7: Multimedia en Redes de Computadores7-1 Capítulo 7 Multimedia en Redes de Computadores Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet,

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1 7: Multimedia en Redes de Computadores7-1 Capítulo 7 Multimedia en Redes de Computadores Computer Networking: A Top Down Approach Featuring the Internet, 3 rd edition. Jim Kurose, Keith Ross Addison-Wesley, July 2004.

2 7: Multimedia en Redes de Computadores7-2 Multimedia, Quality of Service: Qué es esto? Aplicaciones Multimedia: audio y vídeo en la red entre otros.. (“medio continuo”) La red provee a las aplicaciones con nivel de desempeño requerido para su funcionamiento. QoS

3 7: Multimedia en Redes de Computadores7-3 Capítulo 7: Objetivos Principios r Clasificar aplicaciones multimedia r Identificar los servicios de la red que la aplicaciones requieren r Obteniendo lo mejor del servicio de mejor esfuerzo r Mecanismos para proveer QoS Protocolos y arquitecturas r Protocolos específicos para best-effort r Arquitecturas para QoS

4 7: Multimedia en Redes de Computadores7-4 Capítulo 7: Contenidos r 7.1 Aplicaciones Multimedia en Red r 7.2 Streaming de Audio y video almacenado r 7.3 Real-time Multimedia: Estudio de telefonía en Internet r 7.4 protocolos para aplicaciones Interactivas de Tiempo Real m RTP, RTCP, SIP r 7.5 Distribución de Multimedia: Redes de distribución de Contenidos r 7.6 Más allá de Best Effort r 7.7 Mecanismos de itineración y políticas r 7.8 Servicios Integrados y Servicios Diferenciados r 7.9 RSVP

5 7: Multimedia en Redes de Computadores7-5 Aplicaciones Multimedia (MM) en red Características Fundamentales: r Típicamente sensibilidad a retardo m Retardo extremo-a-extremo m Variaciones de retardo (delay jitter) r Pero tolerante a pérdidas: pérdidas no frecuentes causan distorsiones menores r Antítesis de datos, los cuales son intolerante a pérdida pero tolerante a retardo. Clases de aplicaciones MM: 1) Streaming de audio y vídeo almacenado 2) Streaming de audio y video en vivo 3) Audio y vídeo en tiempo real e interactivo Jitter es la variabilidad del retardo de paquetes dentro del mismo flujo de paquetes

6 7: Multimedia en Redes de Computadores7-6 Streaming de Multimedia almacenada Streaming: r Medio almacenado en fuente r Transmitido al cliente r streaming: reproducción en cliente comienza antes que todos los datos han llegado r Restricción de tiempo para datos por ser transmitidos: llegar a tiempo para reproducción

7 7: Multimedia en Redes de Computadores7-7 Streaming de Multimedia almacenada: Qué es esto? 1. video grabado 2. video enviado 3. video recibido, Reproducido en cliente Datos acumulados streaming: en este tiempo se reproduce la parte inicial del vídeo mientras el servidor aún envía lo posterior network delay time

8 7: Multimedia en Redes de Computadores7-8 Streaming de Multimedia almacenada: Interactividad r Funcionalidad tipo VCR cliente puede hacer pausa, rebobinar, FF, mover barra de avance m 10 sec retardo inicial es OK m 1-2 sec hasta comando actúa, OK m RTSP usado a menudo (más después) r Restricciones de tiempo para datos por ser transmitidos: a tiempo para reproducción

9 7: Multimedia en Redes de Computadores7-9 Streaming de Multimedia en vivo Ejemplos: r Programa de conversación en radio en Internet r Evento deportivo en vivo Streaming r Buffer de reproducción r Reproducción puede retrasarse decenas de sec después de transmisión r Aún tenemos restricciones de tiempo Interactividad r fast forward es imposible r Rewind y pause son posibles!

10 7: Multimedia en Redes de Computadores7-10 Multimedia Interactiva, de tiempo real r Requerimiento de retardo extremo a extremo: m audio: < 150 msec bueno, < 400 msec OK Incluye retardos capa aplicación (paquetización) y red Retardos mayores notorios, impide interactividad r Iniciación de sesión m Cómo el llamado avisa su IP, puerto, algoritmo de codificación? r Aplicaciones: Telefonía IP, video conferencia, mundos interactivos distribuidos

11 7: Multimedia en Redes de Computadores7-11 Multimedia en la Internet de hoy TCP/UDP/IP: “servicio best-effort” r no hay garantías de retardo ni pérdidas Aplicaciones multimedia actuales usan técnicas a nivel aplicación para mitigar (lo mejor posible) efectos de retardo y pérdidas Pero decimos que aplicaciones multimedia requieren QoS y niveles de desempeño para ser útiles! ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?

12 7: Multimedia en Redes de Computadores7-12 Cómo debería evolucionar Internet pata mejorar soporte multimedia? Filosofía de servicios integrados: r Cambios fundamentales en Internet, así aplicaciones pueden reservar ancho de banda extremo a extremo r Requiere nuevo y complejo software en routers y hosts “Dejar-hacer, dejar-pasar” r no mayores cambios r Más BW cuando se necesite r Distribución de contenidos, multicast a nivel aplicación m Capa aplicación Filosofía de Servicios diferenciados: r Menores cambios a Internet, pero proveer clases de servicio de 1º y 2ª. Cuál es tu opinión?

13 7: Multimedia en Redes de Computadores7-13 Unas pocas palabras sobre compresión de audio r Señal análoga muestreada a tasa fija m teléfono: 8,000 muestras/sec m CD musica: 44,100 muestras/sec r Cada muestra es cuantizada, i.e., redondeada m e.g., 2 8 =256 valores posibles r Cada valor cuatizado representado por bits m 8 bits => 256 valores r Ejemplo: 8,000 muestras por segundo/sec, 256 niveles --> 64,000 bps r Receptor convierte a señal análoga: m Hay reducción de calidad Ejemplo tasas r CD: 1.411 Mbps r MP3: 96, 128, 160 kbps r Telefonía en Internet: 5.3 - 13 kbps

14 7: Multimedia en Redes de Computadores7-14 Unas pocas palabras sobre compresión de vídeo r Video es una secuencia de imágenes desplegadas a tasa constante m e.g. 24 imágenes/sec r Imagen digital es un arreglo de pixeles r Cada pixel es representado por bits r Hay redundancia m espacial m temporal Ejemplo: r MPEG 1 (CD-ROM) 1.5 Mbps r MPEG2 (DVD) 3-6 Mbps r MPEG4 (común en in Internet, < 1 Mbps) Investigación: r Video en capas (escalable) m adapta capas a BW disponible

15 7: Multimedia en Redes de Computadores7-15 Capítulo 7: Contenidos r 7.1 Aplicaciones Multimedia en Red r 7.2 Streaming de Audio y video almacenado r 7.3 Real-time Multimedia: Estudio de telefonía en Internet r 7.4 protocolos para aplicaciones Interactivas de Tiempo Real m RTP, RTCP, SIP r 7.5 Distribución de Multimedia: Redes de distribución de Contenidos r 7.6 Más allá de Best Effort r 7.7 Mecanismos de itineración y políticas r 7.8 Servicios Integrados y Servicios Diferenciados r 7.9 RSVP

16 7: Multimedia en Redes de Computadores7-16 Streaming de Multimedia Almacenada Streaming a nivel aplicación para obtener lo mejor del servicio “best effort” : m Buffering en lado cliente m use de UDP versus TCP m codificación múltimple de multimedia r Remover jitter r Descompresión r Acomodo a errores r Interfaces gráficas con control de interactividad Reproductor

17 7: Multimedia en Redes de Computadores7-17 Multimedia en Internet: caso más simple audio, video no es flujo contínuo: r no, “pipelining,” gran retardo hasta reproducción! r audio o vídeo almacenado en archivo r Archivo transferido como objeto HTTP m Recibido enteramente en cliente m Entonces es pasado al reproductor

18 7: Multimedia en Redes de Computadores7-18 Multimedia en Internet: Vía streaming r Navegador Obtiene metafile r Navegador lanza el reproductor pasando el metafile r Reproductor contacta al servidor r Servidor envía flujo (streams) de audio/vídeo a reproductor

19 7: Multimedia en Redes de Computadores7-19 Streaming desde servidor de streaming r Esta arquitectura permite protocolo no-HTTP entre servidor y reproductor r Puede usar UDP en lugar de TCP.

20 7: Multimedia en Redes de Computadores7-20 constant bit rate video transmission Datos Cumulados time variable network delay client video reception constant bit rate video playout at client client playout delay buffered video Streaming de Multimedia: Buffering en Cliente r Buffering en lado cliente, retardo en reproducción compensa variaciones de retardo de la red

21 7: Multimedia en Redes de Computadores7-21 Streaming de Multimedia: Buffering en cliente r Buffering en lado cliente, retardo en reproducción compensa variaciones de retardo buffered video Tasa de llegada variable, x(t) Tasa de salida constante, d

22 7: Multimedia en Redes de Computadores7-22 Streaming de Multimedia: UDP o TCP? UDP r Servidor envía a tasa apropiada para cliente (obvio para evitar congestión de red !) m Tasa envío = tasa de codificación = tasa constante m entonces, tasa llegada = tasa cte. – tasa pérdida r Retardo de reproducción pequeño (2-5 segundos) para compensar variaciones de retardo r Recuperación de errores: lo que el tiempo permita TCP r Enviar a tasa máxima posible bajo TCP r Llegada de paquetes fluctúa debido a control de congestión de TCP r Retardo de reproducción mayor: tasa de envío de TCP estable r HTTP/TCP pasa más fácilmente a través de firewalls

23 7: Multimedia en Redes de Computadores7-23 Streaming de Multimedia: tasa(s) en cliente Q: Cómo manejar capacidades diferentes de recepción en clientes? m 28.8 Kbps discado línea telefónica m 100Mbps Ethernet A: servidor almacena, transmite múltiples copias de vídeo, codificadas a distinta tasa 1.5 Mbps encoding 28.8 Kbps encoding

24 7: Multimedia en Redes de Computadores7-24 Control de usuario del Streaming del Medio: RTSP HTTP r No apunta a contenido multimedia r No hay comandos para fast forward, etc. RTSP: RFC 2326 r Protocolo capa aplicación entre Cliente y servidor. r Para que usuario controle displiegue: rewind, fast forward, pause, resume, saltos, etc… Qué no hace: r No define cómo audio/vídeo es encapsulado para su envío paulatino (streaming) en la red r No restringe cómo el flujo es transportado en la red; puede ser sobre UDP o TCP r No especifica cómo el reproductor “bufferea” audio/vídeo

25 7: Multimedia en Redes de Computadores7-25 RTSP (Real time striming protocol): control fuera de banda FTP usa un canal de control “out-of-band”: r Un archivo es transportado sobre una conexión TCP. r Información de control (cambios de directorio, borrar/renombrar archivos, etc.) es enviada sobre conexión TCP separada. r Los canales “out-of-band” e “in-band” usan número de puertos diferentes. RTSP mensajes son también enviados out-of-band: r Mensajes de control de RTSP usan número de puerto distinto a flujo de media: out-of-band. m Port 554 r El flujo del medio es considerado “in-band”.

26 7: Multimedia en Redes de Computadores7-26 Ejemplo RTSP Escenario: r metafile es comunicado al navegador web r Navegador lanza reproductor r Reproductor configura una conexión de control RTSP y conexión de datos al servidor de streaming

27 7: Multimedia en Redes de Computadores7-27 Ejemplo de Metafile Twister <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"> <track type="video/jpeg" src="rtsp://video.example.com/twister/video">

28 7: Multimedia en Redes de Computadores7-28 Operación de RTSP

29 7: Multimedia en Redes de Computadores7-29 Ejemplo de intercambio 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

30 7: Multimedia en Redes de Computadores7-30 Capítulo 7: Contenidos r 7.1 Aplicaciones Multimedia en Red r 7.2 Streaming de Audio y video almacenado r 7.3 Real-time Multimedia: Estudio de telefonía en Internet r 7.4 protocolos para aplicaciones Interactivas de Tiempo Real m RTP, RTCP, SIP r 7.5 Distribución de Multimedia: Redes de distribución de Contenidos r 7.6 Más allá de Best Effort r 7.7 Mecanismos de itineración y políticas r 7.8 Servicios Integrados y Servicios Diferenciados r 7.9 RSVP