Redes de Computadores

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Redes de Computadores

Multimédia

Prof. António Casimiro / José Rufino

Email: docentes‐rcp@listas.di.ciencias.ulisboa.pt

2015/2016

Multimédia e Qualidade de Serviço

Aplicações multimédia: Áudio e vídeo em rede

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Classes de aplicações multimédia

1. Difusão de conteúdo armazenado 2. Difusão ao vivo

3. Interativas, em tempo-real

Características fundamentais

• São tipicamente sensíveis ao atraso

– Atraso end-to-end

– Atraso jitter (variação no atraso dos pacotes do mesmo stream)

• Tolerância a perdas

– Perdas ocasionais não causam falhas significativas

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Difusão de conteúdo armazenado

• Áudio/vídeo

armazenado na fonte

• Transmitido para o cliente

• Difusão (streaming) – o cliente pode aceder ao áudio/vídeo antes de todos os dados terem chegado

– Restrição temporal para os dados ainda por transmitir: chegarem a tempo de serem acedidos

• Exemplo: youtube

Difusão ao vivo

• Características

– Semelhante ao de conteúdos armazenados – Mantém-se a restrição temporal

– Mas não é possível fazer PAUSE, REWIND, FORWARD

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Multimédia interativa em tempo-real

• Aplicações

– Telefonia IP, vídeo-conferência, … • Requisitos no atraso end-to-end:

– Áudio: Bom se < 150ms, Ok se < 400ms

• Se os atrasos forem maiores então serão sentidos e podem por em causa a interatividade

• Início da sessão

– Como é que quem aguarda a ligação anuncia o seu IP, porto e algoritmos de codificação?

Taxas de transmissão

• Áudio: – CD = 1,411 Mbps – MP3 = 96 kbps, 128 kbps, 160 kbps … – Telefonia IP >= 5,3 kbps • Vídeo – MPEG 1 (CD-ROM) = 1.5 Mbps – MPEG 2 (DVD) = 3 a 6 Mbps – MPEG 4 < 1 Mbps

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Multimédia na Internet atual

• TCP/UDP/IP – oferecem um “serviço

melhor-esforço”

– Não existem garantias para os atrasos e perdas

• Como é que as aplicações multimédia

compatibilizam os seus requisitos com a internet atual?

– Utilizando técnicas ao nível de aplicação para mitigar, o melhor possível, os efeitos dos

atrasos e perdas

Técnicas para difusão de conteúdos

armazenados

• Técnicas ao nível de aplicação para extrair o

melhor do “serviço melhor-esforço”:

– Client-side buffering

– Utilização de UDP (em vez de TCP) – Múltiplas codificações

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Difusão de multimédia pela internet

Difusão a partir de um servidor dedicado

Client buffering

• Atraso no arranque do vídeo

– Compensa o atraso na rede e o jitter

constant bit rate video transmission time variable network delay client video

reception _{rate video}constant bit

playout at client client playout delay buffered video Livro 6th Ed: 593-601

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Real-Time Streaming Protocol

• HTTP

– Não é adequado para conteúdo multimédia – Não tem comandos para fast forward, … • RTSP (nível de aplicação) – RFC 2326

– Utilizador pode controlar: rewind, fast forward, pausa, recomeço, reposicionamento, …

– Não define: como encapsular áudio/vídeo, como é o transporte (TCP ou UDP) e como fazer buffering

RTSP – controlo fora de banda

• Utiliza um canal “fora de banda” (porto 554)

– Para enviar as ações de controlo • O canal “dentro da banda”

– É utilizado para enviar áudio/vídeo • É semelhante ao FTP!

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Exemplo RTSP

• Cenário

– Metafile enviado para o browser – Browser lança o player

– Player estabelece a ligação RTSP de controlo e ligação de dados para o servidor de streaming

Diretivas do RTSP

• OPTIONS

– Solicita ao servidor os tipos de pedido que este aceita • DESCRIBE

– Inclui um RTSP URL (rtsp://…) e o tipo de dados esperado pelo cliente. A resposta do servidor inclui a descrição da apresentação, tipicamente em SDP) • SETUP

– Especifica a forma como a difusão deve ser transportada

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Exemplo de metafile

<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"> <track type=audio 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>

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Exemplo de troca RTSP

C: SETUP rtsp://audio.example.com/twister/audio RTSP/1.0 Transport: rtp/udp; compression; port=3056; mode=PLAY S: RTSP/1.0 200 1 OK Session 4231 C: PLAY rtsp://audio.example.com/twister/audio.en/lofi RTSP/1.0 Session: 4231 Range: npt=0-C: PAUSE rtsp://audio.example.com/twister/audio.en/lofi RTSP/1.0 Session: 4231 Range: npt=37 C: TEARDOWN rtsp://audio.example.com/twister/audio.en/lofi RTSP/1.0 Session: 4231 S: 200 3 OK

Aplicações interativas de tempo-real

• PC-2-PC phone

– Ex: Skype • PC-2-phone

– Ex: Dialpad, Net2Phone, Skype, … • Videoconferência com webcam

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Internet phone

• Áudio do falante: alterna sequência de voz com

períodos de silêncio

– 64kbps durante a sequência de voz

– Pacotes gerados apenas durante a seq. de voz – Blocos de dados de 20 ms a 8KB/s = 160 bytes • Bloco de dados + header encapsulados em

segmento UDP

• Aplicação envia segmento UDP para o socket a

cada 20ms durante uma sequência de voz

Internet phone – perdas e atrasos

• Perda na rede

– Datagrama perdido devido a congestão • Perda por atraso

– Datagrama chega demasiado tarde

• Atrasos devido a: processamento, filas, … • Atraso máximo tolerável (típico): 400ms

Livro

6th Ed: 612-614 618-620 Livro

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• Considerar os atrasos end-to-end de 2 pacotes

consecutivos

Jitter

constant bit rate transmission time variable network delay (jitter) client

reception _{rate playout}constant bit

at client

client playout delay

buffered data

Redes de distribuição de conteúdos

• Aproximar os conteúdos dos

clientes

– Desafio para enviar ficheiros grandes (ex: vídeo) de um único servidor de origem em tempo-real – Solução: replicar o conteúdo

em centenas de servidores na internet origin server in North America CDN distribution node CDN server in S. America _{CDN server} in Europe CDN server in Asia

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Exemplo de distribuição de conteúdos

• O servidor de origem distribui HTML dinâmico que

reencaminha para o servidor mais próximo do cliente

www.foo.com/sports/sports.html

DNS query for www.cdn.com

HTTP request for www.cdn.com/www.foo.com/sports/ruth.gif 1 2 3 origin server CDN’s authoritative DNS server

CDN server near client client

Livro

6th Ed: 602-612

Multimédia na internet – Resumo

• UDP pode ser utilizado para evitar o controlo

de congestão do TCP (que gera atrasos)

– As aplicações são sensíveis a atrasos

• Uso de tampões (buffers) e atraso na utilização

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Multimédia na internet – Resumo (2)

• Servidor ajusta débito no envio à largura de

banda do caminho até ao cliente

– Escolhe entre fluxos com diferentes taxas de codificação, ou

– O servidor tem uma taxa de codificação dinâmica

Multimédia na internet – Resumo (3)

• Recuperação de erros (utilizando UDP)

– Forward Error Correction (esquemas para recuperar a perda de um, ou mais, pacotes)

– Interleaving (segmentos de dados divididos em unidades menores que são distribuídas por

diferentes pacotes) – Retransmissões – …

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Exemplo RTSP

• Ligar a um servidor RTSP com um cliente – URL na forma rtsp://…

• Verificar que comandos suporta

• Solicitar difusão de conteúdo multimédia

• Analisar utilização de protocolos TCP, RTSP,

RTP, RTCP

Exemplo RTSP – OPTIONS reply

operações suportadas pelo

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Exemplo RTSP – DESCRIBE reply

descrição da apresentação: • que difusões são controladas pelo URL em Content-Base • bitrate médio • …

Exemplo RTSP – SETUP reply

Forma de transporte para dados RTP • RTP audio video profile • porto para RTP (54602) • porto para RTCP (54603)

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IO graphs – RTP

período

jitter jitter

Largura de banda – RTP

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Redes de Computadores - LTI

TP5 - Elementos de Estudo

• Wireshark User’s Guide – On-line:

• http://www.wireshark.org/docs/wsug_html_chunked/ – No Moodle:

• Wireshark v2.1 User's Guide

• TCP/IP Quick Reference Card

– Disponível no moodle, na secção de materiais de apoio

35 LTI - FCUL

• Computer Networking: a top-down approach featuring

the Internet. J. Kurose and K. Ross. 6th Ed., Addison Wesley, 2010. (em alternativa: 5th_{, 4th, 3rd and 2nd}

editions). – Capítulo 7

• TCP/IP Tutorial and Technical Overview, IBM

Redbooks, December 2006.

Redes de Computadores - LTI

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Obrigado pela vossa atenção!

Questões finais?

http://moodle.ciencias.ulisboa.pt/course/view.php?id=1910 Redes de Computadores (RC‐LTIC)