組播在MPLS VPN網絡中的實現

2019-11-03 09:02:47

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供稿：網友

左潔等
　　1引言

　　隨著人們生活水平的不斷提高，公眾對信息的消費急劇增長，各種寬帶網絡應用如ip TV、視頻會議、網絡音頻應用、網絡視頻應用、多媒體遠程教育等有了廣闊的市場前景。同時，大量的帶寬消耗對網絡運營商在現有網絡資源基礎上如何提供高效、穩定的服務提出了挑戰。

　　單純地增加帶寬不是解決問題的關鍵，應尋求一種適應此類一對多模型的技術來緩解對帶寬的壓力，組播便是這種技術。在組播網絡中，即使組播用戶數量成倍增長，骨干網絡中網絡帶寬也無需增加。MPLS（MultiPRotocol Label Switching，多協議標簽交換技術）是繼IP技術以來的下一代廣域網傳輸技術，它是一種充分利用數據標簽引導數據包在開放的通信網絡上高速、高效傳輸的新技術，它是在一個無連接的網絡中引入連接模式，從而減少了網絡復雜性，并且兼容現有各種主流網絡技術，能大大降低網絡成本，在提高IP業務性能的同時，能確保網絡通信的服務質量和數據傳輸的安全性。組播技術與MPLS VPN技術的結合將為運營商提供一個前所未有的多業務發展空間。

　　2組播與MPLS VPN簡介

　　IP數據在網絡中以3種方式傳輸：

　　單播（Unicast）傳輸：發送方和每一接收方需要單獨的數據通道。在這種通信方式下，源IP主機向指定的目標IP主機發送數據包，從一臺主機送出的每個數據包只能傳送給一個目標主機，通過路由器或交換機將這些IP數據包從源主機發送到目標主機。在單播方式下，如果有另外的多個用戶希望同時獲得這個數據包的拷貝是不可能的。發送信息的主機必須向每個希望接收此數據包的用戶發送一份單獨的數據包拷貝。這種巨大的冗余會帶來很大的代價，首先，會給發送數據的源主機帶來沉重的負擔，因為它必須對每個要求都做出響應，這使得主機的響應會大大延長；其次對路由器和交換機的性能也提出了更高的要求，管理人員被迫購買本來不必要的硬件和帶寬來保證一定的服務質量。

　　廣播（Broadcast）傳輸：發送方和每一接收方共享一個數據通道。在這種通信方式下，源IP主機向一個直接廣播地址發送數據包，這意味著目標網絡中的所有主機不論是否需要該數據都必須處理此廣播數據包，對于不需要此數據的主機來說是一種負擔。組播（Multicast）傳輸：在發送者和每一接收者之間實現點對多點網絡連接。如果一個發送者同時給多個接收者傳輸相同的數據，也只需復制一份相同的數據包。它提高了數據傳送效率，減少了骨干網絡出現擁塞的可能性，同時不會對其他主機造成影響。

　　綜上所述，組播與單播相比，使用IP組播技術分發信息常常能從本質上減少整個網絡帶寬的需求；與廣播相比，IP組播技術可以有效減少對聯網主機性能的影響，尤其是在多媒體流應用中組播的優勢更加明顯。

　　其一是帶寬優勢：對于音頻與視頻網來說，大量的用戶經常要在大致相同的時間里訪問相同的信息，如果使用IP單播，網絡帶寬的消耗就會呈線性增長需求，由于典型的MPEG-2視頻信息流需要大約1～5 Mbps的帶寬用于流暢且逼真的影像，顯然用IP組播來發送節目是一種明智的選擇。因為重復數據流被單一傳送所代替，從而使得網絡帶寬得到了更有效地使用。

　　其二是服務器負載優勢：如果音頻與視頻網的網絡運營商繼續使用單播傳送機制，隨著用戶的增長，它將需要不斷增加它的實時音頻服務器的能力和數量以滿足連接用戶的增長需求。當服務器負載增加到一定程度，服務器就不能再發出信息流。如果運營商使用IP組播來發布它們的節目，就不需要購買越來越多高性能的服務器以滿足客戶數目的增長。很明顯IP組播的主要優勢在于通過大大減少需要轉發和處理的數據量，從而降低了所需服務器性能。

　　其三是分布式應用優勢：在IP單播的情況下，隨著需求與應用的增長，多點應用不太可能，因為單播通信中的客戶數量不能無限增長。而組播幾乎不受客戶數量增長的限制。從以上3種傳輸模式比較中可以看出，多媒體流應用以組播傳輸為最佳。

　　目前MPLS VPN技術可以說是一項最熱門的技術和應用，它可以分為二層MPLS VPN和三層MPLS VPN兩類。二層MPLS VPN：L2 MPLS VPN的目的是在IP網絡上提供類似ATM和FR的專用連接，服務提供商只為用戶提供傳統的二層鏈路（如ATM，FR，以太網等），并將相應的鏈路標識（ATM VPI/VCI，FR DLCI，以太網的VLAN ID）映射到一條MPLS LSP上穿越運營商的核心網絡，用戶在這樣的專有連接上自己組織路由結構。

　　三層MPLS VPN：三層MPLS VPN是一種基于MPLS技術的IP VPN，是在網絡路由和交換設備上應用MPLS技術，簡化核心路由器的路由選擇方式，利用結合傳統路由技術的標記交換實現的IP虛擬專用網絡。MPLS VPN適用于對服務質量、服務等級劃分、網絡資源的利用率、網絡的可靠性有較高要求的VPN業務。

　　MPLS是目前唯一能夠實現IP網中的QoS與流量工程的網絡技術，所以，當所需建立的網絡對于這些功能有所要求時，尤其是當面向的是對服務質量有較高要求的實時業務時，則應當選用MPLS作為實現IP VPN的隧道協議。3組播在MPLS VPN網絡中的實現

　　以往，在VPN中實現組播通信的唯一方法是把組播通信量封裝在單播數據包中通過GRE（Generic Route Encapsulation，通用路由封裝）隧道來傳輸。應用這種方式，參與組播通信的各站點必須完成點對點的GRE隧道連接，當增加站點時此站點必須與各站點間建立點對點連接，這將帶來擴展性問題。而提供組播支持的MPLS VPN就沒有此類問題。

　　組播MPLS VPN是通過把組播路由信息帶入路由轉發表來實現對組播支持的。當客戶邊界（CE）路由器轉發的組播通信量或組播控制信息到達提供商邊界（PE）路由器時，PE路由器查詢組播VPN路由轉發表（MVRF）進行轉發決策。那么，服務提供商網絡是如何區分不同VPN來完成組播通信量和組播控制信息的傳遞的呢？

　　一組可互傳組播通信量MVRF構成一個組播域。舉例來說，一個客戶的組播域可涵蓋此客戶傳遞特定組播通信量的所有的客戶邊緣路由器。組播VPN為每個組播域建立一個靜態的默認組播分配樹（MDT），此MDT定義了組播域中傳輸組播通信量的提供商邊界路由器之間的路徑。對于高帶寬應用的組播類型如視頻，還提供一種動態MDT稱為數據組播分配樹（Date MDT），當組播流量超過某一設定值時動態MDT被建立，這樣組播流量可以沿著一條優化路徑流動。下面舉例說明組播在MPLS VPN中的傳輸過程。如圖1所示，提供商MPLS核心由P1，P2，P3，P4 4臺路由器組成，它們分別連接各自的提供商邊界路由器，客戶邊界路由器通過PE路由器提供的VPN通道相互連接。VPN客戶A由站點a，b，c組成，VPN客戶B由站點a，b組成。客戶A的默認組播分配樹（MDT）包括P1，P2和P4及相連的PE路由器，由于P3路由器只與其他客戶有關不被包括在內。在客戶A的組播應用中站點 b連接組播服務器O。假設客戶A站點a的一個成員希望加入組播實例，如圖1所示，主機M發出IGMP組加入請求，客戶邊界路由器CE1轉發請求至PE1，提供商邊界路由器PE1沿著此組播域的默認組播分配樹將組播加入請求轉發至組播資源所在的提供商邊界路由器PE2，PE2轉發加入請求至客戶邊界路由器CE2，這時CE2開始向PE2轉發組播數據，PE2則沿著默認組播分配樹轉發組播數據。當轉發組播數據的同時PE2監測到組播流量超出建立數據組

　　播分配樹的設定值，PE2將沿著默認組播分配樹向客戶A的組播域中的所有PE路由器通告數據組播分配樹建立信息，經一短暫間隔，PE2開始沿著數據組播分配樹傳輸組播流量。由于只有PE1發出組播請求，因而只有PE1加入數據組播分配樹并接收流量。

摘自《中國有線電視》

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