CN110398918A - 一种家庭网关的组播流控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种家庭网关的组播流控制系统，家庭网关包括：流表控制单元，流表控制单元用于根据控制器下发的转发流表控制家庭网关的转发过程；软件转发单元，用于根据流表控制单元的控制学习和更新家庭网关的软件组播转发表，以及通过软件组播转发表对组播数据流报文进行软件转发；硬件转发单元，用于根据家庭网关的硬件组播转发表对家庭网关接收的组播数据流报文进行硬件转发；软件转发单元中包括一组播映射控制模块，用于更新硬件组播转发表转发。有益效果：通过控制组播数据流报文的学习，改变家庭网关的组播转发表，实现组播转发的灵活控制；实现部分硬件转发和部分软件转发，有效地提高转发效率。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种家庭网关的组播流控制系统。
背景技术
组播流是采用组播协议传输的数据流，区别于单播的地方是，组播使用UDP(UserDatagram Protocol，用户数据报协议)方式，不需要像单播那样建立一对一的TCP连接。可以完成一对多的数据传输，常用于IPTV的视频流传送。
通常的家庭网关组播由内核处理IGMP协议报文，并维持软件的组播转发表和硬件的组播转发，但这个方法在处理组播流的灵活性上存在以下限制，例如：(1)组播策略固化，无法通过操作IGMP协议报文来变更组播流的转发方式；(2)组播流完全依赖硬件转发，硬件功能缺陷时无法通过软件转发的方式进行弥补。因此，现需一种将硬件转发与软件转发相结合的方式来提高转发效率以及转发的稳定性。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种家庭网关的组播流控制系统。
具体技术方案如下：
本发明包括一种家庭网关的组播流控制系统，包括一控制器以及与所述控制器远程连接的家庭网关，所述控制器用于向所述家庭网关下发转发流表；
所述家庭网关包括：
流表控制单元，设置于所述家庭网关的应用层，所述流表控制单元用于根据所述控制器下发的转发流表控制所述家庭网关的转发过程；
软件转发单元，连接所述流表控制单元，所述软件转发单元设置于所述家庭网关的内核层，并用于根据所述流表控制单元的控制学习和更新所述家庭网关的软件组播转发表，以及通过所述软件组播转发表对所述家庭网关接收的组播数据流报文进行软件转发；
硬件转发单元，连接所述软件转发单元，所述硬件转发单元设置于所述家庭网关的硬件层，并用于根据所述家庭网关的硬件组播转发表对所述家庭网关接收的组播数据流报文进行硬件转发；
所述流表控制单元中包括：
转发判断模块，用于根据所述家庭网关的软件组播转发表以及硬件组播转发表进行判断，以将所述家庭网关接收的所述组播数据流报文分配给所述软件转发单元或者所述硬件转发单元进行报文转发；
流表学习模块，连接所述转发判断模块，用于根据所述转发判断模块判断的结果，将不匹配于软件组播转发表的组播数据流报文送入转发流表中进行学习，并将学习后的表项送入所述软件转发单元中，以更新所述软件组播转发表；
所述软件转发单元中包括一组播映射控制模块，用于根据所述转发判断模块判断的结果，将不匹配于硬件组播转发表的组播数据流报文所对应的表项映射至所述硬件组播转发表中，以更新所述硬件组播转发表。
优选的，所述转发判断模块具体包括：
第一判断部件，用于判断所述组播数据流报文是否匹配所述硬件组播转发表，并得到第一判断结果，所述转发判断模块根据所述第一判断结果，将匹配于所述硬件组播转发表的所述组播数据流报文分配至所述硬件转发单元进行转发；
第二判断部件，连接所述第一判断部件，当所述第一判断结果表示存在有不匹配于所述硬件组播转发表的所述组播数据流报文时，所述第二判断部件判断所述组播数据流报文是否匹配所述软件组播转发表，并得到第二判断结果，所述转发判断模块根据所述第二判断结果，将匹配于所述软件组播转发表的所述组播数据流报文分配至所述软件转发单元进行转发；
强制部件，连接所述第二判断部件，当所述第二判断结果表示所述组播数据流报文不匹配于所述软件转发表时，所述强制部件将所述组播数据流报文强制送入所述流表学习模块中进行转发流表的表项学习。
优选的，当所述第一判断结果表示存在有部分所述组播数据流报文匹配于所述硬件组播转发表时，所述转发判断模块将匹配于所述硬件组播转发表的部分所述组播数据流报文分配至所述硬件转发单元进行转发，并发送不匹配于所述硬件组播转发表的部分所述组播数据流报文，以供所述第二判断部件继续进行判断。
优选的，所述组播映射控制模块在映射表项时，选择性地映射由所述家庭网关提供硬件支持的表项至所述硬件组播转发表中。
优选的，所述家庭网关为SDN交换机。
优选的，所述组播报文包括IGMP报文。
优选的，所述控制器为SDN控制器。
优选的，所述转发流表为openflow流表。
本发明还包括一种家庭网关的组播流控制方法，包括以下步骤：
步骤S1，所述控制器向所述家庭网关下发所述转发流表；
步骤S2，所述家庭网关接收组播数据流报文；
步骤S3，所述家庭网关根据所述家庭网关的软件组播转发表以及硬件组播转发表进行判断，以将所述家庭网关接收的所述组播数据流报文进行软件转发或者硬件转发；
所述组播流控制方法还包括一第一更新过程，具体包括：
根据所述步骤S3中的判断结果，所述家庭网关将不匹配于软件组播转发表的组播数据流报文送入所述转发流表中进行学习，并根据学习后的表项更新所述软件组播转发表；
所述组播流控制方法还包括一第二更新过程，具体包括：
根据所述步骤S3中的判断结果，所述家庭网关将不匹配于硬件组播转发表的组播数据流报文所对应的表项映射至所述硬件组播转发表中，以更新所述硬件组播转发表。
优选的，所述步骤S3具体包括：
步骤S31，所述第一判断部件判断所述组播数据流报文是否匹配所述硬件组播转发表，并得到第一判断结果，所述转发判断模块根据所述第一判断结果，将匹配于所述硬件组播转发表的所述组播数据流报文分配至所述硬件转发单元进行转发；
步骤S32，当所述第一判断结果表示存在有不匹配于所述硬件组播转发表的所述组播数据流报文时，所述第二判断部件判断所述组播数据流报文是否匹配所述软件组播转发表，并得到第二判断结果，所述转发判断模块根据所述第二判断结果，将匹配于所述软件组播转发表的所述组播数据流报文分配至所述软件转发单元进行转发；
步骤S33，当所述第二判断结果表示所述组播数据流报文不匹配于所述软件转发表时，所述强制部件将所述组播数据流报文强制送入所述流表学习模块中进行转发流表的表项学习。
优选的，于所述步骤S32中，当所述第一判断结果表示存在有部分所述组播数据流报文匹配于所述硬件组播转发表时，所述转发判断模块将匹配于所述硬件组播转发表的部分所述组播数据流报文分配至所述硬件转发单元进行转发，并发送不匹配于所述硬件组播转发表的部分所述组播数据流报文，以供所述第二判断部件继续进行判断。
优选的，所述第二更新过程中，所述组播映射控制模块在映射表项时，选择性地映射由所述家庭网关提供硬件支持的表项至所述硬件组播转发表中。
本发明的技术方案具有如下优点或有益效果：
(1)通过控制组播数据流报文的学习，改变家庭网关的组播转发表，实现组播转发的灵活控制；
(2)通过组播映射控制模块实现软件组播转发表和硬件组播转发表的映射，确保硬件组播转发表与软件组播转发表同步老化；
(3)硬件组播转发和软件组播转发结合，在硬件组播转发表缺失时，将组播数据流报文转到软件组播转发表中转发，实现部分硬件转发和部分软件转发，有效地提高转发效率以及转发的稳定性。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为本发明实施例中的组播流控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中的流表控制单元的结构示意图；
图3为本发明实施例中的转发判断模块的结构示意图；
图4为本发明实施例中的组播流控制方法的流程示意图；
图5为本发明实施例中的组播数据流的转发流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明包括一种家庭网关的组播流控制系统，如图1所示，包括一控制器1以及与控制器远程连接的家庭网关2，控制器1用于向家庭网关2下发转发流表；
家庭网关2包括：
流表控制单元20，设置于家庭网关的应用层，流表控制单元用于根据控制器下发的转发流表控制家庭网关的转发过程；
软件转发单元21，连接流表控制单元20，软件转发单元设置于家庭网关的内核层，并用于根据流表控制单元的控制学习和更新家庭网关的软件组播转发表，以及通过软件组播转发表对家庭网关接收的组播数据流报文进行软件转发；
硬件转发单元22，连接软件转发单元21，硬件转发单元设置于家庭网关的硬件层，并用于根据家庭网关的硬件组播转发表对家庭网关接收的组播数据流报文进行硬件转发；
如图2所示，流表控制单元20中包括：
转发判断模块201，用于根据家庭网关的软件组播转发表以及硬件组播转发表进行判断，以将家庭网关接收的组播数据流报文分配给软件转发单元或者硬件转发单元进行报文转发；
流表学习模块202，连接转发判断模块，用于根据转发判断模块判断的结果，将不匹配于软件组播转发表的组播数据流报文送入转发流表中进行学习，并将学习后的表项送入软件转发单元中，以更新软件组播转发表；
软件转发单元21中包括一组播映射控制模块211，用于根据转发判断模块判断的结果，将不匹配于硬件组播转发表的组播数据流报文所对应的表项映射至硬件组播转发表中，以更新硬件组播转发表；
组播映射控制模块211在映射表项时，选择性地映射由家庭网关提供硬件支持的表项至硬件组播转发表中。
具体地，在本实施例中，控制器1采用SDN控制器，家庭网关2采用SDN交换机，流表控制单元20为openflow交换机，组播数据流报文包括IGMP(Internet Group ManagementProtocol，网际组管理协议)报文，IGMP报文为维护报文，用于将组播数据流报文送入转发流表进行学习，转发流表为openflow流表。本实施例中控制器1可以通过openflow流表控制来动态改变组播控制策略和组播的精细管理，同时突破组播硬件转发的限制，以软硬结合的方式实现单端口多VLAN的同组播地址转发。
具体地，本实施例的组播流控制系统包括组播转发表的学习过程，首先强制IGMP报文进入Openflow流表学习，确保组播转发表的学习机制不被硬件数据转发影响；IGMP报文进入openflow流表学习后，形成软件组播转发表；软件组播转发表根据家庭网关的硬件支持情况，选择性地生成和维护硬件组播转发表的表项，硬件表项中增加部分匹配的复制标志；通过组播映射控制模块实现软件组播转发表的表项的老化和硬件组播转发表的表项的老化同步，确保硬件组播转发表的正确老化。
具体地，本实施例的组播流控制系统包括IGMP报文的转发过程，IGMP报文在转发过程中，首先匹配硬件组播转发表，能够匹配的情况下由硬件转发单元进行转发；部分匹配的情况，除了硬件转发，还发送数据到软件组播转发表进行部分的软件转发；不匹配的情况下再匹配软件组播转发表，匹配的情况由软件转发单元进行转发。整个转发过程中，控制器可以通过Openflow流表来控制IGMP报文的学习过程，进而控制组播流数据报文的转发和干预终止，通过引入软件转发单元，以及软硬同时转发的复制模型，使得组播转发实现软件转发和硬件转发同时进行，达到弥补硬件转发不足的目的。
在一种较优的实施例中，如图3所示，转发判断模块201具体包括：
第一判断部件2011，用于判断组播数据流报文是否匹配硬件组播转发表，并得到第一判断结果，转发判断模块根据第一判断结果，将匹配于硬件组播转发表的组播数据流报文分配至硬件转发单元进行转发；
第二判断部件2012，连接第一判断部件2011，当第一判断结果表示存在有不匹配于硬件组播转发表的组播数据流报文时，第二判断部件判断组播数据流报文是否匹配软件组播转发表，并得到第二判断结果，转发判断模块根据第二判断结果，将匹配于软件组播转发表的组播数据流报文分配至软件转发单元进行转发；
强制部件2013，连接第二判断部件2012，当第二判断结果表示组播数据流报文不匹配于软件转发表时，强制部件将组播数据流报文强制送入流表学习模块中进行转发流表的表项学习；
当第一判断结果表示存在有部分组播数据流报文匹配于硬件组播转发表时，转发判断模块将匹配于硬件组播转发表的部分组播数据流报文分配至硬件转发单元进行转发，并发送不匹配于硬件组播转发表的部分组播数据流报文，以供第二判断部件继续进行判断。
具体地，本实施例中，由于硬件转发的速度较快，因此，首先通过第一判断部件判断IGMP报文是否匹配硬件组播转发表，在IGMP报文匹配硬件组播转发表时，优先通过硬件转发单元进行硬件转发；在IGMP报文不匹配硬件组播转发表时，再通过第二判断部件判断IGMP报文是否匹配软件组播转发表，若IGMP报文匹配软件组播转发表则通过软件转发单元进行软件转发，若不匹配软件组播转发表则强制IGMP报文进入openflow流表进行学习，对软件组播转发表进行更新，进一步地，软件组播转发表的表项更新之后，根据硬件支持情况，通过组播映射控制模块选择性地更新硬件组播转发表的表项，以使硬件转发和软件转发的规则统一，从而实现硬件转发和软件转发的同时进行。
进一步地，通过上述技术方案，采用软件和硬件结合的方式，通过openflow流表控制IGMP报文的学习，生成硬件组播流转发表，实现组播流在硬件中的转发。对于某些情况下，无法生成硬件组播转发表时，可以由软件转发单元走cpu代为转发，实现软硬件结合的转发方式，有效地提高了转发效率。
本发明提供一种家庭网关的组播流控制方法，如图4所示，包括以下步骤：
步骤S1，控制器向家庭网关下发转发流表；
步骤S2，家庭网关接收组播数据流报文；
步骤S3，家庭网关根据家庭网关的软件组播转发表以及硬件组播转发表进行判断，以将家庭网关接收的组播数据流报文进行软件转发或者硬件转发；
组播流控制方法还包括一第一更新过程，具体包括：
根据步骤S3中的判断结果，家庭网关将不匹配于软件组播转发表的组播数据流报文送入转发流表中进行学习，并根据学习后的表项更新软件组播转发表；
组播流控制方法还包括一第二更新过程，具体包括：
根据步骤S3中的判断结果，家庭网关将不匹配于硬件组播转发表的组播数据流报文所对应的表项映射至硬件组播转发表中，以更新硬件组播转发表。
在一种较优的实施例中，如图5所示，步骤S3具体包括：
步骤S31，第一判断部件判断组播数据流报文是否匹配硬件组播转发表，并得到第一判断结果，转发判断模块根据第一判断结果，将匹配于硬件组播转发表的组播数据流报文分配至硬件转发单元进行转发；
步骤S32，当第一判断结果表示存在有不匹配于硬件组播转发表的组播数据流报文时，第二判断部件判断组播数据流报文是否匹配软件组播转发表，并得到第二判断结果，转发判断模块根据第二判断结果，将匹配于软件组播转发表的组播数据流报文分配至软件转发单元进行转发；
步骤S33，当第二判断结果表示组播数据流报文不匹配于软件转发表时，强制部件将组播数据流报文强制送入流表学习模块中进行转发流表的表项学习。
具体地，于步骤S32中，当第一判断结果表示存在有部分组播数据流报文匹配于硬件组播转发表时，转发判断模块将匹配于硬件组播转发表的部分组播数据流报文分配至硬件转发单元进行转发，并发送不匹配于硬件组播转发表的部分组播数据流报文，以供第二判断部件继续进行判断。
具体地，第二更新过程中，组播映射控制模块在映射表项时，选择性地映射由家庭网关提供硬件支持的表项至硬件组播转发表中。
本发明的技术方案具有如下优点或有益效果：
(1)通过控制组播数据流报文的学习，改变家庭网关的组播转发表，实现组播转发的灵活控制；
(2)通过组播映射控制模块实现软件组播转发表和硬件组播转发表的映射，确保硬件组播转发表与软件组播转发表同步老化；
(3)硬件组播转发和软件组播转发结合，在硬件组播转发表缺失时，将组播数据流报文转到软件组播转发表中转发，实现部分硬件转发和部分软件转发，有效地提高转发效率以及转发的稳定性。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (12)
1.一种家庭网关的组播流控制系统，其特征在于，包括一控制器以及与所述控制器远程连接的家庭网关，所述控制器用于向所述家庭网关下发转发流表；
所述家庭网关包括：
流表控制单元，设置于所述家庭网关的应用层，所述流表控制单元用于根据所述控制器下发的转发流表控制所述家庭网关的转发过程；
软件转发单元，连接所述流表控制单元，所述软件转发单元设置于所述家庭网关的内核层，并用于根据所述流表控制单元的控制学习和更新所述家庭网关的软件组播转发表，以及通过所述软件组播转发表对所述家庭网关接收的组播数据流报文进行软件转发；
硬件转发单元，连接所述软件转发单元，所述硬件转发单元设置于所述家庭网关的硬件层，并用于根据所述家庭网关的硬件组播转发表对所述家庭网关接收的组播数据流报文进行硬件转发；
所述流表控制单元中包括：
转发判断模块，用于根据所述家庭网关的软件组播转发表以及硬件组播转发表进行判断，以将所述家庭网关接收的所述组播数据流报文分配给所述软件转发单元或者所述硬件转发单元进行报文转发；
流表学习模块，连接所述转发判断模块，用于根据所述转发判断模块判断的结果，将不匹配于软件组播转发表的组播数据流报文送入转发流表中进行学习，并将学习后的表项送入所述软件转发单元中，以更新所述软件组播转发表；
所述软件转发单元中包括一组播映射控制模块，用于根据所述转发判断模块判断的结果，将不匹配于硬件组播转发表的组播数据流报文所对应的表项映射至所述硬件组播转发表中，以更新所述硬件组播转发表。
2.根据权利要求1所述的组播流控制系统，其特征在于，所述转发判断模块具体包括：
第一判断部件，用于判断所述组播数据流报文是否匹配所述硬件组播转发表，并得到第一判断结果，所述转发判断模块根据所述第一判断结果，将匹配于所述硬件组播转发表的所述组播数据流报文分配至所述硬件转发单元进行转发；
第二判断部件，连接所述第一判断部件，当所述第一判断结果表示存在有不匹配于所述硬件组播转发表的所述组播数据流报文时，所述第二判断部件判断所述组播数据流报文是否匹配所述软件组播转发表，并得到第二判断结果，所述转发判断模块根据所述第二判断结果，将匹配于所述软件组播转发表的所述组播数据流报文分配至所述软件转发单元进行转发；
强制部件，连接所述第二判断部件，当所述第二判断结果表示所述组播数据流报文不匹配于所述软件转发表时，所述强制部件将所述组播数据流报文强制送入所述流表学习模块中进行转发流表的表项学习。
3.根据权利要求2所述的组播流控制系统，其特征在于，当所述第一判断结果表示存在有部分所述组播数据流报文匹配于所述硬件组播转发表时，所述转发判断模块将匹配于所述硬件组播转发表的部分所述组播数据流报文分配至所述硬件转发单元进行转发，并复制不匹配于所述硬件组播转发表的部分所述组播数据流报文，以供所述第二判断部件继续进行判断。
4.根据权利要求1所述的组播流控制系统，其特征在于，所述组播映射控制模块在映射表项时，选择性地映射由所述家庭网关提供硬件支持的表项至所述硬件组播转发表中。
5.根据权利要求1所述的组播流控制系统，其特征在于，所述家庭网关为SDN交换机。
6.根据权利要求1所述的组播流控制系统，其特征在于，所述组播数据流报文包括IGMP报文。
7.根据权利要求1所述的组播流控制系统，其特征在于，所述控制器为SDN控制器。
8.根据权利要求1所述的组播流控制系统，其特征在于，所述转发流表为openflow流表。
9.一种家庭网关的组播流控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8中任意一项所述的组播流控制系统，并包括以下步骤：
步骤S1，所述控制器向所述家庭网关下发所述转发流表；
步骤S2，所述家庭网关接收组播数据流报文；
步骤S3，所述家庭网关根据所述家庭网关的软件组播转发表以及硬件组播转发表进行判断，以将所述家庭网关接收的所述组播数据流报文进行软件转发或者硬件转发；
所述组播流控制方法还包括一第一更新过程，具体包括：
根据所述步骤S3中的判断结果，所述家庭网关将不匹配于软件组播转发表的组播数据流报文送入所述转发流表中进行学习，并根据学习后的表项更新所述软件组播转发表；
所述组播流控制方法还包括一第二更新过程，具体包括：
根据所述步骤S3中的判断结果，所述家庭网关将不匹配于硬件组播转发表的组播数据流报文所对应的表项映射至所述硬件组播转发表中，以更新所述硬件组播转发表。
10.根据权利要求9所述的组播流控制方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
步骤S31，所述第一判断部件判断所述组播数据流报文是否匹配所述硬件组播转发表，并得到第一判断结果，所述转发判断模块根据所述第一判断结果，将匹配于所述硬件组播转发表的所述组播数据流报文分配至所述硬件转发单元进行转发；
步骤S32，当所述第一判断结果表示存在有不匹配于所述硬件组播转发表的所述组播数据流报文时，所述第二判断部件判断所述组播数据流报文是否匹配所述软件组播转发表，并得到第二判断结果，所述转发判断模块根据所述第二判断结果，将匹配于所述软件组播转发表的所述组播数据流报文分配至所述软件转发单元进行转发；
步骤S33，当所述第二判断结果表示所述组播数据流报文不匹配于所述软件转发表时，所述强制部件将所述组播数据流报文强制送入所述流表学习模块中进行转发流表的表项学习。
11.根据权利要求10所述的组播流控制方法，其特征在于，于所述步骤S32中，当所述第一判断结果表示存在有部分所述组播数据流报文匹配于所述硬件组播转发表时，所述转发判断模块将匹配于所述硬件组播转发表的部分所述组播数据流报文分配至所述硬件转发单元进行转发，并发送不匹配于所述硬件组播转发表的部分所述组播数据流报文，以供所述第二判断部件继续进行判断。
12.根据权利要求9所述的组播流控制方法，其特征在于，所述第二更新过程中，所述组播映射控制模块在映射表项时，选择性地映射由所述家庭网关提供硬件支持的表项至所述硬件组播转发表中。
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