IPv6可控大规模组播服务系统初试锋芒

随着互联网的发展,在互联网上出现了许多新的应用,如:视频会议、多媒体教学和远程医疗等,其中不少应用都是高带宽的多媒体应用。用户的迅速增加,导致互联网主干带宽拥挤,服务器负载急剧增加,为缓解带宽瓶颈和服务器负载能力,人们提出多种解决方案:增加主干带宽,在服务器使用负载均衡技术等等。其中组播服务凭借其独特的优势,在不增加主干网络带宽和服务器的前提下,解决用户急剧增长所带来的带宽拥挤和服务器资源紧缺现象。

  但是,组播技术在可扩展性、可管理性和可控性方面存在的问题,使得组播服务的大规模应用推广受到了一定的限制。

  从组播协议的特点可以看出,若组播服务不在全网开通,在组播服务的边缘需要增加组播转单播的转换设备,在没有组播的网络中同样存在占用过多网络带宽,加重组播转换设备负载的问题。因此,为了组播服务能顺利地推广需要全网开通组播服务。

      图1 可控组播服务系统部署示意图

  在CNGI-CERNET2主干网中,已经开通基于PIM-SSM的组播服务,但是由于校园网接入设备及校园网内路由器对IPv6组播的支持程度良莠不齐,阻碍了组播服务的部署和实施。目前大部分组播应用程序所使用的为ASM组播协议,无法直接在SSM组播系统中使用。在当前组播系统中,没有对组播源身份进行认证,因此任意用户都可以向某组播组发送数据,无法保证组播系统的安全性。这阻碍了组播服务的开展。

  因此,我们设计了IPv6网络下的可控大规模组播服务系统,解决现有组播服务系统的缺陷,为组播用户提供可靠、安全的组播服务,为组播应用提供支持。

      图2 可控大规模组播服务系统结构

  该系统设计了基于真实地址的身份认证和基于信任机制的访问控制支持下,提供IPv6的安全组播服务,为组播通信提供安全和控制功能,包括组播源鉴别、组播组管理、发送者及接收者访问控制,保证大规模组播应用的安全使用。

  可控大规模组播服务系统由组播转发网关系统、主干网组播网管系统、校园网组播网管系统和组播交换机四大部分组成。

  
四大部分系统功能详解

  1. 组播转发网关系统

  组播转发网关系统主要完成IPv6组播服务中ASM和SSM这两种不同组播协议以及组播协议与单播协议之间的转换,满足多路并发组播视频流的传输需要。实现主干网SSM组播协议与开通组播服务的校园网内的SSM或ASM组播协议之间的互通,主干网SSM组播协议与未开通组播服务的校园网(单播协议)之间的互通。根据组播组地址的分配方案中的组播组地址编码规则,在主干网上对组播发送者的源IPv6地址进行验证,控制发送者对主干网组播组的访问。通过对组地址特定流量的设置,控制某类应用带宽在允许的范围之内。

      图3 可控大规模组播服务系统基本模型

  2. 主干网组播网管系统

  主干网组播网管系统主要监控和管理主干网组播服务系统,监控主干网组播服务系统运行状态,监控主干网组播转发网关的运行状态,同时负责主干网组播地址的分配、组播带宽分配,为校园网组播网管系统提供相关信息查询服务。

  3. 校园网组播网管系统

  校园网组播网管系统主要管理校园网组播用户,为用户提供访问控制,根据用户请求将调用主干网网管系统接口,将主干网组播流延伸至校园网内或将校园网组播流发送至主干网。同时监控和管理校园网内的组播交换机,在组播接入点对组播用户进行访问控制和相应的流量控制。为用户提供主干网提供的组播节目列表等。

  4. 组播交换机

  组播交换机主要负责组播接入点对组播服务的控制,接受校园网组播网管服务器的控制,对校园网组播用户的接收和发送进行检测和控制,对组播组、组播源和组播带宽进行控制,从而实现组播服务全网可控。

  
触角面向百院校延伸

  可控大规模组播服务系统通过主干网组播转发网关系统将CNGI-CERNET2现有的SSM组播服务延伸至校园网IPv6技术升级的100所校园网中,由于100所校园网网络设备的差异及对组播服务支持的完备性不同,所以在100所校园网部署校园网组播转发网关系统与主干网组播转发网关一道完成校园网组播服务与主干网组播服务的衔接,同时对组播源、组播组和组播带宽进行控制,同时为解决终端应用系统的差异,组播转发网关同时负责ASM/SSM/单播协议之间的转换,屏蔽终端应用系统的差异,为不同应用系统间提供统一的可控组播服务系统。

      图4 可控大规模组播服务系统组播数据通路

  可控组播服务系统的用户分布于100所校园网中,这些组播用户通过项目研发的组播交换机、组播转发网关和组播网管系统,利用CNGI-CERNET2主干网组播服务实现校园网间的组播服务。

  不同校园网间组播用户进行组播会话时,组播数据经过组播交换机、校园网组播转发网关、主干网组播转发网关等设备。

  可控组播服务系统组有主干网组播网管服务器、校园网组播网管服务器,某校园网组播用户向某频道列表发送节目,或请求接收其他校园网组播节目时,需要主干网组播网管服务器和校园网网管服务器对相应的组播转发网关和组播交换机打开数据通路。

     图5 可控大规模组播服务系统组播发送过程控制信令

  通过部署组播转发网关系统、主干网组播网管系统、校园网组播网管系统和组播交换机,不同系统间通过相应的接口及信令进行通信,实现全网大规模组播系统。

  经受南非世界杯考验

  在南非世界杯期间,由于校园网内对世界杯实况节目的收视需求很大,项目组联系北京邮电大学,对可控大规模系统进行了测试,视频源由北京邮电大学提供,同时在CNGI-CERNET2北京和沈阳主节点分别安装并放置了若干台主组播转发网关系统,并在清华大学和东北大学安装了校园网组播转发网关系统,为方便用户点播,临时建立了简单的世界杯门户网站,以便校园网用户使用该服务,部署期间使用的拓扑图及测试网站相关页面如下图所示。

      图6 世界杯期间测试拓扑

  在测试过程中,同时转播了CCTV5和CCTV7两路视频信号。测试结果表明,系统在这种规模的负载下完全能够胜任,视频效果良好,画质清晰。

(作者单位1、3为东北大学;2、4为清华大学)

(文章来源:《中国教育网络》杂志2010年11月刊)

转载自:
http://www.edu.cn/gn_9666/20101110/t20101110_537713.shtml

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