CC BY
143
7 декабря 2011 r. 17:38
ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА
Вопросы проектирования сетей IPTV
Для сохранения конкурентоспособности на телекоммуникационном рынке сервис-лроваицеры должны задуматься о предоставлении персонализированных медиа- и интерактивных услуг IPTV, которые требуют интеграции развлекательны услуг с коммуникационными и интернет-технологиями. Все крупные проеюы IPTV реализуются на базе сетей NGN.
Абаева Б.К.,
АО " Ка захтелеком"
Основные услуги IPTV
Технология IPTV позволяет эффективно передавать телевизионный сигнал с помощью интернет-протокола. В отличие от традиционных видов цифрового телевидения (эфирного, кабельного и спутникового) IFTV — полностью интерактивный сервис, функционирующий в рамках мультисервисных сетей Triple Play. Технология IPTV практически не имеет ограничений по количеству каналов (число их может достигать от 30 до 100 и более) и качеству транслируемого контента. Все зависит лишь от пропускной способности сети и территории ее охвата. Спутниковые и обычные аналоговые ТВ-про-граммы также можно принимать с помощью IPTV, если перекодировать их для просмотра в сети.
Фактически сети IPTV — эго персональные, индивидуальные сети, где каждый пользователь может выбирать контент по своему желанию. IPTV — это вещание для одного зрителя.
Возможности IP-протокола позволяют предоставлять широкий пакет интерактивных и интегрированных услуг, таких, например, как:
— видео по запросу (video on demand) - запрос и просмотр видеофильмов, ТЕ- передач в любое удобное время;
— управляемая цифровая запись видео (network personal video recorder) — сохранение контента в сети или STB (Set-Top Box — абонентская приставка IPTV) с целью последующего индивидуального просмотра;
— дистанционное управление видеомагнитофоном (remote recording capabilities) — средства для управления сервисами с мобильного телефона, ПК и других устройств;
— отложенньй просмотр ТВ-передоч (time shifting) — возможность повтора понравившихся фрагментов передачи с помощью копала, передающего контент с задержкой (обычно кратной одному часу);
— интерактивные сервисы (interactive services) — обеспечение двустороннего канала, обратной связи между пользователем и производителем контента, а также другими пользователями в целях интерактивного взаимодействия;
— поддержка нескольких камер (multiple camera) - возможность абонента "переключать" ТВ-камеры, используемые во время трансляции.
Типы IPTV-узлов
Трафик услуг IPTV по своей природе может быть разд елен на два класса.
Широковещательный трафик передается от одного или нескольких источников одновременно до множества приемников. К данному типу трафика относится широковещательный TV-трафик, виртуальный кинозал, а также служебный трафик. Для передачи широковещательного трафика используется многоадресная (multicast) маршрутизация.
Остальной трафик является двунаправленным и передается обычным способом, то есть с помощью одноадресной (unicast) маршрутизации. Данный трафик помещается в два IP VPN, один из которых служит для организации обмена между серверным оборудованием IPTV узлов и абонентскими IPTV приставками (STB), а другой
— для связи IPTV узлов между собой и системой биллинга.
Существует два типа IPTV узлов — центральные и локальные.
Центральные IPTV узлы (ЦУ) обычно устанавливаются в крупных городах региона и содержат;
— оборудование НЕ (Head End) для приема спутниковых, эфирных и кабельных TV- сигналов, их конвертации в формат, необходимый для передачи по сети, и кодирования контента;
— служебные серверы для управления STB;
— серверы VoD (Video on Demand — видео no запросу).
Локальнью узлы устанавливаются во всех остальных городах и
крупных населенных пунктах, где планируется оказание услуг IFTV. В локальных узлах устанавливаются:
— служебные серверы для управления STB (кроме ЦУ);
— серверы VoD (кроме ЦУ).
В крупных мегаполисах устанавливаются локальные узлы, содержащие только VoD- серверы. Для управления STB используется оборудование центрального узла. Центральный узел должен быть присоединен к магистральной сети передачи данных (МСПД).
Передача широковещательного трафика
Данный трафик является многоадресным, то есть в отличие от одноадресного трафика должен быть доставлен не одному, а многим адресатам. Поэтому для multicast-трафика применяются протоколы маршрутизации и алгоритмы коммутации, отличные от используемых для unica st-трофика. Основное требование к этим протоколам и алгоритмам состоит в том, что вне зависимости от количества адресатов multicast-лакет должен пройти по любому участку сети только один раз. Данное требование продиктовано необходимостью эффективного использования сетевых ресурсов.
Для передачи rrmlhca st-трофика используется протокол PIM (Protocol Independent Multicast). Есть несколько режимов работы протокола PIM (PIM-SM, PIM-DM и PIM-SSM). Для распространения IPTV-трафика наиболее подходящей является модификация PIM-SSM (Source Specific Muhicast). PIM-SSM работает для частного случая, когда заранее известны одреса серверов, осуществляющих вещание muttvcast-трафика. Тогда РЕ- маршрутизатор сможет сразу построить путь для подключения непосредственно к источнику. Отпадает необходимость размещать в сети RP (Rendezvous Point). Изначально PIM-SSM разрабатывался для тех приложений, которые могут самостоятельно при помощи IGMPv3 (Internet Group Management Protocol — протокол управления группами мультивещания) просигнализировать адрес сервера, с которого они хотят получать multicast- поток. Для тех клиентов, которые поддерживают только IGMPv2 или v1 (к ним относятся большинство STB), необходимо задействовать на РЕ функцию SSM-mopping, которая ассоциирует группу со статически определенным адресом источника.
С точки зрения ядра сети у этого способа есть один недостаток
— необход имость иметь корректный маршрут на сеть, в которой на-
104
T-Comm, #7-2010
ходятся источники muihcasf-трофика Поскольку РЕ-маршрутизатор не обладает информацией о доступности внешних сетей, он не может определить, куда отправлять PIM Join-сообщения, что препятствует построению дерева распространения muhicast-трафика. Для решения этой проблемы маршруты на источники multicast-трафика будут распространяться по IGP (Interior Gateway Protocol — протокол внутреннею шлюза) и iBGP в той сети, к которой они непосредственно присоединены.
Резервирование источников тЫйса^-трафика может быть сделано двумя разными способами. Первый способ использует технологию IP- anycast, в которой одинаковые сигналы транслируются с нескольких физически разнесенных источников- Каждый конечный PE-маршрутизатор при получении IGMP-запроса на контент выбирает ближайший по отношению к себе источник и строит ветку дерева к нему При выходе из строя одного из источников, информация о недоступности распространяется по сети. Маршрутизаторы, принимавшие от него сообщения, перестраивают дерево к источнику другого IPTV-узла. В данном способе резервирование источников выполняется средствами самой сети. Серверное оборудование не участвует в процессе обеспечения отказоустойчивости и распределении РЕ- маршрутизаторов по источникам
Специфика построения IPTV-узлов не позволяет применять описанный выше способ. Поэтому для резервирования источников применяется другой метод в котором каждый конечньм РЕ-маршрутизатор строит деревья ко всем источникам для каждого multicast-адреса. Вещэние по конкретному каналу происходит только с одного источника. При выходе из строя активного источника система управления IPTV-узлами включает резервный источник. Поэтому в данном способе важно гарантировать, что в каждый момент времени контент транслируется только с одного источника.
Как было сказано ранее, построение дерева распространения multicast- трафика осуществляется с помощью протокола PIM-SSM. Протокол PIM должен быть включен на всех интерфейсах, связывающих L1 и L2- маршрутизаторы ядра МСПД на стыках для пропуска IPTV-трафика между МСПД и региональными сетями, а также на всех маршрутизаторах региональных сетей, участвующих в передаче mutocasî-трафика. Стандартно для PIM-SSM предусмотрен диапазон mult)cast-адресов, Поскольку STB сигнализируют подписку на канал с помощью сообщений IGMP/2, в которых отсутствует информация об источнике, РЕ-маршрутизаторы региональных сетей, принимающие такие запросы, должны уметь преобразовывать их в (S,G) сообщения протокола PIM. Те маршрутизаторы, которые обладают функцией DNS- mapping (Domain Name System — система доменных имен), должны быть настроены следующим образом:
• доменное имя для преобразования (*,G) в (S,G);
• DNS-серверы;
• иметь IP-связность с указанными DNS-сервероии.
Маршрутизаторы, не имеющие функцию DNS-mapping, но обладающие возможностью статической привязки групповых адресов к источникам, можно применять для предоставления услуг IPTV Сложность администрирования таких маршрутизаторов возрастает за счет того, что их необходимо перенастраивать в случае изменения состава широковещательных каналов или источников. Кроме того, такие изменения придется производить согласованно со всеми региональными сетями, эксплуатирующими маршрутизаторы без DNS-mapping.
Передача одноадресного трафика
В системе предоставления услуг IPTV unicost-трафик представляет собой трафик управления STB, индивидуальный контент, получа-
емый каким-либо абонентом, например, VoD, а также служебный трафик узлов IPTV Для передачи unicost-трафика служат две BGP (Bonder Gateway Protocol — протокол граничного шлюза)/MPLS (Multiprotocol Label Switching- многопротокольная коммутация по меткам) IP VPN (Virtual Private Network — виртуальная частная сеть).
Трафик управления STB, индивидуальный контент и некоторая часть служебного трафика передается в VPN IPTV UCAST. Для обмена маршрутной информацией в IPTV UCAST между AS, входящими в общую сеть, выделены три типа маршрутов, каждому из которых назначен свой RT.
Каждый РЕ-маршрутизатор, участвующий в предоставлении услуг IPTV, анонсирует маршрут на присоединенные сети. Добавление RT желательно производить на маршрутизаторе, порождающем маршрут. Обмен маршрутами IPTV UCAST осуществляется на IPTV-стыках в vpov4 unicast AFI/SAR. Центральные IPTV-узлы должны импортировать все маршруты IPTV UCAST. Локальные IPTV-узлы имеют маршруты на STB своего региона по причине нахождения в одной AS и импортируют маршруты центральных IPTV-узлов.
Трафик между узлами IPTV и системой биллинга помещен в VPN IPTV MGMT (Management — управление). Поэтому обмен маршрутами и трофиком IPTV MGMT будет производиться через существующие стыки между МСПД и региональными сетями.
Обеспечение качества обслуживания
Маркировка QoS (Qualifi of Service — качество услуг).
Маркировка услуг IPTV осуществляется при помощи поля DSCP в IP заголовке пакета. Маркировка зависит от типа трафика и представлена в таблице 1.
Таблица 1
Маркировка QoS
Тип ф»фмк« Класс ipa+OK» {ммгмис DSCP
С Una.lk.VMIC levai и'..пи Ьи mane
МиИкМ- 1|4фмк VoD-1 рифм ь PdtMNXO ipCWIIH (Real Timet CS3 24 011000
»п»саи-1р*ф*« ГарамшромиммЯ «частичный (Assured Иаяк> AF3I 2ft 011010
Трафик от узлов IPTV может быть маркирован как непосредственно на серверном оборудовании, так и на сетевом оборудовании, например, на коммутаторе или маршрутизаторе. Метод маркировки может быть вьбран индивидуально для каждого IPTV-узла.
Трафик от приставки заканчивается на локальном IPTV-узле и, как правило, будет проходить в незагруженном направлении. Тем не менее, желательно осуществлять маркировку этого трофика на оборудовании доступа (DSLAM, коммутатор Ethernet и т.п.) или ближайшем граничном маршрутизаторе значением DSCP=AF31.
Настройка очередей
Для обеспечения качества обслуживания в условиях перегрузки на МСПД и в региональных сетях необходимо настроить управление очередями физических интерфейсов. Как правило, трафик клос-са Real Time помещают в приоритетную очередь и резервируют полосу, необходимую для его передачи. Для остального трафика используют алгоритмы, основанные на выборке пакетов из очередей на основе выделенной полосы для каждой очереди с возможностью занятия неиспользуемой емкости. В данное время на МСПД используется следующее распределение полосы среди очередей для разных классов трафика (табл. 2):
T-Comm, #7-2010
105
Таблица 2
Распределение полосы в МСПД
Класс график* Паюса iipotncMiMHH на 10 (.К-ишсрфсмсс Полоса протекании на (.1-мнirp+сисг
Real Time 1 Гбкт/с 100 Мбит с
Auurctl KladK 3 Гбмгс .00 Мб*. 1'с
EImk 6 fÚMI с 300 Мб«Т*
Трафик в региональной сети немного отличается от трофика в МСПД за счет большего объема трафика класса Real Time, обусловленною трафиком VoD. Кроме того, нужно учитывать, что класс Real Time помимо IPTV-трафика содержит также и голосовой трафик. С учетом того, что полоса для Real Tîme-трофика установлена с запасом по отношению к трафику широковещательных каналов, первоначально в ре тональных сетях можно использовать такое же распределение, что и в МСПД
Передача трафика в сети доступа по DSL-линии
Для подключения клиентов используется S-VLAN модель. Эта модель предполагает, что в DSL-интерфейсе между СРЕ (Customer Premises Equipment — оборудование в помещении пользователя) и DSLAM (DSL Access Multiplexer — мультиплексор доступа DSL) организуется несколько PVC (постоянное виртуальное соединение). Трафик, передаваемый по разным PVC, имеет разное функциональное назначение. На upstream-интерфейсе DSLAM создается несколько VIAN ( Vitud LAN — виртуальная локальная сеть) для передачи трафика разного Т1-ТО. DSLAM осуществляет коммутацию (бриджинг) между VIAN в ир5*геат-+*ггерфейсе и PVC в DSL- интерфейсах к абонентам Одна из этих PVC используется для передачи трафика Интернет между компьютером пользователя и BRAS (Broadband Remote Access Server — сервер широкополосного удаленного доступа).
Изоляция пользователей друг от друга
Для стабильной работы клиентов, подключенных по технологии S-VLAN, необходимо предпринимать меры, препятствующие прохождению трафика напрямую между устройствами клиента. Помимо этого, оборудование сети должно препятствовать попыткам клиента нарушить функционирование сети путем отправки служебных пакетов. Основная нагрузка по обеспечению такой изоляции ложится на DSLAM. DSLAM в состоянии изолировать только подключенных к нему напрямую клиентов. Если несколько DSLAM подключаются к сети через общий L2-дрмен, то необходимо обеспечить изоляцию клиентов разных DSLAM друг от друга. Для этого предлагается
использовать разные номера unicast-VIAN (а если необходимо, то и Conlrol-VLAN) для разных DSIAM в 12-сети. Таким образом, точкой, в которой объединяются логические интерфейсы клиентов разных DSLAM, является РЕ-маршрутизатор, на котором можно отфильтровать ненужный трофик.
Требования к DSLAM
Оказание услуг по распространению IPTV-трафика требует от DSLAM поддержки следующих технологий:
• Несколько PVC в одном DSL-интерфейсе;
• Возможность запретить передачу пакетов между клиентскими портами DSLAM;
• Ограничение количества MAC-адресов (Medium Access Control — управление доступом к среде), которые могут быть ассоциированы с одним DSL-портом,
• DHCP relay/snooping с запоминанием выданного клиенту адреса и использованием этой информации для предупреждения IP spoofing;
• Псддержка DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol — протокол динамической конфигурации узла) опции 82;
• Защ ита от MAC spoofing — отбрасывание пакетов с MAC- адресом отправителя, который ассоциирован с другим портом DSLAM;
• Защита от IP spoofing — отбрасывание IP пакетов с некорректным IP- адресом;
• Защита от ARP spoofing — отбрасывание ARP-пакетов с IР/ MAC -адресом, не соответствующим порту, по которому принят пакет;
• КЗМР proxy (Internet Group Multicast Protocol — широковещательный групповой протокол Интернет);
• Функции QoS как минимум в down strea m-направлении. При использовании одной PVC DSLAM должен иметь возможность классифицировать и приоритезировать трафик по 802.1 р и/или DSCP (Differentiated Services Code Point — поле IP-пакета, определяющее класс его обслуживания). При использовании двух PVC DSLAM должен приоритезировать трафик по VPI/VCI (Virtual Path Identifier — идентификатор виртуального тракта/ Virtual Channel Identifier — идентификатор виртуального канала) или номеру VIAN.
Литература
1. DSl Forum Technical Report TR-126 Triple-play Services Quality of Experience (OoE) Requirements".
2. ATIS - IIF-WT-019 Draff IPTV Ugh Levd Architecture Document // AT1S, 2006.
106
T-Comm, #7-2010
