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CN1378365A - 一种ip组播路由转发优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种IP组播路由转发优化方法。在运行PIM－SM协议的IP转发设备中,本方法仅使用源地址和组地址即(S,G)路由进行组播转发;对于非(S,G)路由生成虚拟(S,G)路由进行组播转发。采用该方法使PIM－SM在转发过程中只使用(S,G)路由实现转发功能,提高了PIM－SM协议的转发效率,还可以使原本只支持DVMRP和PIM－DM协议的硬件设备可以通过更换软件而直接支持PIM－SM协议。该方法可以应用于路由器或IP交换机等转发设备,提高设备转发效率。

Description

一种IP组播路由转发优化方法
所属领域：
本发明涉及的是一种网络组播方法，特别是一种IP网络组播优化方法，属于计算机网络通信领域。
背景技术：
组播路由协议是IP(互联网络协议)网络第三层上实现组播报文转发的路由控制协议。组播路由协议的功能是为组播报文的转发提供路由信息，也就是向转发引擎说明应该将收到的组播报文转发到哪些方向。目前常用的IP组播路由协议有三种类型：DVMRP(距离向量组播路由协议)、PIM-SM(协议无关组播路由协议之稀疏模式)和PIM-DM(协议无关组播路由协议之密集模式)。
转发引擎是在IP转发设备中按路由表的指示，具体执行报文转发功能的部件。为了实现组播报文高速转发，设备中的转发引擎通常使用硬件实现。而硬件转发在提高了转发效率的同时，也带来了一些限制，比如不能很好地支持复杂的处理过程，提高产品成本等。组播路由协议和组播转发引擎在设备中的关系参见图1：其中图中箭头表示路由提交方向，1是物理接口，2是链路层协议，3是IP转发引擎，4是IP层，5是TCP/UDP协议层，6是单播路由协议层，7是组播路由协议层。
对于DVMRP和PIM-DM协议，它们只使用(S，G)路由，转发处理过程比较简单。其中(S，G)路由是一种组播路由类型，路由匹配条件为源地址和组地址。由于这两个协议只使用(S，G)路由，不使用(*，G)路由和(*，*，RP)路由，因此在转发引擎中可以比较容易地实现高速转发。其中，(*，G)路由是一种路由匹配条件为组地址的组播路由类型，(*，*，RP)路由是一种路由匹配条件为集中点地址的组播路由类型。
但是由于协议本身的技术特点，在很多应用场合不适合使用DVMRP和PIM-DM协议，而需要使用PIM-SM协议。在PIM-SM协议的设计中，转发处理过程比较烦琐。因此使用只支持(S，G)路由的转发引擎的IP转发设备，就只能运行DVMRP或PIM-DM协议，而不能有效运行PIM-SM协议。对于不易支持复杂处理过程的转发引擎实现PIM-SM协议，就会涉及到转发过程的优化问题。
如果可以使PIM-SM在转发过程中只使用(S，G)路由实现转发功能，那么不但可以提高PIM-SM协议的转发效率，还可以使原本只支持DVMRP和PIM-DM协议的硬件设备可以通过更换软件而直接支持PIM-SM协议。在传统路由器中，报文转发采用软件实现。由于软件实现的灵活度高，可以完成复杂的处理，所以可以实现标准的PIM-SM组播路由转发。但软件的处理效率是很有限的，目前的高速路由器和IP交换机都不采用软件实现转发处理。
中国发明专利00119490公布了一种宽带以太网组播的方法。该方法是工作在网络模型第二层链路层的一种组播协议，即以太网协议层，是以太网技术的一个扩展。实际中更复杂的组播功能通常在第三层即网络层，具体说是IP协议层来实现。本发明要解决的问题属于第三层组播技术。
发明目的：
为了支持PIM-SM协议，在只支持(S，G)类型路由的转发引擎中实现(S，G)、(*，G)和(*，*，RP)三种路由类型的功能，本发明提出虚拟(S，G)路由的新方法，这是一种用于在转发引擎中替代(*，G)和(*，*，RP)路由的一种特殊(S，G)路由。发明的技术方案：
本发明所提出的IP组播路由转发优化方法，由转发引擎专职完成转发流程，由软件处理标准协议功能和本方法提出的附加路由处理过程；软件按协议标准将路由信息加入组播路由表保存，并提交到转发引擎的转发路由表，用于控制组播报文的转发。在运行PIM-SM协议的IP转发设备中，仅仅使用源地址和组地址即(S，G)路由进行组播转发；对于该协议的组播路由转发，从组播数据流之中获取源地址和组地址信息，生成特殊(S，G)路由加入转发引擎的组播路由转发表，取代该协议原本应当采用的匹配集中点地址的组播路由(*，*，RP)和匹配组地址的组播路由(*，G)进行组播转发。
具体步骤为：1.PIM-SM协议软件向转发引擎提交(*，G)和(*，*，RP)类型的路由时，都  忽略不加处理，只有(S，G)路由仍然直接提交到转发引擎。2.转发引擎收到组播数据，根据协议转发路由：如果没有找到对应的转发路由，或反向路径转发检查失败，则将数据报文传递到协议软件进行处理。3.协议软件在收到数据报文后检查组播路由表，如果发现对应的(*，G)或(*，*，RP)路由，而没有(S，G)路由，则以找到的路由为基础，加入从数据报文中得到的源地址和组地址，生成(S，G)类型路由，提交到转发引擎；这个新(S，G)路由就称为虚拟(S，G)路由。虚拟(S，G)路由不应加入协议软件中的组播路由表，以免影响协议的正确运行；也可以加入组播路由表，但设置特殊标志与标准协议生成的(S，G)路由加以区分。
对于所生成的虚拟(S，G)路由，如果标准协议也生成了(S，G)路由，由于转发引擎中对于同一个(S，G)二元组只能存在一个路由，因此在软件中进行一些配合调整。
转发引擎使用(S，G)类型路由实现PIM-SM协议的组播转发处理，因此对于IP网络上的三种组播路由协议，距离向量组播路由协议DVMRP、密集模式协议无关组播路由协议PIM-DM、稀疏模式协议无关组播路由协议PIM-SM，都可以只使用(S，G)路由实现组播报文转发。该方案所应用的转发设备是路由器或IP交换机等。设备中的转发引擎可以是软件模块或硬件部件，对PIM-SM协议进行附加处理的软件部分位于PIM-SM协议软件模块内部，或PIM-SM协议软件模块与转发引擎之间的驱动适配模块中。有益效果：
本方法简化了PIM-SM协议的组播路由转发流程，使得IP转发设备在遵从标准协议的前提下，以较低的实现复杂度和实施成本实现高效率的PIM-SM协议组播路由转发。该方法虽然增加了软件处理的功能，但是系统开销增加很小，并且所有改进仅仅体现在设备内部，对外屏蔽。从设备外在表现来看，采用本技术的设备完全符合PIM-SM协议标准，与所有符合标准的网络设备不存在兼容问题。
本方法可以应用于使用软件转发引擎或硬件转发引擎的IP转发设备。尤其是应用在硬件转发的设备时，可以有效降低硬件转发引擎的设计复杂度，降低生产成本，提高转发效率。该方法可应用于IPV4网络和IPV6网络，可应用的产品形态包括IP网络内的各种转发设备，如路由器、三层交换机、宽带接入设备、IP网关等。
附图说明：
图1组播路由协议和组播转发引擎关系图
图2标准的PIM-SM转发流程图
图3经过优化后的转发引擎处理流程图
图4经过优化后的PIM-SM协议软件相关处理流程
实施例：
按照RFC2362所规定的PIM-SM协议标准，PIM-SM协议模块
在以下情况生成(*，*，RP)路由：
-PMBR获得新的RP地址信息；
-RP收到来自PMBR的PIM JOIN/PRUNE(*，*，RP)加入报文。
在以下情况生成(*，G)路由：
-收到IGMP成员加入信息；
-收到PIM JOIN/PRUNE(*，G)加入报文。
在以下情况生成(S，G)路由：
-叶子节点启动SPT转发树切换；(SPT即源路径树)
-收到PIM JOIN/PRUNE(S，G)RPT剪裁报文。(RPT即集中点路径树)
-收到PIM JOIN/PRUNE(S，G)加入报文。
以上PMBR指PIM组播边界路由器，是PIM-SM协议中一个特殊的组网节点。RP指集中点，是PIM-SM协议中一个特殊的组网节点。JOIN/PRUNE是PIM协议规定的一种报文类型——加入/剪裁报文，其功能是下游设备向上游设备说明它需要接收的组播数据类型，或要拒绝的数据类型。IGMP成员是指通过IGMP协议加入组播网络的数据接收者。IGMP(因特网组管理协议)是在组播网络边缘管理组播数据接收者信息的协议。
在这些情况下，按协议标准应该将这些路由加入协议软件中的组播路由表保存，并提交到转发引擎的转发路由表，用于控制组播报文的转发。标准的PIM-SM转发流程如附图2。在协议规范中，报文转发流程与协议处理流程没有做刻意的区分。图2的流程图以转发流程为主，也包含了协议规定的由转发流程所触发的一些协议事件处理。
而经过优化后的转发引擎处理流程见附图3，PIM-SM协议软件相关处理流程见附图4。从图中可以看到优化后的转发流程已经明显简化。
本方法在转发引擎中对于PIM-SM协议使用(S，G)路由代替(*，G)和(*，*，RP)路由。由于转发引擎中对于同一个(S，G)二元组只能存在一个路由，所以当标准协议也生成了(S，G)路由时需要做一些配合调整。调整规则如下：
1. 协议软件向转发引擎提交路由时，如果转发引擎中存在(S，G)二元组
   相同的旧路由，旧路由自动失效。即新提交的路由覆盖旧路由。
2. 当标准协议协议生成(S，G)路由时，通常应提交到路由引擎，使已有
   的虚拟(S，G)路由失效。但3中的情况例外。
3. 在SPT树切换过程中，将(S，G)路由立刻加入转发引擎可能会使虚拟
   (S，G)路由被过早替换，导致数据流中断。应按以下规则处理：
-  当SPT上游接口与原有RPT上游接口一致时，SPT的(S，G)路由不提
   交到转发引擎。(理论上也可以提交，但没有实际作用。)
-  当SPT上游接口与原有RPT上游接口不一致时，SPT的(S，G)路由不
   能立刻提交到转发引擎，而是等候数据流到来。由于数据入接口与RPT
   的虚拟(S，G)路由上游接口不一致，数据报文到达时将会产生RPF检
   查失败，转发引擎将把报文交协议软件处理。这时再将SPT的(S，G)
   路由提交到转发引擎，替换虚拟(S，G)路由。
-  当SPT上的设备没有(*，G)路由时(即不在RPT树中)，(S，G)路由
   可以立刻提交到路由引擎；也可以暂不提交，直到数据流到来时发生路
   由不匹配，转发引擎将把报文交协议软件处理。这时再将SPT的(S，G)
   路由提交到转发引擎。

Claims (9)

1.一种IP组播路由转发优化方法，由转发引擎专职完成转发流程，由软件处理标准协议功能和本方法提出的附加路由处理过程；软件按协议标准将路由信息加入组播路由表保存，并提交到转发引擎的转发路由表，用于控制组播报文的转发。其特征在于：在运行PIM-SM协议的IP转发设备中，仅仅使用源地址和组地址即(S，G)路由进行组播转发；对于该协议的组播路由转发，从组播数据流之中获取源地址和组地址信息，生成特殊(S，G)路由加入转发引擎的组播路由转发表，取代该协议原本应当采用的匹配集中点地址的组播路由(*，*，RP)和匹配组地址的组播路由(*，G)进行组播转发。
2.根据权利要求1所述的IP组播路由转发优化方法，其特征在于：PIM-SM协议软件向转发引擎提交(*，G)和(*，*，RP)类型的路由时，都忽略不加处理，只有(S，G)路由仍然直接提交到转发引擎。
3.根据权利要求2所述的IP组播路由转发优化方法，其特征在于：协议软件在收到数据报文后检查组播路由表，如果发现对应的(*，G)或(*，*，RP)路由，而没有(S，G)路由，则以找到的路由为基础，加入从数据报文中得到的源地址和组地址，生成(S，G)类型路由，提交到转发引擎；这个新(S，G)路由为虚拟(S，G)路由。
4.根据权利要求3所述的IP组播路由转发优化方法，其特征在于：对于所生成的虚拟(S，G)路由，如果标准协议也生成了(S，G)路由，由于转发引擎中对于同一个(S，G)二元组只能存在一个路由，因此在软件中进行一些配合调整。
5.根据权利要求3或4所述的IP组播路由转发优化方法，其特征在于：虚拟(S，G)路由不应加入协议软件中的组播路由表，以免影响协议的正确运行。
6.根据权利要求3或4所述的IP组播路由转发优化方法，其特征在于：虚拟(S，G)路由加入组播路由表，但设置特殊标志与标准协议生成的(S，G)路由加以区分。
7.根据权利要求1-6任一权利要求之一所述的IP组播路由转发优化方法，其特征在于：转发引擎使用(S，G)类型路由实现PIM-SM协议的组播转发处理，因此对于IP网络上的三种组播路由协议，距离向量组播路由协议DVMRP、密集模式协议无关组播路由协议PIM-DM、稀疏模式协议无关组播路由协议PIM-SM，都可以只使用(S，G)路由实现组播报文转发。
8.根据权利要求1-7任一权利要求之一所述的IP组播路由转发优化方法，其特征在于：转发设备是路由器或IP交换机等。
9.根据权利要求1-8任一权利要求之一所述的IP组播路由转发优化方法，其特征在于：设备中的转发引擎可以是软件模块或硬件部件，对PIM-SM协议进行附加处理的软件部分位于PIM-SM协议软件模块内部，或PIM-SM协议软件模块与转发引擎之间的驱动适配模块中。
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