VIDEOCONFERENCIA. introducción Problemática específica de multimedia sobre redes. –El tráfico MM requiere un ancho de banda mucho mayor que el tráfico.

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1 VIDEOCONFERENCIA

2 introducción Problemática específica de multimedia sobre redes. –El tráfico MM requiere un ancho de banda mucho mayor que el tráfico tradicional de datos (25 seg QT 320x240 = 1000 pantallas de texto) –Las aplicaciones requieren tiempo real (latencia en telefonía -> 250 msec). Congestión de red -> pérdida de paquetes. –El tráfico de datos es “bursty”. En MM es necesario “suavizar” el flujo de datos (overflow): control de flujo. La solución: –Clasificar todo el tráfico MM sobre IP –Asignar prioridades a diferentes aplicaciones –Reservar recursos de red

3 referencias http://www.ietf.org/ http://www.streamingmedia.com/ http://www.linux.org/docs/ldp/howto/HOWTO-INDEX/howtos.html http://www.acm.org/sigmm/ http://www.msdn.microsoft.com/library/ http://www.realnetworks.com/resources/index.html

4 ip. modelo de capas internet IP Data Link Presentation Application Transport Network Physical Data Link Presentation Application Transport Network Physical Data Link Network Physical Host AHost B Router

5 ip multicast

6 Qué se necesita para tener IP multicast  En los extremos (hosts) Soporte para IP MC en el stack TCP/IP Soporte de IGMP para peticiones de subscripción y recibir tráfico MC Tarjetas de red eficientes al filtrar direcciones LAN mapeadas de direcciones MC IP Software de aplicación con soporte MC  En la WAN Los encaminadores intermedios han de soportar MC Los Firewalls deben reconfigurarse para permitir tráfico MC ip multicast

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8 Direccionamiento Multicast  La Internet Assigned Numbers Authority (IANA) controla la asignación de direcciones IP multicast.  Se ha asignado el antiguo espacio de direcciones clase D para IP multicast: 224.0.0.0 -> 239.255.255.255 Direcciones Reservadas Locales  IANA ha reservado las direcciones en el rango 224.0.0.0 a 224.0.0.255 para ser usadas por los protocolos de red en el segmento de red local. Paquetes con estas direcciones no son encaminados por el encaminador (TTL=1) 224.0.0.1 todos los sistema de esta subred 224.0.0.2 todos los encaminadores de esta subred 224.0.0.5 encaminadores OSPF 224.0.0.6 encaminadores designados OSPF 224.0.0.12 agente DHCP (server/relay) ip multicast. direccionamiento

9 Direcciones Globales  El rango de direcciones 224.0.1.0 a 238.255.255.255 se denominan direcciones de alcance global. Se pueden utilizar para multicast de datos en la organización o a través de Internet.  Algunas direcciones están reservadas por IANA: 224.0.1.1 Network Time Protocol (NTP)  El rango de direcciones 239.0.0.0 a 239.255.255.255 contiene direcciones de alcance limitado. De acuerdo con el RFC 2367 están restringidas a un grupo local u organización. Los encaminadores se configuran para filtrar estas direcciones y evitar que el tráfico multicast salga al exterior del sistema. ip multicast. direccionamiento

10 Direcciones multicast Nivel 2  Habitualmente las tarjetas de red (NICs) en un segmento LAN will reciben sólo paquetes con su dirección MAC o la dirección MAC broadcast.  Las especificaciones IEEE para LAN preveen en el estandar 802.3 la capacidad para soportar multicast: el bit 0 del primer octeto es utilizado para indicar un frame Ethernet broadcast o multicast. ip multicast. direccionamiento

11 Tiempo de vida (TTL)  El campo TTL controla el número de saltos que un paquete multicast puede realizar.  Cada vez que el paquete atraviesa un encaminador, TTL se descrementa en 1.  Un paquete multicast con TTL=0 es descartado.  TTL MBONE: 1 red local 15 sitio 63 región 127 mundo ip multicast. direccionamiento

12 El Internet Group Management Protocol (IGMP) es el que utilizan los encaminadores para conocer de la existencia de miembros de grupos MC directamente conectados a sus subredes. Descrito en el IETF Standard (RFC 1112) Implementado sobre datagramas IP, tiene dos clases de paquetes:  Host Membership Query (HMQ)  Host Membership Report (HMR) ip multicast. IGMP

13 Operación  Un encaminador por red envía periódicamente un mensaje multicast (nivel 2) IGMP HMQ (224.0.0.1) pidiendo información a los hosts del LAN (TTL=1)  Cada host envía un mensage IGMP HMR por cada grupo a la dirección del grupo.  Cuando un proceso pide suscribirse a un grupo multicast, el driver crea una dirección MC hardware nueva y un mensaje IGMP HMR.  La información IGMP es utilizada por los protocolos de encaminamiento multicast para comunicar a los encaminadores vecinos información de grupos y propagar esta información por la red. ip multicast. IGMP

14 Para cada par (fuente,grupo destino), el tráfico multicast se transmite a traves de una estructura de árbol (spanning tree) que conecta todos los hosts en el grupo. Protocolos de encaminamiento modo denso:  Los miembros del grupo MC están densamente distribuidos en la red: protocolos de modo denso.  Se basan en la técnica flooding para propagar la información a los encaminadores.  Protocolos: Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP) Multicast Open Shortest Path First (MOSPF) Protocol-Independent Multicast-Dense Mode (PIM-DM) ip multicast. encaminamiento multicast

15 Protocolos de encaminamiento modo esparcido:  Los miembros del grupo MC están esparcidos en la red: protocolos de modo esparcido.  Utilizan técnicas más selectivas para no desperdiciar ancho de banda de la red  Protocolos: Core Based Trees (CBT) Protocol-Independent-Sparse Mode (PIM-SM) ip multicast. encaminamiento multicast

16 Protocolo de Encaminamiento Multicast por Vector de Distancia IETF Standard (RFC 11075) Utilizado en MBONE DVMRP construye un árbol por cada par (fuente, grupo), con los receptores en los extremos. La métrica es el número de saltos. DVMRP asume que todos los hosts pertenecen al grupo multicast. ip multicast. encaminamiento multicast

17 Construcción del árbol  El encaminador designado, transmite un mensaje MC a los encaminadores adyacentes. El proceso se repite hasta que llega a todos los miembros del grupo.  Cada encaminador compruba sus tablas unicast para determinar el interfase que da el camino más corto a la fuente. Si coincide con el interfase por el que ha llegado el mensaje, se repite el proceso. Si no, el mensaje es descartado. ip multicast. encaminamiento multicast

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19 Túneles IP:  Para conectar redes MC separadas por enlaces no multicast, los datagramas MC son encapsulados en datagramas unicast (punto a punto) estándares. ip multicast. encaminamiento multicast

20 Prococolos TCP/IP fueron diseñados para:  Transmisión fiable  Sin considerar los retrasos Algunos problemas para gestionar el tráfico MM:  Mecanismo de retransmisión de TCP  Mecanismos de control de congestión de TCP  TCP no provee mecanismos de temporización  No existen mecanismos de gestión del ancho de banda  IP no garantiza el orden de entrega de paquetes El tráfico MM tiene características peculiares, que requiere su propio conjunto de protocolos:  Realtime Transport Protocol (RTP)  Realtime Control Protocol (RTCP)  Realtime Streaming Protocol (RTSP)  Resource Reservation Protocol (RSVP) Necesidad de protocolos adicionales

21 Formato de paquetes para flujo de datos multimedia IETF Standard (RFC 1889), ITU Standard H.225.0 Como protocolo de transporte  Provee servicios de transporte extremo a extremo (corre en los sistema finales)  Provee demultiplexación Como protocolo de aplicación  Corre sobre UDP (multiplexación, correción de errores) aunque no exclusivamente.  Mecanismos para añadir fiabilidad y control de flujo Realtime Transport Protocol (RTP)

22 RTP incluye información de  Tipo de carga (descodificación)  Número de orden (pérdida)  Marca de tiempo (sincronización) RTP se personaliza a cada aplicación definiendo el perfil del tipo de datos (payload): especifica el tipo de codificación de audio/vídeo transportado en el paquete RTP. Sesión RTP:  La aplicación define dos puertos de destino (una dirección de red + 2 puertos RTP y RTCP)  Cada medio se transporta en una sesión RTP separada (con su propio RTCP) Realtime Transport Protocol (RTP)

23 Datos RTP en un paquete IP Realtime Transport Protocol (RTP)

24 Campos fijos en la cabecera RTP Realtime Transport Protocol (RTP) 0 1 2 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ |V=2|P|X| CC |M| PT | sequence number | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+++ | timestamp | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+ | synchronization source (SSRC) identifier | +=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+=+ | contributing source (CSRC) identifiers | |.... | +-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+

25 RTP ¿Protocolo de tiempo real?  No garantiza entrega en tiempo (ningún protocolo extremo a extremo lo hace)  No garantiza el orden de paquetes  Provee servicios de sincronización de flujos diferentes. RTP ¿Protocolo fiable?  No hay mecanismos de recuperación de paquetes (->dependiente del contenido del paquete, ej. Redundancia en datos de audio)  Mecanismos de retransmisión utilizados por el nivel de aplicación. Realtime Transport Protocol (RTP)

26 Túneles HTTP  Paquetes RTP embebidos en paquetes HTTP  Paso a través de firewalls y/o encaminadores NAT  Debe ser soportado por el servidor Realtime Transport Protocol (RTP)

27 “Internet VCR remote control protocol” Protocolo de control (nivel de aplicación) que inicia y gestiona el envío de flujos multimedia desde los servidores al visualizador (player) Se utiliza conjuntamente con RTP y provee  Suministra información a la aplicación servidor  Identifica la fuente RTP  Controla el intervalo de transmisión  Informacion de control de sesión Realtime Control Protocol (RTCP)

28 Suministra información a la aplicación servidor  Cada paquete RTCP contiene estadísticas (emisor y/o receptor) sobre paquetes enviados, paquetes perdidos, Variación en el retardo (Jitter).  Basado en esta información, el servidor puede determinar problemas de transmisión (locales, regionales o globales) y modificar los parámetros de transmisión. Realtime Control Protocol (RTCP)

29 Identifica la fuente RTP  RTCP incorpora un identificador de nivel de transporte (CNAME), que es usado por los receptores para asociar multiples flujos de datos a un participante dentro de un conjunto de sesiones RTP relacionadas Controla el intervalo de transmisión  Cada participante envía paquetes RTCP a cada otro participante.  La carga de control RTCP se mantiene en el 5% del total de la sesión. Informacion de control de sesión  Opcionalmente, RTCP puede transportar información de los participantes en la sesión, por ejemplo los nombres. Realtime Control Protocol (RTCP)

30 IETF Standard RFC 2543 (propuesto) Protocolo de señalización para conferencias, telefonía, notificación de eventos y mensajería instantánea por Internet. No controla el flujo de datos (RTCP) Es bidireccional. Session Initiation Protocol (SIP)

31 IETF Standard RFC 2543 Protocolo a nivel de aplicación para flujo multimedia (streaming) en aplicaciones multicast sobre unicast y multicast y provee soporte de interoperatibilidad entre fabricantes. El flujo temporizado (streaming) empaqueta los datos en paquetes de tamaño apropiado al ancho de banda disponible entre el servidor y el cliente. En contenido multimedia está disponible al cliente sin necesidad de descargar el fichero completo. Realtime Streaming Protocol (RTSP)

32 Desarrollado por RealNetworks, Netscape Communication y la Universidad de Columbia  Soportado por Netscape, Apple, IBM, SGI, SUN, Vxtreme.  NO soportado por Microsoft (!?) HTTP es a texto y gráficos como RTCP es a streaming audio y vídeo, pero:  RTCP mantiene el estado, HTTP es stateless  RTCP es simétrico (cliente-servidor). HTTP es asimétrico Archivo de descripción de pretentación: el cliente lo obtiene por HTTP, correo, etc… y contiene:  Codificación  Idioma  URLs RTSP  Dirección destino  Puerto …… Realtime Streaming Protocol (RTSP)

33 RTSP es más un entorno que un protocolo:  Permite elegir el canal de envío (UDP, TCP, IP Multicast,…)  Permite elegir el mecanismo de transporte (basado en RTP) RTSP puede usarse conjuntamente con RSVP para configurar y reservar ancho de banda para una sesión de streaming Realtime Streaming Protocol (RTSP)

34 Impulsado por Xerox PARC, MIT, ISI (Information Sciences Institute, Univ. Califormia) IETF Standards RFC 2205- RFC 2209 Protocolo de reserva de recursos de red La aplicación (host) que necesita una Calidad de Servicio para su flujo de datos, utiliza RSVP para reservar esta calidad a lo largo de la cadena de encaminadores. RSPV negocia los parámetros de conexión en la cadena de encaminadores y mantiene los estados en los mismo así como en los extremos (hosts) Resource reSerVation Protocol (RSVP)

35 Características de RSVP  Distingue entre servidores y destinos (reserva en una dirección)  Soporta multicast y unicast y se adapta cambiando miembros y rutas  Es orientado a receptor y funciona en entornos de receptores heterogéneos (grupos multicast). Cada flujo RSVP es homogéneo. Cada servidor divide en tráfico en diferentes flujos RSVP con diferente QoS  Compatible IPv4 e IPv6. Control de tráfico transparente al usuario. Resource reSerVation Protocol (RSVP)

36 Mezcla de Peticiones RSVP en IP Multicast

37 Resource reSerVation Protocol (RSVP) Reserva en un nodo a la largo de la cadena

38 Resource reSerVation Protocol (RSVP) RSVP y RTP en una aplicación multimedia IP MCAST

39 RAPI (RSVP App.Prog.Inter.)  App. Sender -> RSVP deamon  rapi_session() Inicia una sesión y devuelve un handle  rapi_sender() La aplicación servidor define los parámetros del flujo de datos  rapi_reserve() Modifica o borra una reserva  rapi_release() Termina la reserva Resource reSerVation Protocol (RSVP)

40 Problemas de RSVP:  Alta exigencia computacional (examinar paquetes, priorizar,etc…)  Mejora del uso de los servicios de encaminamiento Resource reSerVation Protocol (RSVP)

41 Windows Media Tools  Entorno de creación de contenidos: codificación, indexación, cambio de formato  WM Encoder, WM Producer Windows Media Services  Conjunto de 4 servicios que corren sobre WNT/W2K Windows Media Player  Visualizador ASF, MP3, MPEG,… productos. microsoft windows media

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43 Windows Media File: formato de streaming (ASF) propietario generado por WM Encoder ASF = WMV = WMA ASX (Stream Redirector): Fichero de texto XML que redirige al Player a un archivo WM en un servidor WM. Incluye  Protocolo de control  Autor del contenido  Título  Copyright  … Los Archivos WM se almacenan en “puntos de publicación” del WM Server Los archivos ASX, WAX, WVX, residen en el servidor WEB Formatos de control propietarios (ej. No soporta RTSP) productos. microsoft windows media

44 1. User requests ASX file from web server 2. Web server returns URL to NSC File 3. Media Player requests NSC from web server 4. Web server returns NSC file with IP address of multicast 5. Media Player connects to multicast IP and plays stream

45 Un fichero Quicktime se compone de pistas (tracks) Cada elemento de un fichero QT está contenido en una pista separada. Tipos de pistas:  Movie: copyright, anotaciones,…  Video: vídeo digital  Audio: audio digital (varios formatos)  Música: MIDI  Texto: créditos, subtítulos,…  Capítulos: índice de búsqueda  Flash: animaciones Flash (.swf)  VR,HREF,… productos. apple quicktime

46 Quicktime es un formato de streaming:  Unicast  Multicast  Reflected multicast: una fuente en vivo a múltiples destinos unicast Componentes:  QTStreaming Server  QT Player productos. apple quicktime

47 Soporta SMIL (un documento SMIL especifica qué elementos media presentar, cómo y dónde) Los flujos Quicktime se envían mediante RTP y se controlan mediante RTSP productos. apple quicktime

48 Componentes:  RealPlayer  RealServer (Basic,Plus)  Herramientas de Codificación: Real Publisher, Real Encoder, RealAudio Encoder Características  Buena calidad en bajos flujos binarios  Soporte a pay-per-view  Flujo adaptativo a la red  Soporte a IP multicast  Sincronización con otros contenidos web  Soporte para HTTP streaming productos. realnetworks

49 Tarjetas:  Osprey 200: 242 Euros  Osprey 500 DV: 1268 Euros  Winnov Videum 1000: $249  Winnov Videum II BCAST: $899  Optibase Movimaker 200: 11.430 Euros productos. codificadores

50 Sistemas:  Viewcast Niagara 2112RW: 5.526 Euros  Viewcast Niagara Max 4829 ARW: 27.659 Euros  Optibase MGW 2000: 18.292 Euros productos. codificadores

51 Thales  Topaz (recorder/streamer) Hasta 2x40 Mbps entradas ASI MPTS, SPTS splitting Modos UDP / RTP Recepción de MPEG2 sobre IP Regeneracion de PSI/SI para cada SPTS Tandberg  TT7116 IP Streamer MPTS, SPTS splitting Hasta 12 entradas ASI Hasta 2 salidas de red Regeneracion de PSI/SI para cada SPTS productos. DVB

52 Thales  Opal IP Gateway Encapsula tramas IP en un TS MPEG-2 10, 40, 80, 160 Mbps Filtro por Dirección IP, MAC, protoloco (UDP/TCP) y Servicio Inserción oportunistica de datos Tandberg  SkyStream SMR 24/25 IP SMR 24. Crea un TS a partir de los datos encapsulados del MUX E5000 SMR 25. Inserción oportunistica de tramas IP en los TS DVB a la salida del MUX E5000 20 a 160 Mbps productos. DVB

53 Tecnología de streaming IP 50 centros, 200 pantallas 256 Mpts (coste sin pantallas) 560 Mpts (coste con pantallas) aplicaciones. publicidad centros comerciales

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56 aplicaciones. distribución de tv sobre red

57 aplicaciones. contribución en TV digital TOPAZ Satellite Terrestria l ETHERNET LAN … IP TOPAZ ++ Complete MPTS Demux : SPTS Datos Locales Local Data IP TOPAZ IP ASI IP ++

58 aplicaciones. distribución de vídeo Satellite ETHERNET LAN TOPAZ Schools University Hotels Take up to 80 Mbps of Live MPEG-2 sources Receive in multicast on PC or Ethernet Set-top-box

59 aplicaciones. grabación de canales Satellite

60 GRACIAS