Unicast und Multicast
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Unicast und Multicast
Videotechnik Unicast und Multicast: Wie IP-Kameras ihre Daten liefern Netzwerk- bzw. IP-Kameras sind seit Jahren in sicherheitsrelevanten Anwendungen auf dem Siegeszug und lösen vermehrt Analogtechnik ab. Ihre Verbreitung nimmt nicht zuletzt auch deshalb immer weiter zu, weil sie mit standardisierten Hardware-Komponenten wie PCs, Routern und Ethernet-Kabeln preisgünstige und äußerst flexible Problemlösungen ermöglichen. Die digitale Signalübertragung erlaubt auch über große Entfernungen gute Bildqualität ohne Qualitätseinbußen, die Speicherung der Bilddaten erfordert keine spezielle Hardware, und für die Steuerung des Überwachungssystems existieren inzwischen eine Vielzahl leistungsfähiger Video-Management-Systeme (VMS). Durch die ausgesprochen einfache Verkabelung und eine zu Analoglösungen weitestgehend kompatible Gehäusegeometrie fällt Anwendern bisher analoger Systeme die Aufrüstung auf eine digitale Überwachungslösung sehr leicht. Bei einer digitalen Videoüberwachungsanlage lässt sich konfigurieren, unter welchen Bedingungen und in welcher Form eine Aufzeichnung erfolgen soll. Beispielsweise können unterschiedliche Auflösungen, Formate und Kompressionsverfahren gewählt werden. Die Kamera selbst kann als Bewegungssensor fungieren. Dadurch reduziert sich zum einen der Speicherbedarf, so dass nur im Bedarfsfall Daten erzeugt und abgespeichert werden. Zum anderen wird auch der Zeitaufwand verkleinert, den der Anwender für die Sichtung der Aufzeichnungen benötigt. Um ein Überwachungssystem aufzubauen, braucht man an Hardware nicht mehr als eine oder mehrere Netzwerk- oder IP-Kamera(s), einen (oder mehrere) PCs mit Netzwerkkarte, außerdem Netzwerkkabel und evtl. einen Router. Jeder Rechner, der am gleichen Netz wie eine Netzwerk-Kamera angeschlossen ist, kann in einem solchen System Bilder von dieser Kamera anfordern. Durch die Nutzung der Netzwerktechnologie ist es auch möglich, das Bild einer Kamera ohne großen Aufwand an mehrere Datenempfänger, d.h. PCs, zu senden. Aufbau und Konfiguration eines netzwerkbasierten Überwachungssystems bergen allerdings einige Tücken, die bedingt sind durch die hohen Datenraten, mit der die Bilddaten von IP-Kameras das Netzwerk belasten. 46 Netzwerkgrundlagen Doch was ist das eigentlich genau: ein Netzwerk? Grundsätzlich spricht man immer dann von einem Netzwerk, wenn mindestens zwei PCs zum Datenaustausch, egal ob über ein Kabel oder drahtlos, miteinander verbunden sind. Die Regeln, nach denen Kontakt aufgenommen und im Netzwerk kommuniziert wird, sozusagen die Sprache des Netzwerks, nennt man das Netzwerkprotokoll. Netzwerkprotokolle unterscheiden sich unter anderem durch die Möglichkeiten, die sie hinsichtlich der Verteilung von Daten an mehrere Empfänger bieten. Damit auch bei einer Vielzahl von Rechnern, die an ein Netzwerk angeschlossen sind, kein heilloses Durcheinander herrscht, gibt es eine Reihe von Mechanismen, die die Adressierung von einzelnen Rechnern innerhalb des Netzwerkes ermöglichen. Wir wollen davon einen Eindruck anhand von zwei Konfigurationsbeispielen geben: siehe unten Abbildung 1. IP-Konfiguration II: Die IP- oder Netzwerk- Adresse besteht aus der Netz-ID und der Host-ID. Beide werden durch die sogenannte Subnetzmaske aus der IP-Adresse gewonnen. Die Subnetzmaske unterscheidet in der IP-Adresse den Netzwerkabschnitt (Netz-ID) vom Hostabschnitt (Host-ID). Die Netz-ID ist vergleichbar mit der Vorwahl beim Telefon, die HostID mit der Durchwahl. Alle Geräte in einem Netzwerk müssen zum gleichen Subnetz gehören, d.h. sie müssen die gleiche Netz-ID haben, um miteinander kommunizieren zu können. Aufbau eines IP-Netzes mit IP-Kamera und PCs Im Allgemeinen ist die IP-Kamera über einen Switch oder Router mit mehreren PCs verbunden. Die Kamera hat, ebenso wie die PCs, als eindeutige Kennzeichnung im Netzwerk ihre eigene IPAdresse. Auch die angeschlossenen PCs, welche als Clients die Daten aus der Kamera (Server) empfangen sollen, besitzen eindeutige IP-Adressen. Alle oder einige der angeschlossenen PCs befinden sich im gleichen Subnetz wie die IPKamera. Mit dem Begriff “Client“ bezeichnet man im Netzwerk den Teilnehmer der Verbindung, der einen Dienst, z.B. das Senden von Bilddaten anfordert. Der Teilnehmer, der den Dienst zur Verfügung stellt, wird als „Server“ bezeichnet. Unicast: Die Kamera im „Telefon-Modus“ Wenn ein Client (PC) von einer Kamera Videodaten anfordert, liefert die Kamera diese Videodaten im Normalfall über eine Unicast-Verbindung. Eine Unicast-Verbindung ist eine Punkt-zu-PunktVerbindung zwischen ausschließlich zwei Kommunikationsteilnehmern, in diesem Fall der Kamera und dem PC. Wenn ein zweiter Client (PC) die gleichen Videodaten wie der erste PC von derselben Kamera anfordert, liefert die Kamera ihre Videodaten über eine zweite UnicastVerbindung an den zweiten Client. Das bedeutet, dass die Kamera die gleichen Videodaten zweimal IP-Konfiguration I: Jedes Gerät in einem Netzwerk ist durch eine eindeutige Adresse gekennzeichnet, der sogenannten IP-Adresse, die ähnlich wie eine Telefonnummer funktioniert. Abbildung 1 EURO SECURITY 8/9-2011 D Videotechnik Fachartikel Abbildung 2 (an Client 1 und Client 2) versenden muss, was zu einer doppelten Netzwerklast auf der Strecke zwischen Kamera und Switch führt. Bei drei UnicastVerbindungen würde sich die Netzwerklast verdreifachen usw.. (siehe Abbildung 2 oben links) Multicast: Der Newsgroup-Modus der Kamera Alternativ zum Versenden der Videodaten über Unicast kann die Kamera ihre Videodaten auch über Multicast (Multicast = Mehrpunktverbindung) versenden. Bei der Multicast-Verbindung überträgt eine Netzwerkkamera simultan Bilder an mehrere an das Netzwerk angeschlossene Geräte. Dies erfordert allerdings auch ein Multicast-fähiges Netwerkprotokoll. So ist z.B. HTTP, ein Protokoll, das üblicherweise zum Versenden von MJPEG-Daten verwendet wird, nicht Multicast-fähig. Multicast-fähige Protokolle müssen grundsätzlich UDP-basiert (UDP = User Datagram Protocol) sein, wie z.B. RTP, ein Protokoll, das gerne zum Versenden von MPEG-4- und H.246Videodaten genutzt wird. Multicast bedeutet, dass die Kamera die Videodaten eines VideoStreams an ein gesamtes Subnetz verteilt. Alle Cli- Abbildung 3 ents (PCs), die hier angeschlossen sind, können die Videodaten, die die Kamera sowieso schon im Subnetz verteilt, sozusagen abonnieren. Der Vorteil beim Multicast-Setup im Vergleich zum Unicast-Setup liegt darin, dass die Kamera ihre Videodaten nur einmal ausliefern muss, egal wie viele Clients (PCs) diese Videodaten tatsächlich empfangen. Die Netzwerklast zwischen Kamera und Switch ist also unabhängig von der Anzahl der Videodaten einziehenden Clients. Der Nachteil eines Multicast-Setups besteht darin, dass die Kamera jederzeit Videodaten an das Subnetz verteilt, unabhängig davon, ob ein oder mehrere Clients diese Videodaten überhaupt angefordert haben. (siehe Abbildung 3 oben rechts) Multicast On-Demand: Die moderierte Newsgroup Dieser Nachteil kann durch ein „Multicast-nur-beiBedarf“-Setup deutlich reduziert werden. Bei Multicast On-Demand liefert die Kamera ihren Multicast-Videodatenstrom an das Subnetz erst aus, wenn wenigstens ein Client im Subnetz die Videodaten auch tatsächlich angefordert hat. Wenn kein Client im Subnetz Videodaten haben möchte, stellt die Kamera das Aussenden der Multicast-Videodaten wieder ein. Dieses optionale Multicast On-Demand Feature ist typisch für Basler IP-Kameras. Fazit Für die Konfiguration von IP-Kameras hinsichtlich ihrer Kommunikation mit PCs gibt es drei unterschiedliche Möglichkeiten: Unicast, Multicast und Multicast On-Demand. Welche davon die geeignete ist, hängt von den Randbedingungen der jeweiligen Anwendung ab. Während Unicast flexibler in der Wahl des Protokolls ist, jedoch bei der Bedienung mehrerer Clients die Netzwerklast in die Höhe treibt, schonen die Multicast-Betriebsarten die Bandbreite zwischen Kamera und Router oder Switch, erfordern aber auch ein Multicastfähiges Netzwerkprotokoll. Dem Nachteil einer kontinuierlichen Netzwerklast beim einfachen Multicast wird beim Multicast On-Demand begegnet, indem Daten nur dann gesendet werden, wenn sie von wenigstens einem Client angefordert werden. Autorin: Valeria Mix, Technical Writer, Basler AG (www.basler-ipcam.com) Monacor Itenos Basler AG Bester Sound bei jedem Wetter Sichere Netze auf der it-sa’11 Wachstum in 2011 fortgesetzt IMG Stage Line hat sein Sortiment um wetterfeste PA-Lautsprecher mit IP-Klassifikation erweitert. Die Lautsprecher PAB-82WP/WS und PAB-8WP/WS von Monacor bieten hohe Klangqualität, Lautstärkefähigkeit und entsprechende Robustheit auch bei widrigen Witterungsbedingungen. Sie sind geeignet für den dauerhaften Open-Air-Einsatz, z.B. bei Schaustellerbetrieben, bei der Beschallung von Fußgängerzonen, Sportanlagen und generell dort, wo Lautsprecher nicht wettergeschützt aufgestellt werden können. Die beiden Modelle PAB-82WP/WS und PAB-8WP/WS sind mit einem 20-cm-PA-Koax- und 25-mm Hochtonsystem ausgestattet und verfügen über ein weißes ABS-Kunststoffgehäuse mit weißem Edelstahl-Frontgitter, hinter dem eine wasserabweisende Gaze die Technik vor Strahlwasser schützt. [www.imgstageline.de] Auf der it-sa in Nürnberg wird Itenos sein gesamtes Produktportfolio für sichere Rechenzentren. Sowohl im Housing (Unterbringung und Netzanbindung von Kundenservern) als auch im Hosting (Housing inklusive Hardware, Betriebssystem und Management-Leistungen) ermöglicht der Provider das Auslagern der IT. Als weiteres Thema demonstriert Itenos die „Secure Connect“– Lösungen für sichere Netze. Sichere Datenleitungen sind die Basis des Erfolgs in nahezu allen Branchen – u.a. für die Vernetzung von Bankterminals, die sichere Anbindung von Alarmsystemen oder die geschützte, hoch verfügbare Verbindung von Objekten. Als Beispiel für Applikationen werden anhand eines Vortrags die Vorteile der fälschungssicheren biometrischen Stimmerkennung aufgezeigt. [www.itenos.de] Die ersten sechs Monate des laufenden Geschäftsjahres sind für die Basler AG erfolgreich verlaufen. Das Unternehmen hat sein Umsatzwachstum fortgesetzt und konnte eine zweistellige Vorsteuer-Rendite erzielen. Der Konzern-Auftragseingang summierte sich auf 30,2 Mio. € (VJ: 29,6 Mio. €, +2%). Der Konzernumsatz betrug in der Berichtsperiode 28,1 Mio. € und lag damit um 24% über dem Vorjahreswert von 22,6 Mio. €. Das Ergebnis vor Steuern (EBT) betrug 3,3 Mio. € (Vorjahr: 2,2 Mio. €, +50%). Die Rendite vor Steuern betrug 11,7% (Vorjahr 9,7%). Basler hält daher an der bisherigen Prognose für das Geschäftsjahr 2011 fest. Danach wird sich der Konzernumsatz innerhalb eines Korridors zwischen 54 und 58 Mio. € (VJ: 51,0 Mio. €) bewegen. [www.basler-ipcam.com] 48 EURO SECURITY 8/9-2011 D