Что такое multicast в видеорегистраторе
Multicast (мультикаст) – процесс отправки пакета от одного хоста к некоторой ограниченной группе хостов.
Unicast
Тип передачи данных Unicast (индивидуальный) используется для обычной передачи данных от хоста к хосту. Способ Unicast работает в клиент-серверных и пиринговых (peer-to-peer, от равного к равному) сетях.
В unicast пакетах в качестве IP адреса назначения используется конкретный IP адрес устройства, для которого этот пакет предназначен. IP адрес конкретного устройства состоит из порции адреса сети (в которой находится это устройство) и порции адреса хоста (порции, определяющей это конкретное устойчиво в его сети). Это все приводит к возможности маршрутизации unicast пакетов по всей сети.
Multicast и broadcast пакеты, в отличие от unicast пакетов, имеют свои собственные специальные (зарезервированные) IP адреса для использования их в заголовке пакетов в качестве пункта назначения. Из-за этого, broadcast пакеты в основном ограничены пределами локальной сети. Multicast трафик также может быть ограничен границами локальной сети, но с другой стороны также может и маршрутизироваться между сетями.
В IP сетях unicast адрес является адресом, то есть адресом конечного устройства (например, компьютера). Для типа передачи данных unicast, адреса хостов назначаются двум конечным устройствам и используются (эти адреса) как IP адрес источника и IP адрес получателя.
В течение процесса инкапсуляции передающий хост размещает свой IP адрес в заголовок unicast пакета в виде адреса источника, а ИП адрес принимающего хоста размещается в заголовке в виде адреса получателя. Используя эти два IP адреса, пакеты unicast могут передаваться через всю сеть (т.е. через все подсети).
Multicast
- видео и аудио рассылка
- обмен информацией о маршрутах, используемый в маршрутизируемых протоколах.
- распространение программного обеспечения
- ленты новостей
Multicast клиенты
Хосты, которые хотят получить определенные multicast данные, называются multicast клиентами. Multicast клиенты используют сервисы инициированные (начатые) клиентскими программами для рассылки multicast данных группам.
Каждая multicast группа представляет собой один multicast IP адрес назначения. Когда хост рассылает данные для multicast группы, хост помещает multicast IP адрес в заголовок пакета (в раздел пункта назначения).
Broadcast (Широковещание)
Из-за того, что тип передачи broadcast используется для отправки пакетов ко всем хостам в сети, пакеты использую специальный broadcast IP адрес. Когда хост получает пакет, в заголовке которого в качестве адреса получателя указан broadcast адрес, он обрабатывает пакет так, как будто это unicast пакет.
Когда хосту необходимо передать какую-то информацию всем хостам в сети используется способ передачи данных broadcast. Еще когда адрес специальных сервисов (служб) или устройств заранее неизвестен, то для обнаружения также используется broadcast (широковещание).
- создание карты принадлежности адресов верхнего уровня к нижним (например, какой IP адрес на конкретном устройстве со своим MAC адресом)
- запрос адреса (в качестве примера можно взять протокол ARP)
- протоколы маршрутизации обмениваются информацией о маршрутах (RIP, EIGRP, OSPF)
Когда хосту нужна информация, он отправляет запрос на широковещательный адрес. Все остальные хосты в сети получат и обработают этот запрос. Один или несколько хостов вложат запрашиваемую информацию и ответят на запрос. В качестве типа передачи данных, отвечающие на запрос будут использовать unicast.
В отличие от unicast передачи, где пакеты могут быть маршрутизированы через всю сеть, broadcast пакеты, как правило, ограничиваются локальной сетью. Это ограничение зависит от настройки маршрутизатора, который ограничивает сеть и следит за типом широковещания (broadcast).
Существует два типа broadcast передачи данных: направленное широковещание и ограниченное широковещание.
Направленный broadcast (направленное широковещание)
Направленный broadcast отправляется всем хостам какой-то конкретной сети. Этот тип широковещания удобно использовать для отправки broadcast трафика всем хостам за пределами локальной сети.
Ограниченный broadcast (ограниченное широковещание)
Ограниченный broadcast используется для передачи данных всем хостам в локальной сети. В такие пакеты в качестве пункта назначения вставляется IP адрес 255.255.255.255. Маршрутизаторы такой широковещательный трафик не передают. Пакеты, переданные ограниченным broadcast будут распространяться только в локальной сети. По этой причине локальные сети IP также называют широковещательным доменом (broadcast domain). Маршрутизаторы образуют границу для широковещательного домена. Без границы пакеты бы распространялись по всей сети, каждому хосту, уменьшая быстродействие сетевых устройств и забивая пропускную способность каналов связи.
Приведу пример ограниченного broadcast: хост находится внутри сети 172.16.5.0/24 и хочет передать пакет всем хостам в его сети. Используя в качестве пункта назначения IP адрес 255.255.255.255, он отправляет широковещательный пакет. Этот пакет примут и обработают все хосты только в этой локальной сети (172.16.5.0/24).
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?
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.
report this ad
Современный человек на каждом шагу сталкивается с большим потоком визуальной и звуковой информации: домашнее телевидение, рекламные цифровые билборды, мультимедийные системы в поездах и самолетах, информирование в аэропортах и вокзалах и многое другое. Все эти системы требуют быстрой и эффективной передачи данных от одного источника до множества получателей. Такой же принцип работы используется при осуществлении видеоконференций, а в промышленном секторе востребован в системах видеонаблюдения и звукового аварийного оповещения.
На схеме изображена система, в которой источник информации отправляет три одинаковых экземпляра данных для трех получателей на их индивидуальные IP-адреса. Именно так выглядит одноадресная (unicast) рассылка.
Даже человеку, далекому от сетевых технологий, понятно, что в такой сети источнику приходится формировать несколько идентичных пакетов. А если получателей не три, а сотни или тысячи? В подобных системах необходимо применить совершенно другой подход – многоадресную (multicast) рассылку.
Multicast обеспечивает доставку трафика группе клиентов на IP-адрес группы многоадресной рассылки. Схема передачи данных выглядит следующим образом:
Независимо от того, сколько клиентов заинтересованы в получении данных, сервер-источник будет отправлять только один пакет, тем самым избегая излишнего дублирования. Плюсы такого подхода очевидны:
- рациональное использование пропускной способности;
- экономия вычислительных возможностей сервера;
- снижение нагрузки на сеть.
Более подробно рассмотрим механизм работы многоадресной рассылки.
Инструменты технологии multicast
Static Multicast – отслеживание и добавление статических многоадресных MAC-адресов вручную для фильтрации многоадресного трафика. Некоторые устройства не поддерживают динамическую регистрацию в мультикаст-группе, но в то же время способны получать многоадресный трафик. Чтобы это было возможно, такие устройства нужно зарегистрировать вручную: создать запись с групповым адресом и номерами портов в таблице многоадресной рассылки маршрутизатора.
IGMP (Internet Group Management Protocol) – протокол управления многоадресной передачей данных. Используется для динамической регистрации узлов-получателей в многоадресной группе. С его помощью хосты-клиенты оповещают маршрутизатор о своем желании получать многоадресный трафик (т.е. подписаться на рассылку). На сегодняшний день существует три версии данного протокола, все они совместимы между собой.
Механизм работы IGMP
Роутер получает IGMP-Report и заносит в свою таблицу мультикаст маршрутизации информацию о том, что на данном интерфейсе присутствуют клиенты, заинтересованные в получении трафика.
Групповой IP-адрес . Сервер-источник отправляется пакеты не на индивидуальные IP-адреса узлов, а на IP-адрес группы (выделенные специально для этих целей адреса в диапазоне от 224.0.0.0 до 239.255.255.255).
Групповой MAC-адрес . Для того, чтобы передавать кадры по локальной сети, каждому групповому IP-адресу должен соответствовать групповой MAC-адрес. Он всегда начинается с префикса 01:00:5Е, а оставшаяся часть формируется из 23 младших бит IP-адреса группы по определенному алгоритму.
Функция IGMP Snooping используется для того, чтобы избежать перенаправления трафика на все, даже не заинтересованные в его получении, узлы, т.е. для предотвращения флуда.
Маршрутизация Multicast трафика
Зачастую стоит задача транслирование многоадресного потока данных через несколько подсетей, разделенных маршрутизаторами. Каждый интерфейс маршрутизатора является широковещательным доменом, поэтому многоадресные пакеты маршрутизироваться между ними не будут. Именно для таких систем используют специализированные протоколы многоадресной маршрутизации. Например, протокол PIM.
PIM ( Protocol Independent Multicast ) – набор протоколов многоадресной маршрутизации, которые строят путь передвижения многоадресного трафика от сервера до клиентов через маршрутизаторы. Имеет два основных режима - Dense и Sparse , отличающихся принципом работы.
Организация многоадресной рассылки на маршрутизаторе Moxa
Типовая схема
Рассмотрим следующую типовую схему подключения сервера и клиентов, которые находятся в разных сегментах сети:
Что значит
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.
.jpg)
Что нужно для использования multicast?
Для применения технологии multicast необходимо выполнение следующих условий:
Просто применение камер или серверов с multicast не дает результата без специальных коммутаторов и сложной настройки.
Преимущества и недостатки использования multicast
Преимуществами мультикаста являются:
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.
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).
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.
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.
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.
Форум по системам видеонаблюдения и безопасности.
Форум по системам видеонаблюдения, безопасности, пожарным и охранным сигнализациям, контролю доступа.
Rtsp и Мультикаст на hikvision
Rtsp и Мультикаст на hikvision
Читайте также: