一种城域以太网中基于802.1ah协议的组播系统、设备和方法

摘要

本发明公开了一种路由器，用于实现城域以太网中基于802.1ah协议的组播报文传送，其中该城域以太网中包括至少两个路由器和一个交换机。所述路由器在网络链路正常情况下，其中一个作为指定路由器处理转发核心网发送的组播流并向交换机转发、另外一个作为对端指定路由器的备份指定路由器进行网络链路的检测；在作为备份指定路由器检测到网络链路出现故障时，转换为指定路由器处理转发核心网发送的组播流并向交换机转发。本发明还公开一种城域以太网中应用上述路由器的基于802.1ah协议的组播实现系统和方法。通过使用本发明，能够切实可行的开展组播业务，并且保证组播业务的快速恢复，提高网络传输的高可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种城域以太网中基于802.1ah协议的组播系统、设备和方法。

背景技术

基于802.1ah(MAC-in-MAC，双层MAC封装)的PBT(Provider BackboneTransport，运营商骨干传输)技术是近来备受关注的城域以太网传送技术之一，PBT对于单播业务已经有相当完善的解决方案，但是对于组播业务，例如BTV(Broadcast Television，广播电视)业务，却涉及很少。

现有技术中，B-DA(Backbone Destination MAC，骨干目的MAC)虽然可以使用组播MAC地址支持点对多点的组播业务。但在城域以太网中支持组播业务至少必须满足以下三点：(1)基本业务能力，支持基本的点对多点的报文转发；(2)高可靠性，必须支持50ms以内的故障恢复；(3)能够实际操作，开展业务。但是上述使用组播的B-DA方案，仅仅完成了点对多点报文的转发，无法实现网络传输的高可靠性。如图1所示，当交换机(Switch)A出现故障时，交换机A下所有设备的组播业务也将全部中断，这种单点故障在运营商网络中显然是无法接受的。

一种对上述组播的B-DA方案改进的办法是将所有的设备都配备双上行，如图2所示。所有设备都配备双上行后，虽然消除了单点故障，但是如何发现设备故障以及如何进行快速拓扑切换保证故障时间控制在50ms以内等问题仍未得到解决。因此，对该组播B-DA的改进方案仍无法满足城域以太网中支持组播业务的条件。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种城域以太网中基于802.1ah协议的组播系统、设备和方法，完成城域以太网中点对多点的组播报文的转发，同时满足网络传输的高可靠性要求。

为达到上述目的，本发明提供一种路由器，用于实现城域以太网中基于802.1ah协议的组播报文传送，其中该城域以太网中包括至少两个路由器和一个交换机，

所述路由器在网络链路正常情况下，其中一个作为指定路由器处理转发核心网发送的组播流并向交换机转发、另外一个作为对端指定路由器的备份指定路由器进行网络链路的检测；在作为备份指定路由器检测到网络链路出现故障时，转换为指定路由器处理转发核心网发送的组播流并向交换机转发。

其中，所述路由器包括：

路由单元，用于在本设备作为指定路由器时，接收核心网发送的组播流，并将所述组播流发送给路由器骨干边缘交换BEB单元；在本设备作为备份指定路由器时，根据对端指定路由器发送的消息判断网络链路是否发生故障，在网络链路出现故障时，接收核心网发送的组播流，并发送给所述BEB单元；

BEB单元，其内部设有用户网络端口CNP，通过该CNP单元使得BEB单元与所述路由单元连接，使得BEB单元将接收到的所述路由单元发送的组播流中的组播报文封装成双层MAC封装MAC-in-MAC帧格式并转发给所述交换机。

其中，所述路由单元进一步包括：

监控子单元，在本设备作为指定路由器时，监控子单元用于定时向对端备份指定路由器发送连通性检查消息CCM消息；在本设备作为备份指定路由器时，接收对端指定路由器发送的CCM消息，当无法接收到所述CCM消息时，判断为网络链路出现故障，并触发本设备由备份指定路由器转换为指定路由器。

本发明还提供一种应用上述路由器的城域以太网基于802.1ah协议组播系统，其中该系统中至少包括两台上述路由器和至少一台交换机，包括：

其中一台路由器作为指定路由器，用于在网络链路正常情况下，处理转发核心网发送的组播流并向交换机转发；

另一台路由器作为备份指定路由器，用于根据所述指定路由器发送的消息判断网络链路是否发生故障；在网络链路出现故障时，作为指定路由器处理转发核心网发送的组播流并向交换机转发；以及

至少一个交换机，用于接收所述指定路由器发送的组播流，将所述组播流向下游发送，并向其负责的加入组播组的用户终端所在端口复制组播报文。

其中，所述指定路由器、备份指定路由器和交换机连接成一半环结构，所述指定路由器和备份指定路由器分别位于所述半环的两个端点。

其中，所述交换机进一步包括：

骨干核心交换BCB单元，用于接收所述指定路由器或所述备份指定路由器发送的组播流，并分别将所述组播流发送给下游交换机和交换机BEB单元；

交换机BEB单元，内部设有运营商网络端口PNP端口，通过该PNP端口使得该交换机BEB单元与所述BCB单元连接，BEB单元用于接收所述BCB单元发送的组播流，根据IGMP Snooping的结果，确定请求加入组播组的用户终端所在的端口并向所述端口复制组播报文。

本发明还提供一种城域以太网中基于802.1ah协议的组播实现方法，其中该方法应用在上述系统中，包括以下步骤：

网络链路正常情况下，备份指定路由器接收指定路由器向下游的交换机处理转发的组播流以及检测消息；

当所述备份指定路由器根据所述检测消息检测到网络链路出现故障时；

备份指定路由器转换为指定路由器处理转发组播流。

其中，所述网络链路正常情况下，指定路由器向下游的交换机处理转发组播流具体为：

指定路由器将接收到的组播报文封装成MAC-in-MAC帧格式，向下游的交换机发送；所述MAC-in-MAC帧格式具体为：

将组播报文中骨干服务标识符I-SID和骨干虚拟局域网B-VLAN两个域自由分配，骨干目的MAC地址B-DA取为和I-SID对应的组播MAC地址。

其中，网络链路正常情况下，所述备份指定路由器接收到所述指定路由器发送的检测消息时，不向下游交换机处理转发组播流。

其中，所述备份指定路由器接收到的检测消息为定时发送的连通性检查消息CCM消息，所述CCM消息被封装为MAC-in-MAC帧格式；

所述备份指定路由器检测到网络链路出现故障具体为：

所述备份指定路由器在网络设定的时间内未接收到所述指定路由器定时发送的CCM消息时判断为网络链路出现故障。

与现有技术相比，本发明的实施例具有以下优点：

通过本发明提供的实施例，能够切实可行的在城域以太网中开展基于802.1ah协议的组播业务，并且保证组播业务的快速恢复，提高网络传输的高可靠性。

附图说明

图1是现有技术中采用组播B-DA方法示意图；

图2是现有技术中一种改进的组播B-DA方法示意图；

图3是本发明实施例一的一种城域以太网中基于802.1ah协议的组播系统图；

图4是本发明实施例一的一种城域以太网中基于802.1ah协议的组播系统组网示意图；

图5是本发明实施例二的一种城域以太网中基于802.1ah协议的组播方法的流程图；

图6是本发明实施例二中网络中链路正常时的组播流转发示意图；

图7为本发明实施例二中网络中链路故障时的组播流转发示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述：

本发明的实施例一中，一种城域以太网中基于802.1ah协议的组播系统如图3所示，包括：指定路由器(DR，Designated Router)10、备份指定路由器(BDR，Backup Designated Router)20以及至少一个交换机(Switch)30。需要说明的是，DR和BDR是相同的路由器，只是按照在网络中所处的角色是指定路由器还是备份指定路由器，来执行相应的功能。在网络故障的情况下，备份指定路由器BDR可能转变为指定路由器DR，指定路由器DR也可能转变为备份指定路由器BDR，两者执行的功能相应变化。

具体的，指定路由器10，用于在网络链路正常情况下，处理转发核心网发送的组播流。备份指定路由器20，用于在网络链路出现故障时，作为指定路由器处理转发核心网发送的组播流。交换机30，用于接收指定路由器10或备份指定路由器20发送的组播流，将该组播流发送到下游交换机，并向其负责的加入到组播组的用户端口复制组播报文。

指定路由器10进一步包括路由单元11和BEB(Backbone Edge Bridge，骨干边缘交换)单元12，具体的：

路由单元11，用于接收核心网发送的组播流，并发送给BEB单元12；另外，向备份指定路由器20发送检测消息，指定路由器20根据该检测消息进行网络故障的检测。

BEB单元12，其内部设有CNP(Customer Network Port，用户网络端口)端口，通过该CNP端口使得BEB单元12与路由单元11连接，BEB单元用于将接收到的路由单元11发送的组播流中的组播报文封装成MAC-in-MAC帧格式，转发给下游交换机30。

其中，路由单元11进一步包括：

监控子单元111，用于监控网络链路中出现的故障，具体的，监控单元111定时向备份指定路由器20发送CCM(Continuity Check Message，连通性检查消息)消息，该CCM消息与组播报文一样被BEB单元12封装成MAC-in-MAC帧格式。

备份指定路由器20进一步包括：备份路由单元21和备份BEB单元22，具体的：

备份路由单元21，用于根据指定路由器10发送的消息判断网络链路是否发生故障；在网络链路出现故障时，接收核心网发送的组播流，并发送给备份BEB单元22；

备份BEB单元22，通过内部的CNP端口与备份路由单元21连接，用于在备份路由单元21检测到网络链路出现故障时，将接收到的备份路由单元21发送的组播流中的组播报文封装成MAC-in-MAC帧格式，并转发给下游交换机。

其中，备份路由单元21进一步包括：

备份监控子单元211，用于接收指定路由器10发送的CCM消息，通过该CCM消息检测网络链路运行情况。当备份监控子单元211在网络设定的时间内无法接收到指定路由器10发送的CCM消息时，则判断网络链路出现故障，触发备份指定路由器20转换为指定路由器，以保证组播业务的快速恢复。

交换机30进一步包括：

BCB(Backbone Core Bridge，骨干核心交换)单元31，用于接收指定路由器10发送的组播流，并分别将该组播流发送给下游交换机和交换机BEB单元32。

交换机BEB单元32，通过内部PNP(Provider Network Port，运营商网络端口)端口与BCB单元31连接，用于接收BCB单元31发送的组播流，根据IGMPSnooping的结果，确定加入组播组的用户所在的端口，并向这些端口复制组播报文。

该组播系统的网络拓扑结构如图4所示，其中指定路由器、备份指定路由器以及各交换机在物理上连接成一个半环，指定路由器和备份指定路由器位于半环的两端，整个网络构成了802.1ah标准中的PBBN(Provider BackboneBridge Network，运营商骨干桥接网络)网络。

通过上述实施例提供的系统，能够切实可行的开展组播业务，并且保证组播业务的快速恢复，提高网络传输的高可靠性。

本发明还提供一种路由器，用于实现城域以太网中基于802.1ah协议的组播方法，该路由器兼具上述实施例一中描述的指定路由器和备份指定路由器的功能。在网络链路正常情况下，作为指定路由器处理转发核心网发送的组播流并向交换机转发、或作为对端指定路由器的备份指定路由器进行网络链路的检测；在作为备份指定路由器检测到网络链路出现故障时，作为指定路由器处理转发核心网发送的组播流并向交换机转发。

与实施例一中描述的指定路由器和备份指定路由器的结构相类似，该路由器进一步包括路由单元和BEB单元，其中：

路由单元，兼具上述实施例一中指定路由器10上的路由单元11、以及备份指定路由器20上的备份路由单元12的功能，用于在本设备作为指定路由器时，接收核心网发送的组播流，并发送给BEB单元；在本设备作为备份指定路由器时，根据对端指定路由器发送的消息判断网络链路是否发生故障，在网络链路出现故障时，接收核心网发送的组播流，并发送给BEB单元。

BEB单元，兼具上述实施例一中指定路由器10上的BEB单元21、以及备份指定路由器20上的备份BEB单元22的功能，通过内部的CNP端口与路由单元连接，用于将接收到的路由单元发送的组播流中的组播报文封装成双层MAC封装MAC-in-MAC帧格式并转发给交换机。

对于该路由器以及路由器各单元功能的详细描述，请参考上述实施例一，在此不进行重复描述。

本发明的实施例二中，一种城域以太网中基于802.1ah协议的组播方法如图5所示，具体步骤如下：

步骤S501、在网络链路正常的情况下，DR接收核心网发送的组播流。

具体的，DR通过组播路由协议(如PIM-SM)完成对核心网发送的组播流的接收。

此时BDR处于被抑制状态，不接收核心网发送的组播流或接收核心网发送的组播流后直接丢弃。

步骤S502、DR采用基于端口的服务接口将接收到的组播流封装MAC-in-MAC帧。

802.1ah定义三种服务接口，基于端口、基于vlan、基于ISID。本步骤中，所有从端口进入的报文都进入组播服务，进行Mac-in-Mac封装。封装过程中，组播报文的I-SID(Backbone Service Instance Identifier，骨干服务标识符)和B-VLAN(Backbone VLAN，骨干虚拟局域网)两个域可以由运营商自由分配，B-DA(Backbone Destination MAC，骨干目的MAC地址)取为和I-SID对应的组播MAC地址。

步骤S503、DR将MAC-in-MAC封装的组播流发送给下游的交换机，同时定时向BDR发送MAC-in-MAC封装的CCM检测消息。

网络的高可靠性基于该CFM(Connectivity Fault Management，连通性故障管理)机制，DR每隔10ms持续向BDR发送CCM消息，CCM消息和组播报文一样被封装在MAC-in-MAC帧中沿半环转发，直到被BDR接收。

步骤S504、在网络中所有的交换机的BCB上配置对应组播报文B-DA和B-VLAN的静态组播MAC地址，出端口包括所有的PNP端口(共有三个端口，两个外部PNP端口和一个内部PNP端口)。

组播流将沿着整个半环转发至BDR。同时交换机中的BEB单元运行IGMP Snooping，确定需要复制组播流的CNP端口。

步骤S505、BDR根据组播RPF(Reverse Path Forwarding，反向路径检查)检查丢弃接收到的组播报文或直接处于被抑制状态，不接收任何的组播报文。

图6为网络链路正常的情况下，组播流的转发示意图。

步骤S506、BDR检测到网络链路出现故障。

具体的，在网络链路中断、DR出现故障或网络中的某一交换机出现故障时，BDR将在网络设定的时间内无法接收到DR发送的CCM检测消息。

步骤S507、BDR转换为DR接收核心网的组播流，以保证组播业务的快速恢复。

BDR持续监控CCM消息。一旦发生半环中的链路中断、switch或者DR死机，BDR将接收不到CCM消息，这时候BDR升为DR，开始向半环注入组播报文，保证组播业务在50ms内恢复。

图7为网络中发生链路故障后，组播流转发示意图，其中该链路故障具体为半环中的链路中断。在中断的链路修复后，原BDR可以仍作为DR进行核心网组播流的转发，相应地，原DR转换为BDR进行网络链路故障的检测。或原BDR回复到原来的作为BDR的状态，而原DR仍回复到原来的DR状态进行核心网组播流的转发，具体由哪一台路由器设备作为DR可以根据网络的需要进行设定。对于半环中的switch发生故障时的处理方法与该链路中断的处理方法相同。

对于DR发生故障时造成的链路故障，由BDR转换为新DR进行核心网组播流的转发。当原DR从故障恢复后，作为新BDR进行网络链路故障的检测，而已经转换为新DR的原BDR可以一直保持DR的功能进行核心网组播流的转发。

通过上述实施例提供的方法，能够切实可行的开展组播业务，并且保证组播业务的快速恢复，提高网络传输的高可靠性。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该获取机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台网络设备执行本发明各个实施例所述的方法。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。