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

當前，全球IP技術發展和應用在廣電設備間和網絡應用中都可以找到。我們正看到如虛擬化、IP、實時傳輸協議和基于軟件的網絡管理在影響實時廣播系統。在許多支持數據中心的技術中，軟件定義網絡（SDN）現在是下一代IP傳輸不可或缺的一部分。

SDN是專業媒體網絡（PMN）上控制IP視頻的核心技術。為了解SDN如何適合實時傳輸協議（RTP）、用戶數據報協議（UTP）和直播演播室視頻——即基于IP的演播室視頻（依據SMPTE 2110的SVIP），我們將探討網絡演進的各部分，查看不同之處，提供SDN正被用于廣播設施的例子以及IP網絡管理。

包轉發面

網絡全都與包轉發有關。網絡很大程度上由三個重要的組成部分構成：控制面、數據面和管理面。這些面是由路由器和交換器內的固件實現的。控制面做出網絡流量發送到哪里的決定，數據面（或轉發面）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子網和路由協議。

SDN改變控制面和數據面的交互方式。在SDN技術中，網絡控制與數據轉發分離并且可直接程控。SDN從分布式結構轉向通過一個邏輯集中式高級控制器控制網絡。控制面與網絡硬件隔離以及用軟件實施控制實現編程訪問，使網絡管理更靈活。

傳統網絡對比SDN

傳統網絡的構建方式是數據面采用一種在轉發硬件上分層的“狀態分配機制”（協議）遷移流量，控制面內有一個操作系統分開它們。圖1表示協議如何互連組件。

使用指定的協議，垂直整合方式保證一致的互操作性，但遺憾的是也產生一種封閉的平臺。在“傳統網絡模式”（圖2）中，控制面和數據面被耦合到網絡單元和端點。在SDN模式中（圖3），采用一種網絡拓撲抽象及程控交換高級別使用，控制面應用程序接口（API）與每一個數據面分離。

SDN模式提供如主機跟蹤或最短路徑路由這樣的特性；智能機構知道和相應地控制每個數據面組件；減輕每個外圍硬件端點上出現控制軟件應用的要求。SDN使控制系統知曉全部網絡活動。

控制基礎

演播室視頻IP（SVIP）產品利用SDN功能，仿效與廣播公司使用現有基于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）以及固定的點對點單向信號架構的約束，所有SDI數據流受嚴格標準化的發送和接收SMPTE標準化信號的硬件參數的支配。對于IP視頻廣播網，流管理是一個極為重要的組成部分，而在SDI矩陣環境是不必要的。

IP網絡可能采用TCP（傳輸控制協議）或UDP（用戶數據報協議）；但與SDI不同，IP連接是點對多點。在實時IP網絡中，尤其是對廣播應用，“流”和“連接”通過SDN固有的能力被管理；提供智能和網絡過度訂購保護。通過SDN，網絡控制器知道信號來自哪里，誰使什么數據發送到哪個端點。

過多流量將超額訂購任何網絡，可能以不可預知的方式使網絡崩潰。通過利用SDN的智能，由于網絡上的控制變為集中管理，流被更好地理解。

SDN底層

了解SDN幫助媒體網絡用戶知道如何控制，可實現和保持自動化和網絡管理。但我們也應清楚，SDN并非虛擬化，相反，它是從一個中心高級程序（如網絡“控制器”）的網絡邏輯控制，很像當前一個SDI矩陣的控制器所為。

在網絡體系中，較低層路由協議，即表1所示的開放系統互連（OSI）的第三層和第二層，對網絡架構的理解并不比拓撲中的下一跳要深。靠自己，流不一定容錯，也不擁有整體系統化或網絡上用戶接口的智能。

對于電視廣播和制作，SDI“矩陣控制器”執行視頻切換（即把信號從交叉點路由到輸出口）。SDI矩陣可以控制音頻通道配對、混排，執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，以及根據源、目的地和可用性配置控制板。

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

SDN和編排

SDN實現網絡敏捷性；通過貫穿網絡的交換機促進包路徑自動化控制，這些過程被稱為根據網絡上終點的要求或期望之“編排”。編排等同于廣播SDI矩陣控制系統（除了在網絡術語中），與SDN一起，是PMN控制的基礎。

應用程序和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終點。IP路由決定是動態的且不斷變化，因此基于SDN的網絡控制必須根據全網可能的活動了解網絡變化，這與SDI矩陣內一條電纜上單一數據流是相反的。

如OpenFlow（SDN系統一個基于開放標準的部件）這樣的網絡控制應用軟件使網絡控制器知道網絡交換機上數據包的狀況并且控制它們。由于SDN使控制和轉發分離，從而產生一種精密和智能的數據流管理模式。

混合系統共存

混合系統是在網絡上網絡（IP）和數字視頻（SDI）拓撲結構分享基于SDN的控制器的功能，以傳統的基于SDI的設備管理IP視頻實時傳輸（RTP）。廣播設備廠家將這些“網絡控制器”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。B&P;