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交换机在电视台视频网络中的应用

2006-05-29 本刊编辑部 依马狮网


    交换机是所有计算机网络的枢纽设备,在视频网络中同样起到重要的桥梁作用。交换机定义为一种基于MAC地址(网卡的硬件标志)识别,能够在系统中完成信息交换功能,通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径,使数据帧直接由源地址到达目的地址。交换机提供了出色的容量和速度,方便地传输低带宽和高带宽数据。
    在视频网络架构中,交换机分为:以太网交换机,用于IP网络;光纤通道交换机,也称存储交换机,用于SAN网络。

一. 光纤、以太  两大阵容
    目前在电视台的新闻、制作、媒资等网络系统中,光纤通道交换机主要选用Brocade(博科通讯)、McDATA(麦迪数据)、Qlogic的产品。博科是较早进入广电行业的交换机生产厂商,与大洋、索贝、新奥特有着密切的合作,典型的应用案例有CCTV新闻频道、CCTV军事频道、广州电视台全台网、十运会IBC网等;McDATA于近期进入广电行业,以生产高端产品为主,与索贝、大洋均有合作,他们更看好全台网项目,在目前的几个大项目中推荐了导向器交换设备;Qlogic的交换机应用在CCTV高清频道制作系统,该系统的核心是苹果公司的XSAN存储网络。以太网交换机主要选用Cisco(思科网络)、Force10、北电网络、华为3COM、港湾网络的产品。在所有的双网和单网架构中,都能看到以太网交换机的影子。光纤交换机目前还没有国内厂家提供,由于国产以太网交换机价格相对低廉,如华为3COM、港湾网络的产品,因此在电视台中小型网络中应用较为普及。表1是目前用于电视台网络系统(光纤通道)中的主要交换机产品及特性;表2是目前用于电视台网络系统(以太网)中的主要交换机产品及特性。

交换机在电视台视频网络中的应用
    在SAN光纤存储网络架构中,最新的技术应用有四点:(1)采用双FC冗余光纤网络架构,将多台光纤交换机级联形成两个独立的光纤存储网络,这样可以保证在一个FC光纤网络出现故障的时候,另一个FC光纤网络可以正常工作;(2)采用全冗余的级联光纤网络架构,在每个由多台光纤交换机组成的同一FC光纤存储网络中,任意两个交换机之间都采用双链路的冗余连接,这样可以保证任何一台交换机出现故障的时候,不会对整个FC网络造成影响;(3)采用基于硬件的干线合并(Trunking)功能,即任意两台互连的光纤交换机之间采用2条4Cbit/sec的级联连接捆绑成为一个整体的基于ASIC硬件的8Gbit/s干线,从而为光纤交换机间的级联提供了更高的带宽。(4)采用长波的SFP和单模光纤连接,使用光纤交换机的Extended Fabric即远距离连接功能,实现100公里内进行快速高效的在线节目编辑。
交换机在电视台视频网络中的应用
    目前,光纤交换机厂商都推出了导向器级交换机,也称导向器(Storage director)。通常,交换机厂家将32口以下的产品称交换机,32口以上的产品称导向器。导向器可以连接多个SAN环境,举个例子,在CCTV如果希望将新闻、经济、体育、军事等频道的SAN连在一起,这时需要有更多的端口,导向器是一个比较理想的选择方案。
    在以太网络架构中,交换机之间的连接有两种技术:一是堆叠,二是级联。堆叠可以在不中断业务流程的情况下,随意添加新的设备或移除旧的设备。随着站点的增长,实现全线速转发利用特殊的堆叠互联电缆和堆叠软件,可以将多台单独的交换机连接到一个统一的逻辑单元中,主交换机可以自动地创建和升级所有的交换信息和可选的路由表。堆叠技术还可以为组播应用(如视频)提供更高的效率,每个数据分组只需要在堆叠互联上发送一次,就可以为更多的数据流提供更加有效的支持。级联的方式比较容易造成交换机之间的瓶颈,虽然堆叠技术可以增加背板速率,能够消除交换机之间连接的瓶颈问题,但受到距离的限制,而且对交换机数量的限制也比较严格。基于以上原因,厂家又推出了交换机集群技术,可以看成是堆叠和级联技术的综合,这种技术可以将分布在不同地理范围内的交换机逻辑地组合到一起,进行统一的管理。由于固定端口交换机的所有端口都是固化在设备上的,常常难以应对网络调整。模块化交换机是发展方向,因为模块化交换机配备了额外的开放性插槽,用户可以自行选择不同速率、不同功能和不同接口类型的模块以适应不同的网络环境。此外,随着融合多业务的需求日益迫切,复杂的网络环境加剧了网络管理的难度,通过智能交换设备进行网络的集中管理,不仅简化了管理步骤,而且降低了部署和维护的成本。越来越多的用户更愿意将智能交换机作为设备采购的首选,QoS、单一IP地址管理、远程控制等功能成为智能交换机不可或缺的重要特性。

二. 交换机、视频  厂商联袂
    与其它行业相比,广电行业对交换机有什么特殊要求呢?交换机厂商认为,视频网络更强调稳定性、可靠性和扩展性:由于电视台播出是实时的,视频流恒定不变,带宽是满负荷的,相对其它行业而言网络条件更加苛刻;出于政治意义,对重大活动的报道要确保万无一失,更强调可靠性;随着新业务的增加,要求系统有很好的扩展性。但视频网比较单纯,与互联网连接不多,相对来说更能保证安全性。在与视频网络集成商的配合关系中,交换机厂商更多地从存储网络架构的技术层面考虑,而合作伙伴要考虑整个网络架构。交换机厂商还提到,电视台对IT技术观念还不深,在IT设备的投入上还不能向购买传统设备一样花大钱。他们强调,在视频行业中IT技术的地位越来越重要,这种观念应该转变。
    那么作为熟稔广电行业的系统集成商,又如何向用户推荐网络中的交换机设备呢?大洋与思科、北电、博科都有合作,认为交换机已经很产品化,不需要二次开发,主要根据用户意向选型,用户比较认可国外品牌。索贝与博科、McDATA、思科、Force10、华为3COM、港湾网络均有合作,设有专门的交换机产品测试部门,利用交换机专用测试仪器针对电视台业务特点对诸多交换机的性能进行逐一测试,通过测试达到指标的考虑采用。从测试结果老看,交换机产品功能差别不大,性能大都比较稳定,出错率较低。根据网络的预算,在中小型以太网络中,推荐国产交换机以降低成本。新奥特与思科、华为3COM、博科有合作,选型时对交换机进行性能和管理能力测试,并与电视台实际应用挂钩。在网络中,对交换机没有特殊的要求,对厂家设计领域、性能优化、配置模式会提一些要求。现在的网络方案已全部采用4G光纤交换机,认为2G产品很快会停产,4G价格不太高可以一步到位。

三. 选择交换机需要考虑的因素
    自从1999年,光纤通道存储技术和SAN应用被介绍到中国以来,国内的系统应用中SAN系统越来越多,用户选择光纤通道交换设备,可以从端口数量、端口类型、系统要求、带宽要求、管理要求几个技术层面去考虑。从扩展的角度看,需要考察用户系统未来扩展时对端口数量和带宽的要求,以及和服务器、周边存储设备的兼容等因素。
    ·吞吐量  也称吞吐率,是指在一定时间内由一处传输到另一处或被处理的数据量。以太网吞吐率的单位为“兆比特每秒”或“Mb/s”。吞吐量的最大理论值被称为线速,千兆交换机产品都应达到线速。具有全双工功能的交换机可以获得两倍于单工模式通信的吞吐量,可以同时发送和接收数据,并且避免了数据发送与接收之间的碰撞。通常,吞吐量越大越好。
    ·转发技术  存储转发技术要求交换机在接收到全部数据包后再决定如何转发,采用该技术的千兆交换机可以在转发之前检查数据包的完整性和正确性,减少了不必要的数据转发。直通转发则是在交换机收到整个帧之前就已经开始转发数据,这样可以有效地降低交换延迟。但是,交换机在没有完全接收并检查数据包的正确性之前就已经开始转发,这样,交换机会转发所有的完整数据包和错误数据包,这会给整个交换网络带来了许多垃圾通信包。因此, 直通转发技术适用于网络链路质量较好、错误数据包较少的网络环境。
    ·延时  交换机延时(Latency)是指从交换机接收到数据包到开始向目的端口复制数据包之间的时间间隔。采用直通转发技术的交换机有固定的延时,因为直通式交换机不管数据包的整体大小,而只根据目的地址来决定转发方向。采用存储转发技术的交换机由于必

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