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【摘 要】 本文简要阐述演艺灯光网络化控制中的广播、单播、组播的工作原理，存在的问题及其解决方案。
【关键词】 网络协议;Art-Net;sACN;DMX;广播;单播;组播
文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2018.10.003
Choosing the Right Ethernet-based Protocol Settings for Your Lighting Console
Original / [USA]Richard Cadena Translate / SHI Duan1
（1. Shanghai Theatre Academy， Shanghai 200040， China）
【Abstract】This paper briefly illustrates the operational principle， existing problem and its solution of broadcast， unicast， multicast for the networked control of entertainment lighting.
【Key Words】network protocol; Art-Net; sACN; DMX; broadcast; unicast; multicast
对于有了一定年纪的人们，当听到“广播”这个术语时，很有可能会在脑海中描绘出这样一幅画面：电视或无线电信号从一座高高耸立的塔上发射出来，穿越天空。因此，有人想知道为什么有些灯光控制台会提供一个选项用来广播Art-Net，这是可以理解的。但它可不是人们所想的那样。
如今，广播可以穿过以太网，就像可以穿越天空一般。由于当今的灯光控制台其实就是联网的计算机，因此它或许正在广播，即便人们不知道。
1 广播还是不广播
有时，当用户把灯光控制台的输出从DMX512设为Art-Net时，它也许还会提供一个选项，用来选择广播（broadcast）数据或不广播数据。公平起见，还是要提一下，Art-Net的最新版是第4版，它于2016年年底发布。不过有些控制台依然没有完全遵照Art-Net 3来执行，它规定：禁止广播DMX数据（ArtDMX）。然而，人们还是会遇到带有该选项的控制台。如果选择Art-Net的不广播，那么就是在单播（unicast）。这两者之间存在着一个很大的差异。
广播是指把数据发送给网络上的所有设备。假如Art-Net数据是传统邮件，那么广播就好比是大宗邮件（如广告）传单，它们会被投递到每家每户。如果大家曾经见过邮递员拖着大宗邮件的大包，就知道那里有许多邮件。
而另一方面，单播是指把数据按地址发送给某一台特定的设备。它就像传统邮件，上面有用户的住址，会被投递到家里。这需要有人找到用户的住址，把它印在标签上，再贴到信封上，然后将其投递出去。与大宗邮件相比，这种方式可以大大减少邮件量，邮递员对此非常满意。
就灯光控制台来说，广播可以在不知道网络上任何一台设备的IP地址的情况下来发送，但是，由于单播采用IP地址把数据发送给某一台设备，因此，只要这台灯具需要Art-Net数据，控制台就必须知道其IP地址。如果选择单播，那么可能要收集那条信息，把它输入到控制台中。不过，Art-Net 3提供了一种操作方式，如果控制台研发人员利用了这种方式，该操作可在后台自动完成。有些控制台（如Zero-88和Green Hippo）就是这么做的，而有些控制台没有这么做。
有些灯光控制台可以让用户在广播和不广播Art-Net数据之间进行选择（图1）。如果不广播，那么就是在单播，这意味着，只要网络上有一台Art-Net接收器，控制台就需要其IP地址。
2 他们把IP地址放到了哪里？
如果用户的任务是手动输入IP地址，那么要在灯具上找到它们，这或许具有一定的挑战性，根据制造商所采用的菜单结构和术语而难易不等。有些灯具会在菜单中多次提及这个IP地址，其含义可能会令人费解。而且，要把一个一个IP地址输入到控制台中，也要花上一段时间。
就灯光网络来说，如果在网络上发送一个广播数据包，并且网络中带有一台或多台网络交換机，那么交换机要先看一下目标IP地址，再决定如何处理它。既然它是一个广播数据包，那么交换机就把相同的数据发送给交换机上的每一个端口。如果交换机带有10个输出端口，那么就是把这个数据乘以10。事实上，这台交换机做了一台集线器所做的事。
大约25年前，在早期的计算机网络中，集线器一度颇受欢迎。但是，由于它们增加了网络流量，这可能会引发网络阻塞，所以逐渐退出了。这就是为什么在网络中会把网络交换机作为分配数据的首选方式，这是其中一个原因。
在灯光网络中，传统上采用网络交换机来分配控制信号，并将其发送给舞台各个区域。网关（有时被称为节点）也成为了灯光网络的一个重要组成部分。它们是协议转换器，在传统上，数据使用方（通常把它们称为灯具）需要有DMX512信号输入才能运行。典型的灯光控制信号流从控制台发出，先到交换机，再到网关（节点），然后到灯具。但是，什么才算是“典型的”，其定义正在发生改变，因而，人们所采用的数据分配方式也随之成为了一个热点话题。
3 “一个”地址意味着什么？
某一款灯光控制台的用户手册上这样写道：如果采用Art-Net并且启用了广播，那么它会把所有数据发送给所有节点;如果采用单播，那么“只要有一个Art-Net节点，就必须输入一个IP地址，以把Art-Net信息发送给这个Art-Net节点。” “一个”IP地址，从双引号中的这两个字可以看出：控制台把Art-Net数据发送给一个节点，那个节点把数据从Art-Net转换成DMX，再将其发送给灯具，这种运行方式的使用量正在迅速下降（译者注：目前在中国，这种运行方式正得到广泛使用），用户手册中的这句说明正是基于这种现状。如今，许多灯具都能直接接收Art-Net，也就是说，它们自帶一个内置节点，或者说得再具体一点，许多灯具都自带一个内置的网络交换机或网关。它的意思是，现在不只是要在控制台中输入一两个IP地址，或许要输入几十个甚至几百个，根据演出规模而定。这又何苦来着？为什么不让控制台处于广播模式呢？
正如前文所言，广播会产生大量的网络流量。原有的运行方式是：把Art-Net发送给一个或多个网关，再把它转换成DMX，然后把这个数据发送给所有灯具。这就好比有一个中央邮局，所有邮件都在那里被发送、分类和投递。如果数据量不大的话，那么广播不存在任何问题，但是在这种新的运行方式下，灯具可以直接接收Art-Net，无需经过网关，这可就是另外一回事了。
控制台直接把数据发送给一台灯具，这就像摒弃了邮局集中接收的这种方式，把一卡车邮件卸载到位于街角处的房屋。然后，由该街角屋住户对一包包邮件进行分类，找到寄给他们家的信件，阅读信件，再将其传递给小区里的下一户人家，然后再做同样的事，如此进行下去。当有许多邮件（就像一整辆卡车的容量）要被投递给某一户人家时，运行效果很不错。从灯光角度来看，一个“卡车容量”就好比是每一台灯具所在的一整条DMX数据链。
4 sACN和Art-Net 4的数据分配方式
sACN既不采用广播也不采用单播（译者注：在有些灯光控制台上，可将sACN设为单播），而是采用组播（multicast）。组播是指网络中的每一台设备都订阅一组特定的消息。试想一下，虽然要把一堆信件寄往许多不同的地方，但是带有地址的信封出现在了住户的家门口。在把它们寄出去之前，所要做的事就是把信件放进信封里。组播就是这个意思。它采用互联网组管理协议（Internet Group Management Protocol，IGMP），设备可以订阅它们自己感兴趣的消息。就灯光来说，一台灯具可以订阅一条DMX数据链，接收由控制台发出的标有那条数据链的所有DMX数据包。在这种方式下，数据只是前往与订阅方相连的那些端口，与广播和单播相比，大大降低了网络流量，并且不必在控制台中手动输入任何一个IP地址。
就这方面来看，sACN要比Art-Net的设置速度更快、更易使用。不足之处是：sACN不支持RDM，而且有些网络交换机不能与IGMP很好地协同工作，也就是说，其实它们是把组播转换成了广播。必须做些试验才能弄清楚哪些交换机起作用，哪些不起作用。
如果想使用一个支持RDM的以太网协议，那么可以随时使用Art-Net。但是，如果面对一个大型系统，关心的是网络流量，又该怎么办呢？
这就是为什么Art-Net 4得到研发的一个原因。它结合了sACN和Art-Net的用法，让用户获取这两者的优势。只要设备制造商把它融入到其设备中，用户就能使用组播、IGMP和RDM，它们之间无缝衔接。在那之前，用户或许还是需要自己把一长串IP地址输入到控制台中。
【关键词】 网络协议;Art-Net;sACN;DMX;广播;单播;组播
文章编号： 10.3969/j.issn.1674-8239.2018.10.003
Choosing the Right Ethernet-based Protocol Settings for Your Lighting Console
Original / [USA]Richard Cadena Translate / SHI Duan1
（1. Shanghai Theatre Academy， Shanghai 200040， China）
【Abstract】This paper briefly illustrates the operational principle， existing problem and its solution of broadcast， unicast， multicast for the networked control of entertainment lighting.
【Key Words】network protocol; Art-Net; sACN; DMX; broadcast; unicast; multicast
对于有了一定年纪的人们，当听到“广播”这个术语时，很有可能会在脑海中描绘出这样一幅画面：电视或无线电信号从一座高高耸立的塔上发射出来，穿越天空。因此，有人想知道为什么有些灯光控制台会提供一个选项用来广播Art-Net，这是可以理解的。但它可不是人们所想的那样。
如今，广播可以穿过以太网，就像可以穿越天空一般。由于当今的灯光控制台其实就是联网的计算机，因此它或许正在广播，即便人们不知道。
1 广播还是不广播
有时，当用户把灯光控制台的输出从DMX512设为Art-Net时，它也许还会提供一个选项，用来选择广播（broadcast）数据或不广播数据。公平起见，还是要提一下，Art-Net的最新版是第4版，它于2016年年底发布。不过有些控制台依然没有完全遵照Art-Net 3来执行，它规定：禁止广播DMX数据（ArtDMX）。然而，人们还是会遇到带有该选项的控制台。如果选择Art-Net的不广播，那么就是在单播（unicast）。这两者之间存在着一个很大的差异。
广播是指把数据发送给网络上的所有设备。假如Art-Net数据是传统邮件，那么广播就好比是大宗邮件（如广告）传单，它们会被投递到每家每户。如果大家曾经见过邮递员拖着大宗邮件的大包，就知道那里有许多邮件。
而另一方面，单播是指把数据按地址发送给某一台特定的设备。它就像传统邮件，上面有用户的住址，会被投递到家里。这需要有人找到用户的住址，把它印在标签上，再贴到信封上，然后将其投递出去。与大宗邮件相比，这种方式可以大大减少邮件量，邮递员对此非常满意。
就灯光控制台来说，广播可以在不知道网络上任何一台设备的IP地址的情况下来发送，但是，由于单播采用IP地址把数据发送给某一台设备，因此，只要这台灯具需要Art-Net数据，控制台就必须知道其IP地址。如果选择单播，那么可能要收集那条信息，把它输入到控制台中。不过，Art-Net 3提供了一种操作方式，如果控制台研发人员利用了这种方式，该操作可在后台自动完成。有些控制台（如Zero-88和Green Hippo）就是这么做的，而有些控制台没有这么做。
有些灯光控制台可以让用户在广播和不广播Art-Net数据之间进行选择（图1）。如果不广播，那么就是在单播，这意味着，只要网络上有一台Art-Net接收器，控制台就需要其IP地址。
2 他们把IP地址放到了哪里？
如果用户的任务是手动输入IP地址，那么要在灯具上找到它们，这或许具有一定的挑战性，根据制造商所采用的菜单结构和术语而难易不等。有些灯具会在菜单中多次提及这个IP地址，其含义可能会令人费解。而且，要把一个一个IP地址输入到控制台中，也要花上一段时间。
就灯光网络来说，如果在网络上发送一个广播数据包，并且网络中带有一台或多台网络交換机，那么交换机要先看一下目标IP地址，再决定如何处理它。既然它是一个广播数据包，那么交换机就把相同的数据发送给交换机上的每一个端口。如果交换机带有10个输出端口，那么就是把这个数据乘以10。事实上，这台交换机做了一台集线器所做的事。
大约25年前，在早期的计算机网络中，集线器一度颇受欢迎。但是，由于它们增加了网络流量，这可能会引发网络阻塞，所以逐渐退出了。这就是为什么在网络中会把网络交换机作为分配数据的首选方式，这是其中一个原因。
在灯光网络中，传统上采用网络交换机来分配控制信号，并将其发送给舞台各个区域。网关（有时被称为节点）也成为了灯光网络的一个重要组成部分。它们是协议转换器，在传统上，数据使用方（通常把它们称为灯具）需要有DMX512信号输入才能运行。典型的灯光控制信号流从控制台发出，先到交换机，再到网关（节点），然后到灯具。但是，什么才算是“典型的”，其定义正在发生改变，因而，人们所采用的数据分配方式也随之成为了一个热点话题。
3 “一个”地址意味着什么？
某一款灯光控制台的用户手册上这样写道：如果采用Art-Net并且启用了广播，那么它会把所有数据发送给所有节点;如果采用单播，那么“只要有一个Art-Net节点，就必须输入一个IP地址，以把Art-Net信息发送给这个Art-Net节点。” “一个”IP地址，从双引号中的这两个字可以看出：控制台把Art-Net数据发送给一个节点，那个节点把数据从Art-Net转换成DMX，再将其发送给灯具，这种运行方式的使用量正在迅速下降（译者注：目前在中国，这种运行方式正得到广泛使用），用户手册中的这句说明正是基于这种现状。如今，许多灯具都能直接接收Art-Net，也就是说，它们自帶一个内置节点，或者说得再具体一点，许多灯具都自带一个内置的网络交换机或网关。它的意思是，现在不只是要在控制台中输入一两个IP地址，或许要输入几十个甚至几百个，根据演出规模而定。这又何苦来着？为什么不让控制台处于广播模式呢？
正如前文所言，广播会产生大量的网络流量。原有的运行方式是：把Art-Net发送给一个或多个网关，再把它转换成DMX，然后把这个数据发送给所有灯具。这就好比有一个中央邮局，所有邮件都在那里被发送、分类和投递。如果数据量不大的话，那么广播不存在任何问题，但是在这种新的运行方式下，灯具可以直接接收Art-Net，无需经过网关，这可就是另外一回事了。
控制台直接把数据发送给一台灯具，这就像摒弃了邮局集中接收的这种方式，把一卡车邮件卸载到位于街角处的房屋。然后，由该街角屋住户对一包包邮件进行分类，找到寄给他们家的信件，阅读信件，再将其传递给小区里的下一户人家，然后再做同样的事，如此进行下去。当有许多邮件（就像一整辆卡车的容量）要被投递给某一户人家时，运行效果很不错。从灯光角度来看，一个“卡车容量”就好比是每一台灯具所在的一整条DMX数据链。
4 sACN和Art-Net 4的数据分配方式
sACN既不采用广播也不采用单播（译者注：在有些灯光控制台上，可将sACN设为单播），而是采用组播（multicast）。组播是指网络中的每一台设备都订阅一组特定的消息。试想一下，虽然要把一堆信件寄往许多不同的地方，但是带有地址的信封出现在了住户的家门口。在把它们寄出去之前，所要做的事就是把信件放进信封里。组播就是这个意思。它采用互联网组管理协议（Internet Group Management Protocol，IGMP），设备可以订阅它们自己感兴趣的消息。就灯光来说，一台灯具可以订阅一条DMX数据链，接收由控制台发出的标有那条数据链的所有DMX数据包。在这种方式下，数据只是前往与订阅方相连的那些端口，与广播和单播相比，大大降低了网络流量，并且不必在控制台中手动输入任何一个IP地址。
就这方面来看，sACN要比Art-Net的设置速度更快、更易使用。不足之处是：sACN不支持RDM，而且有些网络交换机不能与IGMP很好地协同工作，也就是说，其实它们是把组播转换成了广播。必须做些试验才能弄清楚哪些交换机起作用，哪些不起作用。
如果想使用一个支持RDM的以太网协议，那么可以随时使用Art-Net。但是，如果面对一个大型系统，关心的是网络流量，又该怎么办呢？
这就是为什么Art-Net 4得到研发的一个原因。它结合了sACN和Art-Net的用法，让用户获取这两者的优势。只要设备制造商把它融入到其设备中，用户就能使用组播、IGMP和RDM，它们之间无缝衔接。在那之前，用户或许还是需要自己把一长串IP地址输入到控制台中。