淺析Dante技術(shù)要點(diǎn)及其應(yīng)用

尤家斌

【摘 要】 針對Dante數(shù)字網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)提出的一些特定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議要求進(jìn)行分析，并以實(shí)際應(yīng)用例子加以總結(jié)，為專業(yè) 音頻工程師在Dante網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)的搭建和調(diào)試提供一定的入門指引。

【關(guān)鍵詞】 Dante；網(wǎng)絡(luò)音頻協(xié)議；時(shí)鐘；同步；設(shè)定

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.03.005

Analysis of Dante Technology and Its Application

YOU Jia-bin

（ACE， Beijing 100121，China）

【Abstract】This article mainly analyzed and summarized the Dante digital network technology and its own specialized network-protocol requirements with practical experiences.

【Key Words】Dante；network audio protocol；clock；synchronous；setting

1 引言

Dante數(shù)字網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)是基于千兆以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臒o壓縮、專業(yè)級的數(shù)字音頻傳輸技術(shù)（AoIP）。經(jīng)過了十年的發(fā)展，Dante技術(shù)已被廣泛應(yīng)用在全球?qū)I(yè)音頻產(chǎn)品之中。Dante技術(shù)在音頻系統(tǒng)中的運(yùn)用滿足了系統(tǒng)大規(guī)模、遠(yuǎn)距離的傳輸需求，支持?jǐn)?shù)字音頻信號網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)脑O(shè)備甚至可達(dá)數(shù)十臺甚至上百臺，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的數(shù)字信號互聯(lián)互通，并具有穩(wěn)定可靠的信號同步等功能，網(wǎng)絡(luò)操作部分的復(fù)雜性、自適應(yīng)性、易用性不斷優(yōu)化。

伴隨各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的加入，對音頻系統(tǒng)工程師的要求就不僅僅局限于掌握音頻設(shè)備的合理選用、系統(tǒng)的聯(lián)通調(diào)試、聲音的調(diào)整，還要具備相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識和調(diào)試技術(shù)，才能為網(wǎng)絡(luò)數(shù)字音頻信號的穩(wěn)定傳輸提供完善安全的保障。

在網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用設(shè)定方面，簡單的網(wǎng)絡(luò)不再能滿足大容量的系統(tǒng)需求。筆者綜合以往在大型Dante網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合相關(guān)的文獻(xiàn)資料，分析并總結(jié)了Dante數(shù)字網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)及其在應(yīng)用中的設(shè)置方法。

2 Dante網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)

2.1 Dante網(wǎng)絡(luò)音頻信號的傳輸及其時(shí)鐘同步

傳統(tǒng)的數(shù)字音頻信號基本是以TDM（Time Division Multiplexing，時(shí)分復(fù)用）方式實(shí)現(xiàn)傳輸，如ADTA、MADI、AES/EBU3等。TDM傳輸?shù)木窒拊谟谛盘枮辄c(diǎn)對點(diǎn)傳輸（即單播），一般用串聯(lián)鏈路或環(huán)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)同步。

Dante技術(shù)是基于以太網(wǎng)物理鏈接架構(gòu)的音頻系統(tǒng)，星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)十分常用，使用TDM方式較難實(shí)現(xiàn)整體同步，因此，Dante系統(tǒng)采用PTP（Precision TimeProtocol，精密時(shí)間協(xié)議）。PTP協(xié)議使用了IEEE1588（網(wǎng)絡(luò)測量和控制系統(tǒng)的精密時(shí)鐘同步標(biāo)準(zhǔn)）作為時(shí)鐘同步，其精度可達(dá)微秒級，常用在對時(shí)間控制需求極為精準(zhǔn)的系統(tǒng)內(nèi)。

2.1.1 主、從時(shí)鐘（Master/Slave）

數(shù)字電路的啟動(dòng)運(yùn)行，需要具備三個(gè)條件：供電、時(shí)鐘、復(fù)位。數(shù)字電路的所有運(yùn)算都是按著一定的頻率運(yùn)行的，時(shí)鐘是量化頻率的工具。如果時(shí)鐘失效，數(shù)字電路將無法正常工作。數(shù)字電路中同步時(shí)鐘源有且只有一個(gè)，稱為主時(shí)鐘源，其余設(shè)備的時(shí)鐘都是跟隨、服從主時(shí)鐘源的信號進(jìn)行同步工作。

在整個(gè)Dante網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，分配主、從時(shí)鐘設(shè)備，基于以下順序決定（見圖1）：

①PreferredMaster——Dante設(shè)備是否允許做主時(shí)鐘；

②Enable Sync To External——Dante設(shè)備是否強(qiáng)制外同步；

③Dante設(shè)備有更高的時(shí)鐘優(yōu)先級設(shè)置；

④Dante設(shè)備有更小的MAC地址。

當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)有多于一臺設(shè)備具有相同的時(shí)鐘選型設(shè)定，系統(tǒng)將按上述的順序逐級遴選出一個(gè)主時(shí)鐘設(shè)備。例如各設(shè)備①、②、③項(xiàng)的設(shè)定都一致，系統(tǒng)會對比兩臺設(shè)備MAC地址大小，用更小MAC地址的設(shè)備做主時(shí)鐘。系統(tǒng)內(nèi)一旦選定主時(shí)鐘設(shè)備后，主時(shí)鐘設(shè)備會用組播的方式將時(shí)鐘信息傳遞到其余設(shè)備實(shí)現(xiàn)從時(shí)鐘鎖定。

由于網(wǎng)絡(luò)傳輸具有一定的延時(shí)，從時(shí)鐘設(shè)備接收到主時(shí)鐘信號會有一定的偏差值，所以從時(shí)鐘設(shè)備會發(fā)出一個(gè)延時(shí)信息給主時(shí)鐘設(shè)備，主時(shí)鐘設(shè)備確認(rèn)延時(shí)數(shù)據(jù)是合理準(zhǔn)確后，會將延時(shí)量加嵌入時(shí)鐘信息中，使所有從時(shí)鐘設(shè)備都能獲得穩(wěn)定的同步。Dante系統(tǒng)每秒都會進(jìn)行若干次延時(shí)校正。

如主時(shí)鐘設(shè)備丟失（設(shè)備失電或線路中斷），系統(tǒng)會在從時(shí)鐘設(shè)備中自動(dòng)快速地按優(yōu)先級重新確定新的主時(shí)鐘源設(shè)備，此時(shí)系統(tǒng)所有的時(shí)鐘關(guān)系將會重新建立。這種時(shí)鐘源的切換和接管動(dòng)作，僅是時(shí)鐘關(guān)系的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變過程中不會引起聲音中斷或同步時(shí)鐘出錯(cuò)的現(xiàn)象。

2.1.2 Dante設(shè)備與外部時(shí)鐘

主時(shí)鐘頻率可以從Dante設(shè)備自身產(chǎn)生，也可以強(qiáng)制跟隨外部時(shí)鐘源，見圖2。強(qiáng)制跟隨外部時(shí)鐘源時(shí)，Dante設(shè)備自身時(shí)鐘與外部時(shí)鐘源存在約0.1μs的鎖定時(shí)間差。如果外部時(shí)鐘源存在嚴(yán)重的漂移或不穩(wěn)定，如48 kHz頻率呈現(xiàn)±1 kHz抖動(dòng)，Dante設(shè)備自身將會重新矯正時(shí)鐘頻率，并再次生成給整個(gè)系統(tǒng)從時(shí)鐘設(shè)備的延時(shí)量信息，這個(gè)矯正時(shí)間需要數(shù)秒鐘。所以在這種情況下，Dante系統(tǒng)將會出現(xiàn)聲音中斷現(xiàn)象。

按照Dante協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，同步時(shí)鐘偏差應(yīng)小于±1μs。但在實(shí)際的應(yīng)用中，如果具備良好網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及其合適的設(shè)定，時(shí)鐘的抖動(dòng)一般小于±0.2μs。按照48 kHz采樣頻率一個(gè)周期的時(shí)間是20.8μs，因此，只要1/100周期的時(shí)間就可以實(shí)現(xiàn)Dante設(shè)備與外部設(shè)備間的時(shí)鐘精確鎖定同步。

2.2 延時(shí)（Latency）

Dante協(xié)議是基于以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)（以交換機(jī)為主）進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，相比較于點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸方式，必然會存在更長的數(shù)據(jù)傳遞延時(shí)。每臺交換機(jī)內(nèi)部會對數(shù)據(jù)包進(jìn)行一系列的處理，包括而不僅限于錯(cuò)誤校驗(yàn)、MAC地址學(xué)習(xí)、存儲轉(zhuǎn)發(fā)、碎片隔離過濾、消除回路、廣播控制、子網(wǎng)劃分等。如果在一個(gè)傳輸鏈路上存在多臺交換機(jī)的級聯(lián)，則延時(shí)時(shí)間將會更大。

Dante接口的音頻設(shè)備一般會有以下兩種接口方式。

（1）唯一接口。這種設(shè)備接口具有固定的延時(shí)值，理解為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備。

（2）兩個(gè)或以上接口（并非指Main/Redundancy主備網(wǎng)絡(luò)接口）。這種設(shè)備內(nèi)部集成了交換機(jī)模塊，容許用戶在不使用外部交換機(jī)設(shè)備情況下，實(shí)現(xiàn)“菊花串鏈”的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

通常情況下，每臺交換機(jī)的延時(shí)量可以采用100μs估算。從音頻用戶角度來說，傳輸延時(shí)量越小越好，甚至“零延時(shí)”的理想狀態(tài)。但這個(gè)延時(shí)是無法避免的，所以用戶只能根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選擇最合理的延時(shí)值。Dante Controller管理軟件內(nèi)有對設(shè)備延時(shí)量選擇設(shè)定的選項(xiàng)。

在設(shè)備延時(shí)設(shè)定選項(xiàng)中（見圖3），是根據(jù)音頻系統(tǒng)中交換機(jī)數(shù)量而選擇一個(gè)延時(shí)值。這個(gè)交換機(jī)并非單指網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，還包括音頻設(shè)備終端的網(wǎng)絡(luò)模塊。如圖4所示，音頻系統(tǒng)中有三個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)，因此可以選擇0.25 ms（或更大）的延時(shí)設(shè)定。如圖5所示，音頻系統(tǒng)中有四個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)，因此可以選擇0.5 ms（或更大）的延時(shí)設(shè)定。

在大型擴(kuò)聲系統(tǒng)中，返送系統(tǒng)一般都力求最小的延時(shí)量，最小的延時(shí)量可以使演員有更佳的聽音感覺。對于圖5中的系統(tǒng)，可以單獨(dú)設(shè)定不同設(shè)備的延時(shí)量：無線傳聲器、交換機(jī)A、返送調(diào)音臺通過了三個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)，可以選擇0.25 ms的延時(shí)設(shè)定；交換機(jī)B、擴(kuò)聲調(diào)音臺可以選擇0.5 ms的延時(shí)設(shè)定。在同一個(gè)系統(tǒng)中，不同設(shè)備可以擁有不同的延時(shí)量。如果音頻發(fā)送端和音頻接收端的延時(shí)設(shè)定不一致，系統(tǒng)會自動(dòng)選擇較高延時(shí)值進(jìn)行傳輸。

在設(shè)定項(xiàng)里面，1 ms是默認(rèn)值，可以滿足數(shù)據(jù)安全通過十個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)內(nèi)部也預(yù)留了足夠的冗余糾錯(cuò)時(shí)間；5 ms的設(shè)定值一般只在故障分析等特殊狀態(tài)下使用，一般不會采用。雖然在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基礎(chǔ)極佳的測試系統(tǒng)中，0.25 ms延時(shí)值設(shè)定也可以通過十個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)，但在一般的網(wǎng)絡(luò)情況下，如果設(shè)定了過低的延時(shí)值，音頻數(shù)據(jù)包可能會丟失，造成音頻信號中斷的現(xiàn)象。

如果音頻數(shù)據(jù)發(fā)送采用了Multicast（組播）的傳輸方式，交換機(jī)需要時(shí)間分析并控制Multicast數(shù)據(jù)包的路由方向，在這種情況下，音頻傳輸會產(chǎn)生出由交換機(jī)引起的1 ms延時(shí)。這個(gè)1 ms的延時(shí)量，并不在延時(shí)設(shè)定控制范圍內(nèi)。但用戶可以通過對交換機(jī)進(jìn)行合適的QoS（Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量）和IGMP Snooping（Internet Group Management Protocol Snooping，互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議窺探）設(shè)定來降低該延時(shí)值（下文介紹）。

2.3 采樣頻率（SampleRate）

同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的音頻系統(tǒng)內(nèi)，不同采樣頻率的Dante設(shè)備可以共存，但設(shè)備并不具備采樣率轉(zhuǎn)換能力，因此不同采樣頻率的設(shè)備之間不能相互傳輸音頻數(shù)據(jù)，如圖6所示。在Dante Conrtoller上能顯示網(wǎng)絡(luò)上所有不同采樣率的Dante設(shè)備，但不能進(jìn)行相互間的路由配置。

2.4 量化深度（Bit Depth）

在同一音頻系統(tǒng)內(nèi)，不同的Dante設(shè)備容許以不同的量化深度工作，如圖7所示，在采樣率相同的前提下可以相互傳輸音頻數(shù)據(jù)包。當(dāng)一個(gè)Dante設(shè)備發(fā)送24 bit量化深度的音頻數(shù)據(jù)，被一個(gè)設(shè)定為32 bit的Dante設(shè)備接收，接收端自動(dòng)補(bǔ)償8 bit的“0”數(shù)據(jù)補(bǔ)償；一個(gè)Dante設(shè)備發(fā)送32 bit量化深度的音頻數(shù)據(jù)，被一個(gè)設(shè)定為24 bit的Dante設(shè)備接收，接收端自動(dòng)舍棄最后8 bit的數(shù)據(jù)。

2.5 數(shù)據(jù)流/數(shù)據(jù)包（Flows）

如果在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，每個(gè)獨(dú)立的音頻通道都使用各自的收發(fā)地址的包頭信息，那么對于具有相同路由及設(shè)備信息的數(shù)據(jù)流，無形中產(chǎn)生了一定數(shù)據(jù)的冗余，增加了網(wǎng)絡(luò)的壓力。Dante協(xié)議會將若干音頻通道的Flows（數(shù)據(jù)流）封裝為一組，共用包頭信息，提高網(wǎng)絡(luò)的利用效率。

Dante協(xié)議設(shè)定，如果具有多個(gè)相同的發(fā)送和接收端的音頻通道，系統(tǒng)自動(dòng)將以每4個(gè)音頻通道封裝成一個(gè)Flows進(jìn)行傳輸，因此如果兩設(shè)備之間需要單向傳輸32通道音頻信號，則需要8個(gè)Flows。

由于每個(gè)Dante設(shè)備只有有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬，以Brooklyn II模塊為例，在Transmit信息里面可以清楚看到設(shè)備正在使用的Flows數(shù)量（見圖8），并且在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)內(nèi)能看到實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)發(fā)送量以及是否出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤信息。Brooklyn II模塊容許最大傳輸32個(gè)Flows，因此可以實(shí)現(xiàn)的傳輸可能：

（1）發(fā)送傳輸4通道音頻到32個(gè)不同的接收設(shè)備；

（2）發(fā)送傳輸8通道音頻到16個(gè)不同的接收設(shè)備；

（3）發(fā)送傳輸16通道音頻到8個(gè)不同的接收設(shè)備；

（4）發(fā)送傳輸32通道音頻到4個(gè)不同的接收設(shè)備。

所以，具有Brooklyn II模塊的Dante設(shè)備，可以做到32×4的音頻分配功能。例如可以將多軌播放機(jī)信號分配給擴(kuò)聲、返送、播出、錄制四個(gè)系統(tǒng)，見圖9。

3 Dante網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用設(shè)定

3.1 單播（Unicast）/組播（Multicast）

在默認(rèn)情況下，Dante的Flows都是以單播的方式傳輸數(shù)據(jù)，所以能夠有效地控制網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。如果將裝有Brooklyn II模塊的Dante設(shè)備64路音頻通道分配給超過2臺的接收設(shè)備，則需要選用組播的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

組播的傳輸方式是通過交換機(jī)硬件復(fù)制及轉(zhuǎn)發(fā)，將數(shù)據(jù)以廣播方式發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有Dante接收設(shè)備。通過組播的方式，可以實(shí)現(xiàn)的傳輸可能：

（1）2路音頻通道分配給40臺功放設(shè)備；

（2）32路音頻通道分配給6臺的接收設(shè)備。

DanteVirtualSoundcard僅有16個(gè)Flows（16Flows×4通道=64通道），如果需要將64通道分別傳輸給兩個(gè)調(diào)音臺（共128通道），則只能使用組播方式進(jìn)行。

Dante設(shè)備采用組播方式傳輸?shù)脑O(shè)置方式如圖10，Device View-->Transmit tab，點(diǎn)選創(chuàng)建新組播按鈕，勾選所需要進(jìn)行組播的通道。在組播的Flows里面，最多可以有8路音頻通道進(jìn)行一組封裝。在Events頁面，能看到目前網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)組播占用的帶寬。

在非必要情況下，盡量避免采用組播方式傳輸，組播會增加交換機(jī)及網(wǎng)絡(luò)的帶寬壓力，在通常情況下，組播會將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有Dante接收設(shè)備。如果選用具備IGMPSnooping或Multicast過濾管理能力的交換機(jī)，就可以有效地控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到指定的接收設(shè)備。

3.2 QoS

QoS是網(wǎng)絡(luò)的一種安全機(jī)制，用來解決網(wǎng)絡(luò)延遲和阻塞等問題的一種技術(shù)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)過載或擁塞時(shí)，所有的數(shù)據(jù)流都有可能被丟棄。QoS能根據(jù)用戶的要求分配和調(diào)度資源，確保重要數(shù)據(jù)不受延遲或丟棄，對不同的級別數(shù)據(jù)流提供不同的服務(wù)質(zhì)量：對實(shí)時(shí)性強(qiáng)且重要的數(shù)據(jù)報(bào)文優(yōu)先處理；對于實(shí)時(shí)性不強(qiáng)的普通數(shù)據(jù)報(bào)文，提供較低的處理優(yōu)先級，網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)甚至丟棄。

Dante協(xié)議采用的是DiffServ（Differentiated Service，區(qū)分服務(wù)）、DSCP（Differentiated Services Code Point，差分服務(wù)代碼點(diǎn)），是基于分類的QoS技術(shù)，不需要信令支持。在網(wǎng)絡(luò)入口處，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備檢查數(shù)據(jù)包內(nèi)容，并為數(shù)據(jù)包進(jìn)行分類和標(biāo)記，所有后續(xù)的QoS策略都依據(jù)數(shù)據(jù)包中的標(biāo)記做出。

DSCP在網(wǎng)絡(luò)中部署了64種不同的數(shù)據(jù)優(yōu)先級，Dante協(xié)議應(yīng)用了其中4種數(shù)據(jù)（見表1）并需要進(jìn)行優(yōu)先級設(shè)定。圖11是思科交換機(jī)SG-300/500的DSCP設(shè)定界面。

QoS僅在以下網(wǎng)絡(luò)傳輸較擁擠或繁忙的情況下使用：

（1）系統(tǒng)有大量的Multicast應(yīng)用；

（2）與其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備共用交換機(jī)系統(tǒng)，如互聯(lián)網(wǎng)、安防監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控等；

（3）使用百兆網(wǎng)絡(luò)硬件；

（4）在超小型Dante網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（僅有若干臺Dante設(shè)備及32通道以下的音頻傳輸通道），可以不使用QoS功能。

為了避免日后可能增加Dante網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、增加其他設(shè)備的控制協(xié)議等造成音頻傳輸丟包的可能，應(yīng)考慮選用具備QoS管理功能的交換機(jī)。

3.3 IGMP Snooping

IGMP Snooping是運(yùn)行在二層設(shè)備上的，約束、管理和控制組播數(shù)據(jù)的協(xié)議。當(dāng)Dante系統(tǒng)內(nèi)使用了較多的組播傳輸，或網(wǎng)絡(luò)內(nèi)包含其他種類的組播數(shù)據(jù)，就應(yīng)該啟用IGMP Snooping管理。IGMP Snooping的運(yùn)作方式可以大致描述如下：

（1）每組MulticastFlow在交換機(jī)內(nèi)都會被分配一個(gè)IP地址；

（2）交換機(jī)自動(dòng)偵測所有組播數(shù)據(jù)的IP地址；

（3）如果Dante接收設(shè)備需要接收MulticastFlow，設(shè)備會自動(dòng)向交換機(jī)提出請求；

（4）交換機(jī)接到請求后，將組播數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到該Dante接收設(shè)備，不會進(jìn)行大面積廣播。

因此在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)，通過IGMP Snooping管理，可以有效地節(jié)省組播所占用的帶寬。

圖12是Dante Virtual Soundcard的應(yīng)用實(shí)例，通過組播的方式傳輸音頻數(shù)據(jù)到FOH和Monitor兩張調(diào)音臺。如果在不具備IGMP Snooping管理的情況下，音頻數(shù)據(jù)同時(shí)也會廣播到前級無線傳聲器、多軌播放機(jī)端，占用更多的帶寬。當(dāng)開啟了IGMP Snooping管理功能后，交換機(jī)可以自動(dòng)識別組播數(shù)據(jù)，并判斷Dante設(shè)備自身的接收請求信息（請求以路由連通為信標(biāo)，自動(dòng)產(chǎn)生），只把數(shù)據(jù)包發(fā)送到兩張調(diào)音臺。通過網(wǎng)絡(luò)信息頁面可以看到，在交換機(jī)不啟用IGMP Snooping管理時(shí)，ShureULXD4Q接收端有85 Mb/s的帶寬占用；IGMP Snooping管理啟用后，ShureULXD4Q接收端帶寬為24 Kb/s，交換機(jī)將不需要的數(shù)據(jù)包隔離。

以下幾個(gè)情況務(wù)必使用IGMP Snooping管理：

（1）在百兆網(wǎng)絡(luò)（交換機(jī)）架構(gòu)情況下，使用組播功能會很快占用所有網(wǎng)絡(luò)帶寬；

（2）同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，使用組播傳輸?shù)耐瑫r(shí)有其他控制設(shè)備協(xié)議運(yùn)行，控制協(xié)議多數(shù)采用組播方式傳輸；

（3）在Dante網(wǎng)絡(luò)內(nèi)接有Wi-Fi路由器，必須啟用IGMP Snooping，否則Dante組播數(shù)據(jù)會泛洪到Wi-Fi路由器，路由器會承受不住大量的數(shù)據(jù)傳輸而宕機(jī)。

以思科SG-300交換機(jī)為例，對啟用IGMP Snooping（見圖13）功能進(jìn)行配置IGMPSnooping（見圖14）：Multicast menu菜單——啟用Multicast Filtering——選擇IP Group Address。

另外，還要為每個(gè)VLAN（Virtual Local Area Network，虛擬局域網(wǎng)）選定狀態(tài)（見圖15）——開啟Snooping Status 及Querier Status——Query Interval填入30——IGMP版本選擇IGMPV3。不是所有具備IGMP Snooping功能的交換機(jī)都具備“Query”功能。思科SG-300涵蓋了所有的網(wǎng)絡(luò)管理功能，能實(shí)時(shí)查詢到組播的狀態(tài)。

極少部分安裝了Dante Virtual Soundcard的計(jì)算機(jī)，在連接到啟動(dòng)了IGMP Snooping功能的交換機(jī)時(shí)，可能出現(xiàn)音頻信號中斷或啞音現(xiàn)象。此時(shí)需要將連接計(jì)算機(jī)的交換機(jī)端口狀態(tài)改為“Forward All”發(fā)送全部。Forward All設(shè)定只需在出現(xiàn)音頻信號不能正常傳輸時(shí)使用，此時(shí)該端口所有的組播數(shù)據(jù)將不受IGMPSnooping管理，以默認(rèn)方式泛洪到該端口。如圖16所示，將端口7、8改為“Forward All”。

3.4 VLAN

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)二層網(wǎng)絡(luò)可以被劃分為多個(gè)不同的廣播域，一個(gè)廣播域?qū)?yīng)了一個(gè)特定的用戶組，默認(rèn)情況下這些廣播域是相互隔離的。不同的廣播域之間要通信，需要通過一個(gè)或多個(gè)路由器。這樣的一個(gè)廣播域就稱為VLAN。

在演藝領(lǐng)域應(yīng)用中，可以把一臺交換機(jī)劃分為：音頻、燈光、控制、視頻等相互獨(dú)立的廣播域，如圖17所示。

3.5 LAGs鏈路聚合

鏈路聚合是將兩個(gè)或更多數(shù)據(jù)信道結(jié)合成一個(gè)單個(gè)的信道（見圖18），該信道以更高帶寬的邏輯鏈路出現(xiàn)。鏈路聚合一般用來連接一個(gè)或多個(gè)帶寬需求大的設(shè)備，例如連接骨干網(wǎng)絡(luò)。在增加帶寬同時(shí)，也起到線路備份的作用：當(dāng)某一線路中斷時(shí)，交換機(jī)會將所有數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)移到完好的線路上，倒換過程會使Dante系統(tǒng)產(chǎn)生約0.5 s的靜音。鏈路聚合是相對廉價(jià)的物理線路備份方案。

3.6 STP（Spanning Tree Protocol，生成樹）

生成樹協(xié)議拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的原理是：不論交換機(jī)（網(wǎng)橋）之間采用怎樣物理聯(lián)接，交換機(jī)能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)一個(gè)沒有環(huán)路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)路進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

如圖19的網(wǎng)絡(luò)中，A點(diǎn)到C點(diǎn)，有兩條路可以走，當(dāng)ABC的路徑不通時(shí)，可以走ADC；C點(diǎn)到A點(diǎn)也是，路徑CDA不通時(shí)可以走CBA。如網(wǎng)絡(luò)在某一時(shí)刻生成樹協(xié)議形成，自動(dòng)阻塞了B到C的端口，那么網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚蜁兂蓤D19。如果有廣播包，一定會終結(jié)于B點(diǎn)或C點(diǎn)，不會循環(huán)轉(zhuǎn)發(fā)。

如果某個(gè)線路中斷（如AB之間線路），交換機(jī)需要時(shí)間轉(zhuǎn)換成ADCB方向順序地生成樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)成時(shí)間會引起Dante系統(tǒng)產(chǎn)生約2 s的聲音中斷。但如果把AB之間線路重新恢復(fù)，交換機(jī)需要時(shí)間重新計(jì)算生成樹拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括AB點(diǎn)之間的線路以及ABCD點(diǎn)的循環(huán)，Dante系統(tǒng)可能會產(chǎn)生超過10 s的聲音中斷。

STP與Dante兩者相互兼容，但是STP恢復(fù)速度遠(yuǎn)比Dante自身的Primary/Secondary（主、備）雙網(wǎng)絡(luò)（見圖20）切換慢。所以在架構(gòu)Dante網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)，實(shí)現(xiàn)主備交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)即可，STP只是在兼顧其他數(shù)據(jù)傳輸且十分必要情況下才使用。

4 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

4.1 網(wǎng)線

Dante是基于1Gb（千兆）以太網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議，而其他絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)音頻協(xié)議都是基于100Mb（百兆）進(jìn)行傳輸，如CobraNet、EtherSound等。

常用的網(wǎng)線一般分為四類：五類、超五類、六類、七類，主要的特點(diǎn)性能以及在Dante網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中選擇的方式如表2所示。

在聲、光、電、焰火等大型復(fù)雜的演出中，整個(gè)系統(tǒng)環(huán)境空間可能有非常復(fù)雜的電磁干擾，如大量對講機(jī)、設(shè)備機(jī)械的開關(guān)、電機(jī)運(yùn)動(dòng)等，所以選擇具有屏蔽層的網(wǎng)線能有效保護(hù)的信號傳輸，但具備屏蔽層的網(wǎng)線在敷設(shè)和終端接口的制作上需要更高的施工工藝要求。

銅芯網(wǎng)線一般使用長度不能超過100 m。網(wǎng)線內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變化對數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生的影響較為嚴(yán)重（阻抗改變等），因此對于經(jīng)常進(jìn)行收放的流動(dòng)網(wǎng)線控制在60 m內(nèi)使用較為安全。

目前檢測網(wǎng)線基本都是使用通斷測量器，通過檢查8芯通斷狀況，判斷網(wǎng)線質(zhì)量，但經(jīng)常遇到線路通、數(shù)據(jù)不能傳輸?shù)那闆r。原因是網(wǎng)線的品質(zhì)不僅限于通斷，國際和國家標(biāo)準(zhǔn)對網(wǎng)線有嚴(yán)格的電氣性能測試指標(biāo)和測試方法。主要指標(biāo)包括：頻率（MHz）、回波損耗（ReturnLoss）、衰減（Attn）、近端串音（Next）、近端串音功率和（PSNEXT）、等效遠(yuǎn)端串音功率和（PSELFEXT）、衰減串音比（ACR）、衰減串音功率和比（PSACR）、延時(shí)偏差（DelaySkew）、傳輸延時(shí)（PropDelay）等十多項(xiàng)。專業(yè)領(lǐng)域測量網(wǎng)線電氣性能采用FLUKE（福祿克）測量儀器，測量結(jié)果被專業(yè)機(jī)構(gòu)認(rèn)可，但價(jià)格高昂，據(jù)了解在中國僅一家專業(yè)音頻公司擁有其成套網(wǎng)絡(luò)測量機(jī)型。

4.2 光纖

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)傳輸距離超過100 m時(shí)應(yīng)采用光纖進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。常用光纖主要有兩類。

（1）多模光纖：50/125μm（歐洲標(biāo)準(zhǔn)），62.5/125μm（美國標(biāo)準(zhǔn)），傳輸距離500 m，損耗較大，光轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)有限。

（2）單模光纖：8/125μm，9/125μm，10/125μm，傳輸距離10 km，損耗較少，容許有多個(gè)光纖耦合器和跳線架連接的節(jié)點(diǎn)。

網(wǎng)線與光纖之間的信號傳輸需要通過轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換：一種是使用安裝在交換機(jī)內(nèi)的光纖模塊，這種方式系統(tǒng)相對穩(wěn)定，排查故障比較方便；另一種是外置一個(gè)轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器需要單獨(dú)加電、固定、線路連接，增加了故障節(jié)點(diǎn)。

4.3 交換機(jī)

在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選購上，交換機(jī)的分類和細(xì)節(jié)功能非常繁多。對于Dante網(wǎng)絡(luò)而言，交換機(jī)選型有以下側(cè)重點(diǎn)：

（1）每個(gè)接口最高速率為1 Gb/s（或者更高）；

（2）交換機(jī)容量（背板帶寬）不少于兩倍的接口速率（如12個(gè)1 Gb/s接口的交換機(jī)，背板帶寬應(yīng)該不少于24 Gb/s），保證端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；

（3）對于EEE（Energy Efficient Ethernet）綠色電源管理，非管理交換機(jī)不能有EEE功能；具有管理功能的交換機(jī)必須具有禁用EEE功能的選項(xiàng)。

對于更優(yōu)的交換機(jī)選擇，可以從以下方面考慮：

（1）具備完善的網(wǎng)絡(luò)管理功能（上文提及的網(wǎng)絡(luò)需求）；

（2）網(wǎng)頁管理和代碼管理方式共存；

（3）具備DHCP三層功能；

（4）內(nèi)置電源模塊；

（5）靜音散熱或靜音風(fēng)扇散熱；

（6）可安裝光纖模塊；

（7）機(jī)架安裝配件；

（8）錯(cuò)誤報(bào)告和故障分析軟件。

5 結(jié)論

通過對Dante數(shù)字網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)協(xié)議要求的分析和總結(jié)，可以為專業(yè)音頻工程師在Dante網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)的搭建和調(diào)試時(shí)提供一定的入門指引。隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用將更多地滲透到各行各業(yè)中，因此綜合的學(xué)科運(yùn)用亦是音頻工作者不斷追求的目標(biāo)。