Technická podpora
Kamera

Kamerové
systémy

AVTECH/CCTV
Jiří JONÁK +420 731 652 004 jonak@stasanet.cz
Jan STOJKOVIČ +420 603 157 407 stojkovic@stasanet.cz
MAZi/NUUO
Jan STOJKOVIČ +420 603 157 407 stojkovic@stasanet.cz
Hikvision
Jiří JONÁK +420 731 652 004 jonak@stasanet.cz
Jan STOJKOVIČ +420 603 157 407 stojkovic@stasanet.cz
Dahua
Ing. Antonín HORÁK +420 605 295 751 horak@stasanet.cz
Fotopasti
Martin HÁJEK +420 603 294 595 hajek@stasanet.cz
Docházka

Docházkové a přístupové
systémy

Václav NOVÁK +420 775 020 212 novak@stasanet.cz
 
Videotelefony

Domácí
videotelefony

Commax/Farfisa/Tesla
Břetislav VYTŘÍSAL +420 607 090 200 vytrisal@stasanet.cz
Jan ZLÁMAL +420 733 355 631 zlamal@stasanet.cz
EZS

Elektronické zabezpečovací
systémy

Jablotron
Radomil GRUND +420 731 148 031 grund@stasanet.cz
Paradox
Břetislav VYTŘÍSAL +420 607 090 200 vytrisal@stasanet.cz
Radomil GRUND +420 731 148 031 grund@stasanet.cz
EPS

Ostatní

+420 272 660 193 podpora@stasanet.cz
Novinky e-mailem! ?
Získejte přístup k novinkám z oblasti bezpečnostní techniky:
  
Archiv

 

Odborné články

Doručovací metody:

GLS Os. odběr

Způsoby platby:

Dobírka Převod Hotově PayPal

Visa MC Maestro PayU

Hodnocení obchodu na Zboží.cz

Multicasting v kamerových systémech AVTECH

Multicasting v kamerových systémech AVTECH - | Stasanet.cz    Multicast je metoda efektivní komunikace jednoho odesílatele více příjemcům. V tomto článku se s touto problematikou podrobněji seznámíme.

Představte si následující aplikaci IP kamerového systému – budujete kamerový systém ve větším obytném domě a jste správci domu požádáni, aby každý z jeho obyvatel mohl sledovat on-line obraz z těchto kamer. Pokud pomineme právní aspekty a zaměříme se pouze na technické řešení, mohou nás napadnout následující způsoby řešení tohoto problému:

  • Distribuce obrazu pomocí počítačové sítě
  • Distribuce obrazu pomocí rozvodů STA

Pokud začnete přemýšlet nad prvním řešením, velmi rychle zjistíte, že problém nevyřešíte tím, že uživatelům sdělíte IP adresy jednotlivých kamer – jak jsme si vysvětlili v článku věnovaném integraci obrazu IP kamer do webových stránek, IP kamery jsou výkonově omezená zařízení, které umožní pouze omezený počet současně připojených uživatelů.

Naštěstí ale existuje metoda, jak tento problém efektivně vyřešit – tou metodou je použití tzv. multicastingu.

… Co je ten multicasting vlastně zač?

Multicasting (multicast, skupinové vysílání) je metoda odesílání dat, kdy jeden zdroj (v našem případě IP kamera) posílá IP datagramy vícero příjemcům (v našem případě např. počítačům jednotlivých uživatelů v domě). Podstatná je skutečnost, že tato data jsou zdrojem vysílána pouze jedenkrát, čímž se snižuje zatížení zdrojového prvku. Pro úplnost dodejme, že běžný způsob komunikace, kdy spolu komunikují dvě zařízení (např. IP kamera a NVR) se nazývá unicasting.

Multicasting

Multicasting na linkové vrstvě

Zpět k multicastingu. Pokud se podíváte na předchozí obrázek, vidíte, že multicastová data putují na více portů switche. Jak switch pozná, že má v tomto případě poslat data nikoliv na jediný port jako v případě unicastingu, ale že je má poslat na některé / všechny porty s výjimkou portu vysílajícího?

Je to tím, že ethernetové rámce (které přenáší IP datagramy) mají jako MAC adresu cíle nastavenu speciální hodnotu (pro IP datagramy je to 01:00:5e:xx:xx:xx), která informuje switch o tom, že se jedná o multicastová data. Jak ale switch ví, zda má data přeposlat na všechny porty / jen některé? Toto závisí na schopnostech switche - levné switche, pracující pouze na L2 (linkové vrstvě) udělají to, že data přepošlou na všechny porty s výjimkou portu, ze kterého data pocházejí. To pochopitelně vede k tomu, že multicastová data mohou putovat i k zařízením, která o multicastová data vůbec nežádala. Chceme-li tomuto chování předejít a posílat data jen na určité porty switche, potom musíme použít chytřejší switche s funkcí IGMP snooping.

Z předchozího textu by se mohlo zdát, že je multicasting záležitostí pouze L2 vrstvy. Nic není vzdálenější realitě než toto tvrzení! Kdyby to byla pravda, znamenalo by to mj. jiné, že multicasting bude fungovat pouze v rámci lokálního segmentu sítě a nebude možné spojení mezi různými sítěmi. Multicastová data však mohou procházet přes routery, a je tedy teoreticky možné dosáhnout přenosu přes internet.

Multicasting na L3 vrstvě

Nyní víme, že na L2 vrstvě jsou multicastové ethernetové rámce rozlišeny speciální MAC adresou cíle. Existuje podobné rozlišení unicastového / multicastového provozu i na L3 vrstvě? Ano, existuje.

IP datagramy pro multicasting používají speciální, tzv. multicastingové IP adresy, pro IPv4 z rozsahu 224.0.0.0 - 239.255.255.255, tzn. dříve IPv4 adresy třídy D. Tento blok adres však není homogenní, je rozdělen na menší bloky adres:

224.0.0.0 - 224.0.0.255

- rezervované multicastové adresy pro použití uvnitř LAN, data neprocházejí routerem (doba životnosti datagramu alias TTL je nastavena na hodnotu 1). Některé IP adresy z tohoto rozsahu jsou dále rezervovány pro speciální účely. Více informací např. zde.

224.0.1.0 - 238.255.255.255

- globálně dostupné multicastové adresy (veřejné adresy). Používají se pro přenos napříč internetem.

239.0.0.0 - 239.255.255.255

- administrativní, lokální (neveřejné) adresy pro spojení v rámci organizace. Toto je rozsah adres, které budeme v našem příkladu pro multicasting používat.

Znamená to snad, že pokud IP kameře zadáme IP adresu např. 239.101.101.102, potom budou data multicastová? Ne, v žádném případě a nikdy nic podobného nedělejte!!!

Multicastové adresy totiž nepředstavují adresu jednoho konkrétního zařízení (zdroje či cíle) na síti, k tomu jsou určeny unicastové IP adresy. Multicastová adresa slouží k identifikaci cílové množiny zařízení (alias skupiny). Proto se také multicastové adresy do češtiny překládají jako skupinové adresy.

Uveďme si raději konkrétní příklad IP datagramu, který snad blíže osvětlí tuto problematiku. Předpokládejme, že máme na naší síti IP kameru s IPv4 (unicastovou) adresou 192.168.5.183. Pro příjem budeme používat dvě PC – jedno s (unicastovou) adresou 192.168.5.100 a druhé s (unicastovou) adresou 192.168.15.101. Přijatý IP datagram vypadá takto:

Datagram

Vidíme, že adresa zdroje Src je normální unicastová IP adresa kamery. Adresa cíle Dst je multicastová adresa 239.101.101.102.

Teď si možná říkáte „OK, ale jak je možné, že komunikační subsystém mého počítače propustil tato data, když IP adresa mé síťové karty je jiná, např. 192.168.5.100?“. To je velmi správná otázka. Předchozí kapitola Vám dala odpověď na otázku, proč se data z kamery "zkopírovala" na všechny / vybrané porty switche a jak tedy dorazila do síťové karty počítače (podívejte se na adresu cíle nad označeným řádkem). Nyní zbývá odpovědět na předchozí otázku.

Odpověď je následující – data byla komunikačním subsystémem propuštěna proto, že se tento počítač stal členem multicastové skupiny s (multicastovou) adresou 239.101.101.102.

To nás vede k další otázce:

Jak se stát členem skupiny

Odpověď zní: u různých skupin je to různé.

Ale vážně – hledáme pochopitelně odpověď na otázku, jak se stát členem určité multicastové skupiny a zajímat nás bude operační systém Windows. Odpověď je taková, že připojení do skupiny je záležitostí aplikace, která má data přijímat. Z předchozí kapitoly víme, že data mohou přicházet z jiných sítí, proto musí existovat mechanismus, jak členství v multicastové skupině oznámit síťovým prvkům uvnitř i mimo naši síť. Pro tyto účely se pro IPv4 používá protokol IGMP. Protokol IGMP informuje router o tom, že určitý počítač (jeho unicastová adresa je v Src) požaduje členství v určité multicastové skupině. Takový požadavek může vypadat následovně:

Požadavek členství v multicastové skupině

Zprávy protokolu IGMP však nemusí sloužit jen pro router. Chytré switche pomocí odposlouchávání tohoto protokolu dokážou určit, na které porty má multicastová data zasílat (již zmíněná funkce IGMP snooping). Ta funguje tak, že odposlouchává přihlášení / odhlášení do / ze skupiny, a protože zná MAC adresu žadatele (naše PC), dokáže pak data posílat pouze na vybrané porty.

Předpokládejme, že se přijímací aplikace postarala o naše členství v příslušné multicastové skupině. Znamená to tedy, že už teď můžeme multicastová data přijímat? Tato odpověď je závislá na tom, jak je multicasting v kameře implementován a konkrétní odpověď pro IP kamery AVTECH zní: NE!

Proč tomu tak je? Důvodem je, že IP kamera nevysílá žádná multicastová data. Musíme jí nějakým způsobem oznámit, aby začala multicastová data odesílat. K tomu slouží tzv. RTSP rendez-vous point.

Dostaveníčko s RTSP

Tímto se dostáváme až do nejvyšší, aplikační vrstvy. Jednou z vlastností RTSP protokolu je, že klient (tzn. PC pro zobrazení videa) může požádat server (IP kameru), aby tato začala video / audio vracet jako multicastová data v protokolu RTP / UDP. RTSP URL (tzn. zmíněný RTSP randez-vous point) je shodný s formátem URL, popsaným v dřívějším článku. Nyní si ukažme, jak klientský software, např. VLC media player donutit, aby vyžadoval multicastový přenos. To docílíme uvedením parametru :rtsp-mcast:

Nastavení klientského softwaru

Zachycením komunikace se můžeme přesvědčit, zda kamera opravdu posílá multicast data:

Komunikace s IP kamerou

Jak vidíte, kamera opravdu posílá data do multicastové skupiny 239.101.101.102. Mj. nad modře označeným řádkem můžete vidět registraci PC do multicastové skupiny pomocí protokolu IGMP. Dále si můžete všimnout, že je z kamery odesílán i další stream, konkrétně stream s cílovým portem 9121. Jak asi správně odhadujete, tento stream slouží k přenosu audio dat.

Další otázka může znít, zda lze ovlivnit, do které multicastové skupiny kamera data vysílá? Toto lze ovlivnit pomocí webového rozhraní kamery:

Webové rozhraní IP kamery

Jak vidíte, pro každý typ komprese a téměř každé rozlišení je možné zvolit multicastovou skupinu a port (poznámka – takto vypadá konfigurace multicastu pro kamery řady AVM-3xx a AVM-4xx). Dále lze nastavit i "dosah" dat - přes kolik routerů může IP datagram putovat (volba TTL).

Konfigurace IP kamery

Můžete tak vytvořit aplikaci, kdy data z jedné kamery současně přijímá větší množství záznamových zařízení (ačkoliv zřejmě tento typ aplikace poněkud postrádá smysl).

Co se týká NVR AVTECH a multicastingu, zbývá upozornit ještě na jednu funkci některých NVR (např. AVH-516). Toto NVR umožňuje "předávat" multicastové IP datagramy z LAN na WAN rozhraní. To znamená, že pro příjem multicastových dat nemusíte klienty zapojovat do LAN sítě, ale můžete je ponechat na WAN rozhraní (tzn. stejný způsob připojení, jako je doporučován způsob pro unicastovou komunikaci).

To nejhorší na konec

Jak jsme si ukázali, multicasting představuje vhodnou metodu, jak snížit zatížení na straně kamery. Proč jsme tuto metodu nezmínili v článku, týkající se integrace obrazu z kamer do webových stránek? Vždyť by nám pomohla vyřešit jeden z problémů všech popsaných "klientských" řešení, kdy potřebujeme data doručit nemalému počtu současně připojených klientů. Problém je totiž v tom, že byste museli mít možnost ovlivnit konfiguraci všech routerů mezi IP kamerou a každým z klientů. Prakticky je tedy doporučeno používat multicasting jen v rámci sítě, kterou máte plně pod svou správou. Proto jsme i náš příklad uváděli jako vhodné řešení pro LAN v jednom objektu.

Pokud Vás téma multicastingu zaujalo a chcete se o něm dozvědět více, prostudujte si prosím následující odkazy: