IPTV承載網(wǎng)接入認證方案對比
2008/01/16
1、背景
IPTV即交互式網(wǎng)絡電視，是一種利用寬帶網(wǎng)絡，采用DSL或以太網(wǎng)等接入方式，通過網(wǎng)絡機頂盒（STB，Set-TopBox）或PC向用戶提供多種交互式的寬帶視頻業(yè)務，包括視頻直播、視頻點播、游戲、視頻會議等業(yè)務。
基于IPTV業(yè)務的特殊性要求，對接入認證的要求如下：
- 必須能夠支持組播應用的順利開展。減少運營商在核心網(wǎng)絡擴容改造方面的巨額投資；
- 必須能夠區(qū)分不同的終端類型以進行業(yè)務分離，順利支持增值業(yè)務的開展；
- 必須實現(xiàn)認證流和業(yè)務流分離，接入認證和業(yè)務認證分離，以提高寬帶視頻等多媒體增值業(yè)務的提供效率；
- 必須能夠控制同一用戶的終端類型及數(shù)量，方便運營商對終端設備采取集中式管理，提高自身的運營效率；
- 必須具備高并發(fā)IP地址請求處理能力，保證所有用戶能夠順利登錄網(wǎng)絡并接受服務；
- 認證系統(tǒng)必須具有強大的可擴展性和穩(wěn)定性，能夠可靠提供業(yè)務并順應IPTV等新型業(yè)務快速發(fā)展的趨勢。
IPTV平臺總體結(jié)構如圖1所示。網(wǎng)絡必須支持用戶認證等業(yè)務運營管理方面的功能。
圖1 IPTV平臺總體結(jié)構
2、IPTV接入認證方案比較
當前在寬帶網(wǎng)中使用的最主要認證技術包括兩類，即PPPoE和DHCP（或者DHCP+Web）技術。
（1）PPPoE技術
PPPoE（RFC2516）認證技術在以太網(wǎng)接入和ADSL接入方式中應用的最為廣泛，其組網(wǎng)原理基本相同，都是利用交換機或DSLAM將用戶接入網(wǎng)內(nèi)，在交換機和DSLAM后面設置BRAS設備來終結(jié)PPP。終結(jié)PPP連接的寬帶接入服務器可以對PPP連接分別進行管理，可對用戶上網(wǎng)業(yè)務分別進行時長和流量信息的統(tǒng)計，各種計費方式提供必要的用戶上網(wǎng)信息。PPPoE的實質(zhì)是在以太網(wǎng)上跑PPP協(xié)議，在用戶端和寬帶接入服務器之間建立PPP的點對點通道。PPPoE方式其整個通信過程都必須進行PPPoE的封裝，效率較低。隨著用戶數(shù)量的大量增加，對BRAS設備的性能要求呈指數(shù)上升。也就是說，如果在用戶主機和BRAS之間啟用組播業(yè)務，則組播數(shù)據(jù)必須以BRAS作為接收端復制點，這樣會使大量的組播數(shù)據(jù)穿越網(wǎng)絡和DSLAM設備，違背組播的初衷。因此，PPPoE接入方式限制了組播協(xié)議的存在，影響了視頻業(yè)務的開展。
（2）DHCP+Web
DHCP+Web認證需要與DHCP服務器和Web認證服務器配合使用，主機首先通過DHCP得到一個IP地址，與Web認證服務器通信，也可以使用戶只訪問一些內(nèi)部服務器；然后，接入服務器將用戶強制連接到Web認證服務器上，并在瀏覽器中彈出認證頁面。在該頁面中輸入用戶名和密碼，WebServer作為RADIUS的Client端把認證信息傳送到RADIUSServer，對用戶進行認證。認證通過后，用戶獲得新的合法的IP地址，可以訪問互聯(lián)網(wǎng)或特定的網(wǎng)絡。
在DHCP+Web認證方式中，用戶主機和接入服務器之間并沒有任何類似PPP的第三層通道，也不存在對組播協(xié)議的限制。如果用戶到接入服務器之間的交換機或DSLAM能支持IGMPSnooping，組播業(yè)務很容易開展。這種方式認證和業(yè)務流也實現(xiàn)了分離，并可以方便地利用Web服務器推出Portal和廣告等增值業(yè)務，對用戶進行業(yè)務宣傳及業(yè)務引導。
（3）兩種認證方式的特點比較
兩種認證方式的特點比較如表1所示。
表1 兩種認證方式的特點比較
通過表1可以看出，DHCP+Web采用認證流和數(shù)據(jù)流相分離的方式，該方式?jīng)Q定了其對組播支持能力較強（只要局端設備支持），這種方式的帶寬利用率均較高，同時可以避免城域網(wǎng)匯聚層同時作為BRAS使用，對IPTV等寬帶業(yè)務非常適用。DHCP+Web方式可以對接入的用戶數(shù)量進行控制，由于采用Portal方式，其增值業(yè)務能力較強。從客戶端支持來看，由于DHCP+Web不需要客戶端軟件，避免了放號困難及維護工作量較大的問題。總體而言，PPPoE技術成熟，效率低。
IPTV是對組播要求極高的業(yè)務。在組播業(yè)務中，要保證業(yè)務的可運營、可管理，就要通過一些必要的策略來達到業(yè)務可控的目的。組播的控制策略有很多種，其中控制組播用戶的一個重要技術手段就是對用戶進行認證、授權。原有寬帶網(wǎng)絡中用戶的認證多用于IP單播業(yè)務，并不能夠完全滿足組播認證的要求。這就需要對原有的認證體系進行改造，以適應IPTV業(yè)務的開展要求。
對于采用PPPoE進行認證的方式，主要需要解決的問題是組播數(shù)據(jù)的下發(fā)。因此，可以針對用戶的不同業(yè)務采用不同的業(yè)務分發(fā)通道。也就是說，一方面要求BRAS設備支持IPTV業(yè)務的PPPoE認證，其相關的單播數(shù)據(jù)通過PPPoE的通道下發(fā)；另一方面組播數(shù)據(jù)通過IPOE的通道進行下發(fā)。這就要求BRAS通過認證信息能夠區(qū)分用戶業(yè)務種類，而DSLAM設備需要支持組播分發(fā)及組播組的控制，同時要求STB設備支持雙協(xié)議棧。這樣既可以保證原有認證系統(tǒng)的功能，同時也能夠保證組播業(yè)務的順利開展。
對于DHCP認證方式，其主要問題是保證DHCP接入的安全性和真實性，這就需要在DHCP包文中引入OPTION82選項；對于存在多個終端同時使用DHCP的場合，為了區(qū)分這些終端，還需引入OPTION60選項。DHCPOPTION82選項通常由DSLAM設備將用戶的端口信息和設備信息插入到用戶的DHCP報文，DHCP服務器通過識別OPTION82來執(zhí)行IP地址分配策略或其它策略。OPTION60選項通常由終端自帶，不同類型的終端可以通過設置不同的OPTION60來識別。通過OPTION60選項，可以實現(xiàn)對不同的終端分配不同的地址空間。但是，OPTION82的引入需要DSLAM的支持，目前網(wǎng)絡上使用的設備大部分并不具備該功能，因此需要進行接入設備的改造。
兩種認證方式各有優(yōu)缺點，PPPoE認證技術比較成熟，安全性高，不需要進行接入網(wǎng)設備的改造，但是BRAS對組播等新業(yè)務支持能力差（目前BRAS均不支持組播）、效率低；需要改造BRAS來支持，投資很大，不利于IPTV業(yè)務的拓展。而DHCP+Web可以實現(xiàn)較多的增值業(yè)務，同時又可以很好地支持組播業(yè)務。雖然DHCP認證方式安全性不如PPPoE，但經(jīng)過多年的發(fā)展，已具備相應的條件保證IPTV接入認證的安全。為保證接入的安全性可配合使用接入網(wǎng)設備支持的OPTION82特性，為防止DHCPServer欺騙，可進行二層的用戶隔離。采用DHCP認證方式，IPTV業(yè)務流量可以從三層交換機走，投資很少，符合運營者發(fā)展IPTV的長遠利益。
下面，我們從幾個方面來具體比較PPPoE和DHCP在IPTV網(wǎng)絡中的適用性。
計費的準確性
對于PPPoE方式，在用戶認證通過后，由寬帶接入服務器（BAS），向后臺的RADIUS服務器發(fā)送計費開始包，在用戶下線后（用戶主動掛斷、異常死機、網(wǎng)絡斷等），由BAS向后臺的RADIUS服務器發(fā)送計費結(jié)束包。后臺計費系統(tǒng)便可根據(jù)計費起始包、結(jié)束包按時長、按流量進行實時計費。采用這種方式，計費數(shù)據(jù)相當準確。
對于DHCP+Web方式，用戶認證通過后，同樣由接入服務器向后臺的RADIUS服務器發(fā)送計費開始包，當用戶需要下線時，需要通過點擊Web頁面掛斷按鈕，觸發(fā)寬帶接入服務器向后臺的RADIUS服務器發(fā)送計費結(jié)束包。在這種正常情況下，計費數(shù)據(jù)較準。但如果用戶是異常下線，接入服務器需要根據(jù)設置的用戶空閑最長時間來判斷，如果超過最長空閑時間。則認為是用戶已下線，此時寬帶接入服務器向后臺的RADIUS服務器發(fā)送計費結(jié)束包。后臺計費系統(tǒng)便可根據(jù)計費起始包、結(jié)束包按時長、按流量進行實時計費。利用這種判斷用戶異常下線方式，可能最后的計費結(jié)束包的時間比用戶實際的下線時間要多出一段時間。要解決這個問題，需要將用戶空閑的最長時間設短，但此時間如果太短，又有可能讓用戶在上網(wǎng)的過程中（比如較長時間的閱讀，沒有通信流量的時候，會被BAS認為是用戶已下線），出現(xiàn)多次需要重新進行認證，帶來使用的不方便性。
對網(wǎng)絡環(huán)境的要求
PPPoE的本質(zhì)就是在以太網(wǎng)上跑PPP協(xié)議。由于PPP協(xié)議認證過程的第一階段是Discovery階段，廣播只能在二層網(wǎng)絡，才能發(fā)現(xiàn)BAS。因此，也就決定了在用戶主機和BAS之間，不能有路由器或三層交換機。另外，由于PPPoE的點對點的本質(zhì)，在用戶主機和BAS之間，限制了組播協(xié)議的存在。這樣，將會在一定程度上，影響今后視頻業(yè)務的開展。不過國際上為了解決這個問題，提出了一些草案（IPmulticastingandbroadcasting extension for PPPoE Protocol），希望能解決PPPoE上的組播問題。DHCP+Web認證不存在二層網(wǎng)絡的限制，同樣也不存在組播協(xié)議的限制。
可管理性
對于PPPoE方式，寬帶接入服務器與RADIUS服務器配合，可以進行一定程度的服務質(zhì)量控制。較多的接入服務器能夠?qū)崿F(xiàn)Policing和rate-limiting等功能。Policing是一種接收控制功能，只容許指定速率的流量通過。類似的，rate-limiting是發(fā)送控制功能，只容許指定速率的流量發(fā)送。
對于DHCP+Web方式，當采用旁路方式的網(wǎng)絡架構時，不能對用戶進行帶寬管理。如果是直路的網(wǎng)絡架構，可以根據(jù)用戶的不同，對帶寬進行不同等級的限速控制。
IP地址分配
PPPoE方式下的IP地址分配，完全是由寬帶接入服務器和RADIUS服務器配合完成，用戶不能修改。同時，后臺的支撐系統(tǒng)還能夠根據(jù)不同的用戶分配不同范圍、不同性質(zhì)的IP地址，如某些用戶使用公網(wǎng)地址，某些用戶使用私有地址。
DHCP+Web則不能根據(jù)用戶的不同，在IP地址的分配上做不同的區(qū)分。另外，使用DHCP來動態(tài)分配IP地址，還可以基于策略化分配。
客戶端軟件限制
使用PPPoE進行用戶認證，必須在客戶端安裝虛擬撥號軟件。通過此虛擬撥號軟件來與運營商局端的寬帶接入服務器完成PPPoE的連接。但隨著WindowsXP的發(fā)布，微軟已把PPPoE虛擬撥號的功能集成到操作系統(tǒng)中。
DHCP+Web認證方式最大的一個優(yōu)勢就在于客戶端不需要安裝任何撥號軟件，認證完全依靠瀏覽器來完成，在維護上很方便。
多服務選擇能力
在PPPoE方式下，許多廠家的寬帶接入服務器提供類似“虛設備”的處理模塊，不同的用戶能夠基于不同的“虛設備”，而引導至不同的服務區(qū)域。
對于DHCP+Web方式，要實現(xiàn)多服務選擇能力比較困難。目前能夠支持多服務選擇的設備只有少數(shù)幾家國外設備，如Ellacoya也是主要依靠VitualServiceContext技術來實現(xiàn)的。
性能特點
由于PPPoE的特點，寬帶接入服務器可能會成為網(wǎng)絡的瓶頸。對于DHCP+Web，一般采用網(wǎng)絡旁路的架構，不會影響到網(wǎng)絡的性能。
3、結(jié)束語
從以上多個角度的對比，兩種方式各有優(yōu)缺點，基于PPPoE的認證方式，可管理性強，計費準確，其代價就是PPP本身限制了網(wǎng)絡環(huán)境和組播業(yè)務的開展。而Web方式的認證，對網(wǎng)絡環(huán)境不會造成任何影響，但在整個網(wǎng)絡的用戶可管理性、異常情況下計費準確度等方面都存在一定問題。運營商可以根據(jù)自身的業(yè)務運營特點，采用相應的認證方式。如果運營商偏重系統(tǒng)的可管理性、計費的精確性，推薦采用PPPoE的認證計費方式，如果偏重客戶端的方便性，而對用戶端的計費要求不是很高的情況（例如目前常用的包月制）下，推薦采用DHCP+Web認證計費模式。
目前兩種認證模式在國內(nèi)外運營商都有應用案例。隨著IPTV業(yè)務的用戶數(shù)量的增加，DHCP認證方式的應用會逐步增多，如最近韓國電信IPTV已經(jīng)采用了DHCP方式，國內(nèi)運營商也有針對DHCP方案的試驗系統(tǒng)。
中國信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)(www.cnii.com.cn)
相關鏈接: