个出局接口，由此激活在无故障次级路径上多播数据业务的传送(框830)。

已经参考图5A的示范实施例描述了图6和图8的操作。然而，应该理解，图6和图8的操作可由不同于参考图5A讨论的实施例的本发明实施例执行，并且参考图5A讨论的实施例可执行与参考图6和图8讨论的操作不同的操作。虽然图6和图8示出了由本发明的某些实施例执行的具体操作次序，但应该理解，此类次序是示范性的(例如，备选实施例可按不同的次序执行操作，组合某些操作，交叠某些操作等)。

本发明的不同实施例也可使用软件、固件和/或硬件的不同组合来实现。从而，附图中示出的技术可使用在一个或多个电子装置(例如终端站、网络单元)上存储和执行的代码和数据实现。此类电子装置使用诸如非暂时性计算机可读存储介质(例如磁盘、光盘、随机存取存储器、只读存储器、闪存装置、相变存储器)和暂时性计算机可读传送介质(例如电、光、声或其它形式传播信号——诸如载波、红外信号、数字信号)的计算机可读介质来存储和传递(在内部和/或通过网络与其它电子装置)代码和数据。此外，此类电子装置通常包含耦合到诸如一个或多个存储装置(非暂时性机器可读存储介质)、用户输入/输出装置(例如键盘、触摸屏和/或显示器)和网络连接的一个或多个其它组件的一个或多个处理器的集合。处理器集合与其它组件的耦合通常通过一个或多个总线和桥(也称为总线控制器)。从而，给定电子装置的存储装置通常存储代码和/或数据以便在那个电子装置的一个或多个处理器的集合上执行。

如本文使用的，网络单元(例如路由器、交换机、桥、控制器)是一件连网设备，包含以通信方式互连网络上其它设备(例如其它网络单元、终端站)的硬件和软件。一些网络单元是为多个连网功能(例如路由、桥接、交换、层2聚合、会话边界控制、服务质量和/或订户管理)提供支持和/或为多个应用服务(例如数据、语音和视频)提供支持的“多服务网络单元”。订户终端站(例如服务器、工作站、膝上型电脑、上网本、掌上电脑、移动电话、智能电话、多媒体电话、因特网协议语音(VOIP)电话、用户设备、终端、便携式媒体播放器、GPS单元、游戏系统、机顶盒)访问通过因特网提供的内容/服务和/或在叠加在因特网上(例如通过因特网遂穿)的虚拟私用网(VPN)上提供的内容/服务。内容和/或服务通常由属于服务或内容提供商的一个或多个终端站(例如服务器终端站)或参与对等服务的终端站提供，并且例如可包含公用网页(例如免费内容、店面、搜索服务)、私用网页(例如提供电子邮件服务的用户名/密码访问的网页)和/或VPN上的公司网络等。通常，订户终端站(例如通过(有线或无线)耦合到接入网的客户室内设备)耦合到边缘网络单元，边缘网络单元(例如通过一个或多个核心网络单元)耦合到其它边缘网络单元，其它边缘网络单元耦合到其它终端站(例如服务器终端站)。

虽然已经依据几个实施例描述本发明，但本领域技术人员将认识到，本发明不限于所描述的实施例，可用在所附权利要求书的精神和范围内的修改和变化来实行。从而，描述被视为说明性的而不是限制性的。

Claims (26)

1. 一种由多播通信网络中的网络节点执行的方法，所述多播通信网络包含多播树以提供从公共源节点到一个或多个多播接收节点的连接性，所述多播通信网络还包括对所述多播树提供冗余的一组次级路径，使得在所述多播树中故障的情况下多播数据业务将被重新路由到所述次级路径中的一个或多个，所述方法包括如下步骤：

由所述网络节点检测到所述网络节点的上游邻居的入局接口处的连接丢失；

确定所述网络节点不能重新路由所述多播数据业务以允许由所述多播接收节点接收所述多播数据业务；以及

朝所述一个或多个多播接收节点向下游发送通知分组，其中所述通知分组使一个或多个下游节点将多播接收切换到所述次级路径的一个或多个以重新路由所述多播数据业务。

2. 如权利要求1所述的方法，其中所述多播通信网络包含一组双加入节点，所述双加入节点中的每个耦合到在到所述公共源节点的相应初级路径上的初级上游多播跳(UMH)和在到所述公共源节点的相应次级路径上的次级UMH，所述方法进一步包括基于等成本多路径(ECMP)、无环替换(LFA)或仅多播快速重新路由(MoFRR)选择所述次级UMH的步骤。

3. 如权利要求1所述的方法，其中所述多播通信网络包括一组双加入节点，所述双加入节点中的每个耦合到在到所述公共源节点的相应初级路径上的初级上游多播跳(UMH)和在到所述公共源节点的相应次级路径上的次级UMH，所述方法进一步包括基于最大冗余树(MRT)选择所述初级和次级UMH的步骤。

4. 如权利要求1所述的方法，其中所述通知分组使具有到所述公共源节点的无故障次级路径的下游合并节点解除阻止到所述无故障次级路径的入局接口。

5. 如权利要求1所述的方法，其中所述通知分组使具有到所述公共源节点的无故障次级路径的下游合并节点在所述一组次级路径备用时生成激活分组，以及经由所述无故障次级路径朝所述公共源节点发送所述激活分组以使所述激活分组的接收节点解除阻止所述多播数据业务的出局接口。

6. 如权利要求1所述的方法，其中如果所述通知分组是从所述接收节点的次级路径接收，或者如果所述通知分组是从所述接收节点的初级路径接收并且所述次级路径可能正在工作，则所述通知分组不被所述通知分组的接收节点进一步向下游转发。

7. 如权利要求1所述的方法，其中如果所述通知分组是从所述接收节点的初级路径接收并且对于所述接收节点不存在次级路径，或者如果所述通知分组是从所述接收节点的所述初级路径和所述次级路径之一接收并且先前从所述初级路径和所述次级路径的另一个接收另一个通知分组，则所述通知分组由所述通知分组的接收节点进一步向下游转发。

8. 如权利要求1所述的方法，其中所述发送的步骤还包括将所述通知分组发送到所述多播树中的所有分支以及来自所述网络节点的所述一个或多个次级路径的步骤。

9. 如权利要求1所述的方法，其中所述发送的步骤还包括沿两个多播树中在其上检测到所述连接丢失的多播树向下游发送所述通知分组的步骤。

10. 如权利要求1所述的方法，其中所述通知分组包含多播源地址和用于标识向其发送所述多播数据业务的多播群的多播群地址。

11. 如权利要求1所述的方法，其中所述通知分组基于存储在所述网络节点的一个或多个线路卡中的信息生成，并且其中所述信息在所述连接丢失之前已经存储在所述一个或多个线路卡中。

12. 如权利要求1所述的方法，其中所述通知分组包含IP报头中的特殊因特网协议(IP)值，或者特别分配的用户数据报协议(UDP)端口号。

13. 如权利要求1所述的方法，其中所述通知分组包含如下信息中的一个或多个：丢失到其的连接性的节点的标识符、丢失其上的连接性的链路的标识符以及指示何时检测到所述连接丢失的时间戳。

14. 一种在多播通信网络中的网络节点，所述多播通信网络包含多播树以提供从公共源节点到一个或多个多播接收节点的连接性，所述多播通信网络还包括对所述多播树提供冗余的一组次级路径，使得在所述多播树中故障的情况下多播数据业务将被重新路由到所述次级路径中的一个或多个，所述网络节点包括：

存储器，配置成存储所述多播数据业务的转发信息；

配置成接收所述多播数据业务的接收器电路；

耦合到所述存储器和所述接收器电路的一个或多个处理器，所述一个或多个处理器配置成检测到所述网络节点的上游邻居的入局接口处的连接丢失，以及确定所述网络节点是否能够重新路由所述多播数据业务以允许所述多播数据业务到达所述多播接收节点；

耦合到所述一个或多个处理器的下游通知模块，配置成响应于确定所述网络节点不能重新路由所述多播数据业务而始发通知分组；以及

耦合到所述一个或多个处理器的传送器电路，配置成朝所述一个或多个多播接收节点向下游发送所述通知分组，其中所述通知分组使一个或多个下游节点将多播接收切换到所述次级路径中的一个或多个以重新路由所述多播数据业务。

15. 如权利要求14所述的网络节点，其中所述网络包含一组双加入节点，所述双加入节点中的每个耦合到在到所述公共源节点的相应初级路径上的初级上游多播跳(UMH)和在到所述公共源节点的相应次级路径上的次级UMH，其中基于等成本多路径(ECMP)、无环替换(LFA)或仅多播快速重新路由(MoFRR)选择所述次级UMH。

16. 如权利要求14所述的网络节点，其中所述网络包括一组双加入节点，所述双加入节点中的每个耦合到在到所述公共源节点的相应初级路径上的初级上游多播跳(UMH)和在到所述公共源节点的相应次级路径上的次级UMH，其中基于最大冗余树(MRT)选择所述次级UMH。

17. 如权利要求16所述的网络节点，其中所述通知分组使具有到所述公共源节点的无故障次级路径的下游合并节点解除阻止到所述无故障次级路径的入局接口。

18. 如权利要求14所述的网络节点，其中所述通知分组使具有到所述公共源节点的无故障次级路径的下游合并节点在所述一组次级路径备用时生成激活分组，以及经由所述无故障次级路径朝所述公共源节点发送所述激活分组以使所述激活分组的接收节点解除阻止所述多播数据业务的出局接口。

19. 如权利要求14所述的网络节点，其中如果所述通知分组是从所述接收节点的次级路径接收，或者如果所述通知分组是从所述接收节点的初级路径接收并且所述次级路径可能正在工作，则所述通知分组不被所述通知分组的接收节点进一步向下游转发。

20. 如权利要求14所述的网络节点，其中如果所述通知分组是从所述接收节点的初级路径接收并且对于所述接收节点不存在次级路径，或者如果所述通知分组是从所述接收节点的所述初级路径和所述次级路径之一接收并且先前从所述初级路径和所述次级路径的另一个接收另一个通知分组，则所述通知分组由所述通知分组的接收节点进一步向下游转发。

21. 如权利要求14所述的网络节点，其中所述传送器电路配置成将所述通知分组发送到所述多播树中的所有分支以及来自所述网络节点的所述一个或多个次级路径。

22. 如权利要求14所述的网络节点，所述传送器电路配置成沿两个多播树中在其上检测到所述连接丢失的多播树向下游发送所述通知分组。

23. 如权利要求14所述的网络节点，其中所述通知分组包含多播源地址和用于标识向其发送所述多播数据业务的多播群的多播群地址。

24. 如权利要求14所述的网络节点，其中所述通知分组基于存储在一个或多个线路卡中的信息生成，并且其中所述信息在所述连接丢失之前已经存储在所述一个或多个线路卡中。

25. 如权利要求14所述的网络节点，其中所述通知分组包含IP报头中的特殊因特网协议(IP)值，或者特别分配的用户数据报协议(UDP)端口号。

26. 如权利要求14所述的网络节点，其中所述通知分组包含如下信息中的一个或多个：丢失到其的连接性的节点的标识符、丢失其上的连接性的链路的标识符以及指示何时检测到所述连接丢失的时间戳。