Для более рационального использования пропускной способности и снижения требований к выделяемым каналам связи необходимо использовать технологии экономичного расходования ресурсов вычислительной сети. Рассмотрим всем известные технологии передачи потоков данных от источника к заинтересованным получателям – Multicast и Unicast.
Multicast и Unicast: ключевые различия
Между технологиями Multicast и Unicast есть принципиальная разница в способе передачи данных.
На рисунке приведено сравнение Unicast-технологии (сверху) копирования потоков данных в соответствии с числом получателей и Multicast-технологии (снизу) с возможностью передавать одну копию большому числу получателей.
Unicast – классическая технология, позволяющая передавать поток данных строго заинтересованному получателю. Используемые протоколы и методы обработки хорошо известны, поэтому не будем на этом подробно останавливаться.
Технология Multicast позволяет передавать потоки данных по IP-сетям, без излишнего дублирования, широкому кругу заинтересованных получателей (рабочие места видеонаблюдения, мобильные устройства, абоненты IPTV, терминалы видеоконференцсвязи), экономя пропускную способность канала. Unicast для вышеописанных целей крайне неэффективен, так как единый источник данных вынужден отправлять столько копий одних и тех же данных, сколько было запрошено. Это приводит к чрезмерной нагрузке на источник данных и локальную сеть (при большом количестве приемников).
Тонкости IP Multicast IP
Multicast использует UDP-пакеты (User Datagram Protocol), что позволяет передавать данные с меньшими задержками, но не отслеживает потери пакетов. Есть возможность компенсировать этот недостаток классификацией трафика (технология QoS).
IP Multicast оперирует группами подписчиков – для получения данных от каждого источника. Каждый подписчик определяет свою принадлежность к той или иной группе, отправляя IGMP-ответ (Internet Group Management Protocol) устройству (часто маршрутизатору), которое опрашивает сеть о существующих группах рассылки с использованием IGMP-сообщений. В результате формируются группы получателей. Для каждой группы источник генерирует один поток данных, а сетевые устройства (маршрутизаторы и коммутаторы) обеспечивают получение этого потока каждым подписчиком конкретной группы.
Прогрессивное применение Multicast
Технологию Multicast крайне целесообразно применять в случаях, когда источники видеосигнала (будь то видеокамера или видеосервер) находятся на значительном удалении от приемников данного сигнала. Это могут быть разные терминалы аэропорта, разные здания промышленного назначения с единым постом видеонаблюдения. Или обратная ситуация, когда приемники видеосигнала (например, АРМ видеонаблюдения) размещаются на значительном удалении от источников и не имеют широкополосного канала связи.
Бесспорная выгода использования технологии обусловлена тем, что у источника сигнала (видеокамеры или видеосервера) отсутствует необходимость генерировать количество одинаковых потоков в соответствии с числом приемников, которые одновременно желают получать видеоданные. Технология позволяет экономить не только пропускную способность интерфейсов источников, но и их вычислительные возможности. Экономия вычислительных возможностей – крайне актуальная тема для видеосерверов, поскольку на эти устройства возложен ряд серьезных задач, таких как прием, дешифрование, шифрование, распределение, дополнительное сжатие и преобразование, запись потоков видеоданных, реализация алгоритмов видеоаналитики.
Технология Multicast часто находит применение для рассылки видеосерверами потоков видеоданных рабочим местам и иным приемникам. Однако более прогрессивное применение технологии – использование Multicast-потоков видеокамеры (многие камеры имеют поддержку этой функциональности) для получения видеосигнала приемниками. Это позволяет экономить вычислительные мощности серверов, так как видеопотоки транслируются на приемники непосредственно в обход сервера, а сервер осуществляет запись (со всеми смежными функциями).
Памятка инсталляторам
Ретрансляция потоков данных
Технология Multicast относится к функциональности 3-го уровня и потому полноценно поддерживается маршрутизаторами. При этом возможно обойтись без маршрутизаторов, применяя коммутаторы 2-го уровня, но с функцией IGMP snooping.
Многие коммутаторы 2-го уровня могут прослушивать IGMP-сообщения, относящиеся к 3-му уровню, и добавлять соответствующих получателей в таблицу входящих в группу Multicast-хостов – этот механизм и называется IGMP snooping.
С использованием IGMP snooping коммутатор 2-го уровня ретранслирует потоки данных только тем адресатам, которые подписывались на получение Multicast-трафика в конкретную Multicast-группу. В некоторых коммутаторах прослушиванием и анализом IGMP-сообщений занимается отдельная интегральная плата. Она освобождает центральный процессор коммутатора от трудоемкой задачи анализа каждого Multicast-пакета и поиска в нем сообщений о присоединении или оставлении группы.
Реализация сети
При реализации сети с использованием Multicast важно обращать внимание не только на поддержку Multicast конечным и сетевым оборудованием, но и на скорость работы сетевых интерфейсов установленного в сети оборудования.
Тонкость в том, что в большинстве случаев инсталляций коммутаторы, несмотря на их широкие возможности по настройке и управлению, не конфигурируют, а ставят «как есть». Почему это происходит, мы обсуждать не будем. Важно следствие – любой ненастроенный коммутатор по умолчанию ведет себя с Multicast-трафиком одинаково – ретранслирует этот трафик на все свои порты, а не на порты, к которым подключены подписчики. Последствие этого явления довольно неприятное – сеть, рассчитанная на определенное значение пропускной способности, перестает справляться с ней, поскольку не предполагалось такого развития событий. В результате активное оборудование сети работает в перегруженном режиме.
Еще один неприятный момент заключается в том, что устройства с сетевыми интерфейсами небольшой пропускной способности (в том числе и Fast Ethernet) при интенсивном Multicast-трафике перестают успевать отбрасывать ненужные им пакеты и принимать нужные пакеты в связи с переполнением буфера интерфейса. В итоге часть пакетов, предназначенных такому устройству, теряется. Для пользователей это будет выглядеть как рассыпание изображений (для видеоданных), прерывание и неразборчивость речи (для аудио). Чтобы локальная сеть выполняла предполагаемые задачи, крайне важно сконфигурировать механизм IGMP snooping на всех коммутаторах 2-го уровня. Эта настройка является важной частью инсталляции и должна быть выполнена грамотным специалистом.
Технология Multicast дает неоспоримые преимущества, но – как и любая задача – ее применение требует комплексного подхода для получения высокоэффективного решения
Практические рекомендации
Резюмируя, хочу еще раз перечислить преимущества, которые дает технология Multicast при построении сети, предназначенной для передачи видео (в особенности мегапиксельного), и ключевых моментах, на которые следует обратить внимание.
- Multicast – эффективное решение при передаче большого количества потоков видео от источника к получателям.
- Оборудование, поддерживающее технологию Multicast, позволяет рационально использовать пропускную способность сети и вычислительные ресурсы устройств, участвующих в обработке пакетов данных.
- Наиболее рациональное использование технологии Multicast – распределение Multicast-потоков непосредственно от камер к приемникам видеоданных. Чуть менее рациональное – от видеосервера к приемникам видеоданных.
- Для организации сети с полной поддержкой Multicast необходимо внимательно ознакомиться с возможностями используемых видеокамер, маршрутизаторов и коммутаторов.
- В небольших сетях рационально ограничиться использованием коммутаторов 2-го уровня, но они должны поддерживать механизм IGMP snooping.
- IGMP snooping должен быть сконфигурирован для каждого устройства в целях обеспечения планируемых режимов работы сети.
Источник: www.aktivsb.ru
Настройка Multicast в системах видеонаблюдения
- View Larger Image
Настройка Multicast в системах видеонаблюдения
Мультикаст (multicast) – технология передачи данных, позволяющая доставить одни и те же данные большому числу пользователей, не перегружая при этом источник данных и сеть.
При использовании multicast в системе видеонаблюдения камера или видеосервер отправляет в сеть один единственный поток данных, который затем дублируется маршрутизатором или коммутатором с функцией маршрутизации мультикаст-трафика.
Поток может приниматься практически неограниченным количеством пользователей. Например, поток с видеосервера может приниматься на десятках рабочих мест операторов видеонаблюдения, не нагружая при этом ни видеосервер, ни сетевой порт видеосервера.
Для применения технологии multicast необходимо выполнение следующих условий:
- реализация передачи multicast-трафика в видеокамерах либо в ПО видеонаблюдения на серверах;
- использование управляемых коммутаторов либо маршрутизаторов, с функцией маршрутизации мультикаст-трафика (IGMP snooping);
- настройка источников (камер, серверов), приемников (УРМ) и коммутаторов/маршрутизаторов.
Преимуществами мультикаста являются:
- сравнительно небольшие требования к пропускной способности линии связи, идущей от источника трафика;
- возможность подключения большого количества получателей трафика (десятки, сотни и даже тысячи);
- стабильная работа источника трафика, т.к. подключение/отключение получателей никак не сказывается на работе источника.
Главным же недостатком мультикаста , применительно к видеонаблюдению, является отсутствие преимуществ перед традиционным юникаст. Вызвано это тем, что у IP-камеры один получатель данных – видеосервер, а у видеосервера, по понятным причинам, небольшое количество получателей видео даже если еть центральный пост, к тому же, как правило, на каждом мониторе отображается разный набор камер.
Также мультикаст не пригоден для работы с архивами видеосервера с удаленных рабочих мест. При просмотре архива подразумевается выборочное воспроизведение записей на разных рабочих местах. Это, в свою очередь, вынуждает использовать «традиционный» Unicast и, соответственно, увеличивать трафик сети.
Но если вы все же хотите использовать в своей системе мультикаст, нужно его включить. Однако перед включением обязательно проверьте, что сСетевое оборудование не блокирует мультикаст трафик, а в настройках вашего VLC плеера нет флажка RTP поверх RTSP (TCP).
Для разного оборудования для видеонаблюдения мультикаст включается по разному. Приведем несколько примеров.
Dahua
Включение мультикаст выполняется командами CGI. Для включения мультикаст TS введите в браузере, чтобы включить многоадресную передачу RTP
[0] и RTP [1] по веб-адресу
http ://ip/cgi-bin/configManager.cgi? action = setConfig Multicast.RTP [0] .Enable = true WEB-страница позволяет ввести имя входа и пароль, а затем нажмите OK.
Многоадресная передача RTP: введите в командной строке, чтобы включить многоадресную передачу RTP [0] и RTP [1] на веб-адресе shttp ://ip/cgi-bin/configManager.cgi? action = setConfig name = Multicast. Порт по умолчанию для RTP [0] — 40000, а для RTP [1] — 40001, порт RTP по умолчанию — 554. Вы может проверить порт RTP на веб-странице:
После ввода комментария можно увидеть следующее состояние RTP, оба параметра enable имеют значение true.
Обратите внимание, что для многоадресной передачи RTP должны быть включены RTP [0] и [1], а порт RTSP должен быть четным.
Закройте брандмауэр, закройте все антивирусы, откройте VLC и найдите сетевой Steam.
Входной комментарий: rtsp ://10.15.2.237: 554/cam/realmonitor? channel = 1 unicast = false
Введите play и теперь вы получите многоадресное видео.
Многоадресная передача UDP:
Изменение UDP совпадает с RTP
Введите http ://ip/cgi-bin/configManager.cgi? action = setConfig Multicast.TS [0] .MulticastAddr = ip to modity адрес многоадресной рассылки UDP
Адрес UDP по умолчанию — 224.1.2.3, диапазон изменения — 224.X.X.X.to 239.X.X.X
OMNY PRO
Включение мультикаст выполняется в WEB интерфейсе.
Заходим Configuration—Advance Set—Access Platform—PU SetRegister Server> вводим адреса между 224—239 сегментом, например, 224.168.1.100, указываем порт 10102.
Новые модели имеют другое расположение настроек мультикаст:
Configuration>>network management>>Network Service>>MUC
OMNY Base
Включение мультикаст выполняется в WEB интерфейсе. Путь Settings/Network/RTSP — Multicast Settings / Enable Multicast, затем вводим адреса между 224—239 сегментом, например, 224.1.2.3, указываем порт 10000 и сохраняем.
Открываем VLC плеер для проверки (Медиа/открыть URL/сеть) и вводим строку запроса как RTSP.
Убедитесь, что в настройках вашего VLC плеера нет флажка RTP поверх RTSP (TCP).
Вот, пожалуй, и все. Мы же напоминаем, что наша компания «Запишем всё» с 2010 года занимается проектированием, монтажом, обслуживанием и ремонтом систем видеонаблюдения и видеодомофонов в Москве и Подмосковье.
Межсетевой протокол управления группами (IGMP)
Протокол IGMP (Internet Group Management Protocol) — это межсетевой протокол управления группами, который играет ключевую роль при организации мультикастовой передачи данных. Он входит в состав стандартного пакета TCP/IP и используется для осуществления многоадресной динамической рассылки. Учитывая широкое применение таких рассылок, для построения и обслуживания сетей важно иметь общее представление об IGMP протоколе: что это, и как он работает. Для этого важно не только осветить сам межсетевой протокол, но и дать понятие многоадресной рассылки и динамической многоадресной рассылке.
Что такое многоадресная рассылка?
Многоадресная рассылка, или Multicast — это способ передачи данных по сетям IPv4, который обеспечивает доставку единого потока информации одновременно тысячам частных или корпоративных пользователей. Работа в режиме Multicast предусматривает, что отправитель передает пакеты данных выбранной группе адресатов. При этом допускается подключение этих адресатов к разным подсетям. Протокол IPv4 предполагает организацию отправки пакетов тремя способами:
- адресация определенному устройству;
- широковещательная рассылка;
- многоадресная рассылка.
В первом случае трафик передается только на конкретный компьютер. Этот способ позволяет пользователю выполнять значительную часть действий в интернете. Однако передача конкретному устройству потокового видео или других массивных объемов данных приведет к повышенной нагрузке на сеть. Поэтому для решения таких задач целесообразно использовать способы, позволяющие единожды передавать потоки, которые смогут получать многочисленные пользователи.
Широковещательная рассылка предполагает передачу данным от отправителя все подключенным к конкретной сети хостам. Сегодня этот метод используется редко, поскольку создает помехи для передачи других видов трафика.
Оптимальным решением становится многоадресная рассылка, при которой пакеты доставляются каждому подключенному к сети с определенным адресом хосту. Это дает значительную экономию полосы пропускания и снижает нагрузку на сеть.
При многоадресной рассылке сообщения отправляются на адрес группы Multicast, не имеющей географических и физических ограничений — то есть узлы могут быть расположены в разных странах и регионах. Главное, чтобы они были подписаны на рассылку (присоединены к группе). Для присоединения к группе Multicast и используется протокол IGMP.
Динамическая многоадресная рассылка
Чтобы обеспечить создание корректной конфигурации динамической многоадресной рассылки, необходим маршрутизатор или коммутатор, поддерживающий уровень 3. Коммутатор 3 уровня способен выполнять обработку многоадресных групп. Он использует межсетевой протокол IGMP для получения от клиентов сообщений присоединение (join) и исключения (leave). Эти сообщения используются для формирования многоадресных групп — добавления и удаления из них клиентов.
Кроме этого, в сетях, поддерживающих многоадресную рассылку, могут использоваться коммутаторов 2 уровня. Такие коммутаторы поддерживают IGMP Snooping. Благодаря этому обеспечивается возможность «считывать» IGMP трафик, проходящий между маршрутизаторами (запросчиками) и хостами. В результате коммутатор может контролировать присоединение портов к многоадресным группам и исключение их из многоадресных групп, обеспечивать динамическое перенаправление трафика только на те порты, которые входят в состав группы.
Запросчик IGMP регулярно отправляет сообщения IGMP Membership Query (запросы принадлежности IGMP) на адрес многоадресной рассылки 224.0.0.1. Эти запросы с определенным интервалом поступают всем поддерживающим многоадресную рассылку хостам. В результате коммутатор 3 уровня может отслеживать относящиеся к многоадресной группе порты.
Принципы работы IGMP
Функция протокола заключается в поддержании работы многоадресных групп. При отсутствии клиентов передача мультикастового трафика в соответствующий сегмент сети не требуется. Если появляется клиент, который хочет получать мультикастовый трафик, то он уведомляет об этом маршруты именно с помощью протокола IGMP.
Рассмотрим, как работает IGMP по порядку
При запуске клиента и задании на нем группы 224.2.2.4 в сеть направляется запрос IGMP Membership Report, которым узел сообщает о желании получать мультикастовый трафик. Запрос отправляется на адрес группы и указывается в пакете данных. Такие запросы маршрутизаторами никуда не пересылаются и действуют только в пределах своего сегмента.
После получения IGMP Membership Report маршрутизатор определяет наличие клиентов за соответствующим интерфейсом и заносит данные в таблицу.
Мультикастовый трафик передается клиенту. Чтобы не выполнять вещание впустую, маршрутизатор периодически проверяет наличие получателей. Такая проверка выполняется путем отправки запроса IGMP Query во все нисходящие интерфейсы. Запросы IGMP Query направляются на IP 224.0.0.1 с интервалом по умолчанию 60 секунд. После получения запроса IGMP Query, подключенный к группе хост отправляет в ответ сообщение IGMP Report, как и при подключении.
В случае если в ответ на запрос Query поступает хотя бы один Report, значит, в группе еще есть клиенты. Поэтому маршрутизатор продолжает вещание мультикастового трафика в соответствующий интерфейс. Если же интерфейс не отвечает на запросы 3 раза подряд, он удаляется из таблицы многоадресной маршрутизации и перестает получать трафик. Как правило, клиент отправляет Report по своей инициативе только при подключении, а в дальнейшем только отвечает на запросы маршрутизатора.
Принцип работы протокола динамической маршрутизации IGMP предусматривает использование механизма Report Suppression, в соответствии с которым при получении Query клиент не отправляет Report, а берет определенный интервал. Его продолжительность может составлять от 0 до времени Max Response Time, которое указывается в Query.
Это необходимо для того, чтобы избежать перегрузки сети многочисленными ответами от клиентов. Кроме того, поскольку Report отправляется на адрес группы, его получают и все клиенты, находящиеся в пределах соответствующего сегмента. При получении Report от другого клиента группы узел не отправляет свой ответ. Благодаря этому Report обычно отправляет только один клиент, чего достаточно маршрутизатору для продолжения вещания на узел.
Когда клиент выходит из группы, например, при отключении пользователем плеера потокового видео, он направляет на адрес группы сообщение IGMP Leave. После получения Leave не может отключить конкретного клиента, поскольку не различает их. Он работает с нисходящим интерфейсом, в котором может находиться несколько клиентов. Поэтому после получения Leave маршрутизатор некоторое время продолжает вещание. При этом он отправляет на адрес группы, из которой поступил Leave, запрос IGMP Query.
Такой запрос называют Group Specific Query, и отвечают на него только клиенты, подключенные к данной группе. Запросы этого типа посылаются дважды. Один из них — обязательный, второй — контрольный. Если в ответ на Group Specific Query приходит Report, маршрутизатор продолжает вещание на группу. Если ответ не поступает, то он удаляет ее из таблицы маршрутизации и прекращает вещание.
При наличии в клиентском сегменте двух или нескольких маршрутизаторов применяется более сложная схема работы протокола IGMP. Это необходимо, чтобы исключить дублирование мультикастового трафика, поскольку при стандартной схеме каждый маршрутизатор будет получать от клиентов Report. Чтобы предотвратить такое дублирование, применяется механизм выбора опрашивателя Querier, в качестве которого назначается один из маршрутизаторов. Именно он реагирует на сообщения Report и Leave, а также транслирует мультикастовый трафик. Остальные маршрутизаторы в сегменте только слушают Report и находятся в резерве.
Источник: www.smart-soft.ru