Multicast and IPTV

1、基本概念：什么是IPTV系统 IPTV（Internet Protocol Television）：解决了在观看电视节目时播放 时间对人们的限制问题，满足了人们收看自由度方面的需求，提供了强大 的交互功能，真正实现了媒体提供者和消费者之间实质性互动的功能。 IPTV基于DVB（Digital Video Broadcasting）over IP（Internet Protocol）的技术框架，囊括了网络技术和媒体技术的优势，为电信业和 电视业带来新的业务增长点。IPTV在给用户带来交互式电视节目的同时， 还可以非常容易地与Internet服务、通信服务结合在一起，提供远程教育、 信息服务、电视

2、短信等增值业务。 Page1 三网合一背景下的IPTV Page2 视频原理与基础 无论是传统电视还是IPTV，用户欣赏视频节目，都必须通过视频源的采集， 视频传送和视频在终端的最终呈现。IPTV相对于传统电视，最主要的变化是 视频的传送技术发生了根本的变化。模拟电视从卫星接收到模拟信号之后， 把这些信号通过广播的方式全部推送到用户电视机终端，终端通过选择不同 的频点来选择不同的节目。数字电视的方式是把卫星接收下来的信号，通过 视频压缩和数字化处理，然后再经过QAM调制，再通过网络广播到用户终端。 数字电视和模拟电视的区别是传送的内容变成了数字的方式。IPTV的重大变 化是把卫星接收下来的信号

3、，经过视频压缩处理，然后把压缩后的报文经过 IP流化，变成IP报文，通过IP网络传送到用户家里，因此可以充分利用IP网 络的可达性以及IP网络传送效率的优越性。 Page3 IPTV的业务种类音视频业务 Page4 功能大类功能大类功能项目功能项目子功能项子功能项 音视频业务功能音视频业务功能 音视频基础业务 BTV直播业务 VOD点播业务 TSTV时移电视 TVOD电视回看 NVOD轮播电视 音视频增强业务 高清直播/高清点播 cPVR VOD下载业务 IPTVIPTV扩展类业务扩展类业务 支持多CP 增值业务平台 终端U盘免配置 广告业务 电视公众广告 楼宇广告 电视消息系统 TVMS I

4、PTV业务分类 IPTV业务中，主要分为组播类业务和单播类业务。各种业务按单播/组播 分类如下表所示： Page5 视频编码及带宽需求 IPTV 的各种业务中的流媒体业务所需的带宽要求较高。不同的节目类型、 编码方式的节目，对网络带宽的需求也不同。目前主流的节目类型包括标 清和高清两种，标清节目的分辨率一般为720480，视觉体验与DVD相当， 当前常用的标清节目编码方式为MPGE-2和H.264，对应带宽需求分别为 3.75M和2M；高清节目标准分为720P和1080i两种，视觉体验高于DVD,分别 对应分辨率为1280720和19201080，MPGE-2编码高清节目所需带宽为 12M，H

5、.264编码高清节目所需带宽为8M。 Page6 节目类型编码方式所需带宽 标清MPEG-23.75M H.2642M 高清MPGE-212M H.2648M IPTV相关协议 RTSP（Real Time Streaming Protocol）: 一种会话控制协议，用于在 IPTV网络中传送（如VOD业务的实时交互内容），该协议基于TCP以保证可 靠的控制信令传送 RTP(Real Time Protocol): 一种无状态的媒体流传送协议，用于传送多 媒体内容，该协议基于UDP或者TCP MPEG TS（MPEG Transport Stream）: 包括多元的语音和视频流封装并承 载在R

6、TP/UDP或者直接在UDP上进行视频传送。并且通过PID进行语音和视 频的同步。TS流分为单节 目的TS流（SPTS，Single Program TS）和多节 目的TS流（MPTS，Multiple Program TS）。通常情况下，一个UDP或者 RTP/UDP数据包中，可以包括17个TS帧，一个TS帧长为188个字节。每个 IP包里面包括整 个或者部分视频图像信息 Page7 IPTV业务整体部署架构 Page8 省骨干网省骨干网 IPTVIPTV省中心省中心 M12000 EPG CMSSTB升级 中心 本地NAS 电视直播源 IDC VNET M12000 区域中心区域中心 IP

7、IP城域网城域网 NXGE POPPOP点点 NXGE IPIP城域网城域网 M12000 区域中心区域中心 POPPOP点点 NXGE ADSL MODEMADSL MODEM DSLAMDSLAM BRASBRAS ADSL MODEMADSL MODEM DSLAMDSLAM BRASBRAS 点播点播8080 点播点播2020 直播直播/ /轮播轮播 点播点播 直播直播 组播组播 IPTV端到端业务承载简介-单播业务 Page9 单播单播VLAN(VLAN(单层单层Q Q） 单播单播VLANVLAN（双层（双层Q Q） Native IPNative IP FTTB/NFTTB/N 单

8、播单播VLAN(VLAN(单层单层Q Q） 单播单播VLANVLAN（双层（双层Q Q）Native IPNative IPFTTHFTTH 单播单播VLAN(VLAN(单层单层Q Q） 单播单播VLANVLAN（双层（双层Q Q） Native IPNative IP LANLAN接入接入 单层单层Q Q 单层单层Q Q 汇聚汇聚LSWLSW OLTOLT ONTONT 楼道楼道LSWLSW园区园区LSWLSW HGHG HGHG HGHG DSLAMDSLAM ONUONU CRCR Native IPNative IP IPTV IPTV 母局母局 ( ( 区域中心）区域中心） DHCP

9、 erverDHCP erver IPTV IPTV 母局母局 ( ( 边缘节点）边缘节点）AAAAAA CRCR 单层单层Q Q HGHG DSLAMDSLAM 单层单层Q Q 单播单播VLAN(VLAN(单层单层Q Q） 单播单播VLANVLAN（双层（双层Q Q） Native IPNative IP 方案说明： l接入层单播业务承载方案 p接入层通过单播VLAN实现对单播业务的承载，单播VLAN采用PUPSPV VLAN划分方式，组播采用单独的PSPV VLAN。 pPUPSPV方案下， LAN接入场景在园区LSW上打外层VLAN；FTTB/N场景在OLT打外层VLAN；FTTH场景下

10、，OLT先将来自ONT的单 层VLAN转换成运营商规划的VLAN再打外层VLAN，DSLAM场景下在LSW打外层VLAN； lSR以上单播业务承载方案 p单播业务在SR用户端Dot1Q子接口终结后，通过Native IP承载； pSR以上与IPTV系统的区域中心和/或边缘节点、DHCP Server、AAA等端到端拉通； IPTV端到端业务承载简介-组播业务 Page10 组播VLAN（单层Q）NativeIP（PIM-SM） NativeIP（PIM-SM） 单播VLAN(单层Q） 组播VLAN（单层Q）NativeIP（PIM-SM） 二层组播 三层组播 三层组播 IGMP透传 二层组播三

11、层组播 单播VLAN(单层Q） 单播VLAN(单层Q） IGMP透传 FTTH FTTB/N LAN接入 组播VLAN（单层Q） 二层组播 IGMP透传 汇聚LSWSR OLT 楼道LSW ONU IPTV 平台 园区LSW HG HG HG ONU IGMP Proxy IGMP Snooping IGMP Snooping IGMP Snooping IGMP Proxy IGMP Snooping 城域网 CR CR DSLAM HG DSLAM 单播VLAN(单层Q）NativeIP（PIM-SM） 三层组播 二层组播 组播VLAN（单层Q） IGMP透传 l接入层组播业务承载方案 p

12、FTTB/N接入：SR通过Dot1Q子接口把组播流复制到汇聚LSW，OLT通过组播VLAN下发给ONU， ONU支持IGMP Proxy和跨VLAN组播复制特 性，将组播流复制到用户单播VLAN。 pFTTH接入：SR通过Dot1Q子接口把组播流量复制到汇聚LSW，OLT将组播流量复制到用户单播VLAN。 ONT支持IGMP Snooping，实现对 用户端口业务流的控制. pLAN接入： SR通过Dot1Q子接口把组播流量复制到汇聚LSW，LSW将组播流量复制到用户单播VLAN。 pDSLAM接入：SR通过Dot1Q子接口把组播流量复制到LSW，LSW将组播流量复制到用户单播VLAN. lS

13、R以上组播业务承载方案 pSR连接接入侧：在SR连接LSW的端口上配置Dot1Q子接口，使能IGMP和PIM，通过PIM DR和PIM Assert向下以分级组播复制； pSR至IPTV业务平台：SR的Dot1Q子接口终结IGMP后，通过Native IP的三层组播承载，SR与IPTV业务系统形成一个PIM域。 IPTV组播业务协议IGMP Page11 IGMPv1: 支持两种包类型，query/report IGMPv2: 增加leave报文类型，query新增特定组查询 IGMPv3: 增加source filtering功能，query新增查询特定组+特定源 IPTV组播业务协议PIM

14、-SM: BSR and RP Page12 可以在PIM-SM 域中配置多个C-RP（Candidate-RP，候选RP），通过自举机制来动态选 举RP，使不同的RP 服务于不同的组播组，此时需要配置BSR（自举路由器) BSR负责收集网络中由C-RP发来的宣告报文（Advertisement Message），该报文中携带有C-RP的地 址和优先级以及其服务的组范围，BSR将这些信息汇总为RP-Set（RP集，即组播组与RP的映射关系 数据库），封装在自举报文（Bootstrap Message）中并发布到整个PIM-SM域 IPTV组播业务协议PIM-SM: 共享树加入（接收者到RP）

15、Page13 E收到直连PC发出的IGMP membership Report，表示希望加入组G，于是E向上游接口发送（*，G） Join消息试图将自己拉到RPT共享树中，这个消息包含要加入的组地址及RP的地址，同时设置了两 个比特位： WC位=1表示这个加入的地址是一个RP地址，而不是源地址 RPT位=1表示这个消息顺着共享树传到RP IPTV组播业务协议PIM-SM: 共享树组播流量转发 Page14 RPT的一个分支形成后如果这时候RP已经收到了组播源发送过来的组播流量，则它开始向RPT转发组 播流量(C到E组播流) 后续F路由也收到直连PC发出的IGMP消息请求加入组G，于是它也创建（

16、*，G）表项，将该接口放入 出口列表，同时，向RP方向发送（*，G）Join 消息，这时E收到该消息，由于E已经有了（*，G） 项，因此它只将收到E的这个Join消息的接口加入（*，G）表项的出口列表 IPTV组播业务协议PIM-SM: RPT树剪枝 Page15 IPTV组播业务协议PIM-SM: 组播源注册 Page16 1) 当组播源S向组播组G发送了一个组播报文时，与组播源直连的DR在收到该报文后，就将其封装 成注册报文，并通过单播方式发送给相应的RP 2) 当RP收到该报文后，一方面解封装注册报文并将封装在其中的组播报文沿着RPT转发给接收者， 另一方面向组播源逐跳发送（S，G）加入

17、报文。这样，从RP 到组播源所经过的路由器就形成了SPT 的分支，这些路由器都在其转发表中生成了（S，G）表项。SPT以组播源为根，以RP为叶子 3) 组播源发出的组播数据沿着已建立好的SPT到达RP，然后由RP把组播数据沿着RPT向接收者进行 转发。当RP收到沿着SPT转发来的组播数据后，通过单播方式向与组播源直连的DR发送注册停止报 文（Register-Stop Message），组播源注册过程结束 IPTV组播业务协议PIM-SM: SPT树流量转发 Page17 建立好SPT后，RP能通过树收到组的流量。现在再从Register消息接收被封装的组播数据就没有意 义了，因此它向组播源D

18、R发送Register Stop消息，告诉它停止在Register消息（也即PIM保留消息） 中发送组播包 IPTV组播业务协议PIM-SM: RPT切换SPT（1） Page18 经过前面的步骤，F路由器已经能够收到沿着RPT下来的组播数据，但是很明显目前的组播流传播路 径是非常低效的，为什么F不能直接从A-E接收组播数据而非得要从A-B-C-E收到组播数据呢？ F此刻已经知道了Source1作为组播组G的活动源，接下来它要在自己与A之间构建一个SPT。 由于F想加入SPT（组播流量超出了阀值），因此它向源发送（S,G）Join信息，F通过计算通向 Source的RPF接口来确定把此信息发送

19、出去的正确接口（RPF接口计算依赖单播路由表，其也表示E 是E通向source的下一跳路由器） IPTV组播业务协议PIM-SM: RPT切换SPT（2） Page19 在E加入SPT后，此时由于E也在RPT上，因此将导致E收到两份重复的组播数据 这时E将向RP发送一种特定类型的剪枝：（S,G）RP位剪枝消息。RP标志（也叫RP位）表示这消息 可应用于RPT，并且必须沿着通向RP的共享树向上转发。当RP收到该剪枝消息，它将更新自己的组 播表项，以便（S,G）组播流量不会沿着共享树转发到E IPTV组播业务协议PIM-SM: RPT切换SPT（3） Page20 稳定后，组播树及组播流量的转发路

20、径如上 IPTV用户认证方案分析 Page21 STBSTBPCPC IPIP城域网城域网 DSLAMDSLAM BRAS/SR BRAS/SR DHCP ServerDHCP Server STBSTBPCPC DHCP Relay/ Snoooping DHCP IP访问 IPoE/DHCP+IPoE/DHCP+认证认证 DHCP opt82 STBSTBPCPC IPIP城域网城域网 DSLAMDSLAM BRAS BRAS RADIUSRADIUS STBSTBPCPC PPPoE Session 终结 PPPoE PPPoEPPPoE认证认证 IP访问 PPPoE 运营模式成熟，业务

21、安全性高运营模式成熟，业务安全性高 对业务网关处理压力大，接入设备难以处理对业务网关处理压力大，接入设备难以处理 IPTVIPTV小规模应用时采用小规模应用时采用 组播业务简单，对业务网关处理压力小组播业务简单，对业务网关处理压力小 需新部署需新部署DHCP ServerDHCP Server，增加安全保障，增加安全保障 IPTVIPTV规模应用时推荐采用规模应用时推荐采用 其他组播相关技术 Page22 PIM-DMPIM-DM：密集模式PIM，用于组播域小组播成员集中场景 PIM-SSMPIM-SSM：特定源组播，直接建立SPT组播分发树 IGMP-Snooping: IGMP-Snooping: 二层组播，用于建立二层组播转发表项 IGMP-ProxyIGMP-Proxy：组播代理 PIM-Anycast-RP: PIM-Anycast-RP: 高可靠性RP，多RP备份 MBGP: MBGP: 组播边界网关协议，用于在自治域之间交换组播路由信息 MSDP: MSDP: 组播源发现协议，用