CN1925412A - 多播主机授权、跟踪和计费 - Google Patents

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Abstract

代替在聚集网络中每个IGMP路由器或窥探代理的每个接口处实现每流测量，如现有技术中的“每流测量”方法，本发明涉及这样一种方案，其中IGMP路由器或窥探代理跟踪每个主机(针对IGMPv3)或子网(针对IGMPv1和IGMPv2)的多播预订，并且将例如主机id、主机加入频道的时间、频道传送的持续时间等的信息存储在数据库中。然后可以利用SNMP或WSDM MUWS，由网络管理工具来拉所述数据库(MIB)。根据本发明，还提供了一种用于多播主机授权的机制。

Description

多播主机授权、跟踪和计费
相关申请
2003年12月11日在美国专利商标局首次提交的序号为10/732,529的标题为“Multicast Flow Accounting”的相关申请，解决了多播流计费方面的问题，其中计费适用于流的发送方。在此引入该相关申请的内容作为参考。
技术领域
本发明涉及因特网协议(IP)多播流计费，并且具体涉及数字通信系统中的多播主机授权、跟踪和计费。
背景技术
因特网协议(IP)多播是一种带宽节约技术，它通过向包括公司和私人住宅的数千个接收方同时传送单个信息流来减少业务量。利用IP多播的应用包括视频会议、企业通信、远程教育和软件分发、股票报价和新闻等。
IP多播将源业务传送至多个接收方而不向源或接收方增加任何额外的负担，同时在任何当前的竞争技术中使用最小的网络带宽。由通过支持多播协议而被启动的路由器在网络中复制多播分组，这实现了多播系统中数据至多个接收方的高效传送。尽管多播对于广播多媒体内容是有前途的技术，然而当前IP多播实现缺乏对每主机、每信道计费、每时间和每持续时间计费的能力。
本发明涉及带宽有效机制，其针对例如视频和音频的连续多媒体流穿过使用多播树的数据网络向一组接收方的递送而采用IP多播技术。
在数字电视(TV)网络中用于TV用户的切换跟踪(ZapTracking)的机顶盒(STB)中实现提供类似优点的最接近的现有技术(见DigiSoft.tv，“Dynamic Zap-TrackingTM”，www.digisoft.tv/products/zaptracking.html)。在该模型中，在连接到网络服务器并将所有用户统计输出给该服务器的STB中存在客户端软件。STB解决方案仅适用于终止于STB的多播流，而不适用于用户局域网(LAN)处所接收的多播流。
在上述由Pierrick Guingo、Jerome Cornet、Arnold Jansen和Fernando Cuervo提交的题为“Multicast Flow Accounting”的相关美国专利申请10/732,529中描述了第二种方法。上述申请的发明人提出，所有网络路由器利用指定的消息传送协议(messaging protocol)来交换有关多播业务的信息。每个末端(外出)路由器收集其已经预订的有关多播流的统计(字节、分组计数)。根据它们父代的请求，每个中间路由器将收集有关多播树的拓扑的信息，以及来自它们子代的使用信息。为了实现多播流网络使用的测量，源路由器从其子代请求统计，该子代又从它们自己的子代请求该统计，一直到末端路由器。路由器一旦从它们的子代获得统计就回复它们的父代。因此，源路由器将得到完整的多播树拓扑以及业务统计。拓扑和业务统计在源处的组合实现了多播流的网络使用的计费。然而，所描述的方案没有提供主机跟踪和基于用户的计费。
第三种普遍用于网络使用的精密测量的方法是“每流测量”(Netflow、RTFM、IPFIX……)，见Multicast & Anycast GroupMembership，www.ietf.org/html.charters/magma-charter.html。然而，还没有使用该技术来创建多播指定的应用。一个实现每流、每用户、每时间、每持续时间、每使用多播计费的选项，是在聚集网络中每个路由器的每个单个接口处实现一种每流测量的方案，并且以颗粒时间间隔、以集中的方式收集统计。然而，这是不可缩放的并且需要路由器中的大量处理，并且即使可以实现，它也不会被考虑作为可行的解决方案。
本申请中公开的发明代表了对以上提及的现有技术的改进。首先，典型地以客户机-服务器中间件的形式所实现的基于STB的解决方案，具有以下本发明所解决的限制：
a)它没有为网络提供商提供一般的多播流计费的解决方案。它专用于STB终止的服务并且专用于TV服务提供商。本发明介绍了一种用于多播跟踪和计费的通用解决方案，例如数字TV、数字无线电、流式新闻传递。
b)本地防火墙可能阻止外部服务器查询STB的切换数据，或者可能被建立以阻止STB发送其数据，尽管目前基于网络的切换跟踪不需要接入本地网络。
c)缩放基于STB的解决方案是昂贵的。STB模型中需要多个计费服务器来联系网络中的每个STB，以收集多播流计费信息。不存在由网络提供的信息的聚集，然而本发明的基于网络的解决方案，依赖于IGMP代理和路由器以聚集有关所有连接的接收方的信息。
d)基于STB的解决方案不提供网络故障诊断功能，它位于STB上。换言之，如果用户抱怨他/她不能转换频道，或者不能接入指定频道，则本发明所考虑的基于网络的切换跟踪数据库，可能有助于确定问题是在STB中、网络中还是在视频服务器中。用户要求针对多播服务的网路故障诊断。
e)切换跟踪不是所有STB上的标准特性。大部分STB没有频道选择跟踪客户端，但是基于网络的解决方案可以跟踪多播预订历史而不管使用什么类型的STB。
f)STB解决方案是昂贵的。服务提供商需要购买中间件并且将其安装在所有可以执行切换跟踪软件的STB上或者在实现一种解决方案之前替换STB。
g)STB解决方案在STB中提供主机授权逻辑，其有时被篡改，这导致对数字TV内容的未授权接入。然而，由于本发明的基于网络的解决方案依赖于IGMP代理和路由器来授权主机的多播内容请求，因此它对篡改更具弹性。
申请10/732,529提出了与本发明不同的计费模型。尽管相关申请允许基于网络使用的发送方计费，然而本发明允许基于对每个多播组(频道)的主机频道预订、预订时间和预订持续时间，来对发送方或用户计费。申请S.N.10/732,529没有提供基于观看时间以及观看持续时间而对具有至多个多播信道的接入的接收方计费的启动器(enabler)。它没有明确说明用于跟踪接收方的方法。申请S.N.10/732,529旨在为多播频道的源提供多播传送树的地图而不处理接收方多播组预订(切换跟踪)。跟踪接收方多播组预订是重要的，因为它为服务提供商针对计费和授权而提供了特定观看者转至特定频道(加入多播组)的时间以及观看的持续时间。如果跟踪接收方多播组预订被并入以上相关申请的方法中，则网络开销可能会因为每次用户改变频道(退出一个多播组并加入另一个)时通过网络传播树变化的需求而变得不可接受。
“每流测量”(Netflow、RTFM、IPFIX…)方法是一种通用网络监控解决方案，其不是特别适用于跟踪高度动态的多播树中的多播接收方的多播组预订。一个实现每流、每接收方、每时间、每持续时间和每使用多播计费的选项，可以是在聚集网络中每个IGMP路由器和窥探代理的每个单个接口处实现一种每流测量的方案，并且以频繁的时间间隔、以集中的方式收集统计。然而，由于向集中式服务器传送每流统计所需的网络带宽，这是非常低效的。它还需要路由器中的大量处理，以至于不被考虑作为可行的解决方案。
在本申请中，术语“IGMP路由器”用于描述能够处理IGMP请求的网络节点。它在本领域可以被称为：IGMP多播路由器、IGMP代理或IGMP窥探代理。
发明内容
通过支持许多基于因特网的多媒体服务以及特别是数字TV广播和数字无线电广播的应用，根据本发明的多播授权、跟踪和计费提供了超过现有技术的优点。在部署多播网络上的多媒体传送之前，网络和服务运营商需要用于授权并跟踪用户使用以对用户进行正确的详细计费的机制。本发明所实现的有价值的特征是多播频道概评(profiling)。例如，TV节目概评对于数字TV服务中的性能评估和TV时间表优化是有用的机制。提供具有非常低开销的详细信息的概评技术，对于连续监控节目和观看者的系统尤其重要。通过以低开销收集用户频道预订信息，本发明的方法实现了TV节目概评和TV用户概评。多播用户概评是本发明通过收集用户频道预订历史而实现的另一有价值的特征。在数字TV服务情况下的多播用户概评在TV推荐系统中是有用的，其中该系统跟踪用户电视观众、为每个用户创建用户概评并且基于电视观众的概评来推荐节目。
针对多播计费模型(基于发送方的模型对基于接收方的模型)和定价模型(统一费用对基于使用的计费)存在多个相冲突的建议。所提出的多播流计费消除了当前阻止采用所述定价和计费模型中的一些的技术屏障。
通过使网络运营商能够针对每个多播流确定以下内容：任何时刻的流的主机数目、任何时刻的流的主机身份、多播流被传送至每个主机的日期和时间以及流被传送至每个主机的持续时间，本发明旨在促进对多播主机预订多播流的跟踪。所有跟踪信息由网络管理系统(NMS)利用最小网络带宽开销来收集。
因此，根据本发明的第一方面，提供了一种在IP多播实现中跟踪分布式多播接收方的多播预订的方法，该方法包括以下步骤：利用标识信息配置网络管理系统(NMS)，其中该标识信息与分布式多播接收方以及与该接收方相关联的因特网组员协议(IGMP)路由器有关；在所述IGMP路由器记录关于分布式接收方的有关预订的信息；以及当请求时向中央储存库发送所述有关预订的信息。
根据本发明的第二方面，提供了一种在IP多播实现中对请求预订多播频道的分布式多播接收方执行授权的方法，该方法包括以下步骤：利用分布式接收方以及与该接收方相关联的IGMP路由器的标识来配置网络管理系统(NMS)，其中所述IGMP路由器具有与所述多播接收方相关联的接入权限信息；在所述路由器之一处接收来自下游接收方的多播请求；以及如果所述下游接收方具有所需接入权限，则提供授权给该下游接收方。
在本发明这个方面的优选实施例中，接入权限定义了允许下游接收方请求哪些频道以及接收方可以同时接收的频道数目。可以进行对会话允许控制(SAC)软件模块的调用，以进行检验来确定需要提供给被请求频道的带宽是否可用。
另外，在授权失败的情况下，IGMP路由器：a)向请求的接收方发送具有对应于特定故障的错误代码的授权失败消息；或者b)为接收方预订向用户显示该授权失败及其原因的合成频道。
根据本发明的不同方面，还提供了用于实现上述方法的系统。
根据本发明的又一方面，提供了一种用于在IP多播实现中存储在IGMP路由器所收集的、关于分布式接收方的使用统计的中央储存库，所述中央储存库将接收方标识、接收方接入权限、预订历史、使用历史以及服务管理属性存储在管理信息数据库中。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本发明，其中：
图1示出了根据本发明的多播主机跟踪、授权和计费结构；以及
图2提供了IGMP路由器窥探代理存储信息的方式的例子。
具体实施方式
本发明定义了考虑到基于网络的主机授权的多播接收方跟踪和计费的系统和方法。
这里所描述的主机跟踪和计费方法主要基于IGMPv3(因特网组员协议版本3)，然而，它还可以用于IGMPv1和IGMPv2。IGMPv3以类似于IGMPv1和IGMPv2的方式提供了一种用于因特网主机加入感兴趣的多播组的机制。此外，IGMPv2和IGMPv3允许主机明确地离开多播组。IGMPv1和IGMPv2二者都支持主机报告抑制(Host Report Suppression)并且阻止IGMP路由器准确确定子网上监听多播组的主机数目。然而，IGMPv3阻止主机报告抑制，并且允许IGMPv3路由器或IGMPv3窥探代理跟踪在子网上监听多播组的IGMPv3主机，这因而实现了本申请中所描述的结构。如先前所提及的，当期望每子网而不是每主机的多播主机跟踪和计费时，本发明还可以与IGMPv1和IGMPv2合作。
代替在聚集网络中每个IGMP路由器或窥探代理的每个接口处实现每流测量(如现有技术中“每流测量”方法)，本发明提出这样一种方案，即IGMP路由器或窥探代理跟踪每个主机(如果使用IGMPv3)或子网(如果使用IGMPv2或v1)的多播预订，并且如图2所示将信息(例如主机标识符、主机加入频道的时间、频道传送的持续时间等)存储到数据库中。然后可以利用简单网络管理协议(SNMP)或万维网服务分布式管理：使用万维网服务的管理(WSDM MUWS)，由网络管理工具来拉(pull)这个MIB。如先前所指出的，本发明的实施例还包括用于多播主机授权的机制。
通过准许特定主机的预订或通过拒绝它，本发明的系统和方法实施多播用户授权政策。NMS中的管理实体将详细说明了连接到特定IGMP窥探代理或路由器的每个用户的多播组接入权限的用户授权政策，下载到IGMP代理和路由器。
通过让距主机最近的多播感知路由器或代理(例如IGMPv3窥探代理或路由器)收集从主机组成员请求中所推断的主机预订信息，例如由多播主机发送的IGMP报告，来跟踪每个主机的多播组预订。
管理实体包含于NMS中，该NMS收集用于计费和/或概评和/或进一步处理的主机跟踪信息。
图1示出了本发明所涉及的多个实体。它们包括网络管理实体以及一个或多个与IP网络通信的多播源。一组IGMP路由器和/或代理将IP网络与分布式多播接收方互连，其根据实现的是IGMPv3或IGMPv1还是IGMPv2，可以是主机或子网。
为实现本发明所期望的特征，所述方法包括以下步骤：
1、网络管理系统配置；
2、IGMP路由器和代理的配置；
3、多播接入授权实施；
4、多播主机的跟踪；
5、主机多播组预订信息向网络管理实体的传送。
现在将详细描述这些步骤。
利用与多播组传送服务有关的IGMP路由器和代理的身份(IP地址)来配置网络管理实体。网络管理还具有由认证、授权和计费(AAA)设备所提供的多播主机的身份以及它们的多播组接入权限。
网络管理通过向相关IGMP路由器和窥探代理分发关于主机多播组接入权限的信息，来配置IGMP路由器和代理，以便特定主机的多播组接入权限仅被发送至与该主机相关联的IGMP路由器或窥探代理。可以用许多方式来完成从网络管理系统向IGMP路由器和窥探代理的多播权限信息的传送，例如使用菜单接口、使用命令行接口，或使用WSDM MUWS。IP或MAC地址可以用于主机标识。
在本发明的一个实施例中，一种用于在授权功能之后调用SAC软件模块(本发明范围以外)的软件钩子(hook)，检验指定接收方被授权接收所请求的频道。所述SAC模块确定向接收方发送被请求频道是否会对由IGMP路由器所提供的其它服务产生负面影响。如果SAC确定满足被授权频道请求会对优先级与多播服务相同或更高的其它服务的性能产生不利影响，则SAC功能可以拒绝所授权的请求。所述SAC功能评估是否有足够的容量可用于满足来自接收方的频道请求。换言之，物理接入网络可能具有有限的容量。特定的多播频道可以利用该容量，一些频道比其它频道使用更多的容量。例如视频频道比音频频道占用更多的带宽，并且高清晰度视频比标准清晰度视频占用更多的带宽。
当多播主机通过向上游IGMP路由器/窥探代理发送IGMP报告来表示对多播组的兴趣时，多播接入授权实施受到影响。IGMP路由器/窥探代理检查请求主机的主机多播组接入权限。如果所述主机具有加入/接收多播频道的权限并且新的频道请求没有过多预订如由SAC模块所确定的可用容量，那么与多播组对应的多播流如果在IGMP路由器/窥探代理处尚不可用则从网络请求它并且传送至主机。如果所述主机不具有加入/接收感兴趣的多播频道的权限，或者没有如由SAC模块所确定的足够带宽来兑现新的请求，则感兴趣的多播频道不会被传送至该主机。除了拒绝主机请求之外，IGMP路由器还可以可选地利用具有合适的拒绝代码的错误消息、利用预先记录的媒体剪辑或解释请求拒绝原因的合成频道，来通知主机请求拒绝的原因。在使用预先记录的媒体剪辑的情况下，所述媒体剪辑在IGMP路由器被本地存储。在使用合成频道的情况下，所述频道在IGMP路由器被本地合成。也就是说，向其视频频道请求已被拒绝的终端用户呈现为他们提供有意义的错误消息的屏幕(预先记录的媒体剪辑或合成频道)。
当多播主机通过发送IGMP报告来请求多播组，并且通过向上游IGMP路由器/窥探代理发送IGMP离开报告(IGMPv2和IGMPv3)来请求终止多播组时，实现了多播主机的跟踪。当使用不支持主机报告抑制的多播组成员报告时，例如IGMPv3，IGMP路由器/窥探代理通过记录主机所加入/发送的每个频道的身份、该频道被加入/发送至主机的时间，以及多播频道成员的持续时间/内容传送至主机的持续时间，来跟踪每个主机。
在使用IGMPv1或IGMPv2的子网上的主机的情况下，IGMP路由器或窥探代理跟踪主机所连接的整个子网的多播预订。这通过记录以下内容来完成：该子网上所发送的每个频道的身份、频道被发送至所述子网的时间以及多播频道传送至所述子网的持续时间。
IGMP路由器窥探代理以等效于图2所示的方式存储所需信息。尽管可以利用散列函数来对主机表编索引，并利用最长前缀匹配函数来对子网表编索引，然而本发明既不排除实现该功能的其它方法也不主张其优先权。如图2所示，MIB包括主机或子网接入权限信息以及预订历史列表。MIB还包括针对每个主机和子网的频道ID、时间以及持续时间信息。
由网络管理实体利用例如SNMP或WSDM MUWS的网络管理框架，来拉IGMP路由器和IGMP代理所收集的主机多播预订信息。这里没有明确说明消息传送协议，但是现有协议可以容易地适于扮演该角色。
总而言之，本发明提供了关于通常用于多播并特别用于IP数字TV广播的授权、跟踪和计费的许多优点。更特别地，本发明考虑了多播主机组预订的准确的基于网络的跟踪。本发明中的IGMP路由器和IGMP代理所获得的信息，允许使用媒体的多播传送的多媒体内容提供商研究并概评多播主机和多播频道。由于可以用于调整电视广播时间表以增加收入，这种能力是非常有价值的。主机预订信息还可以带来对主机更好的理解和概评，其中主机概评和偏好可能针对广告及其它目的具有价值。本发明还允许实现会话允许控制功能，由于决不会存在可用网络容量的过量使用(over-committing)，因此该功能使服务提供商能够向用户提供最大数目的同时服务而又保持服务质量。
本发明将主机多播预订授权、计费和跟踪分离于用于向多播主机传送多播流的网络和方法。由于存在许多从多播源向IGMP路由器和窥探代理传送多播流的方法，这因而是一个重要的方面。
另外，本发明考虑了对多播内容接收方或对任何到任何(any-to-any：一种通信，其中任何用户可以与任何其它用户进行通信)多播组用户的每多播组、每时间和每持续时间的计费。这通过仅修改典型地在聚集网络中距多播主机最近的IGMP路由器和代理来实现。
本发明还引入了仅是最小的管理业务开销。它需要为每个主机配置一次IGMP路由器和代理。仅当需要时并且仅针对感兴趣的特定主机，将主机跟踪信息上载至网络管理。
尽管已经描述并说明了本发明的指定实施例，然而，在不背离基本概念的情况下实现许多变形对于本领域的技术人员来说是显而易见的。然而应当理解，这种变形将落入如所附权利要求所定义的本发明的整个范围之内。

Claims (29)

1.一种在因特网协议多播实现中跟踪分布式多播接收方的多播预订的方法，该方法包括以下步骤：
a)利用关于所述多播接收方以及与该接收方相关联的因特网组员协议路由器的标识信息，来配置网络管理系统，所述因特网组员协议路由器具有关于所述接收方的接入信息；
b)在所述因特网组员协议路由器记录关于所述多播接收方的有关预订的信息；以及
c)当请求时向中央储存库发送所述有关预订的信息。
2.根据权利要求1的方法，其中，所述中央储存库是具有关于每个接收方的接入权限和预订历史数据的管理信息数据库。
3.根据权利要求2的方法，其中，所述接收方在实现因特网组员协议版本3时是主机，而在实现因特网组员协议版本1和版本2时是子网。
4.根据权利要求2的方法，其中，窥探代理在因特网组员协议版本1和版本2中与子网相关联，或者在使用因特网组员协议版本3时与主机相关联。
5.根据权利要求1的方法，其中，在每个因特网组员协议路由器收集使用统计。
6.根据权利要求1的方法，其中，对接收方的授权是基于提供给所述路由器的授权信息而被确定的。
7.一种在因特网协议多播实现中对请求预订多播频道的分布式多播接收方执行授权的方法，该方法包括以下步骤：
a)利用所述多播分布式接收方以及与该多播接收方相关联的因特网组员协议路由器的标识来配置网络管理系统，所述因特网组员协议路由器具有关于所述接收方的接入权限信息；
b)在所述路由器之一接收来自下游接收方的多播请求；以及
c)如果所述下游接收方具有所需接入权限，则向该下游接收方提供授权。
8.根据权利要求7的方法，其中，提供中央储存库用于存储包括接收方标识、接收方接入权限、预订历史和使用历史的管理信息。
9.根据权利要求8的方法，其中，所述中央储存库通过将当前承诺的服务与可用容量比较，来实现会话允许控制功能，以判决是否应当允许新的会话。
10.根据权利要求7的方法，其中，所述多播请求是由所述下游接收方为加入所选多播频道所进行的请求。
11.根据权利要求7的方法，其中，窥探代理被用作路由器以与关联于所述代理的子网进行通信。
12.根据权利要求7的方法，其中，在每个因特网组员协议路由器、基于每个接收方管理对使用统计的跟踪。
13.根据权利要求7的方法，其中，在授权失败的情况下，所述因特网组员协议路由器向请求的接收方发送具有对应于失败原因的错误代码的授权失败消息。
14.根据权利要求7的方法，其中，在授权失败的情况下，所述因特网组员协议路由器为请求的接收方预订向用户显示所述授权失败及其原因的合成频道。
15.根据权利要求7的方法，其中，通过使用菜单接口，接入权限信息从所述网络管理系统被传送至所述因特网组员协议路由器。
16.根据权利要求7的方法，其中，通过使用命令行接口，接入权限信息从所述网络管理系统被传送至所述因特网组员协议路由器。
17.根据权利要求7的方法，其中，通过使用万维网服务分布式管理：使用万维网服务的管理，接入权限信息从所述网络管理系统被传送至所述因特网组员协议路由器。
18.一种用于在因特网协议多播实现中跟踪分布式多播接收方的多播预订的系统，该系统包括：
用于利用关于所述多播接收方以及与该多播接收方相关联的因特网组员协议路由器的标识信息来配置网络管理系统的装置，所述因特网组员协议路由器具有接入信息；
用于在所述路由器记录关于所述分布式接收方的有关预订的信息的记录装置；以及
用于当请求时向中央储存库发送所述有关预订的信息的装置。
19.根据权利要求18的系统，其中，所述中央储存库是用于存储主机权限和预订历史信息的管理信息数据库。
20.根据权利要求18的系统，其中，所述因特网组员协议路由器包括因特网组员协议窥探代理。
21.一种用于在因特网协议多播实现中对请求预订多播频道的分布式多播接收方执行授权的系统，该系统包括：
用于利用所述多播接收方以及与该多播接收方相关联的因特网组员协议路由器的标识来配置网络管理系统的装置，所述因特网组员协议路由器具有关于所述分布式多播接收方的接入权限信息；
用于在所述路由器之一接收来自下游接收方的多播请求的接收装置；以及
用于在所述下游接收方具有所需接入权限的情况下向该下游接收方提供授权的授权装置。
22.根据权利要求21的系统，其中，所述接入权限信息是基于预订历史列表的。
23.一种用于在因特网协议多播实现中存储在因特网组员协议路由器所收集的、关于分布式接收方的使用统计的中央储存库，所述中央储存库将接收方标识、接收方接入权限、预订历史、使用历史以及服务管理属性存储在管理信息数据库中。
24.根据权利要求23的中央储存库，其中，所述使用统计是用于计费的。
25.根据权利要求23的中央储存库，其中，所述使用统计是用于跟踪频道使用的。
26.根据权利要求23的中央储存库，其中，所述接入权限信息是用于授权的。
27.根据权利要求25的中央储存库，其中，所述频道使用是用于概评用户偏好的。
28.根据权利要求23的中央储存库，其在因特网组员协议版本3实现中具有针对接收方的主机表，而在因特网组员协议版本1和因特网组员协议版本2实现中具有针对接收方的子网表。
29.根据权利要求28的中央储存库，其中，通过散列函数来计算所述主机表的索引，并且通过最长前缀匹配函数来计算所述子网表的索引。
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