（通信与信息系统专业论文）iptv的网络设计与软件管理系统研究.pdf

中文摘要 本文通过对当前宽带网络现状进行了充分分析，提出了基于i p 网络的视频 应用方案中i p t v 的设计。 文章通过对i p t v 概念、关键技术、i p t v 系统组成情况的介绍，提出了i p t v 网络运营方案和软件管理信息系统的架构。该运营和管理系统是经过和电信运营 商反复交流后经过充分论证得出。 本文所提出的i p t v 软件管理系统的架构通过对用组播( m u l t i e a s t ) 技术在 i p 网络上的视频广播应用进行全面的管理，引入广播电视领域c a 的概念结合 i p 网络特点，使本文提出的新设计成为具备内容加密机制的i p t v 管理系统平台， 很好的满足了运营商的各种赢利模式要求。 本课题在技术设计上比较新颖，在运营模式、系统架构上对电信运营商和网 络增值服务提供商提供了一个新的选择。 关键词：i p 电视组播单播用户数掘报协议活动图象专家小组 分布树 因特网组管理协议思科组管理协议密集模式协议无 关组播协议稀疏模式协议无关组播协议开放式最短路径优先 丌放式组搔最短路径优先距离向量组播路由协议 a b s t r a c t t h ed i s s e r t a t i o n ，r a i s e dai p t vd e s i g nf o rv i d e oa p p l i c a t i o no ni pn e t w o r kb a s e d o nt h ea n a l y s eo f c u r r e n td e v e l o p m e n to f w i d eb a n dn e t w o r k w ed i s c u s s e d ，f i r s to fa l l ，t h ec o n c e p t i o no fi p t v , t h ek e yt e c h n i c si t l sc o n c e r n e d a n dt h ec o n s t i t u t i o no fi p t vn e t w o r ks y s t e m ，t h e nw ei n t r o d u c e do l _ l ro w ni p t v n e t w o r ko p e r a t i o np r o j e c ta n dt h es o f t w a r ea r c h i t e c t u r eo fi t sm a n a g e m e n ts y s t e m o u rf i n a l r e s u l tc o n s u l t e dw i t hn e t w o r ko p e r a t o rh a sb e e np r o v e df e a s i b l eb y e x p e r i e n c e dc o n t e n ts e r v i c ep r o v i d e r t h es o f t w a r em a n a g e m e n ts y s t e mw ef r a m e di nt h ed i s s e r t a t i o ni n t e g r a t e dt h ec a c o n c e p t i o ni nt va n db r o a d c a s tf i e l dw i t ht h es p e c i a l t i e so fi pn e t w o r k a n dw i t hi t s c o m p r e h e n s i v ec a p a b i l i t y , e s p e c i a l l yi t sc o n t e n te n c r y p tm e c h a n i s m ，c o v e r i n ga l l s e r v i c e st h a ti p t vw o u l dp r o v i d e ，o u rd e s i g ni st h ei d e a lp l a t f o r mf o ri p t vs y s t e m m a n a g e m e n tt os a t i s f yt h en e t w o r ko p e r a t o r sv a r i e dp r o f i tr e q u e s t t h ei s s u e sf o c u s e di nt h i sd i s s e r t a t i o ni sn o v e la n ds h o u l db ea g o o dc h o i c ef o rt h e n e t w o r ko p e r a t o ra n dv a l u e a d d e ds e r v i c ep r o v i d e re i t h e ro no p e r a t i o nm o d eo rn e w s y s t e me s t a b l i s h k e y w o r d s ：i p t vm u l t i c a s tu n i c a s tu d pm p e gd i s t r i b u t i o n t r e e i g m pc g m pp i m d mp i m s m0 s p fm o s p f d v m r p 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨鲞盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：乒铁漏f 毒签字日期：翘。中年6 , e lo 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤盔盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名 j 嵌渊每 导师签名：彬 签字日期：己t 吣争年幻月i oi l l签字日期：弦m i 年z 月，日 第一章概述 1 1l p t v 综述 第一章概述 宽带的蓬勃发展为i p 网络运营商提供了一个难得的商业机会。各种应用， 视频，游戏，股票，电子商务，都因为宽带而变得空前的精彩。 为了抓住机遇，i p 网络运营商需要在其物理网络基础上建设一套高效的宽 带网络增值服务运营支撑平台。一方面，能够吸引各种增值服务提供商在这个平 台上提供服务，另一方面，这个平台能够为用户提供一个简单的接受服务的桥梁。 因此ii p t v 服务作为一种收费增值服务的条件已经具备了市场条件。 i p t v 视频广播系统主要是以存在了很久m u t l e a s t 技术和i g m p 协议为基础， 针对现有i p 城域网络的实际状况和运营商的运营需求，提出管理平台架构及软 件架构设计，从理论上解决了从中心到客户端的视频广播的技术问题和管理问 题。 1 2 i p t v 的相关概念 i p t v ： 实际就是利用宽带多媒体网络传送清晰的电视节目，其图像音响质量远远高 于现在的有线电视的信号质量，可达到d v d 环绕立体声伴音效果。甚至是a c 一3 5 1 声道效果。在传送节目“频道数”上也多于传统有线电视网，传统有线电视网最 多可传送7 0 个左右的模拟频道，丽宽带多媒体网最多可传送2 0 0 套以上d v d 画 质的数字电视节目。 直播： 是利用u d p 协议，采用i p 多点传送技术，通过内部局域网或互联网将数字 视频节目向桌面电脑广播。客户可以采用p c 机或机顶盒即可实时接受播放。它 可以现场直播。 编播： 第一章概述 将存储的节目进行时问编排按多路数字视频节目同时在局域网或i n t e r n e t 上播放。每个用户可在电脑上以使用电视机的方式随意连接选择切换接收所需的 节目， 1 3i p t v 的关键技术i p 组播 考虑i p t v 的! i k 务特性，要求网络环境支持i p 组播。在视频传输中，i p 组 播技术有其独特的优越性在组搔网络中，即使用户数量成倍增长，主干带宽 不需要随之增加，这样可以大大降低网络运营商的投资成本。 组播是一种允许一个或多个发送者( 组播源) 发送单一的数据包到多个援收 者( 一次的，i 司时的) 的刚络技术。组播源把数掘包发送到特定组播组，而只 有属于该组播组的地址才能接收到数据包。组播可以大大的节省网络带宽因 为无论有多少个目标地址，在整个网络的任何条链路l 只传送单一的数据包。 它提高了数据传送效率。减少了主干网出现捌塞的可能性。组播组中的主机可以 是在同一个物理网络也可以来自不同的物理网络( 如果有组播路山器的支持) 。 其网络模型如下圈所示： 1 4 本文要做的工作 1 、方案选型 1 、方案选型 刚l 组孺网络模嘲 第一章概述 针对省级电信的网络实际状况，传送视频节目分多播m u l t i c a s t 和单播 u n i c a s t 两种方式，提出多播作i p t v 更符合现有网络接入带宽够而骨干带宽不 足的现状，多播可以大幅度降低骨干带宽，而又使每个终端都收到高质量的视频 节目； 根据电信运营商以省级管理为核心的特点提出管理平台的设计以省级电信 运营商为为目标，因为地市级电信运营商没有完全的运营权利，所以放弃地市级 的方案。 根据多播对省级骨干的影响，提出了省级单中心式i p t v 的方案和省级分布 式i p t v 方案，这两种方案在实际应用中都有可能用到，所以本文提出了这两种 方案的设计。 2 、协议及其理论综述 根据i p t v 的业务特性，选择i p 组播技术作为构建i p t v 服务的基础。论述 i p 组播技术、u d p 协议的构成及相关技术，介绍加密技术、密钥技术、认证的工 作原理。 3 、i p t v 的系统构建 论述i p t v 服务的构成极其工作原理。 4 、i p t v 系统构建及i p t v 管理系统软件架构设计 论述i p t v 系统设计思路以及i p t v 管理系统的软件架构设计 第_ 二章i p t v 系统的纲成 第二章i p l v 系统的组成 2 1i p t v 系统的构成及工作原理 i p t v 是利用u d p 协议，采用i p 多播技术，通过局域网或互联网将数字视频 节目向用户广播，用户通过p c 机配合媒体播放软件或i p 机顶盒即可实时接受播 放。它可以实现现场直播。 幽2 p t v 网络构成 i p t v 系统主要由i p t v 服务器、i p t v 管理系统、传输网络以及i p t v 客户端 四部分组成。 一 i p t v 服务器是在网络进行视频信号广播的专用设备，可用于卫 星电视节目广播、实况播送等。 4 第二章i p t v 系统的组成 - i p t v 管理系统是具有管理i p t v 所需的各项功能，如：可按照运 营商所需的运营模式而设置的预定管理，频道管理，视频加密管 理，用户认证管理和影视资产管理等。 - i p t v 客户端，可以采用i p 机顶盒或者p c 机配合媒体播放软件 接收i p t v 。 2 2i p t v 网络环境需求 i p t v 服务的特点是，有一个i p t v 服务器在发靠信息，而接收端数量很大， 可能有成千上万个，而且具体数目不固定。在这种方式下，我们可以使用传统的 客户服务器( c s ) 模型解决，按照下面的思路： 1 在i p t v 服务器上启动媒体流播放进程，作为服务器； 2 客户端每当想接受某个i p t v 服务器的数据的时候，通过给出该i p t v 服 务器的i p 地址，来跟该i p t v 服务器建立连接( 比如，t c p 连接等) ： 3 i p t v 服务器维护一个客户列表，采用轮循的方式向每个客户发送媒体流。 不难看出，这样的解决方案有两个缺陷 1 客户数目很大的时候，i p t v 服务器就有可能承受不了，因为这种媒体 流跟传统的窄带业务( 比如h t t p 等) 不同，它需要很高的带宽来传输，而且服 务器还必须维护每个客户的信息； 2 严重浪费网络资源，相同的数据可能在网上传播了很多次。在一些带宽 较低的链路上，可能引起严重的通信瓶径。 在这个时候我们自然而然的想起了i p 组播。这种技术最适合上面的这些 新型业务。因为i p 组播通信有下列优点： 1 i p t v 服务器不必知道某个客户端的存在，它只管把媒体流以组播地址 播放出去即可而且仅仅播放一份； 2 媒体流数掘在网上仅仅传送一份即可，即使有成千上力个客户端： 3 客户端不必向i p t v 服务器注册，如果想接收某个媒体流服务器的数据， 仅仅加入该媒体流服务器所播放的数掘所在的多播组即可。 第一章i p t v 系统的纽成 2 2 1i p 组播技术在视频传输中的优势 i p t v 业务特性就是单点发送多点接收，因为广播服务器必须为每一个接收 者提供一个相同内容的i p 报文拷贝，同时网络上也重复地传输相同内容的报文， 占用了大量资源。如图所示。虽然i p 广播允许一个主机把一个i p 报文发送给同 一个网络的所有主机，但是由于不是所有的主机都需要这些报文因而浪费了网 络资源。在这种情况下组播( m u l t fc a s t ) 应运而生，它的出现解决了一个主机 向特定的多个接收者发送消息的方法。1 9 8 9 年，i e t f 通过r f c l l l 2 ，定义了 i n t e r n e t 上的组播方式。 图3 i p 组播技术在视频数据传输方顶具有很大的优势，当某个i p 站点向网络中的多 个i p 站点发送同一视频数掘时，i p 组播技术可以减少不必要的重叠发送，与多 次点对点的单播( u n i c a s t ) 相比，减轻了系统和网络的负担，提高了c p u 资源 和网络带宽的利用率，极大地改善了视频数据传输的实时性。参与通信的各主机 不论是源站点还是目的站点均使用丽一程序，无客户桃和服务器之分，从而具有 对等性。 第二章i p t v 系统的组成 2 2 2 成熟的ip 组播组网 1 主机和组播路由器之剐的组播技术 i g m p 是惟一可选的协议，路由器通过使用陔协议与主机进行通信，以了解 局域网上的组播组，主机通过向路由器发送消息告诉路由器它希望”听”到哪个组 的报文。目前，成熟的版本为2 ，i e t f 工作组f 在开发版本3 。 2 路由协议 对于大型的i p 组播网，第三层的i p 路出协议一般要分为域内组播协议和域 间组播协议。域内由运营商或企业自行管理，域问通过共同的约定域间组播协议 实现域间的组播。 ，( 1 ) 域内组播路由协议 包括d v m r p 、p i m d m 、p i m s m 、m o s p f 和c b t 。 随着技术的进步和市场的选择，其中的p i m - s m 协议脱颖而出，成为广泛支 持的组播协议。该协议的”显示加入”特性只会向需要组播报文的网络传播报文， 同时组播源到接收者的网络延迟小，正是这两点因素使之成为域内组播协议的首 选。另外，占有市场份额最大的c i s c o 仅支持p i m - s m 和p i m d m ，而p i m 一蹦由 于其带有”广播”的特点，不适合大型网络，因此c i s c o 也推荐使用该协议作为域 内组播协议。 ( 2 ) 域阳j 路出协议 m b g p 对b g p 进行了一些扩展使之适合于多种协议的路由交换，但目前主要 用于组播。该协议增加了路由信息的状态，每一条路由可以标记为是单播的还是 组播的路由。这样就可以为组播维护其路由信息和状态，解决域间的组播路r - h 问 题。 要完成域间组播，除了要使用m b g p 解决路由问题，对于p i m s m 域互联还要 辅助使用m s d p ，该协议如其名字一样主要用于解决不同域之间的组播源的发现 问题。通过组播源的发现，域之间可以互相知道存在的每一个域内的组播源，从 而建立从组播源到组播接收者的组播分发树。 3 对以太网交换机的要求 第二二章i p t v 系统的坌r 成 组播技术的出现对以太网交换机也提出了一定的要求。在堆叠以太网交换机 时，如果仅仅把组播报文当作广播报文进行泛洪式传播的话，势必造成局域网中 不必要的流量。解决这个问题有两种成熟技术可供选择：i g m p 窃听和c g m p 。 它们都是为了解决老式交换机无法知道组播组成员分布的问题。i g m p 窃听是使 交换机具有第三层意识，窃听主机和路由器之间发送的i g m p 消息，从而确定组 成员所在的位置。c g m p 则是通过路由器和交换机之削的协议交互而使交换机了 解组成员分布，但c g m p 是c i s e o 的专有协议。 2 3 方案选型 目前根据国内各省城域网的建设情况，提出两种建议方案：集中式i p t v 系 统( 省级) 和分布式i p t v 系统( 省级) 。 方案2 ：采用集中式i p t v 系统 鲫溜翡黑葛：! f i 饼：骠* 蝴”“ 图4 集中式拓扑结构 第二二章i p t v 系统的组成 采用集中式i p t v 系统的方式，对于系统管理来说可以大大减少系统的维护 工作量，全省视频广播节目由省业务中心进行编码压缩，同时在中心统一进行节 目单系统的维护。 省业务中心负责： 1 视频源的管理：由省中心统一负责视频源的组织，并统一对这些视频源进 行编码压缩，向所有江苏通信公司的宽带用户提供i p t v 服务。 2 管理系统维护：由省中心统一负责节目单的制作与维护，视频信号的加密转发。 方案二：采用分布式i p t v 系统 术占寰中挑甜悯蝌中心果州台4 m f 埔4 s el i e g e , 1 0 0 埘1 。： 中心的* f j f 二哮适行蚺乒i f k 缩档输判付r 州蚺 ： 并地 f f 罐l “t a e r v a 攘碑纛祷嚣皑d r 车地“# n l i 避 r 端f 抓 椎转椎刊甘1 一蠕 各地丹掰州n 证谢帕煽一器小埔 的尊h 的1 l h 啦赳“扮护 图5 分布式拓扑结构 采用分布式i p t v 系统的方式，各地市可以自己组织节目源。可以极大的丰 第二章i p t v 系统的组成 富省级通信公司的i p t v 内容。 省中心和各地市分别负责各自视频源的组织及相应节目单系统的维护，各地 市可以将自己的节目单信息上传到省中心，由省中心统一发稚也可以自己独立发 布用户。 1 0 第三章i p t v 的相关技术 第三章i p t v 的相关技术 3 1i p 网络路由技术 近几年来，基于t c p i p 协议的i n t e r n e t 已逐步发展成为当今世界上规模最 大、拥有用户和资源最多的一个超大型计算机网络，t c p i p 协议也因此成为事 实上的工业标准。i p 网络j 下逐步成为当代乃至未来计算机网络的主流。 i p 网络是由通过路出设备互连起来的i p 子网构成的，这些路由设备负责在 i p 子网间寻找路由，并将i p 分组转发到下一个i p 子网。 i p 地址 i p 地址是i p 网络中数据传输的依据，它标识了i p 网络中的一个连接，一 台主机可以有多个i p 地址。i p 分组中的i p 地址在网络传输中是保持不变的。 1 基本地址格式 现在的i p 网络使用3 2 位地址，以点分十进制表示，如i 7 2 1 6 0 0 。地址 格式为：i p 地址= 网络地址+ 主机地址或i p 地址= 主机地址+ 予网地址+ 主机地 址。 网络地址是由i n t e r n e t 权力机构( i n t e r n i c ) 统一分配的，目的是为了保 证网络地址的全球唯一性。主机地址是由各个网络的系统管理员分配。因此，网 络地址的唯一性与网络内主机地址的唯一性确保了i p 地址的全球唯一性。 2 保留地址的分配 根据用途和安全性级别的不同，i p 地址还可以大致分为两类：公共地址和 私有地址。公用地址在i n t e r n e t 中使用，可以在i n t e r n e t 中随意访问。私有地 址只能在内部网络中使用，只有通过代理服务器爿能与i n t e r n e t 通信。 一个机构或网络要连入i n t e r n e t ，必须申请公用i p 地址。但是考虑到网络 安全和内部实验等特殊情况，在i p 地址中专门保留了三个区域作为私有地址， 其地址范围如下： i 0 0 0 o 8 ：1 0 0 0 o 1 0 2 5 5 2 5 5 2 5 5 l l 第三章i p t v 的相关技术 1 7 2 1 6 o o 1 2 ：17 2 1 6 0 0 17 2 3 1 2 5 5 2 5 5 1 9 2 1 6 8 0 o 1 6 ：1 9 2 1 6 8 ，0 o 1 9 2 1 6 8 2 5 5 2 5 5 使用保留地址的网络只能在内部进行通信，而不能与其他网络互连。因为本 网络中的保留地址同样也可能被其他网络使用，如果进行网络互连，那么寻找路 由时就会因为地址的不唯一而出现问题。但是这些使用保留地址的网络可以通过 将本网络内的保留地址翻译转换成公共地址的方式实现与外部网络的互连。这也 是保证网络安全的重要方法之一。 无类域问路由( c i d r ) 由于每年连入i n t e r n e t 的主机数成倍增长，因此i n t e r n e t 面临b 类地址匮 乏、路由表爆炸和整个地址耗尽等危机。无类域问路出( c i d r ) 就是为解决这些 问题而丌发的一种直接的解决方案，它使i n t e r n e t 得到足够的时间来等待新一 代i p 协议的产生。 按c i d r 策略，可采用申请几个c 类地址取代申请一个单独的b 类地址的方 式来解决b 类地址的匮乏问题。所分配的c 类地址不是随机的，而是连续的，它 们的最高位相同，即具有相同的前缀，因此路由表就只需用一个表项来表示一组 网络地址，这种方法称为“路由表聚类”。 另外，除了“路出表聚类”措施外，还可以由每个i s p 从i n t e r n i c 获得一 段地址空间后，再将这些地址分配给用户。 路由选择技术 i p 网络中的路由选择是由路由设备完成的。路出器通过执行定的路由协 议，为i p 数据报寻找一条到达目的主机或网络的最佳路出，并转发该数据报， 实现路由选择。 1 路由协议 路由协议分为两大类： - 路由选择协议( r o u t i n gp r o t o c 0 1 ) 这类协议使用定的路山算法找出到达目的主机或网络的最佳 路径，如r i p ( 路由信息协议) 等。 第二章i p t v 的相关技术 - 路由传送协议( r o u t e dp r o t o c 0 1 ) 这类协议沿已选好的路径传送数据报，如通过i p 协议能将物理 连接转变成网络连接，实现网络层的主要功能路由选择。 2 直连路由与非直连路由 i p 协议是根据路由来转发数据的。路由器中的路由有两种：直连路由和非 直连路由。 路出器各网络接口所直连的网络之间使用直连路由进行通信。直连路出是在 配置完路由器网络接1 3 的i p 地址后自动生成的，因此，如果没有对这些接口进 行特殊的限制，这些接口所直连的网络之间就可以直接通信。 由两个或多个路由器互连的网络之间的通信使用非直连路由。非直连路由是 指人工配置的静态路由或通过运行动态路由协议而获得的动态路由。其中静态路 由比动态路由具有更高的可操作性和安全性。 i p 网络已经逐渐成为现代网络的标准，用i p 协议组建网络时，必须使用路 出设备将各个i p 子网互连起来，并且在i p 子网间使用路出机制，通过i p 网关 互连形成层次性的网际网。 第三章i p t v 的相关技术 3 2l p 组播技术 1 i p 组播 i p 组播是指一个i p 报文向一个“主机组”的传送，这个包含零个或多个主 机的主机组由一个单独的i p 地址标识。主机组地址也称为“组播地址”，或者 d 类地址。除了目的地址部分，组播报文与普通报文没有区别，网络尽力传送组 播报文但是并不保证一定送达。 主机组的成员可以动态变化，主机有权选择加入或者退出某个主机组。主机 可以加入多个主机组，也可以向自己没有加入的主机组发送数据。主机组有两种： 永久组和临时组。永久组的i p 地址是周知的，由i n t e r n e t 管理机构分配，是保 留地址。i 晦时组的地址则使用除永久组地址外的非保留d 类地址。 i p 组播分组在互联网上的转发由支持组播的路由器来处理。主机发出的i p 组播分组在本子网内被所有主机组成员接收，同时与该子网直接相连的组播路由 器会把组播报文转发到所有包含该主机组成员的网络上。组播报文传递的范围由 报文的生存期值( t t l ，t i m e t o l i v e ) 决定，如果t t l 值等于或者小于设置的路 由器端口t t l 门限值( t t lt h r e s h o l d ) ，路由器将不再转发该报文。 2 组播地址 i p 组播地址用于标识一个i p 组播组。i a n a 把d 类地址空间分配给i p 组播， 其范围是从2 2 4 0 0 0 到2 3 9 2 5 5 2 5 5 ，2 5 5 。如图6 所示( 二进制表示) ，i p 组播 地址前四位均为1 11 0 。 八位组( 1 ) 八位组( 2 )八位组( 3 )八位组( 4 ) i1lo x x x x x x x x x x x xx x x x x x x x x x x x x x x x 图6d 类组播地址 在所有的d 类i p 地址中又进行了如下的划分：如图2 所示 第二章1 p t v 的相关技术 2 3 9 2 3 8 图7 组播地址划分 不难看出，从2 2 4 0 0 o 至2 2 4 0 0 2 5 5 被i a n a 保留为网络协议使用，例 2 4 4 0 0 1 全主机组 2 4 4 0 0 2 全多播路由器组 2 4 4 0 0 3 全d v m r p 路由器组 2 4 4 0 0 5 全o s p f 路由器组 在这一范围的多播包将不会被转发出本地网络，也不会考虑多播包的t t l 值。地址从2 3 9 0 0 0 至2 3 9 2 5 5 2 5 5 2 5 5 作为管理范围地址，保留为私有内部 域使用。 如图7 所示，以太网和f d d i 的m a c 地址0 1 ：0 0 ：5 e ：0 0 ：0 0 ：0 0 到 0 1 ：0 0 ：5 e ：7 f ：f f ：f f 用于将三层i p 组播地址映射为二层地址，即i p 组播地址中 的低2 3 位放入i e e em a c 地址的低2 3 位。i p 组播地址有2 8 位地址空问，但只 有2 3 位被映射到i e e em a c 地址，这样会有3 2 个i p 组播地址映射到同一m a c 地址上。 第三章i p t v 的相关技术 3 3i p 组播相关协议 此5 位不世映射，因而3 2 十i p 缀掺地 址映射睦同一十鼬c 地址 1 、i n t e r n e t 组管理协议( i g m p ) i g m p 协议由主机成员关系协议发展而来，目前有两个版本：i g m p v l ( r f c i l l 2 ) ，i g m p v 2 ( r f c 2 3 2 6 ) 。主机使用i g m p 消息通告本地的组播路由器它 想接收组播流量的主机组地址。如果主机支持i g m p v 2 ，它还可以通告组播路由 器它退出某主机组。组播路由器通过i g m p 协议为其每个端口都维护一张主机组 成员表，并定期的探询表中的主机组的成员，以确定该主机组是否存活。 i g m p 消息被置于i p 报文中传送。i g m p v l 中定义了两种消息类型：主机成 员询问和主机成员报告。当某主机想要介绍某个组播流量时，它向本地的组播路 由器发送”主机成员报告”消息，告知欲接收的组播地址。组播路由器收到”主机 成员报告”消息后把该主机加入指定的主机组，并在设定的周期内向组播地址 2 2 4 0 0 1 ( 代表所有支持组播的主机) 发送。主机成员询问”消息。主机如果还想 继续接收组播流量，必须发送”主机成员报告”消息。 037 1 53 图8 i g m p v 2 的报文如图8 所示。与i g m p v l 不同的是它将版本字段和消息类型字 段融合，把未使用字段作了”最大响应时间”字段。i g m p v 2 报文的消息类型字段 6 第二章i p t v 的相关技术 定义了四种消息类型 图9 o x l l 一成员询问 o x l 2 一i g m p v l 成员报告 o x l 6 一i g m p v 2 成员报告 o x l 7 一退出主机组 i g m p v 2 向前兼容i g m p v l 协议，i g m p v l 的设备可以接收处理i g m p v 2 的消息 报文。i g m p v 2 中允许路由器对指定的主机组地址做”成员询问”非该组的主机 不必响应。如果某主机想退出，它可以主动向路出器发送“推出主机组”消息，而 不必像i g m p v l 中那样只能被动退出。 2 、c g m p 协议 在交换网络中，2 层交换机可能即不了解哪个端口有哪些组播组，也不能在 其源m a c 地址表中找到组播m a c 地址的表项。从而，交换机只能简单地把组播报 文向所有端口转发，组播的优势将大大削弱。因此，c i s c o 提出c g m p 协议，让 组播路由器来配置交换机的组播转发表，从而彻底解决交换网络中的组播问题。 c g m p ( c i s c og r o u pm a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 全称c i s c o 组管理协议，采用 c g m p 的路由器将主机加入或者退出组播组的i g m p 消息通知交换机，交换机则根 据该消息将该主机所在端口从组播转发表中加入或者删除。通过c g m p 协议的使 用，2 层交换机可以掌握接收组播的主机的情况，从而提高整个网络的性能和利 用率。 3 、分布树( d i s t r i b u t i o nt r e e ) 在传送组播分组时，指派路由器需要构造一个连接所有组播组成员的树。根 第三章i p t v 的相关技术 据这个树，路由器得出转发分组的一条唯一路径。这个树就称为分布树。由于成 员可以动态的加入和退出，分佰树也必须动态更新。 根据构造方法的不同，分伟树分为源分布树( s o u r c ed i s t r i b u t i o nt r e e ) 和共享分布树( s h a r e dd i s t r i h u t i o nt r e e ) 。源分布树以组播源为根节点构造 到所有组播组成员的生成树，通常也称为最短路径树( s p t ) 。共享分布树，也称 为r p 树或基于核心的树( c b t ，c o r e b a s e dt r e e ) 。它的构造方法是以网络中的 某一个指定的路由器为根节点，该路由器称为集合点或中心点，由此节点生成包 含所有组成员的树。使用共享分布树时，组播源需要首先把组播分组发送给集合 点路由器，再由这个路由器转发给其他的组成员。 4 、组播路由协议 组播路由协议的主要任务就是构造组播的分布树，使组播分组能够传送到相 应的组播组成员。根据对网络中的组播成员的分布和使用的不同，组播路由协议 分为两类：密集模式路由协议( d m ) 和稀疏模式路由协议( s m ) 。 d m 路由协议通常用于组播成员较为集中、数量较多一网络的大部分用户、 并且有足够带宽的网路环境，比如公司或园区的局域网。因此，d m 路由协议用 定期广播组播报文的方法维护组播分布树。d m 协议只使用源分布树( s p t ) ，组 播流量被广播到网络中所有的组播路由器。d m 路由协议有： 一d v m r p ：距离向量组播路由协议。这是一种基于距离向量算法的组播路由 协议。目前已基本上被p i m 和m o s p f 所取代。 - m o s p f ：组播o s p f 协议。 。p i m d f ：协议无关组播协议一密集模式。它不需要单独的组播协议，利用 路由器上单播路由协议的路由表作反向路径转发检查，由此获得组播分布 树。相比另两种协议，p i m d m 的开销要小很多，它用于组播源和目的非 常靠近、接收者数量大于发送者数量并且组播流量比较大的环境中效果很 好。 第二章i p t v 的相关技术 在网路中稀疏分布、网络也没有充足带宽的情况，如广域网环境，可以使用 s m 路由协议。因此，s m 路由协议采用选择性的建立和维护分布树的方式，由空 树开始，仅当成员显式的请求加入分布树才做出修改。s m 路由协议有： c b t ：基于中心的分布树协议( r f c2 2 0 1 ) 。协议由以一个中心的路由器为根构造 一个共享分布树，所有的组播流量都经由这个中心路由器转发。 p i m s m ：协议无关组播协议一稀疏模式。工作原理与p i m d m 类似，但专门 针对稀疏环境优化。适用于组播组中接收者较少、间歇性组播流量的情况。不同 于p i m d m 的广播方式，p i m s m 定义了一个集合点( r p ) ，所有的接收者在r p 注 册，组播分组由r p 转发给接收者。 3 4u d p 协议 影响视频传输的因素有很多，其中。带宽的大小、等待时间的偏移程度、解 码器缓冲区的大小，在以太网中是最为常见的几个因素。为了达到最佳的效果， 获得高品质的图像，就需要将网络进行改进，通常实际的视频传输常常是采用 u d p 协议。 u d p 协议是英文u s e rd a t a g r a mp r o t o c o l 的缩写，即用户数据报协议，主 要用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。包括网络视频会议系统 在内的众多的客户服务器模式的网络应用都需要使用u d p 协议。u d p 协议从问 世至今已经被使用了很多年，虽然其最初的光彩已经被一些类似协议所掩盖，但 是即使是在今天，u d p 仍然不失为一项非常实用和可行的网络传输层协议。 与我们所熟知的t c p ( 传输控制协议) 协议一样，u d p 协议直接位于i p ( 网际协 议) 协议的顶层。根据o s i ( 开放系统互连) 参考模型，u d p 和t c p 都属于传输 层协议。具体如图所示： 9 第幸i p 。r v 管理系统构建技软件架壮j 设计 第四章 ip t v 管理系统构建及软件架构设计 整个i p t v 管理系统采用的是流行的多层结构，采用这种结构使得应用逻辑 与数据库分离，充分提高了系统的性能。 系统中采用多种技术以保证各个部件的稳定性和系统的强壮。针对实际的环 境提供多种方式来保证系统的运行质量。 本系统初步考虑了运营商对服务内容扩展的需要。对于运营商来说，不但可 以支持当自口视频广播服务是可选择的，更可以在当前的服务之上添加具有运营商 自己特色的服务，系统为此预留了服务扩展的接口。 由于系统设计上的完善，系统除了可以挂接各种不同的服务之外，在将来的 系统扩展、异构系统的无缝连接和可升级性上都有详细的考虑。 4 i 系统结构 4 i 1 软件结构 如前面所讲，软件的体系采用流行的三层多层结构。软件各个模块之间具 有很强的独立性，可以方便的进行维护和升级。 主要的应用服务集中于系统的中心位置，用户连接w e b 服务器，数据库和管 理端隐藏与防火墙后面。数据库上记录用户的信息、节日的信息。软件结构隔离 了用户与数据库，中间层完成了大部分逻辑上的处理工作，提高了整个系统的效 率。 4 1 2 网络部署结构 系统在网络上的结构是采取集中一分布式的方式，所有的用户使用客户端产 品向服务中心请求服务内容，获得网络上的各个广播提供者的详细信息等资源， 屏蔽广播提供者的位置和附加内容等，实现对用户透明。 对于服务中心来说，即可以在网络上设胃唯一的中心节点作为服务晌应的核 第四章i p t v 雀：理系统构建及软件絮构设汁 心，也可以设置多个节点来针对不同区域以及不同要求的客户，这些节点运行方 式完全一样，对外接口一致，且相互之间不受影响。 4 ，1 3 系统安全模型 系统封装了客户对w e b 服务器( 内容提供者) 和i p t v 服务器等( 服务提供 者) 等的访问，隐藏了网络的细节和结构，隐藏了软件的整体结构，保护了提供 服务的各个服务器；在物理位置上隐藏了存储重要信息和数据的数据库；在逻辑 上用户和所有的服务之间的物理结构全部是透明的：任何用户都只能够访问那些 允许提供给用户并允许该级别用户使用的信息。 软件具有良好的模块化结构各个部分都可以在事先结构的方式下进行替 换。而且各个模块之间的接口非常简单，易于_ 丌发。各个关键模块之削的传输的 数据都进行了加密，管理部分的传输可以设置为专用，与用户之间的传输可以通 过s s l 进行。经过以上的手段处理，可以充分保证客户的数据安全以及隐私，保 证运营商数据的安全和保密，保证运营商的正常的运营不被破坏。 4 2 软件特性介绍 4 2 1 适应性 由于设计结构的合理性，系统可以在视频广播的基础上适应对于多种不同应 用，构建有特色的服务内容。运营尚可以根据自己的条件和环境增加服务，突出 自己的特点。 服务扩展示意图 第| j i | 章| p t v 管理系统构建及软件架构设计 4 2 2 可部署性 由于软件采用的多层结构，从软件本身来说是类似于w e b 站点的中心式的结 构，这样运营商同常维护的应用软件系统实际上只有中心节点。一般来说，运营 商只要一次部署即完成全部服务器端的部署工作而且立刻投入使用，在系统的维 护和升级中的工作也比较简单。 如果在一个系统中需要向置多个中心( 例如面对不同的区域，面对不同要求 的用户等) ，那么每一个中心都将是独立运营而互不干涉的。各个中心只需要接 受系统提供的公共节目单和广播视频流加密信息，具体的运行可以完全独立进 行。 通过以上的方式，即可以进行集中管理，也可以进行个性化的管理。 运营商可以在本系统中完成大部分的管理工作，系统中的软件大部分具有远 程管理的功能，这样可以对系统进行最恰当的部署而不需要考虑软件的安装和管 理方面的问题。 4 2 3 伸缩性 本系统初步做到了对不同应用规模的需求的适应，能够通过调节硬件的配 置，少量的或者基本不用调整软件的配置来获得各种规模的应用需求；还可以通 过扩展服务中心的方式来成倍的扩展用户。在系统中，各个服务中心的用户可以 自由迁徙。 从几十个最终用户到数千甚至是上万数量级的用户。在各种规模下，系统的 性能基本上只与硬件的性能相关。 系统设计上，软件本身已经内建了对不同规模应用的支持，并且是自动适应 的。并且由于优化了软件的结构和应用逻辑，服务中心的负载降到最小。 4 2 4 容错性 系统对于用户的错误操作和系统中因为意外产生的错误具有完善的处理机 制，可以给出各种具有指导性的错误提示，并能够从错误中迅速恢复，对于大部 第四章i p t v 管理系统梅建及软件架构设计 分错误能够迅速的回归到f 常状念下，对用户的影响非常的小。 4 ，2 ，5 扩展性 由于系统的结构本身具有可扩展性，并且舰定了扩展的方式以及应该遵守的 规则和定义。当运营商对应用系统的规模进行扩展时将非常轻松，基本无须变更。 4 3 系统规格 整个提供的软件运行于w i n 2 0 0 0 以及w i n 9 x 操作系统上，其中后台核心运行 于o r a c l e 数据库中而因此与具体的操作系统无关。系统的性能主要取决于它 们所运行的硬件的性能指标。 4 4 系统设计说明 4 4 1 整体结构说明 鹅叫帝i p t v 管理系统构建发软件架构 5 汁 说明 用户认证系统由加扰系统，应用服务器系统，管理系统构成，数据库系 统与客户端认证模块五部分组成它和码流发送设备相对独立 用户认证系统的功能 l 、对视频信息进行加扰和保执 2 、把用户授权信息通过数字证书的形式发送到客户端系统并进行管理。 3 、提供电子节目单信息，方便用户选择与观 乳 第叫常i p t v 管理系统构建及软件柴构设计 4 4 2 整体流程说明 说明 编播服务器中的视频节日资源( 包含编捅频道信，心以及编播频道节日单) 由编橘 服务器的管理维护人员向管理系统导入或者录入。i p t v j i 务器的频道信息干几节目单信息 由l p t v 服务器管理维护人员向管理系统导入或者录入。用，、信息和现盒交易信息由辑产 服务人员进行录入与维护。用户的在线交易信息由财务部门通过与银行获得并录入管理 系统。 斗l 阅层应用服务器来完成所有的在线服务功能包括网上开，、，频道的购灭，证 书的生成、验证与更新个性化节目单的服务。个性化节目单的内容包括：a 自定义我喜 爱的频道b 自定义频道排序。c 编播频道节日的点播服务。 第p u 帝i p t v 管删系统构矬驶软件粜构设计 说明 用户首先通过w e b 方式购买所需要的频道，此时服务器生成相应的证书传送回本 地系统但是此时证书处于未激活状态。需要用户根据服务器生成的网络支付号码击银 行支付页面点支付，财务确认到账之后，通知认证服务器证书购买完成。当下次用户登 录系统的时候就，叮以观看所购买的视频竹日了。如果用户不希望通过网络支付，r 叮以通 过柜台支付现金激活指定支付畸 i i 5 对麻的证书。 用户在每次登录的时候，客户端柙序( 包括机顶龠_ j f l l p c ) 把所有有效的数字证书 代发送到认证服务器，认证服务器会根据数锯库中的信息判定证节是否是有效的，并 把这些信息传送 “i 客户端用户收看视频肖目的时候，客户端稗