SWP1とNETGEAR GS110TP混在環境におけるDante同期問題の解決策

こんにちは、創造技術研究室の松本です。

Danteネットワーク、本当に便利ですよね。多くの場合、従来のマルチケーブルの代わりとしてLANケーブルを繋ぎ、Yamaha SWPシリーズのようなスイッチの「Danteプリセット」を有効にするだけで、魔法のように動作します。現場ではトラブルがないことが最優先。音響さんも映像さんも、本来のクリエイティブな作業に集中したいのは当然です。

ですが、「よくわからないけど、とりあえず動いている」という状態で使い続けるのは、少し気持ち悪くないですか？ 私は生粋の面倒臭がり屋ですが、同時に物事の仕組みを理解していないと落ち着かない性分でもあります。中身をきちんと理解していれば、もっと便利で安定したシステムを構築できるはずです。

今後、映像伝送の世界でもNDIやST2110といったIPネットワーク技術が主流になるのは間違いありません。そうなれば、ネットワークの知識は避けては通れない道になります。（もちろん、NETGEARのProAVラインのような高価な専用スイッチを使えば解決する話です）

さて、前置きが長くなりましたが、今回はそんなIPネットワークの深い部分に触れることになった、異メーカーのスイッチを混在させたDanteネットワークで発生した同期問題について、その原因と対策を解説します。
この記録が、同様の課題に直面した方の一助となれば幸いです。

事の発端：面倒なLANケーブル配線をなくしたい

ことの発端は、リモートコントロール環境の改善でした。

以前のDanteシステムは、ステージボックスのRioからSWP1を経由してコンソールのQL1へ接続する、音声信号に特化したシンプルなものでした。しかし、この構成には一つ面倒な点がありました。それは、iPadでQL1をリモートコントロールしようとすると、Wi-Fiアクセスポイントまで別途長いLANケーブルを敷設する必要があったことです。

特に私たちの映像制作の現場では、舞台袖と中継車や映像ブースが離れているケースが多く、その度に長いケーブルを引き回すのは非効率です。「面倒くさがり屋」を自称する私としては、この手間を何とかしたかったのです。
舞台袖にSWP1やSWX2300といったYAMAHA推奨のスイッチをもう一台追加しても良かったのですが、安くはないですよね？（SWP1 25万、SWX 10万ですし、コントロールのためだけに？...）

そこで、安価なスイッチを使って「Danteの音声信号と制御用のネットワークを統合してしまえば、ケーブル配線がシンプルになる」と考え、ネットワークを拡張することにしました。コアスイッチとして既存のYamaha SWP1を、そしてアクセススイッチとして安価で多機能なNETGEAR GS110TPを新たに導入し、ネットワークを再構築したのです。

なぜNETGEAR GS110TPを選んだか

ちなみに、数あるスイッチの中からGS110TPを選んだのには、以下のような理由があります。

• Danteの基本要件を満たすこと: ギガビット対応マネージドスイッチであることはもちろん、IGMP Snooping、QoS、トラブルの原因となりがちなEEE（省電力イーサネット）機能を無効化できるなど、Danteネットワークの基本要件をクリアしていました。

• PoE給電に対応: ネットワークを統合する目的の一つであるWi-Fiアクセスポイントを、LANケーブル一本で接続・給電できるPoEに対応している点。ACアダプターの配線を考えずに済むのは大きなメリットです。

• ファンレスで静音: ステージ袖に設置することを考えると、ファンの騒音はない方がいい。このモデルはファンレスなので、マイクが動作音を拾ってしまう心配がありません。

2.5万円程度でこれらの条件を満たすこのスイッチが、設定次第でDante環境で安定して使えるかどうか、という実験的な意味合いもありました。
ただし、NETGEARとしてはこのスイッチはdante standaloneで使うスイッチとして推奨はされていますが、マルチスイッチ環境では推奨していません（つまりそれによって私はトラブルに自分から首を突っ込むわけです）

ネットワークのVLAN設計

ここで少しVLANについて解説します。VLAN（仮想LAN）とは、物理的な接続とは別に、スイッチ内部でネットワークを論理的に分割する技術です。これにより、一本のLANケーブルの中に「音声用」「制御用」「管理用」といった複数の独立したネットワークを同居させることができます。
今回は以下のようにVLANを設計しました。

• vlan 10 : Danteネットワーク

• vlan 20 : 制御用ネットワーク

• vlan 99 : 管理用ネットワーク

しかし、この異メーカー混在環境が、新たな「面倒」な問題を引き起こすことになります。

一見、設定は正しく見えましたが、ステージボックスのRioがマスタークロックであるQL1と正常に同期できず、Dante Controller上でリーダーになったり、レイテンシが異常値で固定されたりする不安定な状態に陥りました。

まさにこのページにある通りです。

Danteネットワークスイッチの要件

今回の問題に入る前に、Danteネットワークに関する基礎知識に触れておきます。詳しくはYAMAHAが公開している以下のガイドが非常に分かりやすいです。

上記ガイドから、Danteに適したスイッチの要件を要約すると以下のようになります。

• 必須条件

  • ノンブロッキングのレイヤー2ギガビットスイッチであること

  • EEE（省電力イーサネット）機能を無効化できること

• 推奨される機能

  • QoS（DSCP）に対応していること（同期信号を優先させるため）

  • IGMPスヌーピングに対応していること（不要なマルチキャスト通信を抑制するため）

ただし、今回のような小規模なネットワークでは、音声のやり取りはすべてユニキャスト（1対1通信）で行われるため、IGMPスヌーピング機能は必ずしも必須ではありません。

さらに詳細なネットワーク設計については、こちらのガイドも参考になります。

原因調査：PTPパケットの消失

原因を特定するため、WireSharkを使ってGS110TPの入口出口でパケットキャプチャを行ったところ、Danteの同期に不可欠なPTP（Precision Time Protocol）のパケットが、SWP1からGS110TPへは送出されているものの、その先のRioには到達していないことが判明しました。

GS110TPのポートミラーリング機能を使い、SWP1からのトランク回線、Rioへのvlan10信号を他ポートへミラーリングしてパケットキャプチャ。このような機能がついているのもGS110TPを選んだ理由です。

WireSharkフィルタ
`(ptp && (udp.port == 319 || udp.port == 320)) && ip.src == 169.254.101.221 && ip.dst == 224.0.1.129`
169.254.101.221はクロックリーダーであるQL1のIPアドレス

このパケット消失は、スイッチの「IGMPスヌーピング」機能に起因していました。この機能は、不要なマルチキャストトラフィックを削減し、ネットワーク帯域を効率化するものですが、PTPパケットの特性と相性が悪い場合があります。

PTPは、受信側が能動的に要求（IGMP Join）を送らない特殊な制御マルチキャストです。そのため、IGMPスヌーピングが有効なスイッチは、これを「受信者がいない不要なパケット」と誤判断し、フィルタリング（枝刈り）してしまうようです。

解決策：2つの重要なスイッチ設定

この問題を解決するため、両スイッチに以下の設定を適用しました。

1. SWP1の設定：mrouterポートの静的指定

上流のYamaha SWP1に対し、GS110TPが接続されているポートをマルチキャストルーターポート（mrouterポート）として静的に指定します。これにより、スイッチはIGMP Joinの有無にかかわらず、PTPを含む全てのマルチキャストパケットをこのポートへ転送するようになります。
これを行わずIGMP SnoopingのみONの場合、アクセスポートには影響ありませんが、trunk回線にPTPが流れない。

interface vlan0.10
 ! PTP（Dante既定/代替のPTPマルチキャスト）をSnooping対象外にしてフラッディング
 l2-mcast flood 224.0.1.129
 l2-mcast flood 224.0.1.130
 l2-mcast flood 224.0.1.131
 l2-mcast flood 224.0.1.132
 
 ! もしくはdanteネットワークに限定するならUnknownマルチキャストは全てフラッディングでも
 interface vlan0.10
 l2-unknown-mcast flood
 
 ! 必要に応じて、幹線(ge1)をmrouterとして静的登録（上流へは常時転送）
 igmp snooping mrouter interface ge1

2. GS110TPの設定：Dante用VLANのIGMPスヌーピング無効化

次に、下流のNETGEAR GS110TPです。この機種は未知のマルチキャストをVLAN単位で制御する詳細設定がUI上にないため、より確実な方法として、Danteが使用するVLAN10に限り、IGMPスヌーピング機能自体を無効化します。
ここまできてマルチキャストのフラッディングができない？ことに気づく。

• UI操作箇所: `Switching` → `Multicast` → `IGMP Snooping` → `IGMP Snooping VLAN Configuration`

• 設定: `VLAN ID 10` の `Admin Mode` を `Disable` に変更

これにより、GS110TPはVLAN10内のマルチキャストパケットをフィルタリングせず、接続されている全てのポートに転送するため、RioはPTPパケットを確実に受信できるようになります。
もしかしたらGS110TPにも同じような設定ができたのかもしれませんが、見当たらず。ご存じの方いれば教えてください。

これを言ってしまうと元も子もないのですが、この程度の規模のdanteネットワークの場合は基本的にユニキャストで全て事足りるためマルチキャスト関係の設定はそもそも必要なさそうです。

結論と要点

上記2点の設定変更により、ネットワークは完全に安定し、全てのDante機器が正常に同期するようになりました。

今回の件から得られた要点は、異メーカーのスイッチを混在させたDanteネットワークでは、PTPパケットの疎通をいかに担保するかが重要である、という点です。上位スイッチでmrouterポートを指定し、下位スイッチではPTPがフィルタリングされないよう、IGMPスヌーピングの設定を適切に行う必要があります。

全てYAMAHAやAudinateのサイトには書いていることではありますが、自分で手を動かしてみて分かることもあり、大変勉強になりました。

この情報が、今後の安定したネットワーク構築の一助となれば幸いです。