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148 149TELE-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

Fernsehen aus dem Netzwerk

Teil 3

• 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

This is how our test centre looked like for this report.

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150 TELE-audiovision International — The World‘s Largest Digital TV Trade Magazine — 09-10/2013 — www.TELE-audiovision.com

FEATURE Selfmade IPTV

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.

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 set-zen 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 sto-ßen hier zusammen! Unser Ziel ist es deshalb, Ihnen als TELE-audiovi-sion 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 Uni-casting. Dabei handelt es sich aber gar nicht um weltbewegendes.

TCP kennt praktisch jeder, der heut-zutage einen Computer oder ein Tablet benutzt und damit in das Internet geht. Dieses Netzwerk-Protokoll reguliert die Kommunikation zwischen den verschie-denen Computern. Daten werden als kleine Pakete versendet, die vom Sen-der 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, an-sonsten wird dieses Paket erneut ver-sendet und zwar solange, bis die Emp-fangsbestätigung zurückkommt. Die Reihenfolge in welcher die einzelnen Da-tenpakete empfangen werden ist nicht wichtig – sie werden am Empfänger wie-der richtig einsortiert.

Als Analogie kann man sich TCP wie eine Amateurfunk-Verbindung zweier Funker vorstellen: der erste sendet ei-nen größeren Text und wartet nach je-dem Satz, dass der zweite Funker den empfangenen Satz mit einem „Roger“ bestätigt. Hat er diesen nicht verstan-den, wird er eben noch einmal gesendet.

Für Datenübertragung ist dieses Pro-

tokoll ideal, denn es garantiert, dass die Daten korrekt und unversehrt ankom-men. Für eine Live-Übertragung von Au-dio 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

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-

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deo das UDP Protokoll. Hier handelt es sich um ein stark vereinfachtes Protokoll, in dem die Datenpakete ohne Checksumme versendet wer-den. Außerdem erwartet der Sender keinerlei Rückmel-dung vom Empfänger. Tat-sächlich ist es dem Sender im

Multicast-Modus sogar egal, wer überhaupt zuhört.

Analog zu UDP kann man sich eine Radiosendung vor-stellen: der Moderator liest die Nachrichten vor, ohne zu wissen wer zuhört und ohne zu wissen, wie gut der Emp-fang ist und ob der Zuhörer

alle Sätze korrekt verstanden hat.

Im Gegensatz zu TCP soll-te man bei UDP über eine zuverlässige Netzwerkanbin-dung zwischen Sender und Empfänger verfügen, denn sonst kommt keine zuverläs-sige Sendung zustande.

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,

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).

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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 bie-tet jedoch zusätzlich einige Funktionen, die die Audio- und Video-Liveübertragun-gen enorm verbessern:

- Identifikation der Daten- Zeitstempel zur Synchro-

nisation zwischen Audio und Video

- Einhaltung der Reihenfol-ge der MPEG Frames

- Besonderer Umgang mit MPEG Key-Frames

Es spricht alles dafür, RTP einzusetzen, wenn alle betei-ligten Geräte dieses Protokoll unterstützen.

Bei Multicasting wird ein Audio/Video-Stream einfach gesendet, ohne dass ein be-stimmter Adressat angege-ben wurde. Diese Sendung wird vom Netzwerk an alle Teilnehmer weitergereicht und diese können entschei-den, ob sie den Stream emp-fangen möchten, oder nicht. Dies ist natürlich immer dann sehr praktisch, wenn meh-rere Benutzer denselben Stream empfangen möch-ten. Ohne dass weitere Netz-werk-Bandbreite zwischen dem Sender und dem Switch verbraucht wird, können so beliebig viele Benutzer zu-schauen.

Da der Switch allerdings

sämtliche Datenpakete in-tern 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 verschiede-nen Benutzern noch weitere Daten untereinander ausge-

tauscht werden. Wenn man dann zum Beispiel Benut-zer 2 gar nicht am Multicast teilhaben will, sondern eine größere Datei zum Benutzer 3 senden möchte, kann es passieren, dass diese Daten-übertragung nur zähflüssig oder eben gar nicht mehr funktioniert. Um Multicasting

einzusetzen, reicht es, als IP-Zieladresse eine beliebige IP-Adresse von 224.0.0.0 bis 239.255.255.255 zu konfigu-rieren. Dieser Adressraum wird von allen beteiligten Ge-räten für Multicast verwen-det.

Ganz nebenbei: Multicast wird nicht nur für IPTV ge-

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 IPs3. All captured packets can be analyzed individually and the contents can be viewed, while the header is shown in a more detailed way.

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4. This graph shows the bandwidth during the captured transmission. Inter-estingly, 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

after a few seconds. A regular operation was only possible using a 1000MBPS switch. 6. Using DekTec’s StreamXpert soft-ware, which already has been tested in TELE-satellite 11-12/2012, together with the professional DekTec DTE-3137 receiver, one has much more feed-back about the IPTV broadcast. Notice the lower left corner: a graph shows

continuously the occupied network bandwidth.7. StreamXpert can show all possi-ble information about the streamed transponder, including the programme clock reference (PCR), required for correct synchronization of audio and video. This allows editing the times-tamps in order to compensate for any detected errors.

nutzt, sondern immer dann, wenn die glei-chen Daten an mehrere Computer gleichzeitig gesendet werden sol-len, 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 hun-derten von Computern deren Betriebssystem in einem Durchgang.

Beim Unicasting wird der Stream im Gegen-satz zum Multicasting vom Sender nur an ei-nen gezielten Empfän-ger versendet. Dies hat

den Vorteil, dass das Netzwerk für die rest-lichen Benutzer nicht belastet wird und deren Datenverkehr deshalb normal funktioniert. Im Switch werden die Da-ten zwischen den Ein-gängen des Servers und des Benutzers geleitet, die restlichen Ports des Switches bleiben jedoch frei.

Nachteilig ist der Um-stand, dass für jeden weiteren Benutzer der gesamte Stream sepa-rat erneut versendet werden muss. Schnell ist somit die verfügbare Bandbreite des Netz-werkes überlastet und

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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 Trans-ponder, die im Durchschnitt 50MBPS an Daten transpor-tieren, auch ausreichen soll-te.

Auch alle uns bekannten IPTV-Receiver verfügen nur über einen 100MBPS Netz-werkanschluss. Warum also auf eine 1000MBPS Infra-struktur aufrüsten? Am Ein-fachsten lässt es sich so er-klären: wenn Autos nur mit 90 km/h fahren können, dann reicht im Prinzip eine Land-straße. Wenn aber viele Au-tos 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 in-tern einfach viel mehr Daten verarbeiten.

Möchte man eine Gemein-schaftsanalage, ein Hotel

besonders 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) be-treiben soll. Die Antwort ist nicht leicht, denn es hängt ultimativ davon ab, wie man IPTV und das Netzwerk nut-zen möchte. Wenn lediglich verschiedene Receiver ein-zelne Transponder über Uni-

cast zu einem oder mehreren Multiplexer leiten sollen, dann kann durchaus ein 100MBPS Netzwerk ausreichen. Oft-mals verfügen professionelle Receiver nur über 100MBPS Netzwerkschnittstellen, was in Anbetracht der Bandbreite

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oder ein Haus mit IPTV ver-sorgen, bei dem das Netz-werk auch für andere Diens-te (Internet, File Sharing, VOIP, usw.) zuständig sein soll, dann empfehlen wir ausdrücklich ein 1000MBPS Netzwerk. Dies gilt in heuti-gen Tagen sowieso als Stan-dard und ein Upgrade von ei-nem existierenden 100MBPS Netzwerk auf ein 1000MBPS Netzwerk sollte keine größe-ren Probleme bereiten, wenn es sich beim verlegten Ka-bel 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 Swit-ches 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 verschaf-fen, lohnt es sich sogenannte „Netzwerk-Monitoring Pro-gramme“, oft auch „Netz-werk-Sniffer“ genannt, ein-zusetzen. Diese Programme protokollieren alle Datenpa-

kete, die im Netzwerk ver-sendet werden.

Damit dies technisch mög-lich ist, muss man eine be-sondere Software einsetzen, die sich WinPcap nennt. Win-Pcap versetzt die Netzwerk-karte des Computers in den „promiscuos“ Modus, in wel-chem 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

bekommen. Das bekannteste und beliebteste Programm zur Netzwerküberwachung ist Wireshark. Die Grundvo-raussetzung ist WinPcap und schon kann der gesamte Da-tenverkehr protokolliert wer-den. So erkennt man schnell, welche IP-Adressen welche Pakete von welchen Compu-tern anfordern, ob im Netz-werk Multicasting eingesetzt wird, welche Bandbreiten belegt werden, usw. Die gute Nachricht: WinPcap und Wi-reshark sind kostenlos.

Sei es im Studio oder in der Kopfstation: IPTV etabliert sich zu einer omnipräsenten Lösung, wenn es um die Ver-teilung von Audio- und Video-Signalen geht. Es ergeben sich viele Vorteile, egal ob IPTV für die interne Vertei-lung innerhalb einer Kopfsta-tion genutzt wird oder beim direkten Zuspielen zum End-kunden.

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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