Мультикаст трафика что это

В каких ситуациях Multicast выгодно применять в IP-видеонаблюдении?

Что такое multicast?

Мультикаст (multicast) – технология передачи данных, когда необходимо доставить одни и те же данные большому (и даже неограниченному) числу получателей, не перегружая при этом источник данных и сеть.

При использовании multicast 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 получателей. Например, поток с одной IP-камеры может приниматься неограниченным числом зрителей интернет трансляции. Или поток с видеосервера может приниматься на десятках рабочих мест операторов видеонаблюдения, не нагружая при этом ни видеосервер, ни сетевой порт видеосервера.

Исходящий из камеры или сервера трафик практически не изменяется и не зависит от количества получателей.

Что нужно для использования multicast?

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.

Просто применение камер или серверов с multicast не дает результата без специальных коммутаторов и сложной настройки.

Преимущества и недостатки использования multicast

Преимуществами мультикаста являются:

• сравнительно небольшие требования к пропускной способности линии связи, идущей от источника трафика;
• возможность подключения большого количества получателей трафика (десятки, сотни, тысячи);
• стабильная работа источника трафика, т.к. подключение/отключение получателей никак не сказывается на работе источника.

Главным недостатком мультикаста , применительно к классическому охранному видеонаблюдению, является отсутствие преимуществ перед традиционным юникаст: у IP-камеры один получатель данных – видеосервер, у видеосервера небольшое количество получателей – несколько рабочих мест, к тому же, как правило, отображающих в один момент разный набор камер.

Дополнительно стоит упомянуть о непригодности мультикаст 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.

В итоге Multicast имеет смысл применять только если в системе большое количество удаленных рабочих мест для отображения одних и тех же камер, которые не используются для просмотра видеоархивов. При построении систем видеонаблюдения с multicast следует выбирать сетевое оборудование с поддержкой IGMP snooping.

Источник

Трафик IP Multicast: как он работает и приложения, которые его используют

В сетях IPv4 существуют разные типы связи между разными хостами в одной и той же сети, обычно для связи и передачи данных используется одноадресный трафик (трафик с одного компьютера на другой), однако существует также многоадресный IP-трафик или также известный как многоадресная рассылка, цель которой — отправлять информацию только тем компьютерам (клиентам), которые специально настроены для приема этого сетевого трафика. Сегодня в этой статье мы подробно объясним, что такое многоадресный трафик и почему он так важен сегодня в интернет-телевидении.

Что такое многоадресный трафик?

Трафик IP Multicast или также известный как IP multicast — это метод передачи информации группе получателей (клиентов), которые настроены для этой цели. Компьютеры, которые специально не настроены, не будут получать этот сетевой трафик и смогут отправлять и получать другие типы трафика. В сетях IPv4 можно выполнять в общей сложности четыре различных типа связи, а именно:

• одноадресный : это наиболее распространенный тип связи, адрес является одноадресным, то есть от определенного источника к месту назначения. У нас есть один отправитель и получатель, и его можно использовать как для отправки, так и для получения данных. Этот тип связи широко используется, например, для просмотра веб-страниц, передачи файлов через Samba или FTP или почти любого другого типа связи. Если мы хотим отправить одну и ту же информацию нескольким пользователям, нам придется отправить данные по одному разу каждому из получателей.
• Вещать : этот тип связи позволяет отправлять данные всем пользователям в одной локальной сети. Мы можем отправить сообщение на широковещательный IP-адрес (который является последним IP-адресом подсети), и остальные подключенные пользователи автоматически получат это сообщение. У нас есть специальный IP-адрес 255.255.255.255, который представляет широковещательную рассылку по всей локальной сети, этот IP-адрес широко используется, когда мы отправляем сообщение DHCP Discovery, чтобы попытаться определить, где находится DHCP-сервер в сети.
• Anycast : этот тип связи один ко многим, однако данные не передаются всем получателям, они будут отправлены только ближайшим. Этот метод используется DNS-серверами для балансировки трафика данных между различными серверами, распределенными по всему миру. Благодаря IP-адресам Anycast один и тот же DNS-сервер (например, 8.8.8.8) может иметь этот адрес как в Испании, так и в США, так что протоколы динамической маршрутизации будут отвечать за отправку запроса на ближайший DNS-сервер.

Наконец, у нас есть IP Multicast-трафик, о чем мы и поговорим сейчас подробно. Многоадресный трафик специально связан с группой «клиентов», заинтересованных в получении этого сетевого трафика. Если он не входит в группу многоадресной рассылки, они не получат информацию, это идеально для того, чтобы не разрушать сети или не отправлять копии всех пакетов всем клиентам. Связь выполняется один раз от исходного IP-адреса одноадресной рассылки к выбранному IP-адресу многоадресной рассылки, независимо от того, сколько клиентов находится на этом адресе многоадресной рассылки, все в группе получат дейтаграммы.

Одноадресный и многоадресный трафик явно отличается, по этой причине существуют разные протоколы, разработанные специально для многоадресного трафика, которые могут использоваться только с этим типом трафика и не могут использоваться с одноадресной передачей. Большинство существующих протоколов приложений, использующих многоадресную рассылку, используют протокол транспортного уровня UDP. Причина использования UDP заключается в том, что это протокол, не ориентированный на соединение, то есть предварительное «рукопожатие» не требуется для начала отправки информации, но дейтаграммы могут быть отправлены непосредственно из одного источника в различные места назначения, кроме того , головная станция действительно мала, поэтому сетевой трафик значительно оптимизируется за счет отсутствия дополнительных накладных расходов из-за заголовков.

Некоторые очень популярные протоколы, которые используются с многоадресным трафиком, — это RTP (транспортный протокол в реальном времени), это протокол уровня приложения, который отвечает за передачу информации в реальном времени, такой как аудио и видео на телевизионной платформе или в видео. конференции этот протокол используется как в многоадресной, так и в одноадресной передаче. Он также часто используется в сочетании с RTSP (протокол потоковой передачи в реальном времени) и RTCP (протокол управления RTP).

IP-адресация для многоадресной рассылки

IP-адресация многоадресного трафика имеет определенный диапазон, этот диапазон идет от IP-адреса 224.0.0.0 до 239.255.255.255 предназначены для явных многоадресных адресов, этот диапазон обычно называется классом D. Эти IP-адреса не назначаются традиционным одноадресным адресам. , это зарезервированный диапазон, кроме того, в указанном диапазоне есть другие поддиапазоны, которые не должны использоваться всеми приложениями, это следующие диапазоны:

• 224.0.0.0 — 224.0.0.255 (224.0.0 / 24) Блок управления локальной сетью: Этот диапазон IP-адресов обычно используется протоколами маршрутизации внутреннего шлюза, которые используют многоадресную связь, например RIP или OSPF. Эта адресация предназначена только для локальной многоадресной рассылки, поэтому маршрутизаторы не должны пересылать ее.

Остальная часть диапазона 224.0.0.0/8 была назначена различным приложениям на протяжении многих лет или только что была зарезервирована IANA. Диапазон 223.0.0.0/8 зарезервирован для использования с протоколом SSM. Диапазон 239.0.0.0/8 используется для управления, здесь операторы сети предоставляют услуги IPTV для телевидения через Интернет. Вы можете посетить документ RFC3171 где вы найдете все существующие и зарезервированные диапазоны адресации IP Multicast.

Для чего нужен многоадресный трафик?

Многоадресный трафик широко используется в услугах платного телевидения различных оптоволоконных операторов Испании, например, Movistar. Благодаря многоадресной IP-рассылке оператор может предлагать высококачественную потоковую передачу видео и аудио всем клиентам, которые его нанимают, декодер будет прослушивать IP-адрес специально от Multicast для получения всей информации, а маршрутизатор будет получать каналы, проконсультировавшись Это. через протокол RIPv2. Благодаря платформе Movistar TV все клиенты могут получать телесигнал в своих домах без каких-либо задержек, пикселизации или остановок, когда тысячи подключенных клиентов смотрят футбольный матч.

Другое использование многоадресного трафика — видеоконференции, хотя это не очень распространено. Многоадресный трафик также можно использовать в системах видеонаблюдения, где можно эффективно просматривать и записывать видеопоследовательности, снятые одной и той же камерой, что позволяет нам сэкономить большую полосу пропускания, не отправляя его в двух или трех экземплярах разным получателям, только пользователи, которым нужно это увидеть, увидят это без необходимости насыщать сеть.

Как вы видели, многоадресный трафик используется, прежде всего, в услугах IPTV операторов, поэтому для того, чтобы все работало правильно, важно, чтобы и маршрутизатор, и коммутаторы (если они есть) правильно управляли этим многоадресным трафиком. Наиболее важным протоколом для правильного управления многоадресным трафиком является так называемое IGMP Snooping для сетей IPv4 и протокол MLD для сетей IPv6, эти протоколы отвечают только за отправку трафика на компьютеры, которые фактически «слушают» его. трафик, а не на все компьютеры в сети, чтобы избежать его коллапса или замедления.

Источник

Технология Multicast: рациональная передача мегапиксельного видеотрафика

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.

1. Multicast – эффективное решение при передаче большого количества потоков видео от источника к получателям.
2. Оборудование, поддерживающее технологию Multicast, позволяет рационально использовать пропускную способность сети и вычислительные ресурсы устройств, участвующих в обработке пакетов данных.
3. Наиболее рациональное использование технологии Multicast – распределение Multicast-потоков непосредственно от камер к приемникам видеоданных. Чуть менее рациональное – от видеосервера к приемникам видеоданных.
4. Для организации сети с полной поддержкой Multicast необходимо внимательно ознакомиться с возможностями используемых видеокамер, маршрутизаторов и коммутаторов.
5. В небольших сетях рационально ограничиться использованием коммутаторов 2-го уровня, но они должны поддерживать механизм IGMP snooping.
6. IGMP snooping должен быть сконфигурирован для каждого устройства в целях обеспечения планируемых режимов работы сети.

Источник