IPTV组播路由探讨

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本文作者：郑秀杰 单位：中国电信股份有限公司宜昌分公司

分析汇聚交换机的出口中继电路上面的报文，主要包含两种到用户机顶盒去的数据流：一种是点对点的TCP或UDP单播数据报文，如时移、点播类业务；另一种是组播数据报文，用于传送直播节目。多条中继电路通过在交换机上设置等价路由，单播数据报文会通过多条中继进行负载分担，因此单播数据在多条中继电路上基本是均衡的。但是组播报文不一样，PIM-SM协议的RPF机制会导致组播报文只能通过互联地址最大的一条中继传输，并不会在多条电路之间负载分担，因此组播在多条中继电路上是不均衡的，结果就是iptv平台出口的多条中继上流量出现不均衡，负责传送组播报文的中继电路利用率明显高于其他中继。以图1为例，若采用GE组网，按照100个直播频道、2Mbps/频道的数据来计算，因S1和CR1之间运行的PIM-SM协议导致组播数据流通过互联IP地址比较大的中继LinkB进行传送，LinkB将比LinkA流量高约200M，利用率高约20%。

按照经验值，IPTV平台的中继利用率最好不高于75%，按照上面提到的100个频道的数据来分析两条中继的利用率：LinkA为55%、LinkB为75%的时候就需要扩容出口带宽，但此时LinkA上仍有200M带宽没有占用，若S1和CR1之间是N条GE互联，其中N-1条利用率最高只能利用到55%，将造成（N-1）*200M的带宽资源的浪费，大部分中继都在一个很低的利用率水平上，从而带来运营成本的增加。

组播数据传送的是直播频道信息，一般是比较固定的，比如100个频道占用200M带宽。单播的数据流量是时刻变化的，对中继带宽的占用也无法完美预测，在混合传送模式下，单播有可能在某个点播高峰期会影响直播频道的收看质量。单播一般具备重传或其他纠错、缓冲机制，在电路轻微拥塞的情况下，对视频的影响有限，但是组播数据如果出现丢包、拥塞等问题，将导致组播节目的马赛克或屏幕停顿现象，客户感知较差。因此目前的中继混合传送单播和组播，存在单播流量影响组播流量的潜在安全问题。

通过以上分析，可以看出现在的混合传送模式的确存在一些不足，可以进行网络优化来尽可能地规避以上的问题。一般有3种解决方案：方案一：平台出口多条中继进行电路聚合。将平台出口的多条中继电路进行链路聚合，从而达到流量均衡的目标，但是无法解决上面提到的单播影响组播的问题。借助部署QoS让组播数据优先转发可作为补充。方案二：组播单独组网。将组播服务器另外通过2台汇聚交换机进行分离，当然组网成本比较高，并需要对现网进行结构性的改造。方案三：用独立中继传送组播数据。将组播数据流和单播数据流通过不同的中继进行承载。图1中，LinkA承载组播，LinkB承载单播，因此随着用户规模的不断扩大，只需要扩容单播中继，因为组播数据流量的相对恒定，组播中继并不需要扩容。以上三种方案，简易可行的方案三是比较合理的，成本增加很少，只增加了1-2条中继电路，可以有效地解决上面提到的所有问题。同时通过一定的策略规划，还可以达到组播中继只传送组播、不备份直播中继、单播中继备份组播中继的效果。在分公司今年进行的IPTV优化方案中，采用方案三，取得非常好的应用效果，流量按照预定分析的路径进行传送，在直播中继电路中断的情况下，可以快速切换到单播电路，用户基本无明显感知，单播中继中断的情况下，直播不受影响。接下来我们分析一个按照方案三的实际部署案例。

我们结合图2对方案进行分析，实际中是双边部署，且IPTV平台的2台交换机之间启用了OSPF协议，限于篇幅，我们只介绍单边的情况，也不涉及OSPF的情况。平台出口情况。S1和CR1之间为2条中继，LinkA为GE电路，只承载组播数据，不备份单播业务，按照频道码流2M计算，保守估计单条GE可以承载300个频道，对目前的应用是足够的；LinkB为10G电路，承载单播数据，同时备份组播业务。部署PIM-SM。S1与CR1之间的LinkA和LinkB按照常规组网模式，启用PIM-SM协议，若10G的LinkB不作为GE的LinkA的备份，LinkB上就不需要启用PIM-SM协议，那么后面的配置基本上就不需要了，为了增强网络的安全性，建议采用组播中继、外加至少1条单播中继部署PIM-SM的方式。S1配置要点。S1的配置有两项任务：配置默认路由指向单播中继；配置RP的明细路由指向组播中继。iproute0.0.0.0/0192.168.1.6：控制S1上单播路由的出流量路径，如果存在多条单播路由中继，则设置多条缺省路由。但是缺省路由不能指向LinkA，否则将会造成单播数据也从LinkA进行发送。iproute192.168..0.254/32192.168.1.2：控制S1向RP发起Register单播报文。本步骤可选，若省略此路由设置，则组播源的Register报文通过LinkB发送，建议启用配置，保证与组播相关的报文都通过专用电路发送。CR1配置要点。CR1的配置任务有两项：IPTV平台服务器段的汇总路由指向单播中继；IPTV平台组播服务器的明细路由指向组播中继。iproute192.168.2.0/24192.168.1.5：掩码24位，汇总路由指向LinkB。iproute192.168.2.2/32192.168.1.1：此处以掩码32位举例，如果组播服务器的地址段可以汇聚，可采用汇总路由。组播服务器明细路由指向LinkA。配置完成后，CR1上检查路由可确认CR1到组播服务器的路由是指向LinkA的明细路由，CR1在进行组播源RPF时会使用单播路由表，CR1将通过组播中继LinkA发送PIM-SMjoin消息来构建SPT，引导组播数据流从组播中继LinkA进行传送。

在IPTV平台组网中，出口需要的中继带宽高，多条中继电路是很普遍的，如果不分离组播数据，将会导致大量中继带宽浪费，同时还无法完美保证组播质量。通过分离组播数据通过单独中继承载、同时在独立中继中断的情况下由单播中继进行备份的方案是比较理想的，如果在单播中继上能够再部署QOS对组播报文进行保证，将会有更好的效果，本文就不再继续讨论了。本文是基于2M码流频道数据进行的分析，如果采用8Mbps的高速码流，一条GE中继可以传送100个频道，通过2-3条的GE聚合对于支撑高速率码流的独立组播中继也是比较现实的，并且随着10G颗粒的引入，原有的GE链路恰好满足此需求。