基于BIERv6的下一代组播技术的研究和实践

基于 BIERv6的下一代组播技术的研究和实践

韩冬 高远 王冰

中国联合网络通信有限公司北京市分公司，北京 100029

摘要：本文对比传统组播协议，研究以IPv6为基本承载的BIERv6组播技术,验证了BIERv6在单域内和跨域间场景的实现以及双根保护等可靠性技术，构建以SRv6为单播承载技术、BIERv6为组播承载技术的IPv6+网络架构，并在北京联通城域网内验证了BIERv6承载IPTV的业务场景。

关键词：组播；BIERv6；IPTV；可靠性

1概述

互联网时代网络直播、多方会议、视频主播等大带宽直播视频业务增长迅速，但目前几乎所有业务都还采用单播+CDN的技术来实现。随着用户数量和视频码率的急剧增长，网络将面临着极大的带宽压力和挑战，因此，在互联网上推广组播技术成为大势所趋。相比于传统组播技术，BIER组播技术具备部署简单、网络状态稳定、业务扩展性高等优势，能够支撑运营商IP网络面向用户提供灵活可控的组播业务，将成为未来运营商IP网络架构中的重要基石。

BIER（Bit Index Explicit Replication，位索引显式复制）是一种新型组播技术，BIERv6是以IPV6为基本承载技术的演进，是未来IPV6+网络框架下的一个重要组成部分。如何在网络中规模部署BIER组播技术，使其为运营商构建新的网络运营模式，带来新的商业价值增长点，满足未来互联网、5G MEC边缘计算以及云联网直播业务的发展，是我们需要研究和思考的方向。

2传统组播技术

传统的组播技术中，通过对每条组播流量建立一个组播分发树，使组播流量沿着特定的组播树进行复制，以完成组播流量传送同时节省网络带宽。传统的组播技术的特点是：

• 设备需要为每条组播流量分别建立一个组播分发树，分发树中的每一个节点都需要保留组播状态。例如，公网PIM组播中，需要为每条组播流量建立一个PIM的组播分发树。NG MVPN组播中，需要为每条组播流量建立P2MP隧道，也相当于建立一个P2MP组播树。

• 有新的组播用户加入时，组播用户需要逐跳加入到分发树中。

但传统的组播技术难以满足组播业务快速发展的需求，主要表现在以下几个方面：

• 传统的组播技术随着组播业务的增加，需要维护组播分发树的数量也急剧增加，网络中的每个节点都需要保留大量的组播流状态，当网络发生变化的时候，会导致组播表项收敛缓慢，受IGP收敛、组播转发树收敛，用户感知较差。。

• 传统的组播技术，组播用户逐跳加入到分发树中，新用户的加入延时加大，难以满足大规模的组播业务需求，并且难以满足组播用户快速加入和组播用户快速部署的要求，例如在SDN网络中，可能希望通过控制器下发组播复制的目的地信息到边缘节点完成组播业务的快速部署。

• 传统组播承载协议众多，PIM、mLDP、RSVP-TE等，协议配置复杂，运维成本高。

3 BIER组播技术

BIER （Bit Index Explicit Replication）技术采用一种新的思想来解决传统组播中的突出问题，那就是将组播报文要发送到目的节点的集合以Bit String的方式封装在报文头部发送。使用BIER构建组播网络，不需要为每条组播流量建立组播转发树及保存组播流状态，减少对资源的占用，可以支持大规模的组播业务。组播用户加入不再需要逐跳加入组播树，只需要从叶子节点发送给头节点，从而提高组播用户的加入效率，更适合SDN网络中控制器收集组播业务流量的目的地后直接下发

图1 BIER转发基本原理图

BIER技术具备以下特点：

• 易部署：无需传统组播协议，业务只部署在头尾节点，中间节点无感知，组播转发无状态。

• 高可靠：用户单跳加入组播组，中间无需感知业务，只需IGP协议收敛。

• 高性能：承载设备无需维护组播转发树，对设备性能占比降低。

• 智能化：类似SR的源路由技术，可在头节点通过编排控制。

4 BIERv6应用场景研究

BIERv6是BIER技术基于IPV6的组播演进，与单播SRV6技术共同形成了未来IPV6+网络的基础。通过搭建实验网络，逐步验证了SRv6隧道承载组播源的单播报文，MVPN封装私网组播路由，在BIERv6隧道里承载组播报文的各项功能，并对不同的场景进行了部署测试，具体如下：

4.1场景一：单IGP域内所有设备支持BIERv6

图2 单域全设备支持BIERv6拓扑图

场景分析：此场景适合单域内所有设备均支持BIERv6功能，实现BIER路由的全网转发。

IGP路由规划：

域内路由通过部署ISIS协议打通，BIER的根节点（BoarderLeaf）和叶子节点（Aleaf）分别与骨干节点（Spine）建立IBGP邻居，Spine配置为网络中路由反射器RR。

BIER

域规划：

域内设置BIER域（sub-domain 0），每台设备上选择一个IPV6的环回地址作为BIER前缀（bfr-prefix）和BIER的尾节点标识（end-bier sid），通过isis协议使能bier6功能；BoarderLeaf和Aleaf之间通过RR建立MVPN、EVPN邻居；BoarderLeaf作为根节点，配置VPN实例bier1，MVPN下使能underlay ipv6能力，配置静态src-dt4识别mvpn实例，并且配置I-PMSI隧道类型是bier6；Aleaf作为叶子节点，配置BIER ID（bfr-id），标识此叶子节点，mvpn实例下配置underlay ipv6能力。

在叶子节点Aleaf上查看生成的（S,G）表项，可以看到去往双根节点组播组225.0.0.1的表项。

图3 单域内(S,G)组播表项

在根节点BoarderLeaf查看组播IPMSI隧道，可以看到建立了bierv6隧道以及各个叶子节点的信息。

图4 单域BIERv6隧道信息

4.2场景二：单IGP域内部分设备支持BIERv6

图5 单域部分设备支持BIERv6拓扑图

场景分析：此场景适合单域内部分设备支持BIERv6功能，通过根节点和叶子节点之间建立BIER邻居，实现BIER路由的全网转发。

本场景下，由于骨干节点spine不支持BIERv6能力，因此需按照基本的IPv6转发即可。有别于上个场景，我们可以在BoardLeaf节点看到，BIER的邻居是非直连（indirect）的状态，而其他的BIER隧道均保持不变。

图6 单域非直连BIER邻居状态图

4.3场景三：跨域部分设备支持BIERv6

图7 单域非直连BIER邻居状态图

场景分析：此场景适合跨域网络间部分设备支持BIERv6功能，通过建立静态的BIER转发项，实现BIER路由的跨域转发。

所有设备在一个BIERv6域内，在域间通过手动静态指定的方式，建立bfr-id的邻居建立。自治域1内的CR1设备配置 在bier sub-domain域下配置protocol static-bift ，指定到Aleaf 的bfr-id的BIER邻居地址分别是Boardleaf1和Boardleaf2。

图8 跨域静态BIER配置

在Aleaf上看到（S,G）表项，通过跨域的VPN承载

图9 跨域叶子节点（S,G）表项

在CR1上看到（S,G）表项是通过bpg转发的：

图10 跨域根节点（S,G）表项

4.4 场景四：双根1+1快速保护

图11 单域非直连BIER邻居状态图

场景分析：此场景适合对组播可靠性要求较高的业务场景，通过部署两个根节点，实现BIER路由的主备转发。

在叶子节点配置c-multicast frr，使能私网组播快速重路由功能，配置c-multicast frr flow-detection-based，使能基于流量检测方式的快速切换，并在BGP vpn实例试图下使能auto frr，使能vpn实例的快速重路由功能。

图12 双根1+1保护配置

图13 双根1+1保护切换效果图

当去往主根的链路中断，组播路由自动切换到备根，通过一系列的快速收敛技术，可以保障组播业务在50ms内完成切换，用户几乎无任何感知，满足组播业务可靠性的要求。

5北京联通城域网BIERv6承载IPTV业务方案

图14 城域网BIERv6承载IPTV业务拓扑图

北京联通IPTV业务是由封闭独立的网络承载，但考虑到未来用户接入方式的多样性，需要研究在公网接入环境下对于IPTV业务的承载方案。因此，在城域网内的实现BIERv6承载IPTV的组播业务就显得尤为重要和现实了。

由于城域网内目前不是所有设备都支持BIERv6，因此需要在城域网核心层位置，外挂两个设备NE40E-X16A，作为BIERv6的组播根节点；在BIERv6组播根节点和IPTV承载网的CR设备之间起PIM协议，将IPTV专网的组播流引到BIERv6根节点。

在城域网SR设备旁挂支持BIERv6的盒子ATN980C，又或是将能力达标的SR设备升级直接支持BIERv6，作为BIERv6叶子。专线用户内部网络支持转发组播报文，SW支持IGMP。SR能区分出IGMP报文和正常的上网报文。将IGMP报文重定向到外挂的BIERv6叶子节点，或者通过本地二层隧道将流量引过去，或者将新开用户直接连升级后的SR设备。通过这种方式，对于已有北京联通互联网专线业务的用户，可以快速进行IPTV业务的开通。

6总结和思考

北京联通近一年来持续跟踪BIER技术，从理论和实际上，基本验证了BIER组播技术在承载网络上的可用性，为互联网上大规模部署组播技术打下了基础。 但是目前BIERv6在实际网络部署中还有很多局限性，需要后续工作持续改进和优化。局限性主要表现在以下几点：

1. 支持设备局限性

目前BIERv6的RFC还没有最终定稿，标准还没有最后统一，支持的设备型号也比较少，这就导致网络中不支持BIER的设备更多的还是IPv6转发，而不能完全做到节点组播复制。

2. 跨域场景的局限性

对于跨域组播的场景，目前BIERv6在域间还只是支持静态配置的方式来实现，导致跨域业务开通不太灵活。

3. 无线侧支持的局限性

移动终端成为越来越重要的互联网使用方式，越来越多的用户通过手机来观看直播，如何将BIER组播端到端的进行覆盖，从承载网络过渡到核心网、IPRAN、MEC以及无线网，都是未来需要探索的场景。

7结论

尽管BIERv6的规范还没有成熟，但它的先进性，符合未来网络的发展。构建以EVPN为控制层面，以SRv6为单播承载技术，以BIERv6为组播承载技术的网络架构，极大的简化了网络的控制层面，符合IPv6+网络架构的思想，也满足未来SDN网络演进。

同时，在运营商网络上引入组播业务方案，极大的丰富了互联网的直播业务场景，也是对目前互联网视频业务模型的一种颠覆，提供了直播领域新的技术方案。

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作者简介

韩冬，高级工程师，硕士，主要从事IP城域网、IP承载网、IPTV网络的运维工作；

高远，高级工程师，硕士，主要从事IPTV网络、北京冬奥组委信息技术网络的运维工作；

王冰，高级工程师，硕士，主要从事5G基站的工程计划与管理与技术创新工作。