Tema 9: Transmisión de datos multimedia

Transcripción

 Introducción.
 Protocolos de
 IP Multicast
 RSVP
 RTP/RTCP
 RTSP
 SIP
 H.323
Transporte Multimedia
Bibliografía
[TAN03] “Redes de
Computadores”
Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación (ARST)
Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación
Introducción

Transporte de audio

Tipos de aplicaciones (audio)
Descarga/envío (no tiempo real)
– Compra de canciones (páginas web), envío por e-mail, P2P, FTP,
podcast, ...
Escuchar audio pregrabado (no realimentación)
– Audición canciones, podcast, ...
Radio en Internet (en directo)
– Emisoras oficiales, emisoras particulares, ...
VoIP (tiempo real)
– Skype, Orange, Asterisk, Cisco Call Manager, teléfonos IP...

Transporte de imagen

Tipos de aplicaciones (imagen)
– Google imágenes, e-mail, FTP, ...
Contenido en Internet (tiempo de carga)
– Imágenes en páginas web, Google Maps, Picasa, catálogo YouTube, ..
2
Introducción

Transporte de vídeo

Tipos de aplicaciones (vídeo)
– FTP, e-mail, P2P, ...
Reproducción vídeos/películas (navegación)
– YouTube, Vimeo, Vlogs (VideoLogs), ...
Televisión por IP (IPTV) (en directo)
– Imagenio, ONO, Orange, ...
Televisión en Internet (WebTV) (en directo)
– RTVE en Directo / a la Carta, A3, TL5, Ibiza TV, ...
Videoconferencia (tiempo real)
– Skype, Messenger, Facebook (Skype), ...
3
Internet y las aplicaciones multimedia

Las aplicaciones multimedia requieren servicios de
transporte específicos:





Garantía de un ancho de banda (tasa de bits).
Retardos y jitters acotados y constantes.
Una tasa de error razonablemente baja.
Mecanismos de difusión multidestino.
En Internet, el protocolo IP ofrece el servicio de
transporte de paquetes sin conexión:


No existen mecanismos explícitos de control de flujo ni
reserva de recursos en la red.
Los paquetes pueden ser descartados, desordenados,
dañados o retrasados.
4




Los routers IP son capaces de llegar a la utilización máxima
del enlace (95%).
Es independiente del hardware de red.
Capacidad de difusiones multidestino.
¿Soporta IP las demandas de las aplicaciones
multimedia?

Las redes IPv4 actuales NO ofrecen servicios de transporte
con una cierta calidad de servicio (QoS)
No se puede garantizar un ancho de banda, los retardos de tránsito
pueden llegar a segundos, etc.

Filosofía de las redes IP:
Relegar a los extremos las tareas de recuperación ante las
dificultades que la red introduce.
5

¿Qué podemos añadir a IP para soportar los
requerimientos de las aplicaciones multimedia?


Técnicas de ecualización de retardos (buffering)
Protocolos de transporte que se ajusten mejor a las
necesidades de las aplicaciones multimedia:
RTP (Real-Time Transport Protocol) RFC 1889.
RTSP (Real-Time Streaming Protocol) RFC 2326.

Técnicas de control de admisión y reserva de recursos (QoS)
RSVP (Resource reSerVation Protocol) RFC 2205

Arquitecturas y protocolos específicos:
Protocolos SIP (RFC 2543), SDP (RFC 2327), SAP (RFC 2974)...
ITU H.323

IP define un mecanismo de difusión multidestino.
6
 Introducción.
Protocolos de
 IP Multicast





RSVP
RTP/RTCP
RTSP
SIP
H.323
Transporte Multimedia
Bibliografía
[TAN03] “Redes de
Computadores”
Protocolos de transporte multimedia
IP Multicast (or unicast) - control and data
 RTP



RSVP


Control of streams
SIP / H.323


Reserving resources (when needed)
RTSP


Transport of audio/video/... data, quality-ofservice feedback
Inviting people, media servers to sessions telephony and streaming audio/video
HTTP, SDP

Retrieve media descriptions
8
IP Multicast

Imprescindible para aplicaciones multimedia de
difusión


Videoconferencia, vídeo en demanda, difusión de canales
de radio y TV, etc.
En las redes IP se dispone de un mecanismo de
difusión de paquetes multidestino:


Direcciones multidestino (Grupo D)
Protocolo IGMP (Internet Group Management Protocol)
Gestión de grupos de difusión dentro de una red IP.

Protocolos de encaminamiento multidestino:
DVMRP, MOSPF, PIM, etc.
9
MBONE (Multicast BackbONE)

Es una red multicast utilizada para difundir sesiones
de vídeo y audio en vivo.

Desde 1992 ha estado transportando conferencias,
congresos, eventos de todo tipo, permitiendo el estudio y
desarrollo de técnicas multidestino sobre Internet.
Su estructura se basa en la definición de islas
multidestino conectadas entre sí por túneles IP.
 Cada isla (red IP) dispone de uno o varios routers
multicast (mrouters).


Los mrouters encaminan el tráfico multidestino desde o
hacia su isla a través de los túneles IP.
10
MBONE (Multicast BackbONE)

Los túneles IP conectan los routers multicast de las
diferentes islas (topología MBONE).


Los mensajes multidestino (IP multicast) se encapsulan dentro
de paquetes IP (unicast).
Cada túnel tiene un coste (número de saltos, retardo, etc)
H
MR
R
Isla A
H
Internet
(sin soporte
multicast)
R
Isla B
MR
H
H
A
MR
Túnel IP
MR
B
H
11
 Introducción.
Protocolos

IP Multicast

RSVP
de Transporte Multimedia
Bibliografía
[TAN03] “Redes de
Computadores”
RTP/RTCP
 RTSP
 SIP
 H.323

RSVP: Introducción
RSVP (Resource reSerVation Protocol) es un protocolo
para la reserva de recursos en los routers y en los
hosts de Internet
 Realiza la reserva de recursos en conexiones (sesiones)
multipunto-multipunto
 Es un protocolo simplex  La reserva de los recursos
se hace en una dirección
 Es orientado al receptor  El receptor inicializa la
reserva de los recursos



Posibilidad de agrupar un conjunto heterogéneo de
receptores
Utiliza soft-states  Permite una gestión dinámica de
los miembros de un grupo y cambios de ruta
13
RSVP: Un ejemplo (I)
14
RSVP: Un ejemplo (II)
15
RSVP en los routers
RSVP
Policy
Control
Routing
Agent
Admission
control
packet
scheduler
Classifier
Input
Driver
Internet
Forwarder
Output Driver
16
 Introducción.
Protocolos
IP Multicast
 RSVP


RTP/RTCP
Bibliografía
[TAN03] “Redes de
Computadores”
RTSP
 SIP
 H.323

RTP (Real-time Transport Protocol)

Audio-conferencia con multicast y RTP

Sesión de audio: Una dirección multicast y dos puertos
Datos de audio y mensajes de control RTCP.


Existirá (al menos) una fuente de audio que enviará
pequeños segmentos de audio (20 ms) utilizando UDP.
A cada segmento se le asigna una cabecera RTP
La cabecera RTP indica el tipo de codificación (PCM, ADPCM, etc.)
Número de secuencia y fechado de los datos.

Control de conferencia (RTCP):
Número e identificación de participantes en un instante dado.
Información acerca de cómo se recibe el audio.

Audio y Vídeo conferencia con multicast y RTP

Si se utilizan los dos medios, se debe crear una sesión RTP
independiente para cada uno de ellos.
Una dirección multicast y 2 puertos por cada sesión.
Existencia de participantes que reciban sólo uno de los medios.
Temporización independiente de audio y vídeo.
18
RTCP (RTP Control Protocol)

RTCP se basa en envíos periódicos de paquetes de
control a los participantes de una sesión RTP

Permite realizar una realimentación de la calidad de recepción
de los datos (estadísticas).
SR (Sender Report), RR (Receiver Report)

Los paquetes de control siempre llevan la identificación de la
fuente RTP: CNAME
Asociar más de una sesión a un mismo fuente (sincronización).


El envío de estos paquetes debe ser controlado por cada
participante (sistema ampliable).
Control de sesión (opcional)
Información adicional de cada participante
Entrada y salida de participantes en las sesión.
Negociación de parámetros y formatos.
19
 Introducción.
Protocolos
IP Multicast
 RSVP
 RTP/RTCP


Bibliografía
[TAN03] “Redes de
Computadores”
RTSP
SIP
 H.323

Real-Time Streaming Protocol
Tiene la función de un “mando a distancia de red” para
servidores multimedia
 Permite establecer y controlar uno o más flujos de datos
multimedia sincronizados
 NO existe el concepto de conexión RTSP sino de sesión
RTSP:


Una sesión RTSP no tiene relación con ninguna conexión
especifica de nivel transporte (p.ej. TCP o UDP)
Los flujos de datos no tienen por que utilizar RTP
 Está basado en HTTP/1.1


Diferencias importantes:
No es stateless
Los clientes y servidores pueden generar peticiones
21
Terminología RTSP

Conferencia

Media stream


Una instancia única de
un medio continuo:
Un stream audio,
Un stream vídeo
Una “whiteboard”
Voz del
conferenciante
Imagen de las
transparencias
Imagen del
conferenciante
Presentación:

Es el conjunto de uno
o más streams, que
son vistos por el
usuario como un
conjunto integrado
Imagen del
público
Voz del
público
22
RTSP: Una sesión completa (I)
1
2
media server A
4
web server W
cliente C
3
media server V
C->W: GET /twister.sdp HTTP/1.1
Host: www.example.com
Accept: application/sdp
W->C: HTTP/1.0 200 OK
Content-Type: application/sdp
v=0
o=- 2890844526 2890842807 IN IP4 192.16.24.202
s=RTSP Session
m=audio 0 RTP/AVP 0
a=control:rtsp://audio.example.com/twister/audio.en
m=video 0 RTP/AVP 31
a=control:rtsp://video.example.com/twister/video
23
RTSP: Una sesión completa (II)
C->A: SETUP rtsp://audio.example.com/twister/audio.en RTSP/1.0
CSeq: 1
Transport: RTP/AVP/UDP;unicast;client_port=3056-3057
A->C: RTSP/1.0 200 OK
CSeq: 1
Session: 12345678
Transport: RTP/AVP/UDP;unicast;client_port=3056-3057;
server_port=5000-5001
C->V: SETUP rtsp://video.example.com/twister/video RTSP/1.0
CSeq: 1
Transport: RTP/AVP/UDP;unicast;client_port=3058-3059
V->C: RTSP/1.0 200 OK
CSeq: 1
Session: 23456789
Transport: RTP/AVP/UDP;unicast;client_port=3058-3059;
server_port=5002-5003
24
RTSP: Una sesión completa (III)
C->V: PLAY rtsp://video.example.com/twister/video RTSP/1.0
CSeq: 2
Session: 23456789
Range: smpte=0:10:00V->C: RTSP/1.0 200 OK
CSeq: 2
Session: 23456789
Range: smpte=0:10:00-0:20:00
RTP-Info: url=rtsp://video.example.com/twister/video;
seq=12312232;rtptime=78712811
C->A: PLAY rtsp://audio.example.com/twister/audio.en RTSP/1.0
CSeq: 2
Session: 12345678
Range: smpte=0:10:00A->C: RTSP/1.0 200 OK
CSeq: 2
Session: 12345678
Range: smpte=0:10:00-0:20:00
RTP-Info: url=rtsp://audio.example.com/twister/audio.en;
seq=876655;rtptime=1032181
25
RTSP: Una sesión completa (IV)
C->A: TEARDOWN rtsp://audio.example.com/twister/audio.en RTSP/1.0
CSeq: 3
Session: 12345678
A->C: RTSP/1.0 200 OK
CSeq: 3
C->V: TEARDOWN rtsp://video.example.com/twister/video RTSP/1.0
CSeq: 3
Session: 23456789
V->C: RTSP/1.0 200 OK
CSeq: 3
26
 Introducción.
Protocolos
IP Multicast
 RSVP
 RTP/RTCP
 RTSP


SIP

H.323
Bibliografía
[TAN03] “Redes de
Computadores”
SIP: Sesion Initiation Protocol

SIP is end-to-end, client-server session signaling
protocol



Arbitrary services built on top of SIP, e.g.:




SIP’s primarily provides presence and mobility
Protocol primitives: Session setup, termination, changes,...
Redirect calls from unknown callers to secretary
Reply with a webpage if unavailable
Send a JPEG on invitation
Features:





Textual encoding (telnet, tcpdump compatible).
Programmability.
Post-dial delay: 1.5 RTT
Uses either UDP or TCP
Multicast/Unicast comm. support
28
SIP: Sesion Initiation Protocol

SIP is not limited to Internet telephony



Suitable for applications having a notion of session





SIP establishes user presence
SIP messages can convey arbitrary signaling payload: session
description, instant messages, JPEGs, any MIME types
Distributed virtual reality systems
Network games (Quake II/III implementations)
Video conferencing
Etc.
Applications may leverage SIP infrastructure (Call
Processing, User Location, Authentication)


Instant Messaging and Presence
SIP for Appliances
29
SIP Addresses

SIP gives you a globally reachable address.



Callees bind to this address using SIP REGISTER method.
Callers use this address to establish real-time communication
with callees.
URLs used as address data format; examples:



sip:[email protected]
sip:[email protected]?subject=callme
sip:[email protected]; geo.position:=48.54_-123.84_120
Must include host, may include user name, port number,
parameters (e.g., transport), etc.
 May be embedded in Webpages, email signatures,
printed on your business card, etc.
 Address space unlimited
 Non-SIP URLs can be used as well (mailto:, http:, ...)

30
SIP Workhorses

SIP Proxy Server



SIP Redirect Server


Relays call signaling, i.e. acts as both client and server
Operates in a transactional manner, i.e., it keeps no session
state
Redirects callers to other servers
SIP Registrar


Accept registration requests from users
Maintains user’s whereabouts at a Location Server (like GSM
HLR)
31
 Introducción.
Protocolos

IP Multicast
RSVP
RTP/RTCP
RTSP
SIP

H.323




Bibliografía
[TAN03] “Redes de
Computadores”
ITU-T H.323 Standard
Umbrella standard covering multimedia
communications over LANs that do not provide a
guaranteed Quality of Service
 Entities






Terminals
Gateways
Gatekeepers
MCUs
Protocols




Parts of H.225.0 - RAS, Q.931
H.245
RTP/RTCP
Audio/video codecs
33
H.323 Protocol Stack
Audio codecs (G.711, G.723.1, G.728, etc.) and video
codecs (H.261, H.263) compress and decompress
media streams
 Media streams transported on RTP/RTCP/UDP




RTP carries actual media
RTCP carries status and control information
Signalling is transported reliably over TCP



RAS - registration, admission, status
Q.931 - call setup and termination
H.245 - capabilities exchange
34
H.323 Call setup example
Gatekeeper
RAS
H.323
Terminal
TCP connection
H.323
Terminal
SETUP
CONNECT(H245 Address)
Q.931
(over TCP)
TCP connection
H.245 Messages
Open Logical Channels
(RTCP address)
H.245
(over TCP)
(RTCP address)
(RTCP & RTP addresses)
RTP stream
RTP stream
RTCP stream
Media
(over Unicast UDP)
35
SIP vs. H.323
SIP
60+ pages
Firewall-friendly
multicast signaling
SIP address = email
address
Large and small
conferences
personal mobility, IN
services
any session description
SSL, HTTP security
Post-dial delay: 1.5 RTT
H.323
200+ pages (without
ASN.1)
Complex, multiple
protocols
Yet another address
MCU-based, central
server
Not (yet)
H.245  1 audio, video
in progress
8.5 RTT
36

Tema 9: Transmisión de datos multimedia

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