組播業務的組網方案

2019-11-04 21:50:45

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供稿：網友

　　隨著網絡技術的更新和網絡應用需求的增加，越來越多的數據傳輸及其它業務在網絡應用上得到了極大的發展。網絡也隨著應用的推動在速率、效果及提供的業務支持等方面都有了很大的進步：從原有的十兆到現在的千兆傳輸速率，從原有單一的數據傳輸到現在的數據、語音、圖像的綜合傳輸……在網絡給我們帶來方便、快捷的同時，網絡的帶寬資源及安全特性等方面的不足都日益明顯地顯現出來。
　　ip組播技術已經出現了很久，但這僅僅是IP組播時代的開始，并且可以肯定IP組播是從WWW技術推廣后出現的最激動人心的網絡技術之一。
　　隨著骨干網帶寬的增加使因特網視/音頻成為可能，隨著小區網絡中視/音頻應用的不斷豐富，以及種種依靠于組播技術才能實現的應用出現，對組播技術的支持成為網絡建設的一個重要內容。
　　作為一個企業的新建網絡，在應用中也要充分考慮到新技術的應用及應用的發展，先需要考慮的是整個組播方案的伸縮性問題。IP組播路由與IP單播路由有一個本質的區別就是，IP單播路由是根據網絡的拓撲結構而不是實際的會話來建立路徑，而IP組播路由則是根據網絡的會話來動態地建立投遞路徑；因此，IP組播路由比IP單播路由更具有動態性。目前可用的組播路由模型有兩種：稠密分布模型和稀疏分布模型。稠密分布模型假定組播成員在網絡中稠密分布，并且它們之間的網絡帶寬資源往往隨時可用；而稀疏分布模型假定組播成員在網絡中稀疏分布，而且它們之間帶寬資源往往比較緊張。很顯然，對于企業內部網絡來說，應該采用稠密分布模型，目前經常被采用的稠密分布模型的域內組播路由協議是PIM，因此，我方建議采用PIM作為域內組播路由協議。
　　PIM協議的全稱是“協議無關組播路由協議”，它主要應用于路由器中。在高端的多層交換機中也有廣泛應用。它不受網絡規模限制，應用非常靈活。
　　IP組播技術的提出是基于對業務通信結構進行優化的思想。在某些業務中，經常有一定數量的用戶在接收一些完全相同數據流，假如采用IP單播技術來為這些用戶服務，需要發送者為每個用戶單獨建立一個數據流，這些數據流重復地發送完全相同的數據；這樣，采用IP單播技術將大大加重發送主機和通信網絡的負載，同時也比較難以保證對不同接收者的服務的公平性（可能由于發送主機或通信網絡的負載過重，而有些接收者被拒絕服務；或者，由于發送主機對多個接收者的服務中，各個服務需要競爭不同的資源，造成一定的串行化效果，從而，不同的接收者接受到服務的時間不同）。而組播技術只要求發送者為同一數據發送一個數據流，通過網絡來選擇合適的通信設備，為不同的用戶復制同一數據流來實現降低主機服務負載、網絡通信負載和服務的公平性。如下圖所示：

圖.1：單播通信與組播通信比較

　　在上圖中，同樣一個數據流從一個發送者同時送到多個接收者，采用單播通信技術需要發送者為每個單播接收者分別建立不同的數據流；路由器也必須為同一信息內容在同一鏈路上重復傳送多個流；同時，距發送者相同距離采用相同鏈路的每個接收者，接收到的數據流的時間也有先有后。采用組播技術后，發送者只需發送一個數據流，路由器也只在必要的時候在不同的端口復制不同的流；同時，距發送者相同距離采用相同鏈路的每個接收者，有希望在同時接收到的相同的數據流。因此，大大減輕了發送者和骨干通信的開銷，同時，可以為不同的接收者提供公平性。
　　組播應用大致可以分為三類：（1）點對多點應用；（2）多點對點應用和（3）多點對多點應用。具體介紹見各方案例。三類應用如下圖所示：

圖.2：組播應用分類

　　目前組播網絡技術的推廣的困難在于組播應用難以提供有效的用戶認證和計費手段，缺乏成熟的商業化基礎；同時，還缺乏有效的手段保證服務質量，包括延時、丟失率和對異質鏈路的支持等，目前解決這些問題主要依靠應用本身來解決。
　　三種方式的連接及訪問在上面已經有較具體的描述，我們將在以下的設備與特點的結合中進行具體論述。這里就具有PIM支持功能的港灣交換機：Big Hammer400/800、Flex Hammer系列對組網方式作以下探討。在三種組網方式中，以Big Hammer400/800、Flex Hammer系列支持PIM的交換機直接連接組播服務器，下級交換機利用支持手工配置組播的μHammer系列交換機進行用戶端的接入。三種方式均分別具有以下列出的組播訪問特點。
一、點對多點的應用：
　　點對多點應用：點對多點應用是指一個發送者，多個接收者的應用形式；這是最常見的組播應用形式。典型的應用包括：
媒體廣播：如演講、演示、會議等按日程進行的事件。其傳統媒體分發手段通常采用電視和廣播。這一類應用通常需要一個或多個恒定速率的數據流，當采用多個數據流（如語音和視頻）時，往往它們之間需要同步，并且相互之間有不同的優先級。它們往往要求較高的帶寬、較小的延時抖動，但是，對絕對延時的要求不是很高。
媒體推送：如新聞標題、天氣變化、運動比分等一些非商業要害的動態變化的信息。它們要求的帶寬較低、對延時也沒有什么要求。
信息緩存：如網站信息、執行代碼和其它基于文件的分布式復制或緩存更新。它們的帶寬要求一般，延時要求也一般。
事件通知：如網絡時間、組播會話日程、隨機數字、密鑰、配置更新、有效范圍的網絡警報或其它有用信息。它們的帶寬需求有所不同，但是一般都比較低；延時要求一般。
　　狀態監視：如股票價格、傳感設備、安全系統、生產信息或其它實時信息。帶寬要求根據采樣周期和精度有所不同，可能會有恒定速率帶寬或突發帶寬要求；通常帶寬和延時要求一般。
網絡設備連接拓樸如下：

二、多點對多點的應用：
　　多點對多點應用：多點對點應用是指多個發送者和多個接收者的應用形式；通常是每個接收者可以接收多個發送者發送的數據，同時，每個發送者可以把數據發送個多個接收者。典型應用包括：
多點會議：通常音視頻和白板應用構成多點會議應用。在多點會議中，不同的數據流擁有不同的優先級；傳統的多點會議采用專門的多點控制單元來協調和分配它們；采用組播可以直接由任何一個發送者向所有接收者發送，多點控制單元用來控制當前發言權。它的帶寬和延時要求都比較高。
資源同步：日程、目錄、信息等分布數據庫的同步。它們的帶寬和延時要求一般。
并行處理：分布式并行處理。它的帶寬和延時要求都比較高。
協同處理：共享文檔的編輯。它的帶寬和延時要求一般。
遠程學習：這實際上是媒體廣播應用加上對上行數據流（答應學生向老師提問）的支持。它的帶寬和延時要求一般。
討論組：類似于基于文本的多點會議，還可以提供一些模擬的表達。
分布式交互模擬（DIS）：它的帶寬和時延要求較高。
多人游戲：多人游戲是一種帶討論組能力的簡單分布式交互模擬。帶寬要求和時延要求都比較高。
Jam session：它是一種音頻編碼共享應用。帶寬要求和時延要求都比較高。
網絡設備連接拓樸如下：

三、多點對點的應用：
　　多點對點應用：多點對點應用是指多個發送者，一個接收者的應用形式；通常是雙向請求—響應應用，任何一端（多點或點）都有可能發起請求。典型應用包括：
l 資源查找：如服務定位。它們要求的帶寬較低，時延要求一般。
l 數據收集：它是點對多點應用中狀態監視應用的反向過程。它可能由多個傳感設備把數據發回給一個數據收集主機。帶寬要求根據采樣周期和精度有所不同，可能會有恒定速率帶寬或突發帶寬要求；通常帶寬和延時要求一般。
l 網絡竟拍：拍賣者拍賣產品，而多個竟拍者把標價發回給拍賣者。
l 信息詢問：詢問者發送一個詢問，所有被詢問者返回應答。通常帶寬要求較低，對延時不太敏感。
Juke Box：支持準點播(Near-On-Demand)的音視頻倒放。通常接收者采用“帶外的”協議機制（如HTTP，RTSP，SMTP，可以采用組播方式）發送倒放請求給一個調度隊列。它的帶寬要求較高，延時要求一般。
網絡設備連接拓樸如下：