基于ＰＩＭ　ＳＭ协议的优雅重启方法及其系统技术方案

本发明专利技术提供一种能更加快速收敛组播协议状态的基于ＰＩＭ?ＳＭ协议优雅重启的方法以及实现该方法的系统。邻居设备检查所有与重启设备相连的接口，若在接口上存在ＩＧＭＰ成员，则伪造ＩＧＭＰ主机成员报告发送给重启设备；重启设备通过解析ＩＧＭＰ主机成员报告中的组播组ＩＰ地址恢复该ＩＧＭＰ主机成员报告对应接口下的ＩＧＭＰ成员状态。重启设备各个接口上的邻居设备都检查和重启设备相连网段上的ＩＧＭＰ成员信息，如果存在ＩＧＭＰ成员，则构造ＩＧＭＰ主机成员报告。这样，重启设备不需要等待各个接口上的主机逐一发送ＩＧＭＰ成员报告便可快速恢复各接口上的ＩＧＭＰ成员信息。加快了重启设备控制平面恢复ＩＧＭＰ成员状态的速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数据通信
，尤其涉及PIM SM(稀疏模式独立组播协议，protocolindependent multicast sparse mode)的优雅重启技术。 
技术介绍
目前，新兴起的流媒体业务对可靠性提出了较高的要求，设备级可靠性是实现业务可靠性的一个重要方面。高可靠性设备通常采用数据平面、控制平面分离的分布式体系结构以及双主控冗余的设计。数据平面、控制平面分离的分布式体系结构将设备划分为控制和转发两个层面，控制层面负责路由的控制和计算，转发层面只负责数据转发。支持双主控冗余的设备使用两个MPU(main processing unit)，主MPU处于工作状态，从MPU处于备份状态，当主MPU出现故障或者手工重启后，从MPU立刻接替主MPU的工作。目前大多数厂商将静态配置信息和数据平面的转发表项信息备份到从MPU上，当设备发生主从切换后，备份的转发表项能正确指导转发线卡上的数据转发。对于控制平面的协议状态的备份，有两种实现方法：第一种是在从MPU上实时备份主MPU上所有的协议状态信息，当设备主从切换后，协议可以迅速恢复到正常的工作状态。显然备份所有协议状态会占用设备太多资源，扩展性也很差，实现代价过高。第二种方法是切换发生后在控制平面重新建立协议状态的信息。但是在切换过程中协议状态达到稳定之前，可能会出现路由震荡甚至可能导致业务转发中断。因此，目前有一些路由协议提出了优雅重启的方法。优雅重启技术可以避免设备主从切换时邻居关系发生震荡。一旦重启发生，重启设备尽快完成与邻居的路由信息的同步，然后更新本地路由信息。 PIM SM协议是目前被广泛使用的组播路由协议，DR(指定路由器，designated router)为直接与组播源相连的路由器，RP(汇聚点，rendezvous point)为SM(稀疏模式)中的组播汇聚点，汇聚组播发送者与接收者。组播路由表项包括(*，G)、(S，G)等，其中*表示匹配任何组播源IP地址，G表示组播组IP地址，S表示组播源IP地址。PIM SM协议的基本工作过程如下： 组播接收者所在网段的DR主动发送(*，G)加入消息到RP，告知RP下游有组播组G的接收者。与组播源直连的DR通过源注册机制告知RP组播源开始发送数据。RP将组播源发送的数据转发到相关的组播接收者，这样形成了以源DR为根的组播源到RP和以RP为根的RP到组播接收者的组播分发树。其中，源DR到RP的注册过程为：源DR收到组播组G的数据后，将组播数据封装在注册报文中，单播该注册报文到组播组G对应的RP。RP收到 注册报文后，创建注册状态(S，G)表项，如果存在下游接收者，向组播源DR方向发送(S，G)加入消息，沿途的各个设备都会建立起(S，G)表项。组播源DR收到(S，G)加入消息后，将收到加入消息的接口添加到(S，G)表项的出接口列表中，这样组播数据开始通过(S，G)表项转发。RP在(S，G)表项的入接口收到组播数据后，发送注册停止消息给源DR。这时，数据沿着源DR到RP的组播分布树到达RP，再沿RP到接收端DR的组播分布树到达组播接收者。--> PIM SM协议的hello报文中定义了generation ID(接口身份标识)字段，设备在启动或者重启后每个接口都生成唯一的generation ID值。设备检测到邻居发送的hello报文中generation ID值发生变化后认为邻居设备接口上的PIM协议发生了重启。 如图1所示，主MPU上控制平面保存的组播协议状态信息包括有：邻居状态(包括每个接口上的邻居generation ID信息、邻居保活定时器等)、DR状态(包括每个接口所在网段的指定路由器IP地址、DR优先级)、RP-set(汇聚点集合)和BSR(发布rp-set(汇聚点集合)信息的自举路由器)状态、TIB(tree informationbase组播分布树信息库)。TIB状态用(*，G)、(S，G)等组播路由表项形式维护了该设备上所有的组播分布树信息，包括各个接口上的IGMP(因特网组管理协议)成员信息和下游加入剪枝状态，以及设备上游加入剪枝状态，在承担特殊角色的源DR和RP上还保存了有关的由(S，G)表项构成的注册状态。设备上数据平面维护了用来指导数据转发的MFIB(组播转发信息库，multicast forwarding informationbase)。MFIB中的(S，G)表项由第一个组播业务数据触发创建；当第一个组播业务数据触发MFIB创建时，会向协议层发送no cache(无缓存)消息。组播路由协议收到此消息后，根据TIB信息，将输出接口列表下发到MFIB中。当下发输出接口的操作完成后，以后组播路由协议层的TIB变化时会及时更新数据平面的对应MFIB表项。从MPU的控制平面在正常情况下的组播协议状态为空，当主从切换发生时，原从MPU应恢复切换前主MPU上所有协议的状态信息。 目前，能够触发TIB更新MFIB的情况有： (1)协议层只有收到no cache消息之后，才会根据TIB的变化来更新相应的MFIB表项。 (2)主从切换过程结束时，触发TIB更新MFIB表项。 TIB对MFIB的更新方式有两种： (1)在设备发生主从切换的过程中，为了保证数据流的不中断，TIB更新MFIB时采取只增添不删除的方式，这可能造成切换过程中控制平面的TIB和数据平面的MFIB不一致； (2)主从切换过程结束时，触发TIB更新MFIB，此时的更新方式需在MFIB中删除与 TIB不一致的表项，使TIB和MFIB状态完全达成一致。 本文将上述第(1)种更新方式称为无删除式更新，将第(2)种更新方式称为一致性更新。 主从切换过程中采用的无删除式更新可能造成切换过程中控制平面中的TIB和数据平面MFIB的不一致。而这种不同步的状态可能会导致不必要的数据流占用网络资源，甚至还可能引起一些网络问题，如出现环路。 因此，需要寻求一种能够更加快速结束设备主从切换过程的方法。这样，一方面能减少切换过程中已有的组播业务和新增的组播业务需求受到的影响；另一方面，通过尽快结束TIB状态和MFIB不一致，以尽量避免可能带来的网络问题。 主从切换速度依赖于控制平面的组播协议状态收敛速度。所以，要加快主从切换过程，实际需解决的是，如何快速恢复控制平面的组播协议状态。 在协议已有的实现中，邻居设备检测到有设备发送的Hello报文中的generation ID变化，则认为该设备接口上的PIM协议发生了重启，此时该邻居设备会向重启设备-->发送Hello报文应答、BSM(bootstrap message自举报文)。另外，下游设备检测到上游RPF(reverse pathforwarding逆向路径转发)邻居发生重启，会向重启设备发送triggeredjoin(触发加入)消息。重启设备收到应答的Hello报文后可立即恢复邻居状态、DR状态。邻居设备主动发送BSM，这可以让重启设备不必等到BSR周期发送BSM(发送周期为60s)就可以快速恢复RP-set和BSR状态。另外triggered join消息的发送让重启设备不需要等待下游设备上维护的上游加入剪枝消息发送定时器超时(普通的加入剪枝消息的发送间隔为60s本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于ＰＩＭＳＭ协议的优雅重启方法，包括：发生主从切换的重启设备发送重启通知报文至邻居设备，并启动优雅重启定时器；邻居设备接收到重启通知报文后，向重启设备发送重启应答报文，协助重启设备完成组播协议状态信息恢复，所述组播协议状态信息包括邻居状态、指定路由器状态、自举路由器状态和汇聚点集合状态、组播分布树信息库状态，所述组播分布树信息库状态包括各个接口上的因特网组管理协议成员状态、下游加入剪枝状态、上游加入剪枝状态；当优雅重启定时器超时，或当重启设备接收完毕所有邻居设备发送的组播协议状态信息并完成组播协议状态信息恢复后，重启结束，触发组播分布树信息库状态一致性更新组播转发信息库；重启设备向邻居设备发送重启结束报文；其特征在于，邻居设备协助重启设备完成组播协议状态信息恢复具体包括：邻居设备将本地保存的自举路由器信息和汇聚点集合信息用自举报文单播给重启设备；位于重启设备下游的邻居设备根据其组播分布树信息库中的上游加入剪枝状态向重启设备发送触发加入消息；邻居设备检查所有与重启设备相连的接口，若在接口上存在因特网组管理协议成员，则伪造因特网组管理协议主机成员报告发送给重启设备；重启设备完成组播协议状态信息恢复具体包括：重启设备通过解析接收到重启应答报文恢复出邻居状态和指定路由器状态；通过解析接收到自举报文恢复出自举路由器状态和汇聚点集合状态；通过解析触发加入消息恢复下游加入剪枝状态，并根据所有接口保存的下游加入剪枝状态恢复出上游加入剪枝状态；通过解析因特网组管理协议主机成员报告中的组播组ＩＰ地址恢复该因特网组管理协议主机成员报告对应接口下的因特网组管理协议成员状态。...

【技术特征摘要】
1.基于PIM SM协议的优雅重启方法，包括：发生主从切换的重启设备发送重启通知报文至邻居设备，并启动优雅重启定时器；邻居设备接收到重启通知报文后，向重启设备发送重启应答报文，协助重启设备完成组播协议状态信息恢复，所述组播协议状态信息包括邻居状态、指定路由器状态、自举路由器状态和汇聚点集合状态、组播分布树信息库状态，所述组播分布树信息库状态包括各个接口上的因特网组管理协议成员状态、下游加入剪枝状态、上游加入剪枝状态；当优雅重启定时器超时，或当重启设备接收完毕所有邻居设备发送的组播协议状态信息并完成组播协议状态信息恢复后，重启结束，触发组播分布树信息库状态一致性更新组播转发信息库；重启设备向邻居设备发送重启结束报文；其特征在于，邻居设备协助重启设备完成组播协议状态信息恢复具体包括：邻居设备将本地保存的自举路由器信息和汇聚点集合信息用自举报文单播给重启设备；位于重启设备下游的邻居设备根据其组播分布树信息库中的上游加入剪枝状态向重启设备发送触发加入消息；邻居设备检查所有与重启设备相连的接口，若在接口上存在因特网组管理协议成员，则伪造因特网组管理协议主机成员报告发送给重启设备；重启设备完成组播协议状态信息恢复具体包括：重启设备通过解析接收到重启应答报文恢复出邻居状态和指定路由器状态；通过解析接收到自举报文恢复出自举路由器状态和汇聚点集合状态；通过解析触发加入消息恢复下游加入剪枝状态，并根据所有接口保存的下游加入剪枝状态恢复出上游加入剪枝状态；通过解析因特网组管理协议主机成员报告中的组播组IP地址恢复该因特网组管理协议主机成员报告对应接口下的因特网组管理协议成员状态。2.如权利要求1所述基于PIM SM协议的优雅重启方法，其特征在于，在同一网段的多个邻居设备中仅选举一个邻居设备向重启设备发送自举报文和伪造的因特网组管理协议主机成员报告。3.如权利要求1或2所述基于PIM SM协议的优雅重启方法，其特征在于，当重启设备为汇聚点设备，所述重启设备的组播协议状态信息还包括由注册报文触发创建的由(S，G)表项构成的注册状态；位于重启设备上游的邻居设备将注册报文中伪IP头部的源IP地址和目的IP地址修改为(S，G)表项中的组播源IP地址和组播组IP地址，并将该注册报文发给重启设备；重启设备收到注册报文后，创建注册状态。4.如权利要求3所述基于PIM SM协议的优雅重启方法，其特征在于，在重启通知报文中增加Local RP list字段；发生主从切换的重启设备先检查静态配置中是否存在本地IP地址配置为静态汇聚点设备或者动态候选汇聚点设备，如是，将配置为静态汇聚点设备或者动态候选汇聚点设备的本地IP主地址填入Local RP list字段，后将重启通知报文发送至邻居设备；邻居设备提取并保存重启通知报文中的Local RP list字段；位于重启设备上游的邻居设备将本地保存的组播分布树信息库信息中与重启设备相关的下游加入剪枝状态置上标记，针对在组播分布树信息库中置上标记的(S，G)表项，在汇聚点集合信息中查找该(S，G)表项中组播组IP地址映射的汇聚点设备，如果查找到的汇聚点设备的IP地址存在于所述Local RP list中，上游的邻居设备则判断该重启设备为汇聚点设备。5.如权利要求1或2所述基于PIM SM协议的优雅重启方法，其特征在于，重启过程中重启设备遍历组播转发信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊思，王强，
申请(专利权)人：迈普通信技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]