IPTV系統(tǒng)中的IP組播技術(shù)

1、IPTV又稱為網(wǎng)絡(luò)電視、寬帶電視，是利用寬帶網(wǎng)絡(luò)為用戶提供交互式服務(wù)的一種業(yè)務(wù)。通過(guò)IPTV業(yè)務(wù)，用戶可 以得到高質(zhì)量(接近DVD水平)的數(shù)字媒體服務(wù)，可以自由選擇寬帶IP網(wǎng)的視頻節(jié)目，實(shí)現(xiàn)媒體提供者和媒體 消費(fèi)者的實(shí)質(zhì)性互動(dòng)。IP組播在ADSL上實(shí)現(xiàn)IPTV業(yè)務(wù)是基于IP組播技術(shù)的。組播技術(shù)是一種點(diǎn)到多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其目的是減輕網(wǎng)絡(luò) 負(fù)載和媒體服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。組播方式分為靜態(tài)組播和動(dòng)態(tài)組播，由于實(shí)際應(yīng)用中用戶的需求總是變化的，所以在 IPTV中一般采用動(dòng)態(tài)組播。組播協(xié)議從協(xié)議角度講，在IP組播中用到的協(xié)議由兩部分組成：運(yùn)行在主機(jī)與組播路由器之間的路由協(xié)議IGMP(Internet Group

2、Management Protocol)和運(yùn)行在各個(gè)組播路由器之間的組播路由協(xié)議，如PIM SM、PIM DM、 MSDP 和 DVMRP 等。IP組播的實(shí)現(xiàn)主要是基于IGMP協(xié)議的，IGMP協(xié)議是第三層協(xié)議，是TCP/IP的標(biāo)準(zhǔn)之一，所有接收IP組播 的機(jī)器都需要IGMP。組播地址從通信層次上講，IP組播分為兩個(gè)層面：IP組播和以太網(wǎng)組播。根據(jù)IANA (Internet Assigned Number Authority )規(guī)定，組播報(bào)文的地址使用D類IP地址，其范圍從224.0.0.0到239.255.255.255。組播MAC地址 的高24bit固定為0 x015e，同時(shí)需要注意的是組

3、播地址都只能作為目的地址，而不能作為源地址來(lái)使用。IP組 播地址和MAC地址以一種映射關(guān)系相關(guān)聯(lián)，MAC地址的低23位映射為組播MAC的低23位，如圖一所示。組播MAC 地址和組播IP地址的這種映射關(guān)系不是唯一對(duì)應(yīng)的，因?yàn)樵?2位IP組播地址可以變化的28bit中只映射了其 中的23bit，還剩下5bit是可以自由變化的，所以每32個(gè)IP組播地址映射一個(gè)組播MAC地址。DSLAM上實(shí)現(xiàn)IP組播基本原理DSLAM 簡(jiǎn)介DSLAM (數(shù)字用戶線路接入復(fù)用器)是ADSL系統(tǒng)中的局端設(shè)備，其功能是接納所有的DSL線路，匯聚流量， 相當(dāng)于一個(gè)二層交換機(jī)。DSLAM從產(chǎn)生到現(xiàn)在大致經(jīng)歷了三個(gè)階段，各階段的

4、區(qū)別在于交換內(nèi)核，上聯(lián)口以及由此引起的不同QoS，具體如表一所示。IGMP Proxy 和 IGMP Snooping由于采用了不同的交換內(nèi)核和上聯(lián)口，因此在DSLAM上進(jìn)行IP組播可以采用IGMP Proxy和IGMP Snooping 兩種方式。IGMP Proxy的實(shí)現(xiàn)機(jī)理：DSLAM靠攔截用戶和路由器之間的IGMP報(bào)文建立組播表，Proxy設(shè)備的上聯(lián)端口執(zhí) 行主機(jī)的角色，下聯(lián)端口執(zhí)行路由器的角色；IGMP Snooping的實(shí)現(xiàn)機(jī)理：DSLAM以偵聽(tīng)主機(jī)發(fā)向路由器IGMP成員報(bào)告消息的方式，形成組成員和交換機(jī) 端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系，DSLAM則根據(jù)該對(duì)應(yīng)關(guān)系，將收到的組播數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到組成員的

5、端口。早期的基于純ATM交換內(nèi)核的DSLAM，由于PVC的終結(jié)是在BAS上，DSLAM支持?jǐn)?shù)據(jù)的透?jìng)?，不能?duì)數(shù)據(jù)進(jìn) 行任何的處理，所以只能實(shí)現(xiàn)IGMP Snooping功能，而不能支持IGMP Proxy功能?，F(xiàn)在基于純IP交換的第三代DSLAM，可以同時(shí)支持 IGMP Proxy 和 IGMP Snooping 功能。DSLAM上實(shí)現(xiàn)IP組播的一般流程組播系統(tǒng)由視頻組播業(yè)務(wù)系統(tǒng)、IP城域網(wǎng)、接入網(wǎng)絡(luò)和家庭網(wǎng)絡(luò)四部分組成。DSLAM下行與ADSL Modem之間為ATM信元方式，現(xiàn)在的Modem雖然一般都支持8條PVC，但只用到了 3條， 一條用于組播業(yè)務(wù)，一條用于單播業(yè)務(wù)，一條用于信令，而且

6、一般不提供PVC和端口的綁定。當(dāng)用戶打算要加入 組播組時(shí)，流程如下：1）STB（Set top Box ）通過(guò)發(fā)送DHCP報(bào)文獲得一個(gè)IP地址；）對(duì)STB上報(bào)的用戶名和密碼進(jìn)行驗(yàn)證，獲得電子節(jié)目表；）用戶進(jìn)行節(jié)目選擇；）選中節(jié)目后，STB就發(fā)送一個(gè)IGMP加入報(bào)文，在組播路由器上建立組播映射表（組和VLAN相對(duì)應(yīng)）和 DSLAM上建立組播轉(zhuǎn)發(fā)表（組和用戶板端口對(duì)應(yīng)），同時(shí)建立組播業(yè)務(wù)和PVC的綁定；）用戶觀看組播節(jié)目。其中關(guān)鍵的是要在組播路由器中建立組播映射表和DSLAM上建立組播轉(zhuǎn)發(fā)表。具體實(shí)現(xiàn)因IGMP Proxy和IGMP Snooping的不同而不同。以下的部分將以第三代DSLAM為例

7、進(jìn)行說(shuō)明。在IGMP Proxy模式下當(dāng)（DSLAM ）用戶板端口收到IGMP申請(qǐng)加入報(bào)文后，啟動(dòng)IGMP Proxy功能，截獲這個(gè) 申請(qǐng)報(bào)文。然后是鑒權(quán)，鑒權(quán)通過(guò)后進(jìn)行以下邏輯檢查：若申請(qǐng)的組是DSLAM中還沒(méi)有的，那么DSLAM就向上層 路由器發(fā)送一個(gè)IGMP加入請(qǐng)求，并建立組播轉(zhuǎn)發(fā)表；如果在DSLAM內(nèi)已經(jīng)存在一個(gè)這樣的組播組，則直接將該 用戶加入DSLAM上的組播轉(zhuǎn)發(fā)表，不再向上層路由器發(fā)送IGMP加入報(bào)文，同時(shí)建立組播業(yè)務(wù)和PVC的對(duì)應(yīng)表。在IGMP Snooping模式下當(dāng)用戶板端口收到IGMP加入報(bào)文后，DSLAM通過(guò)偵聽(tīng)獲得組播轉(zhuǎn)發(fā)表消息，但對(duì) IGMP報(bào)文而言，它是透?jìng)鹘?jīng)過(guò)D

8、SLAM的。在路由器上根據(jù)對(duì)IGMP報(bào)文的分析來(lái)建立組播組和VLAN的映射表，通過(guò)VLAN劃分不同的（組播）組，可 以防止泛洪同時(shí)也增強(qiáng)了不同組用戶間的安全性。DSLAM上實(shí)現(xiàn)IP組播性能的衡量DSLAM上實(shí)現(xiàn)IP組播性能的衡量主要分為功能和性能兩部分。功能方面包括：1）DSLAM組播流的轉(zhuǎn)發(fā)。DSLAM能按組播轉(zhuǎn)發(fā)表正確轉(zhuǎn)發(fā)。2）多個(gè)組成員的加入不會(huì)影響到組內(nèi)其它成員收看組播節(jié)目；同樣的，單個(gè)組成員的離開(kāi)和單個(gè)組的離開(kāi) 也不會(huì)影響到組內(nèi)其它成員和其它組的成員觀看組播節(jié)目。3）對(duì)組播權(quán)限的控制。對(duì)權(quán)限的控制應(yīng)該是基于端口號(hào)、MAC地址或者IP地址的靈活控制，而且控制的顆 粒度應(yīng)能控制某個(gè)用戶可

9、以加入此組播組但是不能加入彼組播組。4）IPTV頻道切換時(shí)延。時(shí)延要在用戶能接收的范圍內(nèi)，與電視頻道切換時(shí)間相當(dāng)是比較理想的。性能方面主要包括：1）組成員Join/Leave的時(shí)延。Join時(shí)延是指從待測(cè)路由器收到指定組播組的Join消息到它開(kāi)始向該指定 組播組轉(zhuǎn)發(fā)組播流的時(shí)延；Leave時(shí)延是指從待測(cè)路由器收到組的Leave消息到它停止向該指定組轉(zhuǎn)發(fā)組播流的 時(shí)延。2）在單/多PVC下多業(yè)務(wù)的QoS。保證在同一條PVC或者多條PVC上能傳送不同的業(yè)務(wù)。3）單板組播性能。該性能用于表征單用戶板滿配情況下最大無(wú)差錯(cuò)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)的組播流速率，速率的大小關(guān)系 到組播源可以向用戶提供的業(yè)務(wù)類型，如果速率不夠

10、大就有可能會(huì)限制某些業(yè)務(wù)的開(kāi)展。實(shí)際運(yùn)用中還需要注意的問(wèn)題在DSLAM上開(kāi)展IP組播作為一項(xiàng)新的寬帶視頻業(yè)務(wù)，在即將走向大規(guī)模商用之際還存在不少的問(wèn)題。由于采用了 IP城域網(wǎng)作為組播流承載網(wǎng)，那么IP固有的QoS問(wèn)題就將成為需要首先解決的問(wèn)題之一。QoS 涉及方面較多，對(duì)在DSLAM上實(shí)現(xiàn)IP組播來(lái)講，其影響主要有以下幾個(gè)方面：ADSL帶寬：在現(xiàn)有編碼技術(shù)下，要獲得如DVD （采用MPEG4/H.264編碼技術(shù)）效果的畫(huà)面需要的帶寬大約為 2M左右，而目前ADSL通常只提供512K1M的接入速率。設(shè)備：DSLAM設(shè)備自身的發(fā)展還是一個(gè)逐步完善，逐步走向商用的過(guò)程。QoS實(shí)現(xiàn)方式：由于采用了基于

11、IP交換內(nèi)核和IP上聯(lián)，那么以前ATM特有的QoS實(shí)現(xiàn)方式就不能應(yīng)用了。 在這種情況下，想通過(guò)對(duì)業(yè)務(wù)的識(shí)別來(lái)保證其QoS，就要采用如IEEE802.1P的優(yōu)先級(jí)劃分協(xié)議等來(lái)實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù) 的 QoS。要開(kāi)展IP組播業(yè)務(wù)，接入認(rèn)證也是一個(gè)很重要的方面，現(xiàn)在主流的接入認(rèn)證方式有PPPoE和DHCP+Web認(rèn)證。 組播流要經(jīng)由BAS才能到達(dá)DSLAM，這無(wú)疑會(huì)加重BAS的負(fù)擔(dān)，容易使BAS成為瓶頸，所以PPPoE接入認(rèn)證限制 了多播協(xié)議的存在，有悖于組播要減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的初衷，影響多播視頻業(yè)務(wù)的開(kāi)展。在這種情況下，組播流旁路 BAS，經(jīng)過(guò)邊緣L3交換機(jī)或路由器直接到DSLAM，使用DHCP+Web認(rèn)證。DHCP+Web認(rèn)證不用在用戶主機(jī)和BRAS之 間建立類似PPP的通道，因此不會(huì)加重BAS的負(fù)擔(dān)，不存在對(duì)多播協(xié)議的限制。此外計(jì)費(fèi)和對(duì)用戶的管理也是要重點(diǎn)