VIDEOCONFERENCIA. introducción Problemática específica de multimedia sobre redes. –El tráfico...

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introducciónintroducción• Problemática específica de multimedia sobre redes.

– El tráfico MM requiere un ancho de banda mucho mayor que el tráfico tradicional de datos (25 seg QT 320x240 = 1000 pantallas de texto)

– Las aplicaciones requieren tiempo real (latencia en telefonía -> 250 msec). Congestión de red -> pérdida de paquetes.

– El tráfico de datos es “bursty”. En MM es necesario “suavizar” el flujo de datos (overflow): control de flujo.

• La solución: – Clasificar todo el tráfico MM sobre IP– Asignar prioridades a diferentes aplicaciones– Reservar recursos de red

referenciasreferencias

http://www.ietf.org/

http://www.streamingmedia.com/

http://www.linux.org/docs/ldp/howto/HOWTO-INDEX/howtos.html

http://www.acm.org/sigmm/

http://www.msdn.microsoft.com/library/

http://www.realnetworks.com/resources/index.html

ip. modelo de capas internetip. modelo de capas internet

IP

Data Link

Presentation

Application

Transport

Network

Physical

Data Link

Presentation

Application

Transport

Network

Physical

Data Link

Network

Physical

Host A Host B

Router

ip multicastip multicast

Qué se necesita para tener IP multicast En los extremos (hosts)

Soporte para IP MC en el stack TCP/IP Soporte de IGMP para peticiones de

subscripción y recibir tráfico MC Tarjetas de red eficientes al filtrar

direcciones LAN mapeadas de direcciones MC IP

Software de aplicación con soporte MC En la WAN

Los encaminadores intermedios han de soportar MC

Los Firewalls deben reconfigurarse para permitir tráfico MC


Direccionamiento Multicast La Internet Assigned Numbers Authority

(IANA) controla la asignación de direcciones IP multicast.

Se ha asignado el antiguo espacio de direcciones clase D para IP multicast:

224.0.0.0 -> 239.255.255.255

Direcciones Reservadas Locales IANA ha reservado las direcciones en el

rango 224.0.0.0 a 224.0.0.255 para ser usadas por los protocolos de red en el segmento de red local.

Paquetes con estas direcciones no son encaminados por el encaminador (TTL=1)

224.0.0.1 todos los sistema de esta subred 224.0.0.2 todos los encaminadores de esta

subred 224.0.0.5 encaminadores OSPF 224.0.0.6 encaminadores designados OSPF 224.0.0.12 agente DHCP (server/relay)

ip multicast. direccionamientoip multicast. direccionamiento

Direcciones Globales

El rango de direcciones 224.0.1.0 a 238.255.255.255 se denominan direcciones de alcance global. Se pueden utilizar para multicast de datos en la organización o a través de Internet.

Algunas direcciones están reservadas por IANA:

224.0.1.1 Network Time Protocol (NTP)

El rango de direcciones 239.0.0.0 a 239.255.255.255 contiene direcciones de alcance limitado. De acuerdo con el RFC 2367 están restringidas a un grupo local u organización. Los encaminadores se configuran para filtrar estas direcciones y evitar que el tráfico multicast salga al exterior del sistema.


Direcciones multicast Nivel 2 Habitualmente las tarjetas de red (NICs)

en un segmento LAN will reciben sólo paquetes con su dirección MAC o la dirección MAC broadcast.

Las especificaciones IEEE para LAN preveen en el estandar 802.3 la capacidad para soportar multicast: el bit 0 del primer octeto es utilizado para indicar un frame Ethernet broadcast o multicast.


Tiempo de vida (TTL) El campo TTL controla el número de saltos

que un paquete multicast puede realizar. Cada vez que el paquete atraviesa un

encaminador, TTL se descrementa en 1. Un paquete multicast con TTL=0 es

descartado. TTL MBONE:

1 red local 15 sitio 63 región 127 mundo


El Internet Group Management Protocol (IGMP) es el que utilizan los encaminadores para conocer de la existencia de miembros de grupos MC directamente conectados a sus subredes.

Descrito en el IETF Standard (RFC 1112)

Implementado sobre datagramas IP, tiene dos clases de paquetes: Host Membership Query (HMQ) Host Membership Report (HMR)

ip multicast. IGMPip multicast. IGMP

Operación Un encaminador por red envía

periódicamente un mensaje multicast (nivel 2) IGMP HMQ (224.0.0.1) pidiendo información a los hosts del LAN (TTL=1)

Cada host envía un mensage IGMP HMR por cada grupo a la dirección del grupo.

Cuando un proceso pide suscribirse a un grupo multicast, el driver crea una dirección MC hardware nueva y un mensaje IGMP HMR.

La información IGMP es utilizada por los protocolos de encaminamiento multicast para comunicar a los encaminadores vecinos información de grupos y propagar esta información por la red.

ip multicast. IGMPip multicast. IGMP

Para cada par (fuente,grupo destino), el tráfico multicast se transmite a traves de una estructura de árbol (spanning tree) que conecta todos los hosts en el grupo.

Protocolos de encaminamiento modo denso: Los miembros del grupo MC están

densamente distribuidos en la red: protocolos de modo denso.

Se basan en la técnica flooding para propagar la información a los encaminadores.

Protocolos: Distance Vector Multicast Routing

Protocol (DVMRP) Multicast Open Shortest Path First

(MOSPF) Protocol-Independent Multicast-Dense

Mode (PIM-DM)

ip multicast. encaminamiento multicastip multicast. encaminamiento multicast

Protocolos de encaminamiento modo esparcido: Los miembros del grupo MC

están esparcidos en la red: protocolos de modo esparcido.

Utilizan técnicas más selectivas para no desperdiciar ancho de banda de la red

Protocolos: Core Based Trees (CBT) Protocol-Independent-Sparse Mode

(PIM-SM)


Protocolo de Encaminamiento Multicast por Vector de Distancia

IETF Standard (RFC 11075)

Utilizado en MBONE

DVMRP construye un árbol por cada par (fuente, grupo), con los receptores en los extremos.

La métrica es el número de saltos.

DVMRP asume que todos los hosts pertenecen al grupo multicast.


Construcción del árbol

El encaminador designado, transmite un mensaje MC a los encaminadores adyacentes. El proceso se repite hasta que llega a todos los miembros del grupo.

Cada encaminador compruba sus tablas unicast para determinar el interfase que da el camino más corto a la fuente. Si coincide con el interfase por el que ha llegado el mensaje, se repite el proceso. Si no, el mensaje es descartado.


Túneles IP: Para conectar redes MC

separadas por enlaces no multicast, los datagramas MC son encapsulados en datagramas unicast (punto a punto) estándares.


Prococolos TCP/IP fueron diseñados para: Transmisión fiable Sin considerar los retrasos

Algunos problemas para gestionar el tráfico MM: Mecanismo de retransmisión de TCP Mecanismos de control de congestión de TCP TCP no provee mecanismos de temporización No existen mecanismos de gestión del ancho de

banda IP no garantiza el orden de entrega de paquetes

El tráfico MM tiene características peculiares, que requiere su propio conjunto de protocolos: Realtime Transport Protocol (RTP) Realtime Control Protocol (RTCP) Realtime Streaming Protocol (RTSP) Resource Reservation Protocol (RSVP)

Necesidad de protocolos adicionalesNecesidad de protocolos adicionales

Formato de paquetes para flujo de datos multimedia

IETF Standard (RFC 1889), ITU Standard H.225.0

Como protocolo de transporte Provee servicios de transporte extremo a

extremo (corre en los sistema finales) Provee demultiplexación

Como protocolo de aplicación Corre sobre UDP (multiplexación, correción

de errores) aunque no exclusivamente. Mecanismos para añadir fiabilidad y

control de flujo

Realtime Transport Protocol (RTP)Realtime Transport Protocol (RTP)

RTP incluye información de Tipo de carga (descodificación) Número de orden (pérdida) Marca de tiempo (sincronización)

RTP se personaliza a cada aplicación definiendo el perfil del tipo de datos (payload): especifica el tipo de codificación de audio/vídeo transportado en el paquete RTP.

Sesión RTP: La aplicación define dos puertos de

destino (una dirección de red + 2 puertos RTP y RTCP)

Cada medio se transporta en una sesión RTP separada (con su propio RTCP)


Datos RTP en un paquete IP


Campos fijos en la cabecera RTP


0 1 2 3

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

|V=2|P|X| CC |M| PT | sequence number |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+++

| timestamp |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

| synchronization source (SSRC) identifier |

+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+

| contributing source (CSRC) identifiers |

| .... |

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

RTP ¿Protocolo de tiempo real? No garantiza entrega en tiempo

(ningún protocolo extremo a extremo lo hace)

No garantiza el orden de paquetes Provee servicios de sincronización de

flujos diferentes.

RTP ¿Protocolo fiable? No hay mecanismos de recuperación

de paquetes (->dependiente del contenido del paquete, ej. Redundancia en datos de audio)

Mecanismos de retransmisión utilizados por el nivel de aplicación.


Túneles HTTPPaquetes RTP embebidos

en paquetes HTTPPaso a través de firewalls

y/o encaminadores NAT Debe ser soportado por el

servidor


“Internet VCR remote control protocol”

Protocolo de control (nivel de aplicación) que inicia y gestiona el envío de flujos multimedia desde los servidores al visualizador (player)

Se utiliza conjuntamente con RTP y provee Suministra información a la aplicación

servidor Identifica la fuente RTP Controla el intervalo de transmisión Informacion de control de sesión

Realtime Control Protocol (RTCP)Realtime Control Protocol (RTCP)

Suministra información a la aplicación servidor Cada paquete RTCP contiene

estadísticas (emisor y/o receptor) sobre

paquetes enviados, paquetes perdidos, Variación en el retardo (Jitter).

Basado en esta información, el servidor puede determinar problemas de transmisión (locales, regionales o globales) y modificar los parámetros de transmisión.


Identifica la fuente RTP RTCP incorpora un identificador de nivel

de transporte (CNAME), que es usado por los receptores para asociar multiples flujos de datos a un participante dentro de un conjunto de sesiones RTP relacionadas

Controla el intervalo de transmisión Cada participante envía paquetes RTCP a

cada otro participante. La carga de control RTCP se mantiene en

el 5% del total de la sesión.

Informacion de control de sesión Opcionalmente, RTCP puede transportar

información de los participantes en la sesión, por ejemplo los nombres.


IETF Standard RFC 2543 (propuesto)

Protocolo de señalización para conferencias, telefonía, notificación de eventos y mensajería instantánea por Internet.

No controla el flujo de datos (RTCP)

Es bidireccional.

Session Initiation Protocol (SIP)Session Initiation Protocol (SIP)

IETF Standard RFC 2543

Protocolo a nivel de aplicación para flujo multimedia (streaming) en aplicaciones multicast sobre unicast y multicast y provee soporte de interoperatibilidad entre fabricantes.

El flujo temporizado (streaming) empaqueta los datos en paquetes de tamaño apropiado al ancho de banda disponible entre el servidor y el cliente.

En contenido multimedia está disponible al cliente sin necesidad de descargar el fichero completo.

Realtime Streaming Protocol (RTSP)Realtime Streaming Protocol (RTSP)

Desarrollado por RealNetworks, Netscape Communication y la Universidad de Columbia

Soportado por Netscape, Apple, IBM, SGI, SUN, Vxtreme.

NO soportado por Microsoft (!?)

HTTP es a texto y gráficos como RTCP es a streaming audio y vídeo, pero:

RTCP mantiene el estado, HTTP es stateless RTCP es simétrico (cliente-servidor). HTTP es

asimétrico

Archivo de descripción de pretentación: el cliente lo obtiene por HTTP, correo, etc… y contiene: Codificación Idioma URLs RTSP Dirección destino Puerto …


RTSP es más un entorno que un protocolo: Permite elegir el canal de envío

(UDP, TCP, IP Multicast,…) Permite elegir el mecanismo de

transporte (basado en RTP)

RTSP puede usarse conjuntamente con RSVP para configurar y reservar ancho de banda para una sesión de streaming


Impulsado por Xerox PARC, MIT, ISI (Information Sciences Institute, Univ. Califormia)

IETF Standards RFC 2205- RFC 2209

Protocolo de reserva de recursos de red

La aplicación (host) que necesita una Calidad de Servicio para su flujo de datos, utiliza RSVP para reservar esta calidad a lo largo de la cadena de encaminadores.

RSPV negocia los parámetros de conexión en la cadena de encaminadores y mantiene los estados en los mismo así como en los extremos (hosts)

Resource reSerVation Protocol (RSVP)Resource reSerVation Protocol (RSVP)

Características de RSVP Distingue entre servidores y destinos

(reserva en una dirección) Soporta multicast y unicast y se

adapta cambiando miembros y rutas Es orientado a receptor y funciona en

entornos de receptores heterogéneos (grupos multicast). Cada flujo RSVP es homogéneo. Cada servidor divide en tráfico en diferentes flujos RSVP con diferente QoS

Compatible IPv4 e IPv6. Control de tráfico transparente al usuario.



Mezcla de Peticiones RSVP en IP MulticastMezcla de Peticiones RSVP en IP Multicast

Resource reSerVation Protocol (RSVP)Resource reSerVation Protocol (RSVP)Reserva en un nodo a la largo de la cadenaReserva en un nodo a la largo de la cadena


RSVP y RTP en una aplicación multimedia IP MCASTRSVP y RTP en una aplicación multimedia IP MCAST

RAPI (RSVP App.Prog.Inter.) App. Sender -> RSVP deamon rapi_session()

Inicia una sesión y devuelve un handle

rapi_sender() La aplicación servidor define los

parámetros del flujo de datos rapi_reserve()

Modifica o borra una reserva rapi_release()

Termina la reserva


Problemas de RSVP:

Alta exigencia computacional (examinar paquetes, priorizar,etc…)

Mejora del uso de los servicios de encaminamiento


Windows Media Tools Entorno de creación de

contenidos: codificación, indexación, cambio de formato

WM Encoder, WM Producer

Windows Media Services Conjunto de 4 servicios que

corren sobre WNT/W2K

Windows Media Player Visualizador ASF, MP3, MPEG,…

productos. microsoft windows mediaproductos. microsoft windows media


Digital Content(AVI, WAV, MPEG, etc.)

Creation Distribution Playback

MEDIASRV01 Windows Media

Server/web server

Cable TV/Radio

Live Video

MEDIACLIENT01Windows Media

Player/web browser

ENCODER01Windows Media

EncoderAdditional

Clients (optional) Windows Media

Player/web browser

VCR, DVD, etc.

Windows Media File: formato de streaming (ASF) propietario generado por WM Encoder

ASF = WMV = WMA

ASX (Stream Redirector): Fichero de texto XML que redirige al Player a un archivo WM en un servidor WM. Incluye

Protocolo de control Autor del contenido Título Copyright …

Los Archivos WM se almacenan en “puntos de publicación” del WM Server

Los archivos ASX, WAX, WVX, residen en el servidor WEB

Formatos de control propietarios (ej. No soporta RTSP)



Your LAN

Web Server

Windows Media Server

1

2

3

4

5

Windows Media Client

1. User requests ASX file from web server

2. Web server returns URL to NSC File

3. Media Player requests NSC from web server

4. Web server returns NSC file with IP address of multicast

5. Media Player connects to multicast IP and plays stream

Un fichero Quicktime se compone de pistas (tracks)

Cada elemento de un fichero QT está contenido en una pista separada.

Tipos de pistas: Movie: copyright, anotaciones,… Video: vídeo digital Audio: audio digital (varios formatos) Música: MIDI Texto: créditos, subtítulos,… Capítulos: índice de búsqueda Flash: animaciones Flash (.swf) VR,HREF,…

productos. apple quicktimeproductos. apple quicktime

Quicktime es un formato de streaming:UnicastMulticastReflected multicast: una

fuente en vivo a múltiples destinos unicast

Componentes:QTStreaming ServerQT Player


Soporta SMIL (un documento SMIL especifica qué elementos media presentar, cómo y dónde)

Los flujos Quicktime se envían mediante RTP y se controlan mediante RTSP


Componentes: RealPlayer RealServer (Basic,Plus) Herramientas de Codificación: Real

Publisher, Real Encoder, RealAudio Encoder

Características Buena calidad en bajos flujos binarios Soporte a pay-per-view Flujo adaptativo a la red Soporte a IP multicast Sincronización con otros contenidos

web Soporte para HTTP streaming

productos. realnetworksproductos. realnetworks

Tarjetas:Osprey 200: 242 EurosOsprey 500 DV: 1268 EurosWinnov Videum 1000: $249Winnov Videum II BCAST: $899Optibase Movimaker 200: 11.430

Euros

productos. codificadores productos. codificadores

Sistemas:Viewcast Niagara 2112RW: 5.526

EurosViewcast Niagara Max 4829 ARW:

27.659 EurosOptibase MGW 2000: 18.292 Euros

productos. codificadores productos. codificadores

Thales

Topaz (recorder/streamer) Hasta 2x40 Mbps entradas ASI MPTS, SPTS splitting Modos UDP / RTP Recepción de MPEG2 sobre IP Regeneracion de PSI/SI para cada SPTS

Tandberg

TT7116 IP Streamer MPTS, SPTS splitting Hasta 12 entradas ASI Hasta 2 salidas de red Regeneracion de PSI/SI para cada SPTS

productos. DVB productos. DVB

Thales Opal IP Gateway

Encapsula tramas IP en un TS MPEG-2 10, 40, 80, 160 Mbps Filtro por Dirección IP, MAC, protoloco (UDP/TCP) y Servicio Inserción oportunistica de datos

Tandberg SkyStream SMR 24/25 IP

SMR 24. Crea un TS a partir de los datos encapsulados del MUX E5000

SMR 25. Inserción oportunistica de tramas IP en los TS DVB a la salida del MUX E5000

20 a 160 Mbps

productos. DVB productos. DVB

Tecnología de streaming IP

50 centros, 200 pantallas

256 Mpts (coste sin pantallas)

560 Mpts (coste con pantallas)

aplicaciones. publicidad centros comercialesaplicaciones. publicidad centros comerciales

aplicaciones. publicidad centros comerciales aplicaciones. publicidad centros comerciales

aplicaciones. distribución de tv sobre red aplicaciones. distribución de tv sobre red

Ethernet

Multicast EnabledSwitch

Multicast Server /Gateway

CNNIP @ 224.0.1.1

ABCIP @ 224.0.1.2

NBCIP @ 224.0.1.3

TF1IP @ 224.0.1.4

ZDFIP @ 224.0.1.5

BBCIP @ 224.0.1.6

RAIIP @ 224.0.1.7

VOD 1IP @ 224.0.1.8

VOD NIP @ 224.0.1.N

CNNIP @ 224.0.1.1

TF1IP @ 224.0.1.4

TF1IP @ 224.0.1.4

VOD 1IP @ 224.0.1.8

Ethernet/IPSet Top Boxes

Leave 224.0.1.1 Multicast group

Join 224.0.1.2 Multicast group

ABCIP @ 224.0.1.2

Ch

ann

el H

op

pin

g

TOPAZLive MPEG-2

Sources

GIGABIT ETHERNET

FA

ST

ET

HE

RN

ET

Ethernet

Multicast EnabledSwitch

Multicast Server /Gateway

CNNIP @ 224.0.1.1

ABCIP @ 224.0.1.2

NBCIP @ 224.0.1.3

TF1IP @ 224.0.1.4

ZDFIP @ 224.0.1.5

BBCIP @ 224.0.1.6

RAIIP @ 224.0.1.7

VOD 1IP @ 224.0.1.8

VOD NIP @ 224.0.1.N

CNNIP @ 224.0.1.1

TF1IP @ 224.0.1.4

TF1IP @ 224.0.1.4

VOD 1IP @ 224.0.1.8

Ethernet/IPSet Top Boxes

Leave 224.0.1.1 Multicast group

Join 224.0.1.2 Multicast group

ABCIP @ 224.0.1.2

Ch

ann

el H

op

pin

g

TOPAZLive MPEG-2

Sources

GIGABIT ETHERNET

FA

ST

ET

HE

RN

ET

aplicaciones. contribución en TV digital aplicaciones. contribución en TV digital

TOPAZ

Satellite

Terrestrial

ETHERNET LAN

…IP

TOPAZ

+ +

Complete MPTS

Demux : SPTS

Datos Locales

Local Data

IP

TOPAZ

IPASI

ASI

ASIIP

+ +

aplicaciones. distribución de vídeo aplicaciones. distribución de vídeo

Satellite

ETHERNET LAN

TOPAZ

SchoolsUniversity

Hotels

Take up to 80 Mbps ofLive MPEG-2 sources

Receive in multicast on PC or Ethernet Set-top-box

aplicaciones. grabación de canales aplicaciones. grabación de canales

Satellite

NETWORK

Live TV and Radio Programs

TOPAZ

DTV Recorder

HYDRA

WebServer

Local Data Content

DTV EncodingStations

Local Sources

MPEG-2 TS

MPEG-2 TS

Ethernet

Ethernet

Ethernet

EyeStream

Media PlayerNETWORK

Live TV and Radio Programs

TOPAZ

DTV Recorder

HYDRA

WebServer

Local Data Content

DTV EncodingStations

Local Sources

MPEG-2 TS

MPEG-2 TS

Ethernet

Ethernet

Ethernet

EyeStream

Media Player

GRACIAS

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