Что такое multicast в видеорегистраторе

Обновлено: 07.07.2024

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.

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.

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.

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

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.

Адрес UDP по умолчанию — 224.1.2.3, диапазон изменения — 224.X.X.X.to 239.X.X.X

В VLC введите udp ://@ 224.1.2.3: 20000 (при наличии только 1 IPC в сети, однако при подключении нескольких IPC в локальной сети следует изменить адрес по умолчанию на другой).

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.

Сохраняем, устройство перезагружается. Открываем VLC плеер для проверки (Media /открыть URL/сеть) и вводим строку запроса udp://@224.168.1.100:10102 (соответствующий адрес и порт).

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).

Мы работаем быстро, качественно и по доступным ценам. Перечень услуг и цены на их вы можете посмотреть здесь.

p4GcRGuXFmeV4ZWTYHVAt18A2 2021-02-12T17:12:14+03:00 6, Октябрь, 2020 | Настройка видеонаблюдения | Комментарии к записи Настройка Multicast в системах видеонаблюдения отключены

Технология Multicast для передачи мегапиксельного видеотрафика в системах видеонаблюдения

Технология Multicast пришла на смену Unicast и применяется при построении сети, предназначенной для передачи видео и, прежде всего, мегапиксельного.

Особенностями Multicast являются:

Это 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 использовать соответсвующие видеокамеры, маршрутизаторы и коммутаторы.
В небольших сетях рационально ограничиться использованием коммутаторов 2-го уровня, но они должны поддерживать механизм IGMP snooping.
Данный механизм должен быть сконфигурирован для каждого устройства в целях обеспечения планируемых режимов работы сети.

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.

Multicast в свою очередь использует UDP-пакеты, что позволяет передавать данные с меньшими задержками, но не отслеживает потери пакетов. Есть возможность компенсировать этот недостаток классификацией трафика, с помощью технологии QoS.

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.

Технологию Multicast лучше всего использовать, когда источники видеосигнала, (видеокамера или видеосервер) находятся на большом 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 размещаются на значительном удалении от источников и не имеют широкополосного канала связи.

Выгода от использования технологии связана с 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, что крайне актуально для видеосерверов, поскольку на эти устройства возложен ряд важных 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 операторов видеонаблюдения и иным приемникам. Однако более прогрессивное применение технологии – использование Multicast-потоков видеокамеры, причем многие современные 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.

При реализации сети с использованием Multicast важно обращать внимание не только на поддержку технологии конечным и сетевым оборудованием, но и на скорость работы сетевых интерфейсов установленного в сети оборудования.

Проблема в том, что при установке коммутаторов, несмотря на их широкие возможности по настройке и управлению, их не конфигурируют. Из-за этого не настроенный коммутатор ретранслирует Multicast-трафик на все порты, а не на порты, к которым подключены подписчики. По этой причине сеть, рассчитанная на определенное значение пропускной способности, не справляется с ней. В результате активное оборудование сети работает в перегруженном режиме. Поэтому при использовании технологии Multicast следует в обязательном порядке произвести настройку коммутатора.

Еще одна проблема заключается в том, что устройства с сетевыми интерфейсами небольшой пропускной способности при интенсивном Multicast-трафике перестают успевать отбрасывать ненужные им пакеты и принимать нужные и-за переполнения буфера интерфейса. В итоге часть пакетов теряется. Д

ля пользователей это будет выглядеть как рассыпание видеоизображений , а также прерывание и неразборчивость речи. Чтобы локальная сеть выполняла предполагаемые задачи, крайне важно сконфигурировать механизм IGMP snooping на всех коммутаторах.

Таким образом технология Multicast дает неоспоримые преимущества, но ее применение требует комплексного подхода для получения высокоэффективного решения для систем видеонаблюдения.

Мы работаем быстро, качественно и по доступным ценам. Перечень услуг и цены на их вы можете посмотреть здесь.

p4GcRGuXFmeV4ZWTYHVAt18A2 2020-03-11T16:03:11+03:00 11, Март, 2020 | Выбор системы | Комментарии к записи Технология Multicast для передачи мегапиксельного видеотрафика в системах видеонаблюдения отключены

Построение или оптимизация IP-сетей для передачи видеопотоков в формате Multicast могут нередко сопровождаться проблемами. Примеры их решения в первую очередь заинтересуют системных администраторов и специалистов, обслуживающих небольшие корпоративные и ведомственные сети - они ориентированы на быстрое развертывание и минимальные затраты, поскольку основаны на бесплатном ПО

Илья Назаров
Системный инженер
компании "Интелком лайн"

Рассмотрим некоторые конкретные задачи, которые могут возникнуть при работе с IP-сетями.

Обеспечение надежности передачи Multicast

Первая и наиболее распространенная проблема, возникающая при передаче не только видеопотоков, но и вообще любого трафика реального времени, - это вариация задержки и потери пакетов. В случае если причина тому - перегруженность каналов, то, как правило, есть возможность обойти проблему путем расширения пропускной способности или настройки QoS.

На сегодня различные возможности QoS реализованы практически на любом сетевом оборудовании. С принципами их работы и примерами настроек можно ознакомиться в Интернете, поэтому рассматривать их не будем. Сложности возникают, когда даже при обеспечении гарантированной пропускной способности на канале все равно возникают потери пакетов. Такая ситуация типична для каналов последней мили, где потери пакетов происходят вследствие ошибок на физическом уровне. Наиболее актуальной данная проблема является для операторов услуг IPTV, которые не всегда могут обеспечить качественный канал до оборудования абонента Производители решений IPTV решают данную проблему, встраивая возможность повторной отправки потерянного пакета. В общем случае для этого используются специальные серверы, кэширующие видеопотоки, которые устанавливаются на периферийных узлах. Абонентские устройства (set top box) отслеживают состояние потоков и при возникновении потерь пакетов запрашивают повторную передачу этих пакетов у ближайшего сервера. Если поток передается в формате Multicast, повторные пакеты передаются абонентскому устройству в виде Unicast, чтобы не нагружать каналы других пользователей.

В настоящее время ведутся разработки стандартного протокола Pragmatic General Multicast (RFC 3208), который также предназначен для отслеживания потерь пакетов Multicast и повторной их отправки. Некоторые производители сетевого оборудования и операционных систем уже реализуют функционал PGM в своих продуктах.

Передача поверх сетей Unicast

Другая проблема, которая часто случается при построении сетей вещания, - отсутствие поддержки маршрутизации Multicast на некоторых сегментах сети. Такая ситуация может возникнуть, например, если источник и приемник находятся в разных сегментах сети, соединяемых через Интернет или посредством арендованного IP VPN. В подобном случае применяются технологии туннелирования. Для этих целей разработано множество протоколов и стандартов, на особенностях которых не будем заострять внимание, отметим лишь, что туннель может быть маршрутизирующим или коммутирующим. В первом случае маршрутизаторы на концах туннеля должны поддерживать протоколы передачи IP Multicast (PIM), во втором - поток передается прозрачно на уровне кадров Ethernet.

В качестве примера можно привести популярную утилиту OpenVPN с открытым исходным кодом, которая может работать в любом из этих режимов. Режим маршрутизации здесь используется по умолчанию, в этом случае создается виртуальный TUN-интерфейс с присвоенным IP-адресом. Для настройки туннеля в режиме коммутации требуется, во-первых, установить пакет утилит Bridge UtiIs, во-вторых, произвести дополнительные изменения в файле конфигурации. Вместо TUN указываем тип интерфейса ТАР (этот тип используется для прозрачной передачи кадров Ethernet) и указываем сценарии инициализации и отключения туннеля:

dev tap0
up "/etc/openvpn/up.sh"
down "/etc/openvpn/down.sh"

В сценарии инициализации (up.sh) включаем виртуальный интерфейс в режиме прозрачной передачи кадров и присваиваем ему соответствующий идентификатор bridge:

/sbin/ip link set tap0 up promise on
/usr/sbin/brctl addif br0 tap0

В сценарии отключения (down.sh) отвязывается идентификатор и отключается интерфейс:

/usr/sbin/brctl delif br0 tap0
/sbin/ip link set tap0 down

При этом в файле /etc/network/interfaces уже должны быть прописаны настройки интерфейса bridge:

auto br0
iface br0 inet static
bridge_ports eth0

На интерфейсе br0 при этом можно настроить IР-адрес, который будет использоваться для удаленного доступа на сам сервер. Таким образом, туннельный интерфейс и интерфейс локальной сети (eth0) оказываются в одной группе с общим идентификатором br0, и трафик между этими интерфейсами будет передаваться прозрачно, аналогично тому, как это делает обычный коммутатор.

Объединение доменов

Одна из самых сложных задач при использовании IP Multicast возникает, когда требуется объединить несколько существующих изолированно друг от друга сетей в единый домен, где получатели потоков должны иметь возможность принимать потоки как из своей сети, так и из присоединенной сети. Главная неприятность, с которой в этой ситуации могут столкнуться администраторы сети, - это пересечение адресного пространства. Если повторяющихся адресов не так уж и много, то можно просто поменять адреса (если есть такая возможность). Но что делать, если такой возможности нет?

Один из способов решения данной проблемы - использование статического NAT на границе доменов. В этом случае при передаче потока из одного домена в другой адрес потока меняется. Но следует убедиться, что используемое оборудование поддерживает трансляцию адресов Multicast. Используя трансляцию, нужно также настроить статическую подписку IGMP на пограничных интерфейсах, поскольку маршрутная информация между доменами передаваться не будет.

Другой способ - использование технологии SSM (Source Specific Multicast) на базе протокола PIM. В этом случае маршрутизация каждого потока в сети осуществляется не по адресу группы рассылки Multicast (G), а по каждой уникальной паре "источник - группа" (S,G). Таким образом, для потоков, имеющих одинаковые адреса Multicast, но разные IP-адреса источников, создаются отдельные маршруты. При использовании SSM следует озаботиться еще и тем, чтобы приложения, принимающие потоки, также могли различить их по адресам источников. Чтобы приложение могло подписаться на необходимые потоки, нужно, чтобы оно использовало протокол IGMP версии 3.

Использование шлюза

Кардинальным решением при объединении доменов вещания будет использование специального шлюза. Такой вариант, несмотря на дороговизну, обладает наибольшей гибкостью и иногда является единственным способом решить проблему совместимости. Шлюз может не только осуществлять трансляцию адресов, но и полностью преобразовывать потоки на более глубоком уровне. Например, можно, принимая постоянный поток RTP из одного домена, осуществлять его перекодировку (transcoding) на лету и добавить возможность подписки на поток по протоколу RTSP в другом домене. При этом для приема и передачи потоков можно использовать адреса и Multicast, и Unicast, а также их комбинации при дублировании потоков. Решения IPTV и VoD различных производителей, как правило, содержат в себе подобный функционал, чтобы обеспечить совместимость с различными абонентскими устройствами и сетевой инфраструктурой.

Разнообразные варианты работы шлюза рассмотрим на примере еще одной популярной утилиты с открытым исходным кодом - VLC media player. Многие пользуются этой программой как обычным видеопроигрывателем, даже не подозревая, насколько богатым функционалом она обладает. Для настройки VLC в качестве шлюза можно пользоваться как графическим интерфейсом, так и командной строкой. Синтаксис командной строки зависит от используемой ОС и может различаться в зависимости от версии программы. В версии 2.0.0 для Windows строка запуска может выглядеть так (одной строкой):

В качестве первого аргумента программе передается адрес принимаемого потока (это также может быть имя файла или устройства видеозахвата), следующие за ним аргументы - список опций. В данном случае мы подписываемся на поток RTP с адресом 239.1.1.1 и портом UDP 5004, перекодируем его (опция transcode), используя видеокодек MPEG-2 и аудиокодек MPEG Audio, и передаем уже с другим адресом - 239.2.2.2 и портом 1234.

Еще один вариант использования:

Опция duplicate позволяет дублировать потоки, используя разные IP-адреса и UDP-порты. В данном примере мы принимаем тот же поток и передаем его в двух экземплярах: с адресами 239.2.2.2 и 192.168.1.1. Указывая в качестве параметра dst-адреса Unicast, можно также решить проблему с передачей потока через сети, которые не поддерживают маршрутизацию Multicast.

Изучайте протоколы!

Мы рассмотрели далеко не полный список проблем, связанных с передачей IP Multicast. Но в любой ситуации поиск решения не составит труда, если специалист обладает хорошими знаниями принципов работы технологий и протоколов. Поэтому главной рекомендацией будет доскональное изучение стандартов и постоянное совершенствование своих знаний, что позволит избежать большинства проблем или свести к минимуму расходы на их решение.

Остановимся на анализе мультикаст-трафика через IGMP-протокол. Рассмотрим реализацию работы протокола IGMP, работы протокола PIM, отправки JOIN-запросов. После анализа проблемы была разработана оптимальная конфигурация сетевого оборудования, эффективная настройка QOS. Данная задача появилась после обнаружения проблемы в сети, такой как прерывание сигнала у клиентов, наличие фризов и прерывание звука.

IGMP — Internet Group Management Protocol — это сетевой протокол взаимодействия абонентов мультикаст-трафика и ближайшего к ним сетевого оборудования.

Для справки: dense mode предполагает, что мультикаст-трафик идет до абонента, и неважно, подписывается ли он на определенный канал. Мультикаст идет во все порты, потом, если он не нужен по месту назначения, то отправляется служебный пакет PIM Prune, и трафик перестает идти по этой ветке.

В нашей сети применялась вторая версия протокола IGMP.

IGMP snooping реализуется на сетевом оборудовании, отдельного включения функции недостаточно, необходима дополнительная настройка. После включения данной функции управляемые коммутаторы могут анализировать трафик — мультикаст-поток.

Однако для того, чтобы получить мультикаст-трафик, нужно реализовать эту функции на стороне клиента. К примеру, если клиент подключен через роутер, то необходимо позаботиться о включении этой функции на роутере.

Проверить корректность работы мультикаст-вещания можно путем анализа трафика через Wireshark, после включения телевидения через VLC-медиаплеер. В настройках VLC указываем, к примеру, udp:@239.255.0.A:5500. Для передачи потока используется UDP протокол, далее идет мультикаст адрес, далее порт.

На коммутаторах уровня доступа у нас применялись следующие настройки:

Глубокий анализ проблемы, применение средств диагностики и понимание работы протокола IGMP позволяет выработать эффективную и оптимальную конфигурацию мультикаст-трафика в вашей сети.

Читайте также: