Aplicações e Reserva de Recursos na Internet Sistemas Telemáticos LESI Grupo de Comunicações por Computador 2000.

Apresentação em tema: "Aplicações e Reserva de Recursos na Internet Sistemas Telemáticos LESI Grupo de Comunicações por Computador 2000."— Transcrição da apresentação:

1 Aplicações e Reserva de Recursos na Internet Sistemas Telemáticos LESI Grupo de Comunicações por Computador 2000

2 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Objectivos zAbordar os requisitos das novas aplicações no âmbito das redes de computadores. zVerificar a adequabilidade da filosofia best-effort a esses requisitos (alguns deles motivados pelas aplicações multimedia de tempo-real) zTécnicas usadas pelas aplicações T.R sobre cenários best- effort. zNovas soluções protocolares que garantam Qualidade de Serviço (QoS).

3 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Classificação de Aplicações zAplicações Elásticas zAplicações de Tempo Real yIntolerantes yTolerantes

4 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Classificação das Aplicações zAplicações Elásticas yftp, e-mail, http,.... zAplicações que não são extremamente sensíveis a factores como: xAtrasos, variação dos atrasos, variações de largura de banda, perdas, etc... xapesar desses mesmos factores afectarem o seu desempenho zPreocupação sob o ponto de vista de integridade do dados zProtocolos de transporte tradicionais tais como: TCP, UDP,...

5 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet zAplicações de Tempo Real (audio e vídeo em tempo real, vídeo-conferência...) zRequisitos: garantia de isocronismo dos dados gerados, sensibilidade a atrasos, sensibilidade a perda de pacotes, necessidades de sincronização, largura de banda etc... zDuas classes de aplicações de T.R: Classif. das Aplicações (cont.) Aplicações Rígidas/IntolerantesAplicações Adaptativas/Tolerantes

6 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Aplicações de T.R. zAplicações Rígidas yRequerem suprtes que garantam limites para os diversos parâmetros que as condicionam (largura de banda, perdas, atrasos de pacotes...) zAplicações Tolerantes/Adaptativas yAssumem um determinado grau de inadequação do meio ynão se baseiam em limites fixos para os parâmetros de funcionamento yadmitem um grau de tolerância às condições de operação yobservação vs adaptação

7 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet zAplicações Adaptativas vs Intolerantes Aplicações de T.R. (cont.) desempenho custo T.R estrito T.R tolerantes Suportes Protocolares Adequação aos objectivos das aplicações Protocolos usualmente utilizados TCP - fiabilidade à custa de mecanismos nem sempre apropriados... UDP - carece de alguns mecanismos indispensáveis às aplicações de T.R. Natureza multi-utilizador de muitas das aplicações multimédia com requisitos de T.R paradigma de comunicação multi-ponto (multicasting) Desenvolvimento de aplicações com requisitos de T.R. Soluções propriétarias. (aplicação + transporte - ex. aplicações Vchat, Vosaic, CuSeeme, etc...)

8 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Suporte de Aplicações Multimédia e de Tempo Real zTempo Real sobre redes best-effort yRTP (Real Time Protocol) zReserva de Recursos yRSVP (Resource Reservation Protocol) zServiços Diferenciados

9 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Protocolos Streaming Adequados para aplicações geradoras de tráfego T.R. sobre cenários best-effort (IP) Operação sobre cenários sem garantia de alocação de recursos Conceitos: Tolerância a perdas de pacotes Controlo de atrasos (jitter vs buffers de amortecimento) Adaptação dinâmica dos serviços (mediante mecanismos de sinalização do estado de operação dos canais de dados)

10 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Protocolo Streamming (cont)

11 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Protocolo Streamming (cont.)

12 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Protocolo RTP Protocolo RTP (Real Time Protocol) (RFC 1889) Implementado como base às aplicações de T.R (adaptativas) Fornece mecanismos de transporte fim-a-fim a dados gerados por aplic. T.R Apto a ser aplicado em cenários unicast ou multicast Canal de dados + canal de controlo (RTCP - Real Time Control Protocol) RTCP - mecanismos de notificação do estado de operação do canal de dados (perdas, atrasos, sincronização etc...)

13 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Protocolo RTP (cont.) Camada Protocolar com o RTP (best-effort) Fornecer um mecanismo de transmissão a dados T.R. Fornecer mecanismos para controlo dos dados por parte da aplicação

14 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Protocolo RTP (cont.) Sessão RTP = canal dados + canal de controlo Emissão de vários media- cada um é transmitido em sessões independentes Endereço de sessão = endereço de rede (unicast ou multicast) + porta protocolar Canal RTCP = porta protocolar do canal RTP+1

15 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Protocolo RTP (cont.) Canal RTP - dados das aplicações Canal RTCP - dados de controlo informação de alto nível estatísticas sobre o desempenho dos receptores: perdas de pacotes, atrasos, jitter, inf. sincronização, etc... Cenários multicast :

16 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet RTP sobre Multicasting Protocolos de encaminhamento (diferentes filosofias) Protocolos de gestão de grupos multicast (IGMP) Túneis IP (interoperacionalidade entre encaminhadores) Propagação de sessões multicast (parâmetro TTL)

17 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Formato Pacote RTP

18 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Multiplexagem das sessões RTP zCada média transportado numa sessão independente zEstratégia de multiplexagem: endereço de transporte (IP+Porta) yTransitam pacotes dum único tipo (payload type) yGerados por uma ou mais entidades(SSRC) zSe as entidades trocarem entre si outro tipo de dados abre-se numa nova sessão RTP, independente da primeira

19 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Real Time Control Protocol zProtocolo de controlo associado ao RTP zUsado para trocar mensagens de controlo entre os participantes yIdentificação de fontes: nome e email dos participantes yMensagens do estado da sessão xGeradas por todos os participantes xRelatar valores de diversos parâmetros: perdas, atrasos, estados de sincronização 2 tipos: sender report (SR) e receiver report (RR)

20 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Mecanismos de Controlo Variação nos atrasos dos pacotes - Jitter Influência no desempenho das aplicações (isocronismo). Cálculo nas estações receptoras: jitterx = jitter(x-1) + fact*(dst - jitter(x-1)), dst = Diffdest(x,x-1) + Difforg(x,x-1) Necessidade de buffers de amortecimento.

21 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Exercício para o cálculo de jitter zSuponha uma fonte que gera pacotes com intervalos de 20 ms. Enviaram-se 70 pacotes: os 12 primeiros pacotes chegaram ao destino com uma diferença de 40ms os 14 seguintes com diferença de 60 e os restantes com a diferença de 20 ms. Calcule o jitter usando um factor de amortecimento de 1/8.

22 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Solução do Exercício

23 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Buffers de Amortecimento Amortecer o efeito da variação dos atrasos (assegurar isocronismo) Reordenação de pacotes Análise de n amostras e cálculo de um valor de amortecimento a ser adoptado. D = u(1) - u(n) com u(k) - késsimo maior valor dos atrasos das amostras. Antes de começar a reproduzir espera-se um determinado tempo. nn-1n-2n-3 t1t2t3 D EMISSOR RECEPTOR nn-1n-2n-3 tf Mecanismos de Controlo

24 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Exercício zConsidere o receptor de uma cadeia de vídeo que tem uma taxa média a longo prazo de 100 Mbps z(a) Qual é o intervalo médio entre pacotes se cada pacote tem o tamanho de 1KB? O intervalo entre pacotes deve ser medido do 1º bit de um pacote e o 1º bit do pacote seguinte. z(b) Suponha que o maior intervalo possível entre pacotes é de 500 ms. Qual deve ser o ponto de reprodução para assegurar que todos os pacotes (quadros) chegam a tempo? z(c) Qual o tamanho do buffer necessário para suportar este ponto de reprodução?

25 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Solução z(a)100Mb de dados vai ser transferido durante um segundo. Precisa de 100Mb/1000*8b = 12500 pacots. Intervalo entre pacotes = 1/12500 = 80 us z(b) Comparado com 500ms, 80us(o tempo para transferir um pacote) é muito pequeno. O tempo de reprodução é 500ms. z(c) Buffer = 0,5 * 100Mbps = 6.1MB

26 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet O erro do João zO João decide que para a sua aplicação de vídeo recuperar das perdas na Internet o seu ponto de reprodução (playback point) deve ser igual ao RTT actual do originador. Ele visualiza na sua aplicação multimédia vídeos dos 4 cantos do mundo. Ele constata que para os maiores RTTs o seu vídeo comporta-se bem enquanto para os RTTs mais curtos perde vários quadros. Que erro está a fazer o João?

27 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Sugestão ao João zO ponto de reprodução deve depender do jitter do atraso e não do atraso fim-a-fim (RTT) para assegurar uma reprodução sem problemas. O que está acontecer neste caso é que para RTTs curtos o jitter é maior que o RTT e isso provoca a perda dos pacotes atrasados; no caso dos RTTs maiores o jitter é menor que o RTT e perdem-se muito menos pacotes.

28 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet zPreservação Temporal yTentar reproduzir a informação que obedeça ao limite temporal imposto zPreservação de Informação yTentar reproduzir toda a informação recebida independentemente. De estar atrasada ou não DD (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (9) (8) (1) (2) (3) (6) (8) (9) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (9) (8) Recepção dos pacotes Preservação da Informação Preservação Temporal Probabilidades diferentes de cortes nos media Estratégias de Reprodução Mecanismos de Controlo

29 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet zPreservação de Informação yQuebra no pacote i se: u(i) > (u(0) + D) e u(i) > u(1), u(2)..u(i- 1) yCálculo da probabilidade de quebra baseado em funções de distribuição de probabilidades dos atrasos e função de distribuição de tempos de amortecimento. zPreservação Temporal yQuebra no pacote i se: u(i) > u(0) + D yidem - maior número de quebras.... mas com outras vantagens Estratégias de Reprodução (cont.)

30 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Mecanismos de Controlo Perda de Pacotes Afectam desempenho das aplicações. Situações de saturação da infra-estrutura. Cada receptor mantém estatísticas das perdas verificadas informa periodicamente as entidades emissoras. filtro perdas =fact * (filtro perdas )+ (1-fact)*perc perdas com (0<fact<1) Perc perdas presentes nos pacotes RTCP Definição de limites para o filtro de análise de perda de pacotes.

31 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Perdas de Pacotes (cont.) Indicador para a aplicação diminuir o seu débito (alteração de codificações, diminuição do frame-rate, etc...) Receptor define limites inferiores/superiores para as percentagens admissíveis de perda de pacotes (> limite_superior) dimin. débito ; (< limite_inferior) aum. débito.

32 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Adaptação às perdas

33 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Perdas de Pacotes (cont.) Perda de Pacotes - Ambientes multicast (n participantes) Vários receptores diferentes situações de operação. Decisão a tomar pelos emissores? Atender ao pior caso? Ponderação dos estados dos intervenientes (classificação das entidades + algoritmo de decisão). Emissão simultânea de um mesmo medium codificado de diferentes maneiras: Cada codificação numa sessão multicast independente Cada receptor escolhe a mais apropriada Vantagens/inconvenientes...

34 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Perdas de Pacotes (cont.) filtro perdas %PERDAS 0% 100 % lim_inf lim_sup %Perdas anunciada Sem perdas Congestionada Normal Se (( N entcong / N tot ) > % entcong) Se ( N entnorm / N tot ) > % entcong) Senão Débito - Diminuição, aumento,continuação Técnica de ponderação de estados dos receptores Cada receptor é classificado e depois é tomada uma decisão de débito de informação.

35 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Perdas de Pacotes (cont.) Cenário multicast com 3 entidades (A,B,C). C relata as perdas; a partir de um dado instante as perdas de C ultrapassam os limites admissíveis pelos emissores A e B; A e B diminuem os débitos; as %ens perdas em C diminuem. A B C RTP sobre multicast

36 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Mecanismos de Controlo Módulo Sincronização Emissores enviam + do que 1 medium Transmissão em sessões distintas (assumido pelo RTP) Afectados por condições variáveis (perdas, atrasos....) Processamento local das estações Necessidade de sincronização periódica dos dados pelas entidades receptoras. fsincroniza(Ses1,Ses2) : nºpacotes de desfazamento entre as sessões como medida dessa dessincronização (+Ses1 atrasada, -Ses2 atrasada)

37 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Sincronização (cont.) Canal A Canal B RECEPTOR eliminação buffering EMISSOR pontos de sincronização Como é realizada a sincronização ? Através da informação presente nos pacotes RTCP de cada uma das sessões: no instante x do emissor o último pacote do canal A estava etiquetado com t1, no instante y do emissor o último pacote do canal B estava etiquetado com t2

38 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet Sincronização (cont.) Mesmo cenário multicast (entidades A, B C) Problemas de sincronização aumentam com a escala da infra-estrutura utilizada

39 Sistemas Telemáticos - Aplicações Adaptativas/Rígidas e Reservas de Recursos na Internet RTP (cont.) zEncapsulamento de diferentes media sobre o RTP (grupo AVT do IETF) zCompressão dos cabeçalhos RTP xdiminuir a sobrecarga por eles gerados. zQuestões de segurança xencriptação de conteúdos. xgeração aleatória de estampilhas temporais e identificadores zMecanismos de gestão e notificação de sessões xProtocolo SDP - Session Description Protocol zMixers - Entidades modificadoras dos conteúdos dos pacotes RTP.