IPTV組播路由探討

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本文作者：鄭秀杰 單位：中國(guó)電信股份有限公司宜昌分公司

分析匯聚交換機(jī)的出口中繼電路上面的報(bào)文，主要包含兩種到用戶機(jī)頂盒去的數(shù)據(jù)流：一種是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的TCP或UDP單播數(shù)據(jù)報(bào)文，如時(shí)移、點(diǎn)播類業(yè)務(wù)；另一種是組播數(shù)據(jù)報(bào)文，用于傳送直播節(jié)目。多條中繼電路通過(guò)在交換機(jī)上設(shè)置等價(jià)路由，單播數(shù)據(jù)報(bào)文會(huì)通過(guò)多條中繼進(jìn)行負(fù)載分擔(dān)，因此單播數(shù)據(jù)在多條中繼電路上基本是均衡的。但是組播報(bào)文不一樣，PIM-SM協(xié)議的RPF機(jī)制會(huì)導(dǎo)致組播報(bào)文只能通過(guò)互聯(lián)地址最大的一條中繼傳輸，并不會(huì)在多條電路之間負(fù)載分擔(dān)，因此組播在多條中繼電路上是不均衡的，結(jié)果就是iptv平臺(tái)出口的多條中繼上流量出現(xiàn)不均衡，負(fù)責(zé)傳送組播報(bào)文的中繼電路利用率明顯高于其他中繼。以圖1為例，若采用GE組網(wǎng)，按照100個(gè)直播頻道、2Mbps/頻道的數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算，因S1和CR1之間運(yùn)行的PIM-SM協(xié)議導(dǎo)致組播數(shù)據(jù)流通過(guò)互聯(lián)IP地址比較大的中繼LinkB進(jìn)行傳送，LinkB將比LinkA流量高約200M，利用率高約20%。

按照經(jīng)驗(yàn)值，IPTV平臺(tái)的中繼利用率最好不高于75%，按照上面提到的100個(gè)頻道的數(shù)據(jù)來(lái)分析兩條中繼的利用率：LinkA為55%、LinkB為75%的時(shí)候就需要擴(kuò)容出口帶寬，但此時(shí)LinkA上仍有200M帶寬沒(méi)有占用，若S1和CR1之間是N條GE互聯(lián)，其中N-1條利用率最高只能利用到55%，將造成（N-1）*200M的帶寬資源的浪費(fèi)，大部分中繼都在一個(gè)很低的利用率水平上，從而帶來(lái)運(yùn)營(yíng)成本的增加。

組播數(shù)據(jù)傳送的是直播頻道信息，一般是比較固定的，比如100個(gè)頻道占用200M帶寬。單播的數(shù)據(jù)流量是時(shí)刻變化的，對(duì)中繼帶寬的占用也無(wú)法完美預(yù)測(cè)，在混合傳送模式下，單播有可能在某個(gè)點(diǎn)播高峰期會(huì)影響直播頻道的收看質(zhì)量。單播一般具備重傳或其他糾錯(cuò)、緩沖機(jī)制，在電路輕微擁塞的情況下，對(duì)視頻的影響有限，但是組播數(shù)據(jù)如果出現(xiàn)丟包、擁塞等問(wèn)題，將導(dǎo)致組播節(jié)目的馬賽克或屏幕停頓現(xiàn)象，客戶感知較差。因此目前的中繼混合傳送單播和組播，存在單播流量影響組播流量的潛在安全問(wèn)題。

通過(guò)以上分析，可以看出現(xiàn)在的混合傳送模式的確存在一些不足，可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化來(lái)盡可能地規(guī)避以上的問(wèn)題。一般有3種解決方案：方案一：平臺(tái)出口多條中繼進(jìn)行電路聚合。將平臺(tái)出口的多條中繼電路進(jìn)行鏈路聚合，從而達(dá)到流量均衡的目標(biāo)，但是無(wú)法解決上面提到的單播影響組播的問(wèn)題。借助部署QoS讓組播數(shù)據(jù)優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)可作為補(bǔ)充。方案二：組播單獨(dú)組網(wǎng)。將組播服務(wù)器另外通過(guò)2臺(tái)匯聚交換機(jī)進(jìn)行分離，當(dāng)然組網(wǎng)成本比較高，并需要對(duì)現(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)性的改造。方案三：用獨(dú)立中繼傳送組播數(shù)據(jù)。將組播數(shù)據(jù)流和單播數(shù)據(jù)流通過(guò)不同的中繼進(jìn)行承載。圖1中，LinkA承載組播，LinkB承載單播，因此隨著用戶規(guī)模的不斷擴(kuò)大，只需要擴(kuò)容單播中繼，因?yàn)榻M播數(shù)據(jù)流量的相對(duì)恒定，組播中繼并不需要擴(kuò)容。以上三種方案，簡(jiǎn)易可行的方案三是比較合理的，成本增加很少，只增加了1-2條中繼電路，可以有效地解決上面提到的所有問(wèn)題。同時(shí)通過(guò)一定的策略規(guī)劃，還可以達(dá)到組播中繼只傳送組播、不備份直播中繼、單播中繼備份組播中繼的效果。在分公司今年進(jìn)行的IPTV優(yōu)化方案中，采用方案三，取得非常好的應(yīng)用效果，流量按照預(yù)定分析的路徑進(jìn)行傳送，在直播中繼電路中斷的情況下，可以快速切換到單播電路，用戶基本無(wú)明顯感知，單播中繼中斷的情況下，直播不受影響。接下來(lái)我們分析一個(gè)按照方案三的實(shí)際部署案例。

我們結(jié)合圖2對(duì)方案進(jìn)行分析，實(shí)際中是雙邊部署，且IPTV平臺(tái)的2臺(tái)交換機(jī)之間啟用了OSPF協(xié)議，限于篇幅，我們只介紹單邊的情況，也不涉及OSPF的情況。平臺(tái)出口情況。S1和CR1之間為2條中繼，LinkA為GE電路，只承載組播數(shù)據(jù)，不備份單播業(yè)務(wù)，按照頻道碼流2M計(jì)算，保守估計(jì)單條GE可以承載300個(gè)頻道，對(duì)目前的應(yīng)用是足夠的；LinkB為10G電路，承載單播數(shù)據(jù)，同時(shí)備份組播業(yè)務(wù)。部署PIM-SM。S1與CR1之間的LinkA和LinkB按照常規(guī)組網(wǎng)模式，啟用PIM-SM協(xié)議，若10G的LinkB不作為GE的LinkA的備份，LinkB上就不需要啟用PIM-SM協(xié)議，那么后面的配置基本上就不需要了，為了增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全性，建議采用組播中繼、外加至少1條單播中繼部署PIM-SM的方式。S1配置要點(diǎn)。S1的配置有兩項(xiàng)任務(wù)：配置默認(rèn)路由指向單播中繼；配置RP的明細(xì)路由指向組播中繼。iproute0.0.0.0/0192.168.1.6：控制S1上單播路由的出流量路徑，如果存在多條單播路由中繼，則設(shè)置多條缺省路由。但是缺省路由不能指向LinkA，否則將會(huì)造成單播數(shù)據(jù)也從LinkA進(jìn)行發(fā)送。iproute192.168..0.254/32192.168.1.2：控制S1向RP發(fā)起Register單播報(bào)文。本步驟可選，若省略此路由設(shè)置，則組播源的Register報(bào)文通過(guò)LinkB發(fā)送，建議啟用配置，保證與組播相關(guān)的報(bào)文都通過(guò)專用電路發(fā)送。CR1配置要點(diǎn)。CR1的配置任務(wù)有兩項(xiàng)：IPTV平臺(tái)服務(wù)器段的匯總路由指向單播中繼；IPTV平臺(tái)組播服務(wù)器的明細(xì)路由指向組播中繼。iproute192.168.2.0/24192.168.1.5：掩碼24位，匯總路由指向LinkB。iproute192.168.2.2/32192.168.1.1：此處以掩碼32位舉例，如果組播服務(wù)器的地址段可以匯聚，可采用匯總路由。組播服務(wù)器明細(xì)路由指向LinkA。配置完成后，CR1上檢查路由可確認(rèn)CR1到組播服務(wù)器的路由是指向LinkA的明細(xì)路由，CR1在進(jìn)行組播源RPF時(shí)會(huì)使用單播路由表，CR1將通過(guò)組播中繼LinkA發(fā)送PIM-SMjoin消息來(lái)構(gòu)建SPT，引導(dǎo)組播數(shù)據(jù)流從組播中繼LinkA進(jìn)行傳送。

在IPTV平臺(tái)組網(wǎng)中，出口需要的中繼帶寬高，多條中繼電路是很普遍的，如果不分離組播數(shù)據(jù)，將會(huì)導(dǎo)致大量中繼帶寬浪費(fèi)，同時(shí)還無(wú)法完美保證組播質(zhì)量。通過(guò)分離組播數(shù)據(jù)通過(guò)單獨(dú)中繼承載、同時(shí)在獨(dú)立中繼中斷的情況下由單播中繼進(jìn)行備份的方案是比較理想的，如果在單播中繼上能夠再部署QOS對(duì)組播報(bào)文進(jìn)行保證，將會(huì)有更好的效果，本文就不再繼續(xù)討論了。本文是基于2M碼流頻道數(shù)據(jù)進(jìn)行的分析，如果采用8Mbps的高速碼流，一條GE中繼可以傳送100個(gè)頻道，通過(guò)2-3條的GE聚合對(duì)于支撐高速率碼流的獨(dú)立組播中繼也是比較現(xiàn)實(shí)的，并且隨著10G顆粒的引入，原有的GE鏈路恰好滿足此需求。