IPTV中的关键技术.doc

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1、IPTV中的关键技术描述了IPTV在目前宽带网络上的具体实现方法，并结合IPTV的特点，阐述了IPTV所涉及的几个关键技术，并对每种技术作了概括性介绍。 关键词IPTV宽带接入组播编码 1、IPTV的实现方法 宽带网络数字电视，又称IPTV或BTV，即交互式网络电视，是一种利用宽带互联网、多媒体等多种技术于一体，向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式服务的崭新技术。它能够很好地适应当今网络飞速发展的趋势，充分有效地利用现有宽带网络资源。 在目前的商用宽带网络中，用户在家中可以通过两种方式享受IPTV服务： (1)计算机：在第这种方式下，用户在通过电脑上网的同时，可以收听广播节目或欣赏音乐，

2、也可以直接在电脑上收看电视或电影等视频节目。 (2)网络机顶盒(STB)+普通电视机。用户家里新增网络机顶盒(STB)，由机顶盒提供AV接口，直接和普通电视机相连，用户通过控制机顶盒选择收看宽带网络电视节目。 如图1所示，为通过综合接入设备(MSA)上的xDSL宽带线路为用户提供视频业务的框图。用户既可以通过PC享受传统的INTERNET数据服务和网络游戏，也可以通过专门的转换设备STB，用普通的电视收看电视、电影等宽带视频节目。 2、IPTV中的关键技术 IPTV应用的实质是流媒体在宽带网络上的传输和分发，因此IPTV的应用和发展是以下几种关键技术同时应用的结果。 (1)宽带接入技术：快速发

3、展的宽带接入技术，为媒体流的传送提供了通路。 在目前所使用的宽带接入技术中，DSL是一种能够通过普通电话线提供宽带数据业务的技术。大家常用的ADSL(AsymmetricalDigitalSubscriberLine，非对称数字用户环路)技术可以提供下行8M的带宽，ITU-T的G.992.1中对ADSL的标准已经有详细的定义。而随着技术的快速发展，ITU-T又分别在2019年6月和2019年1月推出了两个新一代ADSL标准：ADSL2(G.992.3)和ADSL2+(G.992.5)。ADSL2支持的最大上下行速率1.3M/15M，而ADSL2+支持的最大上下行速率可达1.3M/24M。更高的

4、带宽为传输大量的流媒体传输成为可能。 (2)IP组播路由技术：流媒体分发的强大支持。 IP组播路由技术实现了IP网络中点到多点的高效数据传输。可以有效的节约网络带宽、降低网络负载。组播是一种允许一个或多个发送者(组播源)同时发送相同的数据包给多个接受者的一种网络技术，是一种能够在不增加骨干网负载的情况下，成倍增加业务用户数量的有效方案，因此成为当前大流量视频业务的首选方案。在IPTV的应用中，利用IP组播路由技术，可以有效的分发媒体流，减少网络流量。目前接入设备通过IGMPProxy功能，实现了用户的按需加入、离开等功能，这样既实现了媒体流的按需分发。而且减少了组播对带宽的过渡占用。随着IP组

5、播技术在综合接入设备上的应用，大多数的设备都支持IGMPsnooping和IGMPProxy功能。 IGMPsnooping是解决IP组播在二层网络设备上广播泛滥的一种基本解决方法。通过在二层网络设备上帧听用户端和组播路由设备间的IGMP协议消息，获取组播业务的用户列表信息，将组播数据根据当前的用户信息进行转发，从而达到抑制二层组播泛滥的目的。 IGMPproxy通过代理机制为二层设备的组播业务提供了一种完整的解决方案。实现了IGMPproxy的二层网络设备，对用户侧承担Server的角色，定期查询用户信息，对于网络路由侧又承担Client的角色，在需要时将当前的用户信息发送给网络。不仅能够达

6、到抑制二层组播泛滥的目的，更能有效地获取和控制用户信息，同时在减少网络侧协议消息以降低网络负荷方面起到一定作用。 (3)数字编码技术：传输可靠性的技术支持。 在网络上传输音/视频等多媒体信息要涉及流媒体的可靠实时传输。因此，数字编解码技术是IPTV的关键技术之一。目前宽带网络环境下适用的编码标准有：MPEG-4、AC-1和H.264等。MPEG-4是ISO/IEC标准，由MPEG制订，目前应用的是MPEG-4Part2；H.264是ITU-T的VCEG和ISO/IEC的MPEG联合视频组JVT开发的视频编码标准，它既是ITU-T的H.264，也是ISO/IEC的MPEG-4Part10；AC-

7、1是微软的视频编码标准，是WMV9向编解码标准组织提交资料后采用的编码标准名称。 而网络带宽的不断提升，例如应用ADSL2或ADSL2+技术，可以提高用户的上下行速率达到1.3M/24M。而如果采用ITU-T的H.264或WMV9进行媒体流的编码，800K的码速率已经可以提供接近DVD画质质量，完全满足目前用户的要求。因此，两者的结合为IPTV媒体流的传输可靠性做出了保证。虽然，目前还没有相应的国家标准规定IPTV采用的数字编码技术，但无论是MPEG-4,H.264,还是WMV9编码技术都已经达到IPTV应用的要求。如果配合新的宽带接入技术，完全可以实时传输任何编码的流媒体视频节目。 3、小结

8、 IPTV作为一个新应用的出现，并不简单是宽带网络上的一个应用。而是在网络传输技术、IP组播路由技术以及流媒体编码技术的发展下产生的，是这几种关键技术有力结合应用的结果。 IPTV将为宽带运营商和节目提供商注入新的活力。宽带运营商除了能给用户提供通信和资讯方面的服务外，还能通过IPTV为用户提供丰富的、个性化的电视节目，对于吸引用户、提高用户满意度有很大的帮助。组播、IGMP、IGMP Snooping通过组播，可以实现一个主机同时向组内的多台主机发送数据，节省网络带宽。组播ip地址范围是224.0.0.0-239.255.255.255，其中224.0.0.0-224.0.0.255是有特殊

9、用途的保留地址，239.0.0.0-239.255.255.255是私网地址，224.0.1.0-238.255.255.255是用于公网上的组播地址。组播有一系列的协议支持包括：1、用于主机和路由器之间的IGMP协议。实现主机加入、离开组播组等功能。2、路由器之间的组播协议有：PIM-SM、PIM-DM。实现嫁接、剪枝等功能。还有一个IGMP Snooping，用在交换机上。开启IGMP Snooping功能的交换机可以对经过它的IMGP报文进行解析，建立组播转发表，这样一来，交换机就可以根据组播转发表转发组播数据。如果没有开启IGMP Snooping功能，交换机只能广播组播数据。IGMP

10、 Snooping的实际应用意义是：减少了网络上的主机由于接受到不必要的组播报文而产生的处理负荷。IGMP Snooping并不是一个协议，只能算是一个实现细节，一种应用。IGMP Snooping分两种，一种是passive方式的，另一种是active方式的。passive方式的只解析组播报文，不对报文进行过滤。active方式的会过滤掉一些对路由器没有意义的组播报文。比如交换机下面有两个主机都加入了同一个组，这样交换机上面的路由器中就会有一条表项与之对应。如果一个主机想离开这个组，它就会发送离开报文给路由器（经过交换机转发）。但是此时，即使路由器收到了离开报文，它也并不会删除那条表项，因为

11、还有另一个主机在组播组中。active方式的IGMP Snooping使交换机可以过滤掉此类报文。下面说说IGMP的工作原理：IGMP目前有三个版本，分别是IGMPV1、IGMPV2、IGMPV3，功能逐渐增强IGMPV1中定义了加入报文、查询报文、响应报文三种报文。1、当主机加入某组播组时，会向路由器发送加入报文，告诉路由器自己加入了一个组播组，路由器会记录一条组播表项 。2、查询路由器（IP最小的路由器）会定时从所有端口向外发送查询报文（按VLAN查询，如果该端口加入了多个VLAN，则发送多次查询报文），检查这些端口下是否有主机属于某组播组3、主机收到查询报文后，如果自己没有加入任何组播组

12、，则不进行响应；如果自己已经加入了某组播组，则会发现响应报文4、主机离开组播组时，不发送任何报文，悄悄离开；路由器中纪录的该组播的表项会因查询超时而自动老化5、查询报文的目的地址是224.0.0.1（表示所有路由器和支持IGMP的主机），组地址是0（表示查询所有组播组）6、响应报文的目的地址是主机所在组的地址，组地址也是主机所在组的地址。如果网络上有多个主机加入了同一个组，那么只有一台主机（随机选取）会发送响应报文。由于响应报文的目的地址是主机所在组的地址，所以响应报文会被发送到主机所在组内的所有主机，其他的主机在收到该报文后，发现已经有人向路由器进行报告了，于是他们就不会再额外发送响应报文了

13、。IGMPV2中多定义了一种离开报文，当主机离开某组播组时，会向路由器发送离开报文。路由器收到离开报文后，会发送查询报文，查询是否还有其它的主机属于该组播组，如果没有就删除组播表项，有则不删除。需要注意的是，此时路由器发送的查询报文的组地址已经不是0了，而是特定的组地址（发送离开报文的主机所在的组）。因为此时路由器只想知道该特定组内是否有主机存在。这一点也是IGMPV2对IGMPV1的改进，名称叫特定组查询，IGMPV1中没有该功能。注意：1、不论是IGMPV1还是IGMPV2，所有的加入报文和离开报文都要被上报到查询路由器2、非查询路由器收到查询报文后，从所有端口转发该报文3、非查询路由器收

14、到特定组查询报文后，根据组播表进行转发4、特定组查询报文的目的地址是要查询的组地址5、离开报文的目的地址是224.0.0.2（表示所有路由器）IGMP报文格式：8位报文类型-8最大响应时间-16位校验和-32位组地址报文类型：0x11表示查询报文，包括普通查询和特定组查询报文0x16表示加入报文0x17表示离开报文0x12表示IGMPV1查询报文IGMPV3待续。二层组播协议IGMP proxy或IGMP Snooping 二层组播协议IGMP proxy或IGMP Snooping，采取的基本方法是对每个组播数据包分组传送，下面分析这两种协议的实现方式。 一、IGMP SnoopingIGM

15、P Snooping和IGMP协议一样，两者都用于组播组的管理和控制，它们都使用IGMP报文。IGMP协议运行在网络层，而IGMP Snooping则运行在链路层，当二层以太网交换机收到主机和路由器之间传递的IGMP报文时，IGMP Snooping分析IGMP报文所带的信息，在二层建立和维护MAC组播地址表，以后从路由器下发的组播报文就根据MAC组播地址表进行转发。IGMP Snooping只有在收到某一端口的IGMP离开报文或者某一端口的老化时间定时器超时的时候才会主动向端口发IGMP特定组查询报文，除此之外，它不会向端口发任何IGMP报文。IGMP Snooping是靠侦听用户与路由器之

16、间通信的IGMP报文维护组播地址和VLAN的对应表的对应关系，它将同一组播组的活动成员映射为一个VLAN，在收到组播数据包后，仅向该组播组所对应的VLAN成员转发。主要操作流程如下：(1)主机与BAS进行PPPoE协商，通过PPPoE认证。(2)主机向路由器发送IGMP成员报告包，BAS监听到该包，并从PPPoE数据包中得到组播组的地址，将该用户添加到对应的VLAN，如果该用户是组播组的第一个用户，则为这个组播组产生一个组播条目，并将该报文转发至上层路由器以更新组播路由表。(3)BAS收到路由器的组播数据报文时，根据组播MAC地址和组播IP地址的对应关系，找到对应的VLAN，然后将数据包封装成

17、PPPoE的会话包，向VLAN内的成员转发。(4)当收到来自主机的申请离开组播组的包时，BAS把收到该包的端口从相应的VLAN中删除，若该用户是组播组最后一个用户(此时 VLAN为空)，则把该VLAN删除，并把该包内容通过上行端口转发出去。 IGMP Snooping的规则比较简单，下行方向透传查询包，上行方向根据需要转发加入或离开包，但要求BAS必须有3层提取功能，它对于主机和路由器是透明的。二、IGMP ProxyIGMP Proxy是靠拦截用户和路由器之间的IGMP报文建立组播表，Proxy设备的上联端口执行主机的角色，下联端口执行路由器的角色。下面是简要流程：(1)主机与BAS进行PP

18、PoE协商，通过PPPoE认证。(2)上联端口执行主机的角色，响应来自路由器的查询，当新增用户组或者某组最后一个用户退出时，主动发送成员报告包或者离开包。(3)下行方向的业务包按照组播表进行转发。(4)下联端口执行路由器的角色，完全按照IGMP V2中规定的机制执行，包括查询者选举机制，定期发送通用查询信息，收到离开包时发送特定查询等。 IGMP Proxy在两个端口分别实现不同的功能，工作量相对较大，其优点是当网络中没有路由器时，IGMP Proxy设备可以起到查询者的作用，而且如果要扩展组播路由功能，Proxy比Snooping方便。考虑到BAS复制PPPoE多播数据对底层设备造成的巨大压力，而且当前的交换机和部分DSLAM(尤其是以IP为内核的DSLAM)已经开始支持二层组播,所以从发展的角度看采用IGMP Proxy更好一些。IGMP snooping 的实现机理是：交换机通过侦听主机向路由器的IGMP成员报告消息的方式，形成组成员和交换机接口的对应关系；交换机根据该对应关系将收到组播数据包只转给具有组成员的接口。IGMPProxy与IGMP Snooping实现功能相同但机理相异：IGMP Snooping只是通过侦听IGMP的消息来获取有关信息，而IGMP Proxy则拦截了终端用户的IGMP请求并进行相关处理后，再将它转发给上层路由器第 11 页