文/ 溫占考

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，在互聯(lián)網(wǎng)上出現(xiàn)了許多新的應(yīng)用，如視頻會(huì)議、多媒體教學(xué)和遠(yuǎn)程醫(yī)療等，其中不少應(yīng)用都是高帶寬的多媒體應(yīng)用。隨著用戶的增加，導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)主干帶寬擁擠，服務(wù)器負(fù)載急劇增加，為緩解帶寬瓶頸和服務(wù)器負(fù)載能力，人們提出多種解決方案：增加主干帶寬，在服務(wù)器使用負(fù)載均衡技術(shù)等。其中組播服務(wù)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在不增加主干網(wǎng)絡(luò)帶寬和服務(wù)器的前提下，解決用戶急劇增長(zhǎng)所帶來(lái)的帶寬擁擠和服務(wù)器資源緊缺問(wèn)題。

由于組播技術(shù)在可擴(kuò)展性、可管理性和可控性方面存在的問(wèn)題，使得組播服務(wù)的大規(guī)模應(yīng)用推廣受到了一定的限制。

從組播協(xié)議的特點(diǎn)可以看出，要實(shí)現(xiàn)組播服務(wù)，就必須保證全網(wǎng)都開(kāi)通組播，否則在組播服務(wù)的邊緣需要增加組播轉(zhuǎn)單播的轉(zhuǎn)換設(shè)備，在沒(méi)有組播的網(wǎng)絡(luò)中同樣存在占用過(guò)多網(wǎng)絡(luò)帶寬，加重組播轉(zhuǎn)換設(shè)備負(fù)載的問(wèn)題，因此為了組播服務(wù)能順利地推廣需要全網(wǎng)開(kāi)通組播服務(wù)。

在CNGI-CERNET2主干網(wǎng)中，已經(jīng)開(kāi)通基于PIM-SSM的組播服務(wù)，但是由于校園網(wǎng)接入設(shè)備及校園網(wǎng)內(nèi)路由器對(duì)IPv6組播的支持程度參差不齊，阻礙了組播服務(wù)的部署和實(shí)施。由于目前大部分組播應(yīng)用程序所使用的為ASM組播協(xié)議，無(wú)法直接在SSM組播系統(tǒng)中使用。在當(dāng)前組播系統(tǒng)中，沒(méi)有對(duì)組播源身份進(jìn)行認(rèn)證，因此任意用戶都可以向某組播組發(fā)送數(shù)據(jù)，無(wú)法保證組播系統(tǒng)的安全性，從而阻礙了組播服務(wù)的開(kāi)展。

IPv6網(wǎng)絡(luò)下的可控大規(guī)模組播服務(wù)系統(tǒng)，可以解決現(xiàn)有組播服務(wù)系統(tǒng)的缺陷，為組播用戶提供可靠、安全的組播服務(wù)，為組播應(yīng)用提供支持。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了基于真實(shí)地址的身份認(rèn)證和基于信譽(yù)機(jī)制的訪問(wèn)控制支持下，提供IPv6的安全組播服務(wù)，為組播通信提供安全和控制功能，包括組播源鑒別、組播組管理、發(fā)送者及接收者訪問(wèn)控制，保證大規(guī)模組播應(yīng)用的安全使用。系統(tǒng)分別從主干網(wǎng)路由器、主干網(wǎng)組播轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)、校園網(wǎng)組播轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)及組播交換機(jī)對(duì)組播源、組播組、組播帶寬進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)系統(tǒng)的安全、可控。系統(tǒng)部署示意圖如圖1。

可控大規(guī)模組播服務(wù)系統(tǒng)由組播轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)、主干網(wǎng)組播網(wǎng)管系統(tǒng)、校園網(wǎng)組播網(wǎng)管系統(tǒng)和組播交換機(jī)組成，各系統(tǒng)間關(guān)系如圖2所示。

圖1 可控組播服務(wù)系統(tǒng)部署示意圖

圖2 可控大規(guī)模組播服務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

各系統(tǒng)功能

1．組播轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)

組播轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)主要完成IPv6組播服務(wù)中ASM和SSM這兩種不同組播協(xié)議以及組播協(xié)議與單播協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，滿足多路并發(fā)組播視頻流的傳輸需要。實(shí)現(xiàn)主干網(wǎng)SSM組播協(xié)議與開(kāi)通組播服務(wù)的校園網(wǎng)內(nèi)的SSM或ASM組播協(xié)議之間的互通，主干網(wǎng)SSM組播協(xié)議與未開(kāi)通組播服務(wù)的校園網(wǎng)（單播協(xié)議）之間的互通。根據(jù)組播組地址的分配方案中的組播組地址編碼規(guī)則，在主干網(wǎng)上對(duì)組播發(fā)送者的源IPv6地址進(jìn)行驗(yàn)證，控制發(fā)送者對(duì)主干網(wǎng)組播組的訪問(wèn)。通過(guò)對(duì)組地址特定流量的設(shè)置，控制某類應(yīng)用帶寬在允許的范圍之內(nèi)。

圖3 可控大規(guī)模組播服務(wù)系統(tǒng)基本模型

圖4 可控大規(guī)模組播服務(wù)系統(tǒng)組播數(shù)據(jù)通路

圖5 可控大規(guī)模組播服務(wù)系統(tǒng)組播發(fā)送過(guò)程控制信令

2．主干網(wǎng)組播網(wǎng)管系統(tǒng)

主干網(wǎng)組播網(wǎng)管系統(tǒng)主要監(jiān)控和管理主干網(wǎng)組播服務(wù)系統(tǒng)，監(jiān)控主干網(wǎng)組播服務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)控主干網(wǎng)組播轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)負(fù)責(zé)主干網(wǎng)組播地址的分配、組播帶寬分配，為校園網(wǎng)組播網(wǎng)管系統(tǒng)提供相關(guān)信息查詢服務(wù)。

3．校園網(wǎng)組播網(wǎng)管系統(tǒng)

校園網(wǎng)組播網(wǎng)管系統(tǒng)主要管理校園網(wǎng)組播用戶，為用戶提供訪問(wèn)控制，根據(jù)用戶請(qǐng)求將調(diào)用主干網(wǎng)網(wǎng)管系統(tǒng)接口，將主干網(wǎng)組播流延伸至校園網(wǎng)內(nèi)或?qū)⑿@網(wǎng)組播流發(fā)送至主干網(wǎng)。同時(shí)監(jiān)控和管理校園網(wǎng)內(nèi)的組播交換機(jī)，在組播接入點(diǎn)對(duì)組播用戶進(jìn)行訪問(wèn)控制和相應(yīng)的流量控制。為用戶提供主干網(wǎng)的組播節(jié)目列表等。

4．組播交換機(jī)

組播交換機(jī)主要負(fù)責(zé)組播接入點(diǎn)對(duì)組播服務(wù)的控制，接受校園網(wǎng)組播網(wǎng)管服務(wù)器的控制，對(duì)校園網(wǎng)組播用戶的接收和發(fā)送進(jìn)行檢測(cè)和控制，對(duì)組播組、組播源和組播帶寬進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)組播服務(wù)全網(wǎng)可控。

可控大規(guī)模組播服務(wù)系統(tǒng)通過(guò)主干網(wǎng)組播轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)將CNGI-CERNET2現(xiàn)有的SSM組播服務(wù)延伸至校園網(wǎng)IPv6技術(shù)升級(jí)的100所校園網(wǎng)中，由于100所校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的差異及對(duì)組播服務(wù)支持的完備性不同，所以在100所校園網(wǎng)部署校園網(wǎng)組播轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)與主干網(wǎng)組播轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)一道完成校園網(wǎng)組播服務(wù)與主干網(wǎng)組播服務(wù)的銜接，同時(shí)對(duì)組播源、組播組和組播帶寬進(jìn)行控制，同時(shí)為解決終端應(yīng)用系統(tǒng)的差異，組播轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)同時(shí)負(fù)責(zé)ASM/SSM/單播協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，屏蔽終端應(yīng)用系統(tǒng)的差異，為不同應(yīng)用系統(tǒng)間提供統(tǒng)一的可控組播服務(wù)系統(tǒng)。

可控組播服務(wù)系統(tǒng)的用戶分布于100所高校的校園網(wǎng)中，這些組播用戶通過(guò)項(xiàng)目研發(fā)的組播交換機(jī)、組播轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)和組播網(wǎng)管系統(tǒng)，利用CNGI-CERNET2主干網(wǎng)組播服務(wù)實(shí)現(xiàn)校園網(wǎng)間的組播服務(wù)，其結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。

不同校園網(wǎng)間組播用戶進(jìn)行組播會(huì)話時(shí)，組播數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)組播交換機(jī)、校園網(wǎng)組播轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)、主干網(wǎng)組播轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，組播數(shù)據(jù)所經(jīng)過(guò)的設(shè)備如圖4所示。

可控組播服務(wù)系統(tǒng)組有主干網(wǎng)組播網(wǎng)管服務(wù)器、校園網(wǎng)組播網(wǎng)管服務(wù)器，某校園網(wǎng)組播用戶向某頻道列表發(fā)送節(jié)目時(shí)，需要主干網(wǎng)組播網(wǎng)管服務(wù)器和校園網(wǎng)網(wǎng)管服務(wù)器對(duì)相應(yīng)的組播轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)和組播交換機(jī)打開(kāi)數(shù)據(jù)通路，其控制信令如圖5所示。

可控組播服務(wù)系統(tǒng)組有主干網(wǎng)組播網(wǎng)管服務(wù)器、校園網(wǎng)組播網(wǎng)管服務(wù)器，某校園網(wǎng)組播用戶請(qǐng)求接收其他校園網(wǎng)組播節(jié)目時(shí)，需要主干網(wǎng)組播網(wǎng)管服務(wù)器和校園網(wǎng)網(wǎng)管服務(wù)器對(duì)相應(yīng)的組播轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)和組播交換機(jī)打開(kāi)數(shù)據(jù)通路，其控制信令如圖6所示。

圖6 可控大規(guī)模組播服務(wù)系統(tǒng)組播接收過(guò)程控制信令

通過(guò)部署組播轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)、主干網(wǎng)組播網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)、校園網(wǎng)組播網(wǎng)管系統(tǒng)和組播交換機(jī)，不同系統(tǒng)間通過(guò)相應(yīng)的接口及信令進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)大規(guī)模組播系統(tǒng)。

隨著大項(xiàng)目的總體進(jìn)展及組播設(shè)備的陸續(xù)到位，于2012年5月初開(kāi)始大規(guī)模部署，項(xiàng)目組通過(guò)集體培訓(xùn)、論壇及QQ群等多種方式交流部署經(jīng)驗(yàn)，解決在實(shí)際部署過(guò)程中遇到的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)2個(gè)月的部署，已完成100所校園網(wǎng)部署任務(wù)，全網(wǎng)組播用戶達(dá)到3萬(wàn)人以上，組播節(jié)目源超過(guò)101路，程序運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)目流暢，達(dá)到預(yù)期效果。

存在問(wèn)題以及未來(lái)工作中需要注意的問(wèn)題

1. 線路問(wèn)題

(1) CNGI-CERNET2主干網(wǎng)過(guò)分擁堵影響組播效果；

(2) 部分校園網(wǎng)接入CNGI-CERNET2速率不夠或隧道接入，影響組播效果；

2. 二層交換機(jī)

在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，校園網(wǎng)原有二層交換機(jī)對(duì)組播支持效果不好，將組播報(bào)文視為廣播報(bào)文處理，影響子網(wǎng)內(nèi)其他機(jī)器；

3. 校園網(wǎng)組播子網(wǎng)規(guī)模

本項(xiàng)目實(shí)施后每校園網(wǎng)可控組播子網(wǎng)只有1個(gè)，可控組播服務(wù)在校園網(wǎng)的覆蓋面有待進(jìn)一步擴(kuò)展。

未來(lái)工作的建議

1. 增加CNGI-CERNET2主干網(wǎng)帶寬，緩解CNGI-CERNET2主干網(wǎng)擁堵現(xiàn)狀；

2. 增加接入院校帶寬，盡量避免通過(guò)隧道方式接入；

3. 聯(lián)合廠商加強(qiáng)二層交換機(jī)對(duì)IPv6組播支持能力，校園網(wǎng)逐步更新陳舊交換機(jī)，擴(kuò)大CNGI-CERNET2覆蓋面。