CN1913491A

CN1913491A - 共存的静态和动态ip多播

Info

Publication number: CN1913491A
Application number: CNA2006100928947A
Authority: CN
Inventors: R·M·卢库伊
Original assignee: Alcatel NV
Current assignee: Alcatel CIT SA; Alcatel Lucent NV
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2006-05-17
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2026-05-17
Also published as: KR20080021666A; EP1884064A1; CN1913491B; US20060262792A1; WO2007004064A1; DE602006003551D1; EP1884064B1; KR101168369B1; US8675653B2; ATE413743T1

Abstract

一种提供静态和动态IP多播的系统和方法。介绍了使静态和动态IP多播共存的多播静态范围的概念。多播静态范围是为静态多播保留的一组至少一个D级IP地址，并在所有路由器上配置。当路由器收到PIM或IGMP消息时，确定消息中的指定组是否在多播静态范围内。如果该组属于静态多播组，路由器不使用PIM协议将该消息传播到上游路由器，只是连接或断开路由器内部接口。如果该组不在多播静态范围内，路由器认出该消息属于动态多播组，如常执行PIM或IGMP协议。如果本发明用于广播TV，信道的低端或常使用的信道能按静态IP多播创建，用户能接入或离开这种信道而不需建立或拆除整个最短路径树，而特定或不常使用的信道能用动态IP多播创建以更有效地利用路由器资源。

Description

共存的静态和动态IP多播

技术领域

本发明涉及通信网络中的IP多播，更具体地涉及在IP多播分布树的创建中使用的IP地址范围。

背景技术

从向若干期望接收业务的主机提供多播内容的源建立多播树，两种一般的方法是动态IP多播和静态IP多播。在动态多播中，使用诸如协议独立多播-稀疏模式(PIM-SM)或协议独立多播-指定源模式(PIM-SSM)的多播协议，来创建和扩展从多播主机到多播源的多播树。在静态多播中，多播协议不负责建立和扩展多播树。相反，多播树的建立由诸如网络管理的其他装置或通过配置来实现。

在PIM-SM中，最短路径树(SPT)不能被直接建立在源与主机之间，因为主机不知道源的标识。主机只能识别属于多播组的内容。聚合点(RP)是被用作临时路点以便参与SPT创建的路由器。所有的路由器都获取多播组和RP间的相同的映射，一个RP与每个组相关。当路由器收到IGMP-JOIN(*，G)(因特网组管理协议-加入(*，G))或PIM-JOIN(*，G)消息时，该路由器会建立朝向与该组相关的RP的路由。当众多的路由器都建立至该RP的路由时，建立RP树(RPT)。连接到源的路由器(源路由器)具有相同的RP和组之间的映射。当源开始向组发送IP分组时，源路由器通过封装IP分组和向RP转发分组来用RP开始分组的注册。当在连接到主机的RPT内的路由器通过该RPT收到IP分组时，其得知源的标识，创建至源的STP路由，并拆除至RP的路由。因此RTP转变成SPT。

在PIM-SSM中，对于给定的组，主机知道多播内容的源。在PIM-SSM被用作广播TV信道的例子中，当用户选择信道收看时，机顶盒(STB)确定该信道的多播组G和源S，并向主机路由器发送IGMP JOIN(S，G)消息。多播组是由在224/4范围内的D级IP地址限定的。主机路由器首先在至STB的输出接口(OIF)和至下一个路由器的输入接口(IIF)之间建立内部连接。然后主机路由器确定能够到达源要经过的下一个路由器，并向下一个上游路由器转发PIM JOIN(S，G)消息。下一个路由器创建它自己的内部连接并将PIM JOIN(S，G)消息转发给朝向源S的上游路由器。这种操作重复进行，直到PIM JOIN(S，G)消息到达连接到源的路由器或者到达已经具有(S，G)状态的路由器为止。

如果任何一个路由器收到PIM JOIN(S，G)消息并且因为已经从不同的路由器或另一主机收到了相同源和组的PIM JOIN(S，G)或IGMP JOIN(S，G)，所以在该路由器上的(S，G)支持多播分发树，那么，该路由器仅仅建立最新到达的PIM JOIN(S，G)消息到达所经过的OIF和通向源的IIF之间的内部连接。

在PIM-SM中，如果主机不再希望访问该组，则该主机向主机路由器发送IGMP LEAVE(*，G)(因特网组管理协议-离开(*，G))消息。主机路由器首先删除主机的OIF和通向RP的IIF之间的连接。如果当前没有其他的主机愿意接收同一组的业务，那么此时该主机路由器接着向朝向RP的上游路由器发送PIM PRUNE(剪除)(*，G)消息。这一操作由上游路由器重复，直到到达RP或者支持该组多于一个的主机的路由器为止，在该点上，删除到OIF的内部连接，并且不转发PIM PRUNE(*，G)消息。

在PIM-SSM中，如果主机不再希望访问该组，那么主机向主机路由器发送IGMP LEAVE(S，G)消息。主机路由器首先删除主机的OIF和通向下一个上游路由器的IIF之间的连接。如果当前没有其他主机愿意接收同一组的且来自同一源的业务，那么主机路由器接着向上游路由器发送PIM PRUNE(S，G)消息。这一操作由上游路由器重复，直到到达源路由器或者支持该组多于一个的主机和源的路由器时为止，在该点上删除到OIF的内部连接，并且不转发PIM PRUNE(S，G)消息。

在PIM协议的两个方面，在主机请求接入或离开组和源时，最终产生和保持多个主机和源之间的最短路径树。由于每个路由器中的每个IIF通常被每个下游主机共享，并且每个路由器中的每个OIF通常被每个下游路由器的下游主机共享，动态多播因此能有效利用接口。然而，在主机频繁地离开或加入组的应用中，当RPT和SPT被建立、拆除或改变时，用户会经历不希望的时延。这类应用的例子是TV广播。

在IP多播的TV广播应用中，当用户扫描信道以获取内容时或在广告期间切换要看的信道时，他们可以频繁地切换正在观看的信道。当用户在第一信道和第二信道之间切换时，STB首先向主机路由器发送IGMPLEAVE(S₁，G₁)消息，接着主机路由器可以向上游发送PIM PRUNE(S₁，G₁)消息。然后STB向主机路由器发送IGMP JOIN(S₂，G₂)消息，然后主机路由器可以向上游发送PIM JOIN(S₂，G₂)消息。每次用户切换信道时，最短路径树的一部分被拆除而新的最短路径树或新的最短路径树的一部分被建立。这消耗了路由器上的处理功率，而更重要的是(对用户)，由于PIM-SSM消息是环绕整个网络传送以拆除旧的多播树和重建新的多播树，会在信道冲浪中导致不可接受的时延。

静态多播提供了这个问题的一种解决方案。为每个多播组(或者信道)从终端用户主机到多播源一次性地建立多播分发树，而不使用任何多播协议。类似于PIM-SSM协议，为了建立从组G的主机到多播源S的静态多播树，应该在从主机路由器到多播源的每个路由器上建立多播连接。然而，在增加组时，静态多播缺少由动态多播在SPT树的自动创建和保持中提供的灵活性。即使当前没有主机通过SPT树接收多播内容，静态多播也要求为SPT树保留OIF和IIF。

一种允许动态多播和静态多播共存而不会产生冲突的系统将使每种多播方法的优点得以实现。这种系统必须允许PIM-SM和PIM-SSM协议在已经提供静态多播的网络中运行，而不会导致静态多播SPT的拆除和恶化。这种系统应当允许动态多播状态与静态多播状态彼此独立地添加或删除。这样，更经常使用的组可以利用静态多播建立，而不经常使用的组的路径只在需要时使用动态多播接入。当用户在经常使用的组之间切换时，这为他们提供了更小的时延，同时保持了路由器资源的有效利用。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种在通信网络中实现IP多播的方法。将多播静态范围定义成一组至少一个D级IP地址。为静态IP多播保留多播静态范围内的每个IP地址。在网络中建立至少一个动态IP多播组，每个这样的动态多播组具有各自的处于多播静态范围外的IP地址。在网络中建立至少一个静态IP多播组，每个这样的静态IP多播组具有各自的处于多播静态范围内的IP地址，并且对于这样的组，忽略PIM-SSM和PIM-SM消息传递。

根据本发明的另一方面，提供一种支持静态IP多播和动态IP多播在通信网络的路由器上共存的方法。把多播静态范围存储在存储器中，所述多播静态范围是为静态IP多播保留的一组至少一个D级IP地址。在收到PIM消息或IGMP消息时，确定该消息是否属于静态多播组。如果该消息不属于静态多播组，那么根据动态IP多播处理该消息。如果该消息不属于静态多播组且该消息是PIM消息，那么丢弃该消息。如果该消息属于静态多播组且该消息是指定了源的IGMP JOIN消息，则在该路由器内建立可被该源和该组识别的连接，而不向上游路由器转发PIM消息。如果该消息属于静态多播组且该消息是指定了源的IGMP LEAVE消息，则删除该路由器内可被该源和该组识别的连接，而不向上游路由器转发PIM消息。

根据本发明的又一方面，提供一种用在通信网络中的路由器。该路由器包括用于存储多播静态范围的存储器，所述多播静态范围是一组至少一个D级IP地址，多播静态范围内的每个IP地址是为静态多播保留的。该路由器包括在接收消息时用于确定该消息是否属于静态多播组的装置。该路由器包括在该消息属于静态多播组的情况下用于忽略收到的PIM消息的装置。该路由器包括在该消息不属于静态多播组的情况下用于根据PIM协议处理收到的PIM消息的装置。该路由器包括在收到IGMP消息时，用于确定该消息是否属于静态多播组的装置。该路由器包括装置，在收到指定了源的IGMP JOIN消息时，在该IGMP JOIN消息属于静态多播组的情况下，用于在路由器内建立连接而不向上游路由器转发相应PIM消息的装置。该路由器包括在收到指定了源的IGMP LEAVE消息时，在该IGMP LEAVE消息属于静态多播组的情况下，用于在路由器内删除连接而不向上游路由器转发相应PIM消息的装置。该路由器包括在消息不属于静态多播组的情况下用于根据动态IP多播来处理收到的IGMP消息的装置。

本发明的方法可以作为处理器可执行指令存储在计算机可读介质上。

本发明的方法和设备允许动态和静态IP多播共存，并允许独立地保持由两种多播方法创建的状态。通过提供为静态IP多播定义和保留的D级IP地址范围，网络路由器能够区别动态多播组与静态多播组，并能对PIMJOIN/PRUNE和IGMP JOIN/LEAVE消息应用新的一套规则。因此静态信道能够在路由器上被添加或删除而不触发任何动态多播。本发明的方法和设备可以在TV广播中得到具体应用，其中通常被访问的TV信道可以用静态多播配置，而不常被访问的TV信道或特定信道(如付费观看的信道)可以用动态多播配置。

附图说明

本发明的特点和优点从以下参考附图的优选实施例的详细说明中会变得更明显，其中：

图1是示例性的通信网络的一部分的框图；

图2是根据本发明的一个实施例的D级IP地址分配图；

图3是根据本发明的一个实施例的图1中的路由器处理PIM和IGMP消息的流程图；

图4是图1中网络的框图，在该网络中配置了根据本发明的一个实施例的示例性的静态IP多播组；以及

图5是图1中网络的框图，在该网络中配置了根据本发明的一个实施例的第二个示例性的静态IP多播组。

应当注意，附图中相同的特征具有类似的标记。

具体实施方式

参考图1，该图显示了示例性的通信网络的一部分的框图。用户操作的主机10通过主机路由器12连接到网络。主机10可以是任何能够请求和接收IP多播业务的设备，如机顶盒(STB)。多播源14通过源路由器16连接到网络，并为多播组G₁提供IP多播内容。主机路由器12和源路由器16通过中间路由器18通信。图1的布置仅仅出于为举例的目的，更一般地，主机路由器和源路由器之间存在多个主机、多个主机路由器、多个源、多个源路由器和多个中间路由器。典型地，源在多于一个多播组中提供内容。

参考图2，该图显示了D级IP地址。D级IP地址是为IP多播保留的，并包括了从224.0.0.0到239.255.255.255的IP地址。已经为PIM-SSM保留的D级内的IP地址范围从232.0.0.0到238.255.255.255(238/8)。这个范围被称为SSM范围，并由IETF定义(2004年3月，Meyer等人的IETF手稿，“Source-Specific Protocol Independent Multicast in 232/8”)。根据本发明的一个实施例，这里被称为多播静态范围的D级内的IP地址范围是为静态多播保留的。虽然在图2中显示了静态多播IP地址的范围低于PM-SSM的地址范围，但是它可以是不与SSM范围重叠的任何一组D级IP地址。

概括地说，在操作中任何接收IGMP或PIM消息的路由器确定在该消息内定义的组G。如果组G位于多播静态范围内，路由器不使用PIM协议。否则，路由器使用PIM协议。这样，能够通过给IP多播组分配处于静态范围内的IP地址来将其定义成静态的。当主机通过发送IGMP JOIN(S，G)消息加入静态多播组时，主机路由器在OIF和IIF之间建立内部连接，但不向上游路由器传播任何PIM-JOIN(S，G)信息。当主机通过发送IGMP LEAVE(S，G)消息离开静态多播组时，主机路由器拆除OIF和IIF之间的内部连接，但不向上游路由器传播任何PIM-PRUNE(S，G)消息。如果主机加入或离开动态多播组，即，其IP地址不在多播静态范围内的组，路由器使用PIM-SM或PIM-SSM协议来建立和拆除最短路径树或RP树，或者在PIM-SM的情况下利用RP注册多播源。

参考图3，该图显示了根据本发明的一个实施例在通信网络中由路由器实施的方法的流程图。在步骤30中，路由器接收PIM或IGMP消息。在路由器内的存储器中配置多播静态范围。路由器确定消息中的组G，并在步骤32中路由器确定组G是否位于多播静态范围内。如果组G不在多播静态范围内，那么路由器就使用常规的动态IP多播处理该消息。

如果组G位于多播静态范围内，那么路由器在步骤36确定消息是否为IGMP JOIN(S，G)消息。如果该消息是IGMP JOIN(S，G)消息，那么在步骤38路由器就在消息到达所经过的下游输出接口(OIF)和通向由消息指定的源S的上游输入接口(IIF)之间建立连接。

如果该消息不是IGMP JOIN(S，G)消息，那么在步骤40路由器确定该消息是否为IGMP LEAVE(S，G)消息。如果该消息是IGMP LEAVE(S，G)消息，那么在步骤42路由器就会删除该消息到达所经过的OIF和通向由消息指定的源S的IIF之间的连接。

如果该消息不是IGMP LEAVE(S，G)消息，那么在步骤42路由器忽略该消息。任何一个这样的消息会是PIM JOIN(S，G)消息、PIM JOIN(*，G)消息、PIM PRUNE(S，G)消息、PIM PRUNE(*，G)消息、PIMREGISTER消息、IGMP JOIN(*，G)消息或IGMP LEAVE(*，G)消息，对处于多播静态范围内的组地址来说，上述消息没有一个要处理。

参考图4，该图显示了根据本发明的一个实施例建立静态IP多播连接之后，图1的示例性通信网络。源14为适合静态多播的组G₁，例如被用户频繁地请求和撤销的电视信道，提供IP多播。组G₁是位于多播静态范围内的多播IP地址，并被配置在每个路由器上。因为对于这个组没有运行在网络中的动态协议(由于它位于多播静态范围内)，所以必须通过配置或者自动方法在每个路由器上(除主机路由器12外)建立下游OIF与通向源的上游IIF之间的连接。为了在源路由器16上建立多播树，人工或通过自动的方法，在通向下游中间路由器18的OIF上向源路由器16提供IGMP JOIN(S，G₁)消息。如上参考图3的步骤38所描述的，源路由器16在通向源14的IIF与通向中间路由器的OIF之间建立连接50。类似地，在通向下游主机路由器12的OIF上向中间路由器18提供IGMP JOIN(S，G₁)消息，这导致中间路由器18在通向主机路由器的OIF与通向源14的IIF之间建立连接52。因为中间路由器认出组G₁的IP地址位于多播静态范围内，中间路由器18不向上游源路由器16传播PIM JOIN(S，G₁)消息。

如果源路由器16和中间路由器18上的其它OIF通向对接收组G₁的业务感兴趣的其它路由器，那么类似地可以向这些OIF提供IGMP JOIN(S，G₁)消息。例如，可以在与连接52同一IIF和通向第二个主机路由器(图4中未显示)的OIF之间建立连接54。

当主机10希望接收组G₁的多播业务时，主机向主机路由器12的OIF发送IGMP JOIN(S，G₁)消息，并且主机路由器12在通向主机的OIF与通向源的IIF之间建立连接56。主机路由器12认出组G₁的IP地址位于多播静态范围内，并且与正常的PIM-SM工作情况不同，它并不接着向上游中间路由器18发送PIM JOIN(S，G₁)消息。这是由于所有朝向源14的上游路由器上的多播连接都已经提前为组G₁分别建立起来了。因为大部分通向源14的路径已经存在，所以相对于如果使用动态IP多播并且必须建立一些或全部最短路径树的情况相比，主机10访问组G₁要快得多。

类似地，如上参考图3的描述，如果主机10例如通过切换到另一个信道来离开该信道，主机路由器12删除连接56但不向中间路由器18发送PIM PRUNE(S，G₁)信息。

如果主机10希望加入为组G₂定义的不同多播树，那么主机10向主机路由器12发送IGMP(S，G₂)消息。如果组G2不位于已配置的静态范围内(如上面参考图3的步骤32所描述的)，主机路由器12按照动态IP多播处理IGMP JOIN(S，G₂)消息。结果，PIM-SSM协议在IGMP JOIN(S，G₂)消息被接收所经过的OIF与朝向指定源S的IIF之间建立连接，并且接着向适合的上游路由器发送PIM-JOIN(S，G₂)消息。由于组G₂的IP地址不位于多播静态范围内，根据通常的PIM-SSM的工作情况，上游路由器建立内部连接并向上游传输PIM-JOIN(S，G₂)消息。

类似地，如果主机10希望加入多播树(*，G₃)，那么主机向主机路由器12发送IGMP JOIN(*，G₃)消息。作为稀疏模式多播，组G₃不应当位于静态范围内。主机路由器12确定组G₃的IP地址不位于多播静态范围内(如上述参考图3的步骤32所述)，并且按照动态IP多播处理IGMP JOIN(*，G₃)消息。根据通常PIN-SM的工作情况，建立内部路由器连接并且朝向RP向上游传播PIM-JOIN(*，G₃)消息。

本发明提供了在配置附加的静态多播树或删除现有的多播树中的灵活性。换句话说，静态多播树能被增加或删除而不必中断静态或动态网络。参考图5，该图显示了根据本发明一个实施例建立第二静态多播树之后，图4的示例性通信网络。组G₁保留了各个OIF与IIF之间采用连接50、52和54形式的配置。具有位于多播静态范围内的IP地址的第二个组G₄由第二个源70S₂提供。G₄类似于上述参考图4的组G₁的配置进行配置。IGMP-JOIN(S₂，G₄)消息被提供给通向中间路由器18的第二源路由器72上的OIF。第二源路由器72确定组G₄的IP地址位于多播静态范围内，并在OIF与通向第二个源的IIF之间建立连接。IGMP-JOIN(S₂，G₄)消息被提供给通向主机路由器12的中间路由器上的OIF，此外作为响应，中间路由器18在OIF和通向源路由器72的IIF之间建立连接。可以看出，在建立内部连接中，现有的静态多播组G₁(起源于源14)和当前任何动态多播组实际上不会受第二静态多播组G₄的配置影响。

上面参考图3描述的路由器处理PIM控制消息的方法，优选地以在一个或多个处理器内的软件指令的形式执行，但是更普遍地可以作为软件和硬件相结合形式的指令被存储和访问，所述组合包括集成电路中的硬件。如果以软件指令的形式，软件指令可以存储在计算机可读介质上。

已经参考了保留用于静态IP多播的D级IP地址的范围描述了本发明，所述范围被称为多播静态范围。可选地，为静态IP多播保留的IP地址不必是连续的。可以很容易地理解，本发明更一般地是用被定义成保留用作静态IP多播而不必是连续的一组IP地址的多播静态范围进行运作的。无论如何，使用一组被定义成连续范围的IP地址简化了本发明的实现，因为这样更容易确定在PIM或IGMP消息中标识的多播组的IP地址是否在由上方值和下方值指定的连续组内。

给出的实施例只是示例性的，本领域的技术人员将认识到，可以在不违背本发明的精神的前提下作出上述实施例的变体。逻辑上等同或类似于以上参考图3所述方法的方法可以用来实现本发明的方法。本发明的范围完全由所附权利要求限定。

Claims

1.一种在通信网络中执行网际(IP)多播的方法，该方法包括：

定义多播静态范围，所述多播静态范围为一组至少一个D级IP地址；

为静态IP多播保留所述多播静态范围内的每个IP地址；

在所述网络中建立至少一个动态IP多播组，每个动态多播组都具有位于所述多播静态范围之外的相应IP地址；

在所述网络内建立至少一个忽略协议独立多播-稀疏模式消息传递和协议独立多播-指定源模式消息传递的静态多播组，每个静态多播组都具有位于所述多播静态范围内的相应IP地址。

2.一种在通信网络中的路由器上支持静态IP多播和动态IP多播共存的方法，该方法包括：

在存储器中存储多播静态范围，所述多播静态范围是为静态IP多播保留的一组至少一个D级IP地址；

在收到协议独立多播消息或因特网组管理协议消息时，确定所述消息是否属于静态多播组；

如果该消息不属于静态多播组，则根据动态IP多播来处理该消息；

如果该消息属于静态多播组且该消息是协议独立多播消息，则丢弃该消息；

如果该消息属于静态多播组，并且该消息是指定了源的因特网组管理协议-加入消息，则在所述路由器内建立可被所述源和所述组识别的连接，而不向上游路由器转发协议独立多播消息；

如果该消息属于静态多播组，并且该消息是指定了源的因特网组管理协议-离开消息，则在所述路由器内删除可被所述源和所述组识别的连接，而不向上游路由器转发协议独立多播消息。

3.一种使用在通信网络中的路由器，其包括：

用于存储多播静态范围的存储器，所述多播静态范围是一组至少一个D级IP地址，所述多播静态范围内的每个IP地址是为静态多播保留的；

在收到协议独立多播消息时，用于确定该消息是否属于静态多播组的装置；

在该消息属于静态多播组的情况下，用于忽略接收的协议独立多播消息的装置；

在该消息不属于静态多播组的情况下，用于根据协议独立多播协议来处理收到的协议独立多播消息的装置；

在收到因特网组管理协议消息时，用于确定该消息是否属于静态多播组的装置；

在收到指定了源的因特网组管理协议-加入消息时，在该因特网组管理协议-加入消息属于静态多播组的情况下，用于在所述路由器内建立连接，而不把相应的协议独立多播消息转发给上游路由器的装置；

在收到指定了源的因特网组管理协议-离开消息时，在该因特网组管理协议-离开消息属于静态多播组的情况下，用于在所述路由器内删除连接而不把相应的协议独立多播消息转发给上游路由器的装置；以及

在该消息不属于静态多播组的情况下，用于根据动态IP多播处理收到的因特网组管理协议消息的装置。

4.根据权利要求3的路由器，其中用于确定协议独立多播消息是否属于静态多播组的装置包括：确定由所述协议独立多播消息指定的组的IP地址，并且如果所述组的IP地址位于所述多播静态范围内，则确定该消息属于静态多播组，而且其中用于确定因特网组管理协议消息是否属于静态多播组的装置包括：确定由所述因特网组管理协议消息指定的组的IP地址，并且如果所述组的IP地址位于所述多播静态范围内，则确定该消息属于静态多播组。