CN1848807A - 一种组播业务实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种组播业务实现方法，应用于采用虚拟路由器冗余协议VRRP的通信网络，包括：配置一个或多个VRRP组；将任意一个组播组与任意一个VRRP组绑定；所述VRRP组中的路由器根据指定的VRRP状态，发送接收的组播数据报文和自己产生的组播协议报文给组播接收设备。本发明采用VRRP协议实现组播业务，能实现快速数据流切换，并能使路由器实现流量负荷分担。

Description

一种组播业务实现方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种组播业务实现方法。

背景技术

通常，一个网络内的主机设置一条缺省路由(下一跳为10.100.10.1)，这样，主机发出的目的地址不在本网段的报文将通过缺省路由发往路由器(Router)，从而实现了主机与外部网络的通信。其局域网组网方案示意图如图1所示。当路由器发生故障时，本网段内所有以该路由器为缺省路由下一跳的主机将断掉与外部的通信。

虚拟路由器冗余协议(Virtual Router Redundancy Protocol，VRRP)是一种容错协议。VRRP就是为解决上述问题而提出的，它为具有组播或广播能力的局域网(如：以太网)设计。VRRP将局域网的一组路由器，包括一个工作路由器(MASTER路由器)和若干个备份路由器(BACKUP路由器)组织成一个虚拟的路由器，称之为一个备份组。如图2所示，为虚拟路由器组网示意图。图2中，虚拟的路由器(即备份组)拥有自己的IP地址10.100.10.1(这个IP地址可以和备份组内的某个路由器的接口地址相同)，备份组内的路由器也有自己的IP地址，其中MASTER路由器的IP地址为10.100.10.2，BACKUP路由器的IP地址为10.100.10.3。局域网内的主机仅仅知道这个虚拟路由器(即备份组)的IP地址10.100.10.1，并不知道具体的MASTER路由器的IP地址10.100.10.2以及BACKUP路由器的IP地址10.100.10.3，他们将自己的缺省路由设置为该虚拟路由器的IP地址10.100.10.1。于是，网络内的主机就通过这个虚拟的路由器来与其它网络进行通信。如果备份组内的MASTER路由器坏掉时，备份组内的其它BACKUP路由器将会接替成为新的MASTER路由器，继续向网络内的主机提供路由服务。从而实现网络内的主机不间断地与外部网络进行通信。

现有技术中，VRRP协议本身只是用来解决IP单播的问题。

考虑在图2所示的组网中，还同时有组播业务，例如IP-TV。假设组播源(RP)在网络中，组播数据流可以通过如图2所示的两台路由器传送到三台PC机。三台PC机与路由器之间使用网际组管理协议(Internet GroupManagement Protocol，IGMP)来表示加入组播组和离开组播组。在该组网中，要实现组播业务，需要解决以下三个问题：

(1)对一个组播组的数据流，如何保证只通过一个路由器转发到PC机，而另一个路由器不转发数据流？

因为如果两个路由器都转发组播流，则PC机会收到同样的两份数据，造成混乱；

(2)对一个指定的组播组，如何实现快速备份倒换和倒换恢复？

即要实现指定两个路由器中的特定的一个路由器为缺省组播路由器，在该缺省路由器工作正常时，由它转发组播数据流；在该缺省路由器故障时，能倒换到另一个备份路由器接续转发组播数据流；当故障恢复时，还能倒换回开始指定的缺省组播路由器；

(3)当有多个组播组同时存在时，如何实现流量负荷分担？

即一部分组播组通过路由器A转发，另一部分组播组通过路由器B转发。同时两个路由器互为备份；在实际的网络中，组播组往往有多个，例如开通的IP-TV有100个频道，则意味着有100个组播组。

现有技术在图2所示组网结构中，实现组播业务的方法是：两台路由器都在以太网接口上运行协议无关组播稀疏模式(Protocol IndependentMulticast-Sparse Mode，PIM-SM)。通过PIM-SM竞争出一台路由器作为指定路由器(PIM-SM Designated Router)。正常情况下，只有指定路由器转发所有组播流，而另一台备份路由器不转发任何数据流。

上述现有技术解决了问题(1)，即只有一台路由器转发数据，PC机不会收到相同的两份数据。现有技术也解决了问题(2)，即在故障时能实现倒换，但倒换时间较慢(约十秒种)。但现有技术没有解决问题(3)，即不能实现路由器流量负荷分担。

发明内容

本发明提供一种采用VRRP协议实现组播业务的方法，用以解决现有技术中存在的组播倒换时间长、且不能实现流量负荷分担的问题。

本发明方法应用于采用虚拟路由器冗余协议VRRP的通信网络，包括：

配置一个或多个VRRP组；

将任意一个组播组与任意一个VRRP组绑定；

所述VRRP组中的路由器根据指定的VRRP状态，发送所绑定组播组的组播数据报文和组播协议报文给组播接收设备。

根据本发明的上述方法，不同的VRRP组包括有相同或不同的路由器。

根据本发明的上述方法，不同的VRRP组内指定的缺省工作路由器相同或不同。

根据本发明的上述方法，在一个VRRP组内，当前VRRP状态为工作状态的路由器将所绑定组播组的组播数据报文和组播协议报文发送给连接的接收设备。

根据本发明的上述方法，所述接收设备周期向VRRP状态为工作状态的路由器发送请求加入或离开某个组播组的报告消息；

所述路由器接收到所述报告消息后，建立转发表；

根据建立的转发表将所述组播数据报文转发给对应的接收设备。

根据本发明的上述方法，在一个VRRP组内，当前VRRP状态为备份状态的路由器对所述接收设备发送的所述报告消息进行侦听，并建立转发表；当其VRRP状态变为工作状态时，根据建立的转发表将所述组播数据报文转发给对应的接收设备。

根据本发明的上述方法，当路由器从备份状态转变为工作状态时，向所述接收设备发送查询消息；

所述接收设备返回响应报告消息；

所述路由器根据返回的响应报告消息更新所述转发表；并根据更新后的转发表将所述组播数据报文转发给对应的接收设备。

根据本发明的上述方法，所述接收设备和所述路由器之间使用因特网组管理协议IGMP进行消息交互。

根据本发明的上述方法，当一个VRRP组内仅有两个路由器时，所述指定的VRRP状态为工作状态或备份状态。

本发明有益效果如下：

(1)本发明将VRRP协议应用于组播业务，充分利用网络中现有VRRP协议的相关功能，实现组播数据流的转发和倒换，实现简单、成本低。

(2)本发明方法中，VRRP组中处于备份状态的路由器通过侦听组播接收设备发送的请求加入或离开组播组的报告消息，预先建立好数据转发表；一旦其VRRP状态变为工作状态，可以根据事先建立的数据转发表，立即转发接收的组播数据流，从而实现了流量的快速切换。

(3)本发明方法中，将不同的组播组与不同的VRRP组绑定，并在不同的VRRP组中指定不同的路由器作为MASTER路由器，并规定一个VRRP组内有且仅有当前VRRP状态为Master状态(Master，工作状态)的路由器将绑定的组播组的数据报文和协议报文发送给连接的接收设备，从而简单解决了路由器流量负荷分担的问题。

附图说明

图1为局域网组网示意图；

图2为局域网VRRP组设置示意图；

图3为本发明的组播组与VRRP组绑定示意图；

图4为本发明实现组播业务的组网示意图。

具体实施方式

本发明采用VRRP协议实现组播业务。实现方法为：

配置一个或多个VRRP组；

将任意一个组播组与任意一个VRRP组绑定；

所述VRRP组中的路由器根据指定的VRRP状态，发送所绑定组播组的组播数据报文和组播协议报文给组播接收设备，处于非指定VRRP状态的路由器则不发送所绑定组播组的协议报文和数据报文。一般情形下，指定的VRRP状态是工作状态。

下面结合附图，对本发明方法加以详细描述。

如图3所示，为组播组与VRRP组绑定示意图。如图3所示，假设当前网络中有M台路由器，可以配置该M台路由器属于M个VRRP组，分别为VRRP组1、VRRP组2、VRRP组3、……、VRRP组M；其中，VRRP组1的缺省工作路由器为路由器1、VRRP组2的缺省工作路由器为路由器2、VRRP组3的缺省工作路由器为路由器3、……、VRRP组M的缺省工作路由器为路由器M。假设需要转播N个组播组，分别为组播组1、组播组2、组播组3、……、组播组N。本发明方法中，对每一个组播组与每一个VRRP组进行绑定。如图3所示：

将组播组1与VRRP组1进行绑定；

将组播组2与VRRP组2进行绑定；

将组播组3与VRRP组2进行绑定；

……；

将组播组N与VRRP组M进行绑定。

上述绑定方式中，不同的组播组可以与不同的VRRP组绑定，与可以与同一个VRRP组绑定；如图3中，组播组2和组播组3都与VRRP组2绑定。

在本发明中，不同的VRRP组可以包括相同或不同的路由器。例如：VRRP组1包括路由器1和路由器2；其中路由器1为MASTER路由器，路由器2为BACKUP路由器；

VRRP组2包括路由器2和路由器3；其中路由器2为MASTER路由器，路由器3为BACKUP路由器；

……；

VRRP组M包括全部M台路由器；其中路由器M为MASTER路由器，其余路由器都为BACKUP路由器。

具体组网结构示意图如图4所示。图4表示有X(X为任意正整数)台组播接收设备(包括路由器、宽带接入服务器、以太网交换机、机顶盒、数字电视机等等)通过M台路由器与一网络中的组播源相连接。根据图3所示的绑定方式及上述VRRP组的设置，则图4中：

路由器1和路由器2组成VRRP组1，转发组播组1的组播数据流；

路由器2和路由器3组成VRRP组2，转发组播组2和组播组3的组播数据流；

……；

全部M台路由器组成VRRP组M，转发组播组M的组播数据流。

具体的组播数据流转发过程如下：

假设组播源当前播放组播组1的数据流，则VRRP组1的MASTER路由器(路由器1)工作，将接收的组播数据报文和自己产生的组播协议报文发送给连接的组播接收设备；当路由器1接收到组播接收设备返回的报告消息(如IGMP Report)后，建立数据转发表，将接收的组播数据报文转发给对应的接收设备。例如：若组播接收设备1和组播接收设备2返回了报告消息，请求加入该组播组，则路由器1将接收的组播数据流发送到组播接收设备1和组播接收设备2。若路由器1故障，则根据VRRP组的功能，备份路由器2将成为新的MASTER路由器，继续数据流转发。

同理，若组播源当前播放组播组2或组播组3的数据流，则VRRP组2的MASTER路由器(路由器2)工作，转发接收的组播协议报文发送给连接的组播接收设备；当路由器2接收到组播接收设备返回的报告消息(如IGMP Report)后，建立数据转发表，将接收的组播数据报文转发给对应的接收设备。例如：若组播接收设备2和组播接收设备X返回了报告消息，请求加入该组播组，则路由器2将接收的组播数据流发送到组播接收设备2和组播接收设备X。若路由器2故障，则根据VRRP组的功能，备份路由器3将成为新的MASTER路由器，继续数据流转发。

同理，若组播源当前播放组播组M的数据流，则VRRP组M的MASTER路由器(路由器M)工作，转发接收的组播协议报文发送给连接的组播接收设备；当路由器M接收到组播接收设备返回的报告消息(如IGMP Report)后，建立数据转发表，将接收的组播数据报文转发给对应的接收设备。例如：若组播接收设备1和组播接收设备M返回了报告消息，请求加入该组播组，则路由器M将接收的组播数据流发送到组播接收设备1和组播接收设备M。若路由器M故障，则根据VRRP组的功能，其它备份路由器根据预先设置的优先级，将其中优先级最高的备份路由器作为新的MASTER路由器，继续数据流转发。

在上述数据流转发过程中，MASTET路由器若接收到组播接收设备周期发送的请求离开某个组播组的报告消息，则更新数据转发表，并按照更新后的转发表发送数据流给相应的接收设备。

在上述数据流转发过程中，当前VRRP状态为备份状态的路由器对组播接收设备发送的报告消息进行侦听，并建立本地转发表；当其VRRP状态变为工作状态时，根据建立的转发表将所述组播数据报文转发给对应的接收设备；这样就实现了数据流的快速切换，一般切换时间小于1秒。

当VRRP状态为备份状态的路由器转变为工作状态时，还可以主动发起多播路由协议报文，例如：IGMP Query(IGMP查询消息)，连接至该接口的组播接收设备会返回响应报告消息，例如：IGMP Report；路由器根据返回的响应报告消息，更新侦听时建立的转发表，并根据更新后的转发表将所述组播数据报文转发给对应的接收设备，从而保证了组播流量数据的正确转发。

另外，由于不同的VRRP组可以指定不同的路由器作为缺省的MASTER路由器，这样，多个组播组的数据流转发可以由不同的路由器进行负荷分担，有效地解决了组播业务中流量负荷分担的问题。

上述数据流转发过程中，是以MASTER路由器进行数据转发为例；如果一个VRRP组内仅有两台路由器(一台为MASTER路由器，另一台为BACKUP路由器)，则也可以指定由BACKUP路由器进行数据转发(即路由器的状态为备份状态时转发接收的数据流)。若一个VRRP组内的路由器多于两台，则处于备份状态的路由器就不止一台，若设置VRRP状态为备份状态时转发数据，则会存在多个路由器同时转发组播数据流的问题，使组播接收设备同时收到多份数据，造成混乱；因此，在这种情况下，只能设置VRRP组内路由器的状态为工作状态时转发组播数据流。

综上所述，本发明将VRRP协议应用于组播业务，充分利用网络中现有VRRP组的功能，实现组播数据流的转发和倒换。并使VRRP组中处于备份状态的路由器通过侦听组播接收设备发送的请求加入或离开组播组的报告消息，预先建立好数据转发表；一旦其VRRP状态变为工作状态，可以根据事先建立的数据转发表，立即转发接收的组播数据流，实现了流量的快速切换。同时，当路由器从备份状态转变为工作状态时，通过立即发送查询消息，按照接收设备返回的响应报告消息更新转发表，保证了组播流量数据的正确转发。

本发明还通过将不同的组播组与不同的VRRP组绑定，并在不同的VRRP组中指定不同的路由器作为MASTER路由器，使路由器实现了流量负荷分担。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1、一种组播业务实现方法，应用于采用虚拟路由器冗余协议VRRP的通信网络，其特征在于包括：

配置一个或多个VRRP组；

将任意一个组播组与任意一个VRRP组绑定；

所述VRRP组中的路由器根据指定的VRRP状态，发送所绑定组播组的组播数据报文和组播协议报文给组播接收设备。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，不同的VRRP组包括有相同或不同的路由器。

3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，不同的VRRP组内指定的缺省工作路由器相同或不同。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在一个VRRP组内，当前VRRP状态为工作状态的路由器将所绑定组播组的组播数据报文和组播协议报文发送给连接的接收设备。

5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述接收设备周期向VRRP状态为工作状态的路由器发送请求加入或离开某个组播组的报告消息；

所述路由器接收到所述报告消息后，建立转发表；

根据建立的转发表将所述组播数据报文转发给对应的接收设备。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，在一个VRRP组内，当前VRRP状态为备份状态的路由器对所述接收设备发送的所述报告消息进行侦听，并建立转发表；当其VRRP状态变为工作状态时，根据建立的转发表将所述组播数据报文转发给对应的接收设备。

7、如权利要求5所述的方法，其特征在于，当路由器从备份状态转变为工作状态时，向所述接收设备发送查询消息；

所述接收设备返回响应报告消息；

所述路由器根据返回的响应报告消息更新所述转发表；并根据更新后的转发表将所述组播数据报文转发给对应的接收设备。

8、如权利要求5、6或7所述的方法，其特征在于，所述接收设备和所述路由器之间使用因特网组管理协议IGMP进行消息交互。

9、如权利要求1所述的方法，其特征在于，当一个VRRP组内仅有两个路由器时，所述指定的VRRP状态为工作状态或备份状态。

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