[发明专利]二层组播的转发方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种二层组播的转发方法和装置。

背景技术

因特网组管理协议(Internet Group Management Protocol，简称为IGMP)发展到目前已经有三个协议标准，分别为IGMPv1、IGMPv2和IGMPv3。在下文中将主要以IGMPv2类型为主介绍。

IGMP负责所连网络组成员关系的收集和维护，IGMP作为基本的信令机制，用于通知子网中的路由器某个主机希望成为某个组播组的成员，在主机和组播路由器之间建立并维护这些组成员关系。

当一个组播主机成员希望加入指定的组播组并且期望接收组播流量时，其发送IGMP消息以通知本地的组播路由器。组播路由器获得主机的信息，然后维护一张组播组成员关系表，该组播成员关系表用于表示哪些端口属于这个组播组。

对于交换机(Switch)而言，其接收到从路由器下发的数据流，在没有组播组成员关系表时，会向虚拟局域网(Virtual Local AreaNetwork，简称为VLAN)转发，直接在VLAN内洪泛。

为了有效地控制组播流量在VLAN内洪泛，引入了IGMPSnooping组播窃听技术。IGMP Snooping是交换机二层功能的一种特性，可以限制组播流量的转发，IGMP协议运行在网络层，而IGMPSnooping运行在链路层。

IGMP Snooping对主机和路由器之间的IGMP协议通信进行监听，使交换机在转发组播数据包时，属于组播成员关系表的端口可以得到组播数据流。这样，组播包只会按照组播成员关系表转发到这些成员端口，而不是所有端口，从而限制交换机上组播包洪泛，避免不必要的网络带宽浪费，提高交换机的转发效率。

组播使用的地址有两种：IP组播地址和Ethernet组播地址。由于所有IP数据包都封装在Ethernet帧中，所以需要一个组播Ethernet地址来标识。

图1是根据相关技术的IP组播映射为媒体接入控制(MediaAccess Control，简称为MAC)组播地址的示意图。如图1所示，对于以太网，IP组播帧都使用以0x01.00.5E.xx.xx.xx的24位前缀开始的MAC层地址，但是这些MAC地址只有一半可以被IP组播使用，因此，剩下的MAC地址空间的23位作为第3层IP组播地址进入第2层MAC地址的映射使用。因为所有的第3层IP组播地址必须把32位的前4位设为0x1110，剩下28位作为有意义的IP组播地址信息。这28位必须映射为可用的只有23位的MAC地址。因此，在映射过程中丢失了5位地址信息，当第3层IP地址映射为第2层IEEE MAC地址时导致了2⁵＝32个地址不明确的IP地址和1个MAC地址相对应。这意味着每一个IEEE IP组播MAC地址都能表示32个IP组播地址。然而这种32:1的对应关系在某些应用中就很可能出现一些问题。

例如，希望接收到组224.1.1.1信息的主机会对路由器发送一个IGMPv2的成员报告信息，路由器形成一个组播成员关系表，包括MAC、VLAN和用户端口信息，然而，相同的组播MAC地址也被用于其他31个IP组播组。如果其他31个组里面任意一个在VLAN内活动，则无论何时，只要主机接收到任何一个其他组播组的帧，主机中央处理器(Central Processing Unit，简称为CPU)就将接收到一个中断。CPU必须考察每个收到帧的IP部分以确定是否是组224.1.1.1。如果这种虚假的流量足够大，就有可能对主机CPU的可用性产生影响。这种32:1方式的不唯一性也会带来其他问题，比如：仅仅基于组播MAC地址的情况下，想要抑制局域网交换的组播扩散时就会有问题。

下面以IGMP v2为主，结合一个基本实例，说明基于MAC的情况下，同一VLAN中具有相同目的MAC地址但是有不同目的组IP地址的组播数据流同时到达不同组各自的私有用户的问题，图2是根据相关技术的组网结构的示意图，如图2所示，搭建一个简单环境：上游为IGMP Router，中间设备为以太网交换机，用户端为主机。主机1和2在同一个网段，与交换机相连的端口分别为a和b，端口c将上游流量引下来，端口a、b、c都属于VLAN100。

首先，监听IGMP主机加入。具体地，当二层设备收到主机和路由器之间传递的IGMP报文时，IGMP Snooping分析其携带的信息，形成一张组播成员关系表，从路由器下发的组播数据报文根据该组播成员关系表进行转发。