CN101005434A - 二层组播虚拟局域网聚合方法及其汇聚交换机 - Google Patents

Abstract

二层组播虚拟局域网聚合方法及其汇聚交换机。设置将多个用户侧VLAN组播报文对应一个网络侧VLAN组播报文的报文处理规则，用户侧VLAN接收组播报文，根据报文处理规则处理后通过网络侧VLAN发送至上游交换设备；网络侧VLAN接收组播报文，根据报文处理规则处理后通过用户侧VLAN发送至用户端。通过监听IGMP报文，汇聚交换机建立和维护组播转发表，汇聚交换机根据组播转发表转发上游交换设备下发的组播报文。二层组播虚拟局域网汇聚交换机包括以太处理模块和驱动处理模块，还可以包括组播协议处理模块。本发明实现了不启用IGMP和组播路由协议，在L2配置下进行组播数据跨VLAN转发。

Description

二层组播虚拟局域网聚合方法及其汇聚交换机

技术领域

本发明涉及计算机网络通信技术领域，更具体的讲涉及二层组播虚拟局域网聚合方法及其汇聚交换机。

背景技术

随着网络技术的日益发展，由于组播技术的实现大大提高了网络中报文的转发效率，所以在网络通信中得到了非常广泛的应用。同时，宽带IP网络经过几年的建设，已经初具规模，有了高带宽的网络基础设施和大量的用户。IP组播技术实现了IP网络中点到多点的高效数据传送。因为组播能够有效地节约网络带宽、降低网络负载，所以在实时数据传送、多媒体会议、数据拷贝、游戏和仿真等诸多方面都有广泛的应用。可以利用网络的组播特性方便地提供一些新的增值业务，包括在线直播、网络电视、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视频会议等互联网的信息服务领域。另外在目前的宽带网络通信中，经常需要在虚拟局域网(VLAN，Virtual Local Area Network)内部或者跨虚拟局域网开展组播业务。

现有宽带网络的组网根据网络设备本身和网络设备的组合在网络通信中完成的功能可以分为三层(layer3，L3)网络部分和二层(layer2，L2)网络部分，某一具体的网络设备也可以包含三层网络部分和二层网络部分，其二层网络部分主要用于直接与用户端相连，而三层网络则主要作为国际互联网或其他三层网络的一部分，网络中发送组播业务的组播源通常位于三层网络中。

图1是现有技术二层组网示意图，在二层组网中，有多个用户主机接入不同的VLAN，各VLAN分别通过L2接入交换机和汇聚交换机透传到网关设备比如L3交换机或路由器上进行终结。在网络通信过程中，二层网络无法实现不同VLAN间组播报文的传送，通常二层网络的各个VLAN分别对应不同的IP网段地址，所以不同的VLAN间实现组播可以由三层网络进行组播报文的复制，并将复制之后的报文在不同的VLAN内进行发送，即三层网络与二层网络间的连接端口就需要同时传输报文内容相同但VLAN ID(虚拟局域网标识)不同的组播报文，造成了网络资源的浪费。

组播协议分为主机-路由器之间的协议，即组播成员管理协议，以及路由器-路由器之间协议，主要是各种路由协议。组成员关系协议包括IGMP(互连网组管理协议)；域内组播路由协议包括PIM(Protocol IndependentMulticast协议无关组播)-SM、PIM-DM、DVMRP等协议。同时为了有效抑制组播数据在二层网络中的扩散，引入了IGMP Snooping等二层组播协议。

通过IGMP和二层组播协议，在路由器和交换机中建立起直联网段内的组成员关系信息。具体地说，就是哪个接口下有哪个组播组的成员。IGMPSnooping(Internet Group Management Protocol Snooping)是运行在二层以太网交换机上的组播约束机制，用于管理和控制组播组。

当二层以太网交换机收到主机和路由器之间传递的IGMP报文时，IGMPSnooping分析IGMP报文所带的信息。当监听到主机发出的IGMP主机报告报文(IGMP host report message)时，交换机就将与该主机加入到相应的组播表中；当监听到主机发出的IGMP退出报文(IGMP Leave message)时，交换机就将删除与该主机对应的组播表项。***没有运行IGMP Snooping时，组播报文将在L2范围内广播。

IGMP Report报文由用户终端在子VLAN内发出，经过L2接入交换机和汇聚交换机透传到L3交换设备的路由器，L3交换设备的路由器在L3建立并维护相应的组播转发表项。同Report报文一样，经过L2接入交换机和汇聚交换机透传到L3交换设备的路由器，L3交换设备的路由器在L3维护或删除相应的组播转发表项。通过L3组播方式，对不同的用户VLAN起不同的L3接口，通过IGMP和PIM协议利用组播转发表项进行L3组播转发。

在现有技术的组网中，用户接入的VLAN都需要透传到网关L3交换设备上进行终结，当用户接入的VLAN数目较多时候，需要在L3交换设备上进行大量的VLAN终结，每一个VLAN都需要消耗一个L3交换设备的路由接口资源，给L3交换设备处理造成了较大的压力，同时当下面多个用户加入同一个组播组时，在汇聚层会有多路相同的组播流下行，浪费了宝贵的带宽资源。另外，在L3设备上需要进行用户VLAN接口和IP地址的配置，增加了配置复杂度。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的提供了一种二层组播虚拟局域网聚合方法，本发明还提供一种二层组播虚拟局域网汇聚交换机，以达到在L2不启用IGMP和组播路由协议的情况下，在L2配置下进行组播数据流跨VLAN转发，达到节省宽带资源的目的。

为了达到上述目的，本发明的二层组播虚拟局域网聚合方法，技术方案由如下方式实现，设置将多个用户侧VLAN组播报文对应一个网络侧VLAN组播报文的报文处理规则，以及

组播报文上行方向，通过所述用户侧VLAN接收组播报文，根据所述报文处理规则处理后通过所述网络侧VLAN发送至上游交换设备；

组播报文下行方向，通过所述网络侧VLAN接收组播报文，根据所述报文处理规则处理后通过所述用户侧VLAN发送至用户端。

本发明的二层组播虚拟局域网聚合方法，所述的报文处理规则为：

将所述用户侧多个同一目的组播组的同类型组播报文对应为一个网络侧该组播组的该类型报文；

将所述网络侧某一组播组的组播报文对应为用户侧多个该组播组的组播报文。

本发明的二层组播虚拟局域网聚合方法，所述网络侧VLAN为网络侧配置的一个专用于承载组播报文的组播VLAN，所述组播报文包括组播数据报文和组播协议报文。

本发明的二层组播虚拟局域网聚合方法，将用户侧VLAN配置为组播VLAN的子VLAN，将每个用户主机配置在不同的子VLAN中。

本发明的二层组播虚拟局域网聚合方法，在组播VLAN内建立和维护用于确定子VLAN与组播组对应关系的组播转发表，所述组播转发表为每一组播组建立一组播转发表项；

组播VLAN收到用户端的IGMP Report报文后，将该报文的VLAN ID加入到该组播组的组播转发表项中，组播VLAN收到用户端的IGMP L eave报文后，将该报文的VLAN ID从该组播组的组播转发表项中删除；

根据所述组播转发表项，将组播VLAN中的组播数据流复制到对应的用户子VLAN中转发。

本发明的二层组播虚拟局域网聚合方法，通过运行IGMP Snooping协议，监听用户主机IGMP协议报文，所述报文处理规则为：

对于由用户端在子VLAN内发出IGMP Report报文，将第一个加入该组播组的IGMP Report报文转到组播VLAN内转发给上游交换设备，抑制后续加入该组播组的report报文；

抑制由用户端在子VLAN内发出IGMP Leave报文，将最后一个退出该组播组的IGMP Leave报文转到组播VLAN内向上转发给上游交换设备。

本发明的二层组播虚拟局域网聚合方法，设定一个用户端可以忍受的成批处理的时间间隔，在组播报文上行方向，根据所述报文处理规则集中处理在所述时间间隔内通过所述用户侧VLAN接收到的组播报文，并将处理后的报文通过所述网络侧VLAN发送至上游交换设备。

本发明的二层组播虚拟局域网汇聚交换机，技术方案由如下方式实现，所述汇聚交换机上设置将多个用户侧VLAN组播报文对应一个网络侧VLAN组播报文的报文处理规则，以及

组播报文上行方向，所述汇聚交换机通过所述用户侧VLAN接收组播报文，根据所述报文处理规则处理后通过所述网络侧VLAN发送至上游交换设备；

组播报文下行方向，所述汇聚交换机通过所述网络侧VLAN接收组播报文，根据所述报文处理规则处理后通过所述用户侧VLAN发送至用户端。

本发明的二层组播虚拟局域网汇聚交换机，所述汇聚交换机包括：以太处理模块和驱动处理模块，其中：

所述以太处理模块，用于设置所述报文处理规则，并按照所述报文处理规则处理所述驱动处理模块输入的组播报文，将处理后的组播报文输出到所述驱动处理模块；

所述驱动处理模块，接收用户端通过用户侧VLAN发出的组播报文和上游交换设备通过网络侧VLAN下发的组播报文，将所述组播报文输入以太处理模块；转发所述以太处理模块输出的组播报文。

本发明的二层组播虚拟局域网汇聚交换机，所述的报文处理规则为：

将所述用户侧多个同一目的组播组的同类型组播报文对应为一个网络侧该组播组的该类型报文；

将所述网络侧某一组播组的组播报文对应为用户侧多个该组播组的组播报文。

本发明的二层组播虚拟局域网汇聚交换机，所述网络侧VLAN为汇聚交换机网络侧配置的一个专用于承载组播报文的组播VLAN，所述组播报文包括组播数据报文和组播协议报文；汇聚交换机用户侧VLAN配置为组播VLAN的子VLAN，将每个用户端配置在不同的子VLAN中。

本发明的二层组播虚拟局域网汇聚交换机，所述汇聚交换机还包括组播协议处理模块，所述组播协议处理模块能够获取组播报文的VLAN ID，在所述组播协议处理模块内建立和维护用于确定用户端与组播组对应关系的组播转发表，所述组播转发表为每一组播组建立一组播转发表项；

所述组播协议处理模块将该加入报文的VLAN ID加入到其组播组的组播转发表项中；将退出报文的VLAN ID从其组播组的组播转发表项中删除；

所述驱动处理模块收到用户端的组播协议报文后，将所述报文通过以太处理模块传送给所述组播协议处理模块。

所述驱动处理模块，根据所述组播协议处理模块下发的组播转发表项，将组播VLAN中的组播数据流复制到点播该组播组的子VLAN中。

本发明的二层组播虚拟局域网汇聚交换机，所述汇聚交换机上通过运行IGMP Snooping协议，监听用户主机IGMP协议报文，所述报文处理规则为：

对于由用户端在子VLAN内发出IGMP Report报文，所述组播协议处理模块收到后将第一个加入该组播组的IGMP Report报文的VLAN ID替换为组播VLAN的VLAN ID，输出到所述驱动处理模块转发给上游交换设备，后续加入该组播组的IGMP Report报文将被所述组播协议处理模块抑制；

对于由用户端在子VLAN内发出IGMP Leave报文，所述组播协议处理模块收到后只将最后一个退出该组播组的IGMP Leave报文的VLAN ID替换为组播VLAN的VLAN ID，输出到所述驱动处理模块转发给上游交换设备，之前退出该组播组的IGMP Report报文将被所述组播协议处理模块抑制。

在本发明的汇聚交换机上启用二层组播虚拟局域网聚合以后，上行方向可以将属于不同子VLAN的点播用户的组播协议报文汇聚到一个组播VLAN内，降低了上游L3设备VLAN路由接口的消耗数量；而L3设备下行方向也只在组播VLAN内传输组播流，由汇聚交换机完成组播VLAN到用户VLAN间的组播复制转发，有效的节省了带宽资源。

本发明提供的技术方案可以解决二层网络组播应用中的VLAN聚合问题，该方案对接入交换机要求低，组播复制直接针对用户VLAN进行，接入交换机只需要支持VLAN划分即可，不需要接入交换机支持组播特性。

本发明是利用L3的组播转发表项来实现跨VLAN的组播转发，但汇聚交换机仍然是作为L2交换机使用，既不起L3接口，也不终结IGMP协议报文。

本发明的二层组播虚拟局域网聚合方法及其汇聚交换机，配置简单，易用性强。不需要通过配置L3接口即可实现跨VLAN的组播转发，简化了配置并节省了IP地址。与上游设备互通更灵活，不存在组播路由协议间配合的问题，汇聚交换机能够支持二层组播协议IGMP-snooping即可。

对汇聚交换机以下的交换机要求低，只需要其支持VLAN划分即可，不需要其支持IGMP-SNOOPING等组播特性。

附图说明

图1是现有技术中二层组播虚拟局域网的示意图；

图2是本发明的实现二层组播虚拟局域网聚合方法及其汇聚交换机的示意图；

图3是本发明的二层组播虚拟局域网汇聚交换机的上行组播报文处理流程示意图；

图4是本发明实施例运营商IPTV组播应用的组网结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明具体实施例进行详细描述。

图2是本发明的实现二层组播虚拟局域网聚合方法及其汇聚交换机的示意图，如图2所示，本发明的二层组播虚拟局域网聚合方法的组网结构包括点播用户端、汇聚交换机和L3网关设备，点播用户端发出的组播协议报文，经过汇聚交换机的汇聚，集中与L3网关设备进行报文交互。

在本说明书中，所述用户侧VLAN是指用户端直接接入的VLAN，网络侧VLAN是指汇聚交换机与上游交换设备之间的VLAN。所述上行方向，是指组播报文由用户端向网关设备的报文传输方向，所述下行方向，是指组播报文由L3网关设备向用户端的报文传输方向。所述组播报文包括组播数据报文和组播协议报文。所述点播用户是指加入某个组播组，即接收某个组播源组播数据的用户端。所述同类型组播报文是指同为IGMP Report报文或者同为IGMPLeave报文。

本发明的二层组播虚拟局域网汇聚交换机中所述汇聚交换机优选为二层以太网交换机，网关设备优选为路由器或L3交换机，以下以二层以太网交换机作为汇聚交换机，路由器作为L3网关设备来说明本发明的二层组播虚拟局域网聚合及其汇聚交换机。

如图2所示，在汇聚交换机上设置一个报文处理规则，该报文处理规则将多个用户侧的组播报文对应为一个网络侧的组播报文，同时也将一个网络侧的组播报文对应为多个用户侧的组播报文。这里提到的对应关系，可以为将多个目的地址为同一组播组的由用户主机发出的同一类型的组播协议报文对应为一个网络侧的该目的地址同类型组播协议报文，同时将路由器下发的某一组播组的组播数据报文对应为用户侧的发往多个子VLAN的该组播组的组播数据报文。汇聚交换机将按照这样的报文处理规则处理报文，在上行方向，汇聚交换机通过用户侧VLAN接收用户主机发来的组播报文，通过所述网络侧VLAN将处理后的组播报文发送至路由器；在下行方向，汇聚交换机通过所述网络测VLAN接收组播报文，通过所述用户侧VLAN将组播报文复制转发至对应的各子VLAN。

进一步而言，报文处理规则中的对应关系还可以为将由用户主机发出的一定时间内所有目的地址为同一组播组的同类型的组播协议报文对应为一个网络侧的该目的地址该类型组播协议报文，同时将一定时间内路由器下发的某一组播组的组播数据报文对应为用户侧的发往所有含有用户端各子VLAN的该组播组的组播数据报文。

如图2所示，可在汇聚交换机上配置一个组播专用VLAN，用于承载组播源的组播数据流，组播数据流包括组播数据报文和组播协议报文。该组播VLAN标识为组播VLAN ID。

还可以将汇聚交换机下行VLAN，即用户侧VLAN配置为组播VLAN的子VLAN，组播源的每个点播用户在不同的子VLAN中。如图2所示，在用户侧划分为VLAN1、VLAN2、VLAN3和VLAN4，把他们配置为组播VLAN的子VLAN。

如图2所示的二层网络，优选的复制转发组播数据报文的方式为借助在汇聚交换机上运行IGMP Snooping协议，通过监听用户端IGMP协议报文，在组播VLAN内建立和维护的组播转发表来进行数据报文的转发。

组播源的组播数据存储在路由器连接的多媒体服务器，上层网络为每个组播源建立一个组播组，该组播组的标识为组播ID。有点播需求的用户则发送加入该组播组的组播协议报文IGMP Report，该组播协议报文的携带该用户端所属VLAN的VLAN ID的信息，该组播协议报文的目的地址为组播ID。

汇聚交换机上监听到该用户端IGMP组播协议报文，将按照事先设置的组播协议报文处理规则，处理该报文。监听组播报文可以通过二层网络上运行IGMP Snooping协议实现，也可以通过其他能达到同样目的的协议或应用程序来实现。

具体地讲，对于图2所示的组网结构，本发明的二层组播虚拟局域网聚合方法，汇聚交换机上运行IGMP Snooping协议，监听主机IGMP协议报文时对IGMP协议报文的处理规则为：

(1)IGMP Report报文由点播用户在子VLAN内发出，汇聚交换机收到后，将第一个加入该组播组的用户端VLAN ID替换为组播VLAN的VLAN ID，透传给上游的路由器，并在组播VLAN内建立该组播组的组播转发表项；后续加入该组播组的IGMP Report报文将被抑制，并维护相应的组播转发表项，即将该用户的所属子VLAN的VLAN ID加入相应的组播转发表项中。

(2)IGMP Leave报文由点播用户在子VLAN内发出，汇聚交换机收到后，抑制该IGMP Leave报文并维护相应的组播转发表项，收到最后一个退出该组播组的IGMP Leave报文时，删除该组播转发表项，并将该报文转到组播VLAN内，将IGMP Leave报文的用户VLAN ID替换为组播VLAN的VLAN ID并向路由器透传该IGMP Leave报文。

本说明书中所述第一个是指在初始或者暂时没有点播用户的状态下，到达的第一个加入报文；所述最后一个退出是指该点播用户退出后，该组播组暂时或长久的处于无点播用户的状态。

对于图2所示的组网结构，本发明的二层组播虚拟局域网聚合方法，对通用组查询报文，汇聚交换机根据组播转发表，在有点播用户的子VLAN内进行转发，对特定组查询报文则丢弃。因为IGMP Leave的最后退出机制使得特定组查询报文永远不会收到回应，没必要再转发特定组查询报文。

对于IGMP Report报文，所设置报文处理规则相当于把对于同一组播组的IGMP Report报文对应为一个IGMP Report报文，而此IGMP Report报文的源地址的VLAN ID为组播VLAN的VLAN ID。而对于IGMP Leave报文，所设置的报文处理规则相当于把对于同一组播组的IGMP Leave报文对应为一个IGMP Leave报文，而此IGMP Leave报文的源地址的VLAN ID为组播VLAN的VLAN ID。对于组播数据报文，报文处理规则相当于把某组播组的一个组播数据报文对应为由组播VLAN发给含有用户端的各子VLAN的组播数据报文。

同时，对于一个点播用户量非常大的网络而言，可能在一个极短的时间内就会有大量用户加入或者退出某个组播组。部分应用中可以考虑设定这样一个组播协议报文处理规则，设定一个点播用户可以忍受的成批处理的时间间隔，例如1/10秒。在这一时间间隔内，汇聚交换机接收到第一个IGMPReport报文后，并不马上上传到路由器，而是等到设定的时间间隔到达以后，如果没有收到该点播用户的IGMP Leave报文，才向上转发该IGMP Report报文；同理，在组播组的最后一个成员发送IGMP Leave报文后，同样并不马上上传到路由器，而是等到设定的时间间隔到达以后，如果没有收到任何点播用户的IGMP Report报文，才向上转发该IGMP Leave报文。

路由器收到IGMP Report报文后则向组播VLAN下发相应组播组的组播数据报文。下发的组播数据报文，将由汇聚交换机根据相关组播转发表项复制到各子VLAN。路由器收到IGMP Leave报文后则停止向组播VLAN下发相应组播组的组播数据报文。

对于图2所示的二层网络，所建立和维护的组播转发表，该数据转发表为每一组播组建立一个数据转发表项。

如果某组播组的组播转发表项为空，则表示该组播组当前没有点播用户。

对于图2所示的二层网络，组播VLAN下行方向的组播数据复制转发的步骤为：汇聚交换机根据组播转发表项，确定含有点播用户的各子VLAN的VLANID，将组播VLAN头替换为子VLAN头，将其复制转发给子VLAN，再由子VLAN转发到用户主机。

如图2所示的组网结构中，汇聚交换机的用户侧可设置有支持VLAN划分的接入交换机。

如图2所示的组网结构中，实现本发明的二层组播虚拟局域网聚合方法，所述报文抑制机制通过判断所接收的报文是否为某一组播组的第一个加入报文或最后一个退出报文来实现。如果收到的加入报文为第一个加入报文，则向路由器透传该报文；如果该加入报文不是第一个加入报文，则抑制该报文。如果收到的退出报文为最后一个退出报文，则向路由器透传该报文；如果该退出报文不是最后一个退出报文，则抑制该报文。

所述报文抑制机制也可以通过判断是否有该组播组的组播转发表项来实现。对于加入报文，如果组播转发表中该组播组的组播转发表项为空，则将该报文的VLAN ID加入该组播组的组播转发表项，同时向路由器透传相应的加入报文，抑制后续加入该组播组的用户加入报文。对于退出报文，将该报文的VLAN ID从该组播组的组播转发表项中删除，如果该组播组的组播转发表项为空，则向路由器透传相应的退出报文。

在图2所示的组网中，为了实现二层组播虚拟局域网聚合，在汇聚交换机上不建立和维护组播转发表的情况下，可以使用广播的方式直接向用户端发送组播数据报文。用广播的形式发送组播数据报文则会造成巨大的资源浪费。

图3是本发明的二层组播虚拟局域网汇聚交换机的上行组播报文处理流程示意图；

如图3所示，本发明的汇聚交换机包括：以太处理模块和驱动处理模块，其中

以太处理模块，用于设置报文处理规则，并按照报文处理规则处理驱动处理模块输入的组播报文，将处理后的组播报文输出到所述驱动处理模块；

驱动处理模块，接收用户端通过用户侧VLAN发出的组播报文和上游交换机发送通过网络侧VLAN下发的组播报文，将组播报文输入以太处理模块；转发以太处理模块输出的组播报文。

如图3所示，本发明的二层组播虚拟局域网汇聚交换机，以太处理模块中所设置的报文处理规则为：将用户侧多个同一目的组播组的同类型组播报文对应为一个网络侧该组播组的该类型报文；将网络侧某一组播组的组播报文对应为用户侧多个该组播组的组播报文。例如将多个某组播组的加入报文对应为一个该组播组的加入报文。以太处理模块可以包含一个规则设置子模块用户设置和保存报文处理规则。

本发明的二层组播虚拟局域网汇聚交换机，所述网络侧VLAN为汇聚交换机网络侧配置的一个专用于承载组播报文的组播VLAN，所述组播报文包括组播数据报文和组播协议报文；汇聚交换机用户侧VLAN配置为组播VLAN的子VLAN，将每个用户端配置在不同的子VLAN中。驱动处理模块设置配置管理子模块实现组播VLAN和组播VLAN的子VLAN的配置管理。

如图3所示，本发明的二层组播虚拟局域网汇聚交换机还包括组播协议处理模块，组播协议处理模块能够获取组播报文的VLAN ID，在组播协议处理模块内建立和维护用于确定用户端与组播组对应关系的组播转发表，组播转发表为每一组播组建立一组播转发表项；

驱动处理模块收到用户端的组播协议报文后，会将该报文通过以太处理模块传送给组播协议处理模块。

组播协议处理模块将该加入报文的VLAN ID加入到其组播组的组播转发表项中；将退出报文的VLAN ID从其组播组的组播转发表项中删除；

对于路由器通过组播VLAN下发的组播数据流，驱动处理模块根据组播协议处理模块下发的组播转发表项，将组播VLAN中的组播数据流复制转发到点播该组播组的子VLAN中。

如图3所示，本发明的二层组播虚拟局域网汇聚交换机，组播协议处理模块设置监听子模块，协议运行子模块运行IGMP Snooping协议，监听子模块监听用户主机IGMP协议报文，此时汇聚交换机处理报文的方式为：

对于由用户端在子VLAN内发出IGMP Report报文，组播协议处理模块收到后将第一个加入该组播组的IGMP Report报文的VLAN ID替换为组播VLAN的VLAN ID，输出到驱动处理模块转发并由驱动处理模块转发给上游交换设备，后续加入该组播组的IGMP Report报文将被组播协议处理模块抑制；

对于由用户端在子VLAN内发出IGMP Leave报文，组播协议处理模块收到后只将最后一个退出该组播组的IGMP Leave报文的VLAN ID替换为组播VLAN的VLAN ID，输出到驱动处理模块转发给上游交换设备，后续加入该组播组的IGMP Report报文将被组播协议处理模块抑制。

同时，对于一个点播用户量非常大的网络而言，可能在一个极短的时间内就会有大量用户加入或者退出某个组播组。部分应用中可以考虑在组播协议处理模块中设置一个定时器，设定一个点播用户可以忍受的成批处理的时间间隔，例如1/10秒。首先，将定时器初始化，在这一时间间隔内，驱动处理模块接收到第一个IGMP Report报文后，将其通过以太处理模块传递到组播协议处理模块，此时组播协议处理模块并不马上进行处理，而是等到定时器的响应时间到达以后，组播协议处理模块如果没有收到该点播用户的IGMPLeave报文，才将该IGMP Report报文处理并输出到驱动处理模块，由驱动处理模块上传到路由器；同理，在组播组的最后一个成员发送IGMP Leave报文后，组播协议处理模块并不马上处理该报文，而是等到定时器的响应时间到达以后，如果没有收到任何点播用户的IGMP Report报文，才将该报文处理并输出到驱动处理模块，向路由器透传该IGMP Leave报文。

路由器收到IGMP Report报文后则向组播VLAN下发相应组播组的组播数据报文。下发的组播数据报文，将由驱动处理模块根据组播协议处理模块中的相关组播转发表项复制到各子VLAN。路由器收到IGMP Leave报文后则停止向组播VLAN下发相应组播组的组播数据报文。

对于图2所示的二层网络，组播VLAN下行方向的组播数据复制转发的步骤为：驱动处理模块根据组播协议处理模块下发的组播转发表项，确定含有点播用户的各子VLAN的VLAN ID，将组播VLAN头替换为子VLAN头，驱动处理模块将其复制转发给子VLAN，再由子VLAN转发到用户主机。

如图2所示的组网结构中，汇聚交换机的用户侧可设置有二层接入交换机。如图2所示，本发明的实现二层组播虚拟局域网聚合方法的组网结构，包括用户端、本发明的二层组播虚拟局域网汇聚交换机和三层网关设备，用户端通过接入汇聚交换机与网关设备互联。

如图2所示，本发明的二层组播虚拟局域网汇聚交换机，其用户侧还可以设置与汇聚交换机相同功能的下游汇聚交换机，所述下游汇聚交换机的网络侧与所述汇聚交换机相连，所述下游汇聚交换机用户侧连接用户端。这时，下游汇聚交换机的网络侧VLAN同时也是汇聚交换机的用户侧VLAN，下游汇聚交换机的用户侧连接用户端。下游汇聚交换机的用户侧仍然可以连接支持VLAN划分的接入交换机。下游汇聚交换机的上交换设备为汇聚交换机，而下游汇聚交换机为汇聚交换机的一个用户端。

下游汇聚交换机网络侧VLAN为一个专用于承载组播报文的组播VLAN；下游汇聚交换机用户侧VLAN配置为组播VLAN的子VLAN，将每个用户主机配置在不同的子VLAN中。而下游汇聚交换机的组播VLAN是汇聚交换机的一个用户端子VLAN。

在下游汇聚交换机上也可建立和维护用于确定该下游汇聚交换机所接入用户端的用户端与组播组对应关系的下游汇聚交换机组播转发表。

下游汇聚交换机的驱动处理模块，根据下游汇聚交换机的组播协议处理模块的组播转发表项，将组播VLAN中的组播数据流复制到点播该组播组的用户子VLAN中。

下面介绍本发明的二层组播虚拟局域网聚合及其汇聚交换机的另一实施例，即本发明的二层组播虚拟局域网聚合及其汇聚交换机在IPTV的中组播应用。

IPTV(Internet Protocol Television)也叫网络电视，是指基于IP协议的电视广播服务。该业务将电视机或个人计算机作为显示终端，通过宽带网络向用户提供数字广播电视、视频服务、信息服务、互动社区、互动休闲娱乐、电子商务等宽带业务。IPTV的主要特点是交互性和实时性。它的***结构主要包括流媒体服务、节目采编、存储及认证计费等子***，主要存储及传送的内容是流媒体文件，基于IP网络传输，通常要在边缘设置内容分配服务节点，配置流媒体服务及存储设备，用户终端可以是IP机顶盒+电视机，也可以是PC。

图4为运营商IPTV组播应用的组网结构图。

如图4所示，运营商IPTV组播应用的组网结构中，作为汇聚交换机的园区交换机其用户侧通过接入交换机连接各IPTV用户终端，相当于本发明的用户端，在用户侧划分为三个虚拟局域网，分别为VLAN101，VLAN1012，VLAN103，通过配置，将VLAN101，VLAN1012和VLAN103配置为组播VLAN4001的子VLAN。三层网关设备为宽带接入服务器(Broadband Remote Access Server，简称BRAS)。

本发明的二层组播虚拟局域网聚合及其汇聚交换机在IPTV的中组播应用的步骤为：

1)机顶盒开机，进行用户接入认证。

即用户主机接入某个VLAN，此时，汇聚交换机将获取该用户主机所接入子VLAN的VLAN ID。

2)用户终端STB(Set-Top-Box，机顶盒)通过业务认证后获得节目菜单。

用户主机获取到组播源的信息，即可选择加入的组播组的信息。

3)选择直播业务时，用户通过选择某个频道，用户终端发起IGMP请求，加入对应的组播组。

用户主机选择加入某个组播组，即有接收该组播源组播数据的需求，用户主机通过子VLAN发出加入该组播组的IGMP Report报文。

4)接入交换机加入报文透传至园区交换机，园区交换机根据VLAN识别用户，并由组播权限控制功能判断用户是否有加入这个组播组的权限，如果没有，则丢弃IGMP加入报文，结束流程；若有权限，则进入下一步。

接入交换机为二层交换机，接入交换机将报文透传至园区交换机进行处理。

5)园区交换机利用组播VLAN聚合特性，将IGMP报文转到组播业务VLAN内上行，同时创建组播转发表项。

作为本发明的二层组播虚拟局域网汇聚交换机的园区交换机按照报文处理规则处理该报文，因为它是第一个加入该组播组的IGMP Report报文，所以将其转到组播VLAN内，将其VLAN ID替换为组播VLAN ID，并透传至上游交换设备，即业务网关，同时在组播转发表中创建该组播组的组播转发表项，并将其VLAN ID加入该组播转发表项中。

6)上面的业务网关收到IGMP加入报文后将组播流下发。

上层的业务网关收到用户端发出的IGMP Report报文后，向组播VLAN下发组播数据报文。

7)园区交换机收到组播流后，根据组播转发表项将组播VLAN内的组播流复制到用户VLAN内下行。

作为汇聚交换机的园区交换机在收到上游发来的组播数据流以后，根据组播转发表项，确定含有点播用户的子VLAN的VLAN ID，将组播数据流的组播VLAN ID替换为各子VLAN的VLAN ID，将组播流复制到用户组播VLAN内下行。

8)STB收到组播流。

用户端接收到组播数据报文，实现其点播，即收看到其选择的频道的节目内容。

9)切换频道时，STB先后发出原频道的IGMP退出报文和新频道的IGMP加入报文，当园区交换机收到退出报文时，根据IGMP fastleave功能，快速删除原对应组播表项，收到加入报文时，后续处理流程如上述4)-9)。

不同的频道相当于不同的组播组，切换频道相当于退出原组播组而加入新的组播组，组播转发表为每一有收看用户及点播用户的组播组建立一个组播转发表项。

如果该网络最大频道数为100，则在汇聚交换机网络侧上行方向，每一时刻最多只有100个上行组播协议报文，即加入和退出某个组播组的组播协议报文，也就是用户收看某个频道或者停止收看某个频道的指令。而在汇聚交换机网络侧下行方向，每一时刻也最多只有100个下行组播数据流，即最多每一频道有一个组播数据流下行。这样的设置极大的节约了带宽，减少了同类型的组播流上行或相同的组播流下行造成的浪费。

在本发明的汇聚交换机上启用二层组播虚拟局域网聚合以后，上行方向可以将属于不同子VLAN的点播用户的组播协议报文汇聚到一个组播VLAN内，降低了路由器VLAN路由接口的消耗数量；而路由器下行方向也只在组播VLAN内传输组播流，由汇聚交换机完成组播VLAN到用户VLAN间的组播复制转发，有效的节省了带宽资源。

本发明提供的技术方案可以解决二层网络组播应用中的VLAN聚合问题，该方案对接入交换机要求低，组播复制直接针对用户VLAN进行，接入交换机只需要支持VLAN划分即可，不需要接入交换机支持组播特性。

本发明是利用L3的组播转发表项来实现跨VLAN的组播转发，但汇聚交换机仍然是作为L2交换机使用，既不起L3接口，也不终结IGMP协议报文。

本发明的二层组播虚拟局域网聚合方法及其汇聚交换机，配置简单，易用性强。不需要通过配置L3接口即可实现跨VLAN的组播转发，简化了配置并节省了IP地址。与上游设备互通更灵活，不存在组播路由协议间配合的问题，汇聚交换机能够支持二层组播协议IGMP-snooping即可。

对汇聚交换机以下的交换机要求低，只需要其支持VLAN划分即可，不需要其支持IGMP-SNOOPING等组播特性。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，所述实施例并非用以限制本实发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1、一种二层组播虚拟局域网聚合方法，其特征在于，设置将多个用户侧VLAN组播报文对应一个网络侧VLAN组播报文的报文处理规则，以及

组播报文上行方向，通过所述用户侧VLAN接收组播报文，根据所述报文处理规则处理后通过所述网络侧VLAN发送至上游交换设备；

组播报文下行方向，通过所述网络侧VLAN接收组播报文，根据所述报文处理规则处理后通过所述用户侧VLAN发送至用户端。

2、如权利要求1所述的二层组播虚拟局域网聚合方法，其特征在于，所述的报文处理规则为：

将所述用户侧多个同一目的组播组的同类型组播报文对应为一个网络侧该组播组的该类型报文；

将所述网络侧某一组播组的组播报文对应为用户侧多个该组播组的组播报文。

3、如权利要求1所述的二层组播虚拟局域网聚合方法，其特征在于，所述网络侧VLAN为网络侧配置的一个专用于承载组播报文的组播VLAN，所述组播报文包括组播数据报文和组播协议报文。

4、如权利要求1所述的二层组播虚拟局域网聚合方法，其特征在于，将用户侧VLAN配置为组播VLAN的子VLAN，将每个用户主机配置在不同的子VLAN中。

5、如权利要求4所述的二层组播虚拟局域网聚合方法，其特征在于，在组播VLAN内建立和维护用于确定子VLAN与组播组对应关系的组播转发表，所述组播转发表为每一组播组建立一组播转发表项；

组播VLAN收到用户端的IGMP Report报文后，将该报文的VLAN ID加入到该组播组的组播转发表项中，组播VLAN收到用户端的IGMP Leave报文后，将该报文的VLAN ID从该组播组的组播转发表项中删除；

根据所述组播转发表项，将组播VLAN中的组播数据流复制到对应的用户子VLAN中转发。

6、如权利要求5所述的二层组播虚拟局域网聚合方法，其特征在于，通过运行IGMP Snooping协议，监听用户主机IGMP协议报文，所述报文处理规则为：

对于由用户端在子VLAN内发出IGMP Report报文，将第一个加入该组播组的IGMP Report报文转到组播VLAN内转发给上游交换设备，抑制后续加入该组播组的IGMP Report报文；

抑制由用户端在子VLAN内发出IGMP Leave报文，将最后一个退出该组播组的IGMP Leave报文转到组播VLAN内向上转发给上游交换设备。

7、如权利要求1所述的二层组播虚拟局域网聚合方法，其特征在于，设定一个用户端可以忍受的成批处理的时间间隔，

在组播报文上行方向，根据所述报文处理规则集中处理在所述时间间隔内通过所述用户侧VLAN接收到的组播报文，并将处理后的报文通过所述网络侧VLAN发送至上游交换设备。

8、一种二层组播虚拟局域网汇聚交换机，其特征在于，所述汇聚交换机上设置将多个用户侧VLAN组播报文对应一个网络侧VLAN组播报文的报文处理规则，以及

组播报文上行方向，所述汇聚交换机通过所述用户侧VLAN接收组播报文，根据所述报文处理规则处理后通过所述网络侧VLAN发送至上游交换设备；

组播报文下行方向，所述汇聚交换机通过所述网络侧VLAN接收组播报文，根据所述报文处理规则处理后通过所述用户侧VLAN发送至用户端。

9、一种如权利要求8所述的汇聚交换机，其特征在于，所述汇聚交换机包括：以太处理模块和驱动处理模块，其中：

所述以太处理模块，用于设置所述报文处理规则，并按照所述报文处理规则处理所述驱动处理模块输入的组播报文，将处理后的组播报文输出到所述驱动处理模块；

所述驱动处理模块，接收用户端通过用户侧VLAN发出的组播报文和上游交换设备通过网络侧VLAN下发的组播报文，将所述组播报文输入以太处理模块；转发所述以太处理模块输出的组播报文。

10、如权利要求8所述的汇聚交换机，其特征在于，所述的报文处理规则为：

将所述用户侧多个同一目的组播组的同类型组播报文对应为一个网络侧该组播组的该类型报文；

将所述网络侧某一组播组的组播报文对应为用户侧多个该组播组的组播报文。

11、如权利要求8所述的汇聚交换机，其特征在于，所述网络侧VLAN为汇聚交换机网络侧配置的一个专用于承载组播报文的组播VLAN，所述组播报文包括组播数据报文和组播协议报文；汇聚交换机用户侧VLAN配置为组播VLAN的子VLAN，将每个用户端配置在不同的子VLAN中。

12、如权利要求11所述的汇聚交换机，其特征在于，所述汇聚交换机还包括组播协议处理模块，所述组播协议处理模块能够获取组播报文的VLAN ID，在所述组播协议处理模块内建立和维护用于确定用户端与组播组对应关系的组播转发表，所述组播转发表为每一组播组建立一组播转发表项；

所述组播协议处理模块将该加入报文的VLAN ID加入到其组播组的组播转发表项中；将退出报文的VLAN ID从其组播组的组播转发表项中删除；

所述驱动处理模块收到用户端的组播协议报文后，将所述报文通过以太处理模块传送给所述组播协议处理模块；

所述驱动处理模块，根据所述组播协议处理模块下发的组播转发表项，将组播VLAN中的组播数据流复制到点播该组播组的子VLAN中。

13、如权利要求12所述的汇聚交换机，其特征在于，所述汇聚交换机上通过运行IGMP Snooping协议，监听用户主机IGMP协议报文，所述报文处理规则为：

对于由用户端在子VLAN内发出IGMP Report报文，所述组播协议处理模块收到后将第一个加入该组播组的IGMP Report报文的VLAN ID替换为组播VLAN的VLAN ID，输出到所述驱动处理模块转发给上游交换设备，后续加入该组播组的IGMP Report报文将被所述组播协议处理模块抑制；

对于由用户端在子VLAN内发出IGMP Leave报文，所述组播协议处理模块收到后只将最后一个退出该组播组的IGMP Leave报文的VLAN ID替换为组播VLAN的VLAN ID，输出到所述驱动处理模块转发给上游交换设备，之前退出该组播组的IGMP Report报文将被所述组播协议处理模块抑制。

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