CN1713611A - Ip电信网系统中实现组播的方法 - Google Patents

Abstract

一种在IP电信网系统中实现组播的方法，用于实现由IP网用户发起的组播。该IP电信网系统包括至少一个复址无连接数据网、多数个IP网，以及多数个边缘关口设备，复址无连接数据网中具有至少一个地址映射设备，IP网中的分组采用IP地址，复址无连接数据网中的分组采用复址无连接数据网地址；该组播实现包括(1)组播通告；(2)组播树建立；(3)组播通信；(4)组播终结四个步骤。在组播实现过程中，由复址无连接数据网中的边缘关口设备和地址映射设备实现采用IP地址的组播分组与采用复址无连接数据网地址的组播分组之间的转换。本方法为在IP电信网系统中实现组播业务奠定技术基础。

Description

IP电信网系统中实现组播的方法

技术领域

本发明涉及一种在IP电信网系统中实现组播的方法，特别涉及由IP网用户发起组播(multicast)的实现方法，属于通信技术领域。

背景技术

组播是指将同一消息传送给一个以上的目的地。在IP网中，利用组播技术可以实现IP网络中一点到多点的高效数据传送。由于能够有效地节约网络带宽、降低网络负载，IP组播技术在实时数据传送、多媒体会议、数据拷贝、游戏和仿真等诸多方面都有广泛的应用前景。

在IP网的组播技术中，分组发送到网络中的某个确定节点子集，这个子集称为组播组(multicast group)，它由一个单独的IP地址来标识。这个地址被称为组播地址，也称为D类地址。该D类IP地址的范围为224.0.0.0～239.255.255.255。除了目的地址部分，组播分组与普通分组没有区别。

在IP网的组播过程中，组播组的成员可以动态变化，主机有权选择加入或者退出某个组播组。主机可以加入多个组播组，也可以向自己没有加入的组播组发送数据。IP组播分组在Internet上的转发由支持组播的路由器来处理。主机发出的IP组播分组在本子网内被所有组播组成员接收，同时与该子网直接相连的组播路由器会把组播分组转发到所有包含该组播组成员的网络上。

现在IP网上实现组播的技术方案已经多个，技术上已经比较成熟，但是IP网中组播并没有得到广泛的应用，其原因是目前的组播技术还存在一些技术上的问题。现有的电信网技术正处在根本性的转型过程之中。人们逐渐认识到下一代的电信网应该采用基于分组交换技术和不面向连接的工作方式的IP网，网络设备间不采用复杂流量控制技术。为此，本专利的发明人提出了IP电信网系统的技术构想，并且申请了发明专利(专利申请号：200410037641.0，专利申请日：2004年4月28日)。该IP电信网系统的体系结构与现有的基于Internet设计理念的IP网有很大区别，因此，适用于现有的组播技术不能直接应用于IP电信网系统中，必须结合IP电信网系统的特点进行必要的改造，提升组播能力，满足业务发展的需要。本发明即提供一种在IP电信网系统中实现组播的技术方案。

发明内容

在IP电信网系统中，组播的实现方式有两种：(1)IP网中用户发起组播；(2)用户向网管申请发起组播。本发明的目的即提供IP网中用户发起组播的实现方法。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种在IP电信网系统中实现组播的方法，用于实现由IP网用户发起的组播，该IP电信网系统包括至少一个复址无连接数据网、多数个IP网，以及多数个边缘关口设备，所述复址无连接数据网中具有至少一个地址映射设备，所述IP网中的分组采用IP地址，所述复址无连接数据网中的分组采用复址无连接数据网地址；该组播实现包括(1)组播通告；(2)组播树建立；(3)组播通信；(4)组播终结四个步骤，其特征在于组播实现过程中：

由所述复址无连接数据网中的边缘关口设备和地址映射设备实现采用IP地址的组播分组与采用复址无连接数据网地址的组播分组之间的转换。

其中，

所述组播通告过程包括如下步骤：

(1)IP网的组播源端点获取IP网组播地址；

(2)组播源端点向网络发出组播通知分组；

(3)组播通知分组经过IP网到达与之连接的边缘关口设备，边缘关口设备向地址映射设备发送包含有IP网组播地址参数在内的组播申请；

(4)地址映射设备收到边缘关口设备发来的组播申请后，在地址映射设备内生成IP组播地址与复址无连接数据网地址的映射表，并向边缘关口设备发送包含有复址无连接数据网组播地址参数的组播响应。

所述组播树建立过程包括如下步骤：

(1)要加入组播的IP网的设备，向IP网发出包含有IP网组播地址参数在内的组播加入申请；

(2)组播加入申请分组到达与目的端连接的边缘关口设备，边缘关口设备向地址映射设备发出组播加入申请；

(3)地址映射设备收到组播加入申请后，保存该IP组播地址和目的端边缘关口设备的复址无连接数据网地址，在地址映射设备形成完整的复址无连接数据网组播地址以及全部目的端边缘关口设备的复址无连接数据网地址。

(4)所有要加入该组播树的节点都加入后，组播树建成。

所述组播通信过程包括如下步骤：

(1)组播源端点向网络发出组播分组，组播分组到达与源端连接的边缘关口设备，与组播源端点连接的边缘关口设备向地址映射设备发出包含有IP组播地址参数在内的组播地址解析请求；

(2)地址映射设备收到组播地址解析请求，作地址解析，并向组播源端点连接的边缘关口设备回发包含有复址无连接数据网地址、全部目的端边缘关口设备的复址无连接数据网地址参数在内的组播地址解析；

(3)组播源端点连接的边缘关口设备发送组播分组。

所述组播终结的过程为：

组播源端点向网络发出组播终结分组，组播源端点连接的边缘关口设备向地址映射设备发出包含有组播地址参数在内的组播终结申请分组，地址映射设备清除与该组播地址相关的全部表项，组播终结。

所述组播源端点通过包括隧道在内的技术与所述边缘关口设备建立连接。

所述组播分组中包含组播标记字段、组播地址字段和分组载荷；

具有相同组播地址的第一个分组为组播首包分组，组播首包分组拥有完整的报头和完整的组播扩展报头；

具有相同组播地址的第二个分组及以后的分组为组播后续分组，后续分组的报头可以不含组播扩展报头。

所述组播扩展报头中拥有全部目的端边缘关口设备的复址无连接数据网地址。

所述组播首包分组和叶节点修改包以命令包形式发送。

本发明所述的方法可以在IP电信网系统中实现由IP网用户发起的组播，为在IP电信网系统中实现业务增值奠定技术基础。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1为IP电信网系统的组成结构示意图。

图2为IP电信网系统中由IP网用户发起组播的实现方法流程图。

图3为组播通告过程的流程图。

图4为组播树建立过程的流程图。

图5为组播通信过程的流程图。

具体实施方式

图1是对实现本发明所依赖的IP电信网系统的说明。该IP电信网系统包括至少一个复址无连接数据网(以下简称为NCT数据网)、多数个IP网，以及多数个边缘关口设备ED。这里所说的IP网包括但不限于IP城域网、接入网或用户驻地网，它通过边缘关口设备ED与NCT数据网相连接；每个NCT数据网中还包括至少一个地址映射设备ADT；NCT数据网中的所有设备与边缘关口设备都分配有一个NCT数据网地址，IP网中的所有设备和边缘关口设备ED都分配有IP地址，IP地址和NCT数据网地址之间的映射关系保存在地址映射设备ADT内的地址映射表之中；边缘关口设备ED经认证与地址映射设备ADT之间建立连接。NCT数据网是一种层次型的体系结构，它由核心层设备CR、汇聚层设备MR、接入层设备AR、网络管理设备以及地址映射设备ADT组成，各个NCT数据网之间通过各自的核心层设备实现通信。在NCT数据网内部采用NCT数据网本身的地址来进行寻址，该数据网地址不同于IP网的IP地址。这种双地址结构是理解本IP电信网系统的关键所在。

在IP电信网系统中，IP网与NCT数据网在拓扑结构上严格分离。各IP网与一个NCT数据网建立连接，并且与该IP网所属的NCT数据网之间建立信任关系，如果该信任关系未能建立的话，IP网与NCT数据网之间不能进行通信；各NCT数据网之间也是这样。

地址映射设备ADT设备是网络上实现地址映射的设备，它保存地址映射表。地址映射表的内容依赖于与边缘关口设备相连的外部网络的类型。边缘关口设备ED是IP网与NCT数据网连接的关口设备。它至少具有两方面的功能，其一是实现NCT数据网地址和IP地址的转换，使网络可以用于承载现存的IP分组；另一个功能是对IP网的业务流进行汇聚。

每一个边缘关口设备ED都有确定的NCT数据网地址和IP地址，并确知与其连接的设备或网络的IP地址。边缘关口设备必须向相应的地址映射设备ADT进行注册，注册过程需要进行认证，以确认边缘关口设备ED与地址映射设备ADT之间的信任关系。通过这种认证，不面向连接的IP电信网系统也能实现安全通信。

上面是对本发明所依赖的IP电信网系统的结构和运行原理的简要说明。关于IP电信网系统的进一步说明可以参看该专利申请的说明书，在此就不赘述了。

如上所述，本IP电信网系统包括采用NCT数据网地址的NCT数据网和采用IP地址的IP网两部分。因此，IP电信网系统中的组播将要跨网(IP网与NCT数据网)实现，由于NCT数据网可以提供资源保证，从而可以保证组播的服务质量。这样IP电信网系统中的数据网包括两种类型组播：一种是IP网用户发起的组播，另一种是用户向网管申请发起组播。在IP网用户发起的组播中，由于IP网内传送的是IP分组，而NCT数据网中传送的是NCT分组，IP分组和NCT分组在跨网传送的过程中需要有一个地址转换的过程。这是本IP电信网系统中实现组播的关键技术步骤。

如图2至图5所示，在由IP网中用户发起组播的情况下，该组播的实现过程包括组播通告、组播树建立、组播通信和组播终结(图中未示)四大步骤，下面分别详细说明如下：

1.组播通告的步骤：

(1)IP网的组播源端点按照IP网中申请组播地址的程序获得IP网组播地址。

在IP电信网系统中，一个基本的技术思路就是尽可能采用现有的实践证明可行的技术实现方案。该技术步骤就是典型的例子，它采用的就是现有技术。上述的IP网组播地址即为前述的D类IP地址(224.0.0.0～239.255.255.255)。

(2)组播源端点向网络发出组播通知分组。

在组播通知中包括有该组播的组播地址。

(3)组播通知分组经过IP网到达与之连接的边缘关口设备，边缘关口设备向地址映射设备发送包含有IP网组播地址等参数的组播申请。

(4)地址映射设备收到边缘关口设备发来的带有IP网组播地址等参数的组播申请后，在地址映射设备内生成IP组播地址与复址无连接数据网地址的映射表，并向边缘关口设备发送带有复址无连接数据网组播地址参数的组播响应。

前面已经提到，在地址映射设备ADT中存有IP地址与NCT地址之间的映射关系表，通过该表可以获得与IP网组播地址相对应的NCT数据网中的组播地址。

2.组播树建立的步骤：

(1)要加入组播的IP网的设备，向IP网发出带有IP网组播地址等参数的组播加入申请；

(2)带有IP网组播地址等参数的组播加入申请分组通过隧道或现有IP网中实现组播通信的技术等到达与目的端连接的边缘关口设备，边缘关口设备向地址映射设备发出带有IP网组播地址等参数的组播加入申请；

(3)地址映射设备收到带有IP网组播地址等参数的组播加入申请后，保存该IP组播地址和目的端边缘关口设备的复址无连接数据网地址，在地址映射设备形成完整的复址无连接数据网组播地址以及全部目的端边缘关口设备的复址无连接数据网地址。

(4)所有要加入该组播树的节点都加入后，组播树建成。

3.组播通信的步骤：

(1)组播源端点向网络发出组播分组，组播分组通过隧道或IP网组播协议等技术到达与源端连接的边缘关口设备，与组播源端点连接的边缘关口设备向地址映射设备发出带有IP组播地址等参数的组播地址解析请求。

(2)地址映射设备收到组播地址解析请求，作地址解析，并向组播源端点连接的边缘关口设备回发带有复址无连接数据网组播地址、全部目的端边缘关口设备的复址无连接数据网地址等参数的组播地址解析响应。

(3)组播源端点连接的边缘关口设备发出相同组播地址的第一个分组为首包，组播首包分组拥有完整的报头和完整的组播扩展报头，组播扩展报头中拥有全部目的端边缘关口设备的复址无连接数据网地址。

(4)组播源端点连接的边缘关口设备发出相同组播地址的第二个分组及以后的分组为组播后续分组，后续分组的报头可以不含组播扩展报头。

(5)组播分组中包含：组播标识字段、组播地址字段和分组载荷。

首包组播分组中包含组播扩展报头。

为了实现组播，在分组格式中为组播定义了3个字段：组播标识字段、组播地址字段、组播扩展报头。在IP电信网系统的组播过程中，首包分组拥有完整的报头和完整的组播扩展报头，组播扩展报头中拥有全部目的端ED的NCT地址。其中，组播首包和叶节点修改包需要确认，因此以命令包形式发送。由于NCT数据网中的全部节点设备均拥有Cache能力，在组播的首包通过后，利用Cache可以将NCT组播地址以及全部叶节点ED的NCT地址记住，当后续分组来时只需要NCT组播地址即可。因此，后续分组的报头可以不含组播扩展报头。

4.组播终结的步骤：

组播源端点向网络发出组播终结分组，组播源端点连接的边缘关口设备向地址映射设备发出带有组播地址等参数的组播终结申请分组，地址映射设备清除与该组播地址相关的全部表项，组播终结。

对于不是基于IP协议的ATM设备或者帧中继(FR)设备而言，只要在ADT中准备ATM地址或者帧中继地址与NCT地址的映射表，并在ED中完成地址转换的工作，同样可以实现有ATM或者帧中继设备参与的组播。

上面对在IP电信网系统中由IP网用户发起组播的实现方法进行了详细的说明，但显然本发明的具体实现形式并不局限于此。对于本技术领域的一般技术人员来说，在不背离本发明所述方法的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种在IP电信网系统中实现组播的方法，用于实现由IP网用户发起的组播，该IP电信网系统包括至少一个复址无连接数据网、多数个IP网，以及多数个边缘关口设备，所述复址无连接数据网中具有至少一个地址映射设备，所述IP网中的分组采用IP地址，所述复址无连接数据网中的分组采用复址无连接数据网地址；该组播实现包括(1)组播通告；(2)组播树建立；(3)组播通信；(4)组播终结四个步骤，其特征在于组播实现过程中：

由所述复址无连接数据网中的边缘关口设备和地址映射设备实现采用IP地址的组播分组与采用复址无连接数据网地址的组播分组之间的转换。

2.如权利要求1所述的在IP电信网系统中实现由IP网中用户发起的组播的方法，其特征在于：

所述组播通告过程包括如下步骤：

(1)IP网的组播源端点获取IP网组播地址；

(2)组播源端点向网络发出组播通知分组；

(3)组播通知分组经过IP网到达与之连接的边缘关口设备，边缘关口设备向地址映射设备发送包含IP网组播地址参数在内的组播申请；

(4)地址映射设备收到边缘关口设备发来的组播申请后，在地址映射设备内生成IP组播地址与复址无连接数据网地址的映射表，并向边缘关口设备发送带有复址无连接数据网组播地址参数的组播响应。

3.如权利要求1所述的在IP电信网系统中实现由IP网中用户发起的组播实现方法，其特征在于：

所述组播树建立过程包括如下步骤：

(1)要加入组播的IP网的设备，向IP网发出包含IP网组播地址参数在内的组播加入申请；

(2)组播加入申请分组到达与目的端连接的边缘关口设备，边缘关口设备向地址映射设备发出组播加入申请；

(3)地址映射设备收到组播加入申请后，保存该IP组播地址和目的端边缘关口设备的复址无连接数据网地址，在地址映射设备形成完整的复址无连接数据网组播地址以及全部目的端边缘关口设备的复址无连接数据网地址；

(4)所有要加入该组播树的节点都加入后，组播树建成。

4.如权利要求1所述的在IP电信网系统中实现由IP网中用户发起的组播实现方法，其特征在于：

所述组播通信过程包括如下步骤：

(1)组播源端点向网络发出组播分组，组播分组到达与源端连接的边缘关口设备，与组播源端点连接的边缘关口设备向地址映射设备发出包含IP组播地址参数在内的组播地址解析请求；

(2)地址映射设备收到组播地址解析请求，作地址解析，并向组播源端点连接的边缘关口设备回发包含有复址无连接数据网地址、全部目的端边缘关口设备的复址无连接数据网地址参数在内的组播地址解析；

(3)组播源端点连接的边缘关口设备发送组播分组。

5.如权利要求1所述的在IP电信网系统中实现由IP网中用户发起的组播实现方法，其特征在于：

所述组播终结的过程为：

组播源端点向网络发出组播终结分组，组播源端点连接的边缘关口设备向地址映射设备发出包含有组播地址参数在内的组播终结申请分组，地址映射设备清除与该组播地址相关的全部表项，组播终结。

6.如权利要求2至5中任意一项所述的在IP电信网系统中实现由IP网中用户发起的组播实现方法，其特征在于：

所述组播源端点通过包括隧道在内的技术与所述边缘关口设备建立连接。

7.如权利要求4所述的在IP电信网系统中实现由IP网中用户发起的组播实现方法，其特征在于：

所述组播分组中包含组播标识字段、组播地址字段和分组载荷。

8.如权利要求4所述的在IP电信网系统中实现由IP网中用户发起的组播实现方法，其特征在于：

具有相同组播地址的第一个分组为组播首包分组，组播首包分组拥有完整的报头和完整的组播扩展报头；

具有相同组播地址的第二个分组及以后的分组为组播后续分组，后续分组的报头可以不含组播扩展报头。

9.如权利要求8所述的在IP电信网系统中实现由IP网中用户发起的组播实现方法，其特征在于：

所述组播扩展报头中拥有全部目的端边缘关口设备的复址无连接数据网地址。

10.如权利要求4所述的在IP电信网系统中实现由IP网中用户发起的组播实现方法，其特征在于：

所述组播首包分组和叶节点修改包以命令包形式发送。

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