BIER新型组播技术及其应用

发布时间:2020-06-28  作者:中兴通讯 朱小龙,张征  阅读量:

超宽、极简、智能是运营商IP网络发展趋势。BIER新型组播技术基于IGP扩展协议泛洪信息,根据路由拓扑生成转发表,简化了组播协议;采用网业分离架构,中间节点不感知组播应用,提升了业务扩展性和网络稳定性,边缘节点感知组播应用,为组播智能化提供组播SDN能力。BIER技术使能运营商网络开放式组播业务承载能力,其规模应用可以极大地提升组播应用的承载效率,有效缓解运营商网络的带宽压力,降低网络扩容建设成本。

BIER概述

BIER(Bit Index Explicit Replication)是一种基于位索引显式复制的新型组播技术。该技术不需要显式建立组播分发树,也不需要中间节点保存任何组播流状态。具有BIER能力的路由器称之为BFR,即位转发路由器(Bit-Forwarding Router),BFR组成的域称之为BIER域,组播流量进入和离开BIER域的BFR分别称之为BFIR和BFER。

BIER域内的BFR通过运行控制面协议交换BFR的标识、所在BIER子域以及BIER转发能力等信息,并基于这些信息计算生成BIFT,即位索引转发路由表(Bit Index Forwarding Table)。BIFT表由转发位串掩码F-BM和BFR邻居组成,F-BM的每一位表示BIER域中唯一一个BFR,该信息由BFR的标识BFR-id定义。

当组播业务流量进入BIER域时,BFIR确定该组播业务的BFER集合,然后将组播报文封装为BIER报文,BIER头中BitString字段的每一位表示一个BFER节点,通过对BitString中相应bit位置1指示该组播流量的BFER集合,BFR查找BIFT表对BIER报文进行BIER转发,当BIER报文达到BFER时,BFER解封装BIER头并对组播报文进行组播路由转发。

BIER是与IPv4、IPv6、MPLS等传送技术平行的独立转发技术。BIER头中除了标识组播业务BFER集合的BitString字段外,还包含DSCP、TTL、Entropy、OAM、Protocol等字段,可以提供QoS、环路避免、负荷分担、连通性检测、多业务承载等能力。直连BFR之间BIER报文可直接在以太链路层上传送,当部分节点不具备BIER能力时,非直连BFR之间通过MPLS/SR LSP或IP隧道传送BIER报文。


作为一种新型组播转发技术,BIER从架构上分为三层:

- 路由层,作为BIER的底层,主要功能是建立BIER域内节点之间的邻居关系以及节点之间的算路。在控制面,BFR可以基于IPv4或IPv6路由环境的OSPF、ISIS、BGP等路由协议确定BIER转发路径;在数据面,BFR可以采用MPLS、Ethernet、IPv6等方式对BIER报文进行封装/解封装并转发。

- BIER层,作为BIER的核心层,主要包括控制面生成BIFT转发表需要的相关协议扩展和数据面BIER报文封装/解封装以及BIER转发等过程。

- 组播叠加层,作为BIER的业务上层,主要功能是当组播报文到达BFIR时确定BFER集合,并完成该组播报文对应的BIER头的封装,以及当携带有BIER头的组播报文到达BFER时,解封装BIER头并完成后续的组播报文转发。组播叠加层提供全局或VPN中IPv4、IPv6、L2等组播业务应用,控制面可以采用BGP、PIM、MLD等协议扩展,也可以SDN集中控制方式,关键是控制面要指示BFIR和BFER之间通过BIER隧道来承载组播业务流量。

BIER新型组播技术具备以下特征:

- 协议简化:BIER不需要独立的协议在BIER域建立显式组播分发树。BIER基于IGP、BGP等路由协议扩展交互控制面数据,无需RP规划。

- 流状态无关:BIER不需要BFR中间节点维持任何组播流状态。BIER在每个BFR上建立基于拓扑的BIFT表,BIFT表根据拓扑节点或链路变化进行路由计算和表项更新,不受组播业务源和接收者变化影响,具备良好的业务扩展性、网络稳定性以及收敛确定性。

- 网业分离:BIER架构分层,中间层的BIER作为独立传送技术,实现底层路由环境和上层组播业务之间解耦。BIER既可以灵活适配各种路由环境(IPv4或IPv6,OSPF、ISIS或BGP,AS域内或AS域间),也可以灵活适配各种上层组播应用(IPv4、IPv6或L2,全局或VPN),上层组播应用和底层路由环境没有耦合关系。现有网络通过在路由层控制面协议增加BIER能力扩展,在组播叠加层控制面协议增加BIER隧道能力扩展,在数据面增加BIER封装/解封和BIER转发能力,就可以向BIER平滑演进。


BIER应用部署

BIER架构“网业分离”的先进设计理念、BIER传送技术对底层路由和上层业务的灵活适配能力,可以很好地帮助运营商IP网络平滑演进支持BIER,并利用BIER组播多业务承载能力、良好的业务扩展性和网络稳定性等特性,广泛提供IPTV、OTT视频、组播VPN等组播应用承载业务。图1是BIER组播实际应用部署的一个示例。




运营商IP网络部署BIER,需要考虑以下问题:

- BIER子域:一般情况下,只需要一个子域。在多AS域组网或网络节点规模庞大的情况下,需要权衡一个子域和划分多个子域在技术实现、管理维护方面的优劣势,进行适当的选择。当组播业务对BIER承载存在不同的路径约束需求时,需要划分多个子域以实现BIER差异化承载服务。

- BIER封装方式:IPv4路由环境建议采用MPLS封装方式,直连BFR之间BIER报文直接在以太链路层传送,非直连BFR之间BIER报文通过MPLS/SR LSP进行传送;IPv6路由环境建议采用非-- MPLS封装方式,直连BFR之间BIER报文直接在以太链路层传送,非直连BFR之间BIER报文通过BIERin6隧道进行传送。

- BitString长度(BSL):需要综合考虑BIER子域中BFR的数量以及每个BFR的BSL能力,建议权衡组播报文BIER复制效率和BIFT表空间效率,为BIER子域的所有BFR设置一个相同的BSL。

- BFR-id:一个BIER子域内BFIR和BFER需要分配唯一的BFR-id,理论上BFR-id可以在1~65535之间任意设置。但实际部署,建议结合BSL、BFR数量、网络拓扑等因素进行合理规划,避免组播报文BIER复制低效和BIFT表空间浪费。

- Overlay控制面:建议采用MP-BGP作为Overlay控制面,MP-BGP对BIER的协议扩展标准成熟,可以灵活地支持IPVPN组播、EVPN组播以及全局组播,BGP会话可以采用RR反射器架构,部署简单、便于扩展。

- AS跨域:可采用Option A或Option C方式。采用Option A方式跨域,每个AS作为一个独立BIER子域,AS之间通过传统的PIM组播技术对接,ASBR需要处理Overlay组播业务。采用Option C方式跨域,多个AS在同一个BIER子域,AS之间通过BGP或静态路由方式生成跨域的BIFT转发表,ASBR透明传送Overlay组播业务。

- SDN控制:可以考虑将BIER网络和业务能力通过SDN控制器向业务运营和网络运维等系统开放,支撑组播业务快速创新、组播业务自动化/自助式部署、组播网络智能化运维等应用。


BIER标准现状

2015年3月,IETF BIER工作组成立,负责BIER技术推进和标准制定工作。截止到2020年3月,BIER工作组已有5篇RFC、约20篇活跃的工作组草案和约20篇个人提案。

标准完整性方面,BIER体系已经比较完整,主要的标准和草案已经能够支撑BIER工作在IPv4、IPv6、MPLS、非MPLS、OSPF、ISIS等各种路由环境下,承载IPv4、IPv6、L2、全局、VPN等各种组播业务承载,并提供OAM、SDN等应用能力。

标准成熟度方面,基于MPLS封装的IGP控制面和数据面、基于以太网封装的IGP控制面和数据面、BIER承载全局和VPN组播业务的BGP控制面和数据面、BIER ping/trace等都已经非常成熟,基于IPv6隧道传送BIER报文的控制面和数据面是当前的热点内容,BIER跨AS相关的BGP控制面、BIER可靠性保护等机制还需要进一步完善。

由于协议简化、流状态无关、网业分离等特征,BIER相对传统组播技术具有绝对的优势:良好的业务扩展性、网络稳定性、收敛确定性、平滑演进能力,使得BIER与SR(Segment Routing)技术一起成为运营商IP网络目标架构中的重要基石。

BIER标准体系已经比较完整,能够满足运营商多数场景的组播应用需求。BIER核心标准已经RFC发布,其它很多重要的工作组提案也非常成熟,各设备厂商均开始研发支持BIER特性的正式商用版本。运营商也开始组织设备厂家研讨BIER现网部署和业务承载方案,并制定实验室验证、现网试点、设备规范制定以及现网正式部署的计划,稳步推进BIER商用化进程。相信BIER规模部署、为运营商及其客户带来商业价值的时刻即将来临。

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