IPTV組播路由探討
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本文作者：鄭秀杰 單位：中國電信股份有限公司宜昌分公司
分析匯聚交換機的出口中繼電路上面的報文，主要包含兩種到用戶機頂盒去的數據流：一種是點對點的TCP或UDP單播數據報文，如時移、點播類業務；另一種是組播數據報文，用于傳送直播節目。多條中繼電路通過在交換機上設置等價路由，單播數據報文會通過多條中繼進行負載分擔，因此單播數據在多條中繼電路上基本是均衡的。但是組播報文不一樣，PIM-SM協議的RPF機制會導致組播報文只能通過互聯地址最大的一條中繼傳輸，并不會在多條電路之間負載分擔，因此組播在多條中繼電路上是不均衡的，結果就是iptv平臺出口的多條中繼上流量出現不均衡，負責傳送組播報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，按照100個直播頻道、2Mbps/頻道的數據來計算，因S1和CR1之間運行的PIM-SM協議導致組播數據流通過互聯IP地址比較大的中繼LinkB進行傳送，LinkB將比LinkA流量高約200M，利用率高約20%。
按照經驗值，IPTV平臺的中繼利用率最好不高于75%，按照上面提到的100個頻道的數據來分析兩條中繼的利用率：LinkA為55%、LinkB為75%的時候就需要擴容出口帶寬，但此時LinkA上仍有200M帶寬沒有占用，若S1和CR1之間是N條GE互聯，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，大部分中繼都在一個很低的利用率水平上，從而帶來運營成本的增加。
組播數據傳送的是直播頻道信息，一般是比較固定的，比如100個頻道占用200M帶寬。單播的數據流量是時刻變化的，對中繼帶寬的占用也無法完美預測，在混合傳送模式下，單播有可能在某個點播高峰期會影響直播頻道的收看質量。單播一般具備重傳或其他糾錯、緩沖機制，在電路輕微擁塞的情況下，對視頻的影響有限，但是組播數據如果出現丟包、擁塞等問題，將導致組播節目的馬賽克或屏幕停頓現象，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題。
通過以上分析，可以看出現在的混合傳送模式的確存在一些不足，可以進行網絡優化來盡可能地規避以上的問題。一般有3種解決方案：方案一：平臺出口多條中繼進行電路聚合。將平臺出口的多條中繼電路進行鏈路聚合，從而達到流量均衡的目標，但是無法解決上面提到的單播影響組播的問題。借助部署QoS讓組播數據優先轉發可作為補充。方案二：組播單獨組網。將組播服務器另外通過2臺匯聚交換機進行分離，當然組網成本比較高，并需要對現網進行結構性的改造。方案三：用獨立中繼傳送組播數據。將組播數據流和單播數據流通過不同的中繼進行承載。圖1中，LinkA承載組播，LinkB承載單播，因此隨著用戶規模的不斷擴大，只需要擴容單播中繼，因為組播數據流量的相對恒定，組播中繼并不需要擴容。以上三種方案，簡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題。同時通過一定的策略規劃，還可以達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。在分公司今年進行的IPTV優化方案中，采用方案三，取得非常好的應用效果，流量按照預定分析的路徑進行傳送，在直播中繼電路中斷的情況下，可以快速切換到單播電路，用戶基本無明顯感知，單播中繼中斷的情況下，直播不受影響。接下來我們分析一個按照方案三的實際部署案例。
我們結合圖2對方案進行分析，實際中是雙邊部署，且IPTV平臺的2臺交換機之間啟用了OSPF協議，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，只承載組播數據，不備份單播業務，按照頻道碼流2M計算，保守估計單條GE可以承載300個頻道，對目前的應用是足夠的；LinkB為10G電路，承載單播數據，同時備份組播業務。部署PIM-SM。S1與CR1之間的LinkA和LinkB按照常規組網模式，啟用PIM-SM協議，若10G的LinkB不作為GE的LinkA的備份，LinkB上就不需要啟用PIM-SM協議，那么后面的配置基本上就不需要了，為了增強網絡的安全性，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。S1的配置有兩項任務：配置默認路由指向單播中繼；配置RP的明細路由指向組播中繼。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，則設置多條缺省路由。但是缺省路由不能指向LinkA，否則將會造成單播數據也從LinkA進行發送。iproute192.168..0.254/32192.168.1.2：控制S1向RP發起Register單播報文。本步驟可選，若省略此路由設置，則組播源的Register報文通過LinkB發送，建議啟用配置，保證與組播相關的報文都通過專用電路發送。CR1配置要點。CR1的配置任務有兩項：IPTV平臺服務器段的匯總路由指向單播中繼；IPTV平臺組播服務器的明細路由指向組播中繼。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，如果組播服務器的地址段可以匯聚，可采用匯總路由。組播服務器明細路由指向LinkA。配置完成后，CR1上檢查路由可確認CR1到組播服務器的路由是指向LinkA的明細路由，CR1在進行組播源RPF時會使用單播路由表，CR1將通過組播中繼LinkA發送PIM-SMjoin消息來構建SPT，引導組播數據流從組播中繼LinkA進行傳送。
在IPTV平臺組網中，出口需要的中繼帶寬高，多條中繼電路是很普遍的，如果不分離組播數據，將會導致大量中繼帶寬浪費，同時還無法完美保證組播質量。通過分離組播數據通過單獨中繼承載、同時在獨立中繼中斷的情況下由單播中繼進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對組播報文進行保證，將會有更好的效果，本文就不再繼續討論了。本文是基于2M碼流頻道數據進行的分析，如果采用8Mbps的高速碼流，一條GE中繼可以傳送100個頻道，通過2-3條的GE聚合對于支撐高速率碼流的獨立組播中繼也是比較現實的，并且隨著10G顆粒的引入，原有的GE鏈路恰好滿足此需求。