IPTV LAN接入網(wǎng)的網(wǎng)絡解決方案
2007/11/20
前言
IPTV即交互式網(wǎng)絡電視，是一種利用寬帶有線電視網(wǎng)，集互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通訊等多種技術于一體，向家庭用戶提供包括數(shù)字電視在內的多種交互式服務的嶄新技術。它能夠很好地適應當今網(wǎng)絡飛速發(fā)展的趨勢，充分有效地利用網(wǎng)絡資源。
IPTV包含了BTV、VOD、nVOD等業(yè)務內容，有效開展IPTV業(yè)務必須有接入承載網(wǎng)、終端、內容網(wǎng)絡以及業(yè)務軟件系統(tǒng)等各組件的支持。僅接入承載網(wǎng)就包含了DSL接入、LAN接入、FTTx等多種模式，本文將重點描述LAN接入網(wǎng)承載IPTV業(yè)務的相關技術。
方案簡介
在本方案中，根據(jù)IPTV業(yè)務特性，對VOD、接入認證等這部分通常采用單播方式來處理，對于BTV、nVOD這樣的業(yè)務則采用組播方式來處理。
針對上網(wǎng)業(yè)務精細化管理的需求，對上網(wǎng)用戶采用PUPV的VLAN劃分方式，而對于IPTV用戶，可以根據(jù)具體情況，采用PUPV(一用戶一VLAN)或PSPV（一業(yè)務一VLAN）方式來進行VLAN劃分。對于VOD和認證等基于單播數(shù)據(jù)流的業(yè)務，數(shù)據(jù)轉發(fā)比較簡單，這里不再贅述。IPTV接入網(wǎng)的難點在于BTV業(yè)務組播流的處理，結合IPTV在國內尚處于初期發(fā)展階段，現(xiàn)網(wǎng)中設備大都無法直接支持IPTV業(yè)務的現(xiàn)狀，提出了集中組播復制和邊緣組播復制兩種解決方案。在IPTV發(fā)展初期，用戶量較少時，采用集中復制。而在業(yè)務規(guī)模開展時，采用邊緣復制。這樣將組播復制的壓力分散在樓道交換機上，可以滿足大量IPTV用戶接入的要求。
方案支持PPPOE和DHCP+認證方式。通過VLAN隔離或端口隔離來避免用戶間的影響。同時通過靈活QINQ來解決精確定位用戶和VLAN資源問題。另外，利用BRAS和家庭網(wǎng)關對用戶的流量和優(yōu)先級進行設定，可以有效的控制接入網(wǎng)中的流量，配合QOS的隊列調度機制保證IPTV業(yè)務的視頻質量。
方案中關注如下問題:
- 業(yè)務分離
- 通過VLAN來區(qū)分不同業(yè)務
- 接入認證問題
- 采用PPPOE認證或DHCP+認證
- 組播復制
- 集中復制
- 邊緣復制
- QOS和安全
- 隊列調度
- DHCP SNOOPING OPT82
- 用戶隔離
- 頻道快速切換
- 接入交換機未知組播丟棄
- 技術特色
- 業(yè)務分離
用戶業(yè)務主要為HSI（上網(wǎng)業(yè)務）、IPTV業(yè)務和VOIP業(yè)務，每種業(yè)務對網(wǎng)絡的要求各不相同，為了便于QOS和安全策略的部署，因此我們必須將業(yè)務進行區(qū)分。最簡單的辦法就是通過不同VLAN來標記不同的業(yè)務。
考慮到業(yè)務特性，上網(wǎng)業(yè)務通常需要對用戶進行精細化管理，而對IPTV業(yè)務通常采用較粗獷的管理模式，因此我們建議通過如下方式來做VLAN規(guī)劃：對上網(wǎng)業(yè)務，采用PUPV（每用戶一VLAN），對于IPTV/VOIP業(yè)務，采用PSPV（每業(yè)務一VLAN），即同一園區(qū)內的IPTV用戶采用同一VLAN，不同園區(qū)的IPTV/VOIP用戶采用不同的業(yè)務VLAN，在局端，通過靈活QINQ對上網(wǎng)業(yè)務的VLAN打外層標簽，對于IPTV業(yè)務的VLAN不打外層標簽。
如上圖所示，VLAN21和VLAN22為上網(wǎng)業(yè)務，在局端打上外層標簽100透傳到BRAS，而VLAN3和VLAN4分別為IPTV和VOIP的業(yè)務VLAN，VLAN5為組播VLAN（為了節(jié)約帶寬而專門承載組播業(yè)務的VLAN，其對IPTV用戶不可見），對于VLAN3/4/5在局端不作處理，直接透傳到BRAS或SR上。
不同業(yè)務的VLAN具體劃分是通過家庭網(wǎng)關來實現(xiàn)的。
需要強調的是，若樓道交換機比較老僅支持VLAN劃分但無法支持如IGMP SNOOPIGN、邊緣復制等組播特性時，則不能采用上述的將IPTV用戶都劃分到一個VLAN內（因為組播流將會在VLAN內廣播），而是需要將IPTV用戶也劃分到不同VLAN內（即PUPV方式），此時需要通過園區(qū)交換機進行集中復制才能開展IPTV業(yè)務，后面會詳細介紹這一點。
接入認證
本方案中，上網(wǎng)業(yè)務采用PPPOE的認證方式，IPTV業(yè)務可以采用PPPOE或DHCP+認證。PPPOE認證方式應用已經(jīng)很廣泛了，在此不再贅述。
DHCP+認證方式是利用DHCP定義的一些OPTION字段來實現(xiàn)的，如通過OPTION60來識別終端類型，通過OPTION82來識別用戶位置（實際上就是標記用戶）。
圖1 DHCP+認證
當網(wǎng)絡設備收到STB的DHCP請求報文時，需要在報文后添加OPTION82字段，此時有兩種模式進行DHCP+認證，一種是直接把DHCP報文送給DHCP服務器，由DHCP服務器根據(jù)OPT82字段來判斷該用戶是否為合法用戶，從而決定是否為其分配IP地址。另一種是DHCP報文先送到BRAS，由BRAS將OPT82字段放到RADIUS的一個子域里，通過RADIUS服務器來進行用戶合法性認證，若用戶合法，再由DHCP服務器分配IP地址。
組播復制
根據(jù)樓道交換機支持的能力，組播復制方式可以采用邊緣復制或集中復制。
若樓道交換機比較早時，則不能采用PSPV的VLAN劃分方式，而是需要將IPTV用戶分到不同VLAN內，此時采用集中組播復制方式。否則可以采用組播邊緣復制。
通常在組播點播時，若用戶處在不同的VLAN內，則每個VLAN都會有一個組播流，即使用戶點播的是同一個頻道，鏈路上也會有多份相同的組播流，這樣就浪費了大量的帶寬。因此我們引入組播VLAN這個概念，目的就是使用戶共用一個走組播業(yè)務的VLAN，組播流只在這個VLAN內傳輸，直到面向最終用戶時才進行復制，從而達到節(jié)省帶寬的目的。不管是集中復制還是邊緣復制，都會有一個走組播業(yè)務的VLAN，只不過集中復制時這個組播VLAN在園區(qū)交換機（集中復制點）上，而邊緣復制則在樓道交換機（邊緣復制點）上。
邊緣復制特性：
邊緣復制是在末端L2交換機上實現(xiàn)的特性，其作用有兩個：1 將交換機下用戶VLAN內的IGMP報文轉到組播VLAN內上行；2 將下行組播VLAN內的組播流面向用戶端口復制，此時面向用戶端口出去的組播報文是不帶VLAN
TAG的。
在邊緣復制中，支持對上行IGMP加入報文抑制和最后用戶離開機制，當交換機收到多個對同一個組的加入報文時，將在組播VLAN內只向上透傳一份，同樣，當有用戶離開某個組播組時，只有這個組的最后一個用戶的IGMP離開報文才會在組播VLAN內向上透傳。從而大大減輕了了上層設備對IGMP報文的處理。
集中復制特性：
集中復制特性是在支持L3特性的交換機上實現(xiàn)的特性。上行IGMP加入報文處理基本上同邊緣復制特性。但下行組播數(shù)據(jù)流時，是根據(jù)組播轉發(fā)表項來將走組播業(yè)務的VLAN內的組播數(shù)據(jù)流復制到用戶VLAN中，從而在下行端口的組播數(shù)據(jù)流是帶有用戶VLAN
ID的，這也是和邊緣復制特性的主要不同之處。同樣集中復制特性也支持IGMP加入報文抑制和最后用戶離開機制。
集中復制特性通常是在園區(qū)交換機上實現(xiàn)，由于需要面向用戶進行跨VLAN的組播復制，因此對設備性能要求較高，同時這樣的機制相比邊緣復制而言，會占用較多的園區(qū)和樓道之間的帶寬，因此建議只在IPTV業(yè)務開展初期，用戶量較小且樓道交換機功能較弱時采用。若IPTV業(yè)務規(guī)模發(fā)展，用戶量較大，則采用邊緣復制更為適合。
QOS
方案中通過家庭網(wǎng)關設備在業(yè)務終端接入時就分配vlan和優(yōu)先級標志，在網(wǎng)絡中采用的是diffserv模型，針對不同的業(yè)務定義不同的COS值，L2交換機上采用SP隊列調度，保證端口擁塞時高優(yōu)先級業(yè)務優(yōu)先傳輸。
安全
IPTV承載網(wǎng)的安全性包括業(yè)務本身的安全（主要只防止非授權訪問）和承載網(wǎng)自身的安全。
對于防止非授權用戶的訪問，可以通過在組播復制點上配置IGMP權限控制，丟棄非授權用戶發(fā)出的IGMP加入報文，從而達到防止非法用戶收看BTV頻道的目的。
對于承載網(wǎng)自身的安全，主要依賴于用戶隔離（通過VLAN隔離或端口隔離來實現(xiàn)）方式，這樣避免了用戶間的互相干擾，同時也避免了非法服務器接入等安全隱患。另外可以通過DHCP
SNOOPING OPT82來防范DHCP請求攻擊造成的DHCP地址池枯竭問題，這是因為支持DHCP OPT82的DHCP服務器可以根據(jù)OPT82制定地址分配策略，保證對帶有相同OPT82信息的DHCP請求只分配一個IP地址。
頻道快速切換
正常情況下，IGMP-Snooping在接收到IGMP Leave報文時不會直接將端口從組播組中刪除，而是發(fā)送特定組查詢報文，如果等待一段時間后沒有得到響應，才將該端口從組播組中刪除。這樣當用戶切換頻道時，就會出現(xiàn)在一個時段內，有多路組播流流向用戶端口，占用帶寬，甚至可能影響STB的收視效果。為了解決這個問題，在面向用戶組播復制點上要支持Igmp
fastleave功能，使交換機收到Leave報文后，直接刪除對應的組播轉發(fā)表項。使得STB不會同時收到多份組播流。Igmp fastleave功能通常在組播復制點等能唯一標識用戶的設備上實現(xiàn)。
接入交換機未知組播丟棄
邊緣復制下，接入交換機使能了igmp fastleave功能時，會出現(xiàn)接入交換機刪除了組播轉發(fā)表項但上面的組播流仍然在短時間內會流到接入交換機上，這些組播流對接入交換機而言會當作未知組播處理，在同VLAN廣播。影響STB的收視效果，若多個用戶在同VLAN時還會互相影響。因此需要在接入交換機上使能未知組播丟棄，使這類組播流進入接入交換機后直接丟棄，不作為廣播處理。
總結
IPTV LAN接入解決方案采用多樣化的部署方式，在業(yè)務發(fā)展初期集中復制可以幫助運營商迅速開展IPTV業(yè)務且有效的保護現(xiàn)網(wǎng)接入設備的投資，而在業(yè)務規(guī)模發(fā)展時可以平滑過渡到邊緣復制方案，滿足大量接入IPTV用戶的需求。利用家庭網(wǎng)關實現(xiàn)業(yè)務分離，針對業(yè)務實現(xiàn)端到端的QOS，保證了IPTV業(yè)務的需求。快速切換頻道、未知組播丟棄等技術可以帶給用戶良好的業(yè)務感受。
賽迪網(wǎng)
中國信息化(industry.ccidnet.com)
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