1简介
作为一种新的高带宽，高质量的Internet多媒体服务，IPTV对电信运营商的IP城域网提出了更高的要求。 与传统的单播技术相比，组播技术的优点是在等效传输效率的基础上，网络带宽不会随着用户数量的增加而线性增加，可以有效节省视频服务器和承载网络的负载。 因此，为使电信运营商高效，经济地部署和实施IPTV服务，建议使用端到端组播推送，IP组播网络的配置是关键。
目前，电信运营商的IP城域网主要由城域骨干网和宽带接入网组成，IPTV业务数据又通过城域骨干网和宽带接入网推送到用户端。 城域骨干网主要由网络层（第3层）设备组成，这些设备可以使多播路由协议（例如PIM-SM）访问多播源（即IPTV前端设备），以路由和转发多播数据包。 宽带接入网主要由数据链路层（第2层）设备组成，诸如IGMP Proxy或IGMP Snooping之类的技术可用于第2层多播转发，以访问IPTV终端设备（即IPTV机顶盒）。 图1是IPTV端到端多播推送模型的示意图。
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图1 IPTV端到端组播推送网络模型
本文从城域骨干网和宽带接入网这两个不同的网络级别介绍了IPTV端到端多播推送网络的关键配置技术。
2.城域骨干网关键组播配置技术
2.1组播路由技术
多播消息和单播消息之间的主要区别是消息目标地址的标识。 多播消息的目标地址是多播组地址（以“ 1110”开头的D类IP地址），而单播消息则基于目标主机IP。 该地址用作目标地址。 由于多播组地址和目标主机之间没有一对一的对应关系，因此多播路由器只能使用消息源地址的唯一性来做出路由决策。 换句话说，多播路由器根据消息的源地址而不是目标地址，在远离多播源的方向上发送消息。 这项技术称为反向路径转发（简称RPF）。
为了避免路由环路等问题，RPF规定多播数据包必须从指定的上游相邻节点到达路由器，而其他相邻节点转发的多播数据包则被丢弃。 当多播路由出现问题时，多播数据包可能无法通过单播数据包等其他路径到达，IPTV实时广播信号将在骨干网中中断，并且单播应用程序（如Web浏览以及邮件发送和接收）是正常的障碍。 这时，沿着多播分发路径，检查多播路由器及其上游相邻节点的RPF路由表。
2.2组播路由交换技术
PIM-SM协议中的组播分发树可以分为两类：源树和共享树。 源树使用组播源作为树的根，也称为最短路径树，可以最大程度地减少端到端组播延迟，但是路由器必须存储大量路由信息，这会消耗大量资源。系统资源； 共享树使用RP（PIM-SM），该协议中的一个重要路由器，用于在多播源和多播路由器之间路由和收敛。）作为所有多播分发树的公共根节点，多播源流量必须先到达RP，然后才能传送，并且多播路径通常不是最佳的，它将引入额外的网络延迟，但是路由器需要保留的路由信息可能很小。
PIM-SM协议充分利用了两个组播分发树的优点。 在组播的初始阶段，组播路由器无法使用源树，因为它无法知道组播源的位置，但是可以获取组播源通过已知的RP节点及其共享树发送的前几个组播数据包。 了解多播源的位置，然后从共享树切换到源树，以减少网络延迟并避免可能由RP节点引起的网络瓶颈。
城域骨干网通常主要由Cisco路由器组成。 诸如Cisco之类的路由器通过流率的预设阈值SPT-Threshold来实现多播分发树的交换。 当检测到组播源的组播流量超过SPT-Threshold时，组播路由将从共享树切换到源树。 同样，如果多播流率低于SPT-Threshold，则其多播路由也可以从源树切换回共享树。 SPT-Threshold通常配置为0，以便路由器在接收到第一个多播数据包后将从共享树切换到源。
2.3RP配置技术
作为共享树的根节点，RP在组播过程中起上下链接的作用。 考虑到PIM-SM协议具有组播分发树交换的特性，通常使用RP建立组播源与组播路由器之间的初始连接。 一旦路由器的多播路由从共享树切换到源树，它将不再是RP，并且再次需要其共享树。 因此，RP在组播网络中的位置不是很重要。 关键是它的可靠性和稳定性。
为了提高RP的可靠性和稳定性，可以选择多个组播路由器来共享RP的功能（即Anycast RP技术），并且为每个RP节点的环回接口分配相同的IP地址，从而形成RP。负载共享和故障保护。
组播网络中的RP配置问题不仅与RP节点本身的配置和部署有关，而且还涉及其他组播路由器如何了解RP节点的问题。 在组播的初始阶段，组播路由器可能不知道组播源的位置，但是必须知道RP地址。 组播路由器获取RP地址的主要方式有两种，即静态配置RP方法和自动发现RP方法。 RP的静态配置更安全，可以有效防止伪造RP等欺诈活动，但网络配置的工作量大，不利于RP等节点的动态调整。 RP的自动发现可以减少配置工作量，并简化网络更改和控制策略。 进行调整，但存在一定的安全风险。 对于小型城域骨干网，可以在每个组播路由器上使用静态配置RP的方法。 对于具有严格安全防御策略的大型城域骨干网，建议使用自动发现RP的方法。
2.4 IPTV前端组播加入技术
在多播的初始阶段，多播路由器通常通过已知的RP节点及其共享树来获取IPTV头端（即，多播源）流量和位置信息。 为了使RP了解组播源，直接连接到组播源的组播路由器负责将组播源发送的前几个组播数据包封装在单独的PIM注册消息中，并以单播方式发起到RP的组播。模式。 来源注册过程。 通过此消息，RP不仅可以获取感兴趣的组播组的报文，还可以获取组播源的IP地址。 之后，RP将组播源信息转发给其他组播路由器，并以PIM Registe-Stop消息结束组播源注册过程。
3.宽带接入网的组播关键配置技术
3.1 IPTV用户端组播加入技术
IPTV客户端（机顶盒）通过宽带访问网络通过IGMP协议与城域骨干网服务访问控制层的多播路由器（通常由服务路由器或宽带访问服务器进行通信）进行通信，以加入或退出特定的组播组（即IPTV直播频道）。
当机顶盒向多播路由器发送多播组加入请求消息时，消息的目标MAC地址是多播组的MAC地址而不是多播路由器，这与单播方法不同。 应当注意，组播组MAC地址实际上对应于32个不同的组播组IP地址。 这是因为组播组的MAC地址是01：00：5E：00：00：00〜01：00：5E：7F：FF：FF，即有效地址空间只有23位，有效组播组IP的地址共有28个空格。
两者之间的映射关系是将MACC地址的低23位等同于IP地址的低23位，从而导致多播组IP地址的高5位丢失。 例如，如果三个不同的IPTV直播频道使用224.0.0.1、224.128.0.1和239.128.0.1作为多播组IP地址，则它们对应的多播组MAC地址都为01：00：5E：00：00:01，将导致宽带接入网络的机顶盒和第二层设备无法区分这三个信号。 因此，在规划组播IP地址时，请注意这些问题。
3.2二层组播转发技术
宽带接入网络由大量的网络元素设备组成，例如在数据链路层运行的第2层交换机和DSLAM。 第2层设备的功能是，它基于设备端口之间的MAC地址交换/转发数据帧，并且对IP数据包的第2层（网络层）的解析和路由功能较差，因此它不能直接支持在IGMP上工作的第三层。 和其他多播协议。 当典型的第XNUMX层设备（例如交换机）处理IPTV多播流量时，它会根据未知的目标地址或广播方法将多播数据帧广播到其所有端口，这很可能会引起诸如广播风暴之类的问题。
为了解决组播数据包泛洪的问题，需要采用IGMP Snooping和IGMP Proxy等二层组播转发技术。 IGMP Snooping技术监视机顶盒和组播路由器之间的IGMP消息，以掌握设备端口到组播数据帧的转发关系。 尽管IGMP代理技术在机顶盒和多播路由器之间拦截IGMP消息，但是过滤和代理转发可以节省多播路由器和第2层设备之间的多播流量，但是它需要诸如处理能力和内存之类的高性能指标。网元设备的名称。 在配置第二层设备时，可以根据网元设备的实际性能以及对IGMP Snooping / Proxy技术的支持程度进行选择。
以带宽为2 Mbit / s的IPTV直播频道为例。 如果第二层设备不使用第二层组播转发技术，则发送到所有IPTV用户的组播数据包将转发到所有端口，即使用户端口的速率为2 Mbit / s。 s的访问带宽，可以阻止2个IPTV直播频道的组播数据包； 采用二层组播转发技术后，组播报文仅转发到具有使用请求的端口，并且每个端口最多仅连接一个IPTV机顶盒，最多只能有一个组播报文（即，实况频道的10 Mbit / s流量被转发到相应的端口。
3.3 VLAN配置技术
第2层组播转发的流量仅涉及IPTV组播服务，不涉及其他宽带服务。 因此，在宽带接入网络中，通常使用诸如VLAN之类的技术来将IPTV多播流量与其他服务和用户流量隔离开。 常用的VLAN技术包括从组播VLAN到每个用户VLAN的跨VLAN组播复制技术和QinQ，QinQ解决了VLAN ID数量不足的问题。
3.4静态组播和动态组播技术
IPTV直播节目通过IP承载网传递给用户终端，主要有两种组播方式，即动态组播方式和静态组播方式。 在动态多播模式下，交换机，DSLAM和其他设备仅在收到第一个用户加入频道（多播组）的请求后才接收并传送频道节目。 当用户退出时，网元设备将停止接收组播流。 静态组播方式是在交换设备上静态配置每个IPTV频道（组播组）的MAC组播转发表项，无论下游用户是否观看，组播流已经下发到网元设备。
静态多播流量与IPTV用户数量无关，而与通道数和每个通道的带宽无关。 当用户数量小于通道数量时，流量将大于单播流量；当用户数量小于通道数量时，流量将大于单播流量。 动态多播的最大流量是当IPTV并发用户数小于通道数时，当IPTV并发用户数大于信道数时，等效于静态多播流量。 静态组播模式下，用户的信道切换速度快，业务感知能力好，但网络带宽需求较大； 动态多播在任何情况下都可以最大程度地减少网络流量，但是当用户收到新的频道（多播组）时，可能会有一定的网络延迟。
当连接到网络设备的IPTV用户数量很少时，多播的优势并不明显。 因此，在IPTV业务发展的初期，IPTV用户不多，或者宽带接入网还没有到位。 您可以使用动态多播甚至单播来传输IPTV实时信号。 当连接到网络设备的用户数量远远超过IPTV频道数量时，组播以节省网络流量带宽的特性变得越来越重要。 此时，也就是说，当IPTV服务已经发展到成熟阶段并且宽带接入网络已经到位时，可以使用静态多播模式来发送IPTV实况信号，从而进一步提高IPTV服务质量。 因此，运营商可以根据实际情况，例如网络质量和IPTV服务渗透率，决定将接入网络设备配置为动态还是静态多播模式。
4结论
结合现有的电信运营商IP城域网，系统地阐述了IPTV端到端组播推送网络配置的关键技术，对于电信运营商高效，经济地部署和实施IPTV业务具有重要的参考意义。
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