CN1543132A

CN1543132A - 跨虚拟局域网组播的实现方法

Info

Publication number: CN1543132A
Application number: CNA031230539A
Authority: CN
Inventors: 刘克彬; 钟凯
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Liu Sanfeng
Priority date: 2003-04-29
Filing date: 2003-04-29
Publication date: 2004-11-03
Anticipated expiration: 2023-04-29
Also published as: CN100484055C

Abstract

本发明公开了一种跨虚拟局域网(VLAN)组播的实现方法，该方法包括：当二层交换机侦听到来自不同VLAN的用户终端发出的同一组播请求时，将该组播请求中的组播媒体访问控制(MAC)地址、所属VLAN对应的下行端口号及所属VLAN的标识(ID)，添加到组播地址表中，同时将组播MAC地址、所属VLAN对应的下行端口号及上行端口缺省VLAN ID添加到组播地址表中；三层设备收到来自不同VLAN的同一组播请求消息时，将不带VLAN ID的组播数据报文向二层交换机下发；当二层交换机收到所述不带VLAN ID的组播数据报文时，复制该组播数据报文，并根据该组播地址表将组播数据报文复制件向发出同一组播请求的用户终端发送。该方法可以减少资源的占用，节约投资，促进组播业务的推广。

Description

跨虚拟局域网组播的实现方法

技术领域

本发明涉及通信***中的组播技术，特别是关于在二层交换设备上进行跨虚拟局域网(VLAN)组播的实现方法。

背景技术

因特网协议(IP)组播是指信源主机将信息发向某些确定接收主机的点到多点的通信形式。其基本思想是源IP主机只发送一份数据，一个或多个接收者可接收相同数据的拷贝，逻辑上这部分接收者可称为组播组。

现有技术中，当来自不同VLAN的用户终端请求相同的组播数据报文时，IP组播的过程如下：

A.属于不同VLAN的用户终端向三层设备发出相同的组播数据报文请求。

B.当二层交换机侦听到组播数据报文请求时，记录相关信息，并将侦听到的组播媒体访问控制(MAC)地址及对应端口号添加到二层交换机组播地址表中。

C.当三层设备收到来自不同VLAN的组播数据报文请求时，将组播数据报文复制多份，且将每个组播数据报文复制件加上对应VLAN ID，然后将含有VLAN ID的组播数据报文复制件发送到二层交换机。

D.二层交换机收到含有VLAN ID的组播数据报文复制件后，根据对应的组播地址表将组播数据报文复制件转发到对应端口中。

如图1所示，二层交换机包括若干个下行端口和一个缺省的上行端口，其中端口1、2、3为下行端口，端口25为缺省上行端口。端口1、2、3、25的缺省VLANID分别为vlan1、vlan2、vlan3、vlan25；当分别属于vlan1、vlan2、vlan3的用户向三层设备发送同一组播地址请求时，二层交换机侦听组播数据报文请求，将MAC地址及对应端口号添加到二层交换机组播地址表中。

每个VLAN ID都对应固定的上行和下行端口，vlan1对应端口1、25；vlan2对应端口2、25；vlan3对应端口3、25，vlan25对应端口1、2、3、25。当三层设备收到来自vlan1、vlan2、vlan3中的同一组播请求时，将同一组播数据报文复制三份，分别在这三份组播数据报文复制件中加上vlan1、vlan2、vlan3然后将组播数据报文的复制件下发到二层交换机；二层交换机收到含有VLAN ID的组播数据报文后，根据VLAN ID查找组播地址表，分别得到对应的端口号1、2、3，然后二层交换机将VLAN ID为vlan1的组播报文转发到端口号为1的设备，将VLAN ID为vlan2的组播报文转发到端口号为2的设备，将VLAN ID为vlan3的组播报文转发到端口号为3的设备，完成组播报文的转发。

从上述过程可以知道，当不同端口用户请求同一组播数据报文时，三层设备就会将同一组播数据报文复制多份，并将该VLAN ID不同的组播数据报文的所有复制件发送到二层交换机。当组播组成员较多时，这种组播方式将大量占用三层设备的带宽，制约三层设备所支持组播组的数量。比如，有20个不同VLAN用户请求同一组播数据报文，且如果该组播数据报文占用带宽为5M，那么从三层设备下发的组播数据报文占用总带宽为100M。而通常情况下，二三层设备之间是通过百兆端口相连的。这样，带宽被同一组播组的数据占据后，其余用户将无法正常使用网络，同时也无法再请求另外的组播服务。因此，这种对于不同VLAN ID、而具有同一组播数据请求的组播方式极大的浪费带宽资源，其应用也受到很大限制。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种跨虚拟局域网组播的实现方法，使其在组播同一数据信息的过程中，减少三层设备内部的***资源占用以及二、三层设备之间的带宽资源占用，进而保证在组播成员较多的情况下，也不会影响***正常运行。

一种跨虚拟局域网(VLAN)组播的实现方法，应用于二层交换机组播，该方法是这样实现的：

A.当二层交换机侦听到来自不同VLAN的用户终端的同一组播请求时，将该组播请求中的组播媒体访问控制(MAC)地址、所属VLAN对应的下行端口号及所属VLAN的标识(ID)，添加到组播地址表中，同时将组播MAC地址、所属VLAN对应的下行端口号及上行端口缺省VLAN ID添加到组播地址表中；

B.三层设备收到来自不同VLAN的同一组播请求消息时，将不带VLAN ID的组播数据报文向二层交换机下发；

C.二层交换机收到三层设备下发的不带VLAN ID的组播数据报文后，将上行端口缺省VLAN ID加在组播数据报文中，复制所述组播数据报文，并根据步骤A所述组播地址表查找相应的下行端口，然后根据查找到的相应下行端口，将组播数据报文复制件分别向发出同一组播请求且属于不同VLAN的用户终端发送。

该方法进一步包括：当二层交换机侦听到组播数据报文离开后，清空组播地址表。

所述组播地址表为(MAC地址，端口号)和(VLAN ID，端口号)两个二元组表项，所述(VLAN ID，端口号)表项中至少包括上行端口缺省VLANID所对应的(上行端口缺省VLAN ID，端口号)表项。

步骤B中所述添加是将组播组播MAC地址和所属用户VLAN对应的下行端口号添加到(MAC地址，端口号)表项中，同时根据所属用户VLAN ID，将该所属用户VLAN对应的下行端口号添加到所对应的(VLAN ID，端口号)表项中和上行端口缺省VLAN ID所对应的(上行端口缺省VLAN ID，端口号)表项中。

所述组播地址表为(MAC地址，端口号，VLAN ID)三元组表项。

步骤B中所述添加是将MAC地址、端口号及对应的用户VLAN ID添加到组播地址表中，同时将该组播组播MAC地址和端口号添加到组播地址表中上行端口缺省VLAN ID所对应的表项中。

步骤C中所述复制进一步包括：当二层交换机收到三层设备下发的不带VLAN ID的组播数据报文时，复制与组播地址表中上行端口缺省VLAN ID对应的端口数目相同的复制件，然后从组播地址表查找到对应的下行端口，将所述复制件从查找到的对应下行端口下发。

当二层交换机收到三层设备下发的不带VLAN ID的组播数据报文时，步骤C中所述复制进一步包括：

C01、从组播地址表中查找出一个下行端口，然后复制一份组播数据报文，将所述复制件从查找出的下行端口下发；

C02、判断是否处理完所有的下行端口，如果没有，则返回步骤C01，否则，组播数据下发完毕。

步骤C进一步包括：

C11.根据组播数据报文的组播组播MAC地址，从地址表中查到对应的一组端口号，同时根据上行端口缺省VLAN ID，从(VLAN ID，端口号)的表项中查找所包含的一组端口号；

C12.取查到的两组端口号的交集部分为需要组播报文的端口号的集合；

C13.复制所述组播数据报文，且复制份数与步骤C12中得到的所述需要组播报文端口号集合中含有端口的数目相等，并根据所述需要组播报文的端口号集合，将组播数据报文复制件通过相应端口向具有同一组播请求且属于不同VLAN的用户终端发送。

步骤C进一步包括：

C21.根据组播数据报文的组播组播MAC地址和上行端口缺省VLAN ID，从组播地址表中查找到上行端口缺省VLAN ID、组播MAC地址及所对应的端口号，将上行端口缺省的VLAN ID加在组播数据报文上；

C22.复制所述组播数据报文，并且，复制份数与步骤C21中得到的所述需要组播报文端口号集合中含有的端口数目相等，并根据所述需要组播报文的端口号集合，将组播数据报文复制件分别通过步骤C21中查找到的端口向具有同一组播请求且属于不同VLAN的用户终端发送。

本发明通过扩展二层交换机的侦听功能，并利用上行端口缺省的VLANID实现跨VLAN的同一数据报文的组播，该方法不仅可以减少三层设备的***资源占用，而且能节约二、三层设备之间的带宽资源、节省投资，大大促进了组播业务的推广。

附图说明

图1为现有技术中来自不同VLAN的用户且具有同一组播请求的组播的实施例示意图；

图2为本发明对于自不同VLAN的用户且具有同一组播请求的组播流程示意图；

图3为实现本发明的具体实施例的组播示意图。

具体实施方式

本发明的核心内容是：当二层交换机侦听到来自不同VLAN的组播请求时，将组播地址添加到组播地址表的同时，再将组播地址添加到组播地址表中上行端口缺省VLAN表项，形成跨VLAN的组播地址表，从而实现跨VLAN的组播。这里，虽然每个有组播请求的用户VLAN各不相同，但可以通过组播地址和上行端口缺省VLAN转发到有组播请求的用户，因此将这种组播方式称为跨VLAN的组播。

需要说明的是，在组网应用中，对于二层交换机，为了隔离不同端口下的用户，对每个用户分配不同的VLAN ID，由于用户主机是不支持VLAN的，所以用户端口的缺省VLAN ID相当于用户的VLAN ID。当二层交换机侦听到每个用户端口带不同VLAN ID的组播请求时，将相应的组播地址添加到对应VLANID的表项中，形成对每个VLAN的组播地址表，这时必须按照所对应VLAN的表项转发组播数据报文，有组播请求的用户才能收到组播数据报文。而任何一个不带VLAN ID的报文进入到二层交换机后，都会自动加上对应端口的缺省VLAN ID，二层交换机根据缺省的VLAN ID及报文的组播MAC地址，再将该组播数据报文转发。

因此，为了实现跨VLAN的组播，避免三层设备复制并传送多份同一组播数据报文而大量浪费***带宽资源，这里通过扩展组播侦听功能来实现本发明。即，当二层交换机侦听到来自不同VLAN的组播请求时，将组播地址同时添加到相应的VLAN ID和上行端口缺省的VLAN ID中。

为了完成实现跨VLAN的组播，扩展组播侦听功能后，所有下行端口和上行端口同时包含在上行端口缺省虚拟局域网中。当三层设备将不带虚拟局域网号的组播报文下发到二层交换机时，二层交换机的上行端口将本端口的缺省虚拟局域网号添加到组播报文中，由于所有有组播请求的端口已被添加到上行端口的缺省虚拟局域网中，该组播报文将在该虚拟局域网内进行组播。所以从上行端口的角度看，这是在同一虚拟局域网中发生的组播，但是从下行端口的角度来看，则相当于是在不同的虚拟局域网中发生的组播。

参见图2所示，本发明跨VLAN组播的的实现过程如下：

步骤201、若干个主机向三层设备发送若干个不同VLAN的同一组播请求消息。

步骤202、当二层交换机侦听到不同VLAN的同一组播请求时，记录相关信息，将组播的目的MAC地址及对应的VLAN ID添加到组播地址表中，同时将VLAN ID添加到上行端口缺省VLAN中，形成跨VLAN的组播地址表。

由于在支持VLAN的二层交换机中存在独立VLAN学习(IVL)模式和共享VLAN学习(SVL)模式，用于两种不同的地址学习方式。对于IVL模式，二层交换机内部有(MAC地址，端口号)和(VLAN ID，端口号)两个二元组表项，所以不同VLAN下的同一MAC地址，只需要将MAC地址加入到(MAC地址，端口号)表项后，通过修改(VLAN ID，端口号)的表项即可以保证MAC地址属于多个VLAN；对于SVL模式，二层交换机内部的地址表是(MAC地址，VLAN ID，端口号)三元组的表项，每一个VLAN ID对应一个MAC表项，对于不同VLAN下的同一MAC地址，必须将其添加到不同VLAN所属的表项中。

从上面的说明可以看出，两种地址学习模式内部的MAC地址表项是不同的，因此，形成跨VLAN的组播表项的过程也不相同。在IVL模式下，将MAC地址、端口号添加到组播地址表中的同时，还需要更新上行端口的缺省VLAN ID表项，将该组播地址对应的端口号添加到上行端口的缺省VLAN ID表项中，形成可以跨VLAN组播的组播地址表项；在SVL模式下，将MAC地址、端口号及对应VLAN ID的表项添加到地址表中，同时还需要将该MAC地址和端口号及上行端口的缺省VLAN ID添加到地址表中，形成可以跨VLAN组播的组播地址表项。

具体的说，对于IVL模式，当二层交换机侦听到不同VLAN的同一组播数据报文请求时，将组播的目的MAC地址、用户VLAN ID和该VLAN ID对应的端口添加到组播地址表中，形成一个组播地址表项，同时还要将该组播MAC地址、用户端口和上行端口对应的VLAN ID添加到组播地址表中，形成另一条组播地址表项，参见表1所示。

MAC地址	VLAN ID	端口号
MAC地址	VLAN ID	端口号	MAC地址	上行端口缺省VLAN ID	端口号

表1

对于SVL模式，当二层交换机侦听到不同VLAN的同一组播数据报文请求时，将组播MAC地址和对应的端口号添加到(MAC地址，端口号)表项中，同时根据该端口所对应的用户VLAN ID，将该端口号添加到所对应的(VLAN ID，端口号)表项中，并且还要将该端口添加到上行端口缺省VLAN ID所对应的(上行端口缺省VLAN ID，端口号)表项中，参见表2所示。

MAC地址

端口号

VLAN ID	端口号
VLAN ID	端口号	缺省VLAN ID	端口号

表2

步骤203、三层设备收到来自不同VLAN的同一组播请求消息时，将不带VLAN ID的组播数据报文下发到二层交换机。

步骤204、二层交换机收到三层设备下发的不带VLAN ID的组播数据报文后，复制组播数据报文，且复制份数与组播地址表中含有的组播地址数目相同，并根据上行端口的缺省VLAN ID，将组播数据报文复制件从相应的端口向有同一组播请求的主机发送。

二层交换机从上行端口收到三层设备下发的不带VLAN ID的组播数据报文后，由于该数据报文不带VLAN ID，此时组播数据报文的VLAN ID为上行端口的缺省VLAN ID，二层交换机首先将该上行端口的缺省VLAN ID添加到组播数据报文的对应位置，然后进行地址查找。这里，针对二层交换机中的两种地址学习模式不同，进行地址查找的过程也分为两种。

第一种，对IVL模式来说，根据组播报文的目的MAC地址和上行端口的缺省VLAN ID，从组播地址表中直接查到上行端口缺省VLAN ID和组播MAC地址及所对应的端口号。

第二种，对SVL模式来说，首先要根据组播MAC地址，从地址表中查到对应的一组端口号，同时根据上行端口缺省VLAN ID从(VLAN ID，端口号)的表项中查找缺省VLAN ID所包含的一组端口号，然后再对查到的两组端口号取交集，得到需要组播报文的端口号的集合。

当然，二层交换机进行数据报文的复制过程可以包括两种情况：一种是在查找完组播地址表后，根据查找到的同一组播用户的具体数目进行复制，也可以先复制与组播地址表表项一致数目的复制件，再进行组播地址查找，查找到一个下行端口，就从找到的下行端口发送一个复制件，直至按照组播地址表中对应的下行端口全部下发完毕。最后，删除多余的复制件即可。

并且，如果查到的端口只有一个，二层交换机将组播数据报文复制件直接发到查找到的对应端口，该端口下的用户就可以接收到组播数据报文；如果查到的端口不止一个，二层交换机要根据组播地址表中记录的组播地址的数目，复制该组播数据报文，然后将组播数据报文发到查找到的端口上，每个有组播请求的端口下的用户就可以同时接收到组播数据报文。由于每个端口的用户属于不同的VLAN，但是可以收到相同的组播数据报文，所以从用户侧看来，就实现了跨VLAN的组播。

参见图3所示，端口25的缺省VLAN ID为vlan25，同时vlan25包括端口1、2、3；端口1的缺省VLAN ID为vlan1，同时vlan1包括端口25；端口2的缺省VLAN ID为vlan2，同时vlan2包括端口25；端口3的缺省VLAN ID为vlan3，同时vlan3包括端口25；并且，端口25为上行端口，端口1、2、3为下行端口。

以来自vlan1、vlan2、vlan3的用户终端发出同一组播地址请求为例，本实施例采用三元组结构的组播地址表，则实现组播的过程如下：

A.vlan1、vlan2、vlan3的用户终端分别向三层设备发送同一组请求消息。

B.当二层交换机侦听到来自三个vlan，vlan1、vlan2、vlan3的同一组播请求时，记录相关信息，分别将vlan1、vlan2、vlan3及对应的组播MAC地址添加到组播地址表的相应VLAN中，同时将其添加到上行端口缺省VLAN中，形成跨VLAN的组播地址表。

假设组播MAC地址为01005E7FFFFF，二层交换机侦听到来自vlan1、vlan2、vlan3的同一组播请求时，形成的组播地址表如表3所示，其中，最后一项即为跨VLAN的组播地址表项。

01005E7FFFFF	Vlan1	端口1
01005E7FFFFF	Vlan1	端口1	01005E7FFFFF	Vlan2	端口2
01005E7FFFFF	Vlan3	端口3	01005E7FFFFF	Vlan2	端口2
01005E7FFFFF	Vlan3	端口3	01005E7FFFFF	Vlan25	端口1，端口2，端口3

表3

C.三层设备收到来自vlan1，vlan2，vlan3中的同一组播请求后，将不带VLAN ID的组播数据报文下发到二层交换机。

D.二层交换机收到不带VLAN ID的组播数据报文后，将上行端口缺省的VLAN ID，即端口25，加在该组播数据报文中，再根据跨VLAN的组播地址表项，从组播地址表查到该组播地址、vlan25对应的端口号1、2、3，然后将组播数据报文复制三份分别转发到端口1、端口2、端口3下对应的设备，完成组播报文的转发。

从上述过程中可以看出，当三层设备将不带VLAN ID的组播数据报文下发到二层交换机后，二层交换机自动加上对应端口的缺省VLAN ID，然后根据跨VLAN的组播地址表对组播数据报文进行转发，实现跨VLAN的组播。当三层设备下发的组播数据报文带有相应的VLAN ID时，二层交换机仍将依据正常生成的VLAN组播表进行转发，保证了正常组播功能。

步骤205、当二层交换机侦听到用户的组播离开消息后，从用户VLAN和上行端口的缺省VLAN中去掉该组播地址。这里，为保证组播功能正常进行。在进行跨VLAN的组播时，对跨VLAN的组播地址表进行维护。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims

1、一种跨虚拟局域网(VLAN)组播的实现方法，应用于二层交换机组播，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：

当二层交换机侦听到组播数据报文离开后，清空组播地址表。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组播地址表为(MAC地址，端口号)和(VLAN ID，端口号) 两个二元组表项，所述(VLAN ID，端口号)表项中至少包括上行端口缺省VLAN ID所对应的(上行端口缺省VLAN ID，端口号)表项。

4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤B中所述添加是将组播组播MAC地址和所属用户VLAN对应的下行端口号添加到(MAC地址，端口号)表项中，同时根据所属用户VLAN ID，将该所属用户VLAN对应的下行端口号添加到所对应的(VLAN ID，端口号)表项中和上行端口缺省VLANID所对应的(上行端口缺省VLAN ID，端口号)表项中。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述组播地址表为(MAC地址，端口号，VLAN ID)三元组表项。

6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤B中所述添加是将MAC地址、端口号及对应的用户VLAN ID添加到组播地址表中，同时将该组播组播MAC地址和端口号添加到组播地址表中上行端口缺省VLAN ID所对应的表项中。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C中所述复制进一步包括：当二层交换机收到三层设备下发的不带VLAN ID的组播数据报文时，复制与组播地址表中上行端口缺省VLAN ID对应的端口数目相同的复制件，然后从组播地址表查找到对应的下行端口，将所述复制件从查找到的对应下行端口下发。

8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当二层交换机收到三层设备下发的不带VLAN ID的组播数据报文时，步骤C中所述复制进一步包括：

C01、从组播地址表中查找出一个下行端口，然后复制一份组播数据报文，将所述复制件从查找出的下行端口下发；C02、判断是否处理完所有的下行端口，如果没有，则返回步骤C01，否则，组播数据下发完毕。

9、根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，步骤C进一步包括：

10、根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，步骤C进一步包括：