remedie tegen haperende videostreams?

DOOR: KOEN VERVLOESEM
TECH
MULTICAST:
REMEDIE TEGEN HAPERENDE
VIDEOSTREAMS?
Internet is geweldig, maar op het moment dat we allemaal dezelfde livestream
willen bekijken, bijvoorbeeld een keynote van Apple, dan wordt er heel wat
bandbreedte verspild. Ooit werd multicast-technologie als dé oplossing
voorgesteld, maar dat blijkt toch niet het geval te zijn.
O
84 EDITIE 283
p internet maken we doorgaans
videostreams kan het ook tot storingen leiden
gebruik van het unicast-principe:
als de servers die de videostreams hosten niet
netwerkpakketjes gaan van één
zwaar genoeg zijn. Presentatoren van populaire
bron naar één bestemming. Als we allemaal
videostreams worden daarom getraind om zo
dezelfde videostream bekijken, wordt er voor
weinig mogelijk tegelijkertijd te praten en te
elke gebruiker een verbinding met de server
bewegen. Zo vereisen nooit zowel het audio- als
opgezet en krijgen we allemaal dezelfde
het videokanaal tegelijk een hoge capaciteit,
gegevensstroom doorgestuurd. Dat verspilt niet
zodat de stream zo compact mogelijk blijft en de
alleen veel bandbreedte, maar bij populaire
kans op storingen wordt verminderd.
TECH
Multicast: remedie tegen haperende videostreams?
Niels den Otter
De aloude ether- en kabeltelevisie kennen dit
Technisch productmanager SURFnet
probleem niet. Daar wordt namelijk gebruik
“We zien de interesse in multicast afnemen,
gemaakt van het multicast-principe: een
transmissie van één bron (een tv-zender)
we zijn al over de piek heen.”
wordt aan alle bestemmingen tegelijkertijd
Jeroen Roos
aangeboden. Iedereen kan op die transmissie
Principal Consultant NiVo network architects
inhaken, door zijn televisietoestel op het juiste
“Ongunstige plaatsing van het rendezvous-point
kanaal in te stellen. Kunnen we ditzelfde principe
ook niet op internet toepassen?
kan prestatieproblemen veroorzaken.”
Alexander van den Hil
LOKALE NETWERKEN
Productmanager SURFnet
Om deze vraag te beantwoorden, moeten
“Televisieaanbieders kennen graag hun kijkers,
we lokaal beginnen. Zolang IP-multicast (het
maar deze informatie missen ze bij multicast.”
zenden van IP-pakketten (Internet Protocol)
naar een groep ontvangers) alleen op het lokale
netwerksegment gebruikt wordt, is er niet veel
configuratie nodig. “Binnen onderwijsinstellingen
Daarnaast moeten ook de routers in het
wordt IP-multicast weleens gebruikt om pc-
netwerk onderling informatie over multicast
zalen van images te voorzien,” legt Alexander
gaan uitwisselen. Dat gebeurt doorgaans
van den Hil uit, productmanager bij SURFnet.
met het PIM-protocol (Protocol-Independent
“Je hoeft dan maar één keer het image van een
Multicast). Jeroen onderscheidt drie varianten
besturingssysteem op het netwerk te versturen
van PIM: “PIM Dense Mode (PIM-DM) is de
en alle pc’s pikken die gegevensstroom op.”
eenvoudigste variant en is alleen bruikbaar in
heel kleinschalige implementaties. Dan is er PIM
Een andere toepassing is het simultaan of
Sparse Mode (PIM-SM), dat er in tegenstelling
afwisselend versturen van een videostream
tot PIM-DM van uitgaat dat niemand een
van bijvoorbeeld een beveiligingscamera, naar
multicast-groep wil ontvangen, tenzij dat expliciet
meerdere schermen in hetzelfde netwerk. Jeroen
aangegeven is. Bij PIM-SM moet je één of
Roos, Principal Consultant bij NiVo network
meerdere rendezvouspoints (RPs) configureren.
architects, legt uit hoe dat werkt: “De bron, zoals
Een derde variant is PIM Source-Specific
een camera, encoder of videoserver, stuurt zijn
Multicast (PIM-SSM), waarbij de ontvanger
gegevens dan naar een multicast-groep. Elke
expliciet aangeeft van welke bron de betreffende
ontvanger, zoals een beeldscherm of recorder,
multicaststream moet komen. Hierdoor heb je
abonneert zich dan op die groep.”
geen rendezvouspoint meer nodig, maar niet alle
ontvangers ondersteunen deze variant.”
BUITEN HET LOKALE NETWERK
Zodra je buiten het lokale netwerksegment met
Bij PIM-SM is de locatie van de rendezvouspoints
multicast wilt communiceren, is de configuratie
in het netwerk van groot belang, benadrukt
wat complexer. Jeroen legt uit: “Je zult de
Jeroen: “Het rendezvouspoint vormt tijdens
lokale router moeten instrueren om te luisteren
het opzetten van de multicast-stroom een
naar verzoeken van clients om een bepaalde
‘ankerpunt’ voor zowel de bron als de ontvanger.
multicast-groep te ontvangen. In IPv4 gebeuren
Op dat moment weet de ontvanger immers nog
die verzoeken met IGMP (Internet Group
niet waar de bron zich in het netwerk bevindt.
Management Protocol).”
Het rendezvouspoint brengt ze als het ware
PC-ACTIVE 85
bij elkaar. Een ongunstige plaatsing kan dan
heeft SURFnet enkele pilots uitgevoerd samen
ook prestatieproblemen veroorzaken.” In de
met de NPO (Nederlandse Publieke Omroep):
praktijk zet je in grotere omgevingen meerdere
“We hebben toen met succes Nederland 1, 2 en 3
rendezvouspoints in. “Die worden dankzij anycast
via multicast naar SURFnet gestreamd.” SURFnet
door de buitenwereld als één rendezvouspoint
heeft ook al een tijdje al zijn koppelingen met
gezien,” legt Niels den Otter uit, technisch
de Nederlandse internetproviders multicast-
productmanager bij SURFnet. “Dat zorgt gelijk
compatibel gemaakt, maar het werd gewoon
voor load balancing en redundantie, zodat een
niet internetbreed gebruikt. “We zien de
rendezvouspoint niet overbelast raakt als het
interesse in IP-multicast afnemen, we zijn al
over de piek heen,” aldus Niels. Doordat er
“Kosten zitten niet in
apparatuur, maar tijd
en expertise”
weinig gebruik van wordt gemaakt, wisselen
internetproviders over het algemeen onderling
geen multicast-informatie uit. Hierdoor is
het meestal niet mogelijk om een bron en
ontvanger bij verschillende internetproviders
met elkaar via multicast te laten communiceren.
“Een omroep die een televisie-uitzending over
internet wil versturen, zal dus unicast gebruiken,”
teveel aanvragen tegelijk moet verwerken.”
zegt Jeroen. “En ook websites zoals YouTube
Ook in de backbone van het netwerk zijn er
gebruiken voor livestreaming gewoon unicast.”
volgens Jeroen mogelijk aanpassingen nodig
om multicast te ondersteunen. “Indien de
IPTV
backbone gebruikmaakt van MPLS (Multiprotocol
Een ander geval zijn IPTV-uitzendingen. Wie
Label Switching), kun je bijvoorbeeld Multicast
via ADSL of glasvezel televisie kijkt, gebruikt
Distribution Trees (MDT) toepassen.”
daar in de meeste gevallen IP-televisie voor.
“De bron van de streaming is in dat geval
IP-multicast is volgens Niels redelijk
niet de uitzendende omroep,” legt Jeroen uit.
goedkoop te implementeren met standaard
“De videostream wordt verzonden door een
netwerkapparatuur. “De kosten zitten niet zozeer
apparaat in het netwerk van de internetprovider
in de apparatuur, maar meer in de tijd die je erin
zelf, vaak overigens een heruitzending van de
moet steken. Het vergt namelijk nog wel wat
videostream van de omroep. In dat geval is er
expertise om alles correct te configureren.”
geen uitwisseling van multicast-informatie tussen
providers nodig, dus is multicast perfect te
LASTIG OP INTERNET
gebruiken.
Overstijg je de lokale en bedrijfsbrede
86 EDITIE 283
netwerken en wil je IP-multicast op internet
KPN zet al sinds 2006 multicast in voor IPTV over
implementeren, dan blijkt dat knap lastig te
glasvezel en koper, om zijn netwerkcapaciteit
zijn. Volgens Alexander van den Hil ligt het
efficiënt te gebruiken. De grootste uitdaging
probleem niet zozeer op technisch vlak, maar
is volgens de perswoordvoerder de quality
heeft het vooral te maken met uitzendrechten:
of service: “Een nadeel van het send once
“Televisieaanbieders kennen graag hun kijkers.
receive many-concept bij multicast, is dat er
Met unicast datastreams kennen ze elke
geen mogelijkheid is voor herstel. Als een
individuele kijker, terwijl ze die informatie met
netwerkpakketje niet aankomt, wordt het bij
multicast missen.” Ook volgens Niels den Otter is
gebruik van TCP opnieuw verzonden. Multicast
het technisch allemaal wel te implementeren. Zo
kent niet zo’n retransmissietechniek. Voor herstel
TECH
Multicast: remedie tegen haperende videostreams?
Multicast verdrijft broadcast
van netwerkpakketjes moeten we op een andere
Bij broadcast worden gegevens naar alle computers in hetzelfde subnet
oplossing vertrouwen.”
verstuurd. Zo gebruikt ARP (Address Resolution Protocol) in IPv4
broadcast om het MAC-adres (Media Access Control) te bepalen dat bij
In multicast voor populaire videostreams op
een IP-adres hoort. Multicast, waarbij computers zich ‘abonneren’ op
internet ziet KPN geen heil: “Op dit moment
een multicastgroep om de gegevens te ontvangen, is vaak efficiënter
is dat niet efficiënt. De consument heeft maar
en is niet beperkt tot het subnet. Daarom zijn volgens Jeroen Roos heel
op beperkte momenten kijkgedrag waarvoor
wat broadcastprotocollen uit IPv4 in IPv6 vervangen door multicast.
multicast interessant is. De overige tijd is de
Zo is ARP vervangen door NDP (Neighbor Discovery Protocol), dat
consument op een unieke wijze content aan het
multicast gebruikt. Multicast is overigens een verplichte feature van
consumeren, die met multicast niet efficiënter te
IPv6, terwijl het bij IPv4 optioneel is.
versturen is.”
NICHETOEPASSINGEN
Hoewel het grote publiek dus niet onmiddellijk
hebben allemaal een eigen cachingnetwerk dat
met IP-multicast te maken krijgt, heeft
over de hele wereld verspreid is of ze maken
de technologie wel zijn toepassingen in
gebruik van een content delivery network (CDN)
bepaalde niches. Zo heeft EUMETSAT
zoals Akamai. Daardoor behouden ze zelf de
(European Organisation for the Exploitation
controle over wat er met hun content gebeurt.”
of Meteorological Satellites) [1] een netwerk
waarbij meteorologische gegevens van het
De contentleverancier plaatst dan bij diverse
hoofdkwartier in Darmstadt (Duitsland) naar alle
internetproviders een cachingserver. Als
Europese meteorologische instituten gestreamd
meerdere personen bij dezelfde internetprovider
worden [2]. Ook het KNMI (Koninklijk Nederlands
dezelfde videostream gelijktijdig bekijken,
Meteorologisch Instituut) maakt hier gebruik van.
wordt die stream na de eerste verbinding in
het netwerk van de internetprovider gecachet,
“De gegevens van EUMETSAT vereisen per
zodat ze bij de andere kijkers bij dezelfde
gegevensstroom een capaciteit van tientallen
internetprovider niet meer opnieuw van de
megabits per seconde,” legt Niels uit. “Als je die
contentleverancier gedownload wordt. Het
gegevens naar de meteorologische instituten
resultaat is hetzelfde als bij IP-multicast: er wordt
van 30 landen moet sturen, loopt dat aardig op.
minder bandbreedte verspild.
Gelukkig zijn veel van die instituten aangesloten
op research-netwerken. We hebben twee jaar
De conclusie is duidelijk. IP-multicast blijkt niet
geleden dan ook aan EUMETSAT meegewerkt.
hét protocol voor videostreams te zijn. “Voor
Op SURFinternet aangesloten instellingen
grootschalige internettoepassingen zie ik IP-
kunnen immers IP-multicast gebruiken [3].
multicast echt niet meer doorbreken,” meent
Daardoor hoeft men die gegevens nu in
Alexander. “Maar het principe van één keer
Darmstadt maar één keer te streamen.” Ook
gegevens versturen naar meerdere ontvangers
het Amerikaanse NOAA (National Oceanic and
is zeer efficiënt en heeft heel wat andere
Atmospheric Administration) werkt volgens Niels
toepassingen.”
met IP-multicast.
ALTERNATIEVEN OP INTERNET
Uiteindelijk is het volgens Niels niet echt een
probleem dat IP-multicast op internet niet
Voor de bronnen bij dit artikel:
WWW.HCC.NL/283-87
doorbreekt. “De grote contentleveranciers
PC-ACTIVE 87