浅谈融合SD-RTN ——毫秒级网络加速的技术变革

作者简介:张雯,深圳市快传技术有限公司创始人,曾任云之讯首席架构师。此前在华为、中兴、腾讯和阿里巴巴从事音视频核心技术研发工作,有多个成功产品研发经验,2004年硕士毕业于中国传媒大学。

关于延迟,任正非说过:“VR需要低时延,我们还做不到,也许以后会有一些科学定理新发明,但是现在还没有。所以,我们要理性认识VR/AR的产业发展规律,保持战略耐心。AR/VR的发展速度太快,就会出现泡沫。为什么VR将来会有个泡沫期, 关键是没人能解决时延问题。”

近几年网络直播视频、VR/AR、竞技游戏、大数据、4K高清视频的快速增长,正在将毫秒级网络加速技术推向历史发展的潮头。用户的预期越来越高,他们期待“最好”的在线体验,网络延迟会直接影响到应用的转化率。即有多少人可以变成你的客户,现在用户的体验和忠诚度已经不能用“分钟”和“秒”来衡量,而是用“毫秒级”来衡量,每个毫秒都会对用户的转化和体验有影响。

比如说在线教育类用户就希望视频直播的端到端延迟能够严格控制在500毫秒以内,使之具备和视频连麦相同的低延迟体验。那现在的CDN加速技术还能起作用吗?首先数据不能有cache,TCP的延迟累积必须消除,甚至RTMP协议也要切换到WebRTC的技术架构。移动互联网的实时视频应用领域正在快速演变中的一切,我们先姑且称之为网络延迟革命吧。

运营商们对上述网络延迟革命显然是敏感的,正着力推动SDN/NFV的建设:三层解耦,网络云化和发展ONAP已经成为行业的共识。那么随着underlay网络服务能力的提升是否会极大的消弱overlay的网络加速技术的依赖呢?答案是肯定的。但是实际的情况却是,我们目前还无法完全依赖运营商网络来开发一款完全免费的全球实时音视频通话类应用。比如说,如果想开展类似QQ微信音视频聊天那样的业务,还必须依靠overlay网络中转加速技术来解决NAT穿透失败和“四跨”的问题。这里所述“四跨”是指跨国、跨运营商、跨地域、跨时段的网络传输质量存在波动的问题。

本文讨论的SD-RTN(Software Defined Real-time Network)就是一种上述的overlay网络中转加速技术。相比CDN而言,SD-RTN提供的是以UDP协议为主的,端到端网络延迟为毫秒级的实时数据传输云服务。SD-RTN是一种可承载任何点到点(peer-to-peer)实时数据传输需求的业务架构:只要调用开放的API,无论是实时视频(会议、教育、直播、社交、监控、VR)、文件传输(短视频、办公)还是高速数据同步(游戏、AI、IOT、物联网)都可以很方便的接入SD-RTN的实时数据传输云服务。

所谓融合SD-RTN则是指不以独占的方式租用POP节点和购买托管服务器,而是在已经虚拟化的网络和和服务器基础之上,以共享方式搭建的SD-RTN。融合SD-RTN是一个完全弹性的中转加速网络,可以很好的解决网络节点资源投入和业务发展速度之间的矛盾。毕竟不是每个公司的业务量都足够大,可以支撑大量购买服务器和租用BGP线路的高额成本。

融合SD-RTN利用了共享节点组网,所以必须弹性的利用网络节点资源,不能对已有的其他业务造成强烈冲击。为此我们引入了两个技术理念:1、自动拥塞规避的端到端动态路由算法;2、用99%可靠的节点构建99.9%稳定的网络。端到端动态路由算法要求服务器的数据中转模块对网络节点的可用空闲带宽具备实时检测能力和瞬时路径切换能力,而且这种路径切换必须是业务无感知的。为此,我们开发了完善的QoE机制:包括丢包、延迟和抖动实时统计,多路径热备份等。而用99%可靠的节点构建99.9%稳定的网络,就意味着融合SD-RTN的拓扑结构必须是实时更新,高度自愈的。所以我们利用QoE机制,并增加了全网测速功能,让每个网络节点都拥有一个实时计算的,可动态更新的拓扑树结构。

融合SD-RTN作为通用的点到点实时数据传输云平台,集中体现在具备以下技术特点:1、共享节点;2、协议优化;3、接近接入;4、动态路由;5、云端QoE;6、通用架构。首先共享节点,不再赘述。其次协议优化是指同时支持UDP/TCP协议接入,并且针对TCP接入的情况下,SD-RTN内部可自动转换成QUIC协议来减少延迟累积的产生。就近接入是指利用全球IP经验库和实测数据来分配最佳中转接入点,如果遇到运营商的underlay网络传输质量足够好的时候,则尽量避免引入多跳数据中转。动态路由指的是端到端传输路径实时可切换,并且对具体业务而言是完全无感知的。云端QoE不仅为数据的可靠传输提供了完善的机制,也是实现共享节点组网的基础。而且云端QoE必须是灵活可配置的,针对丢包、延迟和抖动敏感度不同的业务类型,自动编排传输路径质量计算的权重。 通用架构是指用S2S(server to server)、C2S(client to server)和C2C(client to client)三种API接入流程来涵盖了所有的业务场景的实时数据传输云服务。

上述通用架构的S2S接入流程,主要针对的是服务器之间的实时数据同步。其特点是两端都有公网IP,可以调用API通知SD-RTN的接入点向指定的IP和端口发送数据。而C2S接入流程是目前最为广泛的应用场景,特点是一端是服务器,另一端是位于在NAT后面使用私有IP的终端。此终端接入SD-RTN必须使用经过NAT映射之后的公网IP,并且在创建完会话后需要主动向SD-RTN的接入点发一个数据包,这样才能建立起完整的TCP/UDP双向数据通道。最后C2C接入流程针对的是终端间的直连场景,比如社交中的双人音视频聊天。在C2C接入流程中,SD-RTN中的API服务器实际承担了NAT穿透stun打洞服务器的角色,SD-RTN的接入点则是TURN服务器的角色。

基于对移动互联网毫秒级应用的实时数据传输需求的洞察,我们投身于这场网络延迟革命,深圳市快传技术有限公司自主研发了国内首个融合SD-RTN产品flyCAN。flyCAN目前已经整合了多家主流IDC、CDN以及云计算厂商的优势资源,是一个可弹性扩张的全球网络架构,网络节点和带宽资源十分充裕。flyCAN上线半年以来,用API的方式为企业客户提供实时数据传输PAAS云服务,目前已经得到来自在线教育、云会议、视频直播、视频监控、物联网和大文件传输领域客户的广泛认可和测试使用。

原文发布于微信公众号 - SDNLAB(SDNLAB)

原文发表时间:2018-05-24

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