SD-RTN毫秒級(jí)網(wǎng)絡(luò)加速的技術(shù)變革

如果視頻直播的端到端延遲必須嚴(yán)格控制在 500 毫秒以?xún)?nèi)，使之具備和視頻連麥相同的低延遲體驗(yàn)，現(xiàn)在的 CDN 加速技術(shù)還能起作用嗎？首先數(shù)據(jù)不能有cache，TCP 的延遲累積必須消除，甚至 RTMP 協(xié)議也要切換到 WebRTC 的技術(shù)架構(gòu)。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)視頻應(yīng)用領(lǐng)域正在快速演變中的一切，我們先姑且稱(chēng)之為網(wǎng)絡(luò)延遲革命吧。

運(yùn)營(yíng)商們對(duì)上述網(wǎng)絡(luò)延遲革命顯然是敏感的，正著力推動(dòng) SDN/NFV 的建設(shè)：三層解耦，網(wǎng)絡(luò)云化和發(fā)展 ONAP 已經(jīng)成為行業(yè)的共識(shí)。那么隨著 underlay 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力的提升是否會(huì)極大的消弱 underlay 的網(wǎng)絡(luò)加速技術(shù)的依賴(lài)呢？答案是肯定的。但是實(shí)際的情況卻是，我們目前還無(wú)法完全依賴(lài)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)來(lái)開(kāi)發(fā)一款完全免費(fèi)的全球?qū)崟r(shí)音視頻通話(huà)類(lèi)應(yīng)用。比如說(shuō)，如果想開(kāi)展類(lèi)似 QQ 微信音視頻聊天那樣的業(yè)務(wù)，還必須依靠 underlay 網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)加速技術(shù)來(lái)解決 NAT 穿透失敗和“四跨”的問(wèn)題。這里所述“四跨”是指跨國(guó)、跨運(yùn)營(yíng)商、跨地域、跨時(shí)段的網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量存在波動(dòng)的問(wèn)題。

本文討論的 SD-RTN(Software Defined Real-time Network) 就是一種上述的underlay 網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)加速技術(shù)。相比 CDN 而言，SD-RTN 提供的是以 UDP 協(xié)議為主的，端到端網(wǎng)絡(luò)延遲為毫秒級(jí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸云服務(wù)。SD-RTN 是一種可承載任何點(diǎn)到點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸需求的業(yè)務(wù)架構(gòu)：只要調(diào)用開(kāi)放的 API，無(wú)論是實(shí)時(shí)視頻（會(huì)議、教育、直播、社交、監(jiān)控、VR）、文件傳輸（短視頻、辦公）還是高速數(shù)據(jù)同步（游戲、AI、IOT、物聯(lián)網(wǎng)）都可以很方便的接入 SD-RTN的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸云服務(wù)。

所謂融合 SD-RTN 則是指不以獨(dú)占的方式租用 POP 節(jié)點(diǎn)和購(gòu)買(mǎi)托管服務(wù)器，而是在已經(jīng)虛擬化的網(wǎng)絡(luò)和和服務(wù)器基礎(chǔ)之上，以共享方式搭建的 SD-RTN。融合 SD-RTN 是一個(gè)完全彈性的中轉(zhuǎn)加速網(wǎng)絡(luò)，可以很好的解決網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)資源投入和業(yè)務(wù)發(fā)展速度之間的矛盾。畢竟不是每個(gè)公司的業(yè)務(wù)量都足夠大，可以支撐大量購(gòu)買(mǎi)服務(wù)器和租用 BGP 線(xiàn)路的高額成本。

融合 SD-RTN 利用了共享節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)，所以必須彈性的利用網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)資源，不能對(duì)已有的其他業(yè)務(wù)造成強(qiáng)烈沖擊。為此我們引入了兩個(gè)技術(shù)理念：

1、自動(dòng)擁塞規(guī)避的端到端動(dòng)態(tài)路由算法；

2、用 99%可靠的節(jié)點(diǎn)構(gòu)建 99.9%穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)。

端到端動(dòng)態(tài)路由算法要求服務(wù)器的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)模塊對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的可用空閑帶寬具備實(shí)時(shí)檢測(cè)能力和瞬時(shí)路徑切換能力，而且這種路徑切換必須是業(yè)務(wù)無(wú)感知的。為此，我們開(kāi)發(fā)了完善的 QoE 機(jī)制：包括丟包、延遲和抖動(dòng)實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，多路徑熱備份等。而用 99%可靠的節(jié)點(diǎn)構(gòu)建 99.9%穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)，就意味著融合 SD-RTN 的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)必須是實(shí)時(shí)更新，高度自愈的。所以我們利用 QoE 機(jī)制，并增加了全網(wǎng)測(cè)速功能，讓每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都擁有一個(gè)實(shí)時(shí)計(jì)算的，可動(dòng)態(tài)更新的拓?fù)錁?shù)結(jié)構(gòu)。

融合 SD-RTN 作為通用的點(diǎn)到點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸云平臺(tái)，集中體現(xiàn)在具備以下技術(shù)特點(diǎn)：1、共享節(jié)點(diǎn)；2、協(xié)議優(yōu)化；3、接近接入；4、動(dòng)態(tài)路由；5、云端QoE；6、通用架構(gòu)。首先共享節(jié)點(diǎn)，不再贅述。其次協(xié)議優(yōu)化是指同時(shí)支持UDP/TCP 協(xié)議接入，并且針對(duì) TCP 接入的情況下，SD-RTN 內(nèi)部可自動(dòng)轉(zhuǎn)換成QUIC 協(xié)議來(lái)減少延遲累積的產(chǎn)生。就近接入是指利用全球 IP 經(jīng)驗(yàn)庫(kù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)分配最佳中轉(zhuǎn)接入點(diǎn)，如果遇到運(yùn)營(yíng)商的 underlay 網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量足夠好的時(shí)候，則盡量避免引入多跳數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)。動(dòng)態(tài)路由指的是端到端傳輸路徑實(shí)時(shí)可切換，并且對(duì)具體業(yè)務(wù)而言是完全無(wú)感知的。云端 QoE 不僅為數(shù)據(jù)的可靠傳輸提供了完善的機(jī)制，也是實(shí)現(xiàn)共享節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)的基礎(chǔ)。而且云端 QoE 必須是靈活可配置的，針對(duì)丟包、延遲和抖動(dòng)敏感度不同的業(yè)務(wù)類(lèi)型，自動(dòng)編排傳輸路徑質(zhì)量計(jì)算的權(quán)重。通用架構(gòu)是指用 S2S(server to server)、C2S(client to server)和 C2C(client to client)三種 API 接入流程來(lái)涵蓋了所有的業(yè)務(wù)場(chǎng)景的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸云服務(wù)。

上述通用架構(gòu)的 S2S 接入流程，主要針對(duì)的是服務(wù)器之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步。其特點(diǎn)是兩端都有公網(wǎng) IP，可以調(diào)用 API 通知 SD-RTN 的接入點(diǎn)向指定的 IP 和端口發(fā)送數(shù)據(jù)。而 C2S 接入流程是目前最為廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，特點(diǎn)是一端是服務(wù)器，另一端是位于在 NAT 后面使用私有 IP 的終端。此終端接入 SD-RTN 必須使用經(jīng)過(guò) NAT 映射之后的公網(wǎng) IP，并且在創(chuàng)建完會(huì)話(huà)后需要主動(dòng)向 SD-RTN 的接入點(diǎn)發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)包，這樣才能建立起完整的 TCP/UDP 雙向數(shù)據(jù)通道。最后 C2C接入流程針對(duì)的是終端間的直連場(chǎng)景，比如社交中的雙人音視頻聊天。在 C2C 接入流程中，SD-RTN 中的 API 服務(wù)器實(shí)際承擔(dān)了 NAT 穿透 stun 打洞服務(wù)器的角色，SD-RTN 的接入點(diǎn)則是 TURN 服務(wù)器的角色。