CN1852080A - 一种处理组播业务异常的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及因特网组管理协议(IGMP)领域，特别涉及一种处理组播业务异常的方法。本发明提出一种通过IGMP扩展处理IGMPLeave报文丢失引起的组播业务异常的方法，引入一种IGMP回执报文和IGMP Leave报文重发机制：网络设备收到用户终端的IGM PLeave报文后返回回执报文；用户终端没有按时收到该回执报文则重发IGMP Leave报文。本发明还可以用于组播业务切换业务以及处理网络电视IPTV应用中由于IGMP Leave报文丢失引起的组播业务异常的问题。
Description
技术领域
本发明涉及因特网组管理协议(IGMP：Internet Group ManagementProtocol)领域，特别涉及一种处理组播业务异常的方法。
背景技术
IP网络的传输方式有三种，分别为单播(Unicast)传输、广播(Broadcast)传输和组播(Multicast)传输。单播传输在发送者和每一接收者之间需要单独的数据信道。如果一台主机同时给很少量的接收者传输数据，一般没有什么问题。但如果有大量主机希望获得数据包的同一份拷贝时却很难实现，这将导致发送者负担沉重、延迟长、网络拥塞，为保证一定的服务质量需增加硬件和带宽。广播传输的工作方式为在IP子网内广播数据包，所有在子网内部的主机都将收到这些数据包。广播意味着网络向子网主机都投递一份数据包，不论这些主机是否乐于接收该数据包。广播的使用范围非常小，只在本地子网内有效，因为路由器会隔离广播通信。广播传输增加非接收者的开销。组播传输提高了数据传送效率，减少了主干网出现拥塞的可能性；组播组中的主机可以是在同一个物理网络，也可以来自不同的物理网络，传输范围较大，不增加非接收者的开销；因此组播传输是一种有很大应用前景的传输方式。
组播网络体系结构包括：组播的基本工作原理、实现组播的条件、组播的地址分配方案及与媒质接入控制层(MAC)地址映射、因特网组管理协议(IGMP)。
其中组播的工作原理为：组播是一种允许一个或多个发送者(组播源)一次的同时的发送单一的数据包到多个接收者的网络技术。组播源把数据包发送到特定组播组，只有属于该组播组的地址才能接收到数据包。简单地说，主机通过使用因特网组管理协议加入组播组中，并且可以动态离开组，即成员关系常有变化，路由器跟踪这种关系并试图形成一条到达组播成员的无回路路径。组播路由用于得到正在使用的组播组的路径上那些路由器，以及到达这些组播组的最佳路径信息。一旦报文到达目标子网(LAN)，该报文就有可能泛洪或转发到主机。
实现IP组播的前提条件为：组播源和接收者以及两者之间的下层网络都必须支持组播。即主机的传输层和网络层协议(TCP/IP)实现支持发送和接收IP组播；主机的网络接口支持组播；有一套用于加入、离开、查询的组管理协议，即IGMP(v1，v2)；有一套IP地址分配策略，并能将第三层IP组播地址映射到第二层MAC地址；支持IP组播的应用软件；所有介于组播源和接收者之间的路由器、交换机均需支持组播。
因特网组管理协议IGMP是用于主机和子网路由器之间通信，从而改变查询主机与组播组关系的管理协议。IGMP实现的功能主要包括加入组播组、退出组播组和组成员查询。加入组播组的功能实现过程为：当某个主机加入某一个组播组时，它通过“成员资格报告”消息通知它所在的IP子网的组播路由器，同时将自己的IP模块做相应的准备，以便开始接收来自该组播组传来的数据。如果这台主机是它所在的IP子网中第一台加入该组播组的主机，通过路由信息的交换，组播路由器加入组播分布树。加入之后，接收方主机的网络接口卡开始侦听与组播组地址相关的组播MAC地址，路由器把发送方的信息包一跳一跳地发送到有接收者的网段上去，局域网路由器根据信息包中的组地址转换成与之相关的MAC地址，接收方侦听到这个地址，收到信息包后，将IP层的组播数据包取出传向上层。退出组播组的功能实现过程在IGMP的不同版本中不同。在IGMP v1中，当主机离开某一个组播组时，它将自行退出。组播路由器定时使用“成员资格查询”消息向IP子网中的所有主机的组地址(224.0.0.1)查询，如果某一组播组在IP子网中已经没有任何成员，那么组播路由器在确认这一事件后，将不再在子网中转发该组播组的数据；与此同时，通过路由信息交换，从特定的组播组分布树中删除相应的组播路由器。这种不通知任何人而悄悄离开的方法，使得组播路由器知道IP子网中已经没有任何成员的事件延时了一段时间。在IGMP v2中，当每一个主机离开某一个组播组时，需要通知子网组播路由器，组播路由器立即向IP子网中的所有组播组询问，从而减少了系统处理停止组播的延时。组成员查询的功能是查询组中有哪些成员，可以包括通用组查询和特定组查询。所谓通用组查询就是查询所有的组成员，不管其具体属于哪个组；所谓特定组查询就是查询某个特定的组播组有哪些成员。
网络电视IPTV业务是组播网络的一个重要应用。对于IPTV业务，通常每个频道采用一个组播承载。当用户要收看某个频道时，用户终端就发出一个IGMP Join报文；网络设备收到IGMP Join报文后，则将用户终端加入对应的组播组，并向用户终端转发该组的报文；如果用户进行频道切换，则用户终端会发送一个IGMP Leave报文以离开当前的频道，然后发送一个IGMP Join报文以加入新的频道；网络设备收到IGMP Leave报文后，将用户终端从以前的组中删除，停止该组的组播转发；网络设备收到IGMP Join报文后，将用户终端加入新的组播组，并向用户转发该组的报文。当IGMP Leave报文丢失时将引起网络组播异常，影响网络正常运行，因此需要对IGMP Leave报文丢失进行处理。目前处理IGMP Leave报文丢失的方法主要有如下两种：
方法一是不对IGMP Leave报文丢失作任何处理。以基于数字用户线接入复用器(DSLAM)的数字用户线(DSL)接入为例，采用IGMP V2协议，不对IGMP Leave报文丢失作任何处理的数字用户线(DSL)接入过程如附图1所示：
(1)用户进行频道切换，用户驻地设备CPE发送IGMP Leave报文给数字用户线接入复用器(DSLAM)以离开当前的频道A(对应一个组播组)；在这个过程中，如果由于某种原因(例如线路干扰等原因)，IGMP Leave报文丢失，DSLAM没有收到CPE要离开A频道的报文；
(2)CPE发送IGMP Join报文加入一个新频道B(对应另外一个组播组B)；
(3)DSLAM同时收到两个IGMP Join报文，将新频道B和老频道A的内容转发到CPE。
这样可能会带来严重的问题：1.流量可能超过DSL的线路带宽造成丢包，导致任何一个频道都无法收看；2.浪费了额外的带宽，挤占了其他业务带宽，可能导致其他业务，如数据业务(上网)没有足够的带宽；3.额外浪费了家庭网的的带宽，降低家庭网的性能及家庭网内终端的性能。方法一不能解决IGMP Leave报文丢失的问题，如果IGMP Leave报文丢失将导致严重的问题。
方法二是对方法一的改进，但只解决了部分问题。仍以DSL接入为例，与方法一不同的是，DSLAM增加了组播连接允许控制(CAC)功能，该功能可以限制一个用户端口可同时加入的组播组的总带宽，或者限制一个用户端口可同时加入的组播组数量。DSLAM增加了组播连接允许控制(CAC)功能的数字用户线(DSL)接入过程如附图2所示：
(1)用户进行频道切换，用户驻地设备CPE发送IGMP Leave报文给数字用户线接入复用器(DSLAM)以离开当前频道A(对应一个组播组)；在这个过程中，如果由于某种原因(例如线路干扰等原因)，IGMP Leave报文丢失，DSLAM没有收到CPE要离开频道A的报文；
(2)CPE发送IGMP Join报文加入一个新频道B(对应另外一个组播组B)；
(3)DSLAM同时收到两个IGMP Join报文，由于IGMP Leave报文丢失导致用户加入一个新组时，用户端口加入的组播组的总带宽将超过CAC规定的带宽(或者组播组数量将超过CAC规定的数量)，这时CAC将拒绝新的组加入请求，以避免带宽或组播组数量超过限制。DSLAM继续发送频道A的内容给CPE。
方法二可以在一定程度上解决IGMP Leave报文丢失导致的问题，但是因为CAC只是拒绝新的组加入的请求，这样将导致用户频道切换不成功，一个可能的结果是用户认为已经切换到频道B，但DSLAM仍然发送频道A的组播流。这虽然可以一定程度解决带宽浪费问题，但仍会导致无法正常收看，用户体验差。
发明内容
本发明的目的是提出一种通过IGMP扩展处理因IGMP Leave报文丢失引起的组播异常的方法，避免因IGMP Leave报文丢失引起的组播业务异常。
本发明提出一种处理组播业务异常的方法，引入一种IGMP回执报文和IGMP Leave报文重发机制：网络设备收到用户终端的IGMPLeave报文后返回回执报文；用户终端没有按时收到该回执报文则重发IGMP Leave报文。
本发明所述一种处理组播业务异常的方法的实现步骤包括：
A.用户终端发送IGMP Leave报文给网络设备，同时启动判断设备；
B.网络设备收到用户终端的IGMP Leave报文，停止传送该组播组内容给用户终端，并发送IGMP回执报文给用户终端；
C.判断设备判断用户终端是否收到回执报文：
如果没有收到网络设备的IGMP回执报文，则执行步骤A；
如果收到网络设备的IGMP回执报文，则执行步骤D；
D.用户终端向网络设备发送IGMP Join报文；
E.网络设备收到IGMP Join报文，向用户终端传送所要求的组播源的内容。
作为一种改进，步骤A中的判断设备是一种计时器。
作为一种改进，步骤B中，网络设备设定IGMP回执报文的目的MAC地址是用户终端IGMP申请的源MAC地址，回执报文发送方式为单播传输。
作为一种改进，IGMP回执报文是一种通用回执报文。
作为一种改进，增加IGMP回执报文类型的类型值以识别不同类型IGMP Leave报文的回执报文。
本发明还可以用于组播业务切换业务：用户终端发送组播切换请求报文给组播源；组播源收到请求报文后发送回执报文给用户终端，然后发送新组播内容；如用户终端没有收到回执报文则再次发送组播切换请求报文。
本发明还可用于处理IPTV应用中由于IGMP Leave报文丢失引起的组播业务异常的方法：用户驻地设备CPE没有收到IGMP Leave报文的回执报文则重发IGMP Leave报文；CPE收到回执报文，发送加入新频道报文，实现频道切换。
本发明所述方法可用于多种网络设备，包括：数字用户线接入复用器DSLAM、多业务接入节点MSAN、以太网交换机、路由器、无源光网络PON的光线路终端OLT、全球微波接入互操作性WIMAX的基站BS，以及支持IGMP处理的各种家庭网络设备。其中在组播传输中，这些网络设备作为组播源，发送组播切换请求报文的回执报文，满足对应的用户终端的组播切换请求。
本发明通过引入IGMP回执报文和IGMP Leave报文重发机制，实现了IGMP Leave报文的丢失重发。通过该方法可以处理IPTV等应用中由于IGMP Leave报文丢失而导致的组播流丢包(无法正常收看)、频道切换不成功、线路带宽浪费、影响其他业务以及浪费家庭网带宽等问题，为用户提供良好的用户体验。
进一步地，本发明通过确定IGMP发送回执报文的目的MAC地址为单播MAC地址，目的MAC地址是用户IGMP申请的源MAC地址的方法，避免按照原有方式采用二层组播报文即采用二层目的MAC地址为组播地址来传递IGMP报文，导致所有的该组的用户都会收到该报文，无法通知到真正需要通知的用户的缺点，将回执报文仅仅通知真正需要通知的用户。
附图说明
图1是不对IGMP Leave报文丢失作任何处理的数字用户线(DSL)接入过程示意图；
图2是DSLAM增加了组播连接允许控制(CAC)功能的数字用户线(DSL)接入过程示意图；
图3是本发明的实现步骤示意图；
图4是本发明的具体实施例一接入过程示意图；
图5是本发明的具体实施例二中的IGMP报文格式；
图6是本发明的具体实施例二中的0x47报文格式；
图7是本发明的具体实施例二中的0x45报文格式。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明进行具体说明。
请参阅图3，本发明所述一种处理组播业务异常的方法的实现步骤包括：
A.用户终端发送IGMP Leave报文给网络设备，同时启动判断设备；
B.网络设备收到用户终端的IGMP Leave报文，停止传送该组播组内容给用户终端，并发送IGMP回执报文给用户终端；
C.判断设备判断用户终端是否收到回执报文：
如果没有收到网络设备的IGMP回执报文，则执行步骤A；
如果收到网络设备的IGMP回执报文，则执行步骤D；
D.用户终端向网络设备发送IGMP Join报文；
E.网络设备收到IGMP Join报文，向用户终端传送所要求的组播源的内容。
其中步骤A中的判断设备可以采用计时器来实现；步骤B中，网络设备设定IGMP回执报文的目的MAC地址是用户终端IGMP申请的源MAC地址，回执报文发送方式为单播传输；IGMP回执报文是一种通用回执报文；增加IGMP回执报文类型的类型值以识别不同类型IGMP Leave报文的回执报文。
以DSLAM中的IGMP Leave报文丢失处理过程为例，本发明的具体实施例一参考附图图4，实现过程如下：
(1)用户正在收看频道A(对应组播组A)，DSLAM将频道A的内容发送给用户驻地设备CPE；
(2)用户切换频道，希望由频道A切换到频道B；
(3)CPE发送IGMP Leave报文，离开频道A，同时启动计时器；
(4)CPE等待计时器指定的时间后：如果没有收到来自DSLAM的IGMP回执报文，CPE认为IGMP Leave报文丢失，执行步骤(3)；如果收到来自DSLAM的IGMP回执报文，CPE则执行步骤(6)；
(5)DSLAM收到IGMP Leave报文后，停止向用户发送频道A的组播流；同时DSLAM向CPE发送IGMP回执报文，表示已经收到用户的IGMP Leave报文；
(6)CPE发送IGMP Join报文加入新的频道B(对应组播组B)；
(7)DSLAM收到IGMP Join报文后，在没有其它条件限制的情况下接纳用户加入频道B的请求，向CPE发送频道B的内容。
至此，一次频道切换规程完成。虽然在换台过程中出现了IGMPLeave报文丢失，但由于增加了IGMP Leave报文的回执报文和IGMPLeave报文的重发机制，仍然可以成功完成频道切换，而且没有造成带宽的浪费。终端用户不会感觉到这个过程，与正常频道切换体验没有区别，用户体验好。
本发明的具体实施例二以承载在以太网接口上的IGMP报文格式(以IGMP V2 RFC2236标准为例)为例，其格式为附图图5，其中该报文包含几个部分：
首先是以太网报文头，其中源MAC地址为单播MAC地址，目的MAC地址为组播MAC地址，以太网协议类型Ethertype为IP协议，表明承载的报文为IP报文；
其次是IP报文头，IP报文头中源IP地址为发送者的单播IP地址，目的IP地址为组播组IP地址，该组播IP地址通过通用的规则映射到以太网报文头中的组MAC地址。对于IGMP协议，IP头中的协议类型为IGMP协议，表明承载的数据为IGMP协议数据。
再次是IGMP报文头，IGMP报文根据IGMP v2标准的定义，首先是Type表明本IGMP控制报文的类型，主要有以下几个类型：
0x11＝Membership Query组查询报文
0x16＝Version 2 Membership Report组报告报文，用于加入组播组等功能
0x17＝Leave Group组离开报文，用于离开指定的组播组
0x12＝Version 1 Membership Report，兼容IGMP V1的报文类型
然后是最大响应时间，Checksum用于完整性，最后是组播组号。
根据本发明对该协议进行扩展和修改：
1)针对IGMP Leave报文的回执报文，可以为该报文定义一种专门的报文类型，例如0x47(可根据具体情况定义，例如根据未来的标准)，用于IGMP Leave(0x17)报文收到后的确认报文，该报文格式如附图图6所示。具体实现步骤为：网络设备收到用户终端的IGMPLeave报文后发送IGMP回执报文给用户终端，其中报文类型值为0x47的所述回执报文是对应IGMP Leave(0x17)报文收到后的回执报文；用户终端如果在规定的时间内没有收到回执报文，则重发IGMP Leave(0x17)报文给网络设备；用户终端直到收到网络设备IGMP报文类型值为0x47的回执报文后再向网络设备发送IGMP Join报文，完成一次组播源切换。
2)针对IGMP Membership Report和Leave报文的通用回执报文，可以为该报文定义一种专门的报文类型，例如0x45(可根据具体情况定义，例如根据未来的标准)，用于IGMP Membership Report/Leave报文收到后的回执报文，该报文格式如附图图7所示。具体实现步骤为：网络设备收到用户终端的IGMP Membership Report/Leave报文后发送IGMP回执报文给用户终端，其中报文类型值为0x45的所述回执报文是对应IGMP Membership Report/Leave报文收到后的回执报文；用户终端如果在规定的时间内没有收到回执报文，则重发IGMPMembership Report/Leave报文给网络设备；用户终端直到收到网络设备IGMP报文类型值为0x45的回执报文后再向网络设备发送IGMPJoin报文，完成一次组播源切换。
本发明所述的方法可用于多种网络设备，包括：数字用户线接入复用器DSLAM、多业务接入节点MSAN、以太网交换机、路由器、无源光网络PON的光线路终端OLT、全球微波接入互操作性WIMAX的基站BS，以及支持IGMP处理的各种家庭网络设备。其中在组播传输中，这些网络设备作为组播源，发送组播切换请求报文的回执报文，满足对应的用户终端的组播切换请求。
Claims (9)
1.一种处理组播业务异常的方法，其特征在于：网络设备收到用户终端的IGMP Leave报文后返回回执报文；用户终端没有按时收到该回执报文则重发IGMP Leave报文。
2.如权利要求1所述处理组播业务异常的方法，其特征在于实现该方法的步骤包括：
A.用户终端发送IGMP Leave报文给网络设备，同时启动判断设备；
B.网络设备收到用户终端的IGMP Leave报文，停止传送该组播组内容给用户终端，并发送IGMP回执报文给用户终端；
C.判断设备判断用户终端是否收到回执报文：
如果没有收到网络设备的IGMP回执报文，则执行步骤A；
如果收到网络设备的IGMP回执报文，则执行步骤D；
D.用户终端向网络设备发送IGMP Join报文；
E.网络设备收到IGMP Join报文，向用户终端传送所要求的组播源的内容。
3.如权利要求2所述处理组播业务异常的方法，其特征在于：所述判断设备是一种计时器。
4.如权利要求1所述处理组播业务异常的方法，其特征在于：网络设备将发送IGMP回执报文中的目的MAC地址由组播地址修改为单播地址；所述目的MAC地址是用户IGMP申请的源MAC地址。
5如权利要求1所述处理组播业务异常的方法，其特征在于：所述的IGMP回执报文是一种通用回执报文。
6.如权利要求1所述处理组播业务异常的方法，其特征在于：增加IGMP回执报文类型的类型值以识别不同类型IGMP Leave报文的回执报文。
7.一种使用如权利要求1-6中任一项方法实现组播组切换的方法，其特征在于：用户终端发送组播切换请求报文给组播源；组播源收到请求报文后发送回执报文给用户终端，然后发送新组播内容；如用户终端没有收到回执报文则再次发送组播切换请求报文。
8.一种使用如权利要求1-6中任一项方法处理网络电视IPTV应用中由于IGMP Leave报文丢失引起的组播业务异常的方法，其特征在于：用户驻地设备CPE没有收到IGMP Leave报文的回执报文则重发IGMP Leave报文。
9.实现如权利要求1-6任一项所述方法的网络设备，包括：数字用户线接入复用器、多业务接入节点、以太网交换机、路由器、无源光网络的光线路终端、全球微波接入互操作性的基站，以及支持IGMP处理的各种家庭网络设备，其特征在于：所述网络设备作为组播传输的组播源，发送组播切换请求报文的回执报文。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20100414 Termination date: 20191130 |