Switch-Whitepaper. Vorwort und vorgezogenes Fazit:

Transkript

1 Vorwort und vorgezogenes Fazit: Wir haben zum Thema IP-Video-Switche eine Whitelist (wird ständig aktualisiert und erweitert) erstellt, in der alle Modelle aufgeführt sind, die wir im Video-Einsatz live getestet haben und mit denen wir gute Erfahrungen gemacht haben. Eine absolute Funktionssicherheit für alle möglichen Netzwerk- und Videokonstellationen können wir verständlicherweise nicht garantieren, auch vor dem Hintergrund potentieller immanenter Funktionsstörungen bei den Switchen selber. Darüber hinaus können wir für den Fall, daß Sie als Partner oder Endkunde andere Fabrikate und Modelle als die in unserer Whitelist aufgeführten verwenden, die Funktionstüchtigkeit, die Performance und die Kompatibilität des Videonetzwerkes weder beurteilen noch Gewähr dafür tragen. Was wir aber in diesem Falle machen können, sind allgemeine Hinweise, technische Anforderungen und technische Empfehlungen und Tipps zu geben in Bezug auf die Verwendung der Netzwerkkomponenten. Unsere Aussagen dazu nachfolgend in zusammenfassender Kurzform: Mit den Switchen legen Sie einen wesentlichen Qualitätsfaktor Faktor in IP Netzwerken fest. Durch die Vielzahl von Parametern, Funktionen und Möglichkeiten ist die Auswahl eines Switches nicht immer leicht. Dallmeier hat für Sie verschiedene Switche speziell für IP-Videoprojekte getestet und in einer Whitelist zusammengefasst. Alle diese Geräte haben sich in vielfachem Praxiseinsatz bewährt. Wir raten Ihnen bei Switche auf echte Business Produkte zu setzen und Consumer Produkte zu vermeiden. Hier können Sie schnell an der falschen Stelle sparen! Wir mussten in der Vergangenheit leider feststellen, daß bei billigen Switchen die Leistungen und Funktionen nur unter speziellen Laborbedingungen erreichbar sind. Die Folge sind Ruckler, Aussetzer oder Verzögerungen bei der Videobearbeitung. Mit Hilfe der nachfolgenden Tabelle können Sie die wichtigsten Parameter eines Switches vergleichen: 07/ / 25

2 Wichtige weitere Hinweise: - Videonetzwerk möglichst autark betreiben, da die Funktion der restliche Netzwerkstruktur eventuell durch Lastspitzen oder generell durch Erreichen des Leistungslimits beeinflusst wird (Kommunikation mit Server, Druckern usw. schlägt fehl) - Verwendung von Produkten nur eines Herstellers, um Inkompatibilität zu vermeiden - Ein Potentialausgleich der einzelnen Komponenten sollte durchgehend gewährleistet werden (siehe WP Potentialausgleich) - Bei der Auswahl eines PoE-Switches sind die unterschiedlichen PoE-Klassen der Dallmeier Kameras zu berücksichtigen (siehe Datenblätter) - Eine ausreichende PoE-Gesamtleistung muss vorhanden sein - Switch wählen der sequenzielles Einschalten der PoE Ports beherrscht - Der erhöhte Leistungsbedarf bei Kameras mit integrierten IR-Strahlern während der Dunkelheit ist zu berücksichtigen (siehe Datenblatt) - Ein Switch ist das Kernstück einer digitalen Videoanlage und der Single Point of Failure (auf Qualität achten und eventuell Redundanzen schaffen) - korrekte Kupfer-Verkabelung (nach CAT-5E oder besser) mit maximal 100m pro Kabelsegment ist Voraussetzung, ebenfalls für Glasfaser Maximallängen beachten - Konfiguration eines managebaren Switches erfordert Spezialwissen, ziehen Sie ggf. einen Experten hinzu - Nehmen sie sich Zeit für eine vorausschauende Struktur- und Bandbreitenplanung, Empfehlungen/Richtwerte: o Für (Standard-) Kameras ist ein 100 Mbit/s-Port ausreichend o Aufzeichnungsserver sollten an einen 1 Gbit/s-Port angeschlossen werden o Uplinks sollte eine höhere Bandbreite zur Verfügung stehen (mindestens 1Gbit/s) 07/ / 25

3 Switch-Whitelist Aktualisierung Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Dokuments (07/2012) lagen die folgenden Tabellen der positiv getesteten Switches vor. Beachten Sie mögliche Aktualisierungen im Dallmeier Partnerforum: Dallmeier Partnerforum > Whitelists > Switch-Whitelist Gerät Cisco Firmware Version Access / Core Ports 100 mbps Ports 1000 mbps Uplinks PoE / PoE+ PoE Power Live Multicast WS-C2960S-48FPS-L 12.2(53) + / x 1GB SFP + / W + + WS-C2960S-24PS-L 12.2(53) + / x 1GB SFP + / W + + WS-C2960S-48TS-S 12.2(53) + / x 1GB SFP - / WS-C2960S-24TS-S 12.2(53) + / x 1GB SFP - / WS-C TC-L 12.2(53) + / x DualPurpose - / WS-C TC-L 12.2(53) + / x DualPurpose - / WS-C2960-8TC-L 12.2(53) + / - 8-1x DualPurpose - / WS-C3560G-24TS-S 12.2(53) + / x 1GB SFP - / WS-C3560G-48TS-S 12.2(53) + / x 1GB SFP - / WS-C PST-L 12.2(53) + / x DualPurpose + / W + + WS-C PC-L 12.2(53) + / x DualPurpose + / W + + WS-C2960CG-8TC-L 12.2(53) + / x DualPurpose - / WS-C2960C-8PC-L 12.2(53) + / - 8-2x DualPurpose + / W + + WS-C3750G-12S-S 12.2(53) + / x 1GB SFP - / Netgear GS108TV / / FS105 + / / FS108P + / / - 32 W - - FS108 + / / GS105 + / / GS108 + / / GS108P + / / - 50 W - - GS116 + / / FS116 + / / FS728TPV / x DualPurpose + / W + + Managebar 07/ / 25

4 Nachfolgend ausführliche technische Erläuterungen zum Thema: Switch Ein moderner Switch ist nicht - wie viele ihn beschreiben - eine Mehrfachsteckdose (Hub) für Netzwerkkabel, sondern vielmehr eine intelligente Schaltzentrale, die das Rückgrat einer digitalen Videoüberwachung bildet. Schon allein aus diesem Grund sollte die Wahl des Switches sorgfältig getroffen werden, denn ein schlechter Switch kann ein Videonetz erheblich beeinträchtigen, was sich dann oft in unerklärbaren Phänomenen äußert, wie z. B.: - Verzögerter Verbindungsaufbau - Erhöhtes Delay bei Live-Übertragungen - Aufzeichnungslücken - Verbindungsabrisse - Encoder-/Decoder-Ausfälle - Ruckeln und/oder Bildartefakte bei der Übertragung - usw. Grundlageninformation Ein Hub verteilt das anliegende Signal ungesehen auf alle angeschlossen Geräte. Dadurch muss die verfügbare Bandbreite zwischen allen Geräten im Netzwerk aufgeteilt werden. Beim Switching hingegen wird eine direkte Leitung zwischen zwei Endgeräten geschaltet. Dadurch können mehrere Leitungen nebeneinander mit der vollen Netzwerkbandbreite genutzt werden, sofern der Switch die erforderliche Schaltleistung erfüllen kann. Ein Flaschenhals entsteht nur dann, wenn mehrere Geräte gleichzeitig mit einer bestimmten Station kommunizieren wollen. Switches haben typischerweise 8, 12, 24 oder 48 Ports (Anschlüsse). Diese Access Ports sind in den Ausführungen 10/100 Mbit/s und 10/100/1000 Mbit/s üblicher Weise erhältlich. Verschiedene Geräte besitzen neben den regulären Ports bis zu 4 weitere sog. Uplinkports. Diese werden für die Verbindung zu weiteren Switches verwendet. Die Uplinks verfügen deshalb in den meisten Fällen über eine höhere Geschwindigkeit oder sind als Modulslot für sog. SFP-Module ausgeführt (auch Mini-GBIC genannt, Näheres hierzu nachstehend). Ein Switch sollte in der Lage sein, auf allen Anschlüssen gleichzeitig die volle Netzwerkbandbreite zu verwalten. Dies bedeutet, dass z. B. ein 24-Port-Switch mit je 100 Mbit/s mindestens über eine 07/ / 25

5 interne Bandbreite von 2400 Mbit/s (2,4 Gbit/s) verfügen muss. Hierbei spricht man von Wirespeed. Switches in den unteren Preisklassen erreichen diese Leistung oftmals nicht. Die Angaben hierzu finden Sie manchmal auch unter backplane speed oder forwarding rate in den jeweiligen Produktdatenblättern. Leider wird der Wirespeed jedoch nicht von allen Herstellern angegeben. PoE (Power over Ethernet) Mit Power over Ethernet wird das Verfahren bezeichnet, mit welchem über ein Ethernet-Kabel diverse Netzwerkkomponenten (z.b. eine IP-Kamera) neben Daten gleichzeitig auch mit Strom versorgt werden können. Beim Anschluss eines Endgeräts an einen PoE-fähigen Switch, ermittelt die Funktion zunächst über eine Widerstandsprüfung, ob das Endgerät (PD = Powered Device) Strom benötigt. Im nächsten Schritt wird über die PoE-Klasse bestimmt wie viel Strom das Gerät maximal verbrauchen kann. Die maximale Abgabeleistung eines PSE (Power Supply Equipment) ist bei PoE auf ca. 15 Watt begrenzt. Aufgrund von zu berücksichtigenden Leitungsverlusten darf der Endverbraucher (die Netzwerkkomponente) jedoch maximal nur 12,95 W beziehen. Beim neueren Standard PoE+ ist eine Abgabeleistung von bis zu 30 W möglich. Da ein Switch in den wenigsten Fällen alle Ports mit maximaler PoE-Leistung versorgen kann, muss das Verhalten des Switches festgelegt werden. Die Konfigurationsmöglichkeiten sind jedoch vom jeweiligen Gerät abhängig, da einige nur eine begrenzte Anzahl von PoE-Ausgängen aufweisen, andere limitieren die Leistung über ein PoE-Budget, wieder andere erlauben eine detaillierte Leistungskonfiguration über das Switch-Management, bis hin zu einer Abschaltpriorität. Ist das PoE- Budget erschöpft, werden weitere Ports nicht mehr mit Strom versorgt. Dies gilt bei einigen Switches bereits dann, wenn das Budget der theoretisch maximalen Leistung erreicht wird. Hinweis: Testen Sie auch den Ernstfall, simulieren Sie einen Stromausfall. Nicht jeder Switch beherrscht sequenzielles Einschalten der PoE Ports (Einschaltstrom/Anlaufstrom). Leistungsklassen nach IEEE 802.3af (PoE) und IEEE 802.3at (PoE+ / PoE plus) Der Standard IEEE 802.3af beschreibt einen Verbraucher (Powered Device (PD)) und den Stromversorger (Power Source Equipment (PSE)). 07/ / 25

6 Klasse Leistung Verbraucher (PD) Max. Leistung Stromversorger (PSE) 0 0,44 W 12,95 W 15,4 W 1 0,44 W - 3,84 W 4,0 W 2 3,84 W - 6,49 W 7,0 W 3 6,49 W - 12,95 W 15,4 W PoE+ (festgehalten in IEEE 802.3at) 12,95 W 25,5 W 30,0 W Das OSI Referenzmodell OSI-Referenzmodell OSI-Schicht / Layer Protokollbeispiele Einheit Kopplungselemente Beschreibung 7 Anwendungen Data (Application) 6 Darstellung (Presentation) 5 Sitzung (Session) 4 Transport (Transport) 3 Vermittlung (Network) http FTP HTTPS SMTP LDAP NCP TCP UDP SCTP SPX ICMP IGMP IP IPsec IPX Segmente Pakete Gateway (Firewall), Content-Switch, Layer 4-7 Switch Router Layer-3-Switch Ermöglicht Anwendungen den Zugriff auf das Netzwerk Übersetzung von Applikations- ins Netzwerkformat und umgekehrt (formatiert, ver- /entschlüsselt) Baut logische Verbindungen auf, kontrolliert, synchronisiert und beendet diese Wandelt Datenpakete laut Protokoll um, kontrolliert diese und stellt sie den darüber liegenden Schichten zur Verfügung Steuert den Austausch von Datenpaketen, übernimmt die Wegfindung (Routing), baut Verbindungskanäle 07/ / 25

7 2 Sicherung (Data Link) 1 Bitübertragung (Physical) Layer 2 Switch Ethernet Token Ring FDDI ARCNET Blöcke (Frames) Bits Bridge Switch Repeater Hub auf und ab Sorgt für zuverlässigen Datenaustausch, verbindet Bits zu Blöcken, fügt eine Prüfsumme hinzu und gibt diese an die Vermittlungsschicht weiter Stellt mechanisch sowie elektrisch eine physikalische Verbindung her, um Bits zu übertragen Der Layer 2 wird im OSI-Modell als Sicherungsschicht bezeichnet und ist hauptsächlich für eine fehlerfreie Datenübertragung zuständig. Ein sog. Layer 2 Switch arbeitet mit MAC-Adressen (Media- Access-Control-Adresse), welche mit dem dazugehörigen physikalischen Port in einer SAT (Source- Address-Table) festgehalten werden. Diese Tabelle verwendet der Switch um Entscheidungen für die Datenweiterleitung zu treffen (dieses Verhalten wird auch als Switching bezeichnet). Der Vorteil von Layer 2 Switch liegt darin, dass sie ohne große Vorkenntnisse in Betrieb genommen werden können (Plug and Play). Layer 3 Switch Der Layer 3 ist im OSI-Modell die Vermittlungsschicht. Sie sorgt für das Schalten von Verbindungen und das Weiterleiten von Datenpaketen. Der Verbindungsaufbau, sowie die Weiterleitung zu anderen Ports (Netzwerken) werden über das Internet Protocol (IP) und diverse Routingfunktionen realisiert. Diese Art von Switch kann man als Kombination aus Router und Switch darstellen. Voraussetzung für das optimale Einbinden des Layer 3 Switches ist aufgrund der Vielzahl seiner Funktionen eine detaillierte und individuell an das Netzwerk angepasste Konfiguration. Managed und unmanaged Switch 07/ / 25

8 Managebare Switches verfügen, neben der grundlegenden Switching-Funktion (Layer 2), in der Regel über ein Management. Dieses bietet zusätzliche Steuer- und Überwachungsfunktionen, wie z. B. Virtual Local Area Network (VLAN), Quality of Service (QoS), Spanning Tree Protocol (STP/RSTP), IP- Filterung, Routing usw., die für ein Netzwerk ab einer bestimmten Größe/Funktionsumfang hilfreich bzw. notwendig sind. Das Management wird je nach Hersteller über eine Steuersoftware, Weboberfläche, Konsole oder einer Kombination dieser Möglichkeiten vorgenommen. Da der Benutzer diese Art von Switchen aktiv in ihrer Arbeitsweise beeinflussen kann, bezeichnet man sie als managed Switch. Folglich bezeichnet man Switche die das Eingreifen des Benutzers nicht vorsehen als unmanaged Switche. Access Switch Ein Switch, welcher als Schnittstelle zu Endgeräten verwendet wird, wird als Access Switch bezeichnet und erlaubt die Verbindung verschiedenster Geräte (Kameras, Aufzeichnungsserver, Workstations) mit dem Netzwerk. Distributions Switch Der Distribution Switch dient als Vermittlungsschicht zwischen Access- und Core Switch. Core Switch Der Core Switch ist ein sehr leistungsfähiger Switch, der das Rückgrat (backbone) eines Netzwerkes bildet. Dabei dient er der Verbindung der verschiedenen Netzwerkkomponenten (Access/ Distributions Switches) untereinander. Core Switches sind meist mit Gigabit-Schnittstellen ausgestattet, um den angeschlossenen Netzwerkkomponenten einen hohe Bandbreite zur Verfügung zu stellen. Hinweis: Ein Core Switch kann auch als Access Switch verwendet werden. 07/ / 25

9 Broadcast-Domäne und Broadcast Eine Broadcast-Domäne besteht aus einem lokalen Netzwerk auf Layer 2 Basis, in diesem Verbund kann jeder Host (Netzwerkgerät) jeden über einen sogenannten Broadcast (Anfrage an alle im Netz) erreichen. Broadcasts können auch auf Layer 3 (Internetprotokoll) des OSI-Modells abgesetzt werden, allerdings nur wenn die darunterliegende Ebne dies unterstützt. Broadcast-Domänen werden mit Layer 3 Netzwerkkomponenten (Router, Layer 3 Switch) getrennt. Somit kann ein Broadcast der z. B. von PService (Konfigurations- und Verwaltungsprogramm von Dallmeier für IP- Systemen) ausgelöst wird, nicht von einem Subnetz in ein weiteres Subnetz übertragen werden. Ein Subnetz ist ein Teilnetz, das mittels einer Subnetzmaske (Layer 3) getrennt wurde. Subnetze werden über Router oder Layer 3 Switches und deren Gateway verbunden. Daraus lässt sich schließen, jedes Subnetz besitzt seine eigene Broadcast Domäne. Hinweis: Möchten man mit PService Dallmeier IP-Geräte scannen, muss man sich in der gleichen Broadcast- Domäne befinden. 07/ / 25

10 Beispielbilder Layer2 und Layer3 Netzwerk SFP (Small Form-factor Pluggable) Der SFP ist ein Port, der den Anschluss eines SFP-Moduls (auch miniaturisierte Gigabit Interface Converter (GBIC) oder Mini-GBIC genannt) zur Verbindung von Ethernet-Übertragungsmedien im Netzwerk erlaubt, Fibre Channel (Glasfaser) oder Twisted Pair (verdrillte Adernpaare aus Kupfer). STP (Shielded Twisted Pair) / FTP (Foiled Twisted Pair) / UTP (Unshielded Twisted Pair) Shielded Twisted Pair (bzw. Foiled Twisted Pair) Kabel besitzen vier Kupfer Adernpaare (ein Paar besteht aus zwei Adern, gesamt besitzt das Kabel acht Adern) die mit je einem Paarschirm (entweder aus (S) Drahtgeflecht oder (F) Folie besteht) umgeben sind. Unshielded Twisted Pair Kabel bestehen ebenfalls aus Kupfer und besitzen grundsätzlich denselben Aufbau wie STP/FTP Kabel, besitzen aber 07/ / 25

11 keinen Paarschirm. Dies hat zur Folge, dass UTP-Kabel anfälliger gegen äußere elektromagnetische Einflüsse sind. Es gibt mehrere Varianten des STP/FTP/UTP Kabels, die sich mit dem vorhanden sein eines Gesamtschirms und deren Material unterscheiden. SMF (Single-Mode-Fibre) Bei Monomodefasern wird ein einzelner Lichtstrahl eines Lasers durch die Mitte der Faser übertragen. Diese Glasfaserübertragungsart eignet sich besonders für weite Übertragungswege. MMF (Multi-Mode-Fibre) Bei Multimodefasern wird eine LED für die Übertragung verwendet. Diese sendet nicht einen gebündelten Lichtstrahl durch das Kabel, sondern mehrere Lichtstrahlen mit verschiedenen Einfallswinkeln. Tabelle der Möglichen SFPs, mit deren Bezeichnung, Kabelart und maximaler Länge: Bezeichnung Kabelart Maximal Länge 10BASE-T UTP/STP 100 m 100BASE-TX UTP/STP 100 m 1000BASE-T UTP/STP 100 m 1000BASE-CX STP 25 m 100BASE-FX MMF 2 km 1000BASE-SX MMF 500 m 1000BASE-LX MMF/SMF 550 m / 10 km 1000BASE-ZX SMF 70 km 10GBASE-ZR SMF 80 km Beispielbild für ein SFP-Schnittstelle und das dazugehörige Modul DualPurpose 07/ / 25

12 Der DualPurpose ist ein Port, der den Anschluss eines SFP-Moduls oder eines RJ45-Steckers zur Verbindung mit dem Netzwerk erlaubt. Beispielbild für eine DualPurpose-Schnittstelle und das dazugehörige Modul Quality of Service (QoS) Quality of Service ist eine Paket Priorisierung, damit zeitkritische oder wichtige Anwendungen ihre Daten bevorzugt über das Netzwerk erhalten. Für QoS existieren zwei Mechanismen: Integrated Services (IntServ) Bei dieser Verfahrensart werden benötigte Bandbreiten schon im Vorhinein auf den einzelnen Netzwerkgeräten reserviert. Um diesen Mechanismus ordnungsgemäß und vollumfänglich zu implementieren, muss dies von allen Netzwerkkomponenten unterstützt werden. Differentiated Services (DiffServ) Mit dieser Anwendungsmethode von Quality of Service werden Datenpakete markiert und entsprechend der Konfiguration vom Netzwerk verarbeitet. DiffServ hat sich mittlerweile in der Praxis wegen besserer Skalierbarkeit und einer höheren Kompatibilität gegen InterServ durchgesetzt. 07/ / 25

13 STP (Spanning Tree Protocol) Das Spanning Tree Verfahren, das Schleifen (parallele Verbindungen) in geswitchten Ethernet- Netzwerk unterbinden und redundante Pfade vorhalten soll, arbeitet auf MAC-Ebene (Layer2). Eine Schleife kann in einem Netzwerk erhebliche Fehlfunktionen (insbesondere Broadcast Storms)verursachen. Um dies zu vermeiden legt STP über das vorhandene physikalische Netzwerk einen Spannbaum, in dem jedes Ziel nur über einen Pfad erreichbar ist. Redundante Verbindungen werden durch deaktivieren der jeweiligen Ports beseitigt. Welche Verbindung getrennt wird hängt von seiner Qualität ab. Der logische Spannbaum wird durch die Definition einer Root Bridge, die Wurzel des Spannbaums und die darauffolgende Kommunikation der Switche (falls STP fähig) untereinander, über das Bridge Protokoll aufgebaut. Die hierzu verwendeten Datenpakete nennt man Bridge Protocol Data Unit (BPDU) und werden mittels Broadcasts im Netzwerk von Switch zu Switch verteilt. Nach dem Aufbau der Baumstruktur, wird ausgehend von der Root Bridge, zyklisch alle 2 Sekunden ein Statusbericht (Keepalive) von einem Switch zum jeweils nachfolgenden Switch ausgegeben. Bleibt nun eines dieser Statusberichte aus, ist folglich eine Veränderung im Netzwerk aufgetreten (z. B. Ausfall einer Netzwerkverbindung oder eines Switch) und das Netzwerk muss sich reorganisieren. Diese Reorganisierung beinhaltet das Löschen und den Neuaufbau des logischen Spannbaums. Das kann bei STP bis zu 30 Sekunden dauern und erlaubt während dieser Zeit keine Kommunikation außer das Spanning Tree Protokoll im Netzwerk. Da diese Ausfallzeit in gewissen Situation nicht hinnehmbar waren, hat es eine Weiterentwicklung zum Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) gegeben. Bei dieser Erweiterung wird nicht unmittelbar nach dem Ausbleiben der Statusmeldung das Netz gesperrt, sondern parallel zum normalen Netzwerkbetrieb eine alternativ Route ermittelt. Sobald die Alternativ Berechnung erfolgreich ist, wird die aktuelle Struktur (fehlerhaft) durch die Neuberechnung ersetzt. Die Ausfallzeiten des Netzwerks lassen sich somit auf unter eine Sekunde begrenzen. Encoder Als Encoder wird in den folgenden Ausführungen jedes netzwerkfähige Gerät bezeichnet, dessen Hauptaufgabe in der Erfassung, Codierung und Versendung von Videodaten besteht, z. B. eine IP- Kamera oder ein DIS-2-Encoder. Decoder Als Decoder wird in den folgenden Ausführungen jedes netzwerkfähige Gerät bezeichnet, dessen Hauptaufgabe im Empfang, der Dekodierung und der Anzeige von Videodaten besteht. Beispiele 07/ / 25

14 wären SeMSy III Variodecoder und Panomeradecoder, aber auch Workstations mit PView 7, PanomeraGUI oder SeMSy III Workstation-Software. Unicast Unicast ist eine Verbindung, die von einem Sender (Encoder) zu einem Empfänger (Decoder) aufgebaut wird. Folglich wird für jeden Verbindungsaufbau von einem Viewing-Client zu einem Aufzeichnungsgerät oder einer Kamera ein separater Übertragungskanal initialisiert. Je mehr Betrachter es gibt, desto mehr Verbindungen existieren, was zu einer Überlastung des Netzes und auch des Senders (z. B. Kamera Overload) führen kann. Hinweis: Die Wiedergabe einer Spur am Aufzeichnungsserver ist in der Regel eine Unicast-Verbindung. Multicast Als Multicast bezeichnet man eine Verbindung, die von einem Sender (Encoder) zu mehreren Empfängern (Decoder) aufgebaut wird. Dies ermöglicht die Übertragung eines Datenstromes von 07/ / 25

15 einem Sender (über einen einzigen Kanal) an beliebig viele Teilnehmer. Dies kann die Menge des Netzwerkverkehrs erheblich reduzieren, den das mehrfache Aufschalten von Kameras erzeugt. Der Sender erhält dazu eine spezielle zusätzliche IP-Adresse (Gruppenadresse) aus dem Multicast-Bereich zwischen bis Die Teilnehmer melden sich mit Hilfe des Internet Group Messaging Protocols (IGMP) an. Die beteiligten Netzwerkkomponenten, wie Router oder Switches, müssen dafür Sorge tragen, dass möglichst nur die erwünschten und benötigten Multicastströme übermittelt werden. Für Multicast sind die Adressen im Bereich 225.x.x.x bis 232.x.x.x und 234.x.x.x bis 238.x.x.x frei verfügbar. Für den lokalen Einsatz empfiehlt sich der Bereich 239.x.x.x bis , da dieser als nicht öffentlich gekennzeichnet ist und nicht ins Internet geroutet wird. Hinweis: Die Adressangaben sind unverbindlich, bitte beachten Sie die aktuellen Richtlinie/Spezifikationen der einzelnen Adressbereiche! Beim Einsatz von Multicast (IGMP) müssen alle beteiligten Komponenten (Switch, Kamera, Aufzeichnungsserver) diesen unterstützen. Eine einzige nicht Multicast fähige Netzwerkkomponente kann die gesamte Funktion beeinträchtigen. Multicast stellt an einen Switch relativ hohe Ansprüche. Hinweis: Eine Multicastverbindung wird bei Dallmeier hauptsächlich für die Live-Übertragung vom Encoder zum Decoder genutzt. 07/ / 25

16 IGMP (Internet Group Management Protocol) Grundsätzlich fluten Switches das zugrundeliegende Netzwerk innerhalb einer Broadcast Domäne mit Multicast Verkehr, um sicherzustellen, dass alle Multicast-Streams auch in alle Bereiche des Netzwerkes übertragen werden. Der Multicast Stream wird auch an Teilnehmer übertragen, die 07/ / 25

17 eigentlich diesen nicht empfangen wollen (sog. flooding). Dies hat zu Folge das sehr viel Bandbreite beansprucht wird und führt somit, besonders beim Einsatz mehrerer Sender, z.b. Kameras, Panomeras, dazu dass das Netzwerk, als auch alle Geräte innerhalb des Netzes überlastet werden und generell eine geregelte Übertragung nicht mehr zustande kommen kann. IGMP beschreibt die Möglichkeit Multicast Verkehr in einem Netzwerk zu beschränken. Es bietet die Möglichkeit dynamisch Gruppen zu verwalten. Diese Verwaltung findet nicht beim sendenden Host (Kameras, Encoder) sondern im Switch an denen der Empfänger eines Multicast-Streams angeschlossen ist statt. Die Empfänger betreten eine Multicast-Gruppe, indem sie einen IGMP Join Befehl senden oder auf eine allgemeine Anfrage des IGMP-Queriers antworten. IGMP-Querier Der IGMP-Querier ist ein administrativ festgelegter Hauptswitch zu dem alle Multicast-Streams gesendet werden. Er ist der Empfänger aller IGMP Befehle und verwaltet somit die Multicast Gruppen. Es kann immer nur ein Querier pro Netz (Broadcast Domain) definiert werden. Des Weiteren ist zu beachten, dass alle Multicast-Streams, auch nicht aufgeschaltete, immer zu diesem Querier gesendet werden. 07/ / 25

18 Hinweis: Es ist nicht möglich den Multicastverkehr zum Querier zu limitieren. Aus diesem Grund sollte der IGMP-Querier möglichst zentral und in der Nähe der Multicast-Quellen (Panomera, Kameras, Encoder) positioniert werden. Zudem ist zu beachten dass genügend Bandbreite auf den Wegen zum Querier zur Verfügung steht. IGMP-Snooping 07/ / 25

19 IGMP-Snooping ermöglicht es einem Switch der IGMP-Konversation, zwischen dem Multicast-Sender und dem IGMP-Querirer, bzw. zwischen Multicast-Empfänger und dem IGMP-Querier, zu lauschen. Anhand dieser Konversation legt jeder Switch auf dem IGMP-Snooping aktiviert ist eine Liste (Membership-List) für die Multicast-Gruppen an und leitet die Multicasts nur zu den Mitgliedern dieser Liste weiter. Wenn nun ein Gerät abgesteckt oder auf einen anderen Port umgesteckt wird, würde der Switch Multicast-Daten an den falschen Port schicken. Um das zu vermeiden, fordert der IGMP-Querier zyklisch alle Endgeräte auf, ihre Multicast-Gruppenzugehörigkeit bekanntzugeben. Die zurück kommenden Antworten auf solche Querier-Anfragen (IGMP Reports) veranlassen die Switches, ihre Membership-Listen entsprechend zu aktualisieren. PIM (Protokol Independent Multicast) 07/ / 25

20 PIM ist eine Sammlung von Multicast Routing Protokollen die unabhängig von den primären Routing Protokollen, wie RIP, OSPF, usw. funktioniert. Es erstellt eine Multicast Routing Tabelle für die vorhandenen Multicast-Gruppen. PIM legt innerhalb der konfigurierten Domäne eine Baumstruktur mit Verzweigungen zu allen verbundenen Netzwerken an. Grundsätzlich gab es zwei Varianten von PIM, von denen sich aber nur PIM-SM durchsetzen konnte. Bei PIM-SM (Sparse Mode) wird ein zentraler Punkt, Rendezvous Point (RP) ähnlich dem IGMP- Querier im Layer 2, angelegt. Andere Router senden einen PIM Join Befehl an den RP um am Multicast teil zu nehmen. 07/ / 25

21 Hinweis: PIM(-SM) empfiehlt sich vor allem in großen Netzwerken mit vielen Multicast-Sendern. Hier die Darstellung eines sollen Netzwerkaufbaus. 07/ / 25

22 Beispiel für Unicast und Multicast im Netzwerk Wenn gleichzeitig mehrere Decoder das Live-Bild eines Encoders anzeigen sollen, muss der Encoder in einem Unicast-Netzwerk den Video-Stream für jeden einzelnen Decoder über das Netzwerk senden. Die Auslastung des Netzwerkes und der Performance der Encoder ist erheblich und es kann zu Störungen wie Ruckeln oder Bildartefakte kommen. In diesem Fall ist es sinnvoll, die Encoder auf Multicast-Betrieb einzustellen. Zudem müssen Switches verwendet werden, die Multicast unterstützen. Die Auslastung des Netzwerkes und insbesondere der Performance der Encoder sinkt beachtlich. Der Video-Stream wird nicht mehr einzeln an jeden Decoder gesendet, sondern nur noch einmal an eine Multicast-Gruppe. Die Weiterleitung an die einzelnen Decoder der Gruppe übernimmt der Multicastfähige Switch. 07/ / 25

23 Die Netzwerkauslastung ist aber auch in diesem Fall nicht optimal, weil der Switch den Video-Stream immer an alle Decoder der Multicast-Gruppe sendet. Unabhängig davon ob der Decoder aktiv ist und das Live-Bild benötigt (anzeigen will) oder nicht. Um die Netzwerkauslastung zu optimieren und damit eine störungsfreie Funktion des Systems sicherzustellen, sollte immer ein Multicast-Switch verwendet werden, der die Funktion IGMP V2 Snooping unterstützt. Diese Funktion beobachtet die Kommunikation zwischen Switch und Decoder einer Multicast-Gruppe. Damit kann eine Aussage getroffen werden, welcher Decoder gerade aktiv ist und den Video-Stream tatsächlich benötigt. Im Ergebnis leitet der Switch den Video-Stream nicht mehr an alle, sondern nur noch an die relevanten Decoder weiter. Die Netzwerkauslastung sinkt noch einmal beachtlich und kann als optimiert betrachtet werden. In den Tabellen gibt die Eigenschaft Live Multicast an, ob der Switch die Funktion IGMP V2 Snooping vollständig und korrekt unterstützt. Diese Funktion ist für alle eingesetzten Switches erforderlich, um vollständige Kompatibilität mit Dallmeier Netzwerksystemen (Panomera, SemSy III, PView 7, SMAVIA) zu gewährleisten. 07/ / 25

24 Drei Szenarien: einfaches, mittleres, großes Videonetzwerk Einfaches Videonetzwerk - Bis zu 24 Kameras mit je 4Mbit/s - Ein Aufzeichnungsserver - Zwei Viewing-Clients mit je einen 2x2 Split (4x 4Mbit/s= 16Mbit/s x2, Live direkt von der Kamera, kein Multicast) - Ein Switch (24x 100Mbit/s + 4x 1Gbit/s) Eine Videoanlage mit bis zu 24 Kameras kann anhand eines Switches leicht realisiert werden. Die Kameras werden an den Access Ports des Switches mit einer Bandbreite von 100Mbit/s und PoE betrieben. Der Aufzeichnungsserver muss bei dieser Konstellation an einer 1Gbit/s Schnittstelle des Switches angeschlossen werden, da allein die Bandbreite der aufzuzeichnenden Kameras 96Mbit/s (24x 4Mbit/s) aufweisen. Für die Betrachtung der Aufzeichnung und ggf. erforderliche Sicherungsläufe ist weiterer Bandbreitenbedarf zu berücksichtigen. Je nachdem wie die Viewing- Clients (PView7, SMAVIA, SEMSY, ) ihr Livebild der Kameras anzeigen (VIProxy, direkt, Multicast, PRemote, ), muss die hierfür benötigte Bandbreite bei der Planung des Netzwerks berücksichtigt werden. In diesem Beispiel, wird das Livebild direkt von der Kamera abgegriffen, was die Schnittstelle des Servers schont und eine zusätzliche Verbindung zur Kamera erfordert. Die Viewing-Clients könnten dem zufolge an einer 100Mbit/s Schnittstelle betrieben werden (16Mbit/s (4x4Mbit/s) je Client), allerdings sollte man berücksichtigen das nicht nur Live betrachtet wird, sondern ggf. auch Backups und andere Funktionen am Client durchgeführt werden. Deshalb empfehlen wir auch die Clients mit einer 1Gbit/s Leitung am Switch anzubinden. Falls Weitere Zugriffe auf dieses Netzwerk erforderlich sind kann dies mit dem verbleibenden 1Gbit/s Port umgesetzt werden. Mittleres Videonetzwerk - Bis zu 48 Kameras - zwei Aufzeichnungsserver - vier Viewing-Clients mit je einen 2x2 Split (4x 4Mbit/s= 16Mbit/s x4, Live direkt von der Kamera, kein Multicast) - bis zu drei Switche (2x Access Switch mit 24x 100Mbit/s + 4 (2)x 1Gbit/s und eventuell ein Core Switch mit 8x 1Gbit/s) Ein Videonetzwerk der mittleren Größe kann ähnlich wie im vorangegangen Beispiel umgesetzt werden. Die zusammen gehörenden Kameras und Aufzeichnungsserver werden an einem Switch zusammengefast, um nicht permanent die Verbindung unter den Switchen zu belasten und eine 07/ / 25

25 gegebenenfalls notwendige Fehlersuche zu erleichtern (Kameras, Aufzeichnungsserver, Switch bilden eine Einheit). Je nach Anforderungen und örtlichen Gegebenheiten kann man sich nun zwischen zwei Netzwerkaufbauten entscheiden. Die günstigere Variante ist die Reihenschaltung der Switche, hierbei werden die Switche über den Uplink (möglichst ein 1Gbit/s) in Reihe miteinander verbunden. Allerdings muss beachtet werden, so eine Struktur ist nicht unendlich ausbaufähig, das Limit bildet der Uplink des Switches der am stärksten belastet wird. Ebenfalls ist eine Reihenschaltung von Switches anfälliger für Ausfälle. Die Anbindung an ein externes Netzwerk erfolgt am Anfang oder am Ender der Reihenschaltung. Reihenschaltung von Switches, nur bis zu einer gewissen Größe sinnvoll Die andere Variante besteht darin einen Stern mit den zu verbindenden Switches aufzubauen. Der Kern dieser Netzwerkstruktur wird durch einen Core Switch gebildet (je nach Anforderung kann dieser redundant ausgelegt werden). Der Core Switch ist ein besonders leistungsstarker Switch, der die Verbindung zwischen den Access Switches, sowie anderen Netzen herstellt (mit 1Gbit/s). Dies hat mehrere Vorteil, kurze Kommunikationswege (maximale Bandbreite), Ausbaufähig, einfache Fehlersuche, geringe Anfälligkeit bei Switch Ausfällen. Großes Videonetzwerk - > 120 Kameras - > fünf Aufzeichnungsserver - > fünf Viewing-Clients mit je einen 3x3 Split (9x 4Mbit/s= 36Mbit/s x5, Live Multicast von den Kamera) - bis zu sechs Switche (5x Access Switch mit 24x 100Mbit/s + 2x 1Gbit/s und eventuell ein Coreswitch mit 24x 1Gbit/s) In so einem großen Videonetzwerk kommt man um eine sternförmige Infrastruktur nicht mehr herum, da ansonsten die Übertragungswege zu lang und die Bandbreite zu gering ist. Da in diesem Beispiel viele Viewing-Clients arbeiten, ist Multicast nötig um die Kameras nicht mit Unicast zu überlasten (Overload). Beim Einsatz von Multicast (Liveübertragung) muss darauf geachtet werden das alle Netzwerkkomponenten Multicasttauglich sind (IGMP V2 Snooping, siehe oben Multicast). Wie im vorangegangenen Beispiel werden alle Access Switches, Viewing-Clients und externe Netzwerke am Core Switch mit je 1Gbit/s zusammengefasst. Damit beim Ausfall des Core Switch (Single Point of Failure) nicht alle Clients blind sind, kann dieser redundant ausgeführt werden und im Notfall einspringen. Die Aufzeichnung ist durch den Verlust des Core Switch nicht gefährdet, jeder Server hat seine Kameras am eigenen Switch gehalten und ist nicht abhängig vom restlichen Netzwerk. 07/ / 25