Ø KVM技术的发展

Ø 什么是IP分布式KVM

1. 为使音视频信号能够在IP网络上传输，必须通过某种协议转换算法，将音视频信号转换成能在网络上传输的格式，并做一些处理(比如压缩)，最后在到达目的地后再转换回音视频信号。这个过程就是编解码。

2. 因编解码算法不同，造成的压缩比也不同，从而占用的网络带宽也不同。

3. 通常压缩比越高，占用带宽越小，但延迟越大，画质越差。

Ø IP分布式KVM的传统优势

Ø 大规模坐席协作首要考虑的需求

1. 大数量信号源接入及大数量显示输出

2. 大负载使用时KVM无延迟

3. 大量4K信号源接入

4. 系统可靠性

小结：大规模坐席项目需求重点并不是IP分布式KVM的优势所在

(一) 从网络原理看IP分布式KVM

1. IP分布式坐席的核心承载——以太网

采用一种称为载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection)的共享访问方案，即多个工作站都连接在一条总线上，所有的工作站都不断向总线上发出监听信号，但在同一时刻只能有一个工作站在总线上进行传输，而其它工作站必须等待其传输结束后再开始自己的传输。

总线型拓扑的优缺点：

优点：

• 网络结构简单，易于网络扩展;

• 安装和使用方便;

• 单个节点的故障不会涉及整个网络。

缺点：

• 总线传输范围有限;

• 总线故障会导致全网中断;

• 易于发生数据碰撞，线路争用现象比较严重;

• 分布式协议不能保证信息的及时传送，不具有实时功能，站点必须有介质访问控制功能，从而增加了站点的硬件和软件开销。

以太网广播：

广播：是一种信息的传播方式，指网络中的某一设备同时向网络中所有的其它设备发送数据，这个数据所能广播到的范围即为广播域(Broadcast Domain)。

网络中的主机寻址、数据分发、周期查询等动作很多采用广播方式完成。

广播风暴：当广播数据充斥网络无法处理，并占用大量网络带宽，导致正常业务不能运行，甚至彻底瘫痪。产生广播风暴的原因包括：

• 广播域过大

• 病毒或黑客入侵

• 链路环路

2. IP分布式坐席的核心协议——TCP/IP

• 传输控制协议(TCP)：是一种可靠的、通过“三次握手”来连接的数据传输服务，数据包丢失会重传。

优点： 可靠，稳定，有确认、窗口、重传、拥塞控制机制。

缺点：慢，效率低，占用系统资源高，易被攻击。

主要应用：邮件，远程登录等等。

• 用户数据报协议(UDP)：提供不保证可靠的、无连接的数据传输服务。

优点： 无状态的传输协议，所以传递数据时非常快。

缺点：不可靠，不稳定，如果网络质量不好，就会很容易丢包。

主要应用：NDS，广播，即时通讯，音视频通讯等等。

• 在TCP/IP协议中，TCP协议提供可靠的连接服务，采用三次握手建立一个连接。

3. IP分布式KVM肯定用到的特性——组播

组播的作用：能够解决点到多点传输;源发送一份数据，仅指定客户端接收该数据。

• 为节省带宽，IP分布式KVM都是用组播方式传输。

• 跨网段访问时，需要配置组播路由协议，否则组播跨网段后会切换成广播，造成全网广播泛洪。

4. 大规模部署下的网络规划

1) IP分布式KVM网络结构，要求尽量在二层网络组网，不使用三层路由

• 二层转发比三层转发效率高

• 无需涉及组播路由协议

2) 大规模部署，必须使用三层网络组网

• 为避免广播风暴，大规模部署必须划分VLAN，而二层VLAN会导致访问隔离

• 为实现跨VLAN通讯，必须采用三层交换机，做VLAN间路由

• 组播协议跨VLAN必须配置组播路由协议，配置及维护复杂度暴增

(二) 大规模部署下IP分布式KVM面临的带宽挑战

1. 网络核心设备——交换机

转发模式：

• 直通转发：无校验，无缓存，转发快

• 存储转发：先缓存、校验，再转发，转发速度慢，但出错几率小

• 碎片隔离式：收取64字节才开始转发，减少转发出错几率

背板带宽：

• 交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量。背板带宽标志了交换机总的数据交换能力，单位一般为Gbps，也叫交换带宽，一般的交换机的背板带宽从几Gbps到上Tbps不等。

线速交换：

• 交换机转发能力的一个标准，达到线速标准的设备，避免了非线速设备的转发瓶颈，称作“无阻塞处理”。

• 交换能力：内核CPU与总线的传输容量，一般比背板带宽小，单位Gbps ;

• 包转发率：包转发线速的衡量标准———是以单位时间内发送64byte的数据包(最小包)的个数作为计算基准的，单位Mpps(百万包/秒)。

结论：市面上绝大多数交换机是存储转发模式，数据传输存在一定延时。大多数的交换机实际性能达不到标称的线速交换

2. 传统网络的架构设计

3. 传统网络架构不适合音视频领域应用

4. IP分布式坐席的组网

5. 大规模坐席对IP分布式KVM的带宽挑战

(三) IP分布式KVM的可靠性

交换机通过虚拟路由冗余协议(简称VRRP)实现双机热备

• VRRP一般作用于两台核心交换机之间;

• 大规模组网时，编解码器节点都是连接接入层交换机，而接入层交换机一般不设置VRRP，实际上节点链路没有备份机制;

• 如果每台接入层交换机都设置VRRP，那么大规模组网时的级联端口数都需要翻倍，每台接入交换机的实际可用端口将变得非常有限。

(四) 大规模部署的最佳选择：分布式光纤KVM

1、 光纤KVM的音视频处理

• Crosspoint在每个输入和输出之间建立“全网状”连接，这样各个端口之间可以“同时”地进行交换，各个端口之间不会相互影响，因此不会出现阻塞。

• FPGA提供更大的并行度，在处理视频信号时，FPGA芯片可以充分利用自身的速度和结构优势，使图像信息的位宽拓宽，利用内部的逻辑功能提高图像处理的速度。

2、 光纤KVM的带宽

• 光纤KVM每通道都是独立带宽，互不影响;

• 4K30甚至4K60分辨率也是通过单一通道传输，无需多条链路;

• 对于光纤KVM用户来说，只要关心有多少设备要接入即可需;

• 由于带宽可靠，在保证KVM传输的同时，还能支持高速数据传输，例如USB3.0。

3、 光纤KVM的大主机容量

• 模块化主机

• 单机支持816通道

4、 光纤KVM的冗余热备架构

5、 光纤KVM的信息安全

MediaComm美凯采用私有协议包，非TCP/IP方式，把数据业务信息和管理控制信息完全剥离，通过专用物理信道承载管理控制信息，使系统完全独立，没有任何通道可以泄露信息

6、 光纤KVM应用场景：大规模/关键任务环境

关键任务环境：超大规模系统、大规模数据并发处理、实时作战指挥控制、高强度连续运行、数据保密高要求。

显著需求特征：

• 需要处理100路以上的信号通道

• 各级领导一线检查、亲自坐镇指挥

• 需要实时处理超大规模并发数据业务

• 对信号操作的实时流畅，零延时、无黑屏

• 7×24小时无故障运行的稳定性

• 涉密数据无泄露防窃取

• 超高清图像显示质量

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责任编辑：kj005

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