一、项目背景

　　2018年10月1日，中央广播电视总台正式开播4K频道。台内原有线电视系统采用的是同轴电缆方式传输，覆盖范围有限，已经无法满足全台范围内的电视节目直播、点播应用的要求。为了保证在总台的五个办公区均能够第一时间看到4K频道直播的有线电视节目，总台新建了4K超高清节目OTT实验网，该实验网使用最新的云计算技术，采用业界主流的OTT解决方案建设实验平台。

　　实验网分为实验内网和实验外网：实验内网复用总台现有办公网作为内容分发网络，以组播方式为台内办公区提供超高清、高清、标清电视的直播、时移、回看和点播服务；实验外网利用公有云技术，向全球分台、记者站提供超高清、高清、标清电视直播、时移、回看和点播服务。

　　二、建设目标

　　总台建设和部署实验网的主要目的是对4K超高清节目的跨网和跨域的传输和分发开展实验研究，并为未来总台开展面向互联网的融合媒体业务探索提供实验和验证平台。

　　实验网内网的构建基于业务与网络传输承载松耦合的思路，在IP网络之上构建内容分发网，以实现屏蔽异构底层网络技术体制的现实场景。实验网内网中的直播业务分发拟采用UDP组播与HLS技术相结合的方式实现，当网络支持组播时，优先采用组播协议获取直播流。当网络不支持组播时，终端采用HLS协议获取直播流。互动视频业务的分发采用HLS方式实现。在五个办公区域部署支持语音交互功能的4K智能机顶盒，实现业务在台内的展示。

　　三、中心节点推流、注入需求

　　直播业务参数如表1所示。

　　中心节点推流、注入需求如下：

　　◆ 提供7×24小时节目回看；

　　◆ 1000小时4K点播存储；

　　◆ 系统注入/切片的吞吐能力需求：

　　直播节目实时注入（及切片）能力为36×15+12×22+5×149+2×10=1569Mbps≈1.6Gbps；互动点播节目注入能力为2Gbps；合计应支持约4Gbps的媒体注入能力。

　　四、总台办公网络介绍

　　总台办公网是一张覆盖五个办公区（包括复兴路办公区、光华路办公区、复兴门办公区、鲁谷办公区以及音像资料馆）的超大型网络系统。该系统采用MPLS VPN网络技术，每个办公区核心层均采用四节点、多核心的体系架构。各节点既有所分工，又能相互协作。骨干网络采用了双路由域的策略进行搭建，以骨干网络冗余方式来实现承载网络的容错，每个路由域在P-PE间使用独立的动态路由协议，在PE-CE间采用eBGP路由协议，最大程度上降低了单个路由域路由协议出现异常造成网络环路、业务中断的风险。

　　总台办公网络系统采用MPLS VPN网络架构，目前已支撑了包括总控、播出、新闻网络制播系统、综合节目制作、包装、审片、评测系统、新闻/综合演播室、媒资系统、媒体数据交换、企业数据总线、综合信息门户、节目生产、办公及相关基础服务等超过90个业务系统。为不同业务划分VPN，网络上进行逻辑隔离，保证各业务系统安全传输。目前台办公网业务均以单播方式在网络中转发。

　　五、4K超高清网OTT实验网实施方案

　　为了实现4K超高清电视节目可以在总台办公网内高效、稳定、安全地传输。网络部门对现有网络进行了全网组播VPN系统升级改造。在不影响现有各系统业务的基础上，我们针对核心层（P-PE层）、接入层（PE-CE层）的组播协议选择及配置优化方面进行了充分的测试及论证工作，同时对组播网络安全加固方面进行了配置优化。

　　1、实验网服务器与终端机顶盒的部署

　　4K超高清网OTT实验网部署方案如图1所示，实验网的核心交换机作为CE设备，通过万兆接口接入到总台办公网的两个路由域的PE设备，各办公区机顶盒接入相应各楼层CE设备。为了保证有线电视业务在办公网内安全传输，为有线电视业务划分单独VPN，实现与其他办公业务逻辑隔离。由于该实验网络直播流量最高达到1.6Gbps。为了节省网络带宽，保证业务稳定传输，实验网视频直播数据流以组播方式在台办公网内传输，为总台各办公区域提供电视直播服务。

　　2、核心层（P-PE层）组播协议选择及原理

　　（1）组播VPN协议选取

　　如表2所示，目前MVPN技术有两种组播解决方案。

　　PIM-SSM（Source Specific Multicast）协议是只将特定的组播源发来的流量，而不是任何源发来的流量转发给组成员，所以组成员在向路由器报告自己想要接受的组播流量时，除了明确指出组地址之外，还必须指出组播源地址。PIM-SSM协议无需维护RP、无需构建RPT、无需注册组播源，可以直接在源与组成员之间建立SPT，减少网络延迟，加组更快。

　　为了便于管理，办公网P-PE层采用PIM-SSM协议。所有PE设备均启用mVRF。通过BGP AD方式实现MVPN PE成员自动发现机制，在BGP消息中定义MDT地址族，向所有BGP的Peer发布MVPN的RD信息以及Share-group地址。对端PE收到MDT-SAFI消息后，与自己的Share-group地址进行匹配，相同则加入该MVPN实例。BGP AD方式不依赖公网RP和MSDP协议，通过在公网建立PIM-SSM组播转发树，承载不同VPN的组播业务。

　　（2）PIM-SSM组播VPN工作原理

　　如图2所示，视频服务器直播流从CE设备到PE设备时，在有线电视的虚拟路由转发表内传输。当直播流传输到PE-P-PE的核心网络时，直播流在全局路由下传输。当直播流再次传输到PE-CE时，直播流回到有线电视的虚拟路由转发表内传输，最后到达机顶盒。

（3）PIM-SSM组播VPN转发流程

　　组播转发流程如图3所示，假设组播服务地址为10.1.1.1；组播地址为239.1.1.1；组播流在CE-PE层传输时，组播条目为（10.1.1.1,239.1.1.1）。当组播流到达PE-P-PE网络核心层时，在源数据包外增加新的GRE包头和包尾，包尾组播条目以PE的loopback0为源，组地址为Share-group地址。当组播流再次回到PE-CE层时，去除增加的GRE包头和包尾。

　　总台办公网采用双路由域架构，在接收端CE设备上会收到两条等价路由，两个路由域配置不同的Share-group地址，使得两个网络平面组播相互独立，互为备份。根据组播的RPF（reverse path forwarding）规则，组播流会优选地址A和地址B中相对高地址为组播入接口，低地址RPF检测失败。当主平面网络路由域故障时，单播路由及组播流会自动切换到另外一个路由域，保证单播、组播路由瞬时收敛，不会影响电视节目的收看。

　　（4）通过组播数据分发树优化网络

　　在PE-P-PE层为MVPN配置Data-MDT组，PE之间通过Share-group建立MDT组播分发树，此时PE之间只有很少的维护状态流量。当有机顶盒请求电视节目时，视频流量在PE之间按需建立专用的Data-MDT通道传输。没有视频请求的PE设备不会有视频组播流量通过。从而实现按需组播，避免浪费网络带宽。如图4。

　　3、接入层（PE-CE层）组播协议部署

　　（1）PE与CE之间启用PIM SM协议

　　PIM协议分为PIM-DM模式和PIM-SM模式，其中PIM-DM模式组播源以“推”的方式将流量向组播网络中泛洪。然后通过周期性“扩散-剪枝”维护一棵连接组播源和组成员的单向无环SPT。即使机顶盒没有接收节目，网络中也会有组播流量。这样严重浪费了网络带宽，消耗网络设备性能。

　　PIM-SM模式为一种“拉”的方式，采用接收者主动加入的方式建立组播分发树，需要维护RP、构建RPT、注册组播源。只有接收者在收看节目时，才会根据需要将节目流“拉”到机顶盒中。这种按需转发流量的方式，大大降低了网络消耗。

　　（2）组播RP的选择

　　RP（Rendezvous Point）在PIM-SM模式中作为组播的汇聚点，发送者和接收者在RP处进行汇聚。对于所有的组播路由器，必须知道某个组播组对应哪个RP。所有的组播数据需要在RP上注册，然后所有需要组播数据的接收者通过向RP发送JOIN报文来请求数据。

　　目前有三种RP配置方式：静态RP、auto-RP和BSR技术。静态RP需要在每台路由器配置RP地址，使用不灵活。Auto-RP是思科专有协议，使用224.0.0.13和224.0.0.14组播地址进行信息传递。BSR是一个公有协议,使用TTL=1，destination=224.0.0.13的组播包来进行对所有组播路由器之间的消息传递。为了便于维护网络，以及设备兼用性，总台办公网采用BSR技术。

　　4、组播网络的安全控制

　　（1）用户侧接入组控制

　　如图5所示，在机顶盒接入VLAN接口配置ACL，从而控制机顶盒可以收看哪些电视节目，有效控制终端访问权限。如果CE交换机只接终端机顶盒，需在CE的接入Vlan，启用“ip pim passive”模式，避免终端用户侧网络接收到PIM hello数据包，保证组播网络安全。

（2）组播网络BSR RP优化

　　首先，将实验网核心交换机和上联的两个PE设备的loopback接口作为MVPN网络的RP，配置不同的RP优先等级。从而保证一个设备故障时，MVPN网络中仍然有RP设备存活，保证组播数据正常运行。

　　其次，在三台RP交换机上，通过“ip pim accept-register list”命令严格控制非法视频流注册，减轻RP交换机负担。如图6。

　　六、结束语

　　中央广播电视总台办公网很好地支撑了4K超高清网OTT实验网组播传输的需求，为该系统提供了安全、稳定、高效的组播传输网络平台，充分地利用了现有网络资源，有效避免了网络系统重复建设，为4K超高清节目的跨网和跨域的传输和分发进行了尝试。此外，由于总台办公网与台内各业务系统互通，使用这套有线电视终端可以轻松实现节目审片等业务，同时为以后其他视频业务在台内网络上以组播方式传输提供了很好的应用范例。

　　自2004年起，广电总局发布了一系列OTT条例，56号文、181号文、229号文、6号令、81号文……以及广电总局、互联网电视工作委员会、电子视像协会等发布的一系列规范，无不是在促进OTT产业健康有序的发展。流媒体网汇编的《2004—2020年OTT政策及文件汇总报告》详细记录了OTT行业10多年来的政策及文件，以供业内参考。详情点击：

　　https://lmtw.com/mzw/content/detail/id/187523/keyword_id/-1

责任编辑：侯亚丽