CN1661988B - 在局域网中传送多点流的方法及实现该方法的连接设备 - Google Patents

Abstract

在无线局域网的框架内，通过接收机制的确认不会增强组播流的传送可靠性。为了改善可靠性，本发明提出了一种通过在第一网络和第二网络之间的连接设备来传送以组播模式传输来的分组的方法，该组播分组来源于第二网络，去往第一网络的客户端，其特征在于该方法包括以下步骤：接收组播分组；以及根据单播传输模式，将以组播模式传输的至少特定分组发送到作为传输组的订户的第一网络的至少一个客户端。

Description

在局域网中传送多点流的方法及实现该方法的连接设备

技术领域

本发明涉及网络上的多点流的传送，更具体地，涉及一种其中在将针对该流的多点分配的机制在局域网上变为不可靠的情况下，可以增强该流在局域网上的分配可靠性的方法。

背景技术

例如，在诸如因特网、IP局域网等基于分组的信息传输网络上，存在信息传输的几个模式。可以按照该传输中所涉及的发送者和接收者的数量的函数将这些模式分为三类。首先，存在点对点传送(或“单播”)，允许发送者发送去往由其在网络上的地址识别的单个接收者的信息分组。这是由因特网上最普及的协议，如HTTP网页传输协议(“超文本传输协议”)或文件传送协议(FTP)使用的传输模式。另一传输模式涉及发送者以广播方式传送分组。在此模式下，将由发送者发送的分组发送到网络的所有节点。此模式在因特网上不可用，但在局域网上可以找到。第三种模式涉及发送者或一组发送者以多点模式传送(或“组播”)向一组接收者传送分组。在此模式下，将分组发送到被称为组播地址的地址，并转发到属于该传输组的所有接收者。加入传输组的客户端被认为订阅了该组，而离开该组的客户端被认为从该组解除订阅。

实际上，在数据源向一组接收者发送数据时，使用组播模式以节省网络中的中间带宽。具体地，在此情况下，使用单播传输模式表示按照与存在的接收者相同的次数来发送数据。此模式引起了对于源和多个接收者之间的路径公共的网络部分上的分组的复制。另一方面，组播能够使数据只发送一次，这些数据作为通向属于传输组的接收者的路径的函数，在网络的路由器上进行复制。

图1a示出了将由节点“S”(信息源)向节点“A”、“B”和“C”发送的数据分组(P)的传输。可以看到，在单播传输的情况下，分组“P”在节点“S”和路由器“R1”之间被复制了三次，在路由器“R1”和“R2”之间被复制了两次，而在由图1b所示的组播传输的情况下，并未进行复制。在此情况下，通过源“S”发送单个分组“P”，路由器“R1”知道必须在三个分支中的两个分支上向节点A和路由器“R2”重传该分组，所述节点“A”和路由器“R2”自身将其传送到作为组中的成员的客户端“B”和“C”。并未向非传输组成员的节点“D”和“E”发送该分组。

通常，局域网包括：网关，用于适当链接局域网和外部网络(通常为因特网)。根据诸如以太网、IEEE 1394或针对通过无线电的无线连接的技术等多种可能技术，将多个本地设备连接到网关。这些设备可以经由作为在局域网和外部网之间的路由器进行操作的网关来访问外部网。当本地设备(客户端)希望加入多点数据传输组时，其订阅组播地址，例如，根据IGMP因特网组管理协议，在IETF(因特网工程任务组)处的参考资料“RFC 3376”中公开了此协议。在此订阅之后，该节点被识别为传输组的成员，并将以多点模式传输的、且与此流相对应的分组通过网关从因特网路由到此客户端。

可能地，在局域网上，根据所使用的技术，未必总是可靠地进行组播。例如，在局域网是根据版本a、b或g的802.11家族中的协议操作的无线网络的情况下，对传输的分组进行测试以观察其是否完整，并且丢弃不完整的分组而无需重传。这些分组将丢失。

发明内容

本发明能够提高局域网上，在网关和接收这些分组的终端客户端之间的多点分组的传输的可靠性。通过在将分组发送到其接收者之前，将这些组播分组即时地转换为单播传输分组，来确保该可靠性。具体地，在相同网络上，使根据单播方法传送分组是安全的，且提供了一种机制，用于在网关和客户端之间重传不完整分组。为此，网关截取客户端对组播地址的订阅请求，从而保持在所述这些地址和订户客户端之间的关联。随后，网关截取以多点模式向这些地址传输的分组，并将其以单播模式发送到订户客户端。

通过在第一网络和第二网络之间的连接设备以组播模式来传输分组的方法解决了上述问题，多点分组来源于第二网络，去往第一网络的客户端，其特征在于所述方法包括以下步骤：截取第一网络的至少一个客户端对组播组的至少一个订阅消息；接收以组播模式到达的分组；从以组播模式到达的分组提取组播地址，在维护客户端的介质接入控制地址与组播地址之间关联的关联表中搜索所提取的组播地址，以搜索与所提取的组播地址相对应的记录；在以组播模式到达的分组中，对于在关联表中找到与所提取的组播地址相对应的记录的分组，至少将该分组的片段封装为介质接入控制分组；并且根据单播传输模式向作为组播组的订户的第一网络的至少一个客户端发送介质接入控制分组。

根据本发明的特定实施例，本方法包括以下步骤：通过使用将第一网络的至少一个客户端作为其订户的每一个组播组与作为针对此组播组的订户的客户端的地址相关联的关联装置，来确定作为组播组的订户的第一网络的客户端的地址。

本方法包括通过分析由第一网络中的客户端传送到第二网络的订阅消息，更新关联装置的信息的步骤。

根据本发明的特定实施例，第一网络仅包括一个客户端，将以组播模式传输的分组以单播模式直接传送到此单个客户端。

根据本发明的特定实施例，第一网络是实现802.11家族中的至少一个协议的无线网络，且其中连接设备是此无线网络的接入点。

通过具有用于将从第二网络以组播模式到达的分组发送到作为组播组的订户的第一网络的客户端的装置的、第二网络和第一网络之间的连接设备也解决了该问题，其特征在于该连接设备包括：用于接收以组播模式到达的分组的装置；用于截取作为组播组的订户的第一网络的至少一个客户端的至少一个订阅消息的装置；用于从以组播模式到达的分组提取组播地址，在维护客户端的介质接入控制地址与组播地址之间关联的关联表中搜索所提取的组播地址，以搜索与所提取的组播地址相对应的记录的装置；用于在以组播模式到达的分组中，对于在关联表中找到与所提取的组播地址相对应的记录的分组，至少将该分组的片段封装为介质接入控制分组的装置；以及用于根据单播传输模式向作为组播组的订户的第一网络的至少一个客户端发送介质接入控制分组的装置。

根据本发明的特定实施例，该连接设备包括将组播组与作为组播组的订户的客户端的地址相关联的关联装置。

根据本发明的特定实施例，该关联装置包括对由客户端发送的消息进行分析以管理其对组播组的订阅的装置。

附图说明

通过阅读参考附图给出的以下描述，将更好地理解本发明，且本发明的其它特点和优点将变得显而易见，其中：

图1a示出了以公知的方式向三个接收者单播传输分组的操作的方式。

图1b示出了以公知的方式在组播模式下的相同分配的操作方式。

图2示出了根据本发明的典型实施例操作的网络。

图3详细说明了根据本发明的典型实施例，在组播传输时客户端的IGMP报告的网关的处理步骤。

图4详细说明了通过此网关对以组播模式传输的分组的处理步骤。

图5详细说明了根据本发明的典型实施例操作的网关的结构。

图6示出了在本发明的典型实施例的框架内，具有多个接入点的局域网。

图7示出了实现本发明的典型实施例的软件体系结构。

具体实施方式

因此，本发明是一种在传输时将到达局域网的网关并去往局域网的客户端的组播流转换为单播流的方法。该转换通常发生在诸如网关上，通常，在任何情况下，发生在通过其传播去往局域网设备的IP业务量的设备上。以下典型实施例的立场为所述网络是根据802.11家族中的无线网络的情况。此实例并非限定性的，而可以将本发明与其它类型局域网一起使用。

图2示出了本发明的典型实施例的网络。首先，在其中找到表示为2.10、2.11和2.12的数据源S1、S2、和S3，其为内容服务器。这些服务器与外部网络(这里为因特网，表示为2.9)相连。在用户侧上，将发现链接表示为2.6、2.7和2.8的客户端A、B和C的无线局域网(表示为2.4)和将局域网与因特网相连的、用作网关的接入点(表示为2.5)。该无线局域网是根据802.11家族中的协议的网络，但也可以基于一些其它技术。已知的是，与在诸如以太网网络等有线网络的情况相比，在无线网络的情况下，可靠性的问题将会以更严重的方式发生。因此，客户端A、B和C是针对由服务器S1、S2和S3传输的信息的潜在客户端。例如，这些客户端通过利用IGMP协议与这些传输相连。因此，客户端将以IGMP报告(或“IGMP记录消息”)形式来信号通知其对传输的订阅。当其接收此报告时，网关自身将发送去往与之相连的路由器的、相同类型的报告。按照此方式，能够将组播流路由到接收者的信息将在路由器之间传播。通过将维护一方面与在IGMP报告的“源地址”字段中存在的组播地址相关联而另一方面与报告来源的MAC地址(“介质接入控制”)相关联的表格的接入点，来截取这些IGMP报告。本发明的典型实施例描述了一种表，但是用于管理组播地址和局域网的客户端的地址之间的关联的任何方式均是适当的，例如列表、散列表等，这对于本领域的技术人员来说是显而易见的。适当的报告的分析能够确定客户端是否加入或离开传输组，以对表进行相应地修改。此后，在接入点的IP层中实现的滤波器将即时地对组播IP分组进行处理，从而在MAC级处将其转换为单播分组。因此，在其正在穿过网关的同时，根据典型实施例，通过滤波器对分组进行截取和处理。将对表示为2.1的组播分组进行检测，并转换为表示为2.2和2.3的两个单播分组，将其发送到属于传输组的客户端A和B。

图3中详细说明了表示由IGMP报告的接入点处理的主要步骤的图。在所描述的典型实施例的情况下，网关是客户端将与之相连(在无线网络的情况下，将其称为关联)的无线网络的接入点。在MAC层级处以表示为5.12的滤波器的形式来实现该处理，其中将检测与来源于与接入点相连的客户端的IGMP报告相对应的IP分组。对这些报告的分析能够从其提取组播地址和作为该报告来源的客户端的MAC地址。任一IGMP报告均包含组记录，用于表示由与MAC地址识别的接口的当前状态或状态改变，与组播组的成员关系有关。在组记录的“记录类型”字段对此信息进行编码。此信息将能够维护在与组播地址、和与属于此传输组的客户端的接口相对应的MAC地址集合相关联的网关上的、表示为5.10的表格。除了在发送通知客户端正在离开组播组的IGMP报告时、该机制能够清除该表中的关联之外，也可以进行设置以便清除与接入点去关联的客户端相对应的条目。具体地，因此，正在离开网络的客户端会离开该组。

例如，根据图4所示的图，可以对以组播模式从外部网络到达网关的分组进行处理。例如，在网关的IP层处实现表示为5.11的滤波器。此滤波器将检测以组播模式到达网关的所有分组。针对此到达类型的每个分组，将提取组播地址。将在表示为5.10的关联表中搜索此地址。在未找到与此地址相对应的记录的情况下，这表示没有无线网络的客户端属于该传输组，因此，可以忽略该分组并且将不传送该分组。如果找到记录，将组播IP分组或其片段封装入至少一个MAC分组，将该MAC分组发送到表中指示的所有MAC地址。此MAC分组的传输模式为单播模式。因此，将按照与存在的接收者同样多的次数发送MAC分组。按照该方式，这些分组将从用于在MAC级处校正传输模式的差错的机制中获益。802协议的家族中的MAC层的参考为“IEEE Std 802.11，1999Edition(Reaff 2003)”。因此，这些分组将由客户端的MAC层接收，所述客户端的MAC层将通从中提取组播IP分组并传递到IP层。因此，可以看到，该方法不需要对客户端进行修改。具体地，单播模式仅涉及MAC层。在MAC分组中传送的IP分组按照IP层和作为连接来源的应用所期待的那样，保持为组播IP分组。

图5示出了根据本发明的典型实施例操作的网关的结构。表示为5.1的网关包括表示为5.3的处理器，能够在将程序传送到表示为5.4的随机存取存储器之后，执行存储在表示为5.2的设备的只读存储器中的程序。该设备处理至少两个网络接口。一个表示为5.5，允许该设备与表示为5.9的外部网络例如因特网的连接。另一个表示为5.6，驱动表示为5.7的无线传送装置，允许与局域网的客户端的连接。这些组件通过表示为5.8的总线进行通信。特别地，根据本发明的典型实施例，处理器5.3允许执行包括MAC层和包含表示为5.11和5.12的滤波器的IP层的网络层。在客户端的MAC地址和组播地址之间的关联装置由随机存取存储器中的关联表(表示为5.10)来表示。

图7详细说明了这些网络层的软件结构。表示为7.1的网络层包括表示为7.5的物理层，用于与无线的通信介质和到外部网络的连接(可以是以太网或ADSL连接)的通信介质直接接口。刚好在物理层之上的是表示为7.4的MAC层，用于提供对实际使用的物理层的抽象。在此层次处，实现了针对IGMP报告的滤波器(表示为7.7)。表示为7.3的IP栈位于MAC层上方。这里，将找到针对组播IP分组的滤波器(表示为7.6)。表示为7.2的应用会使用此IP栈来进行通信。

一个可选方案可能在于：向客户端以组播模式传送所接收的、且与表中任何关联均未对应的组播分组。在相反的情况中，可以使局域网上的MAC级的组播传送无效。

特定无线局域网可以包含多个接入点。在图6中示出了此结构。该图示出了与外部网络(这里为因特网，表示为6.1)相连的第一接入点AP1(表示为6.2)。此第一接入点覆盖被称为BSS1(“基本服务组”)的第一接入区域(表示为6.5)。在BSS1中，表示为6.7和6.8的两个客户端A和B与接入点AP1相连。表示为6.3的第二接入点AP2还处理覆盖区域BSS2(表示为6.6)。表示为6.9和6.10的两个客户端C和D与此第二接入点AP2相连。这两个接入点通过网络6.4连接在一起。此网络可以是诸如以太网等有线网络、不同于由接入点和其客户端构成的网络的无线电无线链路。此外，可以设想其中第二接入点AP2是属于第一接入点的区域BSS1的客户端的方案。

在包括多个接入点的局域网的框架内的本发明的操作方式将取决于该第二接入点的操作方式和取决于在网络中路由分组的方式。应当区别这两种情况，在第一种情况中，接入点AP2将作为IP层的路由器来操作。在这种情况下，AP2相对于接入点AP1将作为其客户端之一出现。AP2的客户端的组播的订阅将表示为AP1向AP2针对该传输的订阅。因此，由AP1接收到的、去往AP2的组播分组将通过单播传输在MAC级处传送到其。如通常的组播分组那样，将由AP2在IP级处接收这些分组。因此，需要也在接入点AP2上来实现本发明，从而以单播模式将其传送到AP2的客户端。

在第二方案中，如标准802.1d中所描述的那样，接入点AP2将作为MAC级上的网桥来操作。在此情况下，在AP1后构建的网络在IP级处被看作单个网络，由AP1将分组分配到终端客户端，如同位于AP2之后的网络将在MAC级处所操作的那样。在此情况下，AP1将从外部网络到达的组播IP分组转换为单播分组，所述单播分组将直接或通过AP2，直接传送到终端客户端，而无需退回到IP级。因此，客户端将以单播模式来接收这些分组，不管其是否与AP1或AP2相连。在此情况下，本发明将进行操作，而不一定必须由AP2来实现本发明。

在实现诸如标准802.11f中所描述的漫游功能的情况下，允许与接入点相连的客户端断开连接和与新接入点重新连接，而不会丢失其IP连接。这是第二种情况，其中第二接入点在MAC级处实现网桥功能。因此，本发明将在第二接入点级处以透明的方式进行操作。

在此情况下，将在每个接入点上实现本发明。从接入点去关联以与另一接入点相关联的客户端将从其当前所有IP连接中断开连接。在其与新接入点关联之后客户端重建其连接时，新接入点将自然地装载去往该客户端的组播业务。在局域网的情况下，接入点可以实现漫游功能。在此情况下，改变接入点的客户端将能够保持其IP连接。这在客户端从一个点移动到另一点时通过接入点之间的数据的改变而发生。因此，能够将与其相关的关联表的数据包括在移动期间由接入点交换的数据之内。按此方式，客户端的新接入点可以装载此客户端所需的组播分组的处理。

在最小网络的情况下，其中单个客户端与网关相连，能够设计简化方案，其中将不需要在网关的MAC层中的针对IGMP报告的滤波器。在此情况下，关联表变得并非必须的。在简化其操作方式的同时，将仅保留在IP层中存在的针对组播IP分组的滤波器。网关仅通过MAC层的单播模式来发送所接收到的、去往网络上的单个客户端的组播IP分组。

尽管这里在无线网络的框架内描述了本发明，但本发明可以适用于任何类型的局域网，以至于局域网具有由自身支配的免于分组丢失的单播模式，而组播模式不是这样，这对本领域的技术人员是显而易见的。同样，在不脱离本发明的范围的前提下，本领域的技术人员能够对实现传输地址和客户端之间的关联的方式，以及滤波器中所使用的方法或其位置进行修改。

Claims (8)

1.一种在第一网络(2.4)和第二网络(2.9)之间的连接设备(2.5)处传送以组播模式到达的分组(2.1)的方法，所述以组播模式到达的分组(2.1)来源于第二网络(2.9)，并且所述以组播模式到达的分组去往第一网络(2.4)的客户端(2.6、2.7)，其特征在于所述方法包括由所述连接设备实现的以下步骤：

-截取第一网络的至少一个客户端对组播组的至少一个订阅消息；

-接收所述以组播模式到达的分组；

-从所述以组播模式到达的分组提取组播地址，在维护所述客户端(2.6、2.7)的介质接入控制地址与组播地址之间关联的关联表(5.10)中搜索所述提取的组播地址，以搜索与所述提取的组播地址相对应的记录；

-在所述以组播模式到达的分组中，对于在所述关联表(5.10)中找到与所提取的组播地址相对应的记录的分组，至少将该分组的片段封装为介质接入控制分组；以及

-根据单播传输模式向作为组播组的订户的第一网络的所述至少一个客户端(2.6、2.7)，发送所述介质接入控制分组。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于包括以下步骤(4.2、4.3、4.5)：通过使用将第一网络的至少一个客户端作为其订户的每一个组播组与作为针对此组播组的订户的客户端的地址相关联的关联装置(5.10)，来确定作为组播组的订户的第一网络的客户端的地址。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于包括通过分析由第一网络中的客户端传送到第二网络的订阅消息，更新关联装置的信息的步骤。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述第一网络仅包括一个客户端，将以组播模式传输的分组以单播模式直接传送到此单个客户端。

5.根据权利要求1到4之一所述的方法，其特征在于：其中所述第一网络是实现802.11家族中的至少一个协议的无线网络，且所述连接设备是此无线网络的接入点。

6.一种在第二网络(2.9)和第一网络(2.4)之间的连接设备，具有用于将从第二网络以组播模式到达的分组发送到作为组播组的订户的第一网络的客户端(2.6、2.7)的装置，其特征在于所述连接设备包括：

用于接收所述以组播模式到达的分组的装置；

用于截取作为所述组播组的订户的所述第一网络的至少一个客户端的至少一个订阅消息的装置；

用于从所述以组播模式到达的分组提取组播地址，在维护所述客户端(2.6、2.7)的介质接入控制地址与组播地址之间关联的关联表(5.10)中搜索所述提取的组播地址，以搜索与所述提取的组播地址相对应的记录的装置；

用于在所述以组播模式到达的分组中，对于在所述关联表(5.10)中找到与所提取的组播地址相对应的记录的分组，至少将该分组的片段封装为介质接入控制分组的装置；以及

用于根据单播传输模式向作为组播组的订户的第一网络的所述至少一个客户端发送所述介质接入控制分组的装置。

7.根据权利要求6所述的连接设备，其特征在于包括将组播组与作为组播组的订户的客户端的地址相关联的关联装置(5.10)。

8.根据权利要求7所述的连接设备，其特征在于：所述关联装置包括对由客户端发送的消息进行分析以管理其对组播组的订阅的装置(5.3、5.12)。

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