CN102347906B - 一种组播方法及组播网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组播方法及组播网络系统；所述方法包括：组播路由器根据接收到的组播协议报文从组播源请求组播数据，将收到的组播数据发送给第一交换机；所述第一交换机为组播网络系统中距离用户终端最近的交换机；所述第一交换机将所述组播数据从组播虚拟局域网VLAN内转换到一个或多个用户VLAN内，并发送给该用户VLAN中的用户终端。本发明能够在组播中提高网络带宽利用率。

Description

一种组播方法及组播网络系统

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种组播方法及组播网络系统。

背景技术

组播是指在发送者和每一个接收者之间实现点到多点网络连接。如果一台发送者同时给多个接收者传输相同的数据，也只需发送一份相同数据包。它提高了数据传送效率，减少了骨干网络出现拥塞的可能性。

随着宽带的发展，多媒体的相关服务需求的日益增长刺激了IP组播技术的普及和发展，成为新一代网络的不可缺少的关键技术。

目前的组播实现机制为：运行于组播路由器之上的组播路由协议负责将组播数据转发到连接用户终端的终端组播路由器，终端组播路由器同时运行组播路由协议和IGMP(互联网组管理协议)协议。IGMP协议运行于用户终端和与之直接相连的组播路由器之间，实现所连网络组成员关系的收集与维护。终端组播路由器通过IGMP协议学习到下游用户终端的组播需求，通过组播路由协议将需要的组播数据申请下来，转发给用户终端。

现有的二层组播相关协议有IGMP Snooping(捕获)和IGMP Proxy(代理)。IGMP Snooping的实现机理是：交换机通过侦听用户终端发向路由器的IGMP成员报告消息的方式，形成组成员和交换机接口的对应关系；交换机根据该对应关系将收到的组播数据包只转发给具有组成员的接口。从而避免了组播在虚拟局域网(VLAN)内进行泛洪式传输造成的不必要的流量。IGMP Proxy与IGMP Snooping实现功能相同但机理相异：IGMP Snooping只是通过侦听IGMP的消息来获取有关信息，而IGMP Proxy则拦截了终端用户的IGMP消息并进行相关处理后，再将它转发给上层路由器。

现有的组播VLAN转发技术在IGMP Snooping的基础上，将原本需要在多个VLAN中进行发送的组播数据，归并到一个统一的组播VLAN中进行发送，解决了IGMP Snooping技术浪费接入网带宽资源的问题。

现有的组播转发技术不能很好的解决带宽资源浪费的问题，如图1所示(虚线表示组播数据流)，汇聚交换机C上实现组播跨VLAN复制功能，交换机A和B实现IGMP Snooping功能。组播数据在组播VLAN 10内，由组播路由器R转发到汇聚交换机C后，组播数据被复制到用户的VLAN 5和VLAN 6内，然后将两份相同的组播数据发送给下游的交换机B，交换机B转发两份重复的组播数据到交换机A，交换机A按侦听到的用户请求情况将两份VLAN不同的组播数据分别转发给用户终端1和用户终端2。

可见，在汇聚交换机C到交换机A的链路上有重复的组播数据，当下游用户量比较大时会造成极大的带宽浪费，严重影响网络资源利用率。同时由于汇聚交换机需要复制大量组播数据，对它的性能要求很高，现实应用中也不易实现。

现有技术的另外一个缺陷是汇聚交换机上只有一个组播VLAN，所有组播数据不加区分的在一个组播VLAN内转发，不能灵活的对组播数据进行区分与隔离，进而导致在某些特殊的应用场景下不能满足使用需求。例如，当有多个组播源同时提供组播业务时，来自不同组播源的组播数据可能会使用了相同的组播地址(要确保不会出现相同地址，就需要人工配置，增加了网络维护的复杂度)。这时，下游的交换机及最终用户都是无法区分这两条组地址相同的组播数据的，虽然它们所携带的信息可能互不相关，甚至差之千里。最终转发到用户的会是两份组播数据，而其中一份是用户根本不需要的。既浪费带宽，也可能会影响用户业务。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何在组播中提高网络带宽利用率。

为了解决上述问题，本发明提供了一种组播方法，包括：

组播路由器根据接收到的组播协议报文从组播源请求组播数据，将收到的组播数据发送给第一交换机；所述第一交换机为组播网络系统中距离用户终端最近的交换机；

所述第一交换机将所述组播数据从组播虚拟局域网VLAN内转换到一个或多个用户VLAN内，并发送给该用户VLAN中的用户终端。

进一步地，所述组播路由器收到的组播协议报文是在组播VLAN内的；所述组播VLAN包括一个或多个。

进一步地，当有多个组播VLAN时，所述组播路由器根据接收到的组播协议报文从组播源请求组播数据的步骤前还包括：

第二交换机当收到组播协议报文时，根据保存的第一对应关系将组播协议报文从用户VLAN内转换到组播VLAN内，然后发送给所述组播路由器；所述第二交换机为组播网络系统中距离所述组播路由器最近的交换机；

所述第一对应关系为端口、用户VLAN标识、组播组地址和组播VLAN标识之间的对应关系。

进一步地，当有多个组播VLAN时，所述第一交换机将所述组播数据从组播VLAN内转换到一个或多个用户VLAN内是指：

所述第一交换机根据第二对应关系，将所述组播数据从组播VLAN内转换到相应的组播出端口、及一个或多个用户VLAN内；

所述第二对应关系为组播VLAN标识、组播组地址、组播出端口及各组播出端口对应的用户VLAN标识之间的对应关系。

进一步地，所述用户/组播VLAN标识为数字，所述组播组地址为IP地址。

本发明还提供了一种组播网络系统，包括：组播路由器、一个或多个交换机；所述一个或多个交换机中至少包括距离用户终端最近的第一交换机；

组播路由器，用于根据接收到的组播协议报文从组播源请求组播数据，将收到的组播数据发送给第一交换机；

所述第一交换机用于将所述组播数据从组播VLAN内转换到一个或多个用户VLAN内，并发送给该用户VLAN中的用户终端。

进一步地，所述组播路由器收到的组播协议报文是在组播VLAN内的；所述组播VLAN包括一个或多个。

进一步地，当有多个组播VLAN时，所述一个或多个交换机中还包括：

距离所述组播路由器最近的第二交换机，用于当收到组播协议报文时，根据保存的第一对应关系将组播协议报文从用户VLAN内转换到组播VLAN内，然后发送给所述组播路由器；

所述第一对应关系为端口、用户VLAN标识、组播组地址和组播VLAN标识之间的对应关系。

进一步地，当有多个组播VLAN时，所述第一交换机将所述组播数据从组播VLAN内转换到一个或多个用户VLAN内是指：

所述第一交换机根据第二对应关系，将所述组播数据从组播VLAN内转换到相应的组播出端口、及一个或多个用户VLAN内；

所述第二对应关系为组播VLAN标识、组播组地址、组播出端口及各组播出端口对应的用户VLAN标识之间的对应关系。

进一步地，所述用户/组播VLAN标识为数字，所述组播组地址为IP地址。

本发明将组播数据的复制点充分下移，提高了网络带宽利用率，并且减轻了汇聚交换机的工作负载，优化了网络性能，降低了网络负荷。本发明的优化方案提出多组播VLAN注册和复制功能，实现了组播数据的灵活转发，并可实现根据不同需要对组播数据进行区分控制，满足了很多特殊应用场景的需求；并且可在原有单组播VLAN基础上进行扩充，能很好地集成到原有系统中，兼容性好，实现方便。

附图说明

图1是现有技术中组播网络系统的工作示意图；

图2是实施例一的组播方法的具体例子的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，在附图的流程图中虽然示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

实施例一，一种组播方法，包括：

组播路由器根据接收到的组播协议报文从组播源请求组播数据，将收到的组播数据发送给第一交换机；所述第一交换机为组播网络系统中距离用户终端最近的交换机；

所述第一交换机将所述组播数据从组播VLAN内转换到一个或多个用户VLAN内，并发送给该用户VLAN中的用户终端。

本实施例中的“距离用户终端最近”不是指物理距离，而是指在组播网络系统中与用户终端之间传输数据时经过的设备最少；比如图1所示的组播网络系统中，交换机A即为所述第一交换机，交换机B、C为中间交换机；按照本实施例的方法，由交换机A将组播数据转换到用户VLAN 5和6内，也就是进行多组播数据VLAN复制功能，然后分别通过用户VLAN 5和用户VLAN 6发送给用户终端1和2；可以看出，由于复制的组播数据仅在交换机A和用户终端之间传输时出现，在交换机C和B之间、B和A之间都不出现。

现有技术造成带宽资源浪费的主要原因是组播数据复制点在转发层次中的位置比较高，即接近组播路由器，这便导致复制点下游的设备上会有大量重复的组播数据流。而本实施例将组播数据的复制点充分下移，在距离用户最近的交换机上进行组播数据的复制，因此可节省网络带宽资源，将组播对带宽的浪费减为零；另外将组播数据复制工作转移到了下游交换机上，也减轻了汇聚交换机或网管设备的负载。

本实施例中，所述组播路由器可以直接通过网络将组播数据发送给所述第一交换机，也可以通过一个或多个其它的交换机发送给所述第一交换机；所述组播路由器和用户终端之间传输所经过的交换机称为中间交换机；所述中间交换机实现组播的基本转发功能即可，只需在第一交换器之外的中间交换机上使能组播侦听功能，使其按组播侦听功能进行基本转发，不需要参与其它相关处理，不需要额外实现新的功能，可直接使用现有组播网络系统中的交换机，因此易于网络升级，兼容性好。

本实施例中，在所述组播路由器上使能组播路由功能及IGMP功能，从而使组播路由器可以向组播源申请将组播数据，通过终结下游交换机发来的IGMP报文，转换为组播路由协议报文，将组播数据引到本组播路由器。同时组播路由器可通过IGMP协议维护下游组播用户的组播成员关系。需要注意的是，组播路由器收到的组播协议报文都是在组播VLAN内的。

本实施例中，所述组播VLAN可包括一个或多个，相应的，组播路由器收到的组播协议报文可以是一个组播VLAN内的，也可以是多个组播VLAN内的。

本实施例中，当有多个组播VLAN时，所述组播路由器根据接收到的组播协议报文从组播源请求组播数据的步骤前还可以包括：

第二交换机当收到组播协议报文时，根据保存的第一对应关系将组播协议报文从用户VLAN内转换到组播VLAN内(即实现多组播VLAN注册功能)，然后发送给所述组播路由器；

所述第一对应关系为用户接入端口、用户VLAN标识、组播组地址和组播VLAN标识之间的对应关系；所述用户VLAN和组播VLAN标识可以但不限于为数字，所述组播组地址可以但不限于为IP地址；

所述第二交换机为组播网络系统中距离所述组播路由器最近的交换机；同样的，这里的“距离组播路由器最近”也不是指物理距离，而是指在组播网络系统中与组播路由器之间传输数据时经过的设备最少，比如图1中的汇聚交换机C就是第二交换机。

本实施例中，当所述组播路由器和用户终端之间只经过一个交换机时，第一、第二交换机为同一个交换机。

实现多组播VLAN注册时，需要配置用户VLAN标识、用户接入端口以及组播组地址与组播VLAN标识的第一对应关系。当所述第二交换机从某个用户VLAN或者某个端口收到用户的组播协议报文时，可以根据配置的第一对应关系进行多组播VLAN注册。所述第一对应关系可以但不限于为一张类似下面的组播VLAN注册关系表，由第二交换机维护，索引为用户接入端口、用户VLAN标识及组播组地址。

表一、组播VLAN注册关系表

用户接入端口	用户VLAN标识	组播组IP地址	组播VLAN标识
				2	11	239.1.1.1	8
6	11	239.1.1.1	9
				18	22	239.1.1.2	10

注意此处VLAN的转换是单方向的，即从下游到上游方向的转换，且仅局限于对组播协议报文的VLAN转换，不对组播数据报文做转换。这里不对组播数据报文做复制，目的是减小网络负载，配合下游使能了多组播VLAN复制功能的交换机，将组播复制点下移。

本实施例中，当有多个组播VLAN时，所述第一交换机将所述组播数据从组播VLAN内转换到一个或多个用户VLAN内具体可以是指：

所述第一交换机根据第二对应关系，将所述组播数据从组播VLAN内转换到相应的组播出端口、及一个或多个用户VLAN内；所述第二对应关系为组播VLAN标识、组播组地址、组播出端口及各组播出端口对应的用户VLAN标识之间的对应关系；所述用户/组播VLAN标识可以但不限于为数字，所述组播组地址可以但不限于为IP地址；

当第一交换机接收到多个组播VLAN内的组播数据时，应该根据所述对应关系，确定组播数据的组播VLAN标识以及组播组地址所对应的组播出端口及用户VLAN标识，从而将组播数据复制到相应的组播出端口及用户VLAN内。所述第二对应关系可以但不限于为一张类似下面所示的多组播VLAN转发表，由第一交换机维护，以组播VLAN标识和组播组地址为索引，记录对应的组播出端口和用户VLAN标识。

表二、多组播VLAN转发表

组播VLAN标识	组播IP地址	出端口	出端口对应的用户VLAN标识列表
				8	239.1.1.1	2	11，12，13
9	239.1.1.1	6	18
				10	239.1.1.2	18	22，23，24

本实施例引入多个组播VLAN，在与组播路由器距离最近的交换机上实现多组播VLAN注册，可对组播数据进行更加细化的隔离与控制，从而提高组播转发的灵活性，满足特殊应用场景。

下面以图1所示的系统作为具体例子说明本实施例，假设有多个组播VLAN，其流程如图2所示，包括：

组播网络系统中距离所述组播路由器R最近的交换机C当收到组播协议报文时，根据保存的第一对应关系将组播协议报文从用户VLAN内转换到组播VLAN内，然后发送给所述组播路由器R；所述第一对应关系为用户接入端口、用户VLAN标识、组播组地址和组播VLAN标识之间的对应关系；

组播路由器R根据接收到的组播协议报文从组播源请求组播数据，将收到的组播数据通过交换机C、B发送到距离用户终端1/2最近的交换机A；

所述交换机A根据第二对应关系，将所述组播数据从组播VLAN内转换到相应的组播出端口、及一个或多个用户VLAN内；所述第二对应关系为组播VLAN标识、组播组地址、组播出端口及各组播出端口对应的用户VLAN标识之间的对应关系。

实施例二，一种组播网络系统，包括：

一个或多个交换机，其中至少包括距离用户终端最近的第一交换机；

组播路由器，用于根据接收到的组播协议报文从组播源请求组播数据，将收到的组播数据发送给第一交换机；

所述第一交换机用于将所述组播数据从组播VLAN内转换到一个或多个用户VLAN内，并发送给该用户VLAN中的用户终端。

本实施例中的“距离用户终端最近”不是指物理距离，而是指在组播网络系统中与用户终端之间传输数据时经过的设备最少。

本实施例将组播数据的复制点充分下移，在距离用户最近的交换机上进行组播数据的复制，因此可节省网络带宽资源，将组播对带宽的浪费减为零；另外将组播数据复制工作转移到了下游交换机上，也减轻了汇聚交换机或网管设备的负载。

本实施例中，所述组播路由器可以直接通过网络将组播数据发送给所述第一交换机，也可以通过一个或多个其它的交换机(本文中称为中间交换机)发送给所述第一交换机。

本实施例中，在所述组播路由器上使能组播路由功能及IGMP功能，从而使组播路由器可以向组播源申请将组播数据，通过终结下游交换机发来的IGMP报文，转换为组播路由协议报文，将组播数据引到本组播路由器。同时组播路由器可通过IGMP协议维护下游组播用户的组播成员关系。需要注意的是，组播路由器收到的组播协议报文都是在组播VLAN内的。

本实施例中，所述组播VLAN可包括一个或多个，相应的，组播路由器收到的组播协议报文可以是一个组播VLAN内的，也可以是多个组播VLAN内的。

本实施例中，当有多个组播VLAN时，所述一个或多个交换机中还可以包括：距离所述组播路由器最近的第二交换机；同样的，这里的“距离组播路由器最近”也不是指物理距离，而是指在组播网络系统中与组播路由器之间传输数据时经过的设备最少；

所述第二交换机用于当收到组播协议报文时，根据保存的第一对应关系将组播协议报文从用户VLAN内转换到组播VLAN内(即实现多组播VLAN注册)，然后发送给所述组播路由器；

所述第一对应关系为用户接入端口、用户VLAN标识、组播组地址和组播VLAN标识之间的对应关系；所述用户/组播VLAN标识可以但不限于为数字，所述组播组地址可以但不限于为IP地址。

本实施例中，当所述组播路由器和用户终端之间只经过一个交换机时，第一、第二交换机为同一个交换机。

本实施例中，当有多个组播VLAN时，所述第一交换机将所述组播数据从组播VLAN内转换到一个或多个用户VLAN内具体可以是指：

所述第一交换机根据第二对应关系，将所述组播数据从组播VLAN内转换到相应的组播出端口、及一个或多个用户VLAN内；所述第二对应关系为组播VLAN标识、组播组地址、组播出端口及各组播出端口对应的用户VLAN标识之间的对应关系；所述用户/组播VLAN标识可以但不限于为数字，所述组播组地址可以但不限于为IP地址。

本实施例引入多个组播VLAN，在与组播路由器距离最近的交换机上实现多组播VLAN注册，可对组播数据进行更加细化的隔离与控制，从而提高组播转发的灵活性，满足特殊应用场景。

其它实现细节可参见实施例一。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种组播方法，包括：

组播路由器根据接收到的组播协议报文从组播源请求组播数据，将收到的组播数据发送给第一交换机；所述第一交换机为组播网络系统中距离用户终端最近的交换机；

所述第一交换机根据其维护的第二对应关系将所述组播数据从组播虚拟局域网VLAN内转换到相应的组播出端口、及一个或多个用户VLAN内，并发送给该用户VLAN中的用户终端；所述第二对应关系为组播VLAN标识、组播组地址、组播出端口及各组播出端口对应的用户VLAN标识之间的对应关系；

其中，所述组播路由器收到的组播协议报文是在组播VLAN内的；所述组播VLAN包括一个或多个；当有多个组播VLAN时，所述组播路由器根据接收到的组播协议报文从组播源请求组播数据的步骤前还包括：

第二交换机当收到组播协议报文时，根据保存的第一对应关系将组播协议报文从用户VLAN内转换到组播VLAN内，然后发送给所述组播路由器；所述第二交换机为组播网络系统中距离所述组播路由器最近的交换机；

所述第一对应关系为端口、用户VLAN标识、组播组地址和组播VLAN标识之间的对应关系。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述用户/组播VLAN标识为数字，所述组播组地址为IP地址。

3.一种组播网络系统，包括：组播路由器、一个或多个交换机；其特征在于：

所述一个或多个交换机中至少包括距离用户终端最近的第一交换机；

组播路由器，用于根据接收到的组播协议报文从组播源请求组播数据，将收到的组播数据发送给第一交换机；

所述第一交换机用于根据其维护的第二对应关系将所述组播数据从组播VLAN内转换到相应的组播出端口、及一个或多个用户VLAN内，并发送给该用户VLAN中的用户终端；所述第二对应关系为组播VLAN标识、组播组地址、组播出端口及各组播出端口对应的用户VLAN标识之间的对应关系；

所述组播路由器收到的组播协议报文是在组播VLAN内的；所述组播VLAN包括一个或多个；当有多个组播VLAN时，所述一个或多个交换机中还包括：

距离所述组播路由器最近的第二交换机，用于当收到组播协议报文时，根据保存的第一对应关系将组播协议报文从用户VLAN内转换到组播VLAN内，然后发送给所述组播路由器；

所述第一对应关系为端口、用户VLAN标识、组播组地址和组播VLAN标识之间的对应关系。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于：

所述用户/组播VLAN标识为数字，所述组播组地址为IP地址。