鐘 辰

（中央廣播電視總臺，北京 100020）

0 引 言

中央廣播電視總臺已經(jīng)陸續(xù)搭建完成包括演播室、轉(zhuǎn)播車及EFP 在內(nèi)的多套4K 超高清IP 化制作系統(tǒng)。這些系統(tǒng)遵循SMPTE-2110 視、音頻協(xié)議集標(biāo)準(zhǔn)［1］。綜合分析這些IP 化超高清制作系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)，它的核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和設(shè)備選型組合大致分為兩類：一類是以Cisco 通用交換機(jī)為核心+以Grass Valley 為主的制作終端形成的IP 化視頻系統(tǒng)網(wǎng)；另一類是以華為或Cisco 通用交換機(jī)為核心+以SONY 為主的制作終端形成的IP 化系統(tǒng)網(wǎng)。GV+Cisco 的系統(tǒng)模式采用三層網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)，其交換機(jī)工作在OSI 網(wǎng)絡(luò)模型的第三層（IP 層），通過IP 交換技術(shù)實現(xiàn)對制作網(wǎng)內(nèi)視頻業(yè)務(wù)組播數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā)。SONY+華為/Cisco 模式涉及到二層網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)（SONY 模式交換機(jī)組成的葉-脊架構(gòu)中會存在二層和三層混合模式，二層是指交換機(jī)與終端劃分的同一VLAN 內(nèi)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，而跨VALN間的組播轉(zhuǎn)發(fā)則是三層IP 工作關(guān)系），其交換機(jī)工作在OSI 模型的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），通過處理組播MAC 地址信息實現(xiàn)對網(wǎng)內(nèi)視頻業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā)（目前，華為、Cisco 通用交換機(jī)自身都屬于三層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，但都可選擇在二層、三層轉(zhuǎn)發(fā)模式下工作）。在小型制作局域網(wǎng)中，二層交換技術(shù)不處理數(shù)據(jù)層的IP 地址和高層端口協(xié)議，只需要數(shù)據(jù)包的MAC 地址信息，然后靠交換機(jī)硬件實現(xiàn)大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，速度快，是二層網(wǎng)絡(luò)交換的一個顯著優(yōu)點(diǎn)。三層交換技術(shù)綜合二層轉(zhuǎn)發(fā)的高效率和IP 數(shù)據(jù)信息路由處理功能，能夠做到數(shù)據(jù)的一次路由計算后多次轉(zhuǎn)發(fā)。在大型制作網(wǎng)內(nèi)，識別數(shù)據(jù)包內(nèi)IP地址信息不但能實現(xiàn)IP 子網(wǎng)劃分后的網(wǎng)際互訪，還能限制廣播錯誤域范圍。各廣電公司在組建4K 制作網(wǎng)時會進(jìn)行綜合分析，以決定選擇哪項技術(shù)。目前，在4K 超高清制作系統(tǒng)內(nèi)，二層和三層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已被成熟應(yīng)用，且系統(tǒng)運(yùn)行較為穩(wěn)定。本文分析闡述4K 超高清制作系統(tǒng)中涉及的二層和三層網(wǎng)絡(luò)概念、廠商在搭建4K-IP 系統(tǒng)時對網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)的選擇以及在不同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下需要解決的主要問題。

為了嚴(yán)格區(qū)分概念，闡述的二層和三層網(wǎng)絡(luò)、二層和三層網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)均指傳統(tǒng)交換概念中OSI 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)模型提出的概念，而二層和三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)則是指按照邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)劃分的核心層、匯聚層及接入層。

1 二層和三層網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)概念

1.1 二層和三層網(wǎng)絡(luò)

1.1.1 二層網(wǎng)絡(luò)

在二層網(wǎng)絡(luò)中，交換機(jī)工作在二層模式下。無論是數(shù)據(jù)傳輸還是交換機(jī)識別數(shù)據(jù)包，都只在數(shù)據(jù)鏈路層發(fā)生。交換機(jī)只對其所接收的數(shù)據(jù)包源文件解析到包頭中MAC 地址這一封裝層面（工作在二層模式下的交換機(jī)沒有能力查看更高層的IP 信息），并按照設(shè)備和數(shù)據(jù)包封裝的MAC 地址進(jìn)行尋址和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，同時建立和維護(hù)一個MAC 地址表用于記錄接收到的數(shù)據(jù)包中MAC 地址及其對應(yīng)的端口信息。若這張存儲的MAC 地址表中有轉(zhuǎn)發(fā)目的端口的MAC 地址，則直接將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到對應(yīng)端口的設(shè)備上；若沒有對應(yīng)的目的MAC 地址，交換機(jī)則在網(wǎng)內(nèi)對要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行全端口廣播，直到找到目的端，之后建立新的MAC 地址與端口的對應(yīng)關(guān)系并存儲在地址表中，以備下次轉(zhuǎn)發(fā)時使用。這一循環(huán)過程是交換機(jī)對整個網(wǎng)絡(luò)的MAC 地址表進(jìn)行添加、建立及維護(hù)的過程。但是，在二層網(wǎng)絡(luò)的4K-IP 系統(tǒng)需手動配置MAC 地址表，逐一落實數(shù)據(jù)源的端口和MAC 地址以及接收端口和MAC地址，還需要通過收斂回路生成樹、靜態(tài)配置組播MAC 和端口綁定以及劃分VLAN 等技術(shù)手段，將設(shè)備進(jìn)行功能上的域分類、隔離，避免二層交換機(jī)通過廣播風(fēng)暴的方式對所有端口輪詢查找，以保證4K-IP 制作系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)目生產(chǎn)時的安全，否則這樣的無序泛洪會占用大量系統(tǒng)帶寬資源，造成網(wǎng)絡(luò)阻塞和畫面中斷。此外，安全策略不能以終端設(shè)備為基礎(chǔ)進(jìn)行部署，必須在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行。目前，采用大二層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)搭建的4K-IP 系統(tǒng)數(shù)量很多，包括轉(zhuǎn)播車、EFP 及演播室，優(yōu)點(diǎn)是可以對4K 業(yè)務(wù)這種大數(shù)據(jù)流實現(xiàn)高速轉(zhuǎn)發(fā)。此外，廣電廠商會采取一切已被證實安全有效的技術(shù)手段處理好二層網(wǎng)絡(luò)的其他問題，全力保證4K 業(yè)務(wù)制作的安全可靠。

1.1.2 三層網(wǎng)絡(luò)

在三層網(wǎng)絡(luò)中，交換機(jī)工作在三層模式下，具備拆開數(shù)據(jù)包查看包頭中封裝的IP 地址信息的能力，從而通過不同的IP 地址識別不同的終端。通過查詢路由表地址簿，可確定終端所處的位置和數(shù)據(jù)傳遞路徑，從而利用IP 交換技術(shù)實現(xiàn)對制作系統(tǒng)網(wǎng)內(nèi)視頻業(yè)務(wù)組播數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā)。三層交換機(jī)具備的路由功能是圍繞加快局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)交換這一目的展開的。信源與接收終端的單播IP 地址、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的組播IP 地址以及到達(dá)這些地址的路徑，都會規(guī)劃為地址表和路由表，并在配置好后交由交換機(jī)維護(hù)。在這些地址簿中，單播地址表用來標(biāo)識設(shè)備終端，與IP 地址一一對應(yīng)；組播地址表中，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的邏輯功能與地址設(shè)計緊密貼合，通過組播地址可以準(zhǔn)確映射出不同功能設(shè)備的業(yè)務(wù)區(qū)分；路由表將這些地址匯總后建立，使交換機(jī)匯總信息交換位置和路徑。在三層網(wǎng)絡(luò)中，終端設(shè)備由IP 地址區(qū)分而處于不同的網(wǎng)段。交換機(jī)的每個接口都是三層配置，處于不同網(wǎng)段，錯誤域小且彼此安全隔離。已在地址表中注冊的終端IP 地址為合法地址，沒有注冊的為非法地址，而交換機(jī)接口不接收來自非法地址的數(shù)據(jù)流。合法設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)組播停在交換機(jī)接收端口處（首先默認(rèn)不通），交換機(jī)等待接收端的IGMP請求，誰請求就建立路徑并連通，無請求就不轉(zhuǎn)發(fā)，避免了二層網(wǎng)絡(luò)中的廣播泛洪。目前，采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)搭建的4K-IP 制作系統(tǒng)數(shù)量也很多。三層網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備具備的能力比二層網(wǎng)絡(luò)要多一層，所有成熟的技術(shù)協(xié)議都可應(yīng)用于這一層。終端與交換機(jī)、交換機(jī)之間的各種三層組播轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)（如IGMPv2/ASM、IGMPv3/SSM、RPF、SM 及DM）也很成熟。獨(dú)特的NBM 安全策略也可以以終端設(shè)備為基礎(chǔ)進(jìn)行分項部署，網(wǎng)絡(luò)安全性更高。廣電廠商也會采取安全有效的技術(shù)手段來完善三層制作網(wǎng)絡(luò)。

1.2 二層組播地址和三層組播地址

1.2.1 組播MAC 地址

在4K-IP 制作系統(tǒng)中，視頻業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)都以組播數(shù)據(jù)包的形式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。在二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)里，交換機(jī)工作在二層配置下，只能識別數(shù)據(jù)包頭中封裝的第二層信息，即含有源和目的的48 位MAC 地址。MAC 地址標(biāo)識物理設(shè)備網(wǎng)口的物理地址且唯一固定。另外，發(fā)送的組播數(shù)據(jù)也需要攜帶MAC地址，通過換算組播地址（組播地址是32 位的IP 地址）得出以01005e 開頭的48 位MAC 地址，這樣二層交換機(jī)即可在數(shù)據(jù)鏈路層識別出這些組播信息。由于組播MAC 地址中01005e 占據(jù)了48 位MAC 地址中的前25 位，因此需要把32 位的組播IP 地址換算到余下23 位MAC 地址中，這就造成224.1.1.1、224.129.1.1、225.1.1.1、225.129.1.1……239.1.1.1、239.129.1.1 這32 個IP 地址缺位且共享一個組播MAC 地址，會帶來巨大的隱患。由于二層交換機(jī)只能查看數(shù)據(jù)包MAC 地址，而這32 個IP 地址的MAC 地址相同，因此二層交換機(jī)會認(rèn)為來自這32個IP 地址的不同數(shù)據(jù)流是一個數(shù)據(jù)流。如果視頻制作網(wǎng)絡(luò)中存在這一問題，在視頻業(yè)務(wù)切換畫面時，交換機(jī)可能會同時轉(zhuǎn)發(fā)給接收者多個畫面流，不但擁堵網(wǎng)絡(luò)，還會造成圖像發(fā)生嚴(yán)重錯誤。因此，廣電廠商在設(shè)計二層網(wǎng)絡(luò)的組播MAC 地址時，需要避開這32 個重疊的地址。手動配置組播MAC 地址也可以和交換機(jī)的固定端口綁定，能夠有效避免廣播風(fēng)暴。它的缺點(diǎn)在于IP 系統(tǒng)增減設(shè)備時地址靈活性差，因此在設(shè)計地址表時需要注意。

1.2.2 組播地址

在4K-IP 三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)制作系統(tǒng)里，交換機(jī)工作在三層模式下，具備識別數(shù)據(jù)包頭中封裝的第三層IP 信息的能力。交換機(jī)每個接口都有靜態(tài)IP地址標(biāo)識，因此處于不同網(wǎng)段且彼此隔離。終端設(shè)備發(fā)出的每一條視、音、輔助數(shù)據(jù)流都標(biāo)識有組播IP 地址，可在允許的224.0.2.0 ～238.255.255.255用戶可用的范圍內(nèi)自主選擇（239 開頭的組播地址已經(jīng)限制為局域網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)的本地控制管理地址，224.0.0.0 ～224.0.1.255 屬于部分不做分配的保留地址和公用地址）。根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計和運(yùn)維方便的需要，組播地址的規(guī)則也采用以核心交換機(jī)端口號為地址標(biāo)識位的辦法，優(yōu)勢在于通過地址標(biāo)識位即可快速獲得某條數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)類型和終端與交換機(jī)的連接端口位置。即使終端設(shè)備變換，組播地址表的命名規(guī)則也不需要改變。組播地址命名規(guī)則：IP 地址XXX.X.XX.XX 中，第1 位是業(yè)務(wù)類型標(biāo)識，第2 位是主、備交換機(jī)標(biāo)識，第3 位是交換機(jī)端口標(biāo)識，第4 位是數(shù)據(jù)流地址。比如，在4K-IP 制作系統(tǒng)內(nèi)，視頻業(yè)務(wù)組播流地址統(tǒng)一以237 開頭，音頻業(yè)務(wù)組播以232 開頭，本地網(wǎng)內(nèi)的控制信號會使用239 開頭。此外，組播地址的位置命名還需要兼顧傳輸鏈路的具體帶寬，防止發(fā)生組播流阻塞的情況。組播地址規(guī)劃表是三層4K-IP 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通的核心。交換機(jī)接收到組播流/組播組后等待接收端設(shè)備的IGMP 三層加組請求接收流，誰請求就建立路徑并連通，無請求就不轉(zhuǎn)發(fā)，避免了二層網(wǎng)絡(luò)中的廣播泛洪。

2 二層和三層4K 制作網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載均衡的解決方式

在4K-IP 制作系統(tǒng)內(nèi)，根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模大小，核心交換機(jī)的配置分為主備單臺雙葉結(jié)構(gòu)、雙層主備Spine-Leaf 葉脊結(jié)構(gòu)以及雙模葉脊結(jié)構(gòu)（脊交換機(jī)與葉交換機(jī)和終端設(shè)備連接）［2］。在4K-IP 制作網(wǎng)里，視頻組播單流（12G、3G、1.5G）、音頻組播流和輔助數(shù)據(jù)流大小都不一樣，走的路徑也可能不同。在交換機(jī)物理端口帶寬一定的情況下，需要考慮終端與交換機(jī)之間或者葉脊交換機(jī)之間所傳送的組播流帶寬的大小和多路徑選擇問題，使不同路徑傳送的數(shù)據(jù)流條目和占用帶寬能夠合理分擔(dān)。負(fù)載均衡和數(shù)據(jù)、接口帶寬的關(guān)聯(lián)性很大，上行接口帶寬應(yīng)大于等于發(fā)送、接收數(shù)據(jù)帶寬，且每條鏈路應(yīng)能根據(jù)帶寬能力平均合理放置組播流的條目數(shù)和感知大小，防止某些鏈路總是處在繁忙的收發(fā)占用中而有的鏈路卻被閑置，或者有的鏈路雖然數(shù)據(jù)流的條目很少但跑的都是高帶寬流而其他鏈路跑的卻是窄帶寬流。在二層和三層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時，這些都是需要結(jié)合現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行綜合計算和考慮的問題。

2.1 二層網(wǎng)絡(luò)解決

SONY+華為模式的二層網(wǎng)絡(luò)4K-IP 視頻制作系統(tǒng)中，交換機(jī)組成葉脊結(jié)構(gòu)（一脊掛兩葉）。葉交換機(jī)通常有48 個1/10/25GE 帶寬兼容的光纖端口（具體接入帶寬可選擇對應(yīng)的光模塊來適配），用來直接與各視頻制作終端、網(wǎng)關(guān)卡、SDN 以及PTP 等具備IP 接口的設(shè)備連接。例如，SONY-4K 攝像機(jī)、在線字幕包裝輸出端具備25GE 光模塊，圖像轉(zhuǎn)換器具備10GE 輸出光模塊，PTP 具備1GE 電口等。這些終端直連到葉交換機(jī)上對應(yīng)帶寬規(guī)格的光模塊接口即可。終端設(shè)備發(fā)送、接收的組播數(shù)據(jù)帶寬，也要做好計算和匹配。例如，SONY-4K50P 攝像機(jī)輸出給交換機(jī)的視頻組播分別是1 個4K、2 個50P 高清（3 GHz）、1 個50i 高清（1.5 GHz）及一些反送通話流，總上行數(shù)據(jù)帶寬未超18.5 GHz（4K、高清信號的實測數(shù)據(jù)帶寬都小于12 GHz/3 GHz/1.5 GHz），滿足25GE 的傳輸接口帶寬上限標(biāo)準(zhǔn)；SONY-4K50P 攝像機(jī)的下行組播數(shù)據(jù)是1 個4K、3 個50P 高清（3 GHz）、4 個50i 高清返送（1.5 GHz）及一些反送監(jiān)聽，總下行帶寬未超24.5 GHz，仍符合25GE 傳輸標(biāo)準(zhǔn)；每臺字幕包裝上行至交換機(jī)分別是1 個4K 視頻和一個4K 鍵信號，總帶寬不超20 GHz；下行兩個4K 視頻用于開窗口占用帶寬不超20 GHz（在不需要凈切換的前提下），上下行都不超25GE 的傳輸帶寬標(biāo)準(zhǔn)。葉交換機(jī)的主要作用是與系統(tǒng)內(nèi)各制作終端對接。在4K 大制作系統(tǒng)中，兩臺葉交換機(jī)96 個端口足夠滿足系統(tǒng)內(nèi)1/10/25GE接口終端的對接數(shù)量，還會有預(yù)留端口供系統(tǒng)設(shè)備擴(kuò)容。

二層網(wǎng)絡(luò)中，交換機(jī)將接收到的組播流標(biāo)示為未知后，將數(shù)據(jù)包泛洪到所有端口，會使所有終端接收到數(shù)據(jù)，導(dǎo)致規(guī)劃好的下行數(shù)據(jù)帶寬變大，端口被堵塞，導(dǎo)致4K 節(jié)目制作中會出現(xiàn)圖像信號中斷的嚴(yán)重問題。因此，必須通過劃分虛擬局域網(wǎng)（Virtual Local Area Network，VLAN）的手段，將終端設(shè)備從邏輯上劃分至不同網(wǎng)段來隔離廣播域，從而將故障限制在較小范圍內(nèi)（影響只限于本VLAN內(nèi)），使每個節(jié)點(diǎn)無需接收無關(guān)的廣播數(shù)據(jù)，減少網(wǎng)絡(luò)帶寬的無謂消耗。VLAN 技術(shù)是二層網(wǎng)絡(luò)中有效控制端口帶寬、防止端口堵塞或風(fēng)暴導(dǎo)致交換機(jī)宕機(jī)的手段。例如，葉交換機(jī)前10 個25GE 端口接10 臺SONY-4K 攝像機(jī)，11 ～30 的10GE 端口接20 個圖像轉(zhuǎn)換器，31 ～34 的10GE 端口接4臺IP 監(jiān)視器，35 ～39 的1GE 電口接LSM、SDN和PTP，40 到41 的25GE 端口接2 臺字幕包裝，剩下預(yù)留7 個接口。一般可將業(yè)務(wù)功能類似的設(shè)備劃在一個VLAN 下，將具備重要功能的設(shè)備端口劃成獨(dú)立VLAN，但每個VLAN 不能規(guī)劃太大帶寬（需要考慮葉脊間帶寬負(fù)載均衡問題）。因此，可以把每2 個25GE 接口和4 個10GE 接口劃為一個VLAN，CAM1 ～CAM10 和轉(zhuǎn)換器1 ～轉(zhuǎn)換器20 劃為VLAN1 ～VLAN5。4 臺IP 監(jiān)視器劃在VLAN6 下，2 臺字幕包裝在VLAN7。把1GE 電口的SDN、LSM 控制器都劃在一個VLAN 下，將PTP也單獨(dú)劃在自己的VLAN 中。這樣功能相同的設(shè)備都被分隔在自己的網(wǎng)段內(nèi)，每個VLAN 的傳輸帶寬也基本被限定。一些有重要功能的設(shè)備都在自己的獨(dú)立VLAN 內(nèi)，VLAN 之間彼此隔離，避免了無關(guān)數(shù)據(jù)的接收和串?dāng)_。

葉交換機(jī)的數(shù)據(jù)吞吐要上行到脊交換機(jī)，因此葉脊交換機(jī)之間的負(fù)載均衡設(shè)計也很重要。葉交換機(jī)有8 個100GE 的上行鏈路專門用來與上層脊交換機(jī)互聯(lián)。脊交換機(jī)通常有64 個100/40GE 兼容的光端接口，其中16 個100GE 接口分別和2 臺葉交換機(jī)各8 個100GE 互聯(lián)，這樣每臺葉交換機(jī)與脊交換機(jī)的上、下行傳輸總帶寬都是800 GHz。以葉交換機(jī)與制作終端為例，10 臺攝像機(jī)總計占用上、下行帶寬分別為185 GHz 和245 GHz，20 個轉(zhuǎn)換器占用下行總帶寬200 GHz，4 臺IP 監(jiān)視器總下行帶寬40 GHz，2 臺字幕包裝總上、下行帶寬各占40 GHz，SDN、LSM、PTP 總上、下行帶寬各小于5 GHz，計算上剩余預(yù)留的7 個端口（2 個25GE、2 個10GE、3 個1GE），則葉脊交換機(jī)上行帶寬總共占用303 GHz，下行帶寬總共占用603 GHz，上、下行帶寬都不超過葉脊間的800GE 傳輸帶寬。由于葉交換機(jī)和制作終端間已經(jīng)劃好多個VLAN，因此葉脊間這8 條100GE 鏈路，在每條鏈路上平均分配VLAN 做負(fù)載均衡即可。比如，第一條100GE 跑VLAN1、SDN VLAN 和PTP VLAN，第二條100GE跑VLAN2，第三條跑VLAN3，第四條跑VLAN4，第五條跑VLAN5，第6 條跑VLAN6 和預(yù)留的1GE VLAN，第7 條跑VLAN7 和預(yù)留10GE VLAN，第8條跑25GE 的預(yù)留VLAN。這樣每條100GE 鏈路的實際上下行數(shù)據(jù)量都不超過總帶寬的95%，即不超95 GHz（包含控制信號、PTP 信號等）。這就是SONY 的交換機(jī)全冗余帶寬配置方法，所有帶寬100%預(yù)留，所有信號并發(fā)在負(fù)載均衡上，也不會產(chǎn)生阻塞或沖突，可以保證網(wǎng)絡(luò)和制作安全。脊交換機(jī)還會鏈接如切換臺、畫分以及SNP 等40/100GE接口的制作設(shè)備，再以上述方法把相同功能屬性的設(shè)備端口劃好獨(dú)立VLAN 即可，如圖1 所示。需要注意的是，脊交換機(jī)上終端VLAN 的數(shù)據(jù)交換與葉交換機(jī)無關(guān)，因此不必計算到葉脊之間的帶寬占用中。VLAN 可以劃得大一些，如果切換臺下行信號考慮凈切換，則單個信號帶寬翻倍預(yù)留即可。

2.2 三層網(wǎng)絡(luò)解決

圖1 葉脊交換機(jī)負(fù)載均衡示意圖

在GV+Cisco 的4K 三層網(wǎng)絡(luò)制作系統(tǒng)中，交換機(jī)工作在網(wǎng)絡(luò)模型的第三層，端口和組播數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)都通過IP 地址實現(xiàn)。Cisco 將交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)部分從邏輯上分為交換機(jī)（轉(zhuǎn)發(fā)層）和控制器（控制層）。DCNM 是為Cisco 通用交換機(jī)設(shè)計的控制服務(wù)器及軟件總稱，屬于網(wǎng)絡(luò)控制器，只處理與制作業(yè)務(wù)相關(guān)的策略和網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。各類路由表項和IGMP 請求處理等基本網(wǎng)絡(luò)功能仍由交換機(jī)自身完成。而非阻塞的組播（Non-Blocking Multicast，NBM）則是Cisco 專門為解決終端與交換機(jī)、交換機(jī)之間負(fù)載均衡而設(shè)計的策略。4K 制作網(wǎng)絡(luò)是一個組播流經(jīng)由多條不同鏈路到達(dá)同一目的地址的網(wǎng)絡(luò)。交換機(jī)會利用ECMP 技術(shù)分配這些數(shù)據(jù)流，以平均利用多條鏈路傳輸，避免出現(xiàn)部分鏈路繁忙、閑置不均的情況。但是，ECMP 算法只能計算出組播數(shù)量卻無法感知數(shù)據(jù)流帶寬。在4K 制作域內(nèi)，視、音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流的帶寬各不相同。在無法感知帶寬的情況下，即使每條傳輸鏈路分配的組播數(shù)量相同，但由于數(shù)據(jù)帶寬的不同，鏈路也可能會被信號阻塞。NBM 技術(shù)為ECMP 帶來帶寬參量的感知，使每條鏈路不僅實現(xiàn)組播條數(shù)平衡，還能實現(xiàn)帶寬占用的分配平衡，達(dá)到多路徑條目和帶寬合理分擔(dān)的目的。NBM 包含兩個重要的策略，分別是終端策略（Host Policy）和流策略（Flow Policy）。終端策略即白名單，限制了允許接入的視頻終端的IP 地址范圍。非法地址設(shè)備即使接入交換機(jī)也不能與其他設(shè)備連通，不合規(guī)的組播地址一律不收。流策略直接感知數(shù)據(jù)流的帶寬，能限制不同業(yè)務(wù)組播流的大小，參與每條鏈路上數(shù)據(jù)流數(shù)量的合理規(guī)劃和流帶寬大小的平均分配，保證鏈路帶寬負(fù)載安全，同時防止不合規(guī)或未知數(shù)據(jù)流進(jìn)入交換機(jī)而影響正常數(shù)據(jù)交換。

3 結(jié) 語

二層網(wǎng)絡(luò)和三層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)的4K 超高清制作系統(tǒng)都已經(jīng)全面落地使用。各廣電廠商在組建4K 制作網(wǎng)時會根據(jù)實際需要選擇相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，不斷學(xué)習(xí)和探索IP 網(wǎng)絡(luò)知識，運(yùn)用各自成熟且有特色的技術(shù)手段，保障二層和三層制作網(wǎng)絡(luò)的安全與可靠，保證4K 超高清節(jié)目生產(chǎn)高效穩(wěn)定。