IPTV 业务解决方案之承载网组播设计

承载网组播设计

因为IPTV用户占用带宽达到2M以上,随着IPTV业务的开展将会给IP承载网带来巨大的流量,相应给IP承载网的容量带来了挑战。目前解决IP承载网的容量主要有两方面的手段,一方面是利用现在不断推出的高性能设备,高速接口来组建IP承载网,另一方面是利用组播技术充分利用网络带宽。在IPTV各类业务中,广播电视和时移电视都是多个用户访问相同的节目内容,即一对多方式,而组播正是提供一对多业务模式的有效手段,因此在IPTV的业务承载网上部署组播是减轻IP承载网容量压力的最佳选择。

三层组播部署:

根据目前国内外运营商的经验,在核心和汇聚的三层设备上都是采用PIM稀疏模式(Protocol Independent Multicast), 这主要是因为1)PIM在组播建树过程中RPF(Reverse Path Forwarding)反向路径检测不需要定义特定的单播协议,而是利用存在的单播协议如OSPF,IS-IS都可以,2)PIM稀疏模式是根据用户的需要来分发组播数据包,没有用户加入组播组时,组播包不会占用带宽,能够最大限度的提高带宽使用率。

稀疏模式要求有一个集合点(RP)来作为源和接收者的“会晤点”,在IPTV业务网中,节目源将组播数据包送到路由器,路由器将节目数据包封装在PIM注册消息包中送到RP,如果网络上已经有用户选择该节目,RP将收到的节目数据包通过共享路径送往用户。同时RP通过PIM协议在节目源和自己之间建立一条最短路径树,节目源随后通过这个最短路径将节目数据包送到RP。在实际应用环境中,节目经过RP通过共享路径传递到用户经常不是最优路径,因此思科在边缘路由器上支持PIM STP切换,即当连接用户的边缘路由器收到从RP送来的组播节目包时,由边缘路由器直接向IPTV节目源送出(S,G)加入申请,建立到节目源的最短路径。随后节目经过最短路径送到用户。

三层组播部署-A

由于在稀疏模式中RP是整个组播应用当中的重点,因此对RP的部署需要仔细考虑。由于目前IPTV节目源通常是集中在核心和汇聚层,建议在核心和汇聚层选择多个路由器作为RP,或者专门配置2-3台路由器来做RP。在多个RP之间采用思科Anycast RP来做到RP之间负载均衡以及冗余备份。

三层组播部署-B

IPTV用户加入和退出组播节目采用标准的IGMP协议。当用户选择特定的节目时,用户机顶盒向边缘路由器发送IGMP加入申请,边缘路由器则通过PIM协议向RP发送(*,G)加入申请。IPTV节目随后通过RP到边缘路由器的共享路径传递到用户,如果边缘路由器发现目前的路径不是最优路径,边缘路由器则通过STP切换,既发送(S,G)到IPTV节目源,建立从IPTV节目源到自己的最短路径,随后节目通过最短路径送到用户。

三层组播部署-C

IPTV业务属于典型的一点对多点业务,针对这种业务模式思科提出了一种全新的组播开展方式,即Source Specific Multicast。采用这种方式,用户在向路由器发送IGMP加入时,向路由器指明组播节目的源地址,而不是向路由器发送(*,G)加入,这样一来路由器就不用通过RP,而是直接向节目源发送(S,G)加入申请,组播节目直接通过最短路径送到用户。采用SSM开展IPTV组播具有以下优势:

  1. 保证采用最优路径提供节目
  2. 消除对RP的依赖
  3. 不同的IPTV节目源能够使用相同的组播地址提供不同节目内容
  4. 防止虚假地址组播
  5. 特别适合IPTV一对多业务模式

二层组播部署

二层网络设备不参加用户头端与IP承载网边缘路由器或者汇聚路由器之间的组播控制流程,因此对于每个组播节目组中的用户情况一无所知。当节目数据包到达二层设备,由于没有明确的目的MAC地址,同时也不清楚用户情况,二层设备只能向所有的端口和用户发送节目数据包。这样一来在IP承载网的二层部分就很容易发生拥塞。

解决这个问题就需要让交换机拥有每个节目组的用户情况,目前标准的方法是在LAN交换机或者DSLAM上打开IGMP snooping,它是一个第二层独有的协议。在应用IGMP snooping时,由于需要侦听IGMP报文,因此如果是采用软件处理有可能造成CPU利用率过高, 因此思科在边缘交换机上采用ASIC来加速IGMP snooping,以保证二层的转发性能。

二层组播部署

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