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1 Présentation
En tant que nouveau service multimédia Internet à large bande passante et de haute qualité, l'IPTV impose des exigences plus élevées au réseau métropolitain IP des opérateurs de télécommunications. Par rapport à la technologie unicast traditionnelle, la technologie multicast présente l'avantage que la bande passante du réseau n'augmente pas linéairement avec le nombre d'utilisateurs sur la base d'une efficacité de transmission équivalente, et peut effectivement économiser la charge du serveur vidéo et du réseau support. Par conséquent, pour que les opérateurs de télécommunications déploient et mettent en œuvre des services IPTV de manière efficace et économique, il est recommandé d'utiliser le push multicast de bout en bout, et la configuration du réseau multicast IP est la clé.
À l'heure actuelle, le réseau IP métropolitain des opérateurs de télécommunications est principalement composé d'un réseau dorsal de zone métropolitaine et d'un réseau d'accès à large bande, et les données du service IPTV sont transmises à l'utilisateur via le réseau dorsal de la zone métropolitaine et le réseau d'accès à large bande. Le réseau dorsal métropolitain est principalement composé de périphériques de couche réseau (couche 3), qui peuvent permettre aux protocoles de routage multicast tels que PIM-SM d'accéder à des sources de multidiffusion (c'est-à-dire, des périphériques de tête IPTV) pour le routage et la transmission de paquets de multidiffusion. Le réseau d'accès à large bande est principalement composé d'équipements de couche liaison de données (couche 2), et des technologies telles que le proxy IGMP ou IGMP Snooping peuvent être utilisées pour le transfert multicast de couche 2 pour accéder à l'équipement terminal IPTV (par exemple, les décodeurs IPTV). La figure 1 est un diagramme schématique d'un modèle push de multidiffusion IPTV de bout en bout.
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Figure 1 Modèle de réseau push IPTV de bout en bout multicast
Cet article décrit les principales technologies de configuration du réseau push IPTV de bout en bout multicast à partir de deux niveaux de réseau différents: le réseau fédérateur métropolitain et le réseau d'accès haut débit.
2. Technologie de configuration multicast clé pour le réseau fédérateur métropolitain
2.1 Technologie de routage multicast
La principale différence entre un message multicast et un message unicast réside dans l'identification de l'adresse de destination du message. L'adresse de destination du message de multidiffusion est l'adresse du groupe de multidiffusion (adresse IP de classe D commençant par «1110»), et le message de monodiffusion est basé sur l'adresse IP de l'hôte de destination. L'adresse est utilisée comme adresse de destination. Puisqu'il n'y a pas de correspondance univoque entre l'adresse du groupe de multidiffusion et l'hôte de destination, le routeur de multidiffusion ne peut utiliser que l'unicité de l'adresse source du message pour prendre des décisions de routage. En d'autres termes, le routeur de multidiffusion envoie le message dans la direction éloignée de la source de multidiffusion sur la base de l'adresse source du message au lieu de l'adresse de destination. Cette technologie est appelée transfert de chemin inverse (RPF pour faire court).
Pour éviter des problèmes tels que des boucles de routage, RPF stipule que les paquets de multidiffusion doivent atteindre le routeur à partir du nœud voisin en amont désigné, et les paquets de multidiffusion transmis par d'autres nœuds voisins sont rejetés. En cas de problème de routage multicast, les paquets multicast peuvent ne pas être en mesure d'atteindre par d'autres chemins tels que les paquets monodiffusion, les signaux de diffusion en direct IPTV seront interrompus dans le réseau fédérateur et les applications de monodiffusion telles que la navigation Web et l'envoi et la réception de courrier électronique sont normales. obstacles. À ce moment, le long du chemin de distribution de multidiffusion, vérifiez la table de routage RPF du routeur de multidiffusion et ses nœuds voisins en amont.
2.2 Technologie de commutation de routage multicast
L'arbre de distribution multicast dans le protocole PIM-SM peut être divisé en deux catégories: l'arborescence source et l'arborescence partagée. L'arborescence source utilise la source de multidiffusion comme racine de l'arborescence, également connue sous le nom d'arborescence du chemin le plus court, ce qui peut minimiser le délai de multidiffusion de bout en bout, mais le routeur doit stocker une grande quantité d'informations de routage, ce qui consomme beaucoup des ressources système; l'arborescence partagée utilise RP (PIM-SM) Un routeur important dans le protocole, utilisé pour le routage et la convergence entre les sources multicast et les routeurs multicast) En tant que nœud racine commun de toutes les arborescences de distribution multicast, le trafic source multicast doit d'abord atteindre le RP avant d'être livré, et le chemin de multidiffusion n'est généralement pas optimal.Il introduira un délai supplémentaire sur le réseau, mais les informations de routage que le routeur doit conserver peuvent être très petites.
Le protocole PIM-SM exploite pleinement les avantages des deux arborescences de distribution multicast. Au stade initial de la multidiffusion, le routeur de multidiffusion ne peut pas utiliser l'arborescence source car il ne peut pas connaître l'emplacement de la source de multidiffusion, mais il peut obtenir les premiers paquets de multidiffusion envoyés par la source de multidiffusion via le nœud RP connu et son arborescence partagée. Connaissez l'emplacement de la source de multidiffusion et passez de l'arborescence partagée à l'arborescence source pour réduire le délai du réseau et éviter les goulots d'étranglement du réseau pouvant être causés par les nœuds RP.
Le réseau dorsal du métro est généralement composé principalement de routeurs Cisco. Les routeurs tels que Cisco implémentent la commutation de l'arborescence de distribution multicast via le seuil prédéfini SPT-Threshold du débit. Lorsqu'il est détecté que le débit de multidiffusion d'une source de multidiffusion dépasse SPT-Threshold, son routage de multidiffusion passera de l'arborescence partagée à l'arborescence source; de même, si le débit de multidiffusion est inférieur à SPT-Threshold, son routage de multidiffusion Vous pouvez également revenir de l'arborescence source à l'arborescence partagée. SPT-Threshold est généralement configuré à 0, de sorte que le routeur passe de l'arborescence partagée à la source après avoir reçu le premier paquet de multidiffusion.
Technologie de configuration 2.3RP
En tant que nœud racine de l'arborescence partagée, RP joue un rôle de liaison ascendante et descendante dans le processus de multidiffusion. Considérant que le protocole PIM-SM a les caractéristiques de la commutation d'arborescence de distribution multicast, RP est généralement utilisé pour établir la connexion initiale entre la source multicast et le routeur multicast. Une fois que le routage multicast du routeur est basculé de l'arborescence partagée vers l'arborescence source, il ne sera plus RP et son arborescence partagée sera à nouveau nécessaire. Par conséquent, l'emplacement du RP dans le réseau multicast n'est pas très important. La clé est sa fiabilité et sa stabilité.
Afin d'améliorer la fiabilité et la stabilité du RP, plusieurs routeurs multicast peuvent être sélectionnés pour partager la fonction de RP (c'est-à-dire la technologie Anycast RP), et l'interface de bouclage de chaque nœud RP se voit attribuer la même adresse IP, formant ainsi le partage de charge et protection contre les pannes.
Le problème de configuration RP dans le réseau multicast n'est pas seulement lié à la configuration et au déploiement du nœud RP lui-même, mais implique également le problème de la manière dont les autres routeurs multicast découvrent le nœud RP. Au stade initial de la multidiffusion, le routeur de multidiffusion peut ne pas connaître l'emplacement de la source de multidiffusion, mais l'adresse RP doit être connue. Un routeur multicast peut obtenir une adresse RP de deux manières principales, à savoir la méthode RP de configuration statique et la méthode RP de découverte automatique. La configuration statique de RP est plus sécurisée et peut empêcher efficacement les activités frauduleuses telles que le forgeage de RP, mais la charge de travail de la configuration du réseau est lourde et elle n'est pas propice à l'ajustement dynamique de RP et d'autres nœuds; la découverte automatique de RP peut réduire la charge de travail de la configuration et faciliter les changements de réseau et les stratégies de contrôle. Ajustement, mais il existe certains risques pour la sécurité. Pour un réseau fédérateur de zone métropolitaine à petite échelle, vous pouvez utiliser la méthode de configuration statique de RP sur chaque routeur de multidiffusion; pour un réseau dorsal de zone métropolitaine à grande échelle avec des politiques de défense de sécurité strictes, il est recommandé d'utiliser la méthode de détection automatique de RP.
2.4 Technologie de jointure multicast de tête de réseau IPTV
Au stade initial de la multidiffusion, les routeurs de multidiffusion obtiennent généralement des informations de trafic et d'emplacement de tête de réseau IPTV (c'est-à-dire, source de multidiffusion) via des nœuds RP connus et leurs arborescences partagées. Pour que le RP puisse en savoir plus sur la source de multidiffusion, le routeur de multidiffusion directement connecté à la source de multidiffusion est responsable de l'encapsulation des premiers paquets de multidiffusion envoyés par la source de multidiffusion dans un message de registre PIM séparé, et lance la multidiffusion vers le RP en monodiffusion. mode. Processus d'enregistrement de la source. Grâce à ce message, le RP peut obtenir non seulement les paquets du groupe multicast d'intérêt, mais également l'adresse IP de la source multicast. Après cela, le RP transmet les informations de source de multidiffusion à d'autres routeurs de multidiffusion et termine le processus d'enregistrement de source de multidiffusion avec un message PIM Registe-Stop.
3. Technologie de configuration de clé multicast du réseau d'accès à large bande
3.1 Technologie de jointure multicast de fin d'utilisateur IPTV
Le client IPTV (boîtier décodeur) communique avec le routeur de multidiffusion (généralement effectué par le routeur de service ou le serveur d'accès à large bande) de la couche de contrôle d'accès au service du réseau dorsal métropolitain via le protocole IGMP via le réseau d'accès à large bande pour rejoindre ou quitter un réseau spécifique. Groupe de multidiffusion (c.-à-d. Chaîne IPTV en direct).
Lorsqu'un boîtier décodeur envoie un message de demande de participation à un groupe de multidiffusion à un routeur de multidiffusion, l'adresse MAC de destination du message est l'adresse MAC du groupe de multidiffusion au lieu du routeur de multidiffusion, qui est différente de la méthode de monodiffusion. Il convient de noter qu'une adresse MAC de groupe de multidiffusion correspond en fait à 32 adresses IP de groupe de multidiffusion différentes. En effet, l'adresse MAC du groupe de multidiffusion est 01: 00: 5E: 00: 00: 00 ~ 01: 00: 5E: 7F: FF: FF, c'est-à-dire que l'espace d'adressage effectif n'est que de 23 bits et que le adresse IP du groupe de multidiffusion Il y a 28 espaces.
La relation de mappage entre les deux consiste à assimiler les 23 bits inférieurs de l'adresse MACC aux 23 bits inférieurs de l'adresse IP, ce qui entraîne la perte des 5 bits supérieurs de l'adresse IP du groupe de multidiffusion. Par exemple, si trois canaux IPTV en direct différents utilisent 224.0.0.1, 224.128.0.1 et 239.128.0.1 comme adresses IP de groupe de multidiffusion, leurs adresses MAC de groupe de multidiffusion correspondantes sont toutes 01: 00: 5E: 00: 00:01, qui empêchera le décodeur et l'équipement de deuxième niveau du réseau d'accès à large bande de distinguer les trois signaux. Par conséquent, faites attention à ces problèmes lors de la planification d'adresses IP de multidiffusion.
3.2 Technologie de transmission multicast de couche 2
Le réseau d'accès à large bande est composé d'un grand nombre de dispositifs d'éléments de réseau tels que des commutateurs de couche 2 et des DSLAM fonctionnant au niveau de la couche liaison de données. La caractéristique de l'équipement de couche 2 est qu'il échange / transfère des trames de données basées sur les adresses MAC entre les ports de l'appareil, et a de mauvaises fonctions d'analyse et de routage pour la troisième couche (couche réseau) des paquets IP, de sorte qu'il ne peut pas directement prendre en charge IGMP travaillant sur troisième couche. Et d'autres protocoles de multidiffusion. Lorsqu'un périphérique de couche 2 typique, tel qu'un commutateur, traite le trafic de multidiffusion IPTV, il diffuse des trames de données de multidiffusion vers tous ses ports en fonction d'adresses de destination ou de méthodes de diffusion inconnues, ce qui est susceptible de causer des problèmes tels que des tempêtes de diffusion.
Pour résoudre le problème de l'inondation de paquets multicast, les technologies de transmission multicast de couche 2, telles que les technologies IGMP Snooping et IGMP Proxy, doivent être adoptées. La technologie de surveillance IGMP surveille le message IGMP entre le boîtier décodeur et le routeur de multidiffusion pour saisir la relation de transfert du port de périphérique vers la trame de données de multidiffusion; tandis que la technologie IGMP Proxy intercepte le message IGMP entre le décodeur et le routeur de multidiffusion Le filtrage et le transfert de proxy peuvent économiser le trafic de multidiffusion entre le routeur de multidiffusion et le périphérique de couche 2, mais il nécessite des indicateurs de haute performance tels que la capacité de traitement et la mémoire du périphérique d'élément de réseau. Lors de la configuration des périphériques de couche 2, vous pouvez choisir en fonction des performances réelles de l'élément de réseau et du degré de prise en charge de la technologie IGMP Snooping / Proxy.
Prenons par exemple une chaîne IPTV en direct avec une bande passante de 2 Mbit / s. Si le périphérique de couche 2 n'utilise pas la technologie de transfert de multidiffusion de couche 2, les paquets de multidiffusion envoyés à tous les utilisateurs IPTV seront transférés vers tous les ports, même si le port utilisateur a 10 Mbit / s. s Accès à la bande passante, les paquets multicast de 5 chaînes IPTV en direct peuvent être bloqués; après l'adoption de la technologie de transfert multicast de couche 2, les paquets multicast ne sont transmis qu'aux ports avec la demande d'utilisation, et si chaque port est au plus uniquement connecté Pour un décodeur IPTV, au plus un seul paquet multicast (c'est-à-dire, 2 Mbit / s) d'un canal en direct est transmis au port correspondant.
3.3 Technologie de configuration VLAN
Le trafic transmis par la multidiffusion de couche 2 n'implique que des services de multidiffusion IPTV et n'implique pas d'autres services à large bande. Par conséquent, dans le réseau d'accès à large bande, des technologies telles que les VLAN sont généralement utilisées pour isoler le trafic de multidiffusion IPTV des autres services et du trafic utilisateur. Les technologies VLAN couramment utilisées incluent la technologie de réplication multicast cross-VLAN du VLAN multicast vers chaque VLAN utilisateur, et QinQ, qui résout un nombre insuffisant d'ID VLAN
3.4 Technologie multicast statique et multidiffusion dynamique
Le programme IPTV en direct est livré au terminal utilisateur via le réseau support IP, et il existe principalement deux modes de multidiffusion, à savoir le mode de multidiffusion dynamique et le mode de multidiffusion statique. En mode multidiffusion dynamique, les commutateurs, les DSLAM et autres périphériques recevront et délivreront le programme de canal uniquement après avoir reçu la première demande d'utilisateur pour rejoindre un canal (groupe de multidiffusion); et lorsque le canal (groupe de multidiffusion) dure. Lorsqu'un utilisateur se déconnecte, le dispositif d'élément de réseau arrête de recevoir le flux de multidiffusion. Le mode multicast statique consiste à configurer statiquement les entrées de transmission multicast MAC de chaque canal IPTV (groupe multicast) sur l'équipement de commutation, que les utilisateurs en aval le regardent ou non, le flux multicast a été livré à l'équipement de l'élément de réseau.
Le trafic multicast statique n'a rien à voir avec le nombre d'utilisateurs IPTV, seulement le nombre de canaux et la bande passante par canal. Lorsque le nombre d'utilisateurs est inférieur au nombre de canaux, le trafic sera supérieur au trafic unicast; le trafic maximal de la multidiffusion dynamique est lorsque le nombre d'utilisateurs IPTV simultanés est inférieur au nombre de canaux. Lorsque le nombre d'utilisateurs simultanés IPTV est supérieur au nombre de canaux, il équivaut au trafic multicast statique. En mode multicast statique, la vitesse de commutation de canal de l'utilisateur est rapide et la perception du service est bonne, mais la demande de bande passante du réseau est plus grande; la multidiffusion dynamique peut minimiser le trafic réseau en toutes circonstances, mais lorsque l'utilisateur reçoit un nouveau canal (groupe de multidiffusion), il peut y avoir un certain délai réseau.
Lorsque le nombre d'utilisateurs IPTV connectés à l'équipement réseau est très faible, les avantages de la multidiffusion ne sont pas évidents. Par conséquent, dans la phase initiale du développement des services IPTV, il n'y a pas beaucoup d'utilisateurs IPTV ou le réseau d'accès à large bande n'a pas été reconstruit en place. Vous pouvez utiliser la multidiffusion dynamique ou même la monodiffusion pour transmettre des signaux IPTV en direct. Lorsque le nombre d'utilisateurs connectés à un périphérique réseau dépasse de loin le nombre de chaînes IPTV, les caractéristiques de la multidiffusion pour économiser la bande passante du trafic réseau deviennent de plus en plus importantes. À ce stade, c'est-à-dire lorsque le service IPTV a été développé à un stade avancé et que la transformation du réseau d'accès à large bande est en place, le mode multicast statique peut être utilisé pour transmettre le signal IPTV en direct afin d'améliorer encore la qualité du service IPTV. Par conséquent, les opérateurs peuvent décider de configurer l'équipement du réseau d'accès en mode multicast dynamique ou statique en fonction des conditions réelles telles que la qualité du réseau et la pénétration du service IPTV.
Conclusion 4
Combinant le réseau métropolitain IP existant des opérateurs de télécommunications, cet article expose systématiquement les technologies clés de la configuration de réseau push IPTV de bout en bout, qui a une bonne importance de référence pour les opérateurs de télécommunications pour déployer et mettre en œuvre des services IPTV de manière efficace et économique.
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