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1 Introducción
Como nuevo servicio multimedia de Internet de gran ancho de banda y alta calidad, IPTV impone requisitos más altos a la red de área metropolitana IP de los operadores de telecomunicaciones. En comparación con la tecnología de unidifusión tradicional, la tecnología de multidifusión tiene la ventaja de que el ancho de banda de la red no aumenta linealmente con el número de usuarios sobre la base de una eficiencia de transmisión equivalente, y puede ahorrar efectivamente la carga del servidor de video y la red portadora. Por lo tanto, para que los operadores de telecomunicaciones desplieguen e implementen servicios de IPTV de manera eficiente y económica, se recomienda utilizar el empuje de multidifusión de extremo a extremo, y la configuración de la red de multidifusión IP es la clave.
En la actualidad, la red de área metropolitana IP de los operadores de telecomunicaciones se compone principalmente de la red troncal del área metropolitana y la red de acceso de banda ancha, y los datos del servicio de IPTV se envían al extremo del usuario a través de la red troncal del área metropolitana y la red de acceso de banda ancha a su vez. La red troncal metropolitana se compone principalmente de dispositivos de capa de red (capa 3), que pueden habilitar protocolos de enrutamiento de multidifusión como PIM-SM para acceder a fuentes de multidifusión (es decir, dispositivos de cabecera de IPTV) para enrutar y reenviar paquetes de multidifusión. La red de acceso de banda ancha se compone principalmente de equipos de capa de enlace de datos (capa 2), y se pueden utilizar tecnologías como IGMP Proxy o IGMP Snooping para el reenvío de multidifusión de capa 2 para acceder a equipos terminales de IPTV (es decir, decodificadores de IPTV). La Figura 1 es un diagrama esquemático de un modelo de inserción de multidifusión de extremo a extremo de IPTV.
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Figura 1 Modelo de red push de multidifusión de extremo a extremo de IPTV
Este artículo describe las tecnologías de configuración clave de la red de empuje de multidifusión de extremo a extremo de IPTV desde dos niveles de red diferentes: la red troncal metropolitana y la red de acceso de banda ancha.
2. Tecnología clave de configuración de multidifusión para la red troncal metropolitana
2.1 Tecnología de enrutamiento de multidifusión
La principal diferencia entre un mensaje de multidifusión y un mensaje de unidifusión es la identificación de la dirección de destino del mensaje. La dirección de destino del mensaje de multidifusión es la dirección del grupo de multidifusión (dirección IP de clase D que comienza con "1110") y el mensaje de unidifusión se basa en la IP del host de destino. La dirección se utiliza como dirección de destino. Dado que no existe una correspondencia uno a uno entre la dirección del grupo de multidifusión y el host de destino, el enrutador de multidifusión solo puede usar la unicidad de la dirección de origen del mensaje para tomar decisiones de enrutamiento. En otras palabras, el enrutador de multidifusión envía el mensaje en la dirección que se aleja de la fuente de multidifusión según la dirección de origen del mensaje en lugar de la dirección de destino. Esta tecnología se llama reenvío de ruta inversa (RPF para abreviar).
Para evitar problemas como los bucles de enrutamiento, RPF estipula que los paquetes de multidifusión deben llegar al enrutador desde el nodo vecino ascendente designado, y los paquetes de multidifusión reenviados por otros nodos vecinos se descartan. Cuando hay un problema con el enrutamiento de multidifusión, es posible que los paquetes de multidifusión no puedan llegar a través de otras rutas como los paquetes de unidifusión, las señales de transmisión en vivo de IPTV se interrumpirán en la red troncal y las aplicaciones de unidifusión como la navegación web y el envío y recepción de correo son normales obstáculos. En este momento, a lo largo de la ruta de distribución de multidifusión, verifique la tabla de enrutamiento RPF del enrutador de multidifusión y sus nodos vecinos ascendentes.
2.2 Tecnología de conmutación de enrutamiento de multidifusión
El árbol de distribución de multidifusión en el protocolo PIM-SM se puede dividir en dos categorías: árbol de origen y árbol compartido. El árbol de origen utiliza el origen de multidifusión como raíz del árbol, también conocido como árbol de ruta más corta, que puede minimizar el retardo de multidifusión de un extremo a otro, pero el enrutador debe almacenar una gran cantidad de información de enrutamiento, lo que consume mucha de los recursos del sistema; el árbol compartido usa RP (PIM-SM) Un enrutador importante en el protocolo, utilizado para enrutar y converger entre fuentes de multidifusión y enrutadores de multidifusión) Como el nodo raíz común de todos los árboles de distribución de multidifusión, el tráfico de origen de multidifusión debe llegar primero al RP antes de ser entregado, y la ruta de multidifusión generalmente no es óptima. Introducirá un retraso adicional en la red, pero la información de enrutamiento que el enrutador necesita retener puede ser muy pequeña.
El protocolo PIM-SM aprovecha al máximo las ventajas de los dos árboles de distribución de multidifusión. En la etapa inicial de multidifusión, el enrutador de multidifusión no puede utilizar el árbol de origen porque no puede conocer la ubicación del origen de multidifusión, pero puede obtener los primeros paquetes de multidifusión enviados por la fuente de multidifusión a través del nodo RP conocido y su árbol compartido. Conozca la ubicación de la fuente de multidifusión y cambie del árbol compartido al árbol de origen para reducir el retraso de la red y evitar los cuellos de botella de la red que pueden ser causados por los nodos RP.
La red troncal metropolitana generalmente se compone principalmente de enrutadores Cisco. Los enrutadores como Cisco implementan la conmutación del árbol de distribución de multidifusión a través del umbral preestablecido SPT-Threshold del caudal. Cuando se detecta que la tasa de flujo de multidifusión de una fuente de multidifusión excede SPT-Threshold, su enrutamiento de multidifusión cambiará del árbol compartido al árbol de origen; De manera similar, si la tasa de flujo de multidifusión es menor que SPT-Threshold, su enrutamiento de multidifusión también puede volver del árbol de origen al árbol compartido. SPT-Threshold generalmente se configura como 0, por lo que el enrutador cambiará del árbol compartido al origen después de recibir el primer paquete de multidifusión.
Tecnología de configuración 2.3RP
Como nodo raíz del árbol compartido, RP juega un papel de vinculación hacia arriba y hacia abajo en el proceso de multidifusión. Teniendo en cuenta que el protocolo PIM-SM tiene las características de la conmutación de árbol de distribución de multidifusión, RP se utiliza generalmente para establecer la conexión inicial entre la fuente de multidifusión y el enrutador de multidifusión. Una vez que el enrutamiento de multidifusión del enrutador se cambia del árbol compartido al árbol de origen, no hará RP y su árbol compartido será necesario nuevamente. Por lo tanto, la ubicación del RP en la red de multidifusión no es muy importante. La clave es su fiabilidad y estabilidad.
Para mejorar la confiabilidad y estabilidad de RP, se pueden seleccionar múltiples enrutadores de multidifusión para compartir la función de RP (es decir, tecnología Anycast RP), y a la interfaz de bucle invertido de cada nodo RP se le asigna la misma dirección IP, formando así la carga compartida y protección contra fallas.
El problema de configuración de RP en la red de multidifusión no solo está relacionado con la configuración y el despliegue del nodo de RP en sí, sino que también implica el problema de cómo otros enrutadores de multidifusión aprenden sobre el nodo de RP. En la etapa inicial de multidifusión, es posible que el enrutador de multidifusión no conozca la ubicación de la fuente de multidifusión, pero se debe conocer la dirección RP. Hay dos formas principales para que un enrutador de multidifusión obtenga una dirección RP, es decir, el método RP de configuración estática y el método RP de descubrimiento automático. La configuración estática de RP es más segura y puede prevenir eficazmente actividades fraudulentas como la falsificación de RP, pero la carga de trabajo de la configuración de la red es pesada y no favorece el ajuste dinámico de RP y otros nodos; el descubrimiento automático de RP puede reducir la carga de trabajo de configuración y facilitar los cambios de red y las estrategias de control. Ajuste, pero existen ciertos riesgos de seguridad. Para una red troncal de área metropolitana de pequeña escala, puede utilizar el método de configurar RP estáticamente en cada enrutador de multidifusión; para una red troncal de área metropolitana a gran escala con políticas de defensa de seguridad estrictas, se recomienda utilizar el método de detección automática de RP.
2.4 Tecnología de unión de multidifusión de cabecera de IPTV
En la etapa inicial de multidifusión, los enrutadores de multidifusión generalmente obtienen información de ubicación y tráfico de la cabecera de IPTV (es decir, fuente de multidifusión) a través de nodos RP conocidos y sus árboles compartidos. Para que el RP conozca la fuente de multidifusión, el enrutador de multidifusión conectado directamente a la fuente de multidifusión es responsable de encapsular los primeros paquetes de multidifusión enviados por la fuente de multidifusión en un mensaje de registro PIM separado e inicia la multidifusión al RP en unidifusión modo. Proceso de registro de fuente. A través de este mensaje, el RP puede obtener no solo los paquetes del grupo de multidifusión de interés, sino también la dirección IP de la fuente de multidifusión. Después de eso, el RP reenvía la información de origen de multidifusión a otros enrutadores de multidifusión y finaliza el proceso de registro de origen de multidifusión con un mensaje PIM Registe-Stop.
3. Tecnología de configuración clave de multidifusión de la red de acceso de banda ancha
3.1 Tecnología de unión de multidifusión final de usuario de IPTV
El cliente de IPTV (decodificador) se comunica con el enrutador de multidifusión (generalmente realizado por el enrutador de servicio o el servidor de acceso de banda ancha) de la capa de control de acceso al servicio de la red troncal metropolitana a través del protocolo IGMP a través de la red de acceso de banda ancha para unirse o salir de una red específica. Grupo de multidifusión (es decir, canal en vivo de IPTV).
Cuando un decodificador envía un mensaje de solicitud de incorporación a un grupo de multidifusión a un enrutador de multidifusión, la dirección MAC de destino del mensaje es la dirección MAC del grupo de multidifusión en lugar del enrutador de multidifusión, que es diferente del método de unidifusión. Cabe señalar que una dirección MAC de grupo de multidifusión corresponde en realidad a 32 direcciones IP de grupo de multidifusión diferentes. Esto se debe a que la dirección MAC del grupo de multidifusión es 01: 00: 5E: 00: 00: 00 ~ 01: 00: 5E: 7F: FF: FF, es decir, el espacio de direcciones efectivo es de solo 23 bits y el dirección de la IP del grupo de multidifusión Hay 28 espacios.
La relación de mapeo entre los dos es igualar los 23 bits inferiores de la dirección MACC con los 23 bits inferiores de la dirección IP, lo que da como resultado la pérdida de los 5 bits superiores de la dirección IP del grupo de multidifusión. Por ejemplo, si tres canales en vivo de IPTV diferentes usan 224.0.0.1, 224.128.0.1 y 239.128.0.1 como direcciones IP de grupo de multidifusión, sus direcciones MAC de grupo de multidifusión correspondientes son todas 01: 00: 5E: 00: 00:01, que hará que el decodificador y el equipo de segundo nivel de la red de acceso de banda ancha no puedan distinguir las tres señales. Por lo tanto, preste atención a estos problemas al planificar direcciones IP de multidifusión.
3.2 Tecnología de reenvío de multidifusión de capa 2
La red de acceso de banda ancha está compuesta por una gran cantidad de dispositivos de elementos de red, como conmutadores de capa 2 y DSLAM que se ejecutan en la capa de enlace de datos. La característica del equipo de Capa 2 es que intercambia / reenvía tramas de datos basadas en direcciones MAC entre puertos de dispositivo y tiene funciones de enrutamiento y análisis deficiente para la tercera capa (capa de red) de paquetes IP, por lo que no puede soportar directamente IGMP trabajando en el tercera capa. Y otros protocolos de multidifusión. Cuando un dispositivo típico de Capa 2, como un conmutador, procesa tráfico de multidifusión de IPTV, transmite tramas de datos de multidifusión a todos sus puertos de acuerdo con direcciones de destino desconocidas o métodos de transmisión, lo que probablemente cause problemas como tormentas de transmisión.
Para resolver el problema de la inundación de paquetes de multidifusión, es necesario adoptar tecnologías de reenvío de multidifusión de capa 2, como las tecnologías IGMP Snooping y IGMP Proxy. La tecnología IGMP Snooping monitorea el mensaje IGMP entre el decodificador y el enrutador de multidifusión para captar la relación de reenvío del puerto del dispositivo a la trama de datos de multidifusión; mientras que la tecnología IGMP Proxy intercepta el mensaje IGMP entre el decodificador y el enrutador de multidifusión El filtrado y el reenvío de proxy pueden ahorrar tráfico de multidifusión entre el enrutador de multidifusión y el dispositivo de Capa 2, pero requiere indicadores de alto rendimiento como la capacidad de procesamiento y la memoria del dispositivo de elemento de red. Al configurar dispositivos de Capa 2, puede elegir de acuerdo con el rendimiento real del dispositivo de elemento de red y el grado de compatibilidad con la tecnología IGMP Snooping / Proxy.
Tome un canal en vivo de IPTV con un ancho de banda de 2 Mbit / s como ejemplo. Si el dispositivo de Capa 2 no utiliza la tecnología de reenvío de multidifusión de Capa 2, los paquetes de multidifusión enviados a todos los usuarios de IPTV se reenviarán a todos los puertos, incluso si el puerto de usuario tiene 10 Mbit / s. s Acceso al ancho de banda, se pueden bloquear los paquetes de multidifusión de 5 canales en vivo de IPTV; después de adoptar la tecnología de reenvío de multidifusión de capa 2, los paquetes de multidifusión solo se reenvían a los puertos con la solicitud de uso, y si cada puerto está como máximo solo conectado Para un decodificador de IPTV, como máximo solo un paquete de multidifusión (es decir, Tráfico de 2 Mbit / s) de un canal en vivo se reenvía al puerto correspondiente.
3.3 Tecnología de configuración de VLAN
El tráfico reenviado por la multidifusión de capa 2 solo involucra servicios de multidifusión de IPTV y no involucra otros servicios de banda ancha. Por lo tanto, en la red de acceso de banda ancha, las tecnologías como las VLAN se utilizan generalmente para aislar el tráfico de multidifusión de IPTV de otros servicios y tráfico de usuarios. Las tecnologías de VLAN comúnmente utilizadas incluyen tecnología de replicación de multidifusión entre VLAN desde VLAN de multidifusión a cada VLAN de usuario, y QinQ, que resuelve un número insuficiente de ID de VLAN
3.4 Tecnología de multidifusión estática y multidifusión dinámica
El programa en vivo de IPTV se entrega al terminal de usuario a través de la red portadora de IP, y existen principalmente dos modos de multidifusión, a saber, el modo de multidifusión dinámico y el modo de multidifusión estático. En el modo de multidifusión dinámica, los conmutadores, DSLAM y otros dispositivos recibirán y entregarán el programa del canal solo después de recibir la primera solicitud del usuario para unirse a un canal (grupo de multidifusión); y cuando el canal (grupo de multidifusión) dura Cuando un usuario cierra la sesión, el dispositivo del elemento de red dejará de recibir el flujo de multidifusión. El modo de multidifusión estática consiste en configurar estáticamente las entradas de reenvío de multidifusión MAC de cada canal de IPTV (grupo de multidifusión) en el equipo de conmutación, independientemente de si los usuarios descendentes lo ven o no, el flujo de multidifusión se ha entregado al equipo del elemento de red.
El tráfico de multidifusión estático no tiene nada que ver con la cantidad de usuarios de IPTV, solo la cantidad de canales y el ancho de banda por canal. Cuando el número de usuarios es menor que el número de canales, el tráfico será mayor que el tráfico de unidifusión; el tráfico máximo de multidifusión dinámica es cuando el número de usuarios simultáneos de IPTV es menor que el número de canales Cuando el número de usuarios simultáneos de IPTV es mayor que el número de canales, es equivalente al tráfico de multidifusión estática. En el modo de multidifusión estática, la velocidad de cambio de canal del usuario es rápida y la percepción del servicio es buena, pero la demanda de ancho de banda de la red es mayor; La multidifusión dinámica puede minimizar el tráfico de la red en cualquier circunstancia, pero cuando el usuario recibe un nuevo canal (grupo de multidifusión), puede haber un cierto retraso en la red.
Cuando el número de usuarios de IPTV conectados al equipo de red es muy pequeño, las ventajas de la multidifusión no son obvias. Por lo tanto, en la etapa inicial del desarrollo de los servicios de IPTV, no hay muchos usuarios de IPTV o la red de acceso de banda ancha no se ha reconstruido en su lugar. Puede utilizar multidifusión dinámica o incluso unidifusión para transmitir señales en directo de IPTV. Cuando el número de usuarios conectados a un dispositivo de red supera con creces el número de canales de IPTV, las características de la multidifusión para ahorrar ancho de banda de tráfico de red se vuelven cada vez más significativas. En este momento, es decir, cuando el servicio de IPTV se ha desarrollado a una etapa madura y se ha implementado la transformación de la red de acceso de banda ancha, el modo de multidifusión estática se puede utilizar para transmitir la señal en vivo de IPTV para mejorar aún más la calidad del servicio de IPTV. Por lo tanto, los operadores pueden decidir si configurar el equipo de la red de acceso en un modo multidifusión dinámico o estático de acuerdo con las condiciones reales, como la calidad de la red y la penetración del servicio de IPTV.
Conclusión 4
Combinando la red de área metropolitana IP existente de operadores de telecomunicaciones, este documento expone sistemáticamente las tecnologías clave de la configuración de red de empuje de multidifusión de extremo a extremo de IPTV, que tiene una buena importancia de referencia para que los operadores de telecomunicaciones desplieguen e implementen servicios de IPTV de manera eficiente y económica.
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