Fernsehen aus dem Netzwerk

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FEATURE Selfmade IPTV

Fernsehen

aus dem

Netzwerk

Teil 3

148 TELE-audiovision International — The World‘s Largest Digital TV Trade Magazine — 09-10/2013 — www.TELE-audiovision.com www.TELE-audiovision.com — 09-10/2013 — TELE-audiovision International — 全球发行量最大的数字电视杂志 149


This is how our test

centre looked like for

this report.

• Grundlagen der Datenübertragung im Netzwerk

• was bedeutet TCP, UDP und RTP

• Auslatung des Netzwerks

Netzwerkverkabelung macht alle übrigen Kabel

überflüssig

• für zuverlässigen Betrieb sind 1000MBPS

Nezwerke vorzuziehen


FEATURE Selfmade IPTV

Vitor Martins Augusto

Zum Thema IPTV findet man im

Internet sehr viel Lektüre, doch

diese ist oftmals nicht einfach zu

verstehen, denn die Texte sind sehr

langatmig und kompliziert und setzen

einiges an Grundwissen voraus.

Ein Grund für den schweren Einstieg

in die Materie ist darin zu finden,

dass die meisten Texte nicht für TV-

Installateure gedacht sind, sondern

für Netzwerk-Spezialisten und IT-

Administratoren: zwei Welten stoßen

hier zusammen! Unser Ziel ist

es deshalb, Ihnen als TELE-audiovision

Leser etwas Zeit zu sparen und

direkt das wichtigste zu erklären.

Der Einstieg in IPTV wird prinzipiell

wegen diesen Schlagwörtern erschwert:

TCP, UDP, RTP, Multicasting und Unicasting.

Dabei handelt es sich aber gar

nicht um weltbewegendes.

TCP kennt praktisch jeder, der heutzutage

einen Computer oder ein Tablet

benutzt und damit in das Internet geht.

Dieses Netzwerk-Protokoll reguliert die

Kommunikation zwischen den verschiedenen

Computern. Daten werden als

kleine Pakete versendet, die vom Sender

zum Empfänger von Computer zu

Computer wandern.

Damit ein Paket nicht verloren geht,

enthält es die Adresse des Senders und

des Empfängers. Außerdem enthält das

Paket auch eine Checksumme, die sich

aus den enthaltenen Daten errechnet

und es so am Empfänger ermöglicht,

festzustellen, ob das Paket auch korrekt

und unversehrt angekommen ist.

Das besondere an TCP ist, dass der

Sender die einzelnen Pakete versendet,

diese jedoch im Speicher belässt, bis

vom Empfänger eine Bestätigung zum

Empfang zurückkommt. Ist dies der Fall,

kann der Sender die Daten des korrekt

empfangenen Paketes vergessen, ansonsten

wird dieses Paket erneut versendet

und zwar solange, bis die Empfangsbestätigung

zurückkommt. Die

Reihenfolge in welcher die einzelnen Datenpakete

empfangen werden ist nicht

wichtig – sie werden am Empfänger wieder

richtig einsortiert.

Als Analogie kann man sich TCP wie

eine Amateurfunk-Verbindung zweier

Funker vorstellen: der erste sendet einen

größeren Text und wartet nach jedem

Satz, dass der zweite Funker den

empfangenen Satz mit einem „Roger“

bestätigt. Hat er diesen nicht verstanden,

wird er eben noch einmal gesendet.

Für Datenübertragung ist dieses Pro-

1

2

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tokoll ideal, denn es garantiert, dass die

Daten korrekt und unversehrt ankommen.

Für eine Live-Übertragung von Audio

und/oder Video ist dieses Protokoll

allerdings weniger gut geeignet, denn es

gibt zwei Probleme:

- Die Bilder (oder der Ton) müssen in

der richtigen Reihenfolge ankommen.

Was nützt es daher, wenn das dritte

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1. Schematics of a MULTICAST

transmission. The server sends

one stream to the switch. The

transmission is then forwarded

to all connected devices.

2. Schematics of a UNICAST

transmission. The server sends

one stream to the switch, but

this time the stream is only

forwarded to one specific client.

Notice how the remaining ports

are fully available for other

communications.

3. Analogy of UDP: one

transmitter sends information,

regardless of how many

listeners there are. Also,

there is no feedback to the

transmitter. If a listener misses

a part or if he cannot correctly

receive the transmission, there

is nothing to do about it – the

transmitter will never know!

4. Analogy of TCP: one

transmitter sends information

to one listener. The reception

of every sentence has to be

confirmed by the listener. If he

missed the sentence or if he

did not understand it clearly,

the transmitter will send the

sentence again.

Frame verloren gegangen ist und nach

dem siebten erneut gesendet wird?

- Die Checksumme ist überflüssig,

denn wenn die Bilddaten eines Frames

nicht korrekt empfangen wurden, dann

ist es trotzdem zu spät, dieses Frame

erneut zu senden.

Wegen dieser Gründe eignet sich für

Live-Übertragungen von Audio und Vi-


1

deo das UDP Protokoll. Hier

handelt es sich um ein stark

vereinfachtes Protokoll, in

dem die Datenpakete ohne

Checksumme versendet werden.

Außerdem erwartet der

Sender keinerlei Rückmeldung

vom Empfänger. Tatsächlich

ist es dem Sender im

1. DekTec DTE-3137 in action. Amazing how much

performance has been fitted in such a small

device – yet, it can inject a complete DVB-S/S2

transponder into the network.

2. In order to be able to work with IPTV, we had

to get ourselves a gigabit switch. These are

very cheap now, so there is no excuse to keep

struggling with 100MBPS technology.

3. The Dexing NDS3975 in action: it is receiving

three transponders (one from its internal tuner,

Multicast-Modus sogar egal,

wer überhaupt zuhört.

Analog zu UDP kann man

sich eine Radiosendung vorstellen:

der Moderator liest

die Nachrichten vor, ohne zu

wissen wer zuhört und ohne

zu wissen, wie gut der Empfang

ist und ob der Zuhörer

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alle Sätze korrekt verstanden

hat.

Im Gegensatz zu TCP sollte

man bei UDP über eine

zuverlässige Netzwerkanbindung

zwischen Sender und

Empfänger verfügen, denn

sonst kommt keine zuverlässige

Sendung zustande.

one from the Topreal TP-1011 through ASI and

one from the DekTec DTE-3137 through IP). It then

multiplexes a new transponder which is output

through ASI and IP (on a different IP). Amazing!

4. This picture shows one clear advantage of

using only IPTV within a studio or head-end

station: notice the blue network cable – this

single cable is enough to transport all required

information. Actually, all other cables could be

removed (except for the LNB-cable, in case you

want to use the internal tuner).

2

3

4


Bei RTP handelt es sich

nicht um ein grundlegendes

Protokoll wie TCP oder UDP.

Im Gegenteil: RTP ist eine auf

UDP aufbauende Protokoll-

Schicht. Das bedeutet, dass

für RTP als Grundlage immer

UDP benutzt wird. RTP bietet

jedoch zusätzlich einige

Funktionen, die die Audio-

und Video-Liveübertragungen

enorm verbessern:

- Identifikation der Daten

- Zeitstempel zur Synchronisation

zwischen Audio und

Video

- Einhaltung der Reihenfolge

der MPEG Frames

- Besonderer Umgang mit

MPEG Key-Frames

Es spricht alles dafür, RTP

einzusetzen, wenn alle beteiligten

Geräte dieses Protokoll

unterstützen.

Bei Multicasting wird ein

Audio/Video-Stream einfach

gesendet, ohne dass ein bestimmter

Adressat angegeben

wurde. Diese Sendung

wird vom Netzwerk an alle

Teilnehmer weitergereicht

und diese können entscheiden,

ob sie den Stream empfangen

möchten, oder nicht.

Dies ist natürlich immer dann

sehr praktisch, wenn mehrere

Benutzer denselben

Stream empfangen möchten.

Ohne dass weitere Netzwerk-Bandbreite

zwischen

dem Sender und dem Switch

verbraucht wird, können so

beliebig viele Benutzer zuschauen.

Da der Switch allerdings

sämtliche Datenpakete intern

verwalten muss kommt

es schnell vor, dass dieser

überlastet wird, wenn es

sich um ein billiges SOHO-

Produkt („Small Office, Home

Office“) handelt und parallel

zwischen den verschiedenen

Benutzern noch weitere

Daten untereinander ausge-

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1. Wireshark capturing the network traffic. Beware that

lots of data is captured during a IPTV broadcast. You

should only capture data for some seconds, otherwise

it will take ages to process all captured packets.

2. After capturing the network traffic for a short

period, there are many analysis tools available within

Wireshark. This picture shows where the traffic

originated. It can be clearly seen that the devices with

IP-address 192.168.1.149 and 192.168.1.210 generated a

huge amount of traffic. Notice the destination IP: they

are multicasting IPs

3. All captured packets can be analyzed individually and

the contents can be viewed, while the header is shown

in a more detailed way.

tauscht werden. Wenn man

dann zum Beispiel Benutzer

2 gar nicht am Multicast

teilhaben will, sondern eine

größere Datei zum Benutzer

3 senden möchte, kann es

passieren, dass diese Datenübertragung

nur zähflüssig

oder eben gar nicht mehr

funktioniert. Um Multicasting

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einzusetzen, reicht es, als

IP-Zieladresse eine beliebige

IP-Adresse von 224.0.0.0 bis

239.255.255.255 zu konfigurieren.

Dieser Adressraum

wird von allen beteiligten Geräten

für Multicast verwendet.

Ganz nebenbei: Multicast

wird nicht nur für IPTV ge-

2

3


4. This graph shows the bandwidth

during the captured transmission. Interestingly,

the bandwidth is not constant,

when displayed in millisecond interval.

5. This graph shows the bandwidth of

the same transmission, but as Bits/

second. With just two transponders fed

into the network, a 100MBPS switch

is working at its limit. In fact, we tried

to use a 100MBPS switch and it froze

nutzt, sondern immer

dann, wenn die gleichen

Daten an mehrere

Computer gleichzeitig

gesendet werden sollen,

zum Beispiel wenn

man über das Netzwerk

mehrere Computer

auf einmal installieren

möchte. So installieren

IT-Profis zum Beispiel

in Universitäten oder in

Großbetrieben auf hunderten

von Computern

deren Betriebssystem in

einem Durchgang.

Beim Unicasting wird

der Stream im Gegensatz

zum Multicasting

vom Sender nur an einen

gezielten Empfänger

versendet. Dies hat

den Vorteil, dass das

Netzwerk für die restlichen

Benutzer nicht

belastet wird und deren

Datenverkehr deshalb

normal funktioniert. Im

Switch werden die Daten

zwischen den Eingängen

des Servers und

des Benutzers geleitet,

die restlichen Ports des

Switches bleiben jedoch

frei.

Nachteilig ist der Umstand,

dass für jeden

weiteren Benutzer der

gesamte Stream separat

erneut versendet

werden muss. Schnell

ist somit die verfügbare

Bandbreite des Netzwerkes

überlastet und

after a few seconds. A regular operation

was only possible using a 1000MBPS

switch.

6. Using DekTec’s StreamXpert software,

which already has been tested

in TELE-satellite 11-12/2012, together

with the professional DekTec DTE-3137

receiver, one has much more feedback

about the IPTV broadcast. Notice

the lower left corner: a graph shows

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continuously the occupied network

bandwidth.

7. StreamXpert can show all possible

information about the streamed

transponder, including the programme

clock reference (PCR), required for

correct synchronization of audio and

video. This allows editing the timestamps

in order to compensate for any

detected errors.

4

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esonders die Verbindung

vom Server zum Switch muss

der enormen Datenmenge

standhalten können.

Schnell kommt die Frage,

ob man IPTV mit 100MBPS

oder doch lieber mit

1000MBPS (oft auch 1GBPS

oder 1GBit/s bezeichnet) betreiben

soll. Die Antwort ist

nicht leicht, denn es hängt

ultimativ davon ab, wie man

IPTV und das Netzwerk nutzen

möchte. Wenn lediglich

verschiedene Receiver einzelne

Transponder über Uni-

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cast zu einem oder mehreren

Multiplexer leiten sollen, dann

kann durchaus ein 100MBPS

Netzwerk ausreichen. Oftmals

verfügen professionelle

Receiver nur über 100MBPS

Netzwerkschnittstellen, was

in Anbetracht der Bandbreite

8. Despite having a perfect

picture, StreamXpert indicates

some errors in PAT and PMT.

Interestingly; these were

already present in the original

DVB-S stream…

9. Useful information provided

by StreamXpert: the grid

view, where all active services

within the stream are mapped

according to their PID.

10. Meanwhile, we monitor

our Dexing NDS3975 with

the SnmpNMS management

software. This application

gives us remote access to the

internals of this integrated

professional receiver.

11. On the Mux-tab, we can

specify which channels of

the three different incoming

transponders (through the

internal tuner, ASI-in and IPTV)

we want to output.

gängiger DVB-S/S2 Transponder,

die im Durchschnitt

50MBPS an Daten transportieren,

auch ausreichen sollte.

Auch alle uns bekannten

IPTV-Receiver verfügen nur

über einen 100MBPS Netzwerkanschluss.

Warum also

auf eine 1000MBPS Infrastruktur

aufrüsten? Am Einfachsten

lässt es sich so erklären:

wenn Autos nur mit

90 km/h fahren können, dann

reicht im Prinzip eine Landstraße.

Wenn aber viele Autos

gleichzeitig fahren, dann

lohnt sich eine Autobahn

trotzdem, obwohl die Autos

nur mit maximal 90km/h

fahren. Ein 100MBPS-Switch

ist für diese Geschwindigkeit

ausgelegt und neigt dazu in

die Knie zu gehen, wenn an

allen Ports gleichzeitig hohe

Transferraten anfallen. Ein

1000MBPS-Switch kann intern

einfach viel mehr Daten

verarbeiten.

Möchte man eine Gemeinschaftsanalage,

ein Hotel


oder ein Haus mit IPTV versorgen,

bei dem das Netzwerk

auch für andere Dienste

(Internet, File Sharing,

VOIP, usw.) zuständig sein

soll, dann empfehlen wir

ausdrücklich ein 1000MBPS

Netzwerk. Dies gilt in heutigen

Tagen sowieso als Standard

und ein Upgrade von einem

existierenden 100MBPS

Netzwerk auf ein 1000MBPS

Netzwerk sollte keine größeren

Probleme bereiten, wenn

es sich beim verlegten Kabel

um Kabel der Kategorie

CAT-5e oder CAT-6 handelt.

Ist dies nicht der Fall, sollte

das Kabel durch aktuelles

CAT-6 Kabel ersetzt werden.

Weiterhin müssen die Switches

gewechselt werden und

bei älteren Computern sollte

man darauf achten, ob der

Netzwerkadapter auch für

1000MBPS ausgelegt ist.

Um sich einen Überblick

des Netzwerkes zu verschaffen,

lohnt es sich sogenannte

Netzwerk-Monitoring Programme“,

oft auch „Netzwerk-Sniffer“

genannt, einzusetzen.

Diese Programme

protokollieren alle Datenpa-

kete, die im Netzwerk versendet

werden.

Damit dies technisch möglich

ist, muss man eine besondere

Software einsetzen,

die sich WinPcap nennt. Win-

Pcap versetzt die Netzwerkkarte

des Computers in den

„promiscuos“ Modus, in welchem

die Netzwerkkarte alle

Datenpakete annimmt, also

nicht nur die gezielt an den

Rechner versendeten Pakete,

sondern alle. Weiterhin bietet

WinPcap eine Schnittstelle

für Applikationen an, die so

Zugriff auf diese Datenpakete

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bekommen. Das bekannteste

und beliebteste Programm

zur Netzwerküberwachung

ist Wireshark. Die Grundvoraussetzung

ist WinPcap und

schon kann der gesamte Datenverkehr

protokolliert werden.

So erkennt man schnell,

welche IP-Adressen welche

Pakete von welchen Computern

anfordern, ob im Netzwerk

Multicasting eingesetzt

wird, welche Bandbreiten

belegt werden, usw. Die gute

Nachricht: WinPcap und Wireshark

sind kostenlos.

Sei es im Studio oder in der

Kopfstation: IPTV etabliert

sich zu einer omnipräsenten

Lösung, wenn es um die Verteilung

von Audio- und Video-

Signalen geht. Es ergeben

sich viele Vorteile, egal ob

IPTV für die interne Verteilung

innerhalb einer Kopfstation

genutzt wird oder beim

direkten Zuspielen zum Endkunden.

Alleine der Umstand, dass

sämtliche Daten über nur

ein Kabel versendet werden

können ist es wert, sich mit

dieser Technik auseinander

zu setzen.

12. To check our IPTV streams

within the network, we use VLC.

13. TSReader Professional is an

excellent tool when it comes to

analyze transponder streams.

Instead of just rendering the

channel, TSReader shows

all PIDs and their respective

bandwidth.

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