Universidade do Vale do Rio dos Sinos - São Leopoldo -

Apresentação em tema: "Universidade do Vale do Rio dos Sinos - São Leopoldo -"— Transcrição da apresentação:

1 Universidade do Vale do Rio dos Sinos - São Leopoldo -
Redes de Computadores I Prof. Mateus Raeder Universidade do Vale do Rio dos Sinos - São Leopoldo -

2 Aplicações Multimídia
Crescimento de aplicações que recebem e transferem áudio e vídeo pela internet Aplicações Multimídia também são conhecidas como “aplicações de mídia de taxa constante” Vídeos de entretenimento Telefonia IP Rádio pela Internet Teleconferências Aprendizado a distância Etc... Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

3 Aplicações Multimídia
Aplicações Multimídia: áudio e vídeo na rede (“mídia contínua”) Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

4 Aplicações Multimídia
Este tipo de aplicação se difere muito das aplicações vistas anteriormente Imagens FTP DNS Aplicações Multimídias são sensíveis a atrasos, mas podem tolerar perdas de dados ocasionais Modelos de comunicação tradicionais não são uma boa escolha para estes fins Overhead em excesso, ocasionando atrasos Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

5 Aplicações Multimídia
Sensíveis ao atraso Atraso fim a fim Acúmulo de atrasos de processamento, fila, propagação, transmissão ao longo do trajeto entre origem e destino Para aplicações de áudio altamente interativas (telefone por Internet, por exemplo): Atrasos de menores do que 150 milissegundos não são percebidos pelo ouvido humano Atrasos entre 150 e 400 milissegundos são aceitáveis (mas não ideal) Atrasos maiores que 400 milissegundos podem atrapalhar consideravelmente a conversação Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

6 Aplicações Multimídia
Sensíveis ao atraso Jitter Variação do atraso dos pacotes dentro de um mesmo fluxo Causados por atrasos aleatórios nas filas dos roteadores Assim, o tempo entre o momento que o pacote é gerado na fonte e chega no destino pode variar de pacote para pacote Isto chama-se variação do atraso Exemplo 2 pacotes consecutivos em uma rajada de voz com 20 milissegundos de diferença entre um e outro No receptor, este tempo pode ser maior ou menor Analogia da rodovia Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

7 Aplicações Multimídia
Sensíveis ao atraso Jitter Se for ignorada, esta variação pode resultar em níveis inteligíveis de áudio A variação do atraso pode ser removida com a utilização de alguns mecanismos Números de sequência Remetente aumenta em 1 o número de sequência para cada pacote que gera Marcas de tempo Remetente marca cada porção com o tempo em que foi gerada Atraso de reprodução Atrasar a reprodução das porções de áudio no receptor Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

8 Variação do atraso (jitter)
transmissão de áudio a uma taxa constante atraso variável da rede (jitter) recepção do áudio no cliente reprodução do áudio a taxa constante no cliente atraso de Dados acumulados tempo Armazenamento no lado do cliente, o atraso de reprodução compensa a variação do atraso (jitter) provocados pela rede Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

9 Aplicações Multimídia
Classes de aplicações de Multimídia: 1) Áudio e vídeo de fluxo contínuo (Streams) armazenados 2) Áudio e vídeo de fluxo contínuo ao vivo 3) Áudio e vídeo interativos em tempo real Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

10 Aplicações Multimídia
Fluxo contínuo, áudio e vídeo armazenados O cliente solicita a qualquer momento arquivos de áudio e vídeos comprimidos que estão armazenados no servidor 3 características importantes: Mídia armazenada: o conteúdo foi pré-gravado e armazenado no servidor Pode pausar, voltar, avançar, etc Fluxo contínuo: o cliente inicia a reprodução alguns segundos após começar a receber os arquivos do servidor Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

11 Fluxo Contínuo Multimídia Armazenada: Como funciona?
Fluxo contínuo: neste instante, o cliente está reproduzindo uma parte anterior do vídeo, enquanto o servidor ainda está transmitindo as partes seguintes 3. vídeo recebido, reproduzido no cliente Dados acumulados 2. vídeo transmitido 1. vídeo gravado atraso da rede tempo Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

12 Aplicações Multimídia
Fluxo contínuo, áudio e vídeo armazenados O cliente solicita a qualquer momento arquivos de áudio e vídeos comprimidos que estão armazenados no servidor 3 características importantes: Mídia armazenada: o conteúdo foi pré-gravado e armazenado no servidor Pode pausar, voltar, avançar, etc Fluxo contínuo: o cliente inicia a reprodução alguns segundos após começar a receber os arquivos do servidor. Evita a necessidade de armazenar todo a mídia antes Reprodução contínua: quando começa a reprodução, deve prosseguir normalmente, com sérias restrições aos atrasos Devem ser recebidos a tempo de serem reproduzidos Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

13 Aplicações Multimídia
Áudio e vídeo de fluxo contínuo ao vivo Semelhante à transmissão de rádio e televisão Permite que sejam recebidas transmissões de qualquer parte do mundo Como o fluxo não é armazenado, não se pode adiantar o programa que está sendo recebido Entretanto, os dados são armazenados localmente Pausa, retrocesso podem ser realizadas em algumas aplicações Mesma idéia da reprodução contínua Atrasos causam danos “mais severos” do que em mídia armazenada Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

14 Aplicações Multimídia
Vídeo e áudio interativos em tempo real Permite comunicação entre as pessoas em tempo real Telefonia pela Internet Videoconferências Usuários podem se mover ou falar a qualquer instante Os atrasos devem ser menores do que algumas centenas de segundos Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

15 Multimídia Sobre a Internet Atual
TCP/UDP/IP: “serviço de melhor esforço” sem garantias sobre atrasos, perdas Enviar áudio e vídeo por UDP Retardar a reprodução no receptor Marcas de tempo para saber quando devem ser reproduzidos Enviar informações redundantes para diminuir efeitos de perda As aplicações MM na Internet atual usam técnicas da camada de aplicação para minimizar (da melhor forma) efeitos de atrasos e perdas Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

16 Aplicações Multimídia
Aplicações de áudio e vídeo de fluxo contínuo tornaram-se popular Custo de armazenamento em disco muito baixo Mais multimídia armazenada na Internet Melhorias na infra-estrutura na Internet Acesso doméstico de alta velocidade, por exemplo Clientes solicitam arquivos de áudio e vídeo residentes no servidor Podem ser servidores Web “comuns” Podem ser servidores de fluxo contínuo especiais para fluxo contínuo Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

17 Aplicações Multimídia
Servidor, então, envia o arquivo desejado Antes de enviar o arquivo de áudio/vídeo Arquivo é segmentado Os segmentos são encapsulados em cabeçalhos especiais para tráfego de áudio e vídeo RTP é um protocolo padrão para este encapsulamento Quando começa a receber o arquivo, o cliente começa a reprodução Com interatividade (pausa, avanço, retrocesso, etc) Esta interatividade necessita um protocolo específico RTSP é responsável pela interatividade com o usuário Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

18 Aplicações Multimídia
Geralmente, é solicitado através de um cliente Web Ou seja, um browser A reprodução não está integrada com estes clientes Web Necessidade de uma aplicação auxiliar separada para reproduzir Comumente chamada de transdutor Real Player, Windows Media Player, etc Desempenham algumas funções: Descompressão Remoção da variação do atraso Correção de erros Interface gráfica de usuário com botões de controle Podem ser utilizados programas especiais para inserir a interface do transdutor dentro da janela do browser Plug-ins Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

19 Aplicações Multimídia
Acesso a áudio e vídeo a partir de um servidor Web Quando um áudio está no servidor Web, ele é um objeto normal dentro do sistema de arquivos (como HTML e JPEG) Usuário quer um arquivo de áudio Conexão TCP é criada Envia requisição HTTP para o objeto Servidor anexa o arquivo e responde Cabeçalho indica a codificação específica Browser analisa o tipo e chama o transdutor correspondente Transdutor reproduz o arquivo Objeto inteiro deve ser armazenado Atraso inaceitável Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

20 Aplicações Multimídia
Assim, o servidor deve enviar o arquivo de áudio/vídeo diretamente para o transdutor Uma conexão direta entre o servidor e transdutor Utilização de um metarquivo Contém informações sobre o arquivo a ser entregue Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

21 Aplicações Multimídia
Usuário sobre o hiperlink do arquivo de áudio/vídeo Este link não aponta para o objeto, mas sim para um metarquivo Contém a URL do arquivo Mensagem de resposta HTTP contém um tipo que identifica a aplicação específica (transdutor) Browser examina o tipo e passa o metarquivo para o transdutor Transdutor estabelece uma conexão TCP com o servidor HTTP Solicitando o arquivo Arquivo é enviado dentro de uma resposta HTTP Comunicação realizada via HTTP, logo, TCP Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

22 Fluxos a partir de um servidor de fluxo contínuo
Esta arquitetura permite o uso de protocolos não-HTTP entre o servidor e o reprodutor de mídia (transdutor) Também pode usar UDP ao invés do TCP Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

23 RTSP (Protocolo de fluxo contínuo em tempo real)
Usuários querem controlar a reprodução da mídia Avançar, pausar, reposicionar em outro ponto, etc RTSP (real-time streaming protocol) permite este interação Controle da transmissão pelo transdutor Funciona fora da banda Mensagens RTSP são enviadas fora da banda Corrente de mídia dentro da banda Usa a porta 544 (roda sobre TCP ou UDP) Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

24 Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder
Exemplo RTSP Cenário: metarquivo enviado para o browser web browser inicia o tocador/transdutor Tocador/transdutor estabelece uma conexão de controle RTSP e uma conexão de dados para o servidor de mídia contínua Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

25 Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder
Operação do RTSP Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

26 Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder
Exemplo de Metarquivo <title>Twister</title> <session> <group language=en lipsync> <switch> <track type=audio e="PCMU/8000/1" src = "rtsp://audio.example.com/twister/audio.en/lofi"> e="DVI4/16000/2" pt="90 DVI4/8000/1" src="rtsp://audio.example.com/twister/audio.en/hifi"> </switch> <track type="video/jpeg" src="rtsp://video.example.com/twister/video"> </group> </session> Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

27 Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder
Perda de Pacotes FEC (Correção de erros e repasse) Corrente Original 1 2 3 4 1 1 2 2 3 3 4 Redundância Corrente Recebida 1 1 2 Perda 3 4 Corrente Reconstituída 1 2 3 4 Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

28 Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder
Perda de Pacotes Intercalamento Corrente Original 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Corrente Intercalada 1 4 7 10 2 5 8 11 3 6 9 12 Corrente Recebida 1 4 7 10 Perda 3 6 9 12 Corrente Reconstituída 1 3 4 6 7 9 10 12 Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

29 Protocolo de Tempo Real (RTP)
RTP = Real Time Protocol RTP especifica uma estrutura de pacote para pacotes que transportam dados de áudio e de vídeo RFC 1889. Pacote RTP provê Identificação do tipo da carga Numeração da seqüência de pacotes Marca de tempo RTP roda nos sistemas terminais. Pacotes RTP são encapsulados em segmentos UDP Interoperabilidade: Se duas aplicações de telefone Internet rodarem RTP então elas poderão trabalhar em conjunto Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

30 Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder
RTP roda sobre UDP Bibliotecas RTP provêm uma interface da camada de transporte que estende o UDP: números de portas, endereços IP verificação de erro através de segmentos identificação do tipo da carga numeração da seqüência de pacotes marca de tempo Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

31 Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder
RTP e QoS RTP não provê nenhum mecanismo para garantir a entrega em tempo dos dados nem nenhuma outra garantia de qualidade de serviço. O encapsulamento RTP é visto apenas nos sistemas finais – não é visto por roteadores intermediários. Roteadores provendo o serviço tradicional Internet de melhor esforço não fazem nenhum esforço adicional para garantir que os pacotes RTP cheguem ao destino em tempo. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

32 Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder
Cabeçalho RTP Cabeçalho RTP Tipo da carga útil (7 bits): Usado para indicar o tipo de codificação que está sendo usada. Se o transmissor modificar a codificação no meio de uma conferência, o transmissor informará o receptor através do campo do tipo de carga útil. Número de Seqüência (16 bits): O número de seqüência é incrementado de um para cada pacote RTP enviado; pode ser usado para detectar a perda de pacotes e para restaurar a sequência de pacotes. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

33 Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder
Cabeçalho RTP (2) Cabeçalho RTP Campo de marca de tempo (32 bits). Reflete o instante de amostragem do primeiro byte no pacote de dados RTP. Campo de identificador de sincronização da fonte (SSRC) (32 bits). Identifica a fonte de um fluxo RTP. Cada fluxo numa sessão RTP deve possuir um SSRC distinto. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

34 Protocolo de Controle de Tempo Real (RTCP)
Real-Time Control Protocol Trabalha em conjunto com o RTP. Cada participante numa sessão RTP periodicamente transmite pacotes de controle RTCP para todos os demais participantes. Cada pacote RTCP contém relatórios do transmissor e/ou receptor relatam estatísticas úteis para as aplicações. Estas estatísticas incluem o número de pacotes enviados, o número de pacotes perdidos, jitter entre chegadas, etc. Esta realimentação de informação para as aplicações pode ser usada para controlar o desempenho O transmissor pode modificar as suas taxas de transmissão baseadas na realimentação. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

35 Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder
RTCP - Continuação Para uma sessão RTP há tipicamente um único endereço multicast; todos os pacotes RTP e RTCP pertencentes à sessão usam o endereço multicast. Pacotes RTP e RTCP são diferenciados uns dos outros através do uso de números de portas distintos. Para limitar o tráfego, cada participante reduz o seu tráfego RTCP à medida que cresce o número de participantes da conferência. Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder

36 Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder
Exercícios As figuras a seguir apresentam três esquemas para fluxo contínuo de mídia armazenada. Quais as vantagens e as desvantagens de cada esquema? Redes de Computadores I – Prof. Mateus Raeder