1,、引言

IPTV作為一種高帶寬,、高質(zhì)量的新型互聯(lián)網(wǎng)多媒體業(yè)務(wù)，對電信運(yùn)營商的IP城域網(wǎng)提出了更高要求。組播技術(shù)與傳統(tǒng)單播技術(shù)相比,，在傳輸效率相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)上具有網(wǎng)絡(luò)帶寬不隨用戶數(shù)量線性增長的優(yōu)點(diǎn),，可以有效地節(jié)約視頻服務(wù)器和承載網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。因此,，電信運(yùn)營商要高效且經(jīng)濟(jì)地部署和實(shí)現(xiàn)IPTV業(yè)務(wù),，建議采用端到端組播推送，且IP組播網(wǎng)絡(luò)的配置是關(guān)鍵,。

目前電信運(yùn)營商IP城域網(wǎng)主要由城域骨干網(wǎng)與寬帶接入網(wǎng)構(gòu)成,，IPTV業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)依次通過城域骨干網(wǎng)和寬帶接入網(wǎng)推送到用戶端。城域骨干網(wǎng)主要由網(wǎng)絡(luò)層（第三層）設(shè)備組成,，可啟用PIM-SM等組播路由協(xié)議接入組播源（即IPTV頭端設(shè)備）進(jìn)行組播報(bào)文的路由轉(zhuǎn)發(fā),。寬帶接入網(wǎng)主要由數(shù)據(jù)鏈路層（第二層）設(shè)備組成，可采用IGMP Proxy或IGMP Snooping等技術(shù)進(jìn)行二層組播轉(zhuǎn)發(fā),，接入IPTV終端設(shè)備（即IPTV機(jī)頂盒）,。圖1是IPTV端到端組播推送模型示意圖。
 

                                                                                          圖1　IPTV端到端組播推送網(wǎng)絡(luò)模型

本文分別從城域骨干網(wǎng)和寬帶接入網(wǎng)兩個不同的網(wǎng)絡(luò)層面,，闡述IPTV端到端組播推送網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵配置技術(shù),。

2、城域骨干網(wǎng)的組播關(guān)鍵配置技術(shù)

2.1　組播路由技術(shù)

組播報(bào)文與單播報(bào)文的主要區(qū)別在于報(bào)文目的地址的標(biāo)識,，組播報(bào)文目的地址為組播組地址（以“1110”開頭的D類IP地址）,，單播報(bào)文以目的主機(jī)IP地址作為目的地址。由于組播組地址與目的主機(jī)之間不是一一對應(yīng)關(guān)系,，組播路由器只能利用報(bào)文源地址的惟一性進(jìn)行路由判決,。也就是說，組播路由器根據(jù)報(bào)文的源地址而不是目的地址,，將報(bào)文沿著遠(yuǎn)離組播源的方向發(fā)送,，該技術(shù)稱為逆向路徑轉(zhuǎn)發(fā)（簡稱RPF）。

為避免路由環(huán)路等問題,，RPF規(guī)定組播報(bào)文必須從指定的上游鄰接節(jié)點(diǎn)到達(dá)本路由器,，而由其他鄰接節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來的組播報(bào)文都被丟棄。當(dāng)組播路由出現(xiàn)問題時(shí),，組播報(bào)文可能無法像單播報(bào)文那樣通過其他路徑到達(dá),，骨干網(wǎng)會出現(xiàn)IPTV直播信號中斷，而網(wǎng)頁瀏覽,、郵件收發(fā)等單播應(yīng)用卻正常的障礙,。這時(shí)應(yīng)沿著組播分發(fā)路徑，檢查組播路由器的RPF路由表及其上游鄰接節(jié)點(diǎn),。

2.2　組播路由切換技術(shù)

PIM-SM協(xié)議中的組播分發(fā)樹可以分為兩大類：信源樹和共享樹,。信源樹以組播源作為樹根,，也稱最短路徑樹，可以使端到端的組播延遲達(dá)到最小,，但是路由器必須保存大量的路由信息,，系統(tǒng)資源消耗大；共享樹以RP（PIM-SM協(xié)議中的重要路由器,，用于組播源與組播路由器之間路由匯接）作為所有組播分發(fā)樹公共根節(jié)點(diǎn),，組播源流量必須先到達(dá)RP再下發(fā)，組播路徑通常并非最優(yōu),，會引入額外的網(wǎng)絡(luò)延遲,，但是路由器所需保留的路由信息可以很少。

PIM-SM協(xié)議充分利用了兩種組播分發(fā)樹的優(yōu)點(diǎn),。在組播初始階段,，組播路由器由于無法知道組播源位置而無法使用信源樹，但可以通過已知的RP節(jié)點(diǎn)及其共享樹來獲得組播源發(fā)送的前幾個組播報(bào)文從而獲知組播源位置,，并由共享樹切換到信源樹,，以減少網(wǎng)絡(luò)時(shí)延并且避免RP節(jié)點(diǎn)可能引發(fā)的網(wǎng)絡(luò)瓶頸。

城域骨干網(wǎng)一般主要由Cisco路由器組成,。Cisco等路由器通過流量速率預(yù)設(shè)門限SPT-Threshold來實(shí)現(xiàn)組播分發(fā)樹的切換工作,。當(dāng)偵測到某個組播源的組播流速超過SPT-Threshold時(shí)，其組播路由將從共享樹切換到信源樹,；同樣,，若組播流速低于SPT-Threshold時(shí)，其組播路由也可以從信源樹回切到共享樹,。SPT-Threshold一般配置為0,，使路由器收到第一個組播報(bào)文后即由共享樹切換到信源,。

2.3　RP配置技術(shù)

RP作為共享樹的根節(jié)點(diǎn),，在組播過程中起到承上啟下的作用?？紤]到PIM-SM協(xié)議具有組播分發(fā)樹切換特性,，RP一般用于建立組播源與組播路由器之間的初始連接，一旦路由器的組播路由從共享樹切換到信源樹后,，就不再需要RP及其共享樹,。因此，組播網(wǎng)絡(luò)中RP的位置選擇不是非常重要,，關(guān)鍵是其可靠性和穩(wěn)定性,。

為提高RP的可靠性和穩(wěn)定性，可以選取多個組播路由器共同承擔(dān)RP的功能（即Anycast RP技術(shù)）,，將各個RP節(jié)點(diǎn)的loopback接口配成相同IP地址,，由此形成RP的負(fù)荷分擔(dān)和故障保護(hù),。

組播網(wǎng)絡(luò)中的RP配置問題不僅關(guān)乎RP節(jié)點(diǎn)自身的設(shè)置部署，還涉及到其他組播路由器如何獲知RP節(jié)點(diǎn)的問題,。在組播初始階段,，組播路由器可以不知道組播源位置，但是必須清楚RP地址,。組播路由器獲取RP地址的方式主要有兩種,，即靜態(tài)配置RP方式和自動發(fā)現(xiàn)RP方式。靜態(tài)配置RP方式較為安全,，可以有效防止偽造RP等欺騙行為,，但是網(wǎng)絡(luò)配置的工作量大，且不利于RP等節(jié)點(diǎn)的動態(tài)調(diào)整,；自動發(fā)現(xiàn)RP方式可以減少配置工作量,，方便網(wǎng)絡(luò)變更和控制策略調(diào)整，但是存在一定的安全隱患,。對于規(guī)模較小的城域骨干網(wǎng),，可以采用在各個組播路由器上靜態(tài)配置RP的方式；對于規(guī)模較大且具有嚴(yán)格安全防范策略的城域骨干網(wǎng),，建議采用自動發(fā)現(xiàn)RP的方式,。

2.4　IPTV頭端的組播加入技術(shù)

在組播初始階段，組播路由器一般通過已知的RP節(jié)點(diǎn)及其共享樹來獲取IPTV頭端（即組播源）的流量及位置信息,。為使RP獲知組播源,，與組播源直聯(lián)的組播路由器負(fù)責(zé)將組播源發(fā)送的起初幾個組播報(bào)文封裝在獨(dú)立的PIM Register消息中，以單播方式向RP發(fā)起組播源注冊過程,。RP通過該消息不僅可獲取感興趣的組播組報(bào)文,，還可獲知該組播源的IP地址。之后,，RP向其他組播路由器轉(zhuǎn)發(fā)該組播源信息,，并通過PIM Registe-Stop消息結(jié)束本次組播源注冊過程。

3,、寬帶接入網(wǎng)的組播關(guān)鍵配置技術(shù)

3.1　IPTV用戶端的組播加入技術(shù)

IPTV用戶端（機(jī)頂盒）通過IGMP協(xié)議經(jīng)由寬帶接入網(wǎng)與城域骨干網(wǎng)業(yè)務(wù)接入控制層的組播路由器（通常由業(yè)務(wù)路由器或?qū)拵Ы尤敕?wù)器承擔(dān)）進(jìn)行信令交互,，以加入或退出特定的組播組（即IPTV直播頻道）。

機(jī)頂盒向組播路由器發(fā)送組播組加入請求報(bào)文時(shí),，其報(bào)文的目的MAC地址是組播組而不是組播路由器的MAC地址,，這點(diǎn)與單播方式不同。需注意的是,，一個組播組MAC地址實(shí)際上與32個不同的組播組IP地址相對應(yīng),。這是因?yàn)榻M播組MAC地址為01:00:5E:00:00:00～01:00:5E:7F:FF:FF，即有效地址空間僅有23位,，而組播組IP的有效地址空間卻有28位,。兩者的映射關(guān)系是將MACC地址的低23位數(shù)值等同于IP地址的低23位數(shù)值,，從而導(dǎo)致組播組IP地址的高5位比特信息丟失。例如,，若三個不同的IPTV直播頻道分別采用224.0.0.1,、224.128.0.1和239.128.0.1作為組播組IP地址，則其所對應(yīng)的組播組MAC地址均為01:00:5E:00:00:01,，從而將導(dǎo)致機(jī)頂盒及寬帶接入網(wǎng)的二層設(shè)備無法區(qū)分這三路信號,。因此，規(guī)劃組播IP地址時(shí)需留意此類問題,。

     3.2二層組播轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)

    寬帶接入網(wǎng)由大量二層交換機(jī),、DSLAM等運(yùn)行在數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)元設(shè)備組成。二層設(shè)備的特點(diǎn)是在設(shè)備端口之間基于MAC地址交換/轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀,，對第三層（網(wǎng)絡(luò)層）的IP報(bào)文解析和路由功能較差,，因此不能直接支持工作在第三層的IGMP等組播協(xié)議。典型的交換機(jī)等二層設(shè)備處理IPTV組播流量時(shí),，按目的地址未知或者廣播方式,，向其所有端口廣播組播數(shù)據(jù)幀，容易引發(fā)廣播風(fēng)暴等問題,。

    要解決組播報(bào)文泛濫問題需采用二層組播轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù),，如IGMPSnooping、IGMPProxy技術(shù)等,。IGMPSnooping技術(shù)通過偵聽機(jī)頂盒和組播路由器之間的IGMP報(bào)文以掌握設(shè)備端口對組播數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)系,；而IGMP Proxy技術(shù)則對機(jī)頂盒與組播路由器之間的IGMP報(bào)文進(jìn)行攔截、過濾和代理轉(zhuǎn)發(fā),，可以節(jié)約組播路由器到二層設(shè)備之間的組播流量,，但對網(wǎng)元設(shè)備的處理能力、內(nèi)存等性能指標(biāo)要求較高,。配置二層設(shè)備時(shí)可根據(jù)網(wǎng)元設(shè)備的實(shí)際性能及對IGMP Snooping/Proxy技術(shù)的支持程度進(jìn)行選擇,。

    以2Mbit/s帶寬的IPTV直播頻道為例，若二層設(shè)備未采用二層組播轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù),，則發(fā)往所有IPTV用戶的組播報(bào)文會向所有端口轉(zhuǎn)發(fā),，即使用戶端口有10Mbit/s接入帶寬,，5個IPTV直播頻道的組播報(bào)文就可將其阻塞,；采用二層組播轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)后，組播報(bào)文僅向有使用請求的端口轉(zhuǎn)發(fā),，若每個端口最多僅下聯(lián)一個IPTV機(jī)頂盒,，則最多僅有一個直播頻道的組播報(bào)文（即2Mbit/s流量）轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)端口。

    3.3VLAN配置技術(shù)

    二層組播轉(zhuǎn)發(fā)的流量僅涉及IPTV組播業(yè)務(wù),，不涉及其他寬帶業(yè)務(wù),，因此在寬帶接入網(wǎng)中一般要先用VLAN等技術(shù)將IPTV組播流量從其他業(yè)務(wù)和用戶的流量中隔離出來,。常用的VLAN技術(shù)包括解決組播VLAN到各個用戶VLAN的跨VLAN組播復(fù)制技術(shù)，以及解決VLANID數(shù)目不夠的QinQ技術(shù)等,。

    3.4靜態(tài)組播與動態(tài)組播技術(shù)

    IPTV直播節(jié)目經(jīng)IP承載網(wǎng)送抵用戶終端,，主要有兩種組播模式，即動態(tài)組播模式和靜態(tài)組播模式,。在動態(tài)組播模式下,，交換機(jī)、DSLAM等設(shè)備只有收到某頻道（組播組）第一個用戶加入請求后,，才會接收并下發(fā)該頻道節(jié)目,；而當(dāng)該頻道（組播組）最后一個用戶退出時(shí)，網(wǎng)元設(shè)備會停止接收該組播流,。靜態(tài)組播模式則是在交換設(shè)備上靜態(tài)配置各個IPTV頻道（組播組）的MAC組播轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng),，不論下聯(lián)用戶是否收看，組播流都已下發(fā)到網(wǎng)元設(shè)備,。

    靜態(tài)組播流量與IPTV用戶數(shù)無關(guān),，僅與頻道數(shù)及每頻道帶寬有關(guān)，在用戶數(shù)小于頻道數(shù)時(shí),，其流量會大于單播流量,；動態(tài)組播的最大流量在IPTV并發(fā)用戶數(shù)小于頻道數(shù)時(shí)等同于單播流量，在IPTV并發(fā)用戶數(shù)大于頻道數(shù)時(shí)等同于靜態(tài)組播流量,。在靜態(tài)組播方式下,，用戶的頻道切換速度快，業(yè)務(wù)感知好,，但對網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求較大,；動態(tài)組播不論在何種情況下都能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量最小化，但當(dāng)用戶接收新頻道（組播組）時(shí)可能會有一定的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延,。

    在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備下聯(lián)的IPTV用戶數(shù)非常少時(shí),，組播的優(yōu)勢不太明顯，因此在IPTV業(yè)務(wù)開展初期,，IPTV用戶數(shù)不多或?qū)拵Ы尤刖W(wǎng)改造未到位存在流量瓶頸的情況下,，寬帶接入網(wǎng)可以采用動態(tài)組播甚至單播方式傳送IPTV直播信號。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備下聯(lián)的用戶數(shù)遠(yuǎn)超過IPTV頻道數(shù)時(shí),，組播對網(wǎng)絡(luò)流量帶寬的節(jié)約特性越來越顯著,。這時(shí)，也就是IPTV業(yè)務(wù)開展到成熟期且寬帶接入網(wǎng)改造也已到位的情況下,，可以采用靜態(tài)組播方式傳送IPTV直播信號,，以進(jìn)一步提升IPTV服務(wù)品質(zhì)。因此,，運(yùn)營商可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量,、IPTV業(yè)務(wù)滲透率等實(shí)際情況來決定接入網(wǎng)設(shè)備是配置成動態(tài)還是靜態(tài)組播方式,。

    4、結(jié)束語

    本文結(jié)合電信運(yùn)營商現(xiàn)有的IP城域網(wǎng),，系統(tǒng)地闡述了IPTV端到端組播推送網(wǎng)絡(luò)配置的關(guān)鍵技術(shù),，對電信運(yùn)營商高效且經(jīng)濟(jì)地部署和實(shí)現(xiàn)IPTV業(yè)務(wù)具有良好的借鑒意義。