1 前言
在单播通信中每个数据包都有明确的目的IP地址，对于同一份数据，如果存在多个接收者，服务器需要发送给接收者数目相同的单播数据包。当接收者成百上千时，将极大的加重服务器创建相同数据和发送多份相同拷贝所产生的消耗，网络中的设备性能和链路带宽都会面临一定程度的浪费。在IPv4体系中，广播数据包被限制在广播域中，一旦有设备发送广播数据，广播域内的所有设备都会收到这个数据包，并且不得不消耗资源去处理这些数据包，大量的广播数据包将消耗网络的带宽和设备资源。因此，组播非常适合“一对多”的场景模型，只有加入到特定组播的成员，才会收到组播数据。当存在多个组播组成员时，信源不需要发送多个复制的数据，只要发送一份数据，组播网络设备会根据实际需要转发和复制组播数据。数据流将会发送给加入特定组播组的接收者，而不需要该数据的设备不会收到该组播流量，相同的组播报文在一段链路上仅仅只有一份数据，这将会大大提高网络资源的利用率。组播源至组播组成员之间的路径通常包含任意段链路，通过组播下沉技术，尽量使组播靠近组播组成员，尽可能地 提高组播源至组播组成员的网络资源
利用率和转发效率，是业务发展的必
然选择。
2 概念
2.1 基本概念
（1）组播源
以组播组地址为目的地址，发送
IP报文的信息源。一个组播源可以同
时向多个组播组发送数据，多个组播
源可以同时向一个组播组发送数据。
（2）组播组
使用一个IP组播地址标识一个组
加入一个组播组，就成为了该组成员，
可以识别并接收以该IP组播地址为目
的地址的IP报文。
（3）组播组成员
组播组中的成员是动态的，网络
信息台中的用户主机可以在任意时刻加入和
离开组播组。组成员可以广泛分布在
网络中的任何地方。
（4）组播路由器
网络中支持组播功能的路由器，
能够在与用户主机连接的末梢网段，
提供组播组成员管理功能，实现组播
路由，指导组播报文的转发。
（5）组播分发树
组播分发树会根据组播组成员的
分布情况，组播路由协议为组播报文
转发建立树型路由，具体分为RPT和
SPT两类。RPT是以RP为根，组播组
成员为叶子的组播分发树，RPT仅适
用于PIM-SM。SPT是以组播源为根，
组播组成员为叶子的组播分发树，SPT
同时适用于PIM-SM和PIM-SSM。
2.2 组播协议
（1）IGMP协议
IGMP是负责IPv4组播成员管理
的协议，运行在组播网络中的最后一
段，即组播网络中三层网络设备与用
户主机相连的网段内。IGMP协议在主
我美丽的守护天使机端实现组播组成员加入与离开，在
上游的三层设备中实现组成员关系的
维护与管理，同时支持与上层组播路
由协议的信息交互。
通常根据接收者对组播源处理方
式的不同，组播模型分为ASM任意源
组播模型和SSM指定源组播模型两类，
在ASM模型中，任意一个发送者都可
以作为组播源向某组播组地址发送信
息，众多接收者通过加入由该组播组地
址标识的组播组以获得发往该组播组
的组播信息。接收者无法预先知道组播
源的位置，但可以在任意时间加入或离
开该组播组。有些情况下，用户只对某
组播下沉至OLT技术应用
吴克维 江西省广播电视网络传输有限公司赣州市分公司
摘要：江西广电赣州市分公司通过将组播分发点下移到OLT，使用户快速通过组播访问信源，相比之前采用
PPPoE从BRAS复制组播信号，节约高达50%的下行带宽，同时提升了用户视频观看体验。
关键词：组播 下沉 OLT 应用
101
些组播源发送的组播信息感兴趣，而不愿接收其他源发送的信息，SSM模型就为用户提供了这样一种能够在客户端指定组播源的传输服务。SSM模型中的接收者已经通过其他手段预先知道了组播源的具体位置，可以直接在接收者与其指定的组播源之间建立专用的组播转发路径。
IGMP到目前为止有三个版本：IGMPv1版本、IGMPv2版本和IGMPv3版本，所有IGMP版本都支持ASM模型。IGMPv3可以直接应用于SSM模型，而IGMPv1和IGMPv2则需要SSM Mapping技术的支持。
（2）PIM协议
PIM作为IPv4网络中的一种组播路由协议，主要用于将网络中的组播数据流发送到有组播数据请求的组成员所连接的路由器上，从而实现组播数据流的路由查与转发。在PIM-SM模式下根据数据和协议报文中的组播地址区分ASM模型和SSM模型，如果在SSM组播地址范围内，则构建PIM-SM 在SSM中的实现模式。PIM-SSM不但效率高，而且简化了组播地址分配流程，特别适用于特定组只有一个特定源的情况。如果在ASM组播地址范围内，则按照PIM-SM在ASM中的实现流程进行处理。
在IPv4组播路由协议中， 目前效率最高、设备支撑程度最好的是PIM 协议。其中，PIM-DM组播路由协议由于其粗放的流量传送方式和频繁的流量泛洪，且不能与跨域组播方案进行配合，不适用于大型网络中的组播路由。PIM-SM组播路由协议则假设所有的主机都不需要接收组播数据包，只有主机明确指定需要时，才向它转发组播数据包，特别适用于大型网络。
PIM路由表项通过PIM协议建立起组播路由表。PIM网络中存在两种
表项：（S,G）路由表项或（*,G）路
爱国家不等于爱朝廷由表项目。其中，S表示信源，G表示
组播，*表示任意。PIM路由器上可能
同时存在两种路由表项，当收到源地
址为S，组地址为G的组播报文，且
通过RPF检查的情况下，会根据相关
规则转发组播流量。
（3）MSDP协议
MSDP是为了解决多个PIM-SM
域之间的互连的一种域间组播协议，
用来发现其PIM-SM域内的组播源信
息，将远端域内的活动信源信息传递
给本地域内的接收者，从而实现组播
报文的跨域转发。在使用SSM模型的
情况下不需要使用MSDP。由于江西
省网为独立自治域网络，本文不涉及
跨域组播的MSDP协议。
2.3 组播地址
在IPv4地址中，D类地址是组
播地址，组播业务可用的组地址范围
是224.0.2.0~239.255.255.255。其中，
224.0.0.0~224.0.0.255为本地链路的保
留组地址，IANA为路由协议预留的组
播地址（也称为永久组地址），用于
标识一组特定的网络设备，不用于组
播转发。224.0.1.0~231.255.255.255和
233.0.0.0~238.255.255.255是ASM组播
地址，全网范围内有效。SSM组地址
范围为232.0.0.0~232.255.255.255，
全网范围内有效。私有地址范围为
239.0.0.0~239.255.255.255，在不同的
域内使用相同的地址不会冲突。
3 组播下沉OLT技术
3.1 网络结构
江西省网数据网以全省已建成的
OTN波分传输网络为基础。OTN以地
级市为单位，采用单波100G DWDM密
集波分技术，分别以抚州、鹰潭、上饶、
景德镇、九江5个地市组成省干OTN
北环，以新余、宜春、萍乡、吉安、赣
州5个地市组成省干OTN南环，除省
中心南昌外，一共10个地级市站点。
每个地级市站点由2台路由器（R1
和R2）组成，分别独立占用1个100G
波道，上联分别汇聚至省中心核心路由
器CR1和CR2。省中心核心路由器和
各地级市站点构成双归属星型拓扑结
构。地市站点路由器R1和R2分别以
一株紫丁香教学设计
若干10G端口聚合下联市本级BRAS1
和BRAS2，或以若干10G端口聚合下
联区县分公司BRAS，每个区县分公
司有若干BRAS设备。从分公司的视
角看，一个典型的省市区（县）三级
网络以“日”字形网络拓扑结构构成，
以赣州市本级分公司为例，BRAS1和
BRAS2分别上联至市中心R1和R2,
市中心 R1和R2分别上联至省中心
CR1和CR2，BRAS1和BRAS2之间、
R1和R2之间、CR1和CR2之间均有
互联线路，这种结构可以在可靠性和
经济性上取得较好的平衡，BRAS以
下部分即为所辖分公司的本地网络，
赣州市分公司的本地网络采用平坦的
二层网络，共享整个VLAN ID域，
BRAS1和BRAS2分别下联接入不同的
2台交换机，2台交换机采用虚拟化技
术堆叠为1台逻辑交换机，作为市级
分公司分前端的汇聚交换机，该交换
机采用双归属网络结构下联各分前端
机房的OLT设备，OLT设备负责本地
无源光网络的汇聚。网络拓扑结构如
图1所示。
3.2 技术原理
（1）PIM-SM组网下BRAS复制
组播流的缺陷
由于广电网络组播信源通常包
102《广播电视网络》 2021年第5期 总第377期
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括各地电视台站，融媒体中心等，信源和组成员分布相对分散、范围广、规模大。PIM-SM 组网可扩展性好，使用共享树或有源树，只需先在全局上启用组播，再在组播接口上启用PIM-SM，再配置好R
P 即可完成组播配置。结合网拓扑可以看出，采用PIM-SM 模式是三层组播方式的必然选择，并且江西省网目前也是采用PIM-SM 模式进行组播播发。
但是目前BRAS 在下行方向采用Multicast Copy by-Session 的模式将组播复制到PPPoE 封装的会话中并向下转发，即BRAS 作为组播流复制到所有请求组播流量的PPPoE 会话中，每
个会话即使加入的是同一个组播组，也要复制多个组播流，从某种意义上等于把组播又变回单播在网络中继续传输，无形之中也增加了BRAS 至OLT设备之间的链路负载和带宽压力，组播的意义消失。
（2）采用DHCP 方式分配终端IP 由于组播下沉至OLT，用户终端将不再通过PPPoE 的方式获取IP 地址，不再通过Copy by-Session 组播流复制技术获取组播流。这就需要一种新的机制确保用户终端通过OLT 等二层设备连接到BRAS 的以太网接口接入IPv4网络时，用户的IP 报文在经过用户的以太口的以太网封装后，经过
OLT 转发到BRAS 过程中，BRAS 设备利用报文中携带的用户物理或逻辑信息，如MAC 地址、VLAN、Option82等，作为用户标识对用户及其业务进行认证和授权，通常通过DHCP 方式获取与业务相关的IP。终端通过其上的DHCP 客户端，利用自动发现机制尝试联系网络中的DHCP 服务器，DHCP 提供一系列IP 配置参数，对用户端的IP 层进行配置。
（3）终端上线及拉流过程组播下沉是将OLT 以预加组的形式将组播流先行从BRAS 拉至OLT，并以代理的身份转发组播报文，组播下沉到OLT 在降低BRAS 消耗的同时，缩短真实用户加入组播组的请求响应时间，节约带宽，提升效率。通过组播下沉到OLT，使得BRAS 不再需要复制组播流至不同的PPPoE 会话中，一方面减少了BRAS 资源的消耗，避免BRAS 成为网络中的瓶颈设备，另一方面将所有组播数据流全部推向
OLT 设备，保证BRAS 至OLT 链路中有且仅有一份组播流量，减少了BRAS 至OLT 链路的带宽消耗，减少了中心机房至分前端机房的带宽消耗，避免了中心机房至分前端网络成为网络中的瓶颈 。
组播下沉OLT 之后，OLT 行使IGMP 代理功能。 终端通过ONU 上行进行CVLAN 的封装，在OLT 处进行CVLAN 到SVLAN 的转换，到达BRAS 后终结VLAN，通过DHCP-Relay 至DHCP 服务器获取IP 地址，完成单播路由的网络通达。之后，终端通过IGMP 请求加入组播组，OLT 代理IGMP 将请求转发至BRAS，后由BRAS 通过PIM 协议建立组播路由，将信源组播流推送
至BRAS，后由BRAS，
图1 数据网络拓扑结构
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《广播电视网络》 2021年第5期 总第377期
OLT 通过IGMP 协议完成流量转发至终端，如图2所示。
组播下沉具体技术实施过程通常可以预先设置，统一部署，高效实施。
对需要下沉的OLT 设备网元进行组播管理、组播VLAN 的配置。通常新建一个VLAN 作为组播VLAN，并将OLT 组播工作模式改为Proxy。Proxy 模式在完成IGMP Snooping 功能的基础上，终结主机发来的IGMP 协议报文，代替用户主机响应BRAS 的IGMP 报文。OLT Proxy 对BRAS 侧而言相当于用户主机 ，响应BRAS 的查询报文并将用户主机加入、离开组播组的信息代理后通告BRAS，对大量用户主机频繁加入、离开组播组时发送的IGMP 协议报文起到抑制作用，从而减轻BRAS 的处理压力。主机IGMP 版本通常设置成IGMPv2，采用
IGMPv2主要是为了兼容老设备，如果所有组播设备支持IGMPv3，也可以设置成IGMPv3。 通过组播VLAN 和节目源新建和组播VLAN 源端口的设置及上联口绑定，可以方便的将组播流量静态拉至OLT 设备，组播流量不再需要每个用户在BRAS 复制流量了。
ONU 终端获取组播流则应在相应机房OLT 上查询未认证的ONU 信息，到相应的ONU，对应配置好组播的业务模板，建立好对应的T-CONT、GEM Port 和Service Port，最后，在UNI 端口中将组播VLAN 标签剥离即可。
4 应用
通过组播下沉至OLT 技
术，可以方便开展各类家客和集客业务，特别是针对家庭、政企、酒店等需要高密度直播电视的场景尤其适用。 如果
图2 终端上线拉流过程
使用原先PPPoE Copy by-Session 的组播转发机制，对于一个10G 上联口的OLT 区域来说，假设每个高清直播流码率在10Mbps，那么该OLT 区域所能承受的理论最大直播并发数为1000个。对于组播下沉至OLT 而言，带宽的理论上限变得无穷大，只要OLT 设备转发性能做到线速，可以满足区域内的所有直播电视用户的需求。按照目前300套高清直播电视转发量计算，只需要3Gbps 的码流即可满足需求，只占用上联口带宽的30%。富余的带宽可以提供互联网、语音等其他服务。
从PON 口下行带宽的角度而言，一个标准GPON 口的下行带宽为2.5G。采用原先PPPoE Copy by-Session 的组播转发机制，一个标准GPON 口对于超过250个终端的并发访问将无法提供带宽保证，局部区域光纤资源规划可能不足，这将导致前端机房需要提供额外的光纤资源建设。因此，组播下沉OLT 的应用极大的解决了上述带宽和光纤资源的矛盾，在不额外增加成本的情况下，实现了业务的快速上线、灵活部署，降低了高峰期的突发流量。
利益相关者理论
5 小结
本文从IPv4组播概念入手，层层深入，以当前江西广电网络数据网拓扑为基础，阐述了组播下沉OLT 的必要性和可行性，并给出了组播下沉OLT 的技术原理和应用方法。赣州市分公司通过组播下沉OLT 技术的应用，节约了下行带宽，减轻了BRAS 压力，提升了用户视频观看体验，取得了良
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