UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ Elaine Faucz Rodrigues Barge REDES: PRINCIPAIS PROTOCOLOS PARA TRANSMISSÃO DE IMAGEM E SOM DE FORMA SIMULTÂNEA CURITIBA 2012
REDES: PRINCIPAIS PROTOCOLOS PARA TRANSMISSÃO DE IMAGEM E SOM DE FORMA SIMULTÂNEA CURITIBA 2012
Elaine Faucz Rodrigues Barge REDES: PRINCIPAIS PROTOCOLOS PARA TRANSMISSÃO DE IMAGEM E SOM DE FORMA SIMULTÂNEA Monografia apresentada ao Curso de Pós- Graduação de Redes de Computadores e Segurança de Redes Administração e Gerencia da Faculdade de Ciências Exatas da Universidade Tuiuti do Paraná Como requisito para a Conclusão de Curso. Orientador: Roberto Néia Amaral. Co-Orientador: Luiz Altamir Corrêa Jr Co-Orientador: Marcelo Soares Farias. CURITIBA 2012
TERMO DE APROVAÇÃO Elaine Faucz Rodrigues Barge REDES: PRINCIPAIS PROTOCOLOS PARA TRANSMISSÃO DE IMAGEM E SOM DE FORMA SIMULTÂNEA Esta monografia foi julgada e aprovada para a obtenção do titulo de Especialista em Rede de Computadores e Segurança de Redes - Administração e Gerência no programa de Especialização da Universidade Tuiuti do Paraná. Curitiba, 10 de maio de 2012. Roberto Néia Amaral Rede de Computadores e Segurança de Redes - Administração e Gerência Universidade Tuiuti do Paraná Orientador: Prof. Roberto Néia Amaral UTP - FACET Prof. Luiz Altamir Corrêa Júnior UTP - FACET Prof. Marcelo Soares Farias UTP - FACET
RESUMO Levantamento dos principais protocolos para transmissão de imagem e som de forma simultânea. O levantamento demonstrou que o que determina a escolha do protocolo é a necessidade de uma transmissão concisa sem perda de dados ou uma transmissão rápida sem se preocupar com certa perda de dados. O objetivo deste levantamento é auxiliar nesta decisão, demonstrando qual dos protocolos aqui indicados melhor se aplicam a cada caso. Foram feitas pesquisas de diversos protocolos existentes hoje para tornar este processo de escolha mais simples, porem não menos complicado. O resultado foi uma lista com diversos protocolos - gratuitos e pagos com uma explicação concisa de cada um. Conclui-se ainda que existam cada vez mais protocolos e que com o passar do tempo novos surgirão e que a escolha do que melhor se aplica a necessidade do cliente que o usa depende de uma boa analise das reais necessidades do mesmo. Palavras-chave: Vídeo conferência. Transmissão. Vídeo aula.
LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 - PAR TRANÇADO...21 FIGURA 2 - CABO COAXIAL BANDA BASE...23 FIGURA 3 - CABO COAXIAL BANDA LARGA...23 FIGURA 4 - FIBRA ÓTICA...24 FIGURA 5 - EXTREMIDADE DE UM CABO COM TRÊS FIBRAS...24 FIGURA 6 - CONECTOR ST MONOMODO E MULTIMODO...26 FIGURA 7 - CONECTORES BNC...26 FIGURA 8 - CONECTOR SC MONOMODO E MULTIMODO...26 FIGURA 9 - ETAPAS DE UMA TRANSMISSÃO MULTIMÍDIA...28 FIGURA 10 - APLICAÇÕES QUE NECESSITAM TRANSMISSÃO MULTIMÍDIA...29 FIGURA 11 - CONCEITO DE JITTER E LATÊNCIA....32
LISTA DE TABELAS TABELA 1 - APLICAÇÕES TÍPICAS DE MULTIMÍDIA EM REDE...33 TABELA 2 - CLASSES DOS ENDEREÇOS IP...36 TABELA 3 - PADRÕES DE MULTIMÍDIA DO ITU-T...60 TABELA 4 - RECOMENDAÇÕES ITU-T...61 TABELA 5 - TAXAS DE TRANSMISSÃO SEM COMPRESSÃO...69
LISTA DE SIGLAS APP - Atom Publishing Protocol ARP - Address Resolution Protocol BNC - Bayonet Neil Concelman bps - Bits por Segundo CIF - Common Intermediate Format CODEC - Codificador/Decodificador. CNAME - Canonical Name CSRC - Contributing Source DHCP - Dynamic Host Control Protocol DNS - Domain Name Service FTP - File Transfer Protocol IAC - Interpret As Command ICANN - Internet Corporation for Assigned Names and Numbers ICMP - Internet Control Message Protocol IETF - Internet Engineering Task Force IGMP - Internet Group Management Protocol IOS - Internetwork Operational System IP - Internet Protocol. IPV4 - Internet Protocol vesion 4. IPV6 - Internet Protocol vesion 6. ISO - International Organization for Standardization Kbps - Kilobits por segundo. LAN - Local area network LED - Light Emitting Diode MAC - Media Access Control MDCP - Mowgli Data Channel Protocol MG - Media gateway MGC - Media gateway controller MGCP - Media Gateway Control Protocol MPEG - Moving Picture Experts Group. NTSC - National Television Standards Committee
OSI - Open System Interconnection PAL - Phase Alternation Line QoS - Quality of Service RARP - Reverse Address Resolution Protocol RDP - Remote Desktop Protocol RJE - Remote Job Entry RR - Receiver Report RSVP - ReSource reservation Protocol RTCP - RTP Control Protocol. RTP - Real Time Transport Protocol. RTSP - Real Time Streaming Protocol. SC - Square connector SDES - Source Description Items SDP - Session Description Protocol SIF - Standard Interchange Format SIP - Session Initiation Protocol SMTP - Simple Mail Transfer Protocol SMPTE - Society of Motion Picture e Televisão Engineers SNMP - Simple Network Management Protocol SR - Sender Report SSRC - Synchronization Source ST - Straight Tip TCP - Transmission Control Protocol. TFTP - Trivial File Transfer Protocol UDP - User Datagram Protocol. URL - Uniform Resource Locator. WEB - WWW WWW - World Wide Web.
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO...11 2 CONHECENDO O MODELO OSI...12 2.1 APLICAÇÃO...12 2.2 APRESENTAÇÃO...14 2.3 SESSÃO...15 2.4 TRANSPORTE...15 2.5 REDE...17 2.6 ENLACE...18 2.7 FÍSICA...19 2.7.1 Meios de Transmissão de Dados...20 3 TRANSMISSÃO MULTIMÍDIA EM REDES...28 3.1 LATÊNCIA...30 3.2 JITTER...31 3.3 SKEW...32 4 PROTOCOLOS...34 4.1 IP...34 4.2 TCP...36 4.3 UDP...39 4.4 TCP/IP...42 4.5 RTP...51 4.6 RTCP...53 4.7 SIP...55 4.8 RTSP...58 5 PADRÕES DE MULTIMÍDIA EM REDES DE COMPUTADORES...60 6 CODIFICAÇÃO DE ÁUDIO...69 7 CODIFICAÇÃO DE VÍDEO...73 8 CONCLUSÃO...75 REFERÊNCIAS...76
11 1 INTRODUÇÃO Atualmente utilizam-se diversos protocolos para a transmissão de imagem e som de forma simultânea, estes são usados em videoconferências, transmissão de aulas entre outros, contudo a escolha dos protocolos envolvidos neste serviço não é simples, existem diversos fatores a serem levados em consideração. Então como escolher o protocolo certo? Como identificar compatibilidades? Como identificar as possíveis falhas em cada protocolo? O objetivo deste trabalho é ajudar na escolha do melhor protocolo para cada transmissão. Quanto ao roteiro do conteúdo, esse trabalho e composto de 7 capítulos. Sendo o segundo destinado ao conhecimento do modelo OSI; o terceiro a como funciona a transmissão multimídia em redes; o quarto aos protocolos; o quinto a padrões de multimídia; o sexto e o sétimo a codificações e o oitavo a conclusão.
12 2 CONHECENDO O MODELO OSI Para satisfazer requerimentos de clientes para a capacidade de computação remota, fabricantes de computadores de grande porte desenvolveram uma variedade de arquiteturas de redes. Algumas destas arquiteturas definem o interrelacionamento de fornecedores de hardware e software, em particular, para permitir o fluxo de comunicações através da rede para fabricantes de computadores em geral. Com a finalidade de padronizar o desenvolvimento de produtos para redes de comunicação de dados, foi elaborado um modelo aberto, que teve como referência o OSI pela ISO. Este modelo estabelece sete camadas para as funções de comunicação de dados: Aplicação Apresentação Sessão Transporte Rede Enlace Física 2.1 APLICAÇÃO A camada de aplicação dentro do processo de comunicação é representada pelo usuário final para o modelo OSI. Ou seja, baseado em pedidos de um usuário da rede, esta camada seleciona serviços a serem fornecidos por funções das camadas mais baixas.
13 Esta camada deve providenciar todos os serviços diretamente relacionados aos usuários. Alguns destes serviços são: Identificação da intenção das partes envolvidas na comunicação e sua disponibilidade e autenticidade Estabelecimento de autoridade para comunicar-se Acordo sobre o mecanismo de privacidade Determinação da metodologia de alocação de custo Determinação de recursos adequados para prover uma qualidade de serviços aceitável Sincronização de cooperação para aplicações Seleção da disciplina de diálogo Responsabilidade da recuperação de erros de estabelecimento Acordo na validação de dados Transferência de informações A intercomunicação entre entidades de aplicação ocorre de acordo com protocolos específicos. Estes protocolos podem ser de três categorias: Administração do sistema Este protocolo refere-se à administração dos vários recursos e seus estados através dos níveis da arquitetura OSI. Algumas funções deste tipo de protocolo são: Administração da ativação/desativação Monitoração Controle de erros Recuperação
14 Somente a administração de atividades que implicam comunicações entre entidades remotas é considerada neste tipo de protocolo, outras atividades de administração do sistema local estão fora do ambiente OSI. Administração das aplicações Este protocolo refere-se à administração dos processos de aplicação. Os protocolos deste tipo incluem: Inicialização/manutenção de processos de aplicação Encerramento de processos de aplicação Controle de acesso Recuperação de deadlock (situação em que ocorre um impasse e dois ou mais processos ficam impedidos de continuar suas execuções). Aplicação do usuário Estes protocolos habilitam RJE e acesso a arquivos. Protocolos adicionais deste tipo podem ser criados para suportar aplicações específicas, tais como transferência eletrônica de fundos, correio eletrônico, etc. 2.2 APRESENTAÇÃO Esta camada é responsável pela representação da informação para entidades de aplicação, comunicando-se em um determinado caminho, e preservar o sentido em determinado espaço de tempo resolvendo diferenças de sintaxe. Para esses objetivos, esta camada pode prover as seguintes funções: Transformação de dados Formatação de dados
15 Sintaxe de seleção 2.3 SESSÃO O objetivo desta camada é prover os mecanismos necessários para organizar e sincronizar o diálogo e o gerenciamento da troca de dados entre entidades de apresentação. Para tal, a camada de sessão entre duas entidades de apresentação é o suporte para ordenar a troca de dados. Como suporte a esses objetivos, a camada de sessão providencia os seguintes serviços para a camada de apresentação: Estabelecimento de conexão de sessão Liberação de conexão de sessão Troca normal de dados Gerenciamento de interação Reporte de condições de exceção Mecanismos para sincronização de conexão de sessão 2.4 TRANSPORTE Esta camada existe para realizar a transferência transparente de dados entre entidades em sessão. Protocolos de transporte são empregados para estabelecimento, manutenção e liberação de conexões de transporte que representam um caminho duplo para os dados entre dois endereços de transporte. O modelo OSI define três fases de operação dentro da camada de transporte: Fase de estabelecimento
16 O objetivo desta fase é o estabelecimento de conexões entre funções de serviços das camadas mais altas. A qualidade dos serviços de conexão pode ser negociada durante esta fase. Os serviços providenciados incluem: Seleção de serviços de rede, como funções de parâmetros, por exemplo: throughput (velocidade na qual a informação trafega nivelada pelo menor valor de transferência), ajuste do tempo de transmissão e características de erros; Gerenciamento de conexões de transporte para conexões de camadas mais baixas; Estabelecimento de tamanho apropriado para pacotes de dados; Seleções de funções empregadas na transferência de dados Transporte de dados de camadas mais altas Fase de transferência Esses serviços têm como objetivo a transferência de dados de acordo com a qualidade dos serviços descritos na fase de estabelecimento. Os serviços providenciados incluem: Blocagem Concatenação Segmentação Multiplexação de conexões providenciadas pelas camadas mais baixas Controle de fluxo em uma sessão orientada fim a fim Manutenção de uma unidade de dados retida da camada de sessão Manutenção de conexão entre duas funções de transporte atuando entre duas entidades em conversação
17 Detecção de erros para: perda, danos, duplicação, ou desordem nas unidades de dados. Recuperação de erros de endereços detectados por esta camada ou assinalados pelas camadas mais baixas Transporte de dados que empregam mecanismos normais de controle de fluxo Fase de terminação Esses serviços permitem encerrar uma sessão terminando a conexão, sendo notificadas ambas as partes. Esses serviços incluem: Notificação da razão do encerramento Identificação da conexão terminada Informações adicionais como requerido 2.5 REDE A função básica desta camada é providenciar a transferência transparente de todos os dados submetidos pelo nível de transporte. A estrutura e conteúdo detalhados dos dados submetidos serão determinados exclusivamente pelas camadas acima da camada de rede. O propósito é permitir que as camadas mais altas tenham independência para rotear e comutar considerações associadas com o estabelecimento e operação de uma conexão. O estabelecimento, manutenção e terminação de conexões das entidades comunicando-se são inclusos nos serviços executados por esta camada. Essas funções e serviços são: Endereçamento da rede e identificação do ponto final
18 Multiplexação da rede de conexões acima das conexões da camada de enlace providenciadas pela próxima camada mais alta Segmentação e/ou blocagem para facilitar a transferência de dados Serviços de seleção quando diferentes serviços estão disponíveis Seleção da qualidade de serviços baseados em parâmetros como: erros residuais, disponibilidade, confiabilidade, fluxo de tráfego, tempo gasto no estabelecimento da conexão e no trânsito. Detecção e recuperação de erros para atingir a qualidade de serviços desejada Notificação de erros para as camadas acima quando a qualidade dos serviços não pode ser mantida Entrega sequenciada de dados, se disponível, para uma implementação em particular. Controle de fluxo, isto é, suporte de indicadores de controle do fluxo providenciados pela camada de transporte. Transferência de dados como um serviço opcional Rearranjo de conexão quando ocorre perda de rota de retorno de dados e notificação para o usuário Serviços de terminação quando solicitados por parte do usuário 2.6 ENLACE A camada de enlace providencia maneiras funcionais e procedimentos para estabelecimento, manutenção e liberação de enlaces de dados entre as entidades da rede. Os objetivos são providenciar a transmissão de dados para a camada de
19 rede e detectar, e possivelmente corrigir erros que possam ocorrer no meio físico. As características funcionais desta camada são: Conexão dos enlaces, ativação e desativação. Estas funções incluem o uso de facilidades multiponto físico para suportar conexões entre funções da camada de rede Mapeamento de unidades de dados para a camada de rede dentro das unidades do protocolo de enlace para transmissão Multiplexação de um enlace de comunicação para várias conexões físicas Delimitação de unidades de transmissão para protocolos de comunicação Detecção, notificação e recuperação de erros. Identificação e troca de parâmetros entre duas partes do enlace 2.7 FÍSICA A camada física provê características físicas, elétricas, funcionais e procedimentos para ativar, manter e desativar conexões entre duas partes. Uma entidade de dados de serviço neste nível consiste em um bit em transmissão serial e de n bits em transmissão paralela. As funções dentro deste nível são: Ativação e desativação da conexão física entre duas entidades do nível de ligação de dados, inclusive concatenação e circuitos de dados quando solicitado pelo nível de ligação.
20 Transmissão de unidades de dados de serviço (bits), que pode ser executada de modo síncrono ou assíncrono. Controle de erros 2.7.1 Meios de Transmissão de Dados O meio de transmissão de dados serve para oferecer suporte ao fluxo de dados entre dois pontos. Usamos o termo linha para designar o meio de transmissão usado entre esses pontos. Essa linha pode ser de um par de fios, um cabo coaxial, fibras óticas, comunicação por rádio frequência ou até mesmo por satélites. Os meios de transmissão mais comuns utilizados são: Par de Fios O par de fios, também chamado de par trançado, foi um sistema originalmente produzido para transmissão telefônica analógica. Interessante observar que utilizando o sistema de transmissão por par de fios aproveita-se esta tecnologia que já é tradicional por causa do seu tempo de uso e do grande número de linhas instaladas. A taxa de transmissão varia de acordo com as condições das linhas telefônicas utilizadas, podendo variar entre 9600 a 19200 bps. Considerando enlaces ponto a ponto, essas taxas são bem aceitáveis, porém, quando se trata de enlaces multipontos, a taxa de transmissão decresce significativamente. Todo o meio físico de transmissão sofre influências do meio externo acarretando em perdas de desempenho nas taxas de transmissão. Essas
21 perdas podem ser atenuadas limitando a distância entre os pontos a serem ligados. A qualidade das linhas de transmissão que utilizam o par de fios depende, basicamente, da qualidade dos condutores empregados, bitola dos fios (quanto maior a bitola, mais corrente passa pelo condutor), técnicas usadas para a transmissão dos dados através da linha e proteção dos componentes da linha para evitar a indução dos condutores. A indução ocorre devido a alguma interferência elétrica externa ocasionada por osciladores, motores, geradores elétricos, mau contato ou contato acidental com outras linhas de transmissão que não estejam isolados corretamente ou até mesmo tempestades elétricas ou proximidades com linhas de alta tensão. A vantagem principal na utilização do par de fios ou par trançado é seu baixo custo de instalação e manutenção, considerando o grande número de bases instaladas. FIGURA 1 PAR TRANÇADO. FONTE: BARBOSA, 2012, disponível em: http://www.inf.pucminas.br/professores/marco/redes/aula3.htm.
22 Cabo Coaxial O cabo coaxial possui vantagens em relação aos outros condutores utilizados tradicionalmente em linhas de transmissão por causa de sua blindagem adicional, que o protege contra o fenômeno da indução, causado por interferências elétricas ou magnéticas externas. Essa blindagem constitui-se de uma malha metálica (condutor externo) que envolve um condutor interno isolado. Os cabos coaxiais geralmente são empregados na ligação de pontos próximos um do outro (rede local de computadores, por exemplo). A velocidade de transmissão é bastante elevada devido a tolerância aos ruídos graças a malha de proteção desses cabos. Os cabos coaxiais são divididos em duas famílias: Banda base Nesta tecnologia de transmissão, o sinal digital é injetado diretamente no cabo. A capacidade de transmissão dos cabos nesta modalidade varia entre alguns Mbps Km, no caso dos cabos mais finos, até algumas dezenas de megabits por segundo no caso de cabos grosso. A impedância utilizada nesta modalidade de transmissão é de 50 ohms.
23 FIGURA 2 CABO COAXIAL BANDA BASE. FONTE: REDES DE DADOS E AS SUAS IMPLEMENTAÇÕES: 2012, disponível em: http://nick-onfire.blogspot.com.br/p/modulo-2_24.html. Banda larga Nesta tecnologia de transmissão, os cabos coaxiais suportam uma banda passante de até 400Mhz. Devido a esta grande tolerância, esse cabo é muito utilizado para a transmissão do sinal de vídeo em TV a cabo e, na transmissão de vídeo também em computadores, para a integração de imagens transmitidas para várias estações de rede local. ohms. A impedância utilizada nesta modalidade de transmissão é de 75 FIGURA 3 CABO COAXIAL BANDA LARGA. FONTE: CABO COAXIAL BANDA LARGA: 2012, disponível em: http://penta2.ufrgs.br/tp951/c_larga.html
24 As dificuldades de conexão com cabos coaxiais são um pouco maiores do que se fosse utilizado o par trançado. A conexão dos cabos é feita através de conectores mecânicos, o que também encarece sua instalação em relação ao par trançado, porém, os benefícios compensam com larga vantagem a utilização deste método. Fibras Óticas Uma fibra ótica é constituída de material dielétrico, em geral, sílica ou plástico, em forma cilíndrica, transparente e flexível, de dimensões microscópicas comparáveis às de um fio de cabelo. Esta forma cilíndrica é composta por um núcleo envolto por uma camada de material também dielétrico, chamada casca. Cada um desses elementos possui índices de refração diferentes, fazendo com que a luz percorra o núcleo refletindo na fronteira com a casca. FIGURA 4 FIBRA ÓTICA FONTE: MOUTINHO, 2011, p.3. FIGURA 5 EXTREMIDADE DE UM CABO COM TRÊS FIBRAS. FONTE: MOUTINHO, 2011, p.3. A fibra ótica utiliza sinais de luz codificados para transmitir os dados, necessitando de um conversor de sinais elétricos para sinais
25 óticos, um transmissor, um receptor e um conversor de sinais óticos para sinais elétricos. A transmissão por meio de fibras ópticas é quase totalmente imune a interferências eletromagnéticas, não há necessidade de aterramento, pois a mesmas mantém os pontos eletricamente isolados um do outro. A transmissão ótica está sujeita à dispersão espectral ou cromática. A luz que passa na fibra é feita de diferentes frequências e comprimentos de onda. O índice de refração difere para cada comprimento de onda e permite às ondas viajarem a diferentes velocidades. Os LEDs, que possuem um grande espalhamento de comprimento de onda, estão sujeitos a uma dispersão de espectro considerável. Os lasers exibem uma luz quase monocromática (número limitado de comprimentos de onda) e não sofrem qualquer dispersão cromática significativa. O padrão 10BaseF refere-se à especificação do uso de fibras óticas para sinais Ethernet. O conector mais usado com fibras óticas é o conector ST, similar ao conector BNC. No entanto, um novo tipo está ficando mais conhecido, o conector SC. Ele é quadrado e é mais fácil de usar em espaços pequenos.
26 FIGURA 6 CONECTOR ST MONOMODO E MULTIMODO. FONTE: CONECTOR ST MONOMODO E MULTIMODO: 2012, disponível em: http://www.netplus.com.br/site/30-conectores-opticos/view-all-products.html FIGURA 7 CONECTORES BNC. FONTE: MANUTENÇÃO DE REDES: 2012, disponível em: http://redesmanutencao.blogspot.com.br/ FIGURA 8 CONECTOR SC MONOMODO E MULTIMODO. FONTE: CONECTOR SC MONOMODO E MULTIMODO: 2012, disponível em: http://www.netplus.com.br/site/30-conectores-opticos/view-all-products.html Sistemas de Rádio Enlace Este sistema consiste na transmissão de dados por ondas de rádio frequência. Para que a transmissão de dados tenha êxito é importante que certos requisitos sejam respeitados são estes os requisitos:
27 Potência de transmissão; Mínima distorção na propagação do sinal; As condições anteriores devem ser mantidas dentro de parâmetros suficientes para garantir a integridade dos dados transmitidos.
28 3 TRANSMISSÃO MULTIMÍDIA EM REDES A transmissão multimídia requer que garantias diversas de QoS sejam estabelecidas e mantidas para que se atendam aos requisitos específicos das diferentes mídias. As redes deve oferecer suporte a restrições diversas fim-a-fim, ou seja, em todo o caminho da origem até o destino. O crescimento da Internet e das intranets motivou sua utilização como base para o transporte de fluxos de dados multimídia sobre redes sem garantias de QoS baseadas no IP. O desenvolvimento das áreas de codificação de sinais e de novos protocolos de rede tornou a transmissão desse tipo de fluxo possível. As etapas de uma transmissão multimídia são mostradas a seguir: FIGURA 9 ETAPAS DE UMA TRANSMISSÃO MULTIMÍDIA. FONTE: ROESLER, 2001, p.3. O sinal gerado é inicialmente digitalizado, para então passar por um processo de compressão, que diminui seu tamanho, tornando-o viável para ser transmitido na rede. A rede insere alguns atrasos no sistema. No receptor, os pacotes são reordenados, descomprimidos e reconvertidos ao estado original, normalmente com perdas inseridas no processo de compressão.
29 Pode-se dividir a parte de transmissão multimídia em redes de computadores como mostra a figura seguir, ou seja, a parte de conferência (que requer interatividade) e a parte de transmissão de vídeo (que envolve apenas um lado transmitindo e vários clientes recebendo). Ambas possuem necessidades diferentes para funcionarem a contento, por exemplo, as aplicações de conferência normalmente possuem necessidades mais rígidas em relação ao atraso da rede, enquanto que a transmissão unidirecional pode trabalhar com um atraso maior. FIGURA 10 APLICAÇÕES QUE NECESSITAM TRANSMISSÃO MULTIMÍDIA. FONTE: ROESLER, 2001, p.3. Apesar das aplicações possuírem necessidades diferentes, existe uma tendência atualmente para sua convergência em um único meio físico. Assim, se unificaria o meio físico, que compartilharia a transmissão de voz, vídeo, dados, imagens, músicas, e tudo que possa ser transformado em bits. Entretanto, as aplicações têm características e requisitos bem diferentes umas das outras. Aplicações de teleconferência possuem necessidades mais rígidas em relação à latência e jitter do que aplicações de transmissão unidirecional. Da mesma forma, transmissões de vídeo necessitam uma largura de banda muito maior que transmissões de áudio ou texto.
30 A seguir serão definidos três conceitos fundamentais para o entendimento da transmissão multimídia nas redes de computadores: latência, jitter e skew. 3.1 LATÊNCIA Latência é o tempo que um pacote leva da origem ao destino. Caso esse atraso seja muito grande, prejudica uma conversação através da rede, tornando difícil o diálogo e a interatividade necessária para certas aplicações. Um atraso confortável para o ser humano fica na ordem de 100ms. Os principais responsáveis pela latência são o atraso de transmissão, de codificação e de empacotamento, que podem ser definidos da seguinte forma: Atraso de transmissão: tempo que leva para o pacote sair da placa de rede do computador origem e chegar na placa de rede do computador destino. Esse tempo envolve uma série de fatores, como por exemplo: 1. Atraso no meio físico: é o atraso de propagação da mensagem no meio de transmissão, e varia bastante. Por exemplo, num enlace de satélite o tempo típico é de 250ms, e numa fibra ótica ou UTP o atraso é na ordem de 5μs/Km. 2. Atrasos de processamento nos equipamentos intermediários, como roteadores e switches; 3. Atraso devido ao tempo de espera nas filas de transmissão dos equipamentos intermediários: esse valor depende do congestionamento da rede no momento, e varia bastante, dependendo do tamanho da fila. Quanto menor a fila, menor o atraso, mas aumenta a probabilidade de descarte do pacote no caso de congestionamento;
31 Atraso de codificação e decodificação: tempo de processamento na máquina origem na máquina destino para codificação e decodificação de sinais, respectivamente. Voz e vídeo normalmente são codificados em um padrão, tal como PCM (G.711 a 64Kbps) para voz, ou H.261 para vídeo. O atraso varia com o padrão adotado; por exemplo, o G.711 ocupa menos de 1ms de codificação, porém requer 64Kbps de banda. Um protocolo de voz como o G.729 requer 25ms de codificação, mas ocupa apenas 8Kbps de banda; Atraso de empacotamento e desempacotamento: depois de codificado, o dado deve ser empacotado através dos níveis na pilha de protocolos a fim de ser transmitido na rede. Por exemplo, numa transmissão de voz a 64Kbps, ou 8000 bytes por segundo, o preenchimento de um pacote de dados com apenas 100 bytes toma 12,5ms. Mais 12,5ms serão necessários no destino a fim de desempacotar os dados. Além disso, dependendo do jitter da transmissão, a aplicação de tempo real deverá criar um buffer para homogeneizar a entrega de pacotes ao usuário, criando um novo atraso no sistema. 3.2 JITTER Apenas latência não é suficiente para definir a qualidade de uma transmissão, pois as redes não conseguem garantir uma entrega constante de pacotes ao destino. O jitter é a variação estatística do retardo, que altera o fluxo de chegada dos pacotes. O conceito de jitter e latência são ilustrados na figura a seguir.
32 FIGURA 11 CONCEITO DE JITTER E LATÊNCIA. FONTE: ROESLER, 2001, p.5. A consequência do jitter é que a aplicação no destino deve criar um buffer cujo tamanho vai depender do jitter, gerando mais atraso na conversação (aplicação de voz, por exemplo). Esse buffer vai servir como uma reserva para manter a taxa de entrega constante no interlocutor. Daí a importância de latência e jitter baixos em determinadas aplicações sensíveis a esses fatores, como teleconferência. 3.3 SKEW O skew é um parâmetro utilizado para medir a diferença entre os tempos de chegada de diferentes mídias que deveriam estar sincronizadas, como mostra a figura a seguir. Em diversas aplicações existe uma dependência entre duas mídias, como áudio e vídeo, ou vídeo e dados. Assim, numa transmissão de vídeo, o áudio deve estar sincronizado com o movimento dos lábios (ou levemente atrasado, visto que a luz viaja mais rápido que o som, e o ser humano percebe o som levemente atrasado em relação à visão). Outro exemplo em que sincronização é necessária é na transmissão de áudio (manual explicativo, por exemplo) acompanhada de uma seta percorrendo a imagem associada.
33 A tabela a seguir apresenta algumas aplicações típicas de multimídia em rede, bem como seus fatores críticos. Aplicações de telefonia (voz) são sensíveis à latência e ao jitter. Em termos de velocidade, sua necessidade é baixa, variando de 5 Kbps (compressão no padrão G.723) a 64Kbps (padrão G.711, o mais comum em telefonia atualmente). TABELA 1 APLICAÇÕES TÍPICAS DE MULTIMÍDIA EM REDE Telefone TV Videoconferência Latência sensível insensível sensível Jitter sensível sensível sensível Skew - sensível sensível Velocidade (largura de banda) baixa alta alta Já em transmissões unilaterais de áudio e vídeo (por exemplo, TV), há uma flexibilidade maior quanto à latência. Isso se deve ao fato que, na maioria dos casos, para o usuário não seria relevante à inclusão de um pequeno atraso entre o momento em que um evento se dá e sua exibição. Entretanto, esse atraso deve se manter fixo até o final e com sincronismo entre áudio e vídeo, daí a necessidade de jitter e skew baixos. Aplicações de videoconferência são muito parecidas com aplicações de telefonia em termos de latência e jitter, entretanto, possuem alta largura de banda e devem manter um baixo skew, pois necessitam sincronização entre áudio e vídeo.