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【一周一故事】

NETGEAR 智慧网络助力音视频伙伴解决困难

NETGEAR 始终将创新视为重要的企业文化之一。创新不仅体现在 NETGEAR 致力于为全球用户提供创新,优质的产品,也体现在我们同时为客户提供创造性的解决方案。

两年以来,NETGEAR M4300 系列交换机始终是全球专业视听领域的精英们在面临 AV-over-IP 的转型浪潮中所推崇的制胜利器。
 
虽然 NETGEAR 始终建议在网络解决方案中提供冗余配备,但似乎线缆冗余与设备冗余并不在传统视听行业的考量范围内,所以市场上大多数第一代 AV-over-IP 编解码设备很少提供必要的硬件设计,以达成冗余网络组建的需求,或者即使提供了双网络端口,其设计本身也与冗余性无缘,今天让我们通过真实案例一睹 NETGEAR 如何在音视频设备硬件受限的情况下,帮助合作伙伴组建冗余网络。

项目背景

传统音视频行业不甚重视设备冗余性, 这就是为什么市场上大多数音视频编解码器只包含1个网络端口,或者即使包含多个网络接口,其设计也不是出于冗余目的。

例如在上图(厂商标志被擦除,下同)的编解码器中, 虽然包含两个 RJ45 接口,但是其设计目的中,只有左侧的端口的是用来传递音视频数据,而右侧的 RJ45 接口则是 1G 版本,用来传输应用数据。

在与此类似的另外一款音视频编解码器中,我们可以看到,网络接口有 3 个,分别是左侧的 2 个 RJ45 以及右侧紧邻的 SFP+ 端口,虽然看上去很像冗余的端口配备,但是让我们看一下设备制造商的技术规格描述: “设备包含2个 RJ45 局域网接口。任何一个端口都可以用于局域网连接,另一个则用于连接显示器等其他设备。这些端口也可以被用于单一视频源的链式多输出结构。”,由此看来在硬件设计上并未兼顾网络链路与网络设备的冗余性,我们能否在此基础上帮助合作伙伴达成冗余接入的需求?

如何达成网络冗余

对于终端设备来说,如要实现链路冗余,其在硬件结构上必须要有足够的网络接口数量(大于等于2),而软件层面上是否要有所依赖呢,我们根据不同的情况,逐一来看一下:

  • 链路聚合
    链路聚合又叫 LAG,也称之为端口聚合或端口汇聚,允许用户将多条全双工的以太网链路结合成一条逻辑链路。 网络设备会将这条逻辑链路当作单一链路对待,这同时提供了链路冗余与负载均衡两项收益。 链路聚合可以是静态的,也可以是动态的,聚合组的所有参与者都必须遵循相同协议,这意味着音视频编解码器要在软件上支持动态,或者静态链路聚合功能才可以使用,显然在此项目中,链路聚合功能不可用。
  • 生成树
    生成树协议也称为 STP,其为网络提供一个树状拓扑,即为网络终端节点提供一条唯一路径,以避免环路出现。 常见的生成树协议包括 STP 多STP,以及快速STP。 生成树协议依赖传递 BPDU 完成树的收敛,但是遗憾的是,本项目所使用的编解码器会丢弃 BPDU,这将导致错误的成树,形成环路,进而引发广播风暴,所以此项目中生成树技术不可用。
  • 端口保护
    端口保护是一种安全技术,如果一个端口被配置成保护端口,它不会将数据转发给其他保护端口。 而数据可以在非保护端口间,以及非保护端口和保护端口间传递,例如本图中,如果在交换机上将两台 PC 所接入的2个端口设置为保护端口,接入互联网的以太网端口设置为非保护端口,那么两台 PC 间将无法相互传递数据,但是都可以访问互联网资源。 保护端口技术是一个不依赖于终端设备的技术,即使在编解码器不做支持的情况下依然可以生效,但是如果使用此项技术,用户只能将解码器的一组2个端口放入保护组,而编码器只能有1个端口落入非保护组,冗余程度并不良好。
  • 端口安全与端口禁用和自动恢复技术
    端口错误禁用功能会在错误被检测到时自动禁用端口,在没有启用端口前,数据不可以籍此通行,如果配置了自动恢复功能,端口可以周期性恢复。 如果一个端口检测到错误情况,交换机会令这一端口陷入错误关闭状态并关闭端口,出于错误关闭状态的端口在重新启用前不允许转发任何流量,这一举措虽然可以在一定程度达到冗余需求,但是检测周期的最小时间间隔是 30 秒,这意味着链路故障发生后可能的等待时间是 30 秒,另一方面,每个轮询周期被关闭的端口都会重新进入使能状态,并被再次关闭,这一过程会一定程度干扰现有通讯。所以此技术并不适合项目需求。
  • 链路依赖
    链路依赖功能提供了一项基于一条或多条不同的链路状态来启用或关闭一条或多条其他端口的能力。当链路依赖在一个端口启用,此端口的链路状态将依赖于另一个端口的链路状态。举例来说,端口 A 依赖于端口 B,当交换机检测到端口B 的链路丢失,将自动恢复端口 A 的链路通讯,当端口B 的链路恢复,交换机会自动断开端口 A 的链路。这一技术创造性的实现了音视频编解码器的链路冗余要求,即使编解码器在软件设计上并未考量对网络冗余的需求.

对比测试

每 30 秒时间间隔产生的黑屏问题(首层交换机) 以及使用创造性的解决方案实现的可靠的有冗余链路的组网方案(中间和底层 NETGEAR M4300 交换机),最后我们将2组 2x2音视频编解码器全部接入一个 有 2台 NETGEAR M4300 所组建的脊叶架构高速冗余交换网络中.

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