一种IPv6孤岛间组播部署方法及其设备

摘要

本发明公开了一种IPv6孤岛间组播部署方法及用于实现所述方法的服务提供商边界设备，属于网络通信领域。为了解决现有技术中存在IPv6孤岛间无法在IPv4网络中进行IPv6组播通信的问题，所述方法通过在IPv4中相互传递本地的组播参数，对组播参数进行协商，根据协商结果在IPv4中建立组播服务隧道以实现IPv4网络中进行IPv6组播通信。本发明还提供一种服务提供商边界设备，包括组播参数设置模块，组播参数传递模块，组播参数协商模块，组播服务隧道建立模块，和组播邻居关系建立模块。本发明无需对现有IPv4核心网络进行升级，新增IPv6设备可以随时连接到现有IPv4网络中，具有很好的灵活性和可扩展性。

说明书

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，特别涉及一种通过IPv4网络连接IPv6孤岛部署IPv6组播的方法及其设备。

背景技术

目前Internet已经成为人们生活中不可缺少的重要工作、沟通手段。目前Internet中广泛使用的IPv4协议，也就是人们常说的IP协议。IPv4协议标准制定于20世纪70年代，通过近30年的不断演进和发展，IP技术已经从当初单纯传送数据向可传送数据、语音、视频多媒体的综合网络转变。随着应用的发展和技术的进步，下一代网络技术逐步出现在人们的视野当中。下一代网络需要提供可靠的服务质量保证，并且支持语音、数据、多媒体等多种综合业务的服务能力，而IPv4面对这些新的挑战逐渐变得力不从心。

IPv6是从IPv4发展而来的新型网络层协议，正在成为下一代互联网的核心标准。经过多年发展，IPv6基本标准日益成熟，各种不同类型的IPv6的设备逐步走进商业应用，许多国家(包括中国在内)的电信运营商都已经建立了IPv6网络并开始提供服务。

组播(Multicast)是一种点到多点的高效数据传递方式，在现有IPv4中已经广泛应用。和普遍使用的单播技术不同，通过建立组播树，组播通信方式可以高效实现一对多的数据转发，减少数据内容的复制，大幅度减少多方通信对网络资源的消耗。参见图1，在采用单播通信，实现一对多通信时，发送者11从开始就把报文复制成多份，所有的中间路由器R对每个接收者12，13，14都要单独传递一份报文。参见图2，组播通过组播树，只是在必要的分叉点才进行报文复制，大大提高了转发效率。其中，组播树就是通过组播协议构建的一到多的优化的转发路径。

随着视频、远程会议、娱乐等新的网络应用日益普及，组播已经逐渐成为一种重要的通信方式。IPv6的组播技术也已经比较成熟，也面临巨大的应用需求。IPv6中组播和IPv4中组播概念相同，同样通过组播树作为数据的转发路径，不同的是采用IPv6协议进行实现，目前在单纯的IPv6网络中部用需求。IPv6中组播和IPv4中组播概念相同，同样通过组播树作为数据的转发路径，不同的是采用IPv6协议进行实现，目前在单纯的IPv6网络中部署组播已经没有什么困难。

由于现有的通信网络中，绝大多数已有的网络都采用的IPv4技术，希望在短时间内将Internet和各个企业网络中所有的系统全部从IPv4升级到IPv6的代价是极其高昂的，也是不现实的。IPv6和IPv4在Internet中长期共存是不可避免的现实。因此，实现从IPv4向IPv6平稳过渡是导入IPv6技术的一个基本前提。现在已经有许多IPv4-IPv6过渡技术出现并且获得应用，如服务提供商边界设备(PE-Provider Edge)技术、IPv6/IPv4双栈机制、IPv6隧道技术，协议翻译技术(NAT-PT)等。

在众多的过渡技术中，PE技术是一种灵活性强、可扩展性好的IPv4-IPv6过渡技术。PE技术通过在IPv4网络和IPv6孤岛边界部署支持IPv4和IPv6的双栈路由器PE实现IPv6孤岛互连，可以让多个IPv6孤岛跨越IPv4网络实现透明通信。在现有IPv4网络中，多协议标签交换技术(MPLS-MultipleProtocol Label Switch)和域间路由协议如多协议边界网关协议(MP-BGP-Multi-Protocol Border Gateway)已经广泛应用。参见图3，IPv6孤岛通过其客户边界设备(CE-Custom Edge)路由器连接到PE路由器，CE路由器向PE路由器通告本地IPv6孤岛的IPv6路由信息，PE路由器在IPv4网络中利用MP-BGP相互传递IPv6孤岛的路由信息。之后，PE路由器根据这些IPv6路由信息，自动地建立穿越IPv4网络的MPLS点到点隧道。IPv6单播报文被封装在MPLS隧道中从一个IPv6孤岛传送到另外的IPv6孤岛。通过这些MPLS隧道，多个IPv6孤岛就可以相互通信了。因为采用多协议标签交换技术MPLS封装IPv6报文，IPv4网络无需升级，业务不受影响。这样，通过PE技术，IPv6孤岛之间可以进行单播通信。

目前的PE技术，主要解决了IPv6孤岛的单播通信问题，但是无法承载IPv6组播，IPv6孤岛间无法进行IPv6组播通信。

发明内容

为了解决现有技术中存在IPv6孤岛间无法在IPv4网络中进行IPv6组播通信的问题，本发明提供了一种IPv6孤岛间组播部署方法，IPv6孤岛通过服务提供商边界设备连接在IPv4网络边缘，所述方法包括以下步骤：

步骤A：服务提供商边界设备设置本地组播参数；

步骤B：服务提供商边界设备在IPv4中相互传递本地的组播参数；

步骤C：服务提供商边界设备之间对组播参数进行协商，根据协商结果在IPv4中建立组播服务隧道；

步骤D：服务提供商边界设备之间建立组播邻居关系。

所述步骤A中所述组播参数的内容至少包括：本地IPv6孤岛是否支持组播，本地IPv6孤岛是否运行了组播，服务提供商边界设备所采用的隧道技术，以及组播邻居关系的学习方法。

优选地，所述组播参数还包括用于建立IPv4组播服务隧道需要的IPv4组播地址。

所述步骤B中，所述服务提供商边界设备利用域间路由协议进行所述组播参数的相互传递。

优选地，所述服务提供商边界设备利用域间路由协议中的边界网关协议进行所述组播参数的相互传递，在边界网关协议更新报文中构造一种扩展类型，根据边界网关协议中的多协议可达网络可达性信息报文格式加以封装，传递给其它的服务提供商边界设备。

所述步骤C具体包括：服务提供商边界设备收到其它服务提供商边界设备发送的相应的组播参数后，经过协商判断存在其它IPv6孤岛，所述其它IPv6孤岛支持并已经运行了组播，而且所述其它IPv6孤岛对应的服务提供商边界设备和本地服务提供商边界设备使用相同的隧道技术，则利用所述隧道技术创建组播服务隧道。

所述步骤D具体包括：服务提供商边界设备根据所述组播参数的内容中设定的组播邻居关系的学习方法建立组播邻居关系。

所述组播邻居关系的学习方法包括：服务提供商边界设备利用组播服务隧道或边界网关协议扩展发送组播协议报文，以传递IPV6孤岛组播路由可达性信息，从而完成组播邻居关系的学习。

优选地，本方法进一步包括：

建立组播邻居关系之后，一个IPv6孤岛通过服务提供商边界设备向另一个IPv6孤岛对应的服务提供商边界设备发出组播加入请求；

被请求的服务提供商边界设备将本IPv6孤岛内的组播报文发送到组播服务隧道上；

发出请求的服务提供商边界设备接收组播服务隧道传递来的被请求孤岛的IPv6组播报文，然后再将组播报文在本地IPv6孤岛内的原有IPv6孤岛上进行转发。

本发明还提供了一种用于部署IPv6孤岛间组播的服务提供商边界设备，所述服务提供商边界设备将IPv6孤岛连接在IPv4网络边缘，所述服务提供商边界设备包括：

组播参数设置模块，用于服务提供商边界设备设置本地组播参数；

组播参数传递模块，用于服务提供商边界设备在IPv4中相互传递组播参数；

组播参数协商模块，用于服务提供商边界设备之间对组播参数进行协商；

组播服务隧道建立模块，用于根据协商结果在IPv4中建立组播服务隧道；

组播邻居关系建立模块，用于服务提供商边界设备之间建立组播邻居关系。

本发明的有益效果是：

1.本发明所述技术方案通过在IPv4网络建立隧道，原本互相分离的IPv6孤岛可以实现组播通信，提供了多个IPv6孤岛之间IPv6组播互通的能力。

2.IPv6孤岛通过现有IPv4网络进行互连，充分利用原有IPv4核心网络的设备，无需对现有IPv4核心网络进行升级，保护用户的投资，减少网络升级费用，对实现IPv4到IPv6的平滑过渡有非常重要的意义。

3.本发明提出的技术方案具备良好的可扩展性，新增IPv6设备可以随时连接到现有IPv4网络中，具备支持大规模的IPv6孤岛组播互连的能力。

4.可以灵活适应多种隧道技术，技术上充分考虑了多种现有隧道技术的不同能力，可以根据将来技术的发展和实际应用的需要灵活选取不同的实施策略。

5.本发明提出的方案根据网络拓扑，可以自动发现IPv6孤岛并生成多播服务隧道，无需手工进行静态配置。

6.本发明提出的方案充分借鉴、使用现有成熟协议，无需对现有协议进行重大，无需建全新的协议。

7.本发明提出的方案实现容易，极大地避免了技术上的风险，具有很好的灵活性和可扩展性。

8.本发明提出的方案对IPv6孤岛中的IPv6 CE设备没有任何要求，不需要CE设备支持IPv4协议。

附图说明

图1为组播树转发的示意图；

图2为单播转发的示意图；

图3为现有技术中IPv6孤岛跨越IPv4网络实现单播通信的网络拓扑图；

图4为本发明所述IPv6孤岛初始状态示意图；

图5为本发明所述判断如何创建MST的流程图；

图6本发明实施例所述IPv4网络中已经创建MST，等待IPv6孤岛中组播树进一步连接的网络拓扑图；

图7为本发明所述IPv6孤岛跨越IPv4网络实现组播通信的网络拓扑图；

图8为本发明所述方法的流程图；

图9为本发明所述服务提供商边界设备的结构图。

具体实施方案

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

本发明提出了一种通过IPv4网络连接IPv6孤岛，动态建立IPv4点到多点的承载IPv6组播报文的组播服务隧道(MST-Multicast ServiceTunnel)，实现IPv6孤岛之间组播通信的方法。具体实施方案如下：

参见图4，服务提供商网络是IPv4架构，在初始状态时，IPv6网络的发展是渐进式的，不同地理位置出现的IPv6网络被IPv4网络完全隔离，不可能全部直接相连，被称为IPv6孤岛。图中有三个IPv6孤岛，分别为IPv6孤岛1、IPv6孤岛2和IPv6孤岛3。它们分别通过服务提供商的PE路由器PE1、PE2和PE3连接在IPv4网络边缘。PE路由器是同时支持IPv4/IPv6的双栈路由器，可以同时使能IPv6组播和IPv4组播。三个IPv6孤岛分别通过CE路由器CE1、CE2和CE3与IPv4网络上相应的PE1、PE2和PE3相连。CE路由器是纯粹的IPv6路由器。CE路由器向PE路由器通告本地IPv6孤岛的IPv6路由信息。

当IPv6孤岛内部部署完毕之后，IPv6孤岛内部单播和组播都已经可以正常运行。但是由于IPv4的隔离，IPv6孤岛间的单播和组播还不能跨越IPv4网络实现。

这时，IPv6孤岛之间首先进行相互发现并建立单播隧道，这是利用现有技术就可以实现的，在背景技术中已作了详细说明。这样，IPv6孤岛间的单播就可以跨越IPv4网络实现了。

由于多个IPv6孤岛内的IPv6组播树相互独立，被限制在IPv6孤岛内，为了实现IPv6孤岛间跨越IPv4网络的组播通信，参见图8，本发明采用下述步骤：

步骤100：PE利用BGP扩展技术发现并学习到其他IPv6孤岛的存在，通过IPv4网络相互传递IPv6路由可达性信息。这样，PE设备不但可以知道和它直接相连的IPv6孤岛的路由信息，还可以动态获得网络中其它IPv6孤岛的IPv6路由可达性信息。此时通过现有的IPv4-IPv6单播过渡技术，IPv6孤岛之间可以进行单播通信。

步骤101：PE1、PE2、PE3分别设定组播相关参数，组播相关参数包括：本IPv6孤岛是否支持组播、IPv6孤岛是否已经运行了组播服务、建立组播树隧道采用的组播协议类型、用于建立MST隧道需要的IPv4组播地址、组播邻居关系的学习方法。

其中建立组播树隧道采用的隧道技术类型可以包括：全连接的单播隧道、支持组播的RSVP-TE Point-to-Multipoint LSP隧道(资源预留-流量工程的点到多点标签交换路径。)、PIM-SM(Protocol IndependentMulticast-Sparse Mode，协议无关组播-稀疏模式)建立的组播树隧道、PIM-SSM(Protocol Independent Multicast-Source Specific Multicast，协议无关组播-特定源组播)建立的指定源组播树隧道、PIM-Bidir(ProtocolIndependent Multicast-Bidirectional Mode，协议无关组播-双向模式)隧道、MPLS P2MP(Multiple Protocol Label Switch Point to Multiple Point，多协议标签交换点到多点路径)隧道、单播GRE(Generic RoutingEncapsulation，通用路由封装)隧道、和其它类型的共享树隧道。

用于建立MST隧道需要的IPv4组播地址为范围从224.0.0.0到239.255.255.255的一个IP地址。

组播邻居关系的学习方法包括：利用MST隧道或BGP扩展发送组播协议报文，以传递IPV6孤岛组播路由可达性信息，以实现组播邻居关系的建立。

本实施例中，PE1、PE2、PE3的组播参数为：本IPv6孤岛支持组播、IPv6孤岛已经运行了组播服务、采用的隧道技术为PIM-SM、组播的IP地址为224.128.64.32，组播邻居关系的学习方法为PIM-SM HELLO。

步骤102：PE1、PE2、PE3之间通过BGP根据步骤100所得到的路由信息相互传递步骤101中的组播相关参数。该参数可以通过边界网关协议或外部网关协议携带给其它的PE。

在本实施例中，实现方式为：PE路由器在BGP UPDATE报文中构造一种特定的针对本发明IPV6组播的扩展类型，根据BGP中的多协议可达网络可达性信息(MP-REACH-NLRI)报文格式加以封装。MP-REACH-NLRI定义在RFC2858中，格式如下：

        +---------------------------------------------------------+

        |  Address Family Identifier(2 octets)                    |

        +---------------------------------------------------------+

        |  Subsequent Address Family Identifier(1 octet)          |

        +---------------------------------------------------------+

        |  Length of Next Hop Network Address(1 octet)            |

        +---------------------------------------------------------+

        |  Network Address of Next Hop(variable)                  |

        +---------------------------------------------------------+

        |  Number of SNPAs(1 octet)                               |

        +---------------------------------------------------------+

        |  Length of first SNPA(1 octet)                          |

        +---------------------------------------------------------+

        |  First SNPA(variable)                                   |

        +---------------------------------------------------------+

        |  Length of second SNPA(1 octet)                         |

        +---------------------------------------------------------+

        |  Second SNPA(variable)                                  |

        +---------------------------------------------------------+

        |  ...                                                    |

        +---------------------------------------------------------+

        |  Length of Last SNPA(1 octet)                           |

        +---------------------------------------------------------+

        |  Last SNPA(variable)                                    |

        +---------------------------------------------------------+

        |  Network Layer Reachability Information(variable)       |

        +---------------------------------------------------------+

步骤103：参见图5，PE1根据学习到的组播相关参数判断是否存在IPV6孤岛2、IPV6孤岛3。如果不存在IPV6孤岛2和IPV6孤岛3则不建立MST隧道。在本实施例中IPV6孤岛2和IPV6孤岛3存在，则PE1根据学习到的组播相关参数判断出IPV6孤岛2和IPV6孤岛3是否支持并已经运行了组播。如果IPV6孤岛2和IPV6孤岛3不支持或没有运行组播，则不创建MST。在本实施例中IPV6孤岛2和IPV6孤岛3支持并运行组播，则PE1根据学习到的组播相关参数判断PE1、PE2、PE3是否采用相同的技术创建隧道。如果PE2和PE3没有采用和PE1相同的技术创建隧道，则不建立MST隧道。在本实施例中PE1使用PIM-SM技术创建隧道，PE2、PE3也使用PIM-SM技术创建隧道。PE1、PE2、PE3都采用PIM-SM Hello的组播邻居关系学习方法。

步骤104：PE1根据IPv4组播地址224.128.64.32并采用PIM-SM技术在IPv4网络中建立一个对应IPv4组播共享树。

参见图6PE1、PE2、PE3都加入这个专门用于IPv6孤岛之间组播通信的组播树，该IPv4组播共享树作为MST隧道使用。根据IPv4共享树的特征，所有的IPv6孤岛的PE都是该组播树(MST)的接收者，任何一个PE发出的信息其它PE都可以收到，此时的状态是一个中间状态：IPv4中MST刚刚创建，IPv6孤岛组播树还没有通过MST互相连接，需要建立组播邻居关系。

步骤105：PE1根据步骤103确定的组播邻居学习的方法，PE1利用MST隧道发送组播Hello报文，Hello报文通过MST隧道传递给PE2和PE3，这个Hello报文会被PE2和PE3接收到，这样PE1、PE2、PE3之间就通过MST建立的IPv6组播邻居关系。

步骤106：参见图7，建立组播邻居关系之后，PE2通过MST向PE1发出组播加入请求，对应的PE1收到请求后，PE1对应的IPv6孤岛将本孤岛内的IPv6组播数据报文发送到本IPv6孤岛的CE1；CE1根据IPv6组播路由信息将组播报文传递给PE1。

PE1将IPv6组播报文封装在MST隧道中，MST隧道(利用现有的IPv4转发技术)将IPv6组播报文传送到其它所有需要接收该报文的IPv6孤岛的PE设备，IPv6的组播报文在隧道中进行转发时，对IPv4网络内部的设备来说是透明的。

这样PE2就会接收MST传递来的PE1孤岛的IPv6组播报文，去掉MST封装，将报文还原为普通的IPv6组播报文，然后传递给CE2。CE2然后再将组播数据在本地IPv6孤岛内的原有IPv6组播树上进行正常的转发。

这样，原本被IPv4隔离的孤岛内的IPv6组播树就通过MST连接起来，可以相互通信了。至此，通过MST隧道IPv6孤岛间的组播通信就可以正常进行了，并且对于IPv6孤岛内部的设备和IPv4网络中的设备，都不必关心这一个过程。所有的工作都是在PE上进行的，因此实际实施的时候，只需要PE升级具备本发明所述技术方案的能力即可。

参见图9，本发明还提供了一种用于部署IPv6孤岛间组播的服务提供商边界设备，包括：组播参数设置模块1，用于服务提供商边界设备设置本地组播参数；组播参数传递模块2，用于服务提供商边界设备在IPv4中相互传递组播参数；组播参数协商模块3，用于服务提供商边界设备之间对组播参数进行协商；组播服务隧道建立模块4，用于根据协商结果在IPv4中建立组播服务隧道；组播邻居关系建立模块5，用于服务提供商边界设备之间建立组播邻居关系。组播参数设置模块1的输出的组播参数输入到组播参数传递模块2，组播参数传递模块2的输出输入到组播参数协商模块3进行协商，协商的结果输入到组播服务隧道建立模块4用于建立组播服务隧道，组播服务隧道建立后触发组播邻居关系建立模块5以建立组播邻居关系。采用本发明所述服务提供商边界设备能够实现跨越IPv4网络的IPv6孤岛间组播。

以上只是本发明的优选实施方式进行了描述，本领域的技术人员在本发明技术的方案范围内，进行的通常变化和替换，都应包含在本发明的保护范围内。