IPTV基礎(chǔ)培訓(xùn)課件

1、內(nèi)部資料 注意保密,1,IPTV基礎(chǔ)培訓(xùn),2015-5,目 錄,2,IPTV業(yè)務(wù)基礎(chǔ)培訓(xùn) 組播協(xié)議原理及應(yīng)用,3,基本概念：什么是IPTV系統(tǒng),IPTV（Internet Protocol Television）：解決了在觀看電視節(jié)目時(shí)播放時(shí)間對(duì)人們的限制問題，滿足了人們收看自由度方面的需求，提供了強(qiáng)大的交互功能，真正實(shí)現(xiàn)了媒體提供者和消費(fèi)者之間實(shí)質(zhì)性互動(dòng)的功能。 IPTV基于DVB（Digital Video Broadcasting）over IP（Internet Protocol）的技術(shù)框架，囊括了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和媒體技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，為電信業(yè)和電視業(yè)帶來新的業(yè)務(wù)增長點(diǎn)。IPTV在給用戶帶來交互式

2、電視節(jié)目的同時(shí)，還可以非常容易地與Internet服務(wù)、通信服務(wù)結(jié)合在一起，提供遠(yuǎn)程教育、信息服務(wù)、電視短信等增值業(yè)務(wù)。,4,視頻原理與基礎(chǔ),無論是傳統(tǒng)電視還是IPTV，用戶欣賞視頻節(jié)目，都必須通過視頻源的采集，視頻傳送和視頻在終端的最終呈現(xiàn)。IPTV相對(duì)于傳統(tǒng)電視，最主要的變化是視頻的傳送技術(shù)發(fā)生了根本的變化。模擬電視從衛(wèi)星接收到模擬信號(hào)之后，把這些信號(hào)通過廣播的方式全部推送到用戶電視機(jī)終端，終端通過選擇不同的頻點(diǎn)來選擇不同的節(jié)目。數(shù)字電視的方式是把衛(wèi)星接收下來的信號(hào)，通過視頻壓縮和數(shù)字化處理，然后再經(jīng)過QAM調(diào)制，再通過網(wǎng)絡(luò)廣播到用戶終端。數(shù)字電視和模擬電視的區(qū)別是傳送的內(nèi)容變成了數(shù)字的方

3、式。IPTV的重大變化是把衛(wèi)星接收下來的信號(hào)，經(jīng)過視頻壓縮處理，然后把壓縮后的報(bào)文經(jīng)過IP流化，變成IP報(bào)文，通過IP網(wǎng)絡(luò)傳送到用戶家里，因此可以充分利用IP網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性以及IP網(wǎng)絡(luò)傳送效率的優(yōu)越性。,5,IPTV的業(yè)務(wù)種類,6,IPTV的業(yè)務(wù)介紹,VOD，即點(diǎn)播。 用戶可以根據(jù)自己的興趣愛好，自由地選擇播放VOD節(jié)目庫中的電影。在播放VOD過程中，用戶可以執(zhí)行暫停、快進(jìn)、快退、定位等操作。VOD的應(yīng)用場景非常廣泛，常見應(yīng)用包括片花、普通VOD節(jié)目、連續(xù)劇等。 BTV，即直播 直播也稱為Live TV，類似于傳統(tǒng)的有線廣播電視或衛(wèi)星廣播電視。從用戶體驗(yàn)來看，觀看直播與觀看傳統(tǒng)電視是相同的。但與

4、傳統(tǒng)電視的信號(hào)傳輸方式不同，IPTV系統(tǒng)對(duì)音視頻信號(hào)進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)碼處理后，通過IP網(wǎng)絡(luò)將節(jié)目發(fā)送到用戶側(cè)的接收終端。根據(jù)直播電視的展示實(shí)現(xiàn)技術(shù)，直播電視包括普通的直播頻道和頁面頻道（Web Channel）。與普通的直播頻道不同之處在于，頁面頻道是通過Web頁面形式。,7,IPTV的業(yè)務(wù)介紹,TSTV即時(shí)移 時(shí)移是指用戶在觀看電視節(jié)目的過程中，可以對(duì)直播電視節(jié)目進(jìn)行互動(dòng)性的操作，如暫停、快退、快進(jìn)（從時(shí)移狀態(tài)快進(jìn)到直播狀態(tài)）等操作。 相對(duì)于傳統(tǒng)的電視來說，TSTV給用戶帶來了一種全新的感受。用戶不再是只能被動(dòng)地收看節(jié)目，而是能夠主動(dòng)控制直播電視節(jié)目的播放。 TVOD即回看 電視回看是指運(yùn)營商對(duì)直

5、播頻道的電視節(jié)目進(jìn)行錄制，并以文件方式存儲(chǔ)下來。用戶可以隨時(shí)選擇回看最近幾天內(nèi)直播過的電視節(jié)目。在觀看TVOD的過程中，用戶可以執(zhí)行暫停、快退、快進(jìn)和定位等操作。目前河北聯(lián)通IPTV提供標(biāo)清3天回看，高清7天回看。 游戲娛樂業(yè)務(wù) 游戲娛樂業(yè)務(wù)主要包括卡拉OK、在線互動(dòng)游戲、單人游戲、體感游戲等。,8,IPTV的業(yè)務(wù)介紹,上面介紹的都是目前的基本業(yè)務(wù)，已經(jīng)在現(xiàn)網(wǎng)中應(yīng)用。下面幾種業(yè)務(wù)暫未在現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用，簡單介紹如下： 輪播電視也稱為NVOD（Near Video on Demand）或虛擬電視頻道。是將一組VOD節(jié)目按照時(shí)間先后順序組織起來，以組播方式向用戶提供服務(wù)。用戶觀看NVOD節(jié)目與觀看廣播電視

6、的效果相同。通過NVOD的組播方式，可以克服大量用戶訪問VOD節(jié)目所帶來的網(wǎng)絡(luò)帶寬緊張的問題，從而更好地向用戶提供高質(zhì)量的流媒體服務(wù)。 cPVR是直播電視的一種個(gè)性化業(yè)務(wù)。用戶選擇將喜愛的直播頻道節(jié)目錄制到STB的內(nèi)置硬盤中。完成錄制后，用戶可以完全自由地播放已錄制到STB中的節(jié)目。,9,IPTV的業(yè)務(wù)介紹,Download是點(diǎn)播的一種個(gè)性化業(yè)務(wù)。用戶選擇將喜愛的點(diǎn)播節(jié)目錄制到STB的內(nèi)置硬盤中。完成錄制后，用戶可以完全自由地播放已錄制到STB中的點(diǎn)播節(jié)目。同時(shí)支持邊下載邊播放，用戶可盡快的觀看到節(jié)目內(nèi)容。 TVMS業(yè)務(wù)主要包括如下滾動(dòng)消息和交互業(yè)務(wù)消息： 滾動(dòng)消息 在電視屏幕的指定位置以滾動(dòng)

7、方式展示的消息。 交互業(yè)務(wù)消息 最終用戶可以根據(jù)消息提示進(jìn)行互動(dòng)操作，如投票、競猜。 廣告業(yè)務(wù)，目前IPTV廣告業(yè)務(wù)主要是面向樓宇廣告。 樓宇廣告是基于IPTV交互技術(shù)，通過在政府機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位、商住樓宇等公眾場所安置電視終端，向用戶提供電視節(jié)目、信息、廣告的綜合資訊發(fā)布平臺(tái)。樓宇廣告類型包括視頻廣告，圖片廣告，滾動(dòng)字幕。,10,IPTV業(yè)務(wù)分類,IPTV業(yè)務(wù)中，主要分為組播類業(yè)務(wù)和單播類業(yè)務(wù)。各種業(yè)務(wù)按單播/組播/其他分類如下表所示：,組播和單播： 單播：就是一對(duì)一的播送； 組播：對(duì)幾個(gè)對(duì)象的播送：,11,視頻編碼及帶寬需求,IPTV 的各種業(yè)務(wù)中的流媒體業(yè)務(wù)所需的帶寬要求較高。不同的節(jié)目

8、類型、編碼方式的節(jié)目，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求也不同。目前主流的節(jié)目類型包括標(biāo)清和高清兩種，標(biāo)清節(jié)目的分辨率一般為720480，視覺體驗(yàn)與DVD相當(dāng)，當(dāng)前常用的標(biāo)清節(jié)目編碼方式為MPGE-2和H.264，對(duì)應(yīng)帶寬需求分別為3.75M和2M；高清節(jié)目標(biāo)準(zhǔn)分為720P和1080i兩種，視覺體驗(yàn)高于DVD,分別對(duì)應(yīng)分辨率為1280720和19201080，MPGE-2編碼高清節(jié)目所需帶寬為12M，H.264編碼高清節(jié)目所需帶寬為8M。河北聯(lián)通IPTV采用H.264編碼（高清8M，標(biāo)清2.5M）,12,IPTV帶寬測(cè)算,帶寬測(cè)試模型：目前設(shè)計(jì)模型為高峰時(shí)觀看單播用戶占總安裝用戶的25%（實(shí)際低于20%，可以按

9、20%計(jì)算），觀看高清和標(biāo)清用戶比為1:9高清碼流為8M，標(biāo)清為2M。直播占用帶寬可以按300M計(jì)算。 舉例：OLT走IPTV業(yè)務(wù)按照一條獨(dú)立GE上行，鏈路帶寬占用建議不超過80%，即800M，除去300M直播業(yè)務(wù)，剩余500M可以提供給單播使用。按照10個(gè)人觀看，高清：標(biāo)清=1:9，占用帶寬為（1*8+9*2）=26（M）,單個(gè)用戶家庭占用帶寬為2.6M 500/2.6=192戶，再算上實(shí)裝率、開機(jī)率，192/0.2=960戶。因此當(dāng)該OLT所承載用戶接近960時(shí)，請(qǐng)考慮擴(kuò)容。 說明：目前高峰觀看單播的用戶占總安裝用戶的百分比實(shí)際小于20%，另外直播頻道只有有用戶觀看才會(huì)有流量，直播流量應(yīng)該

10、也小于300M，因此實(shí)際能夠承載用戶可能會(huì)略高于960.,13,H.264視頻編碼介紹,H.264是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）和國際電信聯(lián)盟（ITU）共同提出的繼MPEG4之后的新一代數(shù)字視頻壓縮格式，主要特點(diǎn)有： 1低碼率：和MPEG2和MPEG4 ASP等壓縮技術(shù)相比，在同等圖像質(zhì)量下，采用H.264技術(shù)壓縮后的數(shù)據(jù)量只有MPEG2的1/8，MPEG4的1/3。 2高質(zhì)量的圖像：H.264能提供連續(xù)、流暢的高質(zhì)量圖像（DVD質(zhì)量）。 3容錯(cuò)能力強(qiáng)：H.264提供了解決在不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下容易發(fā)生的丟包等錯(cuò)誤的必要工具。 4網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(qiáng)：H.264提供了網(wǎng)絡(luò)抽象層（Network Abstrac

11、tion Layer），使得H.264的文件能容易地在不同網(wǎng)絡(luò)上傳輸（例如互聯(lián)網(wǎng)，CDMA，GPRS，WCDMA，CDMA2000等）。,14,H.264視頻編碼介紹,H.264最大的優(yōu)勢(shì)是具有很高的數(shù)據(jù)壓縮比率，在同等圖像質(zhì)量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.52倍。舉個(gè)例子，原始文件的大小如果為88GB，采用MPEG-2壓縮標(biāo)準(zhǔn)壓縮后變成3.5GB，壓縮比為251，而采用H.264壓縮標(biāo)準(zhǔn)壓縮后變?yōu)?79MB，從88GB到879MB，H.264的壓縮比達(dá)到驚人的1021。低碼率（Low Bit Rate）對(duì)H.264的高的壓縮比起到了重要的作用，和M

12、PEG-2和MPEG-4 ASP等壓縮技術(shù)相比，H.264壓縮技術(shù)將大大節(jié)省用戶的下載時(shí)間和數(shù)據(jù)流量收費(fèi)。尤其值得一提的是，H.264在具有高壓縮比的同時(shí)還擁有高質(zhì)量流暢的圖像，正因?yàn)槿绱?，?jīng)過H.264壓縮的視頻數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中所需要的帶寬更少，也更加經(jīng)濟(jì)。,15,4K分辨率介紹,4K分辨率并不特指某個(gè)特定數(shù)值，它指的是水平方向約有4000個(gè)像素點(diǎn)左右，根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域而存在細(xì)微差距。 4K分辨率其UHDTV規(guī)格可以達(dá)到40962160的像素分辨率，它是2K投影機(jī)和高清電視分辨率的4倍，屬于超高清分辨率。在此分辨率下，觀眾將可以看清畫面中的每一個(gè)細(xì)節(jié)，每一個(gè)特寫。 比如常說的4K電影

13、，其影片分辨率40962160，是由4K攝像機(jī)的成像格式?jīng)Q定。而在人們討論的電視領(lǐng)域，由于屏幕16：9已成主流，因此電視屏的4K指的是38402160的物理分辨率，相當(dāng)于給19201080（1080P）在橫向和豎向上各翻了一番。 4K一般采用H.265編碼技術(shù)。,16,流媒體傳輸和控制協(xié)議概念,流媒體基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 TCP、UDP（傳輸層） IP協(xié)議（互聯(lián)網(wǎng)層）。 流媒體傳輸協(xié)議： RTP、RTCP，RTP為實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議，通過UDP協(xié)議傳輸，RTCP為實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議，可以通過TCP協(xié)議傳輸，也可以通過UDP協(xié)議傳輸，但與RTP采用不同的端口號(hào)，加以分離。 RTSP，RTSP為實(shí)時(shí)流協(xié)議，也可以

14、說是話路控制協(xié)議，支持如像VCR那樣的操作控制，如暫停、快進(jìn)、快退等。RTSP也通過UDP來傳輸。 RSVP，RSVP協(xié)議為資源預(yù)留協(xié)議，屬傳輸層范圍的協(xié)議，對(duì)沿路由的路由器提出控制帶寬（預(yù)留）的要求，以保證某些信號(hào)帶寬穩(wěn)定的需求。,17,流媒體的網(wǎng)絡(luò)傳輸特征,舊的互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)：數(shù)據(jù)量小，實(shí)時(shí)性低，帶寬低，可靠性差。而新的多媒體業(yè)務(wù)流需求必須適應(yīng)多媒體業(yè)務(wù)流傳輸，有如下特點(diǎn)： 高帶寬和高壓縮率 多媒體數(shù)據(jù)流對(duì)帶寬的需求還表現(xiàn)出單向的特性，這是因?yàn)槎嗝襟w應(yīng)用多為非對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，往往從發(fā)送方傳送大量的數(shù)據(jù)流給接收方，而反向的傳輸量則很小。 低傳輸延遲 支持組播模式 可靠性高 通道同步，視頻流、音頻流

15、及其他數(shù)據(jù)流從不同的傳輸通道經(jīng)由不同的路由到達(dá)終端節(jié)點(diǎn)時(shí)，有必要采取一定的機(jī)制實(shí)現(xiàn)異種數(shù)據(jù)流之間的同步問題，這稱為通道同步問題,18,RTSP協(xié)議簡介,RTSP協(xié)議功能： RTSP的一個(gè)主要功能是支持類似VCR那樣的操作控制，如暫停、快進(jìn)、快退等 RTSP還可以提供選擇傳輸通道（例如，UDP、組播UDP或TCP）的方法以及基于RTP的傳輸機(jī)制建立和控制在媒體服務(wù)器和客戶機(jī)之間的連續(xù)的音頻/視頻媒體流 RTSP交互原理： RTSP為流音頻和視頻提供的服務(wù)與HTTP為文本和圖形所提供的服務(wù)相同； RTSP中，每一個(gè)媒體流都被一個(gè)RTSP URL所識(shí)別； RTSP用于從媒體服務(wù)器啟動(dòng)和直接傳送流媒體

16、數(shù)據(jù),目 錄,19,IPTV業(yè)務(wù)基礎(chǔ)培訓(xùn) 組播協(xié)議原理及應(yīng)用,組播綜述,20,隨著Internet網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)中交互的各種數(shù)據(jù)、語音和視頻信息越來越多，同時(shí)新興的電子商務(wù)、網(wǎng)上會(huì)議、網(wǎng)上拍賣、視頻點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教學(xué)等服務(wù)也在逐漸興起。這些服務(wù)大多符合點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的模式，對(duì)信息安全性、有償性、網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了較高的要求。 單播和廣播明顯不能很好的解決這些問題，那么如何在IP網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸？這就是組播應(yīng)用的意義。 IPTV的視頻直播業(yè)務(wù)，使用組播意義尤其重大。,為什么需要組播,組播綜述,21,IP數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)是IP地址，Internet使用IP地址標(biāo)識(shí)并區(qū)分連接在網(wǎng)絡(luò)上的各種設(shè)備：

17、IP報(bào)文使用IP地址標(biāo)識(shí)發(fā)送對(duì)象，也就是報(bào)文目的地址。 用戶主機(jī)根據(jù)接口邏輯能夠識(shí)別的IP地址，來接收IP報(bào)文。 路由器根據(jù)IP報(bào)文的目的地址找出下一跳，執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)。,IP數(shù)據(jù)傳輸,組播綜述,22,用戶主機(jī)能夠識(shí)別的IP地址分為三類： 單播IP地址：一個(gè)單播IP地址只能標(biāo)識(shí)一臺(tái)用戶主機(jī)，一臺(tái)用戶主機(jī)只能識(shí)別一個(gè)單播IP地址，這種關(guān)系也稱為一一對(duì)應(yīng)。一份使用單播IP地址為目的地址的IP報(bào)文，只能被一臺(tái)用戶主機(jī)接收。 廣播IP地址：一個(gè)廣播IP地址能夠標(biāo)識(shí)一定網(wǎng)絡(luò)圍內(nèi)的所有用戶主機(jī)，一臺(tái)用戶主機(jī)可以同時(shí)識(shí)別多個(gè)廣播IP地址。一份使用廣播IP地址為目的地址的IP報(bào)文，能夠被該范圍內(nèi)的所有用戶主機(jī)接收。

18、 組播IP地址：一個(gè)組播IP地址能夠標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)不同位置的多個(gè)用戶主機(jī)，一臺(tái)用戶主機(jī)可以同時(shí)識(shí)別多個(gè)組播IP地址。一份使用組播IP地址為目的地址的IP報(bào)文，能夠被網(wǎng)絡(luò)不同位置的多個(gè)用戶主機(jī)接收。,IP地址,組播綜述,23,網(wǎng)絡(luò)中存在信息發(fā)送者Source，UserA和UserC提出信息需求，網(wǎng)絡(luò)采用單播方式傳輸信息。,單播,從以上發(fā)送流程來看，可以簡單的總結(jié)出單播轉(zhuǎn)發(fā)的特點(diǎn)： 一份單播報(bào)文，使用一個(gè)單播地址作為目的地址。Source向每個(gè)Receiver地址發(fā)送一份獨(dú)立的單播報(bào)文。N個(gè)Receiver需要發(fā)送N份單播報(bào)文。如圖中所示：packets for UserA；packets for Us

19、erC。 網(wǎng)絡(luò)為每份單播報(bào)文建立一條獨(dú)立的數(shù)據(jù)傳送通路。N份單播報(bào)文需要建立N條相互獨(dú)立的傳輸路徑。如圖中所示：Source RouterB RouterE RouterD UserA；Source RouterB RouterE RouterF UserC。,組播綜述,24,網(wǎng)絡(luò)中存在信息發(fā)送者Source，UserA和UserC提出信息需求，網(wǎng)絡(luò)采用廣播方式傳輸信息。,廣播,從以上發(fā)送流程來看，可以簡單的總結(jié)出廣播轉(zhuǎn)發(fā)的特點(diǎn)： 一份廣播報(bào)文，使用一個(gè)廣播地址作為目的地址。Source向網(wǎng)絡(luò)廣播地址發(fā)送且僅發(fā)送一份報(bào)文。如圖中所示：packets for all the network。 報(bào)

20、文被拷貝并傳送到每個(gè)網(wǎng)段，不管是否有需求，保證報(bào)文到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中所有的路由器和用戶。如圖中所示：不需要此報(bào)文的用戶UserB也能夠接收到一份拷貝。,組播綜述,25,網(wǎng)絡(luò)中存在信息發(fā)送者Source，UserA和UserC提出信息需求，網(wǎng)絡(luò)采用組播方式傳輸信息。,組播,從以上發(fā)送流程來看，可以簡單的總結(jié)出組播轉(zhuǎn)發(fā)的特點(diǎn)： 一份組播報(bào)文，使用一個(gè)組播地址作為目的地址。Source（組播源）向一個(gè)組播地址發(fā)送且僅發(fā)送一份報(bào)文。如圖中所示：packets for all the multicast group 網(wǎng)絡(luò)中部署的組播協(xié)議為此組播報(bào)文建立一棵樹型路由，根連接Source，分支連接所有組播組成員。如

21、圖中所示：Source RouterB RouterE RouterD UserA | RouterF UserC 。,組播綜述,26,組播在點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中優(yōu)勢(shì)很明顯：單一的信息流沿樹型路徑被同時(shí)發(fā)送給一組用戶，相同的組播數(shù)據(jù)流在每一條鏈路上最多僅有一份。相比單播來說，使用組播方式傳遞信息，用戶的增加不會(huì)顯著增加網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，減輕了服務(wù)器和CPU的負(fù)荷。不需要此報(bào)文的用戶不能收到此數(shù)據(jù)。相比廣播來說，組播數(shù)據(jù)僅被傳輸?shù)接薪邮照叩牡胤?，減少了冗余流量、節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)帶寬、降低了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。因此可以說組播技術(shù)有效地解決了單點(diǎn)發(fā)送多點(diǎn)接收的問題，實(shí)現(xiàn)了IP網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)到多點(diǎn)的高效數(shù)據(jù)傳送。 概括一下：組播解決

22、了單播方式在源主機(jī)上多次”打包”，在網(wǎng)絡(luò)上重復(fù)”投遞”這種極其消耗服務(wù)器資源和網(wǎng)絡(luò)資源的缺陷，同時(shí)也解決了廣播方式缺乏足夠安全機(jī)制（只有加入到組才能接收），消耗傳輸鏈路帶寬的缺陷。,組播的優(yōu)勢(shì),組播基本概念,27,組播組使用一個(gè)IP組播地址標(biāo)識(shí)。任何用戶主機(jī)（或其他接收設(shè)備），加入一個(gè)組播組，就成為了該組成員，可以識(shí)別并接收以該IP組播地址為目的地址的IP報(bào)文。如：在你收聽汽車收音機(jī)時(shí)，當(dāng)收音機(jī)調(diào)頻在FM98.8時(shí)，說明你加入了某個(gè)電臺(tái)的組，那么你就接收到這個(gè)頻道的信息。,組播組,組播基本概念,28,以組播組地址為目的地址，發(fā)送IP報(bào)文的信源稱為組播源。 一個(gè)組播源可以同時(shí)向多個(gè)組播組發(fā)送數(shù)據(jù)

23、。 多個(gè)組播源可以同時(shí)向一個(gè)組播組發(fā)送報(bào)文。 還是拿收聽收音機(jī)為例，電臺(tái)就是一個(gè)組播源，電臺(tái)為組播頻道提供服務(wù)。通常的理解是一個(gè)電臺(tái)對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)頻道。但是在網(wǎng)絡(luò)中，有時(shí)候?yàn)榱素?fù)載均衡和路徑擇優(yōu)，在一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)中部署多個(gè)”電臺(tái)”，讓它們同時(shí)為收音機(jī)服務(wù)，至于收音機(jī)如何選擇哪個(gè)電臺(tái)，那么有中間的”衛(wèi)星”通過一定的算法進(jìn)行選擇，這個(gè)衛(wèi)星就是RP，這在后面的內(nèi)容中會(huì)被講到。,組播源,組播基本概念,29,網(wǎng)絡(luò)中支持組播功能的路由器稱為“組播路由器”。和單播路由器一樣，組播路由器的功能是尋址和轉(zhuǎn)發(fā)。組播路由器通過組播路由協(xié)議發(fā)現(xiàn)和選擇路由，最終形成組播路由表，對(duì)組播數(shù)據(jù)進(jìn)行前轉(zhuǎn)。組播路由器實(shí)質(zhì)就是運(yùn)行

24、了組播路由協(xié)議的路由器，目前的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備大多數(shù)都把組播路由功能當(dāng)做基本功能，所以只要你需要，可以將一臺(tái)路由器同時(shí)運(yùn)行單播和組播。當(dāng)然，不排除有些設(shè)備因?yàn)樾阅芑蛘弋a(chǎn)品的缺陷對(duì)組播支持存在BUG。,組播路由器,組播基本概念,30,使用組播就是”種植”和”維護(hù)”一棵或兩棵樹。學(xué)習(xí)組播最重要的是理清這些樹是如何形成、如何收斂、如何變化、數(shù)據(jù)在樹上是如何傳遞的。至于是一棵還是兩棵樹，關(guān)鍵取決于使用哪種組播路由協(xié)議。組播樹在組播路由器上最好的體現(xiàn)是組播路由表項(xiàng)（*,G）和(S,G)。組播中常見的就是以下兩棵樹： 源樹：以組播源為樹根，組播路徑為樹枝，組成員為樹葉的一棵樹。一般源樹就是一個(gè)組播源對(duì)應(yīng)一個(gè)組播組

25、，或者一個(gè)組播源對(duì)應(yīng)多個(gè)組播組。如：一個(gè)電臺(tái)某一個(gè)或者多個(gè)頻道提供服務(wù)。 共享樹：以RP為樹根，組播路徑為樹枝，組播源和組成員為樹葉的一棵樹。共享樹實(shí)質(zhì)維護(hù)了兩棵樹，首先是RP到多個(gè)負(fù)載均衡源的源樹，然后就是RP到多個(gè)組的樹，兩棵樹共享RP，所以簡稱為共享樹。共享樹模型中多個(gè)組播源對(duì)應(yīng)到一個(gè)組播組，或者多個(gè)組播源對(duì)應(yīng)到多個(gè)組播組，實(shí)現(xiàn)了組播源之間的負(fù)載和冗余。,組播樹,組播基本概念,31,IGMP協(xié)議是主機(jī)和路由器進(jìn)行組播通信的語言，對(duì)應(yīng)到OSI模型屬于第三層協(xié)議，是我們所說的三層組播協(xié)議中關(guān)鍵組件。IGMP作為組管理協(xié)議，本身存在協(xié)議的版本、實(shí)現(xiàn)機(jī)制和消息類型。這里我們不討論IGMP協(xié)議本身

26、，有相當(dāng)多的文檔詳細(xì)的講解了IGMP協(xié)議，可以參考TCP/IP路由技術(shù)卷二。這里想強(qiáng)調(diào)的是IGMP作為主機(jī)和路由器交互的組管理協(xié)議，一旦主機(jī)和路由器之間運(yùn)行了，那么它們之間的數(shù)據(jù)不再是像單播一樣外部數(shù)據(jù)走網(wǎng)關(guān)。IGMP協(xié)議規(guī)定了組播的數(shù)據(jù)是不需要網(wǎng)關(guān)的，所以在配置組播應(yīng)用時(shí)，VRRP對(duì)于組播的冗余性是沒有幫助的。當(dāng)存在多個(gè)出口路由器時(shí)，IGMP本身的機(jī)制就可以保障主機(jī)的冗余性，所有路由器通過偵聽某個(gè)組信息，而這個(gè)組信息是可以達(dá)到多個(gè)出口路由器的，當(dāng)然其中會(huì)有很多機(jī)制來節(jié)省查詢帶寬，如選舉DR路由器等，而不是通過配置的冗余網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)。,IGMP,組播基本概念,32,組播路由協(xié)議是組播路由器之間的組

27、播通信語言。如同OSPF是單播路由協(xié)議一樣。組播路由協(xié)議可以按照使用的范圍大小劃分為IGP和EGP，這也和單播路由協(xié)議一樣。如我們常見的OSPF、ISIS、RIP等屬于單播的IGP，PIM SM、PIM DM、MOSPF等屬于組播的IGP，其中使用較為頻繁的就是PIM的兩種IGP協(xié)議。利用BGP豐富的路由屬性和地址族，BGP不但作為單播的EGP協(xié)議，同時(shí)也使用在組播的環(huán)境當(dāng)中，我們稱之為MBGP。,組播路由協(xié)議,組播基本概念,33,PIM是目前使用最廣泛的組播路由協(xié)議， PIM（Protocol Independent Multicast）稱為協(xié)議無關(guān)組播。什么是協(xié)議無關(guān)？簡單理解PIM是”拿

28、來主義者”,PIM不自己去發(fā)現(xiàn)路由，而是使用現(xiàn)成的單播路由表中的路由條目，不管這些單播路由條目是哪種單播路由協(xié)議發(fā)現(xiàn)和傳遞的，這就是與協(xié)議無關(guān)的含義。PIM利用現(xiàn)有的單播路由信息，對(duì)組播報(bào)文執(zhí)行RPF（Reverse Path Forwarding）檢查，從而創(chuàng)建組播路由表項(xiàng)，構(gòu)建組播分發(fā)樹。PIM不維護(hù)專門的單播路由，也不依賴某具體的單播路由協(xié)議，它直接利用單播路由的結(jié)果。 PIM支持兩類組播路由模型： PIM-DM稱為協(xié)議獨(dú)立組播密集模式。適合規(guī)模較小、組播組成員相對(duì)比較密集的局域網(wǎng)。 PIM-SM稱為協(xié)議獨(dú)立組播稀疏模式。適合網(wǎng)絡(luò)中的組成員相對(duì)比較稀疏，分布廣泛的大型網(wǎng)絡(luò)。目前河北IPT

29、V使用的就是PIM-SM。,PIM,組播基本概念,34,RP （Rendezvous Point）是PIM SM中源樹和共享樹的匯聚點(diǎn)，是兩棵樹的總根。一般情況下全網(wǎng)設(shè)備對(duì)于RP地址的認(rèn)識(shí)是一致的，否則兩棵樹無法匯聚，導(dǎo)致源發(fā)送的流量無法達(dá)到組。這里所說的RP地址僅僅是一個(gè)地址，并非同一臺(tái)設(shè)備，有時(shí)候?yàn)榱藢?shí)現(xiàn)RP的路徑擇優(yōu)和負(fù)載分擔(dān)，會(huì)部署Anycast，這個(gè)時(shí)候多個(gè)路由器共享一個(gè)RP地址，通過單播路由的路徑擇優(yōu)對(duì)RP進(jìn)行負(fù)載。總之RP地址的配置對(duì)于PIM路由器來說是非常重要的。具體RP的選舉和配置可以參見TCP/IP路由技術(shù)卷二。,RP,PIM-SM組播模型介紹,35,IPTV中PIM SM

30、模型,組播源A,組播源B,組播路由器,組播路由器,組播路由器,組播路由器,組播路由器,組播路由器 （三層交換機(jī)）,二層交換機(jī),IGMP,IGMP,二層組播,RP,Pim sm,Pim sm,Pim sm,Pim sm,Pim sm,Pim sm,Pim sm,Pim sm,Pim sm,組播組 （成員）,組播組 （成員）,組播組 （成員）,PIM-SM組播模型介紹,36,組播路由收斂,PIM-SM假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中的組成員分布非常稀疏，基于這一假設(shè)，PIM-SM的設(shè)計(jì)思路是： 在網(wǎng)絡(luò)中維護(hù)一臺(tái)重要的PIM路由器：匯聚點(diǎn)RP，網(wǎng)絡(luò)中所有PIM路由器都知道RP的位置，而RP不需要知道PIM路由器的位置。

31、當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)組成員（用戶主機(jī)通過IGMP加入某組播組G）時(shí)，最后一跳路由器向RP發(fā)送Join消息，逐跳創(chuàng)建（*，G）表項(xiàng)，生成一棵以RP為根的RPT。 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)活躍的組播源（信源向某組播組G發(fā)送第一個(gè)組播數(shù)據(jù)）時(shí)，第一跳路由器將組播數(shù)據(jù)封裝在Register消息中單播發(fā)往RP，在RP上創(chuàng)建（S，G）表項(xiàng)，注冊(cè)源信息。 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)出現(xiàn)組成員和向該組發(fā)送數(shù)據(jù)的組播源時(shí)，以RP為中轉(zhuǎn)站：組播數(shù)據(jù)先被封裝在Register消息中發(fā)往RP，再沿RPT到達(dá)組成員。,PIM-SM組播模型介紹,37,組播路由收斂,由PIM-SM的設(shè)計(jì)思路可見，RP是PIM-SM網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)核心，組成員和組播源都向RP匯聚

32、。當(dāng)組播流量增大時(shí)，RP和RPT上的負(fù)擔(dān)同時(shí)增大。為緩解RP和RPT的負(fù)擔(dān)，并優(yōu)化組播路徑，很多網(wǎng)絡(luò)都支持SPT切換。 我們可以總結(jié)出以下幾點(diǎn)，在PIM SM模型中，組播路由的收斂是這樣完成的： 組成員通過IGMP信息，與直連的路由器進(jìn)行通信。通過IGMP發(fā)送的REPLAY信息加入到某個(gè)組中，此時(shí)直連的組播路由器在本地的IGMP表中維護(hù)這個(gè)表項(xiàng)，如下： dis igmp group Interface group report information of VPN-Instance: public net Vlanif201(8): Total 50 IGMP Grou

33、ps reported Group Address Last Reporter Uptime Expires 12 2 1w:0d 00:01:27 15 2 1w:0d 00:01:19 該表項(xiàng)有一定的超期時(shí)間，在周期內(nèi)沒有收到replay回應(yīng)路由器則認(rèn)為沒有組信息，則刪除表向。注意激活I(lǐng)GMP，組加入是組播路由收斂的第一步。,PIM-SM組播模型介紹,38,組播路由收斂,直連組播路由收到IGMP請(qǐng)求之后，觸發(fā)本地的PIM協(xié)議，往上游接口沿RP方向發(fā)送pim join信息。這里說到的接口都是運(yùn)行了

34、PIM SM的接口，否則pim消息不會(huì)往這些接口上發(fā)送。所以，首先是接口運(yùn)行pim sm，并和直連路由器建立了PIM SM鄰居關(guān)系；其次是沿RP方向發(fā)送PIM Join信息。什么是沿RP方向？這里是理解PIM SM的關(guān)鍵。沿RP方向的依據(jù)就是單播路由表中對(duì)RP的路由方向，即單播路由表中必須有去往RP的路由，且路由的下一跳接口必須運(yùn)行了PIM SM，那樣這個(gè)組加入信息才會(huì)被傳遞。當(dāng)加入信息被傳遞之后，該路由器會(huì)為組播路由表收斂做兩件事情：形成一個(gè)（*，G）的路由表項(xiàng)，記錄請(qǐng)求進(jìn)入的端口，形成OIL出接口列表，這個(gè)就是組播數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)的出接口；往RP方向繼續(xù)發(fā)送請(qǐng)求，并將成功發(fā)送請(qǐng)求的端口置為IIL

35、入接口列表。這樣組播路由表就形成了以IIL作RPF檢查，OIL作數(shù)據(jù)出口的路由表。有人會(huì)問，假如單播路由表中去往RP方向是多條，那么組播路由表會(huì)負(fù)載均衡么？其實(shí)，組播路由表的負(fù)載均衡對(duì)于組播網(wǎng)絡(luò)是沒有好處的，試想同一份流量從不同的路徑到達(dá)組，不僅組會(huì)收到重復(fù)流量，而且占用了帶寬。組播路由機(jī)制也意識(shí)到了這一點(diǎn)，單播RP路由的負(fù)載均衡，組播路由器通過算法避免了兩者同時(shí)加入到IIL，而是選擇IP地址較高的上游路由器作為IIL，這樣避免了組播路由的負(fù)載均衡。,PIM-SM組播模型介紹,39,組播路由收斂,組播源到RP的路由收斂比較特殊。組播源一旦運(yùn)行，往某一個(gè)特定組發(fā)送組播數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)觸發(fā)了源樹（S,

36、G）的建立。組播源的路由收斂在發(fā)送數(shù)據(jù)的前一階段完成。與源直連的路由器接收到第一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，它發(fā)送的方向必然是RP方向。而源去往RP的數(shù)據(jù)方向是違反RPF原則的，為了解決這個(gè)矛盾，組播協(xié)議規(guī)定源到RP的組播數(shù)據(jù)使用單播方式進(jìn)行注冊(cè)，注冊(cè)的內(nèi)容包括某個(gè)源地址可以提供哪些組服務(wù)，其實(shí)質(zhì)就是（S,G）。從上面收斂的過程看，RP和源之間是使用了單播進(jìn)行通信的，那么RP和源之間的單播路由表必須是互通的。,PIM-SM組播模型介紹,40,組播路由收斂,通過源樹（S,G）和共享樹(*,G)在RP的匯聚，完成了組播路由表的收斂。那么組播路由表收斂的幾個(gè)關(guān)鍵要點(diǎn)就是： 與組直連的路由器開啟了IGMP功能，并且能

37、夠正常接收IGMP報(bào)文 PIM路由器存在去往RP的路由(只需要路由，不一定是可達(dá))，且路由的下一跳接口運(yùn)行了PIM SM 上下游路由器的RP路由下一跳接口建立PIM SM鄰居關(guān)系 所有組播路由器正確配置了基于組的RP，且對(duì)RP的認(rèn)識(shí)是一致的 RP所在路由器單播路由表存在源路由，且雙向可達(dá) 源路由器單播路由表存在RP單播路由，且雙向可達(dá),PIM-SM組播模型介紹,41,組播數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),前面的內(nèi)容介紹過，組播的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)一直是從源到組進(jìn)行發(fā)送。那么按照組播路由表中的OIL進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。按照IIL進(jìn)行RPF檢查。這里簡單介紹一下RPF，因?yàn)镽PF是一個(gè)非常實(shí)用的技術(shù)。 在單播網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)發(fā)送存在環(huán)路的時(shí)候

38、，往往通過TTL來進(jìn)行防環(huán)。而組播數(shù)據(jù)沒有類似的機(jī)制來防止環(huán)路。試想某組播路由器將組播數(shù)據(jù)從一接口發(fā)送出去，卻從自己的另外一個(gè)接口接收，造成組播環(huán)路。組播環(huán)路不像單播環(huán)路那樣，最壞經(jīng)過255跳自動(dòng)丟棄，而是一直不斷的循環(huán)，造成網(wǎng)絡(luò)利用率低。所以組播引入了RPF功能。其基本的思想就是某一個(gè)組播數(shù)據(jù)進(jìn)入本路由器的時(shí)候，本路由器執(zhí)行RPF檢查算法，查看這個(gè)數(shù)據(jù)包是否從IIL接口進(jìn)入，若是從IIL接口進(jìn)入則轉(zhuǎn)發(fā)，否則丟棄該數(shù)據(jù)包。由于組播路由表是唯一的，那么某個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)入本路由器的端口也是唯一的，所以防止了一個(gè)數(shù)據(jù)包從A口接收，從B口發(fā)送，又從其它接口接收的問題，防止了組播環(huán)路。,IGMP協(xié)議,42,為什么需要IGMP,組播服務(wù)器與需要接收組播信息的主機(jī)在同一個(gè)子網(wǎng)內(nèi),服務(wù)器,主機(jī),只要主機(jī)開啟了組播流接收程序,都可以收到組播數(shù)據(jù),主機(jī),IGMP協(xié)議,43,為什么需要IGMP,組播服務(wù)器與需要接收組播信息的主機(jī)不在同一個(gè)子網(wǎng)內(nèi),服務(wù)器,主機(jī),主機(jī),路由器收到服務(wù)器發(fā)送的組播報(bào)文,將其隔離在服務(wù)器所在的子網(wǎng)內(nèi),需要接收組播數(shù)據(jù)的主機(jī)無法接收到組播數(shù)據(jù),IGMP協(xié)議,44,IGMP定義,IGMP：Inter