CN102057623A - 用于获得终端状态的网络设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种在实施因特网组管理协议IGMP的IP网络中，向具有特定MAC地址的网络设备(102-1、102-2、202-1、202-2)发送消息的方法，包括：通过网络终端向该网络设备(102-1、102-2、202-1、202-2)发送组播组管理状态消息，该消息包括被设为该特定MAC地址的目的地址。

Description

用于获得终端状态的网络设备和方法
技术领域
本发明一般涉及用于获得终端状态的网络设备和方法，尤其涉及用于获得实施组管理协议的网际协议(IP)网络中的终端状态的网络设备和方法。
背景技术
因特网组管理协议(IGMP)是一种被当前IP网络中的组播多媒体应用如IP电视网络***、IP会议电视***、IP在线教育课程等广泛采用的典型组管理协议。
图1是典型IP组播结构的示意图。组播路由协议用于本地路由器和远程路由器之间。该组播路由协议可以是距离矢量组播路由协议(DVMRP)、密集模式独立组播协议(PIM-DM)或其它协议。IGMP用于本地路由器和多个IGMP主机之间。众所周知，IGMP主机可以是支持IGMP的任何用户终端，如机顶盒(STB)、个人计算机(PC)、个人数字助理等。
典型的IGMP主机通过该协议通知本地路由器它希望进入某一组播组、并接收该组播组的消息，而本地路由器周期地查询局域网内的已知组的成员是否处于活动状态(即，查询该网络区中是否还有一些属于某一组播组的成员)，以创建和维护该路由器的直接互联区内的成员信息。基于来自组成员(IGMP主机)的报告，本地路由器能够决定是继续将该组的组播分组转发给所附网络，还是停止将组播分组转发给所附网络、以切断该分支。
目前，有三种版本的IGMP供使用，分别是IGMPv1、v2和v3。对于IGMPv1和IGMPv2，本地路由器只能获得整个组的状态来确定是否需要将组播分组转发给该组，而不可能跟踪网络上的每个主机成员状态，这是由于复制报告抑制作用，即只有一个组成员发送报告消息，而不是所有成员都回复。这将导致视频传输中严重的带宽损失，因为如果IGMP主机离开了组，由于该组的活动状态，本地路由器可能仍然向该组发送组播视频分组。
为了跟踪网络上的每个主机成员资格状态，在IGMPv3中取消了复制报告抑制。即，当本地路由器周期地查询局域网内的已知组的成员是否处于活动状态时，该组中的每个活动的IGMP主机都将给出报告而不进行禁止。
图2是IP网络示意图，示出了IGMP查询、报告和离开消息流。图2中，本地路由器100向包括主机104-1至104-3的组发送IGMP查询消息，该IGMP查询消息是通过以太网开关102-1至102-2转发的。每个活动的主机都将发送各自的报告消息作为回复。因而，路由器能够跟踪网络上的每个主机成员资格状态。
然而，使用IGMPv3的本地路由器100只能获得网络中所有主机的状态，而不能获得选定主机的状态。另外，查询消息是以组播方式发送的，且每个主机都将给出组播响应，这将导致带宽损失。另外，以上方法不能被带有复制报告抑制功能的主机使用，如IGMPv1和IGMPv2网络中的主机。
发明内容
根据本发明一方面，提供一种在实施因特网组管理协议IGMP的IP网络中，向具有特定MAC地址的网络设备(102-1、102-2、202-1、202-2)发送消息的方法，包括：通过网络终端向该网络设备(102-1、102-2、202-1、202-2)发送组播组管理状态消息，该消息包括被设为该特定MAC地址的目的地址。
本发明也涉及一种在实施因特网组管理协议的IP网络中获得终端状态的方法，该方法用于和包括至少一个网络终端(404-1、404-2、404-3)的组播组连接的网络设备(102-1、102-2、202-1、202-2)中，该方法包括：向该组播组的网络终端发送组播组管理状态消息，该消息包括被设为网络终端特定MAC地址的目的地址。
附图说明
由以下连同附图的描述，本发明的这些和其它方面、特征和优点将变得很清楚，其中：
图1是现有技术的典型IP组播结构示意图；
图2是示出根据现有技术的IGMP查询、报告和离开消息流的IP网络示意图；
图3是示出根据本发明实施例的IGMP查询/报告消息流的IP网络示意图；
图4是根据本发明实施例的网络设备框图；
图5是示出根据本发明另一实施例的IGMP查询/报告消息流的IP网络示意图；
图6是在根据图3实施例的网络中发送的IGM P消息格式图；
图7是根据本发明实施例的IGMP消息的MAC帧格式图。
具体实施方式
现在将参考附图来说明本发明实施例的诸多优点和特征。
术语“组成员状态”表示网络终端的状态，用它在组中的活动性来表示。如果网络终端在组中是活动的，则它应该响应IGMP查询消息发送IGMP报告。另外，可以获得网络终端在多个组中的状态。例如，网络终端属于5个组，且它在其中4个组中的状态可以是活动的，而在另一个组中的状态可以是“离开”。
图3是示出根据本发明实施例的IGMP查询/报告消息流的IP网络示意图。在该实施例中，IGMP代理驻留在以太网开关202-1中，用于建立列表以列出主机和组播组的关系。即，该表中列出组播组和对应的主机。以太网开关202-1经由用户接口(图3未示出)和主机204-1相连，并且通过以太网开关202-2经由用户接口和主机204-2、204-3相连。
本领域技术人员周知的是，路由器200、以太网开关202-1和202-2以及网络存取设备全都可看作被网络终端用来访问IP网络的网络设备。
在本发明实施例中，IGMP代理通过以太网开关202-2向主机204-3发送组播组管理状态消息，以查询主机204-3的组成员状态，即主机204-3在它所属的多个组的特定组中的状态。在组播组管理状态消息中，目的地址被设为主机204-3的特定MAC(媒介存取控制)地址。然后，在收到组播查询消息后，主机204-3将向IGMP代理回复报告。注意，来自主机204-3的回复报告将根据IGMP协议被转发给主机204-3所属组的其它主机。
报告消息意味主机在组中仍然是活动的。基于回复，IGMP代理可以更新其中的表。另外，如果主机204-3将离开多个组的某个组，则它可以向IGMP代理发送离开消息，然后IGMP代理将注册离开状态，并更新表。
如上所述，以太网开关202-1可以和对应组播组中的多个主机相连。实际上，无论组的状态是什么，驻留在以太网开关202-1中的IGMP代理都根据上述表向主机发送查询消息。即，在和以太网开关202-1相连的组中有时只有一个主机，甚至当前组中没有主机。
利用以上方式，IGMP代理可以分别向每个主机重复发送IGMP成员查询消息，例如按预定周期或所需间隔，以便从主机获得报告消息并更新表。根据该实施例，在组播组的每个查询循环中，在向某一主机发送查询消息后，IGMP代理都将等待预定长时间，然后向其它主机发送查询消息。这段预定长时间可以是至少主机的应答时间，使得可以避免以下情况：在从IGMP代理收到查询消息并从第一主机收到应答消息后，其它主机将禁止它们应答。在IGMPv1和IGMPv2中将会出现这种情况，因为没有取消主机抑制。例如，如果有3个主机A、B和C，首先向主机A发送查询消息，然后在至少最长应答时间后，才向主机B发送查询消息。最后，在另一预定长时间后，向主机C发送查询消息。最长应答时间是主机发送应答所需的时间，并且在这段时间之后，不允许主机发送应答。
因而，当路由器200向以太网开关202-1发送查询消息时，IGMP代理可以根据列表立即向路由器200发送报告作为回复，并且不需要再次向主机发送该查询消息。后面将详细描述独播方式。
作为选择，IGMP代理可以以独播方式选择性地向某些主机即至少一个主机发送IGMP成员查询消息，以获得选定主机的成员状态。
虽然以上实施例将IGMP代理驻留在以太网开关202-1中，但是本领域技术人员周知的是，IGMP代理可以驻留在其它以太网开关乃至路由器200中。即，IGMP代理可以被任何网络设备如路由器、以太网开关或网络接入点等用来获得网络中的终端状态。IGMP代理可以是用于列出表并在网络设备和网络终端之间转发消息的协议处理器。可以用软件、硬件或它们的组合来实施该协议处理器。
图4是根据实施例的网络设备的框图。在图4中，网络设备包括协议处理器410和用户接口420。协议处理器410和IP网络中的上层网络设备通信，并且通过用户接口420和IGMP主机404-1至404-3相连。另外，协议处理器410包括存储器405，用于存储列出主机和组播组关系的表。
图5是示出根据本发明另一实施例的IGMP查询/报告消息流的IP网络的示意图。如图5所示，IGMP变换器504被实施为集成到以太网开关502中。众所周知，可以将IGMP变换器504集成到主机1-3或者IP路由器506中，甚至可以将IGMP变换器504实施为各自主机、开关和路由器的功能块。
根据该实施例，IGMP变换器504可以截取以太网开关上的所有IGMP消息。对于从IP路由器506到包括主机1-3的组播组的每个组播管理状态查询消息，IGMP变换器504将发起查询消息的IP路由器506的MAC地址注册为该组播组的源地址。然后，对于来自各主机的报告/离开消息，IGMP变换器504将把MAC地址从该组的组播MAC地址改变为特定的MAC地址-IP路由器506的源地址。
注意，IP路由器可以是实际的路由器，或者是可以用作IGMP代理的任何网络设备。
图6是在网络中的路由器200和以太网开关202-1之间、或IP路由器506和主机1-3之间传输的IGMP消息格式图。对于每次传输，IGMP消息都应封装在包含MAC头和IP头的MAC帧中，如图6所示。详细的IGMP消息格式如下：
消息格式中有4个字段：类型、最长应答时间、校验和以及组地址。
对于类型字段，有三种关于主机—路由器交互的消息类型。这三种消息类型是成员查询、成员报告、离开组。为简便起见，将这三种消息称为查询、报告和离开消息。
有两种子类型的成员查询消息：
—一般查询，用于了解在所附网络上哪些组有成员；
—组特定查询，用于了解特定组在所附网络上是否有任何成员。
一般查询和组特定查询消息的区别在于组地址。当发送一般查询时，组地址字段被设为零，当发送组特定查询时，组地址字段被设为正被查询的组地址。
最长应答时间字段只有在成员查询消息中才有意义，并规定了在发送应答报告之前的最长允许时间，以1/10秒为单位。
回到图3，路由器200在所附每个网络上周期发送一般查询，以了解在所附网络上哪些组有成员，并且/或者在所附每个网络上发送组特定查询，以了解在所附网络上特定组是否有成员。根据本发明实施例，IGMP代理将根据它的列表立即回复路由器200，然后丢弃查询消息。该查询消息将不会被以太网开关202-1转发给所有主机。
将参考图7来描述以太网开关202-1和主机之间的消息传输。图7用于说明根据本发明实施例的IGMP消息的MAC帧格式。
为了以独播方式向每个主机发送查询消息，应该将目的MAC地址改变为特定的主机MAC地址。如图6所示，将具有图5所示格式的IGMP查询消息封装到IP分组中形成数据字段，然后向数据字段添加以太网MAC头，称为以太网MAC帧。
在以太网MAC头中，有个“目的MAC地址”字段，用于识别IGMP消息将要到达的目的地。注意，对于现有技术中的IGMP查询，所包含的目的MAC地址是与组地址对应的组播MAC地址。为了实现基于独播的组播，将所包含的目的MAC地址改变为特定的主机MAC地址，并且源MAC地址是IGMP代理的MAC地址，而其它字段保持和一般IGMP查询相同。
在主机之一收到以独播方式发送的查询消息，只有这个主机向以太网开关202-1发送报告消息，并且该报告消息也将被以太网开关202-1转发给组中的其它主机。因为其它主机先前没有收到查询消息，所以它们将不向以太网开关202-1发送报告消息。因此，利用独播方式，以太网开关能够获得一个主机的状态，并更新IGMP代理中的表。
除查询消息以外，可以将IGMP消息的表作如下更新：当主机加入组播组时，如果它是网络上该组的第一个成员，则它应该立即为该组发送自发的成员报告。
当主机离开组播组时，如果它是最后一个向该组播组的查询回复成员报告的主机，则它应该向所有路由器组播组发送离开组消息。如果它不是最后一个回答查询的主机，它可以发出离开组消息或者不必发出离开组消息。
根据本发明第二实施例，将报告消息的目的MAC地址改变为IP路由器的特定MAC地址，并且源MAC地址是主机的MAC地址，从而只有IP路由器能够接收报告消息，而组播组中的其它主机不需要接收报告消息。因而，将有效使用网络带宽。
如上所述，利用本发明实施例中的方法和设备，路由器能够跟踪每个主机的状态。
虽然基于路由器和主机之间的IGMP协议描述了本发明实施例，但是其它组管理协议都应该可用于实施本发明。
以上仅仅说明了本发明一个实施例，应该理解本领域技术人员将能够设计虽然未在此明确描述、但体现本发明原理且落入本发明精神和范围内的诸多替换配置。

Claims (9)

1.一种在实施因特网组管理协议的网际协议网络中，向具有特定媒介存取控制地址的网络设备(102-1、102-2、202-1、202-2)发送消息的方法，包括：
通过网络终端向所述网络设备(102-1、102-2、202-1、202-2)发送组播组管理状态消息，该消息包括被设为所述特定媒介存取控制地址的目的地址。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述组播组管理状态消息是报告或离开消息。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述网络终端适于连接到包括至少一个网络终端的组播组中。
4.根据权利要求3所述的方法，其中响应从所述网络设备到所述组播组的查询消息，发送所述报告或离开消息。
5.一种在实施因特网组管理协议的网际协议网络中获得终端状态的方法，所述方法用于和包括至少一个网络终端(404-1、404-2、404-3)的组播组连接的网络设备(102-1、102-2、202-1、202-2)中，所述方法包括：
向所述组播组的网络终端发送组播组管理状态消息，该消息包括被设为所述网络终端特定媒介存取控制地址的目的地址。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述组播组管理状态消息是查询消息。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述查询消息被选择性地发送给所述组播组的至少一个网络终端。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述查询消息被重复发送给所述至少一个网络终端。
9.根据权利要求5-8任何之一所述的方法，其进一步包括以下步骤：在收到所述查询消息后，所述被查询的网络终端向所述网络设备回复报告消息。
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