组播技术在IPTV中的应用

徐菡洁　高慧　曾菊根

随着互联网的不断发展，网络中交互的各种数据、语音和视频信息越来越多，电子商务、网上会议、网上拍卖、视频点播、远程教学等服务也在逐渐兴起。这些服务大多符合点对多点的模式，对信息安全性、有偿性、网络带宽提出了较高的要求。其中，IPTV在广域网大范围部署时，最佳的搭配技术就是组播。

组播的基本概念

组播组使用一个IP组播地址标识。任何用户主机（或其他接收设备），加入一个组播组，就成为了该组成员，可以识别并接收以该IP组播地址为目的地址的IP报文。以组播组地址为目的地址，发送IP报文的信源称为组播源。一个组播源可以同时向多个组播组发送数据，多个组播源可以同时向一个组播组发送报文。网络中支持组播功能的路由器称为“组播路由器”。和单播路由器一样，组播路由器的功能是寻址和转发。组播路由器通过组播路由协议发现和选择路由，最终形成组播路由表，对组播数据进行前转。熟悉组播的人都知道，使用组播就是“种植”和“维护”一棵或两棵树。组播树在组播路由器上最好的体现是组播路由表项（*，G）和（S，G）。组播中常见的就是源树和共享树。源树：以组播源为树根，组播路径为树枝，组成员为树叶的一棵树。一般源树就是一个组播源对应一个组播组，或者一个组播源对应多个组播组。共享树：以RP为树根，组播路径为树枝，组播源和组成员为树叶的一棵树。共享树实质维护了两棵树，首先是RP到多个负载均衡源的源树，然后就是RP到多个组的树，两棵树共享RP，所以简称为共享树。共享树模型中多个组播源对应到一个组播组，或者多个组播源对应到多个组播组，实现了组播源之间的负载和冗余。

IGMP协议是主机和路由器进行组播通信的语言，对应到OSI模型属于第三层协议，是我们所说的三层组播协议中的关键组件。IGMP作为组管理协议，本身存在协议的版本、实现机制和消息类型。IGMP作为主机和路由器交互的组管理协议，一旦主机和路由器之间运行了，那么它们之间的数据不再是像单播一样外部数据走网关。IGMP协议规定了组播的数据是不需要网关的，所以在配置组播应用时，VRRP对于组播的冗余性是没有帮助的。组播路由协议是组播路由器之间的组播通信语言。组播路由协议可以按照使用的范围大小划分为IGP和EGP，这也和单播路由协议一样。如我们常见的OSPF、ISIS、RIP等属于单播的IGP，PIM SM、PIM DM、MOSPF等属于组播的IGP，其中使用较为频繁的就是PIM的两种IGP协议。利用BGP丰富的路由属性和地址族，BGP不但作为单播的EGP协议，同时也使用在组播的环境当中，我们称之为MBGP。

PIM（Protocol Independent Multicast）是目前使用最广泛的组播路由协议， PIM称为协议无关组播。PIM是“拿来主义者”，PIM不自己去发现路由，而是使用现成的单播路由表中的路由条目，无论这些单播路由条目是哪种单播路由协议发现和传递的，这就是与协议无关的含义。PIM利用现有的单播路由信息，对组播报文执行RPF（Reverse Path Forwarding）检查，从而创建组播路由表项，构建组播分发树。PIM不维护专门的单播路由，也不依赖某具体的单播路由协议，它直接利用单播路由的结果。

RP （Rendezvous Point）是PIM SM中源树和共享树的汇聚点，是两棵树的总根。一般情况下全网设备对于RP地址的认识是一致的，否则两棵树无法汇聚，导致源发送的流量无法达到组。这里所说的RP地址仅仅是一个地址，并非同一台设备。有时候为了实现RP的路径择优和负载分担，会部署Anycast，这个时候多个路由器共享一个RP地址，通过单播路由的路径择优对RP进行负载。总之RP地址的配置对于PIM路由器来说是非常重要的。

通过配置组播路由协议，形成了一张组播路由表。组播路由表存放的空间和单播路由表是独立的。

三层组播技术运行在IP层或者之上，我们平时常见的基本上都是三层组播技术。三层组播技术组成员和组播路由器之间使用IGMP协议，组播路由器之间只用PIM等路由协议。

PIM SM组播模型

IPTV常见的PIM SM模型包括两个方面：组播路由收敛和组播数据转发。不管是单播还是组播路由器，基本功能就是寻址和转发。寻址就是查找路由表，明确下一条，形成数据转发表；转发就是依照转发表项进行数据投递。所有的前提就是“有表可查”，这就是组播路由表的收敛。

PIM-SM假设网络中的组成员分布非常稀疏，基于这一假设，PIM-SM的设计思路是：在网络中维护一台重要的PIM路由器：汇聚点RP，网络中所有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。当网络中出现组成员（用户主机通过IGMP加入某组播组G）时，最后一条路由器向RP发送Join消息，逐跳创建（*，G）表项，生成以一棵以RP为根的RPT。当网络中出现活跃的组播源（信源向某组播组G发送第一个组播数据）时，第一跳路由器将组播数据封装在Register消息中单播发往RP，在RP上创建（S，G）表项，注册源信息。当网络中同时出现组成员和向该组发送数据的组播源时，以RP为中转站：组播数据先被封装在Register消息中发往RP，再沿RPT到达组成员。

组播的数据转发一直是从源到组进行发送，按照组播路由表中的OIL进行数据发送，按照IIL进行RPF检查。RPF基本的思想就是某一个组播数据进入本路由器的时候，本路由器执行RPF检查算法，查看这个数据包是否从IIL接口进入，若是从IIL接口进入则转发，否则丢弃该数据包。由于组播路由表是唯一的，那么某个数据包进入本路由器的端口也是唯一的，所以防止了一个数据包从A口接收，从B口发送，又从其它接口接收的问题，防止了组播环路。

组播在IPTV中的应用

中心节点为省内IPTV用户提供组播服务，对于省内用户来说，此时IPTV系统是全省的组播源。它规定和使用了与内容源厂商完全不同的一套组播地址，这样就隔离了省内组播用户直接向内容提供商请求流量的可能性。中心节点与骨干网的组播应用较引流相对简单，只需要打通中心节点和骨干网之间的组播通道，配置相应的RP地址和路由即可。具体组播用户请求如何到达中心节点，是骨干网考虑的事情，是IPTV系统管理范围之外的事情。

通过PIM SM组播模型的介绍，我们知道，组播源和RP之间通过单播信息进行通告，那么首先RP和组播源之间的双向路由必须是互通的，否则单播的数据无法实现双向交互。中心节点与骨干网组播配置遵循以下思路：1.配置去往骨干网的路由，通常是默认路由。2.若是冗余的S9300交换机，保证S9300之间的互联三层地址运行PIM SM。3.在去往骨干网的三层接口上运行PIM SM，确保PIM邻居关系建立。4.配置骨干网RP地址（注：此地址为该省骨干网管辖内的地址，通常和内容提供商的RP地址不一样）。

至此，IPTV系统内部的组播配置完毕。

（作者单位：江西省广播电视网络传输有限公司）