Multicast v CCTV

Multicast je typ datové komunikace, který je velmi výhodný pro přenos médií, jako je audio a video. Tento druh komunikace patří v CCTV mezi nejdůležitější. Víte, proč tomu tak je?

Nejprve si pro komplexní pochopení problematiky objasníme některé pojmy. V předchozích článcích jsme vás seznámili s tématem síťové komunikace, nyní vám přiblížíme typy datové komunikace z hlediska datového toku mezi zúčastněnými zařízeními:

Unicast – jde o základní typ komunikace, kdy máme jeden zdroj a jednoho příjemce. Každá část datového spojení mezi zúčastněnými zařízeními má vepsanou IP adresu, která udává, odkud byla data vyslána a kam míří. Pokud jedna nebo druhá strana spojení přeruší, tak se tok dat zastaví. Nejjednodušším příkladem může být webová stránka. Pokud si ji chceme prohlédnout – jakmile se stránka otevře, dochází k zobrazování dat, která k nám proudí z některého serveru na internetu. Když však z této stránky odejdeme, tok se zastaví a případný nový tok začne z jiného serveru.
Broadcast – tento způsob komunikace je součástí horizontálních, lokálních sítí, kdy jeden zdroj (např. počítač, kamera, atd.) vysílá komunikaci směrem na všechna ostatní zařízení ve stejném segmentu sítě. Tento druh komunikace se zastaví na zařízení zvaném router. Komunikace pomocí broadcastu je přítomna v každé lokální síti, například se tímto způsobem jednotlivé prvky nacházejí a předávají o sobě ostatním síťovým prvkům základní informace. Pokud je však broadcastu v síti mnoho, jde o nebezpečný jev značící chybu v nastavení nebo hardwaru, dochází pak k zatěžování síťových prvků a sítě jako celku.
Multicast – jedná se o speciální způsob posílání dat mezi zdrojem a několika příjemci. V tomto případě se nenásobí objem dat odcházející ze zdroje s přibývajícím počtem příjemců, tak jak je tomu u unicastu, ale objem dat zůstává stále stejný.

Jak multicast funguje?

Čím je multicast vysílání tak unikátní? Multicast má v každé části komunikace IP adresu svého zdroje, stejně jako unicast, rozdíl je však v cílové adrese. Ta již není cílem jako takovým, ale nazývá se multicastovou skupinou. Tyto multicastové skupiny mají dokonce vyčleněnou část IPv4 rozsahu – 224.0.0.0 až 239.255.255.255. Pokud chce nějaké zařízení daný datový tok přijímat, zavolá IP adresu multicast skupiny, tím se takzvaně přidá do této skupiny a může začít tato data zobrazovat.

Rizika multicastu

V rámci lokální sítě hrozí nebezpečné přetížení sítě, pokud správně nenastavíme jednotlivé síťové prvky (switche, apod.). Toto nebezpečí spočívá v tom, že máme skutečně velký objem dat, který se chová jako broadcast, kdy se nekontrolovatelně zaplavují daty všechna zařízení v síti. A to díky tomu, že multicast nemá skutečnou MAC adresu, ale pouze odvozeninu od multicast skupiny. To znamená, že všechna zařízení v síti musí prohlížet veškerá data, zda jsou pro ně, nebo kam směřují. Takovýto proces (přenos) krade výpočetní výkon procesorů těchto zařízení a nezřídka může vést až k tomu, že se i velmi drahé profesionální switche odpojují a kolabují.

Adresování multicastu

Rozsahy multicastovských IP adres se dělí na 3 skupiny:

224.0.0.0 – 224.0.0.255 – se využívá pro síťové protokoly v lokální síti
224.0.1.0 – 238.255.255.255 – je určeno pro globální komunikaci přes internet nebo mezi organizacemi
239.0.0.0 – 239.255.255.255 – je rozsah pro volné využití uvnitř organizace

Na příkladu první skupiny jde vidět, že striktně zakazovat veškerý multicast může také přivodit problémy. Například STP protokol rozesílá kontrolní rámce (BPDU) s multicast skupinou podle portu, ze kterého odchází.

Nastavení multicastu

Pro směrování multicastu jsou potřebné dva základní protokoly: IGMP a PIM.

Protokol IGMP

Jde o nejčastěji používaný protokol v rámci horizontální sítě. Jeho funkcí je právě zamezení nekontrolovaného šíření multicastu v síti (příklad nastavení IGMP dle společnosti Cisco). K tomu používá dvě své součásti:

IGMP SNOOPING – je mechanismus, který vyhledává v síti zdroje vysílání a klienty, kteří dané vysílání chtějí přijímat. Toto se uskutečňuje na základě zpráv JOIN (přidání do skupiny multicastu) a LEAVE (opuštění skupiny).
IGMP QUERIER - je neoddělitelnou součástí IGMP SNOOPING. Vytváří společně tabulku, kam směřovat vyžádaný multicast. Na rozdíl od SNOOPINGu je v každé lokální síti jen jeden QUERIER, který je automaticky volen IGMP mechanismem nebo může být nastaven.

Protokol PIM

V případě, že nemáme pouze horizontální síť, ale síť obsahující i routery nebo jinak členěnou síť (různé IP rozsahy, VLANy, atd.), je třeba začít využívat protokol PIM. Tento mechanismus je přítomen na takzvaných L3 switchích nebo právě routerech. V tomto případě se již nejedná o usměrňování multicastu jako v případě IGMP, ale přímo o routování mezi různými sítěmi: lokálními a vzdálenými. Protokol je možno nastavit několika způsoby, z nichž nejznámější jsou:

SPARSE MODE – tento způsob vychází ze skutečnosti, že v datové struktuře je jen pár klientů požadujících multicast, a proto je multicast směrován jen routerům (L3 switchům), které o něj požádají. Využívá k tomu tzv. shromažďovací bod (RP – rendezvous point), který se stará o propojení zdroje a cíle v rámci nejkratší cesty.
DENSE MODE – jde o přesný opak SPARSE. Předpokladem je, že všichni ve struktuře chtějí přijímat multicast. Pokud některý z routerů nechce multicast přijímat, musí to říct. Této metodě se říká Flood and prune, tj. zaplav a ořezej. Je vhodná pro malé struktury s mnoha příjemci.

Kdy je vhodné multicast použít?

Vlastní využití multicastu musíme hledat jinde než u malých instalací s několika kamerami a pár klienty. Multicast je využitelný v případech, pokud máme kamerový systém obsahující více jak 100 kamer a zobrazovací stěnu, např. u dohledových stanovišť velkých komplexů budov a jiných podobných projektů. Přímo na přijímání a práci s multicastem jsou připraveny a nastaveny systémy jako Omnicast – Security center od Genetecu, Digifort IP Surveillance system, Semsy od Dallmeieru , Endura od Pelca a další.

Chcete se dozvědět více o vhodném použití datového přenosu multicast v CCTV? Kontaktujte nás, rádi vaše dotazy zodpovíme.

Chcete být informováni o zajímavostech a novinkách v oboru bezpečnostních technologií? S naším newsletterem vám nic neunikne.

Mohlo by vás zajímat:

Aktivní síťové prvky – 1. část
Přečtěte si první část seriálu o základním rozdělení aktivních prvků datové sítě. Ukážeme vám, jak se postupně jednotlivé prvky vyvíjely, k čemu se jednotlivá zařízení dají využít a v čem se příležitostně prolínají. V prvním dílu se zaměříme na huby, bridge a switche.

Aktivní síťové prvky – 2. část
Připravili jsme pro vás druhou část seriálu o základním rozdělení aktivních prvků datové sítě. Tentokrát vás seznámíme s úlohou routerů a směrovačů při propojování sítí.

Nové vylepšené funkce Digifort 7.1
Nová verze softwaru Digifort 7.1 byla uveřejněna 9 měsíců od prezentace majoritní verze 7.0. Podívejte se, jaké novinky pro vás vývojáři připravili.