Реферат: Строим сеть для видео

Даррин Вудс

Наделив вашу IP-сеть возможностями передачи видео, вы избавитесь от проблем, связанных с эксплуатацией специализированной сети видеосвязи. Но непродуманная реализация новых возможностей может стать причиной проблем другого рода.

Прежде чем создавать сеть для цифрового видео, ре-щите, для кого она будет предназначена: только для внутренних пользователей (сотрудников вашей организации), только для внешних или для тех и других одновременно. Это позволит вам определить не только характеристики видео, которое должно доставляться посредством вашей будущей сети, но и расходы на ее строительство и эксплуатацию. Хотя корпоративные пользователи, как правило, более требовательны к качеству видеосигнала, при развертывании видеоприложений только в корпоративной сети вы получаете более высокий уровень контроля над способами доставки видео — вы можете использовать всю мощь механизмов гарантированного качества обслуживания (Quality of Service — QoS) и задействовать более широкую полосу пропускания. Недостатком интегрированного решения является то, что видеотрафик будет конкурировать со всеми другими типами трафика вашей сети. Если с задержкой и потерей пакетов при передаче файлов, электронной почты или работе с Web-ресурсами еще можно смириться, то, просматривая видео, которое тормозит и подергивается всякий раз, когда производится повторная передача пакетов, вы будете ощущать заметный дискомфорт.

Качество видео, доставляемого внешним пользователям, например посетителям вашего Web-сайта, обычно вам не подвластно. Вы можете контролировать передачу видео только в пределах границ своей сети, — вне их характеристики передачи видео полностью зависят от сервис-провайдеров, доставляющих его конечным пользователям.

Тип развертываемых в IP-сетях видеоприложений может варьироваться в широких пределах. Скорее всего, по вашей корпоративной магистрали будут передаваться корпоративные новости или учебные курсы. Такое видео может доставляться либо в режиме запланированной широковещательной передачи, либо как «видео по требованию» (Video on Demand — VoD). Преимуществом запланированных видеосеансов является то, что, зная, когда именно они будут проводиться, вы можете заранее подготовить свою сеть к приему трафика повышенной интенсивности.

А вот видео VoD способно «затопить» вашу сеть. Большинство видеоприложений используют режим группового вещания (схема «один ко многим»), тогда как VoD-видео почти всегда передается в режиме «один к одному». Если один человек время от времени получает видео через вашу сеть, то это не создает никаких особых проблем. Однако, если 500 пользователей разом подключаются к сети, например с целью просмотра учебного видео, то в условиях столь высокой нагрузки на сеть ваш трафик данных и трафик любого другого типа может полностью застопориться. Такая ситуация может привести и к перегрузке серверов, так как им придется загружать данные с жестких дисков для каждого видеопотока и выталкивать эти видеопотоки через сетевой интерфейс.

Видеоконференц-связь, когда-то считавшаяся дорогой услугой, привязанной к технологии ISDN, сегодня может предоставляться по общедоступной сети Интернет за небольшую плату, а то и вовсе бесплатно. Соответственно, когда оборудование видеоконференц-связи было дорогим и не очень распространенным, им пользовались в основном только крупные корпорации; в настоящее время благодаря услугам, предоставляемым такими компаниями, как GlowPoint, проводить видеоконференции могут организации любого размера. GlowPoint создала одну из первых сетей, которая позволила поднять качество и надежность видеоконференций до уровня качества и надежности услуг междугородной телефонной связи.

Время качества

Итак, сколь высокое качество видео вам требуется? Вы можете существенно снизить интенсивность трафика в сети и одновременно увеличить число передаваемых по ней видеопотоков, если чуть-чуть пожертвуете четкостью видеосигнала.

Сегодня видеокодеки становятся все более и более эффективными. В «гонках» на достижение лучшего качества при наименьшей полосе пропускания продукты компаний Apple и Microsoft идут, как говорится, «нога в ногу». Кодеки обеих компаний (Н.264 и VC-1 соответственно) появятся в следующем поколении DVD-систем, которые будут поддерживать видео высокой четкости (High Definition — HD) и работать с видеоплейерами QuickTime и Windows Media. Кодек Н.264 представляет собой открытый стандарт, обеспечивающий такой же или более высокий уровень качества видео (по сравнению с MPEG-2) при вдвое меньшей полосе пропускания.

Важной характеристикой качества является видеоразрешение. Хотя стандартное полноэкранное видео имеет разрешение 640 х 480 пикселов, вполне возможно, что для ваших видеоприложений подойдет и более низкое разрешение. Для потокового видео, как правило, достаточно лишь четверти разрешения полноэкранного видео, т. е. 320 х 240 пикселов. Используя специальные алгоритмы, многие кодеки способны воспроизводить видео с разрешающей способностью, которая кажется более высокой, чем есть на самом деле.

Видеосерверы

Хотя видеосерверы, возможно, и не являются частью собственно сетевой инфраструктуры, это одно из важных звеньев цепи доставки видеоконтента. Они захватывают видео из источника и кодируют его. Вы можете создать свой собственный видеосервер или купить полностью готовую систему. Развертывание собственного видеосервера предполагает установку сервера, платы захвата и/или организацию соединения FireWire с цифровой видеокамерой. Видео может захватываться и кодироваться в разных форматах, а затем распространяться практически в реальном времени или сохраняться для более поздней передачи.

Недостаток кодирования видео в реальном времени — возможное снижение его качества, поскольку кодирование предыдущего кадра должно закончиться до поступления на вход процессора следующего кадра. При скорости 30 кадров в секунду ЦПУ может легко перегружаться. Если вы хотите повысить качество, следует задержать распространение видео до тех пор, пока оно не будет надлежащим образом закодировано. Это покажется немного парадоксальным, но в такой ситуации повышение качества видео возможно за счет снижения его битовой скорости передачи.

Готовые, выполненные «под ключ», системы оснащаются встроенными процессорами для кодирования видео, обеспечивающими более высокую производительность. Такие системы лучше подходят для кодирования видео в реальном или близком к реальному масштабе времени и позволяют доставлять его на настольные системы в различных форматах, включая WMV (Windows Media Video) и MPEG-1,2 и 4. Если вам необходимо обслуживать как внутренних, так и внешних пользователей, то лучше создать по меньшей мере две различные версии видео: одну — с более высокой битовой скоростью и более высоким качеством — для внутренних пользователей и другую — с более низкой скоростью и более низким качеством — для внешних.

При желании архивировать видео для последующего проигрывания вы можете сконфигурировать видеосерверы для хранения видео и предоставления его в режиме VoD. Например, компании Kasenna и VBrick Systems предоставляют оборудование, выполняющее как кодирование, так и хранение/распространение видео, включая функции сервера потокового мультимедиа. Важным преимуществом готовых систем является их комплексная техническая поддержка, осуществляемая одним поставщиком. Хотя во многих случаях дешевле использовать комбинацию из нескольких серийно выпускаемых видеопродуктов.

Большое значение имеет метод распространения видео. При использовании метода «один к одному» для поддержки максимально ожидаемого числа потоков вам необходима система с очень большой полосой пропускания и очень большой вычислительной мощностью. Если каждый видеопоток занимает полосу пропускания, равную А, то необходимая для передачи N таких потоков общая полоса пропускания составит N х А.

Вашему видеосерверу потребуется не только производительный процессор, но и высокоскоростной жесткий диск, обеспечивающий максимально быструю передачу видео. Одни лишь дисководы SCSI и SATA (Serial ATA) вряд ли справятся с задачей формирования множества видеопотоков, так что вам придется организовать RAID-массив дисковых накопителей SCSI или SATA, способный «выталкивать» несколько сотен мегабитов данных в секунду. Кроме того, в зависимости от числа поддерживаемых потоков вам, возможно, понадобится один или несколько интерфейсов Gigabit Ethernet.

Если доставка видео пользователям производится по заранее составленному расписанию, то вместо метода распространения «один к одному» можно использовать метод «один ко многим», т. е. групповую рассылку видео, позволяющую снизить требования к процессорной мощности и пропускной способности видеосервера.

Как подготовить свою сеть к передаче видео

1. Определите местоположение своих будущих пользователей видео: будут ли они внутренними пользователями (сотрудниками вашей компании) или внешними (осуществляющими доступ к вашей сети через Интернет)?

2. Определите, трафик каких видеоприложений будет передаваться по вашей сети: видеоконференц-связь, видео по расписанию, потоковое видео, видео по требованию или будет использоваться их комбинация?

3. Определите, видео какого качества вам необходимо передавать? Если вы собираетесь транслировать полноэкранное видео высокой четкости, то характеристики качества должны быть наивысшими, а если — только изображение головы оратора, вы можете существенно снизить требования к уровню качества.

4. Выберите систему кодирования видео. Вы можете собрать ее сами на основе серийно выпускаемого оборудования/ПО или заказать систему «под ключ».

5. Выберите средства доставки видео. Многое здесь будет зависеть от того, будете ли вы доставлять видео каждому отдельному пользователю индивидуально (по схеме «один к одному»), или множеству пользователей одновременно (по схеме «один ко многим»).

6. Разработайте сеть для доставки видео, не забыв при этом о всех других типах трафика, выделив под них достаточную полосу пропускания. Это может повлечь за собой развертывание средств QoS.

7. Установите биллинговую систему. Убедитесь в том, что у вас имеются все необходимые средства для выписки счетов отдельным пользователям или целым подразделениям (отделам компании).

Сеть для передачи видео

И наконец, перейдем к рассмотрению магистрали распространения видео, т. е. к самой сети. Самым большим препятствием на пути внедрения корпоративных видеоприложений является отсутствие в сети механизмов QoS. Большинство корпоративных сетей не предназначены для эффективной доставки видео, и специалисты некоторых ИТ-подразделений полагают, что все типы данных должны обрабатываться одинаково, без какой-либо приоритизации. (Если ваш ИТ-отдел работает именно так, то вам пора изменить свое отношение к этому вопросу.)

Хотя видеотрафик — это, возможно, всего лишь небольшая часть проходящего через вашу сеть трафика, его влиянием на сеть нельзя пренебрегать. Для передачи видео необходимы те же самые коммутаторы и маршрутизаторы, которые вы используете для передачи трафика VoIP (Voice over IP). Кроме того, вам нужно задействовать механизмы QoS уровня 3 (DiffServ) и виртуальных ЛВС (ВЛВС; Virtual LAN — VLAN). Технология DiffServ обеспечит приоритизацию пакетов, гарантируя доставку пользователям всех кадров видео до одного. Расщепление сети на отдельные ВЛВС позволяет передавать видео только тем пользователям, которые в нем действительно нуждаются, и исключает его попадание туда, где его быть не должно. Ведь никому не нужно, чтобы видеотрафик оказался в ВЛВС бухгалтерии или, наоборот, трафик бухгалтерии — в ВЛВС, предназначенной для видеопотоков.

Если вы сами контролируете работу территориально распределенной сети (WAN), то для поддержки алгоритмов QoS имеет смысл использовать технологию многопротокольной коммутации на основе меток (Multiprotocol Label Switching — MPLS). Сегодня многие сервис-провайдеры предоставляют услуги по передаче видео, причем одни из них передают только видео, а другие — также и иные типы трафика. Например, компания Akamai размещает данные и видео недалеко от конечных пользователей, используя свою общенациональную сеть, позволяющую копировать данные на серверы, которые рассредоточены по всей стране (США. — Прим. ред.). Такой подход хорошо работает для заранее записанного видео или планируемого «живого» видео, распространяемого методом группового вещания.

Чтобы предоставлять внешним пользователям видеоуслуги высокого качества, вам потребуется множество резервных сетевых соединений на случай аварии в WAN-сети. Причем сетевые соединения следует арендовать у разных IP-провайдеров, что повысит уровень гарантий по доставке видео.

Биллинговые системы

Биллинговые системы для сервисов VoD все еще находятся в зачаточном состоянии. Если в штате вашей компании имеется группа программистов, вы можете создать свой собственный метод выписки счетов и интегрировать его в свою существующую бухгалтерскую систему. Если у вас нет своих программистов, можно нанять их со стороны. Многие готовые системы доставки видео включают биллинговое ПО.

Проблема биллинга и конфигурирования видеоконференций является не столь острой. Так, компании Forgent и VCON продают ПО, позволяющее планировать вызовы и обеспечивать доступность необходимых для видеоконференции сетевых и видеоресурсов. Кроме того, их ПО собирает данные о вызовах для выписки счетов.

Не надейтесь, что без предварительного планирования и подготовки вы сможете просто добавить видеотрафик в существующую сеть. Наметьте основные цели и разработайте стратегию компании в отношении видео, а затем модернизируйте свою сеть так, чтобы она позволяла доставлять видеоконтент надежно и без сбоев.

Список литературы

«Сети и системы связи» № 08 2005 г.