CN115529265A - 一种pimsm路由器上游路径的优化选择方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PIMSM路由器上游路径的优化选择方法，其通过引入上游邻居检测机制，定期发送ReachEcho报文至上游邻居以检测上游邻居网络状态，从而实现组播业务快速恢复。基于本发明提供的方案能够在上游邻居不可达情况下立即切换上游邻居至其他组播邻居路由器而不要继续等待上游邻居定时器超时，这样可以实现在网络发生故障时及时恢复组播业务转发能力。
Description
技术领域
本发明涉及网络设备设计技术，具体涉及PIMSM路由器上游路径选择技术。
背景技术
名词解释：
PIMSM－Protocol Independent Multicast Spare Mode，协议无关组播传送稀疏模式。
IGMP－Internet Group Management Protocol，互联网组管理协议。
RP－Rendezvous Point，汇集点。
RPT－Rendezvous Point Tree，共享树或汇集树。
SPT－Shortest Path Tree，最短路径树。
DR－Designated Router，指定路由器。
Group－组播地址。
Source－组播源。
Join－组播加入报文。
None－检测状态机初始状态。
Reach－上游邻居可达时状态。
Unreach-Pending－上游邻居不可达确认时状态。
Unreach－上游邻居不可达时状态。
ReachEcho－检测网络是否可达报文，基于ICMP协议实现。
ReachTimer－检测状态机定时器。
(S,G)－特定源和特定组的组播路由。
(*,G)－不指定源和特定组的组播路由。
组播路由是路由器上常用的功能之一，使用场景包括广播电视、音视频会议系统和电视直播等。在PIMSM协议中，不管共享树(RPT)还是最短路径树(SPT)都会涉及上游路径选择，选择上游路径是依据到达组播源(Source)或者汇聚点(RP)的最短路径。上游路径超时时间是由邻居的保活时间(默认值为105秒)决定的，也就是说上游邻居发生网络故障的话，下游邻居需要等上游邻居超时才能感知到，此时组播业务是无法恢复的。
由此可见如何有效的克服上游邻居变化依赖邻居定时器时间过长的问题，使得组播业务在网络发生故障时能够快速恢复，为本领域亟需解决的问题。
发明内容
针对现有组播在上游邻居发生网络故障时不能及时恢复组播业务转发的问题，本发明的目的在于提出一种PIMSM路由器上游路径的优化选择方法，以实现上游邻居发生网络故障时可以及时恢复组播业务转发。
为了达到上述目的，本发明提供的PIMSM路由器上游路径的优化选择方法，通过引入上游邻居检测机制，定期发送ReachEcho报文至上游邻居以检测上游邻居网络状态。
进一步的，所述优化选择方法在组播路由的上游状态机中新增上游邻居检测状态机制。
进一步的，所述优化选择方法在检测到上游邻居网络不可达时立即切换上游邻居。
进一步的，所述优化选择方法在切换邻居时要排除不可达上游邻居，选择剩下路径最短的邻居作为新的上游邻居；如果不存在其他候选对象，则维持现有状态不变。
进一步的，所述优化选择方法在切换上游邻居时判断原上游邻居是否是DR，如果是DR的话，下游路由器充当临时DR角色。
进一步的，所述ReachEcho报文基于ICMP协议。
基于本发明提供的方案能够在上游邻居不可达情况下立即切换上游邻居至其他组播邻居路由器而不要继续等待上游邻居定时器超时，这样可以实现在网络发生故障时及时恢复组播业务转发能力。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明实例中涉及的组播业务网络拓扑示例图；
图2为本发明实例中涉及的上游邻居检测机制示例图；
图3为本发明实例中涉及的上游邻居检测机制状态机示例图；
图4为本发明实例中涉及的存在DR故障网络拓扑示例图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
针对现有组播在上游邻居发生网络故障时不能及时恢复组播业务转发的问题，本发明给出一种PIMSM路由器上游路径的优化选择方案，该方案通过新增上游邻居检测机制来快速感知上游邻居故障，以实现上游邻居网络故障时及时恢复组播业务转发。
在PIMSM协议中，不管共享树(RPT)还是最短路径树(SPT)都会涉及上游路径选择，选择上游路径是依据到达组播源(Source)或者汇聚点(RP)的最短路径。上游路径超时时间是由邻居的保活时间(默认值为105秒)决定的，也就是说上游邻居发生网络故障的话，下游邻居需要等上游邻居超时才能感知到，此时组播业务是无法恢复的。
本发明方案通过在组播路由的上游状态机中添加上游邻居检测机制，通过定时发送ReachEcho报文至上游邻居以检测上游邻居网络状态；如果发现上游邻居网络不可达时，则立即切换上游邻居而不用继续等待上游邻居定时器超时。
本发明方案在切换邻居时要排除不可达上游邻居，选择剩下路径最短的邻居作为新的上游邻居；如果不存在其他候选对象，则维持现有状态不变。这样可以能够实现在上游邻居定时器超时之前感知上游邻居网络故障，提前切换至新的上游邻居有助于及时恢复组播业务。
再者，在切换上游邻居时判断原上游邻居是否是DR，如果是DR的话，下游路由器充当临时DR角色。这样如果原上游邻居是DR，在上游邻居切换后，本路由器临时充当DR角色。充当临时DR角色的路由器可以发送IGMP查询报文，网络中主机收到IGMP查询报文会上报自己感兴趣的组播组地址，这样可以做到及时收集IGMP主机信息。
本发明方案中引入上游邻居检测机制，基于和其它网络设备兼容性考虑，组播路由上游状态机不需要调整；同时，针对网络拓扑中可能会存在不同厂商的路由器的情况，本优化方案不改变组播路由原有状态机运行机制。
本发明方案中，新增的检测状态机和原有PIMSM上游状态机保持联动，能够更快地响应网络变化。这里的保持联动是指检测状态机跟随PIMSM上游状态机变化，而原PIMSM上游状态机不受检测状态变化影响。原有PIMSM上游状态机变化会影响检测状态机变化，PIMSM上游状态变为Join时，检测状态机由None状态切换为Reach状态；PIMSM上游状态变为NoInfo时，检测状态机由Reach状态变为None状态。
作为本发明的优选方案，其中涉及到的ReachEcho报文基于ICMP协议构成，这样能够与其他网络设备更好的兼容。
针对本发明提供的方案，以下通过相应的实例来进一步说明本发明方案的具体应用。
参见图1，其所示为本实例中涉及到的组播应用网络拓扑，此图中R1、R2、R3、RP、R5、R6和R7都是指代组播路由器，Soucre指代发送组播源的主机，Host指代接收组播数据的主机。
组播源直连路由器R1向RP发送单播注册报文，路由器RP根据注册报文的组播源单播地址通过发送(S,G)Join报文创建RP到R1的最短路径树。R7路由器收到主机Host发送的igmp report报文，发送(*,G)join报文至RP设备创建共享树。
在组播数据报文达到RP时，如果RPT树存在对应的组地址组播路由，则组播数据沿着RPT树发送至主机。组播数据达到最后一台组播路由器R7时，R7会把(S,G)从RPT切换至SPT，因为RPT路径可能不是最优的组播转发路径。
这样从上述组播转发路径建立分析，对于一个(S,G)组播路由条目通常会有3次组播路径建立：R1至RP路径、RP至R7路径和R1至R7路径。组播转发路径上游邻居是基于单播路由最短路径来确定的，上游邻居超时是依赖组播邻居定时器的。
基于PIMSM协议规定，邻居保活最长时间为105秒，也就说上游邻居网络故障最长需要105秒后才能被下游邻居感知，在这期间组播业务故障是无法恢复的。
进一步的，在共享局域网上可能存在多个直连的PIMSM路由器，在这些路由器中会有一台路由器被选举为DR，负责扮演这个共享局域网的管理者角色。共享局域网中DR负责发送IGMP查询报文，非DR路由器可以接收IGMP报告报文，但不发送查询报文。路由器在收到主机IGMP报告报文后只有DR路由器才能向RP路由器发送PIMSM加入报文，收到主机IGMP离开报文也只有DR路由器才能向RP路由器发送PIMSM剪枝报文。
在此基础上，进一步参见如图4所示的网络拓扑示例图。该其所示的网络拓扑中，当路由器R3发现路由器R1不可达时会尝试切换上游邻居至路由器R2；如果路由器R1是DR的话，上游邻居切换至路由器R2会出现交换机SW1直连的共享局域网上没有DR角色设备，进而出现主机C2的组播需求无法得到满足。
针对上述情况，本实例基于本发明给出的PIMSM路由器上游路径的优化选择方案，创新的新增上游邻居检测机制，通过定时发送ReachEcho报文至上游邻居以检测上游邻居网络是否可达。
参见图2，其所示为本实例中新增上游邻居检测机制示例图。由图可知，上游状态机变为Join状态后上，游邻居检测机制创建保活定时器ReachTimer；
接着，该定时器以一定频率像上游邻居发送ReachEcho报文检测上游邻居是否可达：
如果上游邻居可达，则一直重复执行检测流程；
如果上游邻居不可达，则重新选择上游邻居，继续执行检测流程。
基于该新增的上游邻居检测机制，假设路由器R7到路由器R1的上游路径选择的是路由器R5，R7上会开启定时器以一定频率发送ReachEcho报文至R5。
如果R7在预期周期内收到R5回复的ReachEcho报文，则认为上游邻居R5可达，继续保持这样检测。
如果R7在预期周期内没有收到R5回复的ReachEcho报文，则认为上游邻居R5不可达，需要做上游邻居切换操作。
在具体实现时，本实例通过在组播软件模块中新增上游邻居检测状态机，由此实现新增引入相应的上游邻居检测机制。
如图3所示，其所示为本实例中新增上游邻居检测机制状态机的示例图。
针对本实例中的上游邻居检测机制状态机，初始状态为None，上游邻居可达状态为Reach，上游邻居不可达状态为Unreach，上游邻居不可达挂载状态为Unreach-Pending。
同时，ReachEcho报文是指基于ICMP协议实现的网络连通性检测报文；
ReachTimer用于控制发送ReachEcho报文的时间间隔，Reach状态下ReachTimer定时器时间间隔为1秒，Unreach-Pending状态下ReachTimer定时器时间间隔为100毫秒。
据此，本上游邻居检测机制状态机在运行时，该状态机初始状态为None；当上游状态机的状态变为Join状态，本状态机切换至Reach状态，开启定时器ReachTimer以每1秒一次的频率发送ReachEcho报文至上游邻居。
如果在1秒内没有收到ReachEcho回复报文，本状态机则切为Unreach-Pending，ReachTimer定时器时间间隔缩短为100毫秒，进入上游邻居不可达确认流程。
如果300毫秒内3次检测都没有收到回复报文，则认为上游邻居不可达，进入Unreach状态；如果收到回复报文，重新进入上游邻居可达状态Reach。
进入Unreach状态后，则重新选择上游邻居，如果存在可用的上游邻居则做上游邻居切换，状态机切换为Reach状态。
在Reach状态和Unreach状态下，如果上游状态机的状态变为NoInfo，则关闭ReachTimer定时器，检测状态机切换为None状态。
参见图4，其所示为存在DR故障网络拓扑示例图。
这里以图4所示网络拓扑为例说明一下本实例方案实现PIMSM路由器上游路径优化选择的过程。
同样的，这里通过新增上游邻居检测机制，定时发送ReachEcho报文至上游邻居以检测上游邻居网络是否可达。
当检测到上游邻居(假设为R1路由器)网络不可达准备做上游邻居切换时，需要判断原来上游邻居是否是DR路由器。
如果原上游邻居是DR路由器，上游切换到新邻居(R2路由器)后会出现没有DR路由器问题。在这种情况下，下游设备(R3路由器)临时充当DR角色负责发送IGMP查询报文和PIMSM加入或剪枝报文，同时在本地数据库中把不可达邻居删除，否则会影响后续DR选举流程。
如果不把超时的上游邻居在本地数据库中删除，由于邻居保持时间为105秒，在此期间有可能继续选择这个存在网络故障的路由器作为DR。如此操作，可以在不改变其他邻居状态机前提下恢复组播网络，还可以通过后续PIMSM Hello机制重新选举。
由上可知，采用本发明提供的上游路径选择的优化方案，可以克服上游邻居变化依赖邻居定时器时间过长的问题，做到组播业务在网络发生故障时能够快速恢复。
上述本发明的方法，为纯软件架构，可以透过程序代码布设于实体媒体，如硬盘、光盘片、或是任何电子装置(如智能型手机、计算机可读取的储存媒体)，当机器加载程序代码且执行(如智能型手机加载且执行)，机器成为用以实行本发明的装置。上述本发明的方法与装置亦可以程序代码型态透过一些传送媒体，如电缆、光纤、或是任何传输型态进行传送，当程序代码被机器(如智能型手机)接收、加载且执行，机器成为用以实行本发明的装置。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种PIMSM路由器上游路径的优化选择方法，其特征在于，通过引入上游邻居检测机制，定期发送ReachEcho报文至上游邻居以检测上游邻居网络状态。
2.根据权利要求1所述的PIMSM路由器上游路径的优化选择方法，其特征在于，所述优化选择方法在组播路由的上游状态机中新增上游邻居检测状态机制。
3.根据权利要求1所述的PIMSM路由器上游路径的优化选择方法，其特征在于，所述优化选择方法在检测到上游邻居网络不可达时立即切换上游邻居。
4.根据权利要求3所述的PIMSM路由器上游路径的优化选择方法，其特征在于，所述优化选择方法在切换邻居时要排除不可达上游邻居，选择剩下路径最短的邻居作为新的上游邻居；如果不存在其他候选对象，则维持现有状态不变。
5.根据权利要求3所述的PIMSM路由器上游路径的优化选择方法，其特征在于，所述优化选择方法在切换上游邻居时判断原上游邻居是否是DR，如果是DR的话，下游路由器充当临时DR角色。
6.根据权利要求1所述的PIMSM路由器上游路径的优化选择方法，其特征在于，所述ReachEcho报文基于ICMP协议。
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