Qos para videoconferência Alexei Korb Liane Tarouco Leandro Marcio Bertholdo UFRGS

Tópicos da apresentação A experiência do GTRH & UFRGS O funcionamento do MCU Análise do protocolo Estratégia de QoS adotada

Experiências de EAD GTRH UFRGS Segurança de redes de computadores Gerência de Redes Simpósio Evolução da Internet (COMDEX 2001) UFRGS Pós-graduação Informática na Eucação

Cenário

Recursos utilizados MCU Cliente Meeting Point da CuSeeMe CISCO 3510 Netmeeting CuSeeMePro (versão > 4.1) Polycom

Sistema de videoconferência Servidor de videoconferência ITU H.323 Vídeo sobre pacotes Clientes Netmeeting CuSeeMe outros

Videoconferência na Internet CuSeeMe Mbone H.323

Experiências de ensino à distância Diversas áreas tem implantado atividades de ensino à distância São utilizados serviços básicos da Internet correio eletrônico WWW chat

Componentes da solução Terminais Gateways Gatekeepers Unidades de Controle Multiponto (MCU - Multipoint Control Unit)

Terminais São entidades da H 323 nas extremidades de uma rede de transmissão de multimídia, as quais comunicam-se em duplo sentido e em tempo real com outros terminais H 323 através da transmissão e recepção de sinais de controle, áudio, vídeo e dados (isoladamente ou em conjunto).

Gatekeeper Controle de acesso Gerenciamento de largura de banda Localização de Gateways Integrante do software MCU

Gatekeeper provê serviços de controle de chamadas para os terminais H.323 presentes na zona Controle de acesso Controle de acesso (Autorização de chamadas) Tradução de endereços Gerenciamento de largura de banda Localização de Gateways Gerenciamento de zona Sinalização de controle de chamada (no modo de conferência roteado) Gerenciamento de chamadas Implementação de função deve estar separado de outras funções (tal como MCU)

MCU Estabelecer uma conferência multiponto com um ou mais terminais e Gateways Elemento essencial para o estabelecimento de uma videoconferência entre mais de 2 estações (comunicação multiponto)

H.323 componentes

Terminais H.323

MCU usado na UFRGS O servidor de videoconferência software MeetingPoint da CuSeeMe Networks, que provê a função de MCU (Multipoint Control Unit) ambiente LINUX hardware PC 750 MHz com 128 Mbytes de memória e 18 Giga bytes de disco http://mcu.ufrgs.br/mpcs

Instalação do MCU Servidor instalado no CPD/UFRGS ponto de maior conectividade da rede no-break operação e acesso 24 horas por dia

H.323 Gatekeeper Tradução de endereços Controle de Admissão H.323 Alias para endereços IP com base em registro de terminais Possibilidade de nomes “email-like” Possibilidade de nomes “phone number like” Controle de Admissão Permissão para completar a chamada Pode impor limites de banda Método para controlar o tráfego da LAN

Funções Gatekeeper Gerenciamento do gateway Sinalização de chamadas H.320, H.324, POTS, etc. Sinalização de chamadas Pode rotear chamadas para prover serviços suplementares ou prover funcionalidade Multipoint Controller Gerenciamento/Relatórios/Registros de chamadas

H.323 Protocol Stack RTP RTCP TCP UDP IP H.225. 0 / Q931 T.120 H.245 Control Data T.120 H.245 G.7xx H.26x RTP RTCP Gatekeeper Reg, Adm, Status H.225. 0 / RAS Audio Video A/V Cntl Control H.235 (Opcional p/ Criptografia) TCP UDP IP

Call Setup A Call Setup Example a point to point call 3rd terminal invited into call (Ad hoc multipoint) One Gatekeeper using the Direct Call Model O gatekeeper é usado para todos serviços que não dependem do terminal: Conhecimento de quem está on-line e pode ser chamado Designar acesso a recursos de rede Monitorar a disponibilidade dos recursos de rede, gateways e terminais

Call Connection GK (5) ARQ May I answer? (6) ACF Yes (4) SETUP (Create) PictureTel (7) ALERTING (8) CONNECT (User answers) Bob Bill

Call Connection – localização e registro com o gatekeeper 1) O endereço IP do GK pode ser configurado manualmen- te ou ser descoberto automaticamente Descoberta automática GK Porta 1718 (multicast) grupo 224.0.1.41 Porta 1719 (unicast) (1) GRQ (multicast) Quem é meu GK? (3) RRQ Registro com o GK (4) RCF Você está registrado comigo. (2) GCF Eu posso ser seu GK. PictureTel Mensagem contém o endereço de transporte para estabelecimento da chamada Bob Bill

Bill invites Ross GK (13) ARQ May I Join? (10) ARQ Invite Ross (11) ACF Resolved Ross’s IP Address (14) ACF Yes (12) SETUP (Invite) PictureTel (15) ALERTING (16) CONNECT Ross (17) H.245 CONNECTION

Call Connection – Estabelecimento da Chamada GK (8) ARQ May I Join? (5) ARQ Can I make a call? (6) ACF Yes – Resolved Biil´s IP address (9) ACF Yes (7) SETUP (Invite) PictureTel (10) ALERTING (11) ALERTING Bob Bill (12) H.245 CONNECTION

QoS nos canais RAS, H.225.0 e H.245 RAS – Usado para: Caso qualquer uma destas operações falhar o Sist. Pode ficar indisponível . RAS – Usado para: Localização e registro com GK; Negociação de largura de banda, e; Desligamento do GK. H.225.0 – Usado para: Estabelecer e encerrar conexões H.245.0 – Usado para: Estabelecer a troca de capacidades Soluções possíveis: Usar unicast com TTL baixo Usar ARQ pré concedido Designar prioridades (QoS), para usuários prioritários Deve ser garantido Delay mínimo para o estabelecimento da chamada. Deve ser garantido Delay mínimo para o estabelecimento da chamada.

Medições realizadas Comunicações T.120 entre Terminais (Netmeeting), iniciam antes da abertura de canais lógicos. (recomendação determina que seja depois), estamos investigando o motivo; Exemplo clique aqui ! O modelo de conferência centralizado (tightly coupled) ocupa muitos recursos do MCU, pode ser uma causa das falhas de comunicação, pois todos mantém canais H.245, ativos com o MCU durante todo o tempo de comunicação; Abaixo é mostrado um fragmento de um log do MCU Meetingpoint Event> Mon Nov 26 17:15:54 2001 Pkts in 25655 Pkts Event> client Leandro Bertholdo - T.120 session closed Event> Mon Nov 26 17:16:54 2001 Pkts in 27438 Pkts Event> Mon Nov 26 17:17:55 2001 Pkts in 1695 Pkts Event> client Alexei Korb timeout -- holding down Event> Mon Nov 26 17:18:55 2001 Pkts in 3324 Pkts Event> client Alexei Korb - T.120 session closed due to insufficient bandwidth Event> Mon Nov 26 17:19:56 2001 Pkts in 4708 Event> Mon Nov 26 17:20:56 2001 Pkts in 5850 Event> client Liane Tarouco - T.120 session closed due to insufficient bandwidth Event> Mon Nov 26 17:21:57 2001 Pkts in 7114 Event> Mon Nov 26 17:22:58 2001 Pkts in 8182

A troca de dados T.120 começa aqui O canal foi estabelecido aqui

Medições realizadas Comunicações T.120 entre Terminais (Netmeeting), iniciam antes da abertura de canais lógicos. (recomendação determina que seja depois), estamos investigando o motivo; Exemplo clique aqui ! O modelo de conferência centralizado (tightly coupled) ocupa muitos recursos do MCU, pode ser uma causa das falhas de comunicação, pois todos mantém canais H.245, ativos com o MCU durante todo o tempo de comunicação; Abaixo é mostrado um fragmento de um log do MCU Meetingpoint Event> Mon Nov 26 17:15:54 2001 Pkts in 25655 Pkts Event> client Leandro Bertholdo - T.120 session closed Event> Mon Nov 26 17:16:54 2001 Pkts in 27438 Pkts Event> Mon Nov 26 17:17:55 2001 Pkts in 1695 Pkts Event> client Alexei Korb timeout -- holding down Event> Mon Nov 26 17:18:55 2001 Pkts in 3324 Pkts Event> client Alexei Korb - T.120 session closed due to insufficient bandwidth Event> Mon Nov 26 17:19:56 2001 Pkts in 4708 Event> Mon Nov 26 17:20:56 2001 Pkts in 5850 Event> client Liane Tarouco - T.120 session closed due to insufficient bandwidth Event> Mon Nov 26 17:21:57 2001 Pkts in 7114 Event> Mon Nov 26 17:22:58 2001 Pkts in 8182

Medições realizadas Problema: A captura não apresenta o horário em que o pacote foi capturado. Fica muito difícil encontrar o que está acontecendo em cada pacote enviado pelo MCU exatamente no momento de encerramento da conexão. Seria interessante um analisador de protocolos on-line para descobrirmos exatamente o que está acontecendo; A documentação de algus produtos ainda é carente de informações detalhadas e precisas, pois como o padrão está evoluindo constantemente. Possíveis candidatos para tratamento diferenciado (QoS) Canal RAS. Sinalização H.225.0 Troca de Capacidades Canais de mídias (Classificar de níveis de serviços diferenciados dependendo da aplicação de usuário).

Software cliente Netmeeting (Microsoft) CuSeeMe (CuSeeMe Networks Inc)

Sistemas adicionais usados Learning Space controle de acesso dos alunos ao ambiente de ensino-aprendizagem gerenciamento de comunicação Equitext desenvolvimento próprio co-autoria via WWW Servidor Real (broadcast) Diversas velocidades (20Kbps a 250 Kbps)

Transmissão via Real Várias velocidades possíveis Plugin e navegador Ajustável ao usuário Modem rede TV cabo Intranets

Formas de apoio a interação Síncrona Chat Videoconferência Assíncrona Email Forum Editor colaborativo de texto Editor colaborativo de mapa conceitual

T.120 T.120 Reprojetor Câmara documentos Whiteboard impressora RDSI RDSI Desktop Video + Whiteboard + Compart. Aplic. T.120 DDD LAN PictureTel Audio + Compartilhamento de Aplicações

T.120 protocol stack Application Protocols Whiteboard Overhead Proj Photos Documents File Transfer A/V Control Switching App Sharing Reservations Application Protocols T.126 - Still Image, T.127 - File Transfer T.130 - A/V Control, T.SHARE, T.RES TERMINAL T.124 - Generic Conference Control T.122 / T.125 - Multipoint Comm. Service MCU T.123 - Transport Stacks ISDN POTS Voice/ Data LAN ATM

T.120 O padrão T.120 contém uma série de protocolos de comunicação e aplicação, e serviços que dão suporte para comunicação de dados multiponto em tempo-real. Aplicações colaborativas, tais como conferências de dados, aplicações multiusuários e jogos para multi-jogadores

T.120 Entrega de dados multiponto Interoperabilidade e independência de plataforma Entrega de dados confiável Entrega habilitada para multicast Transparência de rede e independência de rede Independência de aplicação Co-existência com outros padrões Extendabilidade

Série T.120 T.120: Protocolos de dados para conferência multimídia: provê uma sinopse da série T.120 (1996) T.121 : Padrão de aplicação genérico: provê um guia para desenvolvimento de protocolos de aplicação T.120 (1996).

Série T.120 T.122: Descrição do Serviço de Comunicação Multiponto (MCS): descreve os serviços multiponto disponíveis para fabricantes (1993) T.123 Pilhas de protocolos para aplicações de teleconferências audiográficas e audiovisuais: especifica protocolos de transporte para vários tipos de redes incluindo POST, ISDN e LANs (1994)..

Série T.120 T.122: Descrição do Serviço de Comunicação Multiponto (MCS): descreve os serviços multiponto disponíveis para fabricantes (1993) T.123 Pilhas de protocolos para aplicações de teleconferências audiográficas e audiovisuais: especifica protocolos de transporte para vários tipos de redes incluindo POST, ISDN e LANs (1994)..

Série T.120 T.124: Controle de conferência genérico: define as reservas de suporte de protocolos de aplicação e serviços de controle de conferência básicos para conferências multiponto (1995).

Série T.120 T.124: Controle de conferência genérico: define as reservas de suporte de protocolos de aplicação e serviços de controle de conferência básicos para conferências multiponto (1995).

T.124

Série T.120 T.125 : Especificação de protocolo de serviço de comunicação multiponto: especifica o protocolo de transmissão de dados para serviços multiponto (1994).

Série T.120 T.126: Protocolo para tratamento e anotação de imagem não animada: define compartilhamento de dados colaborativamente, incluíndo quadro branco, compartilhamento de imagem, apresentação de imagem gráfica e intercâmbio de imagem em coferência multiponto (1995).

Série T.120 T.127: Protocolo de transferência de arquivo binário multiponto (1995): define um método de troca de arquivos em uma conferência multiponto (1995).

Série T.120 T.128: Protocolo de compartilhamento de aplicações multiponto: define como participantes, em uma conferência T.120 podem compartilhar aplicações locais, de forma que participantes de outra conferência possam ver a imagem da aplicação compartilhada, e usar o mouse e o teclado para controlar essa aplicação como se ela estivesse rodando localmente.

Série T.120 T.134: Entidade de aplicação de textos de chat: uma definição da T.121 para protocolo de textos de chat.

Série T.120 T.135: Sistema de uso para reserva de transações com uma conferência T.120: define os protocolos reservados para conferência em um ambiente T.120, tipicamente entre uma aplicação cliente e um sistema de agenda que reserva unidades de controle de recursos multiponto (MCUs ou "bridges").

Portas usadas Para o NetMeeting (ou outro cliente H.323) TCP Port 7648: CU-SeeMe connections to the MPCS. UDP Port 7648: sending/receiving CU-SeeMe Video Chat streams. UDP Port 24032: sending/receiving RTP audio and video streams for CU-SeeMe. TCP Port 1503: T.120 Client connections. TCP Port 1720: H.323 call signaling. UDP Port 56800: sending/receiving RTP video streams for clients that support RTP on separate ports. UDP Port 1424: routing H.323 audio streams to third-party streaming applications. UDP Port 1414: routing H.323 video streams to third-party streaming applications. UDP Ports 40000-50000

QoS Quality of Service ou Qualidade de Serviço - a qualidade necessária para satisfazer o usuário daquela aplicação Aplicações necessitam QoS diferentes: telefonia videoconferência download de arquivos TV.

Testes e experiências realizadas UFRGS VoIP Rede TCHÊ Videoconferências RNP COMDEX 2001 GRID

UFRGS - VOIP Topologia

UFRGS - VOIP Problemas enfrentados Delay Fragmentação e Interliving Chamadas não completadas Sem tom de discar Desconexão Cortes na voz

UFRGS - VOIP Testes Realizados Solução com melhores resultados CQ (Custom Queueing) PQ (Priority Queueing) LLQ (Low Latency Queueing) IP RTP Priority Solução com melhores resultados Multilink PPP com LLQ

TCHÊ - Videoconferências

TCHÊ - Videoconferências Problemas enfrentados Alto descarte de pacotes (> 30%) no tráfego normal Mesmo com sobra de 2X a banda necessária, o tráfego em rajada do canal torna impossível transmissões de vídeo não buferizadas. Equipamentos IBM

Tchê Utilizada a implementação da IBM de DiffServ em conjunto com RSVP LLQ foi utilizado visando manter a compatibilidade com Cisco. Definido o serviço HVIDEO (Expedited Forwarding) para video originados no MCU e Real Server

Tchê Definido o serviço CACHE (Assured Forwarding) para tráfego controlado, ou seja, que faz uso da estrutura de caches existente. Reserva de banda de 19% ou 300Kbps para o serviço HVIDEO Reserva de 15% da banda para o serviço CACHE

RNP COMDEX

COMDEX Solução: Serviços Diferenciados com reserva de Banda (DiffServ + RSVP) Necessidade de padronização em enlaces PPP e redes ATM Melia->RS (RNP): Ciscos com LLQ Porto Alegre -> Interior: IBMs com LLQ

Configuração do QoS Estratégia de Filas: LLQ(Low Latency Queuing Tipo de Serviço: EF (Expedited Forwarding) Reserva de banda: Variável, configurada de forma independente em cada segmento

GRID Framework utilizado para videoconferência mundial de alta definição, permitindo interagir com outros participantes. Experiência pioneira com Brasil, Canadá, Alemanha, Estados Unidos, Itália, China e Japão Utiliza IP Multicast

GRID Necessidade de requisitos de alta velocidade (audio e vídeo digital de alta qualidade) Recursos alocados ATM pvc 10Mbps RJ-RS PVC exclusivo para essa transmissão

GRID Resultados Todos os recursos de banda foram utilizados Ótima qualidade de transmissão e recepção

Conclusões Os IBMs demonstraram ser mais estáveis que a solução da Cisco quando agregando outros serviços (IPV6, BGP, Multicast, QoS e RSVP) A simples utilização de priorização através de QoS não garante uma videoconferência estável mesmo com taxas até 3X superior a da vídeoconferência

Conclusões A Reserva de Banda é indispensável, seja através de VCs ou RSVP A solução Diffserv & RSVP se mostrou totalmente adequada para atividades como VoIP e Videoconferências buferizadas ou em tempo real. O RSVP tem o inconveniente de necessitar reconfigurar a reserva desejada em todos os trechos.