IPTV - Multicast

IPTV-Streaming kann je nach Anforderung als Multi- oder Unicast realisiert werden. Insbesondere in Netzen mit vielen Endgeräten empfiehlt sich die Multicast Einspeisung mittels UDP (User Datagram Protokoll)/Multicast, weil in der Regel auch ein umfangreiches Angebot an jederzeit parallel verfügbaren Sendern erwartet wird. Dies wird bei Multicast, im Gegensatz zu Unicast, durch den Einsatz möglichst vieler Tuner mit fest zugeordneten Sendern erreicht.

Wichtige Voraussetzung für die Nutzung von UDP/Multicast Streaming in Netzwerk ist die Auswahl von IGMP (Internet Group Management Protokoll)-fähigen Switches. Über UDP/Multicast wird z.B. der Core-Switch, oder auch ein anderer zur Verteilung vorgesehener Switch, mit allen auf einem jusst Network Video Broadcast Server konfigurierten Sendern versorgt. Die so an den Switch übergebenen Streams sind alle an virtuelle Netzwerkadressen (im dafür reservierten Addressbereich 224.0.0.0 und 239.255.255.255) adressiert und werden vom IGMP-fähigen Switch nicht grundsätzlich weitergeleitet. Erst durch gezielte Anforderung einer Multicast-Gruppe (idealerweise wird jeder Stream in eine eigene Multicast-Gruppe eingespeist, um die Netzlast zu minimieren) durch ein Endgerät, leitet der Switch die Streams an den betreffenden Port weiter. Nicht IGMP-fähige Switches leiten alle Streams ohne Filterung an angeschlossene Endpunkte weiter, so dass die Netzwerkinfrastruktur sowie die Endgeräte unnötig belastet werden.

Parallel zu den UDP-Paketen der Streams senden jusst Network Video Broadcast Server periodisch eine Ankündigung über das SAP (Session Announcement Protokoll). Diese Ankündigung erreicht alle Endgeräte im Netz und erlaubt es denen, die das SAP-Protokoll verstehen, die Sender aus einer Senderliste auszuwählen. Die SAP Ankündigung enthält für jeden verfügbaren Stream neben seiner Adresse auch den Namen des Streams. Üblicherweise entspricht der Name des Streams dem Sendernamen des Quellprogramms.

Erst wenn ein Endgerät per IGMP einen Stream anfordert, wird dieser tatsächlich zum vorgeschalteten Switch, und nur zu diesem durchgeroutet. Ein zweites Endgerät am selben Switch, dass den selben Stream abruft, erhält vom Switch den Stream genauso weitergeleitet wie das erste Endgerät.
Dadurch erhöht sich die Netzwerklast nur dort, wo sie auch benötigt wird.
Die Abmeldung eines Endgerätes vom Switch erfolgt, wie die Anmeldung, mittels IGMP. Meldet sich das letzte für einen Stream angemeldete Endgerät ab, stellen der oder die beteiligten Switches den Versand der UDP-Pakete an den betreffenden Port ein.

Im Folgenden wird beispielhaft die Auslastung in einzelnen Netzwerkbereichen beschrieben und gezeigt welche Bedeutung der richtige Einsatz von Switches im Gesamtkontext IPTV hat:
Ausgangslage ist eine 3-stufige Switch-Kaskade, bestehend aus einem Core-Switch mit drei Switches in der Ebene 2 und jeweils drei Switches (insgesamt 9) in der Ebene 3; an jedem Switch der dritten Ebene sind 30 Endgeräte angebunden. In dieser Konfiguration könnten also theoretisch 270 Endgeräte unterschiedliche Streams empfangen wollen, wenn die Streamingkomponenten soviele Sender bereitstellen. Dies wird angenommen, um die Maximalbelastung der einzelnen Netzbereiche zu ermitteln.
Somit würde zwischen jedem Switch der Ebene 3 und dem der Ebene 2 der maximale UDP-Traffic für 30 HD-Streams (mit ca. 8 MBit/s pro Stream) 240 MBit/s betragen. Zwischen den Switches der Ebene 2 und dem Core-Switch verdreifacht sich damit der Traffic auf 720 MBit/s. Das bedeutet für ein heute gängiges 1 GBit/s-Netz eine unbedenkliche Belastung. Unter Berücksichtigung aller Erfahrungen und Fernsehgewohnheiten werden in der Regel weniger Sender eingespeist und auch nicht alle eingespeisten Sender gleichzeitig empfangen. Damit ergibt sich in realen Umgebung zumeist ein deutlich geringerer Maximalwert.

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