Wo sind meine Flows?

Herausforderung mit Live-Übertragungen

Als am 11. Juni 2021 Millionen Menschen weltweit dem ersten Anstoß der Fußballeuropameisterschaft entgegenfieberten, war vermutlich nur den wenigsten bewusst, welche technischen Entwicklungen hinter den gestochen scharfen Live-Bildern von heute stecken. Spätestens ab dem Zeitpunkt, an dem der Ball rollt, laufen in den Broadcasting-Studios rund um den Globus die Leitungen heiß. Denn für TV-Spektakel wie dieses sportliche Großereignis ist längst ein kompliziertes Zusammenspiel digitaler IT-Technologien verantwortlich. Das gilt besonders bei Live-Übertragungen mit Transferraten von zehn Gigabit pro Sekunde oder mehr bei einer Übertragungsqualität in Ultra High Definition (UHD). Dann jagen in einem regulären Fußballspiel mehrere Terabyte an Daten durch die Leitungen der Sendestationen – und dann bekommt es auch die Netzwerkinfrastruktur der Sender mit „Kick and Rush“ zu tun.

Schon minimale Störungen oder gar Unterbrechungen bei der Übertragung von Signalen in Echtzeit wirken sich mitunter fatal auf den Ruf des Senders aus. Schlimmer noch: Eine unfreiwillige Störung, etwa in der Werbepause, kann richtig ins Geld gehen. Die unbeeinträchtigte Übertragungsqualität ist besonders bei  Publikumsmagneten wie großen Sportveranstaltungen relevant – egal, ob beispielsweise vor, während oder im Anschluss an ein Fußballspiel. Mehr noch: Die Zuverlässigkeit von TV-Übertragungen ist für Broadcaster ebenso wichtig wie der Inhalt und gerade bei Live-Events ist die Übertragungstechnologie ein entscheidender Faktor, will man sowohl imageschädigende als auch wirtschaftliche belastende Folgen vermeinden.

Geisterspiel beim Datentransfer

Ein typisches Problem war bisher: Die aus der IT übernommenen IP-Technologien setzen ein Monitoring des Zustands von Datenflüssen voraus, damit Störungen während der Übertragung von unkomprimierten Live-Videosignalen rasch analysiert und behoben werden können. Anders als im Streaming-Umfeld, wo verlorene Dateneinheiten in der Regel ohne Beeinträchtigung der Zuschauer einfach nachgeschickt werden können, laufen Pakete bei einer Echtzeitübertragung dann für immer ins Abseits. Aber auch Hardware-Defekte – etwa an einem Switch, einem Kabel oder am Laser im Glasfaserinterface – werden dann zum Geisterspiel für IT-Administratoren in Rundfunkanstalten. Hier kommen IP-basierte Netzwerktopologien ins Spiel: Nutzte die Broadcasting-Industrie in der Vergangenheit SDI-Technologien, um ein einziges unidirektionales Signal über SDI-Kabel zu transportieren, werden bei der IP-basierten Übertragungsweise mehrere bidirektionale Datenströme über ein einziges Kabel übertragen. Sie ermöglichen unter anderem mehr Kamera-Feeds, höhere Auflösungen, Virtual-Reality-Funktionen und eine Live-Produktion direkt im Studio oder in den Stadien.

IP-Monitoring: Zeitspiel verhindern mit dem richtigen Flow

IP-Monitoring-Lösungen ermöglichen es Broadcastern, Ströme im Wide Area Network (WAN) zu analysieren und somit das Troubleshooting zu verbessern. In der Praxis haben sich zwei unterschiedliche IP-Monitoring-Methoden durchgesetzt: NetFlow und sFlow.

Bei Netflow handelt es sich um eine ursprünglich von Cisco entwickelte Technik, bei der Geräte wie Router oder Layer-3-Switch Informationen über den IP-Datenstrom innerhalb des Geräts per UDP exportieren. Es eignet sich gut für die Abrechnung von IP-Verkehr auf Internet-Routern. UDP-Datagramme lassen sich anschließend von einem NetFlow-Kollektor empfangen, speichern und verarbeiten. Diese angefallenen Informationen können zur Verkehrsanalyse, Kapazitätsplanung oder Analyse im Rahmen von Quality-of-Service-Strategien verwendet werden.

Als Pendant dazu hat sich in den vergangenen Jahren sFlow (Sampled Flow) etabliert. Dabei handelt es sich um ein von der InMon Corporation konzipiertes Paket-Sampling-Protokoll, das in der Netzwerkindustrie eine breite Akzeptanz gefunden hat. Der entscheidende Unterschied zu Netflow: Netflow exportiert Statistiken, sFlow indes gesampelte Paket-Header, aus denen die Statistiken extern generiert werden.

sFlow kann in jedes Netzwerkgerät eingebettet werden und liefert fortlaufende Statistiken zu jedem Protokoll (L2, L3, L4 und bis zu L7), sodass der gesamte Datenverkehr in einem Netzwerk genau charakterisiert und überwacht werden kann. Diese Statistiken können sowohl für die Überlastungskontrolle als auch die Fehlerbehebung, Sicherheitsüberwachung oder Netzwerkplanung zum Einsatz kommen. Der Vorteil ist, dass sich dadurch die Menge an Informationen, die letztendlich verarbeitet und analysiert werden müssen, reduzieren lässt. Das führt zu einer geringen Belastung der CPU und der Datenleitung.

Das Geschehen immer im Blick behalten mit RTP

Für das Monitoring von Real-Time Transport Protocol-Strömen, kurz: RTP, eignet sich das von Cisco entwickelte RTP-Flow-Monitoring. Das RTP dient der kontinuierlichen Übertragung von audiovisuellen Daten wie Streams über IP-basierte Netzwerke. Dabei kann RTP sowohl für Unicast-Verbindungen als auch für Multicast-Kommunikation verwendet werden. Die RTP-Flussüberwachung speichert statistische Daten über RTP-Flüsse auf dem Switch, erkennt Lücken in der Reihenfolge der RTP-Sequenznummern und gibt so einen Überblick über verlorene RTP-Frames.

Diese Informationen helfen dabei, Probleme in der idealerweise verlustfreien Übertragung von Paketen zu lokalisieren und erlauben es damit, Fehler oder Engpässe im Netzwerk schneller zu finden und zu beheben. RTP-Flow-Monitoring bietet deutliche Vorteile gegenüber Netflow und sFlow, weil es kein Sampling verwendet und daher auch Flüsse mit geringer Bandbreite, wie zum Beispiel Teletext-Daten, sicher erfasst werden. Außerdem werden zielgenau exakt die Informationen erfasst, die für Medienströme relevant sind: ein eventueller Paketverlust sowie die Bandbreite. Bei der RTP-Lösung ist es jedoch – um im Bild zu bleiben – wie mit der Verpflichtung eines neuen Spitzenspielers: Es ist eine separate Lizenz erforderlich.

Eine weitere Möglichkeit, Informationsflüsse in Netzwerken zu überwachen, bietet die Cisco-Technologie „Non-Blocking Multicast“ (NBM) mit dessen Statistik-Daten. Flows können beim Eintritt in das Netzwerk durch einen Policer auf ihre „angemeldete“ Bandbreite beschränkt werden. Der Policer gibt dann Auskunft über die Anzahl der akzeptierten und gegenbenenfalls abgelehnten Bytes. Daraus kann ein Monitoring-System dann die entsprechenden Bandbreiten berechnen.

Unabhängig davon, welche Technologie zum Einsatz kommt, gilt für Broadcaster heute und in Zukunft eine goldene Regel, so wie man im Fußball seit über einem Jahrhundert weiß, dass das Spiel 90 Minuten hat: Mit digitalen Technologien und IP-basierten Übertragungen ist ein neues Zeitalter für Broadcaster angebrochen. Damit es vor den digitalen Endgeräten der Zuschauerinnen und Zuschauer – zumindest in übertragungstechnischer Hinsicht – alles rund läuft, sind Anwendungen für das IP-Monitoring unabdingbar geworden. Wenn dann etwa die Lieblingsmannschaft in der Live-Übertragung den Sieg geholt hat, haben alle Beteiligten vor und hinter den Empfangsgeräten allen Grund zur Freude über ein absolut störungsfreies und in jeder Hinsicht packendes Live-Erlebnis.