Broadcast, Unicast, Multicast und Anycast: Video-
Übertragung im Internet
Broadcast, Unicast, Multicast und Anycast sind verschiedene Methoden der Datenübertragung, mittels derer Content-Anbieter Video-Inhalte versenden. Broadcast wird dabei je länger je mehr von Unicast und Multicast abgelöst. Wir erklären die vier Übertragungsmethoden und die jeweiligen Vor- und Nachteile im Detail.
Broadcast
Broadcast ist die älteste Form der TV-Übertragung. Die Datenpakete der Videos werden gleichzeitig an alle Teilnehmer resp. Empfänger eines Netzwerks geschickt. Alle Teilnehmer erhalten gleichzeitig die gleichen Daten. Sie müssen dabei nicht explizit als Empfänger ausgewählt sein; es reicht, wenn das Empfangsgerät den entsprechenden Kanal auswählt.
Ursprünglich wurden so analoge TV-Signale via Antenne übertragen, bevor die Technologie zu Digital Video Broadcasting (DVB) weiterentwickelt wurde. Mittlerweile gibt es drei verschiedene Varianten von DVB:
- DVB-T (terrestrial): terrestrische, also erdgebundene digitale Video-Übertragung via Antennen
- DVB-C (cable): digitale Video-Übertragung via Kabel (klassisches Kabelfernsehen)
- DVB-S (satellite): Video-Übertragung via Satelliten
Vorteile Broadcast
- Informationen können breit gestreut werden.
- Die Umstellung vom analogen Broadcasting auf DVB ermöglicht eine effiziente Verwendung des Frequenz-Spektrums (Stichwort «digitale Dividende»).
Nachteile Broadcast
- Alle erhalten zur gleichen Zeit die gleichen Datenpakete. Individuelles zeitversetztes Fernsehen ist nicht möglich.
- Mangels Rückwärts-Kanal kann der Empfänger dem Sender nichts mitteilen.
Unicast
Im Gegensatz zur Broadcast-Technologie werden die Daten bei der Unicast-Technologie an einen einzelnen Teilnehmer eines Netzwerkes geschickt. Der grösste Teil der Datenübertragung im Internet erfolgt nach dem Unicast-Prinzip. Wer z. B. eine Datei aus dem Internet herunterlädt, schickt eine gezielte Nachricht an den Server, auf dem die Datei gespeichert ist. Der Server schickt daraufhin die angefragte Datei. Bei der Unicast-Technologie kommunizieren immer genau zwei Teilnehmer miteinander.
Unicast kommt typischerweise beim Over-the-top-Streaming (OTT) zum Einsatz.
Vorteile Unicast
- Die 1:1-Kommunikation zwischen Sender und Empfänger ermöglicht es, auf den Empfänger zugeschnittene Datenpakete zu versenden. Dadurch werden zeitversetztes Fernsehen und individuelles Streaming möglich.
- Je nach Empfangsgerät kann der Stream in passender Qualität empfangen werden. Z. B. in 4K für den Fernseher und in geringerer Auflösung für das Smartphone.
- Bei überlasteter Netzkapazität kann der Sender die Datenrate und damit die Qualität automatisch herunterregeln (sogenanntes adaptive Streaming), ohne dass die Sendung unterbrochen wird.
Nachteile Unicast
- Im Vergleich zu Broadcast oder Multicast steigt die benötigte Bandbreite linear zur Zahl der Nutzer. Es gibt bei Unicast kaum Skaleneffekte für die Provider.
- Unicast-Streaming erfordert Server, die das Original-Signal konvertieren und aufbereiten. Dieses Signal-Processing lässt Verzögerungen von typischerweise 20 bis 40 Sekunden entstehen. Wenn Sie den Torjubel Ihres Nachbarn also bereits hören, bevor auf Ihrem Bildschirm das Tor geschossen wurde, liegt das wahrscheinlich daran, dass Sie einen Unicast-Stream empfangen, der Nachbar das Signal jedoch per DVB oder Multicast empfängt.
- Die 1:1-Kommunikation zwischen Sender und Empfänger ermöglicht es den TV-Betreibern, individuelle Daten über die Nutzer zu sammeln. Die TV-Betreiber wissen genau, wer wann und wie oft fernsieht. Das kann aus Sicht des Datenschutzes problematisch sein.
Multicast
Bei der Multicast-Technologie werden die Daten an eine Gruppe ausgewählter Netzteilnehmer geschickt. Im Gegensatz zur Unicast-Technologie finden jedoch nicht mehrere 1:1-Kontakte zwischen Sender und Empfänger statt. Stattdessen schickt der Sender die Daten mittels einer Multicast-Adresse an einen Router, der als letzte Verteilstelle vor den Empfängern fungiert. Dieser Router dupliziert die Daten dann und schickt sie den einzelnen Empfängern, die den jeweiligen Stream anfordern.
Vorteile Multicast
- Mit Multicast lässt sich Bandbreite sparen, da alle Geräte auf den gleichen Stream zugreifen.
- Im Vergleich zu Unicast gibt es keine Verzögerungen. Broadcast und Multicast sind zeitlich äquivalent. Alle Endnutzer erhalten die Datenpakete und somit die Streams gleichzeitig.
- Der Endnutzer ist anonymer als bei Unicast, sofern die App, in der Multicast eingebettet ist, keine spezifischen Daten zum Nutzerverhalten sammelt.
Nachteile Multicast
- Nicht alle Endgeräte können Multicast-Daten empfangen. Typische in Heimnetzwerken verwendete Router und Switches müssen zur Übertragung von Multicast eine IGMP-Proxy-Funktion unterstützen, was bei günstigen Geräten oftmals nicht der Fall ist. Ausserdem ist die Übertragung von Multicast über WLAN häufig problematisch. Das Abspielgerät sollte deshalb per Ethernet-Kabel angeschlossen sein.
- Multicast erfordert spezielle Konfigurationen in den Provider-Netzwerken und funktioniert daher in den meisten Fällen nur innerhalb des Netzes des Providers. Zur Übertragung von Multicast zwischen zwei Providern müssen spezielle Absprachen getroffen werden.
- Multicast unterstützt kein adaptives Streaming wie Unicast. Der ungestörte Empfang hat höhere Qualitätsanforderungen ans Netzwerk und ist damit weniger fehlertolerant. Bei instabilem oder überlasteter Verbindung werden Bildfehler schnell sichtbar.
Anycast und Content Delivery Networks (CDN)
Anycast ist eine spezielle Form von Unicast. Die Inhalte werden dabei auf verschiedenen geografisch global verteilten Servern dupliziert, um die Antwortzeiten der Server zu beschleunigen. Mittels Routing-Kriterien wird idealerweise der geografisch nächstgelegene Server präferiert. Typischerweise wird Anycast aber nur für kleine Datenmengen verwendet.
Für grosse Datenmengen (z. B. Video-Streaming) kommen sogenannte Content Delivery Networks (CDN) zum Einsatz. Diese funktionieren prinzipiell ähnlich wie Anycast, allerdings erfolgt die Zuordnung der Clients zu den «besten» CDN-Servern anders als bei Anycast. Dabei spielen verschiedene Kriterien wie Auslastungen, Verfügbarkeiten oder Peering-Kosten eine Rolle, die je nach CDN anders gewichtet werden.
Welche Methode unterstützt TV7?
TV7 von Init7 unterstützt sowohl Unicast als auch Multicast.