Redes de Computadores LTI

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1 Redes de Computadores LTI Multimédia Professores: António Casimiro, José Rufino, Pedro Ferreira [docentes 2014/2015 Multimédia e Qualidade de Serviço Aplicações multimédia: Áudio e vídeo em rede Qualidade de Serviço (QoS): A rede oferece às aplicações o nível de desempenho que estas necessitam LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 2

2 Classes de aplicações multimédia 1. Difusão de conteúdo armazenado 2. Difusãoaovivo 3. Interativas, em tempo-real LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 3 Aplicações multimédia Características fundamentais São tipicamente sensíveis ao atraso Atraso end-to-end Atraso jitter (variação no atraso dos pacotes do mesmo stream) Tolerância a perdas Perdas ocasionais não causam degradação significativa da qualidade do áudio/vídeo LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 4

3 Aplicações multimédia Difusão de conteúdos armazenados Áudio/vídeo armazenado na fonte Transmitido para o cliente Difusão (streaming) o cliente pode aceder ao áudio/vídeo antes de todos os dados terem chegado Restrição temporal para os dados ainda por transmitir: chegarem a tempo de serem acedidos Exemplo: YouTube LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 5 Aplicações multimédia Difusão ao vivo Características Semelhante ao de conteúdos armazenados Mantém-se a restrição temporal Mas não é possível fazer PAUSE, REWIND, FORWARD Exemplos: Talk show em programa de rádio Evento ao vivo LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 6

4 Aplicações multimédia Multimédia interativa em tempo-real Aplicações Telefonia IP (VoIP), vídeo-conferência, Exemplos: Skype, Google Hangout, etc Requisitos no atraso end-to-end: Áudio: bom se < 150ms, OK se < 400ms Livro 6th Ed: Se os atrasos forem maiores então serão sentidos e podem por em causa a interatividade Início da sessão Como é que quem aguarda a ligação anuncia o seu IP, porto e algoritmos de codificação? LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 7 Aplicações multimédia Taxas de transmissão típicas Áudio: CD = 1,411 Mbps MP3 = 96 kbps, 128 kbps, 160 kbps Telefonia IP >= 5,3 kbps Vídeo MPEG 1 (CD-ROM) = 1.5 Mbps MPEG 2 (DVD) = 3 a 6 Mbps MPEG 4 < 1 Mbps LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 8

5 Multimédia na Internet atual TCP/UDP/IP oferecem um serviço melhoresforço Não existem garantias para os atrasos e perdas Como é que as aplicações multimédia compatibilizam os seus requisitos com a internet atual? Utilizando técnicas ao nível de aplicação para mitigar, o melhor possível, os efeitos dos atrasos e perdas LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 9 Difusão de conteúdos armazenados Técnicas Técnicas ao nível de aplicação para extrair o melhor do serviço melhor-esforço : Client-side buffering Controlo do jitter Utilização de UDP (em vez de TCP) Maior controlo da taxa e ritmo de transmissão Múltiplas codificações Possibilidade de adaptação à largura de banda disponível LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 10

6 Difusão de conteúdos armazenados Técnicas - client buffering Atraso no arranque do vídeo Compensa o atraso na rede e o jitter constant bit rate video transmission variable network delay client video reception buffered video constant bit rate video playout at client Livro 6th Ed: client playout delay time LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 11 Difusão de conteúdos armazenados Arquiteturas Difusão a partir de servidor web Difusão a partir de um servidor dedicado LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 12

7 Difusão de conteúdos armazenados Protocolos do nível de aplicação HTTP (sobre TCP) Solução simples, conveniente para passar firewalls Pode ser usado para obter apenas partes selecionadas do conteúdo: cláusula Range do HTTP Suporte para controlo da transferência é limitado, sendo compensado com gestão utilização de buffers Usado pelo YouTube e Netflix RTSP (definido no RFC 2326) Utilizador pode controlar transmissão facilmente: rewind, fast forward, pausa, recomeço, reposicionamento, Não define como encapsular áudio/vídeo, como é o transporte (TCP ou UDP) e como fazer buffering LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 13 Difusão de conteúdos armazenados Protocolo RTSP Utiliza um canal fora de banda (porto 554) Para enviar as ações de controlo E também um canal dentro da banda Utilizado para enviar áudio/vídeo Neste aspeto é semelhante ao FTP! LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 14

8 Difusão de conteúdos armazenados Diretivas do RTSP OPTIONS Solicita ao servidor os tipos de pedido que este aceita DESCRIBE Inclui um RTSP URL (rtsp:// ) e o tipo de dados esperado pelo cliente. A resposta do servidor inclui a descrição da apresentação, tipicamente em SDP) SETUP Especifica a forma como a difusão deve ser transportada PLAY, PAUSE, TEARDOWN, LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 15 Difusão de conteúdos armazenados Operação RTSP LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 16

9 Difusão de conteúdos armazenados Redes de distribuição de conteúdos Objetivo: aproximar os conteúdos dos clientes Solução: replicar o conteúdo em centenas de servidores na internet Exemplo: o servidor de origem distribui HTML dinâmico que reencaminha para o servidor mais próximo do cliente Livro 6th Ed: client origin server CDN s authoritative DNS server CDN server near client HTTP request for DNS query for HTTP request for LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 17 Multimédia interativa em tempo-real VoIP Características típicas 8KB/s são gerados durante a sequência de voz Dados são partidos em blocos a cada 20ms de áudio Cada bloco de dados fica com 160 bytes (8KB/50) Cada bloco é encapsulado num datagrama UDP Datagramas são gerados apenas durante a seq. de voz Em suma: a aplicação envia datagrama UDP a cada 20ms durante uma sequência de voz LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 18

10 Multimédia interativa em tempo-real Perdas e atrasos Perda na rede Datagrama perdido devido a congestão Perda por atraso Datagrama chega demasiado tarde Atrasos devido a: processamento, filas, Atraso máximo tolerável (típico): 400ms Livro 6th Ed: Tolerância a perdas Depende da codificação da voz, ocultação das perdas, podem ser toleradas 1-10% de perdas LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 19 Multimédia interativa em tempo-real Recuperação de erros (UDP) FEC: Forward Error Correction Envio de informação a mais (redundante) para recuperar a perda de um, ou mais, datagramas Interleaving Divisão dos blocos de dados áudio em unidades menores que são distribuídas por datagramas consecutivos Se um datagrama se perde, perdem-se apenas partes de dois blocos Retransmissões LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 20

11 Wireshark - IO Graphs Período e Jitter Período = P P Jitter = LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 21 Wireshark - IO Graphs Débito (throughput) 1500 Bytes/0.1sec = Bytes/s LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 22

12 Wireshark - Expert Infos Segmento (provavelmente) perdido Segmentos desordenados Janela de receção com valor zero (e janela de transmissão esgotada) LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 23 Redes de Computadores - LTI TP4 - Elementos de Estudo Wireshark User s Guide On-line: No moodle: Wireshark v1.7 User's Guide TCP/IP Quick Reference Card Disponível no moodle LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 24

13 Redes de Computadores - LTI TP4 - Elementos de Estudo Computer Networking: a top-down approach featuring the Internet. J. Kurose and K. Ross. 6th Ed., Addison Wesley, (em alternativa: 5 th,4th, 3rd and 2nd editions). Capítulo 7 TCP/IP Tutorial and Technical Overview, IBM Redbooks, December LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 25 Obrigado pela vossa atenção! Questões finais? Redes de Computadores (RC LTIC) LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 26