ADSL網(wǎng)絡(luò)中開(kāi)展多播技術(shù)的探討

薛沛林
（中國(guó)電信集團(tuán)廣州研發(fā)中心 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)部 廣州510620）

　　摘 要 寬帶接入熱潮正在興起，各大電信運(yùn)營(yíng)商廣泛鋪設(shè)ADSL接入網(wǎng)絡(luò)。在ADSL網(wǎng)絡(luò)中能否開(kāi)展多播這種增值業(yè)務(wù)一直是令人關(guān)注的課題。本文從寬帶接入網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和認(rèn)證方式入手，分析開(kāi)展多播業(yè)務(wù)的可行性，并對(duì)多播在ADSL網(wǎng)的未來(lái)應(yīng)用前景作了展望。


　　關(guān)鍵詞 ADSL網(wǎng)絡(luò) 多播 DSLAM BRAS PPPoE DHCP+Web



1 引言


　　在寬帶接入網(wǎng)領(lǐng)域，LAN接入和ADSL接入相互結(jié)合為各種用戶提供寬帶接入業(yè)務(wù)。從實(shí)際發(fā)展情況看，由于ADSL技術(shù)日益成熟，具有使用已經(jīng)鋪設(shè)的電話線作為接入線路的天然優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為一種主要的，最具前景及競(jìng)爭(zhēng)力的寬帶接入手段。以廣東電信為例，在2001年，全省22個(gè)本地網(wǎng)已對(duì)ADSL網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了20幾萬(wàn)線的大規(guī)模擴(kuò)容，但不到一年，再次大規(guī)模擴(kuò)容，達(dá)到50多萬(wàn)線，翻了一倍，估計(jì)2003年還要翻倍。


　　隨著人們對(duì)帶寬需求的急劇增加和各種新應(yīng)用的不斷開(kāi)展，不再滿足于簡(jiǎn)單的高速上網(wǎng)了，多媒體視頻應(yīng)用逐漸成為新的業(yè)務(wù)需求。多媒體視頻應(yīng)用往往需要流媒體來(lái)傳輸，如果采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式，那么有多少個(gè)目的地就得傳輸多少份流媒體，所需的網(wǎng)絡(luò)帶寬與目的地的數(shù)目成正比，但如果采用多播方式，那么流媒體在源端只需傳輸一份，多播組內(nèi)的所有客戶端應(yīng)用均可以接收到，減少不必要的重疊發(fā)送，大大降低了網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用。


　　基于ADSL網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展，在ADSL網(wǎng)絡(luò)中能不能開(kāi)展多播業(yè)務(wù)，如何開(kāi)展多播業(yè)務(wù)一直是電信運(yùn)營(yíng)商極為關(guān)心的研究課題。


　　本文主要針對(duì)在現(xiàn)有的ADSL網(wǎng)絡(luò)上，根據(jù)多播技術(shù)的特點(diǎn)，探討ADSL網(wǎng)絡(luò)上多播技術(shù)開(kāi)展的可行性，并分析了典型的認(rèn)證接入?yún)f(xié)議對(duì)多播的支持能力，最后提出在ADSL網(wǎng)絡(luò)上開(kāi)展多播業(yè)務(wù)的技術(shù)意見(jiàn)。


2 組網(wǎng)可行性研究


　　在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面，ADSL網(wǎng)接入設(shè)備DSLAM（DSL接入復(fù)用器）有ATM上行和以太網(wǎng)上行兩種方式。ATM上行的DSLAM是早期的技術(shù)產(chǎn)品，以太網(wǎng)上行DSLAM是后期新興的設(shè)備。在組網(wǎng)方面，考慮到兩種設(shè)備技術(shù)的互補(bǔ)性，一般以ATM上行的DSLAM為主的，在沒(méi)有ATM網(wǎng)絡(luò)或ATM網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)的地方，采用以太網(wǎng)上行的DSLAM連接到城域網(wǎng)。


　　隨著ATM資源逐漸短缺和IP城域網(wǎng)的發(fā)展，以及采用以太網(wǎng)上行的DSLAM日趨完善，估計(jì)將來(lái)主要以以太網(wǎng)上行的DSLAM為主，它可以直接接入到采用以太網(wǎng)技術(shù)的IP城域網(wǎng)上，為用戶提供ADSL寬帶接入。


　　下面，我們首先對(duì)傳統(tǒng)ATM上行的DSLAM和以太網(wǎng)上行的DSLAM兩種技術(shù)原理進(jìn)行分析，再進(jìn)一步探討對(duì)多播業(yè)務(wù)開(kāi)展的可行性。


2.1 傳統(tǒng)的ATM上行DSLAM接入


　　傳統(tǒng)的ATM上行方式的ADSL網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)ATM交換網(wǎng)絡(luò)及BRAS（寬帶接入服務(wù)器）接入到IP骨干網(wǎng)為用戶提供業(yè)務(wù)的。


　　由于現(xiàn)有網(wǎng)上的ADSL設(shè)備和ATM網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都不支持多播功能，它們是靠PVC來(lái)建立連接的。因此，如果通過(guò)現(xiàn)有的ADSL網(wǎng)絡(luò)向用戶提供廣播式視頻業(yè)務(wù)，只能通過(guò)單播來(lái)進(jìn)行，每個(gè)單播流對(duì)應(yīng)一個(gè)視頻用戶，這對(duì)ATM網(wǎng)的帶寬要求很大。我們可以假設(shè)IP骨干網(wǎng)和BRAS是支持多播功能的，其中有3個(gè)ADSL用戶申請(qǐng)的是同樣的視頻業(yè)務(wù)，這樣，從視頻業(yè)務(wù)源至BRAS之間只需要一個(gè)視頻流的帶寬，而從BAS至ADSL設(shè)備之間必須同時(shí)發(fā)送3個(gè)相同的單播流給用戶，這對(duì)ATM的網(wǎng)絡(luò)帶寬造成了很大的壓力。對(duì)于目前的情況，一個(gè)DSLAM節(jié)點(diǎn)的容量大概有200個(gè)用戶，如果每個(gè)用戶提供1.5Mbit/s的視頻帶寬，則所需帶寬達(dá)300Mbit/s，這顯然是不現(xiàn)實(shí)的。


　　因此，我們認(rèn)為，在目前傳統(tǒng)的ADSL網(wǎng)絡(luò)上提供多播視頻業(yè)務(wù)是不可行的。


2.2 以太網(wǎng)上行的DSLAM接入


　　隨著IP城域網(wǎng)的發(fā)展，為了配合與城域網(wǎng)的無(wú)縫連接，一些設(shè)備廠家紛紛推出了以太網(wǎng)上行的DSLAM設(shè)備，即DSLAM的上聯(lián)口直接出以太網(wǎng)口，而不是傳統(tǒng)的ATM接口。由于以太網(wǎng)上行的DSLAM設(shè)備沒(méi)有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因此，各個(gè)廠家在實(shí)現(xiàn)方式上也不同。從目前發(fā)展情況來(lái)看，以太網(wǎng)上行的DSLAM技術(shù)主要有以下兩種實(shí)現(xiàn)方式：一種是僅僅通過(guò)以太網(wǎng)接口模塊實(shí)現(xiàn)2層橋接；另外一種DSLAM徹底改變?cè)瓉?lái)ATM總線核心，以2/3層交換為核心。


　　對(duì)于2層橋接方式的以太網(wǎng)上行DSLAM，由于其總線仍然采用ATM方式，多播信息必須在每一條VC上進(jìn)行同時(shí)復(fù)制，占用了很大的總線帶寬，而且給以太網(wǎng)板的處理能力造成很大的壓力，因此不適宜開(kāi)展多播。


　　以2/3層交換為核心的以太網(wǎng)上行DSLAM一般通過(guò)以太網(wǎng)交換機(jī)及寬帶接入服務(wù)器與IP骨干網(wǎng)相連。


　　這里假定DSLAM設(shè)備具有IGMP Snooping功能。在開(kāi)展多播式視頻業(yè)務(wù)時(shí)，對(duì)于相同的視頻流，從DSLAM設(shè)備的以太網(wǎng)出口至視頻源之間只需占用一個(gè)視頻流的帶寬。由于DSLAM采用的是以太網(wǎng)背板總線，因此，ADSL用戶至以太網(wǎng)出口之間，不必針對(duì)每一條VC同時(shí)進(jìn)行視頻流的復(fù)制，以太網(wǎng)出口只需復(fù)制一份視頻流到具有多播業(yè)務(wù)的ADSL用戶板上，而沒(méi)有多播業(yè)務(wù)的ADSL用戶板，以太網(wǎng)出口不需要進(jìn)行復(fù)制。然后，再通過(guò)ADSL用戶板在有視頻應(yīng)用的每一條VC上同時(shí)復(fù)制到用戶。與2層橋接方式的以太網(wǎng)上行DSLAM相比，它減少了總線帶寬的浪費(fèi)，而且減輕了以太網(wǎng)出口的壓力，這種以太網(wǎng)上行的DSLAM比較容易實(shí)現(xiàn)多播業(yè)務(wù)。


3 認(rèn)證方式可行性研究


　　在寬帶接入中，按用戶與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信方式，目前使用較多的接入認(rèn)證方式有以下兩種：PPPoE和DHCP+Web 認(rèn)證。


3.1 PPPoE認(rèn)證接入方式


　　PPPoE分兩個(gè)階段：Discovery階段和PPP會(huì)話階段。Discovery階段的目的是要由BRAS產(chǎn)生一個(gè)Session ID給主機(jī)。它主要包括四個(gè)步驟：


　　1. Host（主機(jī)）通過(guò)發(fā)廣播包，等待BRAS的響應(yīng)；


　　2. 收到響應(yīng)的BRAS可能不止一個(gè)，所有可以提供服務(wù)的BRAS在收到廣播包后都會(huì)給Host一個(gè)響應(yīng)；


　　3. Host收到響應(yīng)后，依據(jù)一定的原則（一般由具體實(shí)現(xiàn)決定）選擇一個(gè)BRAS，向其發(fā)請(qǐng)求包；


　　4. 被選中的BRAS收到Host的請(qǐng)求包后，產(chǎn)生一個(gè)唯一的Session ID并返回給Host。


　　有了Session ID后，即進(jìn)入了PPP會(huì)話階段。PPP會(huì)話階段主要包括RADIUS認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)三個(gè)步驟。建立起PPP連接后，即可傳送PPP數(shù)據(jù)（PPP先封裝IP，再由Ethernet封裝PPP）。


　　PPPoE的實(shí)質(zhì)是在以太網(wǎng)上跑PPP協(xié)議，在用戶端和寬帶接入服務(wù)器之間建立了PPP的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通道，也就是說(shuō)，如果在用戶主機(jī)和BRAS之間啟用多播業(yè)務(wù)，則多播數(shù)據(jù)必須以BRAS作為接收端復(fù)制點(diǎn)，這樣會(huì)使大量的多播數(shù)據(jù)穿越ATM網(wǎng)和DSLAM設(shè)備，這與ATM上行DSLAM設(shè)備接入情況相同，違背了多播的初衷。


　　因此，PPPoE接入方式限制了多播協(xié)議的存在，影響多播視頻業(yè)務(wù)的開(kāi)展。


3.2 DHCP+Web認(rèn)證接入方式


　　DHCP+Web認(rèn)證需要與DHCP服務(wù)器和Web 服務(wù)器配合使用，Host首先通過(guò)DHCP得到一個(gè)IP地址，這個(gè)IP地址的目的是與Web服務(wù)器通信，也可以使用戶只訪問(wèn)一些內(nèi)部服務(wù)器，然后，BRAS將用戶強(qiáng)制連接到Web服務(wù)器上，并在瀏覽器中彈出認(rèn)證頁(yè)面。在該頁(yè)面中，用戶輸入帳號(hào)和密碼，BRAS收到用戶的信息，對(duì)用戶的合法性進(jìn)行檢查，到RADIUS服務(wù)器對(duì)用戶進(jìn)行認(rèn)證。認(rèn)證通過(guò)后，用戶可以獲得新的合法的IP地址，使得用戶可以訪問(wèn)外部因特網(wǎng)或特定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。


　　從DHCP+Web認(rèn)證方式的流程可以看出，用戶主機(jī)和BRAS之間并沒(méi)用任何類似PPP的第3層通道，也不存在對(duì)多播協(xié)議的限制。如果用戶主機(jī)到BRAS之間的交換機(jī)或DSLAM能支持IGMP Snooping，多播很容易開(kāi)展。


4 總結(jié)


　　基于以上的分析，要在ADSL接入網(wǎng)中很好地開(kāi)展多播業(yè)務(wù)，既要考慮組網(wǎng)設(shè)備對(duì)多播的支持力度，也要結(jié)合接入認(rèn)證方式的技術(shù)特點(diǎn)。從目前發(fā)展來(lái)看，要較好地支持多播，應(yīng)該采用以2/3層交換為核心的以太網(wǎng)上行DSLAM，與此同時(shí)，要采用DHCP+Web的用戶認(rèn)證接入方式。


　　其實(shí)ADSL設(shè)計(jì)的初衷就是可以支持VOD 業(yè)務(wù)，只是業(yè)務(wù)沒(méi)有良好地開(kāi)展起來(lái)，隨著因特網(wǎng)的發(fā)展，高速接入漸成為ADSL接入的主流應(yīng)用。VOD是單播的視頻業(yè)務(wù)，沒(méi)必要用多播來(lái)支持，這也是ADSL網(wǎng)組建當(dāng)初沒(méi)有充分考慮多播業(yè)務(wù)的原因。


　　隨著ADSL業(yè)務(wù)的不斷推廣，多播應(yīng)用業(yè)務(wù)已經(jīng)納入電信運(yùn)營(yíng)商的視野，問(wèn)題能否很好地解決直接關(guān)系到寬帶業(yè)務(wù)的開(kāi)展。電信運(yùn)營(yíng)商可以針對(duì)具體情況改進(jìn)其ADSL的組網(wǎng)方式，同時(shí)啟用新的驗(yàn)證和計(jì)費(fèi)方式，只有這樣才能順利開(kāi)展多播，增加業(yè)務(wù)收入，提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力，為適應(yīng)將來(lái)更加激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境打下基礎(chǔ)。




　　薛沛林，中國(guó)電信集團(tuán)廣州研發(fā)中心數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)部，工程師。1998年畢業(yè)于暨南大學(xué)通信工程系，獲碩士學(xué)位。目前主要從事城域網(wǎng)和163骨干網(wǎng)的技術(shù)支持工作。



----《中國(guó)數(shù)據(jù)通信》