Protocolos Multimídia na Internet

(1)

Protocolos Multimídia na Internet

Parte 2 – Transporte de Mídia

Redes de Computadores II

Tópicos em Sistemas de Computação

Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian

[email protected]

unesp - IBILCE - SJRP

Veremos:

RTP – Real-Time Protocol RTCP – Real-Time Control Protocol

H.323 e SIP

(2)

Real-Time Protocol (

RTP

)

Transporte de Mídia

Real-Time Protocol

(RTP)

q Protocolo de transporte de áudio e vídeo(RFC 1889.) q Pacote RTP apresenta:

•  Identificação do tipo de carga.

•  Numeração da sequência de pacotes. •  Marcas de tempo.

q RTP roda nos sistemas terminais: client-server

q Pacotes RTP são encapsulados em UDP.

q Interoperabilidade: se duas aplicações usam RTP,

então elas podem ser capazes de operar juntas, mesmo se desenvolvedores diferentes.

(3)

RTP roda sobre UDP

q RTP é um protocolo de aplicação, mas oferece uma interface para a camada de transporte, que

amplia funcionalidades do UDP:

•  Verificação de erros dentro dos segmentos. •  Identificação do tipo de carga .

•  Numeração da sequência.

•  Marcas de tempo. Aplicação

Enlace Física Pseudo “camada de transporte” RTP + UDP juntos fornecem um serviço de transporte de mídia para a aplicação Protocolo aplicação unesp - IBILCE - SJRP

RTP: Exemplo

q  Considere 64 kbps de voz em PCM sobre RTP. •  Dados em blocos, a cada 20 ms = 160 bytes por bloco.

q  O bloco de áudio, junto com o cabeçalho RTP, forma o

pacote RTP, que é encapsulado num segmento UDP.

q  Cabeçalho RTP possui um campo de tipo de

codificação de mídia de cada pacote.

•  Transmissores podem mudar a codificação em voo. q O cabeçalho RTP também contém:

(4)

RTP não fornece QoS (1)

q 

Não

garante

temporização

.

q 

Não

fornece garantia de

banda

.

q 

Não tem efeito nos roteadores no caminho.

•  RTP é visto apenas nos sistemas finais.

•  Roteadores continuam fornecendo o serviço

de melhor-esforço.

RTP não fornece QoS (2)

q 

A fim de fornecer QoS, a

rede

deve prover

um

mecanismo especial

para que a

aplicação possa

reservar recursos da rede

(geralmente na rede local)

.

q 

Uma possibilidade é usar o

RSVP

.

•  ResourcereSerVation Protocol (RFC-2205)

(Exercício)

•  https://memoria.rnp.br/newsgen/0005/rsvp.html •  https://tools.ietf.org/html/rfc2205

(5)

Fluxos RTP (1)

q 

RTP permite atribuir a cada

fonte

o seu

próprio fluxo de pacotes independente.

•  Por exemplo, uma câmera e um microfone.

Exemplo: para uma videoconferência entre 2 participantes, 4 fluxos RTP poderiam ser abertos:

•  2 fluxos para transmitir o áudio.

•  2 fluxos para o vídeo .

–  E um deles em cada direção.

Fluxos RTP (2)

q 

Algumas técnicas populares, incluindo

MPEG1 e MPEG2, juntam o

áudio e o

vídeo num único fluxo

durante a

codificação.

• 

Quando o áudio e o vídeo são reunidos

pelo codificador, então

apenas um fluxo

RTP é gerado, em cada direção

.

(6)

Header RTP completo

Campos de controle do header. •  Version (2bits),

•  Padding (1 bit) •  EXtension (1 bit) •  CSRC Count (CC) (4 bits) •  Marker (1 bit)

Detalhamento: http://www.freesoft.org/CIE/RFC/1889/9.htm (exercício)

Header RTP (1)

Tipo de Carga (7 bits): indica o tipo de codificação usado no momento. •  Se um transmissor muda o tipo de codificação durante uma

conferência, informa o receptor usando deste campo. Alguns deles:

•  0: PCM mu-law, 64 Kbps. •  3: GSM, 13 Kbps. •  7: LPC, 2.4 Kbps. •  26: Motion JPEG. •  31: H.261. •  33: MPEG2 video.

(7)

Header RTP (2)

Número de Sequência (16 bits): O número de sequência é

incrementado em 1, a cada pacote RTP enviado. •  Usado para detectar perdas de pacotes, e para

recuperar a sequência de pacotes.

Header RTP (3)

Campo SSRC (identificador de sincronismo fonte) (32 bits).

•  Identifica a fonte do fluxo RTP.

•  Cada fluxo numa sessão RTP deve ter um SSRC distinto.

(8)

RTP SSRC packets (sniffer)

Header RTP (4)

Timestamp: Campo de marca de tempo (32 bits).

•  Marca o instante de amostragem do primeiro byte no pacote de dados RTP.

•  O receptor pode usar esta marca de tempo para remover o jitter do pacote, e para obter o sincronismo de

reprodução, conforme discutido anteriormente.

(9)

q 

Marca de tempo: é derivada do relógio de

amostragem no transmissor.

•  Para áudio: o relógio de marca de tempo

incrementa em 1 a cada intervalo de

amostragem.

(Exemplo a seguir)

Timestamp (1)

q 

Incrementa em 1 a cada intervalo de

amostragem

.

•  Se taxa amostragem é 8 KHz à 1 / 8000 (1/s). •  Então: incrementa de 1 a cada 125 µs.

•  Exemplo: se a aplicação gera blocos com 160 amostras

codificadas, a marca de tempo aumenta de 160 para

cada pacote RTP, representando 0,2 seg (160 x 125 µs).

q 

O relógio de marca de tempo continua a

aumentar numa taxa constante,

mesmo

quando a fonte está inativa

.

(10)

RTP Timestamp packets

...17406 – 17246 = 160 ...17566 – 17406 = 160 ...18046 – 17886 = 160 ...71084 – 70924 = 160 unesp - IBILCE - SJRP

RTCP

Real-Time Control Protocol

!! NÃO CONFUNDIR COM RTSP !!

(11)

Real-Time Control Protocol (

RTCP

)

q Atua em conjunto com o RTP.

q Cada participante de uma sessão RTP

transmite, periodicamente, pacotes de

controle RTCP para todos os participantes.

•  Cada pacote RTCP contém relatórios do

transmissor e/ou do receptor.

•  Estes relatórios são úteis para a aplicação.

•  Relatórios incluem o número de pacotes enviados,

número de pacotes perdidos, variação de atraso entre chegadas, dentre outras informações.

Retroalimentação

Real-Time Control Protocol (

RTCP

)

q Envia informações de

feedback para a

aplicação

.

• 

Pode ser usada para controle

do desempenho, e para fins de

diagnósticos.

•  Por exemplo, o transmissor pode

alterar suas transmissões a partir

das informações de realimentação.

(12)

Tipos de pacotes RTCP (1)

q 

Pacotes de relatório do

receptor

:

•  % de pacotes perdidos.

•  Último número de sequência.

•  Variância média do atraso entre chegadas.

q 

Pacotes de relatório do

transmissor

:

•  SSRC do fluxo RTP.

•  Tempo corrente.

•  Número de pacotes enviados;

•  Número de bytes enviados.

Tipos de pacotes RTCP (2)

q 

Pacotes de descrição da

fonte

geradora

(caso de broadcasting):

• 

Endereço de e-mail do gerador.

• 

Nome do gerador;

• 

SSRC do fluxo RTP associado.

Estes pacotes fornecem um mapeamento entre o SSRC e o

(13)

Restrição de Banda do RTCP

q 

O RTCP procura limitar seu tráfego a 5%

da banda passante da sessão.

•  Por exemplo: suponha um transmissor enviando

vídeo com uma taxa de 2 Mbps (2000 Kbps). •  RTCP tenta limitar seu tráfego TOTAL a até 100 Kbps.

–  O protocolo oferece 3/4 desta taxa, para os receptores (no exemplo: 75 kbps)

–  1/4 restantes da taxa para o transmissor (no exemplo: 25 kbps).

Finalizando: não confunda!

q 

RTSP – Real Time Streaming Protocol

•  Protocolo para controle de mídia.

q 

RTP – Real Time Protocol

•  Protocolo para transmissão de mídia.

q 

RTCP – Real-Time Control Protocol

•  Protocolo para troca de informações (feedback). “Não confunda catraca de canhão com conhaque de alcatrão”

(14)

Protocolos de Voice over IP

Relacionamento

Redes de voz e dados

Rede SS7 Rede IP Dados Dados Dados Switch Class 4 Switch Class 4 Voz Voz Switch Class 5 Switch Class 5 Rede de Telefonia (PSTN ) Rede de Dados Sites Serviços Web

(15)

VoIP

:

Voice over IP

.

q

 

Por que Usar

VoIP

?

•  Redução da banda de transmissão (compressão da voz). •  Melhor utilização da infraestrutura de transmissão em

rede para voz e imagem.

•  Menor custo de Equipamentos e Infraestrutura. •  Integração de Aplicações de dados e voz.

•  Configuração Simplificada da Rede de Transmissão. •  Menores custos de Transmissão.

Modelo de telefonia em rede

VOZ _VOZ

Sinalização

REDE PSTN(*)

Componentes críticos do sistema de Telefonia em Rede: 1)  Protocolos de transmissão da VOZ.

2)  Protocolos de sinalização.

(16)

Modelo

VoIP

- Protocolos de

Transmissão

Internet RTP/RTCP UDP IP Datalink Physical RTP/RTCP UDP IP Datalink Physical

•  RTP/RTCP: Transmissão em Tempo Real.

•  Operam sobre UDP.

•  CODEC´s: G711: 64 Kbps / G729A: 9 Kbps / G723.1: 5.3 Kbps.

Modelo

VoIP

- Protocolos de

sinalização

REDE TCP/IP H323, SIP MGCP, Megaco TCP / UDP IP Datalink Physical H323, SIP MGCP, Megaco TCP / UDP IP Datalink Physical Protocolos Ponto-a-Ponto: - H.323 - SIP

Protocolos de Controle de Gateways (Mestre/Escravo):

- MGCP.

(17)

H.323

Visão Geral do H.323 (1)

q Surgiu para conferência de áudio e de vídeo,

através de redes TCP/IP.

•  Comunicação de tempo real (ao invés de “sob demanda”) q Recomendação do ITU-T.

•  Telecommunication Standardization Sector (ITU-T)

•  http://www.itu.int/

q Escopo amplo – funciona em:

•  Equipamentos isolados (telefones IP).

•  Aplicações em PCs (softwares).

(18)

Visão Geral do H.323 (2)

q  H.323 trata como os equipamentos terminais:

•  Fazem e recebem chamadas.

•  Negociam codificações comuns de áudio e vídeo.

•  Se comunicam com seus respectivos gatekeepers (visto adiante)

q  Além disso, define ainda:

•  Como os blocos de áudio e vídeo são encapsulados e enviados.

•  Como o áudio e o vídeo são sincronizados.

•  Como os telefones IP e os telefones PSTN(*) convencionais se comunicam.

(*) PSTN = Public Service Telephone Network (é a a rede telefônica convencional comutada, ou “sistema legado”).

H.323 SS7, Inband

Internet PSTN

Gateway Gatekeeper

(19)

Visão Geral do H.323 (4)

q 

Mídia:

•  RTP transporta a mídia.

•  RTCP carrega estado (status) e controle.

•  RTP/RTCP em transporte não confiável, sob UDP.

q 

Sinalização:

•  Transporte confiável, sob TCP.

•  RAS: Protocolo de registro, admissão e estado.

•  Q.931: Protocolo de call setup e finalização.

•  H.245 : Protocolo de controle de troca.

•  Faz o controle “fora-da-banda” para controlar a mídia entre os terminais.

A arquitetura do H.323

Aplications Audio/Video Codecs Audio/Video RTP RTCP H.225.0Ras Signaling H.225.0 Call Signaling H.245 Control Signaling Terminal / Application Control

UDP TCP

(20)

SIP

Session Initiation Protocol

Session Initiation Protocol (SIP)

q  Mídia:

•  RTP carrega fluxo de mídia real.

•  RTCP carrega informações de estado e controle.

•  Ambos via transporte não confiável em UDP.

q  Sinalização transportada também sobre UDP.

•  Mecanismo de mensagens para estabelecimento

de sessões.

•  SDP – Linguagem estruturada para descrição de sessões.

q  Utiliza áudio codecs para mídia. •  (G.711, G.723.1, G.729, etc...)

(21)

A arquitetura do SIP

Aplications Audio/Video Codecs Audio/Video RTP RTCP SAP SIP HTTP SDP UDP TCP IP Conference Applications unesp - IBILCE - SJRP VOZ _VOZ Internet SIP RTP/RTCP SIP SIP Proxy

(22)

Comparação SIP x H.323

H.323

q Mensagens H.323 são

binárias.

q São codificadas usando

ASN.1 q São necessários decodificadores especiais (parsers) para mapear em formato legível.

SIP

q Mensagens são em formato texto (inclusive suportando Unicode). q Facilmente implementado em Perl, Tcl, Java, etc… q Debugging é fácil:

tcpdump, ngrep, netcat, etc…

Resumo comparação SIP x H.323

H.323

q Desenvolvimento

iniciado há mais tempo.

q Mensagens mais

curtas, mas binárias. q Mais complexo. q Geralmente custo menor. q Muitas opções disponíveis (vários freeware).

SIP

q Escalável. q Extensível. q Menor complexidade, mensagens em texto. q Facilidade de implementação. q Customização. q Permite controle de chamadas por terceiros.

(23)

Comparação H.323 x SIP

Aplications Audio/Video Codecs Audio/Video RTP RTCP H.225.0Ras Signaling H.225.0 Call Signaling H.245 Control Signaling Terminal / Application Control

UDP TCP IP Aplications Audio/Video Codecs Audio/Video RTP RTCP SAP SIP HTTP SDP UDP TCP IP Conference Applications H.323 SIP unesp - IBILCE - SJRP

(24)

QoS em Redes IP V4

Oferecendo QoS em Redes IP

q Os grupos do IETF desenvolveram propostas para

fornecer melhor controle de QoS em redes IP.

•  Buscando superar o serviço de melhor esforço, e prover

alguma garantia de QoS com a tecnologia atual.

q Desenvolvimentos incluem Serviços Diferenciados,

(25)

Serviços integrados X diferenciados

q 

Serviços Integrados

•  Baseado em protocolo de sinalização: RSVP

•  Permite efetuar reserva de recursos fim-a-fim

para garantir a QoS de um dado fluxo, no momento em que o fluxo é criado.

q 

Serviços Diferenciados

•  Não utiliza protocolo de sinalização.

•  Utiliza um esquema de priorização de recursos

baseado em SLA (Service Level Agreement) previamente configurados.

Differentiated Services

-

Diffserv

(26)

Serviços diferenciados

Abordagem:

q 

Apenas

funções simples

no

interior da rede

,

e funções relativamente

complexas

nos

roteadores de borda

(ou nos hosts).

q 

Não define classes de serviço

.

•  Ao invés disso, fornece componentes

funcionais com os quais as classes de serviço

podem ser construídas.

Funções de borda

q  Executados num computador com funções de DS(serviços

diferenciados), ou no primeiro roteador com funções de DS.

q  Classificação: o nó de borda marca os pacotes de acordo com

regras de classificação a serem especificadas (manualmente pelo administrador ou por algum protocolo de sinalização).

q  Condicionamento de Tráfego: o nó de borda pode atrasar e

então enviar, ou pode descartar.

roteador de borda: classificação

condicionamento roteador central:

(27)

PHB

Per-Hop-Behavior

q Envio ocorre de acordo com PHB -

Per-Hop-Behavior (comportamento por salto) especificado para aquela classe em particular

•  Este PHB baseia-se estritamente na marcação de classe. •  Nenhum outro campo do cabeçalho pode ser usado para

influenciar o PHB.

(exercício)

q GRANDE VANTAGEM:

Não há necessidade de manter informação de estado nos roteadores.

Serviços diferenciados (DiffServ)

q  QoS na Internet para agregações de fluxos.

q  Resumindo:

•  Sem estado para cada fluxo de dados. •  Sem sinalização para cada nó.

q  Utiliza um “Campo DS” nos headers dos datagramas •  Pacotes são marcados para receber serviços diferenciados

nos “Domínios DS”.

•  Campo TOS do IPv4 ou Traffic Class do IPv6. •  Identifica o PHB (Per-Hop Behavior)

(28)

Classificação e condicionamento (1)

q  Datagrama é rotulado usando:

•  Campo TOS (Type of Service - TOS) no IPv4.

•  Campo “Classe de Tráfego” no IPv6.

q  6 bits usados para o Código de Serviços Diferenciados ou DSCP - Differentiated Service Code Point:

•  DSCP determina qual o PHB que o pacote receberá.

q  2 bits são atualmente reservados para uso futuro.

Version IHL Type of service Total length Identification

Time to live Protocol

Fragment offset Header checksum Source address

Destination address Options (0 or more words)

D F M F 32 Bits

(29)

q Pode ser desejável limitar a taxa de injeção de

tráfego em alguma classe.

•  Usuário declara o perfil de tráfego (por exemplo taxa e

tamanho das rajadas).

q Tráfego é medido e ajustado se não estiver de

acordo com o seu perfil.

Classificação e condicionamento

pacotes classificador marcador

ajuste corte enviar descartar medidor unesp - IBILCE - SJRP

Contratos e serviços

q 

SLA: Service Level Agreement

•  Contrato comercial bilateral.

•  Identifica perfil de tráfego

q 

Nível de Serviço:

•  “tratamento global de um determinado

subconjunto do tráfego de um usuário dentro de

um Domínio DS, ou fim a fim”.

q 

PHBs + regras de policiamento = vários

(30)

Domínios proporcionam serviços especificados no SLA aos seus clientes

SLA: Service Level Agreement

SLA SLA SLA SLA SLA Domínio Domínio Domínio Fonte Destino

Arquitetura de Serviços Diferenciados (

Lógica

)

Condicionamento de tráfego (1)

q Classificador:

•  seleciona os pacotes dentro de um fluxo através do cabeçalho (BA e MF).

q Medidor:

•  mede o fluxopara verificar se está de acordo com o perfil de tráfego contratado (SLA).

q Marcador:

•  grava determinado padrão de bits no codepoint (DSCP).

q Suavizador (shapping):

•  atrasa tráfego fora do perfil, para torná-lo dentro do perfil.

(31)

q 

Nem todos os quatro elementos precisam

estar presentes em todos os nós de borda

Condicionamento de tráfego (2)

Pacotes Classificador Marcador Medidor Suavizador/ Descartador Condicionador unesp - IBILCE - SJRP

Perguntas em aberto:

q 

Como/quando/se o QoS irá funcionar em

uma Internet completamente heterogênea ?

q 

Como se obtém QoS quando múltiplos

domínios administrativos de trânsito

(backbones distintos) ?

(32)

Sumário do tópico:

q Características da Mídia na Internet.

q Problemas e desafios.

q Fluxo contínuo de áudio e vídeo armazenados.

q Codificação de áudio e vídeo, PCM e MP3.

q Controle de mídia com RTSP.

q Aplicações interativas em tempo real.

q Protocolos para transportar mídia: RTP, RTCP.

q VoIP: H323 e SIP

q QoS real na Internet Ipv4: serviços

diferenciados

63

Apêndice:

O QUE É O

“

ASTERISK

”

?

(33)

Conceitos Básicos

q Asterisk é um grande projeto de código livre para

um PABX IP baseado em software (PABXIP). q Provê todas as funcionalidades de um PABX

tradicional, além de muitas outras, por um baixo custo.

•  Utilizando o Linux como sistema operacional

q Com o Asterisk um computador ou servidor

transforma-se em um PABX Digital poderoso, de baixo custo e altamente flexível.

q O Asterisk permite integrar aparelhos telefônicos,

computadores, centrais convencionais, intranets e a Internet em uma única plataforma de voz.

(34)

História

q Criado para atender às necessidades da Linux

Support Services, de Mark Spencer, recém-formado em Engenharia da Computação, em 1999.

q Em 2001, conhece Jim Dixon.

•  Criador do “Zapata” (hardware) de integração de telefonia.

q Nos anos seguintes, a Digium (Asterisk) teve taxa

de 100% de crescimento.

q Em Agosto de 2006 com apenas 5 desenvolvedores

e 350 colaboradores, recebeu seu primeiro aporte de capital externo: US$ 13.8 Milhões da Matrix Partners.

q  ^ Kraeuter, Chris (August 9, 2006). "Digium Gets Funding From Matrix". Forbes. http://goo.gl/UsDcqa

Asterisk - PABXIP Comunicação Unificada

Funções especiais:

1. CallBack e WebCallBack; 2. PABX Virtual e WebPABXIP; 3. WebFax; 4. Senha VoIP; 5. Discadora Automática; 6. Marketing Voice; 7. Back0800; 8. Orelhão VoIP; 9. Integração com ERP; 10. URA

Funções básicas:

Ligar, receber, “puxar”, transferir, monitorar, esperar, music on-hold, áudio conferência, vídeo conferência, relatórios, etc...

(35)

Integração de mídias

q Asterisk possui uma grande integração de mídias.

q Asterisk conversa nos protocolos IAX, SIP e H.323,

porém devido ser um opensource muitos conversores de mídia foram especificamente projetados.