Основи на AoIP аудио мрежи
Джобен усилвател на звука
Предлаганият на читателите джобен усилвател се състои от три вериги с еднакъв размер: усилвател, предусилвател и захранване. Въпреки простата схема, устройството има сравнително добро качество на звука, има контрол на силата на звука и тона.
Предимствата на електрическата мрежа като средство за предаване на информация
Статията описва предаването на IPTV сигнал по проводниците на електрозахранващата мрежа. Разгледани са свързани стандарти и е даден пример за блокова схема на организацията на IPTV.
Реклама на нашите партньори
17 май
Статията очертава основните принципи на предаване на аудио поток през локална мрежа. Подробно са разгледани протоколите и методите за подобряване на качеството на предаване.
Системите за предаване на аудио поток през мрежа (AoIP - Audio over IP) са изградени на стандартни компоненти, така че принципите на организиране на аудио мрежи и конвенционалните локални мрежи (LAN) се различават малко. За категоричност ще разгледаме Ethernet мрежите, тъй като те са най-често срещаните. Ако аудио данните напуснат мрежата, те вече не са AoIP, а стават медиен поток.
Ethernet методи за предаване
Ethernet мрежите поддържат три типа разпространение на пакети:
– „точка до точка“ (индивидуално) — най-често използваният метод за предаване на данни от един абонат към друг;
– излъчване – полученият пакет се изпраща до всички абонати на мрежата без изключение;
TCP Значение за звукови мрежи
Тъй като закъсненията в аудио мрежите са неприемливи, е необходимо да се осигури защита за аудио потока. Първо, AoIP данните трябва да имат по-висок приоритет от информационните или сервизните. Въпреки това неаудио данните, изпратени по TCP, може да бъдат загубени. Да сеЗа да се избегне този ефект, TCP протоколът трябва автоматично да намали скоростта на предаване на неаудио данни до такава степен, че оставащата честотна лента да е достатъчна за качествено предаване.
Вторият начин да се осигури висококачествено предаване на аудиопотока е да се инсталират две мрежови карти на компютъра: едната за аудио, другата за всички останали типове данни. В този случай и двата потока имат достъп до пълната честотна лента на мрежата. Освен това става възможно организирането на две независими мрежи, което ще увеличи производителността и сигурността.
Виртуални VLAN мрежи
Виртуалните мрежи се появиха в Ethernet заедно с комутационната технология. VLAN е виртуално разделяне на една физическа мрежа на множество LAN. Пакетите за излъчване се изпращат до всички абонати, което може да доведе до рязко увеличаване на трафика, ако има твърде много от тях. Виртуалните мрежи помагат за ограничаване на излъчванията в рамките на сегмента. Те също така подобряват мрежовата сигурност. Ако аудио потокът се предава през една мрежа, а интернет се осъществява през друга, тогава нападателят няма да може да получи достъп до аудио данните през глобалната мрежа.
В мрежи, където се обменят както информация (обща), така и аудио данни, разделянето на виртуални мрежи помага да се отървете от проблеми със софтуера или интерфейсната платка. Превключвателят може да бъде конфигуриран така, че портовете, към които са свързани компютри, които изпращат споделени данни, нямат право да препращат пакети извън тяхната виртуална мрежа. Така техните пакети никога няма да влязат в аудио мрежата.
Рутерът се използва за комуникация между виртуални мрежи.
Протоколът AoIP е мултикаст, тъй като един източник на данни трябва да бъде достъпен за няколко абоната.Същият принцип се използва в класическите аудио разпределителни усилватели и системи за маршрутизиране на аудио данни.
За да обяви желанието си за получаване на аудио поток, абонатът трябва да изпрати заявка до комутатора чрез IGMP (Internet Group Management Protocol).
Има три вида служебни съобщения:
– заявка (Query) — съобщение, което комутаторът изпраща до всички абонати на групата, за да провери дали някой от тях иска да получи потока;
– отчет (Report/Join) – съобщение, изпратено от устройство за присъединяване към абонатна група или показване, че вече е член на група;
– Напускане на групата – съобщение, изпратено от абоната до комутатора за напускане на групата.
Интересното е, че отговорът от устройството (отчет) трябва да дойде в рамките на определен период от време. За всяко устройство този интервал се избира индивидуално, така че да няма изблик на трафик веднага след анкетата. Като правило комутаторите нямат много бърз процесор, поради което не могат да обработват всички съобщения едновременно. По подразбиране времето за отговор не трябва да надвишава 10 минути. Това е достатъчно, за да могат всички устройства да декларират членството си в абонаментната група.
На транспортния слой AoIP предаването се осъществява с помощта на UDP протоколи, тъй като в критични за времето приложения е по-добре да загубите данни, отколкото да чакате забавен пакет (както се случва в TCP). UDP протоколите ви позволяват бързо да прехвърляте данни, заобикаляйки процедурата за установяване на връзка с приемника. Откриването и коригирането на грешки също не е предвидено в протокола. По този начин UDP протоколите са максимално опростени, за да осигурят максимална скорост на предаване. Страхотни са за групови писмаIP мрежи.
TCP протоколите за мултикаст не се използват, тъй като ситуацията, когато един абонат от групата загуби пакет, може да доведе до спиране на предаването към всички устройства за известно време. Освен това TCP има много полезни, но ненужни или излишни функции за локални аудио мрежи: функции за контрол на скоростта, механизми за възстановяване на данни (ако мрежата е проектирана правилно, пакетите не се губят), услуги за възстановяване (аудиопотокът е доста устойчив на грешки). Освен това TCP установява връзка от точка до точка. Следователно използването му за предаване на аудио потоци е възможно, но не е оправдано.
Протоколите в реално време RTP обикновено се използват като добавка към UDP. Те са свободни от недостатъците на TCP и предоставят само необходимия минимум за AoIP: задаване на времеви клейма, номериране на пакети, идентификация на метода на кодиране.
Вече засегнахме накратко въпроса за качеството на предаване на аудио потока. Ако LAN се използва за повече от просто аудио стрийминг, трябва да се внимава, за да се гарантира, че аудио данните се предават без прекъсване.
Тези мерки обхващат всички нива на системата и се състоят от следните компоненти:
– Ethernet комутатори, които позволяват на всеки мрежов абонат да има достъп до цялата честотна лента. Те разделят трафика между портовете и контролират предаването;
– Пълни дуплексни връзки, осигуряващи пълна честотна лента в двете посоки. Те предотвратяват възникването на сблъсъци без използването на подходящи Ethernet механизми;
- система от приоритети. Аудио потокът винаги трябва да има най-висок приоритет, за да не бъде прекъсван;
– IGMP протоколи, които гарантират, че AoIP потокът се излъчва само на портове, които иматабонати, включени в абонатната група. Това избягва прехвърлянето на ненужен трафик;
– ограничаване на броя на нишките в една връзка. Устройствата управляват както предаваните, така и получените аудио потоци. По този начин те винаги знаят общия брой нишки и могат да го ограничат, за да избегнат претоварване на линията.
Всички тези фактори позволяват постигането на най-високо качество на услугата за аудиопотока и в същото време осигуряват възможност за използване на LAN ресурси за съвместно предаване на всички видове данни.
Интернет, за разлика от LAN, е отворена, разширяема мрежа. Предимството на глобалната мрежа е нейната повсеместност, а недостатъкът е нейната ненадеждност.
Предаването на поточно предаване на данни, включително звук и глас, през интернет или други IP мрежи се извършва по същия принцип като през локални мрежи, но с помощта на други протоколи.
За да се предотврати преминаването на заявките от потребителя до отговорния или главния сървър, всички отдалечени DNS сървъри, които срещат по пътя, кешират заявките, които минават през тях. Това ви позволява да разтоварите сървъра и да намалите мрежовия трафик.
В допълнение към основната си задача - намиране на домейни в Интернет - DNS сървърите могат да идентифицират машини в локалната мрежа. Това може да се наложи, когато външен потребител, който не е регистриран в мрежата, трябва да намери конкретен LAN абонат.
Протоколи за IP мрежи
Колкото и да е странно, IP мултикастовете все още не са широко разпространени в Интернет поради сложността на взаимодействието между доставчиците. По-специално, това се дължи на финансови причини: когато поточните данни се предават индивидуално, количеството трафик (съответно таксата за услуга) се увеличава.
За защита на мрежата от нежелан или злонамерен трафик се използват защитни стени (защитна стена, Firewall), които могат да бъдат както отделно устройство, така и модул, вграден в рутера. Повечето съвременни защитни стени осигуряват филтриране на ниво приложение, което означава, че са в състояние да разпознаят определени нежелани програми и протоколи, които са проникнали в мрежата.