Sieć LAN jako najnowsze środowisko służące dystrybucji obrazu, w którym rolę klasycznych matryc przejmują przełączniki sieciowe. Wydajność switchy z powodzeniem dorównuje klasycznym matrycom, warto więc wiedzieć, jak to się dzieje. Teoretycznie najłatwiejsze podejście polegające na wysłaniu sygnału z każdego źródła do sieci jest receptą na bardzo szybkie i całkowite jej zablokowanie. Za sprawne przekazywanie sygnału odpowiedzialny jest multicasting wraz z protokołem IGMP.
Przesyłanie danych w sieciach LAN wykorzystuje przełączanie pakietowe, niezbędne aby dane trafiły z jednego miejsca (hosta) do drugiego (również zwanego hostem). Łączenie ze sobą takich hostów, które w świecie instalacji audiowizualnych są nadajnikami i odbiornikami sygnału wideo, jest bardziej niezawodne, elastyczne i znacznie łatwiej skalowalne niż systemy oparte o klasyczne matryce wideo. I to właśnie dzięki wykorzystaniu transmisji multicastowej, a właściwie dzięki sposobowi, w jaki zarządza się przepustowością sieci, gdy host pełniący rolę źródła komunikuje się z wieloma odbiornikami.
Multicasting w największym skrócie to przesyłanie sygnału z jednego źródła tylko do tych odbiorców, którzy zażądali tego sygnału. Broadcasting to wysyłanie sygnału ze źródła do wszystkich odbiorców, niezależnie, czy tego oczekują czy nie.
W świecie IT wraz z multicastingiem funkcjonują też inne metody komunikacji między hostami – unicastowa i broadcastowa. I, oczywiście, wszystkie mają swoje zastosowania, w których są bezkonkurencyjne. Spośród tych trzech zdecydowanie najczęściej spotykany jest unicasting, czyli komunikacja, w której jeden host ma za zadanie wymienić dane z innym hostem. Może to być rozmowa telefoniczna lub przesyłanie wiadomości tekstowych pomiędzy dwoma telefonami lub przekazywanie obrazu z nadajnika do odbiornika HDBaseT. Z kolei broadcasting to komunikacja, w której jeden host przekazuje informację w tym samym czasie do wszystkich w tej samej sieci. Taką transmisję porównać można choćby do koncertu muzycznego czy nadawania komunikatów przez budynkowy radiowęzeł. Użycie broadcastingu do rozsyłania treści wideo w sieci LAN błyskawicznie zużyłoby całą jej przepustowość, a w rezultacie uniemożliwienie jej działania. W świecie IT nazywane jest to burzą broadcastową.
Zwykłe przełączniki sieciowe po odebraniu pakietu transmisji multicastowej, w której nie ma określonego odbiorcy, prześlą go wszystkim znanym sobie hostom, niejako przełączając się na transmisję broadcastową. Taki sposób radzenia sobie z dystrybucją pakietów nie jest pożądany w sieci łączącej urządzenia audiowizualne. Dlatego jednym z pierwszych ustawień, jakie powinny być wykonane na każdym przełączniku służącym do przesyłania treści wideo, jest włączenie blokowania lub odrzucania pakietów transmisji multicastowej bez określonego hosta-odbiorcy. Dla przełączników NETGEAR funkcję tę można znaleźć w menu „IGMP Snooping cnfiguration”. Najlepszy do zastosowań przesyłania nawet dużych pakietów zawierających obrazy w wysokiej rozdzielczości jest multicast1. Transmisja ta ogranicza przesył pakietów tylko do hostów docelowych, które tego zażądały. Multicasting można porównać do nasłuchu trwającej audycji radiowej czy telewizyjnej. Odbiorca odbierze komunikat, tylko jeśli jego odbiornik jest włączony i ustawiony na odpowiednią stację.
Unicast to transmisja od jednego punktu do drugiego, najczęściej spotykany sposób komunikacji.
Jak więc multicasting pozwala na ograniczenie wykorzystania przepustowości sieci? Załóżmy, że instalacja audiowizualna wykorzystuje nadajniki i odbiorniki AMX NMX serii N2000. Wszystkie hosty, zarówno pełniące funkcję nadajników, jak i odbiorników, podłączone są do przełącznika, na przykład NETGEAR M4250, będącego punktem centralnym systemu. Do nadajników podłączone są urządzenia źródłowe, odbiorniki z kolei połączone są do wyświetlaczy. Oczywiście nadajniki stale otrzymują sygnał wideo oraz audio z urządzeń źródłowych. W przełączniku sieciowym zaimplementowany jest protokół IGMP (Internet Group Management Protocol), wyposażony w dwie kluczowe funkcje absolutnie niezbędne do prawidłowego działania multicastingu. Są to IGMP Querier i IGMP Snooping. Każdy nadajnik, który wykryje na swoim wejściu HDMI sygnał wideo oraz audio, informuje przełącznik, że dysponuje sygnałem AV i jest gotowy do jego wysłania. Następnie IGMP Querier przypisuje niezależne strumienie danych dla audio i wideo wraz z indywidualnymi multicastowymi adresami IP. Są to zawsze adresy IP z zakresu od 224.0.0.0 do 239.255.255.255. Te adresy nigdy nie zostaną przypisane do fizycznych hostów, ponieważ są zarezerwowane dla multicastingu. I tak nadajnik AMX NMX-ENC-N2412A podłączony do źródła 1 mógłby mieć adres 224.0.0.1 dla streamu wideo i 224.0.0.2 dla streamu audio, nadajnik AMX NMX-ENC-N2412A podłączony do źródła nr 2 może mieć adresy 224.0.0.3 dla wideo i 224.0.0.4 dla audio. W rezultacie w sieci dostępne są niezależne streamy wideo oraz audio gotowe do przesłania, gdy tylko jakiś odbiornik ich zażąda. Jak dotąd nie są one jednak wysyłane, więc przepustowość sieci nie jest wykorzystywana.
W przełączniku NETGEAR M4250 wyłączenie „niezamówionej” transmisji multicastowej ustawia się w menu „IGMP Snooping Configuration”.
Dopiero gdy odbiornik AMX NMX-DEC-N2422A dostaje zadanie wyświetlenia sygnału ze źródła 1, informuje on IGMP Snooping w przełączniku, że oczekuje na stream z tego właśnie źródła. Następnie IGMP Snooping sprawdza w IGMP Querier, czy żądany stream jeszcze jest dostępny, i jeśli tak, zostaje on przesłany do odbiornika, a w rezultacie wyświetlony na monitorze. Dopiero teraz zasoby sieci LAN łączące nadajnik i odbiornik są wykorzystywane do transmisji. W rezultacie mamy do dyspozycji niezawodne narzędzie umożliwiające ograniczenie niepotrzebnego ruchu w sieci i pozwalające na streaming danych tylko wtedy, gdy są one potrzebne. Rozbudowa takiego systemu audiowizualnego odbywa się przez dodanie tylko tylu nadajników lub odbiorników, ile jest niezbędne. Co ważne, kilka odbiorników może wyświetlić obraz z tego samego nadajnika. Dodatkowo – stream wideo ma inny adres multicast IP niż stream audio, przez co mogą on być przesyłane niezależnie w całkowicie dowolny sposób. Odbiornik może też zażądać więcej niż jednego streamu wideo, udostępniając funkcję multiviewera. Multicasting jest niezwykle wydajnym sposobem transmisji sygnałów audiowizualnych. W chwili gdy dany stream nie jest już potrzebny, zostaje po prostu wyłączony, co w żaden sposób nie wpływa na inne, wciąż używane transmisje multicastowe. Odłączanie nieużywanych sygnałów znacząco pomaga efektywnie zarządzać przepustowością sieci, jednakże wciąż bardzo ważne jest, aby cała sieć LAN zaprojektowana została tak, aby zapewnić wystarczającą przepustowość dla realizowanego zastosowania.
TEKST: Andrzej Pawluś, „AVIntegracje”
ZDJĘCIA: Andrzej Pawluś
