SDN解密它是下一代IP視頻傳輸必不可少的一部分

卡爾·保爾森

當(dāng)前，全球IP技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用在廣電設(shè)備間和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中都可以找到。我們正看到如虛擬化、IP、實(shí)時傳輸協(xié)議和基于軟件的網(wǎng)絡(luò)管理在影響實(shí)時廣播系統(tǒng)。在許多支持?jǐn)?shù)據(jù)中心的技術(shù)中，軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）現(xiàn)在是下一代IP傳輸不可或缺的一部分。

SDN是專業(yè)媒體網(wǎng)絡(luò)（PMN）上控制IP視頻的核心技術(shù)。為了解SDN如何適合實(shí)時傳輸協(xié)議（RTP）、用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UTP）和直播演播室視頻——即基于IP的演播室視頻（依據(jù)SMPTE 2110的SVIP），我們將探討網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的各部分，查看不同之處，提供SDN正被用于廣播設(shè)施的例子以及IP網(wǎng)絡(luò)管理。

包轉(zhuǎn)發(fā)面

網(wǎng)絡(luò)全都與包轉(zhuǎn)發(fā)有關(guān)。網(wǎng)絡(luò)很大程度上由三個重要的組成部分構(gòu)成：控制面、數(shù)據(jù)面和管理面。這些面是由路由器和交換器內(nèi)的固件實(shí)現(xiàn)的?？刂泼孀龀鼍W(wǎng)絡(luò)流量發(fā)送到哪里的決定，數(shù)據(jù)面（或轉(zhuǎn)發(fā)面）遷移流量到下一跳，即哪些包沿著一條由控制面邏輯決定的路徑通過路由器。管理面配置接口、IP子網(wǎng)和路由協(xié)議。

SDN改變控制面和數(shù)據(jù)面的交互方式。在SDN技術(shù)中，網(wǎng)絡(luò)控制與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)分離并且可直接程控。SDN從分布式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向通過一個邏輯集中式高級控制器控制網(wǎng)絡(luò)?？刂泼媾c網(wǎng)絡(luò)硬件隔離以及用軟件實(shí)施控制實(shí)現(xiàn)編程訪問，使網(wǎng)絡(luò)管理更靈活。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對比SDN

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方式是數(shù)據(jù)面采用一種在轉(zhuǎn)發(fā)硬件上分層的“狀態(tài)分配機(jī)制”（協(xié)議）遷移流量，控制面內(nèi)有一個操作系統(tǒng)分開它們。圖1表示協(xié)議如何互連組件。

使用指定的協(xié)議，垂直整合方式保證一致的互操作性，但遺憾的是也產(chǎn)生一種封閉的平臺。在“傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模式”（圖2）中，控制面和數(shù)據(jù)面被耦合到網(wǎng)絡(luò)單元和端點(diǎn)。在SDN模式中（圖3），采用一種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涑橄蠹俺炭亟粨Q高級別使用，控制面應(yīng)用程序接口（API）與每一個數(shù)據(jù)面分離。

SDN模式提供如主機(jī)跟蹤或最短路徑路由這樣的特性；智能機(jī)構(gòu)知道和相應(yīng)地控制每個數(shù)據(jù)面組件；減輕每個外圍硬件端點(diǎn)上出現(xiàn)控制軟件應(yīng)用的要求。SDN使控制系統(tǒng)知曉全部網(wǎng)絡(luò)活動。

控制基礎(chǔ)

演播室視頻IP（SVIP）產(chǎn)品利用SDN功能，仿效與廣播公司使用現(xiàn)有基于SDI的矩陣所具有的能力。由于SDI矩陣受到特定帶寬（1.5G、3G、6G和12G）以及固定的點(diǎn)對點(diǎn)單向信號架構(gòu)的約束，所有SDI數(shù)據(jù)流受嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)送和接收SMPTE標(biāo)準(zhǔn)化信號的硬件參數(shù)的支配。對于IP視頻廣播網(wǎng)，流管理是一個極為重要的組成部分，而在SDI矩陣環(huán)境是不必要的。

IP網(wǎng)絡(luò)可能采用TCP（傳輸控制協(xié)議）或UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）；但與SDI不同，IP連接是點(diǎn)對多點(diǎn)。在實(shí)時IP網(wǎng)絡(luò)中，尤其是對廣播應(yīng)用，“流”和“連接”通過SDN固有的能力被管理；提供智能和網(wǎng)絡(luò)過度訂購保護(hù)。通過SDN，網(wǎng)絡(luò)控制器知道信號來自哪里，誰使什么數(shù)據(jù)發(fā)送到哪個端點(diǎn)。

過多流量將超額訂購任何網(wǎng)絡(luò)，可能以不可預(yù)知的方式使網(wǎng)絡(luò)崩潰。通過利用SDN的智能，由于網(wǎng)絡(luò)上的控制變?yōu)榧泄芾?，流被更好地理解?/p>

SDN底層

了解SDN幫助媒體網(wǎng)絡(luò)用戶知道如何控制，可實(shí)現(xiàn)和保持自動化和網(wǎng)絡(luò)管理。但我們也應(yīng)清楚，SDN并非虛擬化，相反，它是從一個中心高級程序（如網(wǎng)絡(luò)“控制器”）的網(wǎng)絡(luò)邏輯控制，很像當(dāng)前一個SDI矩陣的控制器所為。

在網(wǎng)絡(luò)體系中，較低層路由協(xié)議，即表1所示的開放系統(tǒng)互連（OSI）的第三層和第二層，對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的理解并不比拓?fù)渲械南乱惶睢？孔约海鞑灰欢ㄈ蒎e，也不擁有整體系統(tǒng)化或網(wǎng)絡(luò)上用戶接口的智能。

對于電視廣播和制作，SDI“矩陣控制器”執(zhí)行視頻切換（即把信號從交叉點(diǎn)路由到輸出口）。SDI矩陣可以控制音頻通道配對、混排，執(zhí)行矩陣之間的連接線路管理，按照特定策略（即用戶訪問控制）行動，以及根據(jù)源、目的地和可用性配置控制板。

在網(wǎng)絡(luò)體系中，“網(wǎng)絡(luò)控制器”承擔(dān)這些管理功能。控制器利用SDN把網(wǎng)絡(luò)上的包從源導(dǎo)向目的地。由于多個信號在同一物理媒介（以太網(wǎng)線纜或光纖）上傳輸，某種東西必須跟蹤在該媒介上有什么；了解交換機(jī)或終點(diǎn)上有什么東西進(jìn)出。并不是所有交換機(jī)都有SDN能力，因此要清楚隨便拿臺交換機(jī)就希望它能夠處理SDN功能是做不到的。

SDN和編排

SDN實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)敏捷性；通過貫穿網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)促進(jìn)包路徑自動化控制，這些過程被稱為根據(jù)網(wǎng)絡(luò)上終點(diǎn)的要求或期望之“編排”。編排等同于廣播SDI矩陣控制系統(tǒng)（除了在網(wǎng)絡(luò)術(shù)語中），與SDN一起，是PMN控制的基礎(chǔ)。

應(yīng)用程序和SDN處理IP多播加入或退出請求。它們幫助端口管理防止過飽和鏈接或接收機(jī)終點(diǎn)。IP路由決定是動態(tài)的且不斷變化，因此基于SDN的網(wǎng)絡(luò)控制必須根據(jù)全網(wǎng)可能的活動了解網(wǎng)絡(luò)變化，這與SDI矩陣內(nèi)一條電纜上單一數(shù)據(jù)流是相反的。

如OpenFlow（SDN系統(tǒng)一個基于開放標(biāo)準(zhǔn)的部件）這樣的網(wǎng)絡(luò)控制應(yīng)用軟件使網(wǎng)絡(luò)控制器知道網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上數(shù)據(jù)包的狀況并且控制它們。由于SDN使控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離，從而產(chǎn)生一種精密和智能的數(shù)據(jù)流管理模式。

混合系統(tǒng)共存

混合系統(tǒng)是在網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)絡(luò)（IP）和數(shù)字視頻（SDI）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分享基于SDN的控制器的功能，以傳統(tǒng)的基于SDI的設(shè)備管理IP視頻實(shí)時傳輸（RTP）。廣播設(shè)備廠家將這些“網(wǎng)絡(luò)控制器”與他們的SDI矩陣控制器無縫集成——這是我們多年來期待看到的SDI/IP架構(gòu)。B&P;