组播业务的组网方案

2019-11-04 21:50:45

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供稿：网友

　　随着网络技术的更新和网络应用需求的增加，越来越多的数据传输及其它业务在网络应用上得到了极大的发展。网络也随着应用的推动在速率、效果及提供的业务支持等方面都有了很大的进步：从原有的十兆到现在的千兆传输速率，从原有单一的数据传输到现在的数据、语音、图像的综合传输……在网络给我们带来方便、快捷的同时，网络的带宽资源及安全特性等方面的不足都日益明显地显现出来。
　　ip组播技术已经出现了很久，但这仅仅是IP组播时代的开始，并且可以肯定IP组播是从WWW技术推广后出现的最激动人心的网络技术之一。
　　随着骨干网带宽的增加使因特网视/音频成为可能，随着小区网络中视/音频应用的不断丰富，以及种种依靠于组播技术才能实现的应用出现，对组播技术的支持成为网络建设的一个重要内容。
　　作为一个企业的新建网络，在应用中也要充分考虑到新技术的应用及应用的发展，先需要考虑的是整个组播方案的伸缩性问题。IP组播路由与IP单播路由有一个本质的区别就是，IP单播路由是根据网络的拓扑结构而不是实际的会话来建立路径，而IP组播路由则是根据网络的会话来动态地建立投递路径；因此，IP组播路由比IP单播路由更具有动态性。目前可用的组播路由模型有两种：稠密分布模型和稀疏分布模型。稠密分布模型假定组播成员在网络中稠密分布，并且它们之间的网络带宽资源往往随时可用；而稀疏分布模型假定组播成员在网络中稀疏分布，而且它们之间带宽资源往往比较紧张。很显然，对于企业内部网络来说，应该采用稠密分布模型，目前经常被采用的稠密分布模型的域内组播路由协议是PIM，因此，我方建议采用PIM作为域内组播路由协议。
　　PIM协议的全称是“协议无关组播路由协议”，它主要应用于路由器中。在高端的多层交换机中也有广泛应用。它不受网络规模限制，应用非常灵活。
　　IP组播技术的提出是基于对业务通信结构进行优化的思想。在某些业务中，经常有一定数量的用户在接收一些完全相同数据流，假如采用IP单播技术来为这些用户服务，需要发送者为每个用户单独建立一个数据流，这些数据流重复地发送完全相同的数据；这样，采用IP单播技术将大大加重发送主机和通信网络的负载，同时也比较难以保证对不同接收者的服务的公平性（可能由于发送主机或通信网络的负载过重，而有些接收者被拒绝服务；或者，由于发送主机对多个接收者的服务中，各个服务需要竞争不同的资源，造成一定的串行化效果，从而，不同的接收者接受到服务的时间不同）。而组播技术只要求发送者为同一数据发送一个数据流，通过网络来选择合适的通信设备，为不同的用户复制同一数据流来实现降低主机服务负载、网络通信负载和服务的公平性。如下图所示：

图.1：单播通信与组播通信比较

　　在上图中，同样一个数据流从一个发送者同时送到多个接收者，采用单播通信技术需要发送者为每个单播接收者分别建立不同的数据流；路由器也必须为同一信息内容在同一链路上重复传送多个流；同时，距发送者相同距离采用相同链路的每个接收者，接收到的数据流的时间也有先有后。采用组播技术后，发送者只需发送一个数据流，路由器也只在必要的时候在不同的端口复制不同的流；同时，距发送者相同距离采用相同链路的每个接收者，有希望在同时接收到的相同的数据流。因此，大大减轻了发送者和骨干通信的开销，同时，可以为不同的接收者提供公平性。
　　组播应用大致可以分为三类：（1）点对多点应用；（2）多点对点应用和（3）多点对多点应用。具体介绍见各方案例。三类应用如下图所示：

图.2：组播应用分类

　　目前组播网络技术的推广的困难在于组播应用难以提供有效的用户认证和计费手段，缺乏成熟的商业化基础；同时，还缺乏有效的手段保证服务质量，包括延时、丢失率和对异质链路的支持等，目前解决这些问题主要依靠应用本身来解决。
　　三种方式的连接及访问在上面已经有较具体的描述，我们将在以下的设备与特点的结合中进行具体论述。这里就具有PIM支持功能的港湾交换机：Big Hammer400/800、Flex Hammer系列对组网方式作以下探讨。在三种组网方式中，以Big Hammer400/800、Flex Hammer系列支持PIM的交换机直接连接组播服务器，下级交换机利用支持手工配置组播的μHammer系列交换机进行用户端的接入。三种方式均分别具有以下列出的组播访问特点。
一、点对多点的应用：
　　点对多点应用：点对多点应用是指一个发送者，多个接收者的应用形式；这是最常见的组播应用形式。典型的应用包括：
媒体广播：如演讲、演示、会议等按日程进行的事件。其传统媒体分发手段通常采用电视和广播。这一类应用通常需要一个或多个恒定速率的数据流，当采用多个数据流（如语音和视频）时，往往它们之间需要同步，并且相互之间有不同的优先级。它们往往要求较高的带宽、较小的延时抖动，但是，对绝对延时的要求不是很高。
媒体推送：如新闻标题、天气变化、运动比分等一些非商业要害的动态变化的信息。它们要求的带宽较低、对延时也没有什么要求。
信息缓存：如网站信息、执行代码和其它基于文件的分布式复制或缓存更新。它们的带宽要求一般，延时要求也一般。
事件通知：如网络时间、组播会话日程、随机数字、密钥、配置更新、有效范围的网络警报或其它有用信息。它们的带宽需求有所不同，但是一般都比较低；延时要求一般。
　　状态监视：如股票价格、传感设备、安全系统、生产信息或其它实时信息。带宽要求根据采样周期和精度有所不同，可能会有恒定速率带宽或突发带宽要求；通常带宽和延时要求一般。
网络设备连接拓朴如下：

二、多点对多点的应用：
　　多点对多点应用：多点对点应用是指多个发送者和多个接收者的应用形式；通常是每个接收者可以接收多个发送者发送的数据，同时，每个发送者可以把数据发送个多个接收者。典型应用包括：
多点会议：通常音视频和白板应用构成多点会议应用。在多点会议中，不同的数据流拥有不同的优先级；传统的多点会议采用专门的多点控制单元来协调和分配它们；采用组播可以直接由任何一个发送者向所有接收者发送，多点控制单元用来控制当前发言权。它的带宽和延时要求都比较高。
资源同步：日程、目录、信息等分布数据库的同步。它们的带宽和延时要求一般。
并行处理：分布式并行处理。它的带宽和延时要求都比较高。
协同处理：共享文档的编辑。它的带宽和延时要求一般。
远程学习：这实际上是媒体广播应用加上对上行数据流（答应学生向老师提问）的支持。它的带宽和延时要求一般。
讨论组：类似于基于文本的多点会议，还可以提供一些模拟的表达。
分布式交互模拟（DIS）：它的带宽和时延要求较高。
多人游戏：多人游戏是一种带讨论组能力的简单分布式交互模拟。带宽要求和时延要求都比较高。
Jam session：它是一种音频编码共享应用。带宽要求和时延要求都比较高。
网络设备连接拓朴如下：

三、多点对点的应用：
　　多点对点应用：多点对点应用是指多个发送者，一个接收者的应用形式；通常是双向请求—响应应用，任何一端（多点或点）都有可能发起请求。典型应用包括：
l 资源查找：如服务定位。它们要求的带宽较低，时延要求一般。
l 数据收集：它是点对多点应用中状态监视应用的反向过程。它可能由多个传感设备把数据发回给一个数据收集主机。带宽要求根据采样周期和精度有所不同，可能会有恒定速率带宽或突发带宽要求；通常带宽和延时要求一般。
l 网络竟拍：拍卖者拍卖产品，而多个竟拍者把标价发回给拍卖者。
l 信息询问：询问者发送一个询问，所有被询问者返回应答。通常带宽要求较低，对延时不太敏感。
Juke Box：支持准点播(Near-On-Demand)的音视频倒放。通常接收者采用“带外的”协议机制（如HTTP，RTSP，SMTP，可以采用组播方式）发送倒放请求给一个调度队列。它的带宽要求较高，延时要求一般。
网络设备连接拓朴如下：