Grundlagen der. Videokommunikation

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1 Grundlagen der Videokommunikation Netzwerke: Qualitäts- und Leistungserwartungen Administrator-Schulung 1

2 Netzwerke: Qualitäts- und Leistungserwartungen Zugang Kenngrößen Firewall / NAT Administrator-Schulung 2

3 Netzwerke: Zugang über DFN X-WiN-Anbindung Im DFN-Verein ist das X-WiN die technische Basis für Videokonferenzen. Das X-WiN verfügt über leistungsstarke Austauschpunkte mit dem allgemeinen Internet. Einrichtungen können Anschlüsse bis 100 Gigabit/s buchen, welche damit gute Voraussetzung für Videokonferenzen bieten. VC mit anderen Anwendungen verträglich, wenn die Auslastung für die Zugangsleitung und für die aktiven Komponenten des lokalen Netzes im 5-Minuten-Mittel nie 50% überschreitet. Administrator-Schulung 3

4 Netzwerke: Zugang über DSL Grundlage der Zugänge sind die ITU-T G.992x-Normen DSL = Digital Subscriber Line (Nutzung von höheren Frequenzbereichen in Anschlussleitungen, welche für Telefonie nicht nutzbar sind) SDSL (symmetrische Bandbreiten für Down- und UpStream) für Videokonferenzen gut geeignet ADSL (asymmetrische Bandbreiten für Down- und UpStream) gibt es in verschiedenen Bandbreiten, z.b.: / 576 kbps Mögliche Probleme bei ADSL: UpStream von 576 kbps eventuell knapp Providerpeering Administrator-Schulung 4

5 Netzwerke: Bandbreite (I) Bandbreitenanforderung des Videobildes hängt ab: vom Bildformat (das immer der Sender bestimmt) Farbtiefe (in bit) Übertragungsrate (Bilder pro Sekunde) Beispiele: Auflösung Bildformat (in Pixeln) Farbtiefe (in bit) Übertragungsrate (in fps) Bandbreite (in kbps) unkomprimiert H.264 VGA 640 x p 1080 x p 1920 x fps... frames per second Administrator-Schulung 5

6 Netzwerke: Bandbreite (II) Die genutzte Bandbreite ist die entscheidende Kenngröße für die Qualität der Übertragung. Erfahrungswerte für notwendige Bandbreiten Minimum ausreichend gut sehr gut Audio-Daten 8 kbps - 64 kbps 128 kbps Video-Daten 64 kbps 768 kbps 2048 kbps ab 4096 kbps Application- Sharing 30 kbps 300 kbps 2048 kbps ab 4096 kbps unter 768 kbps sind Bildrate und Schärfe bewegter Bildteile schlecht ab 2048 kbps sind alle Teile des Bildes ausreichend gut erst die Auflösung von 720p oder 1080p sichert die Schärfe und Kantenglättung des Bildes Administrator-Schulung 6

7 Netzwerke: Weitere Kenngrößen (I) Kenngrößen für Videokonferenzen: - Latency (Latenz oder Antwortzeit); - Jitter (Schwankungen oder Änderungen in der Antwortzeit); - Packet Loss (fehlende Pakete beim Empfänger) normale Antwortzeit ist ~1sec; erhöhte Antwortzeit deutet auf Netzüberlastung hin Jitter ist eher unkritisch Administrator-Schulung 7

8 Netzwerke: Weitere Kenngrößen (II) Die kritische Größe ist Packet Loss! Jedes verlorene Videopaket ist sichtbar. In der Praxis gehen selektiv die grossen Pakete (I-Frames) am häufigsten verloren. Ein verlorenes I-Frame kann über mehrere Sekunden Videofehler verursachen. Beim Umschalten des Videos werden I-Frames angefordert. Falls diese verloren gehen, diffundiert das neue Video in das alte. Hinweis: I-Frames sind Intraframes (= Keyframes), die ein vollständiges Einzelbild sind. Sie können unabhängig von anderen Bildern dargestellt werden. Administrator-Schulung 8

9 Netzwerke: Packet Loss 50% 1% 2% 20% Einfluß von Packet Loss auf die Bildqualität (Quelle: ja.net video services 2001) 3% 10% 5% 4% Administrator-Schulung 9

10 Netzwerke: Firewall Eine Firewall (engl. Brandmauer ) ist ein Sicherungssystem als Teil eines Sicherungskonzeptes, die IP-fähige Geräte oder Netzwerke vor unerlaubten Zugriffen schützen soll. Anzeichen für Probleme mit der Firewall: keine Verbindung möglich nicht alle notwendigen Audio-/Videokanäle sind vorhanden Internes Gerät (geschützt durch Firewall) Externes Gerät (nicht geschützt) Signalströme (TCP) Medienströme (UDP) Administrator-Schulung 10

11 Netzwerke: Firewall Aushandlung der Ports bei H.323 dynamisch; prinzipiell alles im Bereich möglich Port(s) Typ Beschreibung TCP (statisch) TCP (statisch) TCP (statisch) TCP (dynamisch) UDP (dynamisch) UDP (dynamisch) UDP (dynamisch) H.323 Gatekeeper Discovery H.323 Gatekeeper RAS H.323 Verbindungsaufbau H.245 Verbindungsparameter RTP Audio RTP Video RTCP Kontrollinformationen Quelle: DINI AG Viktas Ports für Verbindungsparameter sind somit bei Konfiguration der Firewall noch nicht bekannt ITU-Standards H ( RAS over H.225 ), H ( Videokonferenz durch die Firewall ) und H (Änderung des bisherigen Firewall-NAT-Mechanismus bei H.323) lösen diese Probleme Administrator-Schulung 11

12 Netzwerke: NAT Network Address Translation (NAT) ist ein Sammelbegriff für einfache algorithmische Verfahren, die automatisiert Adressinformationen von IP-fähigen Geräten in andere Adressinformationen übersetzen (typischerweise auf Routern). statische oder dynamische Übersetzung öffentlicher in private Adressen (10.x.x.x oder x.x) Problem: - Sender (NAT) hat private Adresse; NAT-Gateway übersetzt bei allen Paketen die NAT-Angabe in seine eigene offizielle Adresse - ABER: H.323 besitzt intern im Payload noch einmal die Adressinformation des Absenders Endgeräte bekommen also zwei verschiedene Adressen als Absender und wählen dann (leider!) die private Adresse als Rücksendeziel für die H.323-Kommunikation aus Administrator-Schulung 12

13 Netzwerke: Proxy-Lösung (I) Der Proxy (abgeleitet engl. proxy representative Stellvertreter und lat. proximus der Nächste ) ist ein Vermittler in einem Netzwerk, dessen Fähigkeiten über die des NAT-Verfahrens hinausreichen (z.b. als H.323-Proxy). für NAT und Firewall sind Lösungen durch Proxy möglich Proxy muß eine öffentliche IP besitzen und idealerweise in der Demilitarisierten Zone (DMZ) stehen interne NAT-Adressen nur hinter Proxy vorhanden; nach außen eine öffentliche Proxy-Adresse sichtbar Proxy regelt mittels eines internen Session-Managements die korrekte Zuordnung der Signal- und Medienströme Administrator-Schulung 13

14 Netzwerke: Proxy-Lösung (II) Prinzipieller Aufbau einer Lösung für H.323 mit Proxy DMZ / FW FW Teilnehmer D Teilnehmer A Teilnehmer E Teilnehmer B Proxy GK 1 Internet Proxy GK 2 Teilnehmer C Teilnehmer F DMZ... Demilitarisierte Zone FW... Firewall GK... Gatekeeper (mit Proxyfunktionalität) FW Teilnehmer G Administrator-Schulung 14

15 Netzwerke: GNU-GK als Proxy (I) Szenario: GNU-GK arbeitet als Proxy mit drei Netzwerk- Interfaces WAN: IP im weltweiten Netz LAN1: IP= Network= /8 LAN2: IP= Network= /16 Endpunkte können sich aus dem WAN; LAN1 oder LAN2 anmelden. Bei Rufen WAN WAN oder LAN LAN vermittelt der Gatekeeper nur die Rufsignalisierung. Bei Verbindungen WAN LAN oder LAN WAN steuert der Gatekeeper den gesamten Verkehr zwischen Anrufer und Angerufenen und tunnelt diesen durch die Firewall. Administrator-Schulung 15

16 Netzwerke: GNU-GK als Proxy (II) Fortführung der Folie Gatekeeper Beispielkonfiguration [Gatekeeper::Main] # grundlegende Einstellungen wie Name, IP usw. Name=Proxy-GK [RoutedMode] # Der Proxy-Mode benötigt den Routed-Mode. Der GK # kontrolliert nicht nur den Rufaufbau, sondern auch den # Ruf GKRouted=1 Q931PortRange= H245PortRange= AcceptUnregisteredCalls=1 # Annahme von Endgeräte-Calls gewährleisten, deren # Gatekeeper nicht im routed-mode laufen CallSignalPort=1720 # Annahme von Endgeräte-Calls gewährleisten, deren # Gatekeeper nicht im routed-mode laufen [Proxy] Enable=1 # Proxy einschalten InternalNetwork= /8, /16 RTPPortRange= [RasSrv::Neighbors] CountryGK= :1719;0 # Die Verbindung zum Global Dial Scheme (GDS) [RasSrv::RRQAuth] # Einstellungen zur Authentifizierung der Endgeräte 101=sigip: : =sigip: :1720 default=reject Hinweis: siehe dazu auch unter Videokonferenzen Beispielkonfigurationen Gatekeeper Administrator-Schulung 16