Universidade Federal do Rio Grande do Sul Laboratório 5 INF01154 - Redes de Computadores N Análise e Medidas de Desempenho em Redes Locais Prof. Dr. Valter Roesler: roesler@inf.ufrgs.br Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Atraso (Latência) em multimídia Alô Alô Alô, está me ouvindo? Alô

Latência Tempo entre o início de um evento e o momento que ele se torna perceptível no destino Ex: filmar um relógio numa videoconferência e ver quantos ms ele atrasa no destino

Qual o atraso ACEITÁVEL em uma conferência ponto a ponto? Atraso aceitável: 100ms a 200ms (ser humano não nota)

Latência Transmite tela do micro no sistema IVA. Destino envia de volta. Latência ida e volta (410ms)

Latência e Jitter Normalmente a latência varia um pouco nos diversos pacotes, por causa do Jitter (variação da latência)

Skew Diferença do tempo de chegada entre diferentes mídias que deveriam estar sincronizadas (áudio e vídeo, por exemplo)

Qual o skew (desalinhamento áudio e vídeo) ACEITÁVEL em uma conferência ponto a ponto? < 20ms: imperceptível ~50ms: perceptível que algo está errado, mas sem saber se áudio adiantado ou atrasado >50ms: causa distração da videoconferência ~1s: usuário foca no áudio e deixa de prestar atenção no vídeo Voice and Video Conferencing Fundamentals: Scott Firestone, Thiya Ramalingam, Steve Fry. Cisco Press, 2007. 397p.

O mais natural é ver o vídeo um pouco ADIANTADO (voz demora mais para chegar aos ouvidos que a imagem aos olhos)

Protocolo RTP Real-Time Transport Protocol RFC 3550 – obsoleta a 1889 (RTP e RTCP) Os primeiros doze bytes existem em todo pacote RTP, enquanto que a lista dos identificadores CSRC está presente somente quando inserido por um multiplexador. Os campos têm o seguinte significado [RFC 1889, pg 10]: Versão (V): 2 bits: identifica a versão do protocolo RTP; Padding (P): 1 bit: se esse bit estiver ligado, o pacote contém um ou mais bytes de enchimento no final que não fazem parte dos dados úteis, devendo ser ignorados. Esses bytes podem ser necessários por alguns algoritmos de criptografia com tamanhos fixos de blocos, ou para enviar muitos pacotes RTP em um protocolo de nível inferior; Extensão (X): 1 bit: se esse bit estiver ligado, o cabeçalho terá uma extensão com o mesmo número de bytes, em formato definido na [RFC 1889]; Contador de CSRC (CC): 4 bits: número de identificadores CSRC que seguem o tamanho fixo do cabeçalho; Marcador (M): 1 bit: tem o objetivo de permitir eventos significativos, tal como limites de quadro, serem marcados no fluxo de pacotes; Payload Type (PT): 7 bits: identifica o formato da carga útil do pacote, de forma que possa ser interpretado pela aplicação. Um exemplo é áudio codificado em PCM ou ADPCM, ou vídeo codificado em MPEG ou H.263, e assim por diante; Número de seqüência: 16 bits: incrementa de um a cada pacote RTP transmitido, e pode ser usado pelo receptor para detectar perda de pacotes, bem como para restaurar a seqüência correta do fluxo; Timestamp: 32 bits: reflete o instante de amostragem do primeiro byte no pacote de dados do RTP. O instante de amostragem deve derivar de um relógio que incrementa linearmente no tempo a fim de permitir sincronização e cálculo de jitter. A resolução do relógio deve ser suficiente para a precisão de sincronização desejada e medição de jitter; SSRC: 32 bits: identifica a origem da sincronização. Esse número é escolhido randomicamente, procurando fazer com que todas as fontes de sincronização tenham identificadores diferentes. Caso haja colisões, o SSRC é modificado de acordo com um algoritmo determinado na [RFC 1889]; CSRC: 32 bits cada identificador: máximo de 15 itens: identifica as fontes que contribuíram para a carga de dados existente no pacote RTP. Esses campos são inseridos por multiplexadores, usando os SSRCs das fontes contribuintes. Assim, por exemplo, para pacotes de áudio de várias fontes que foram multiplexados em pacotes únicos RTP, o receptor utiliza esse campo para colocar de forma correta os dados de cada transmissor.

Localização OSI do RTP Acima do nível 4, no subnível inferior do nível de aplicação

Protocolo RTP (Nível de perdas e ajuste de fluxo) SEQ=1 SEQ=2 SEQ=3 SEQ=4 SEQ=5 SEQ=6 SEQ=7 SEQ=8 Perdas=10% RTCP monitora QoS da sessão, e não tem nada a ver com o QoS da rede SEQ=9 SEQ=10

Protocolo RTP (Sincronização intramídia) SEQ=1, tstamp=x SEQ=2, tstamp=x+eq 20ms SEQ=3, tstamp=x+eq 40ms Adaptação ao jitter SEQ=4, tstamp=x+eq 60ms SEQ=5, tstamp=x+eq 80ms

Fatores de atraso Quais os fatores de atraso na seguinte situação? Videoconferência ponto a ponto Computador core2duo 2.1GHz, 2GRAM 400 km de distância Meio de transmissão é fibra ótica no backbone, e par trançado na rede local 100Mbit/s na rede local, 2Mbit/s até backbone, 1Gbit/s no backbone Passando por 8 roteadores Sistema Operacional windows com 3 processos em paralelo Codecs G.711 e H.264 (transmissão em SD)

Atraso de time-sharing Computador core2duo 2.1GHz, 2GRAM Sistema Operacional windows com 3 processos em paralelo Dependendo da máquina ou da demanda de processador dos processos em paralelo, pode comprometer a capacidade do computador de codificar vídeo de forma adequada Custo de processador pode ser minimizado parametrizando adequadamente codificador de vídeo

É melhor ter um vídeo com menos qualidade, porém sem perdas, do que um vídeo Full HD com perdas *(processador próximo a 100% gera perdas)

Atraso de captura no hardware Áudio Placas normalmente capturam em pacotes com amostras Típico: 64 amostras por pacote Após amostras efetuadas, gera interrupção e disponibiliza pacote para usuário Atraso para 8.000 amostras/s, cada uma com 8 bits 64/8000 = 8ms. 64 amostras=64bytes. Total de 125 pacotes de 64 bytes por segundo (1 a cada 8ms) Atraso para 44.100 amostras / s 64/44.100 = 1,5ms

Atraso de empacotamento no encoder Áudio Alguns codecs necessitam um tempo fixo para processar a codificação Exemplos: G.723 – tempos de 30ms + look-ahead de 7,5ms G.729 – tempos de 10ms + look-ahead de 5ms Isso gera um atraso de empacotamento de 37,5ms (G.723) ou 15ms (G.729) antes de ir ao encoder

Atraso de codificação Obrigatoriamente deve ser menor do que um “time frame”, senão o codec não estará apto a manter a taxa de entrada OBS: esse atraso é paralelo ao atraso de captura. Exemplo para G.723.1 8ms INT 30ms +7,5ms Encoder 300 bytes ES Áudio (24B) t Δt2 Δt1=40ms 300 bytes = (37,5ms * 64bytes) / 8ms Ver slide do atraso na captura de áudio… * 24 Bytes em 30ms equivale a 6,4kbit/s

Atraso na compressão de áudio Padrão Faixa de freqüência Taxa de transmissão Complexidade Qualidade G.711 300 Hz-3.4 kHz 64 kbps 1 Excelente G.722 50 Hz-7 kHz 48, 56 ou 64 kbps 2 Boa G.722.1 14 kHz 24-32 kbps - G.722.2 6.6-23.85 kbps G.723.1 5.3 ou 6.3 kbps 25 Razoável a boa G.726 16,24,32,40 kbps Boa a razoável G.728 16 kbps G.729 8 kbps 15 * G.722: usa 16.000 amostras de 14 bits por segundo, codificação Sub-band Adaptive differential PCM. Quando usa os modos 48 ou 56k, permite um canal auxiliar de dados de 16kbit/s ou 8 kbit/s, respectivamente. * G723.1: cria quadro de 30ms de voz mais look ahead de 7,5ms. 8.000 amostras de 16 bits por segundo, quadro de 240 amostras equivale a 30ms. * G726: converte o G.711 em menor banda através da codificação ADPCM, ou seja, efetua transcodificação. * G.729: cria quadro de 10ms (80 amostras) de voz mais look ahead de 5ms. 8.000 amostras de 16 bits por segundo. Codec CS-ACELP Nyquist: taxa amostragem o dobro ou maior do que a maior freqüência...

Atraso na compressão de vídeo Vídeo possui redundância temporal, espacial, psicovisual, etc.

Atraso na codificação Codecs G.711 e H.264 (transmissão em SD) 1ms de atraso no G.711 (rápido) H.264 SD – vai depender da complexidade do H.264 (número de opções ativas), bem como máquina e consumo de CPU dos outros processos para saber atraso da codificação em software.

Atraso no empacotamento Já contando com cabeçalhos IP, UDP, RTP Calcule atraso para: G.729 = 8 kbit/s G.711 = 64 kbit/s a) considerando tamanho do pacote = 1000 bytes R = b) considerando tamanho do pacote = 100 bytes Debate sobre as conclusões… Qual o melhor codec? 1000 bytes: G. 729 => 1s G.711 => 125ms 100 bytes: G.729 => 100ms G.711 => 12,5ms

Atraso no meio físico 400 km de distância Meio de transmissão é fibra ótica no backbone, e par trançado na rede local Atraso na fibra ótica? Atraso no par trançado? Atraso total = _____ Conclusões Atraso tanto na fibra ótica como no par trançado é igual a 2/3 da velocidade da luz Atraso no meio físico é de 400/200.000 = 2ms

Qual atraso se fosse satélite?

Calcule o atraso se fosse satélite 400 km de distância (quase indiferente) Satélite GEO fica a 36.000km de altitude Velocidade das ondas eletromagnéticas no vácuo e no ar? Atraso = ____ Conclusões Velocidade das ondas eletromagnéticas é igual à velocidade da luz (vácuo) ou pouco menos no ar (286.000 km/s). Atraso “one way” no satélite é de 72.000/300.000 = 240ms

Atraso nos eqtos intermediários Switches: pode ser cut-through, store and forward ou adaptive Roteadores: store and forward Calcular custo para 3 roteadores store and forward numa rede de 2Mbit/s. Tamanho do pacote = 125 bytes R = Debate sobre as conclusões Cada roteador store and forward custa uma desinserção e uma inserção para o primeiro pacote. Os roteadores intermediários possuem o custo de inserção e desinserção compartilhados T=0,5ms cada inserção e desinserção. R Ti1 Td1 Ti2 Ti3 Td3 Compartilhado

Atraso devido ao tempo de inserção Calcular inserção de um pacote de 125 bytes para 13 kbit/s, 2Mbit/s e 100Mbit/s Tempo de inserção ou desinserção = L/T (L=tamanho do quadro em bits; T=taxa em bits/s) 13 kbit/s: R = 2Mbit/s: R = 100Mbit/s: R = 13 kbit/s: 77ms 2Mbit/s: 0,5ms 100Mbit/s: 10us

Atraso nas filas dos roteadores O custo de cada pacote na fila, durante um congestionamento, é igual ao custo de uma desinserção de pacote Ou seja, a rapidez para sair da fila vai depender da velocidade do link

Atraso devido ao Jitter Como o sistema de transmissão multimídia se adapta ao Jitter?

Atraso devido ao Jitter Como o sistema de transmissão multimídia se adapta ao Jitter? Através da criação de um buffer no receptor, que “amortece” a variação na chegada dos pacotes. Quanto maior o jitter, mais atraso o sistema gera.

Atraso devido ao reordenamento de pacotes Como os roteadores fazem balanceamento de carga?

Atraso devido ao reordenamento de pacotes Como os roteadores fazem balanceamento de carga? a) por fluxo b) por pacote

Atraso devido ao reordenamento de pacotes Balanceamento de carga por fluxo Todo tráfego com um mesmo IP origem e IP destino é encaminhado pelo mesmo link 3x34Mbit/s

Atraso devido ao reordenamento de pacotes Balanceamento de carga por pacote Pacotes são enviados de forma “round robin” através dos diferentes enlaces 3x34Mbit/s

Atraso devido ao reordenamento de pacotes Como o receptor se adapta a isso? R. buffer e reordenamento de pacotes interno ao sistema, o que gera mais atraso.

Visão no receptor

Resumo dos atrasos Time-sharing de processos na máquina Transmissão física Codificação de áudio e vídeo Empacotamento Equipamentos intermediários (store and forward) Fila dos roteadores Inserção e desinserção Adaptação ao jitter Adaptação ao skew Adaptação a pacotes fora de ordem

Medida de carga de uma rede Quais as diferenças? Rede local de empresa pequena Backbone

Medida de carga de uma rede Rede local de empresa pequena

Medida de carga de uma rede Backbone: Acessar http://www.rnp.br/ceo/trafego/panorama.php