Redes de Computadores LTI Multimédia Professores: António Casimiro, José Rufino, Pedro Ferreira [docentes rcp@listas.di.ciencias.ulisboa.pt] 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
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
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
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: 587-593 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
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
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: 593-601 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
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
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
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: 602-612 client 1 2 3 origin server CDN s authoritative DNS server CDN server near client HTTP request for www.foo.com/sports/sports.html DNS query for www.cdn.com HTTP request for www.cdn.com/www.foo.com/sports/ruth.gif 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
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: 612-614 618-620 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
Wireshark - IO Graphs Período e Jitter Período = P P Jitter = 1 2 1 2 LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 21 Wireshark - IO Graphs Débito (throughput) 1500 Bytes/0.1sec = 15000 Bytes/s LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 22
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: http://www.wireshark.org/docs/wsug_html_chunked/ No moodle: Wireshark v1.7 User's Guide TCP/IP Quick Reference Card Disponível no moodle LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 24
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, 2010. (em alternativa: 5 th,4th, 3rd and 2nd editions). Capítulo 7 TCP/IP Tutorial and Technical Overview, IBM Redbooks, December 2006. LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 25 Obrigado pela vossa atenção! Questões finais? http://moodle.ciencias.ulisboa.pt/course/view.php?id=1910 Redes de Computadores (RC LTIC) LTI - FCUL 2015 A. Casimiro, M. Calha 26