Tema 9: Transmisión de datos multimedia
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Tema 9: Transmisión de datos multimedia
Tema 9: Transmisión de datos multimedia 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) Descarga/envío (no tiempo real) – Google imágenes, e-mail, FTP, ... Contenido en Internet (tiempo de carga) – Imágenes en páginas web, Google Maps, Picasa, catálogo YouTube, .. 2 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación Introducción Transporte de vídeo Tipos de aplicaciones (vídeo) Descarga/envío (no tiempo real) – 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 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación 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 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación Internet y las aplicaciones multimedia 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 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación Internet y las aplicaciones multimedia ¿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 Tema 9: Transmisión de datos multimedia 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 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 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación 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 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación 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 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación 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 Tema 9: Transmisión de datos multimedia Introducción. Protocolos IP Multicast RSVP de Transporte Multimedia Bibliografía [TAN03] “Redes de Computadores” RTP/RTCP RTSP SIP H.323 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación (ARST) Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación 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 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación RSVP: Un ejemplo (I) 14 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación RSVP: Un ejemplo (II) 15 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación RSVP en los routers RSVP Policy Control Routing Agent Admission control packet scheduler Classifier Input Driver Internet Forwarder Output Driver 16 Tema 9: Transmisión de datos multimedia Introducción. Protocolos IP Multicast RSVP RTP/RTCP de Transporte Multimedia Bibliografía [TAN03] “Redes de Computadores” RTSP SIP H.323 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación (ARST) Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación 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 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación 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 Tema 9: Transmisión de datos multimedia Introducción. Protocolos IP Multicast RSVP RTP/RTCP de Transporte Multimedia Bibliografía [TAN03] “Redes de Computadores” RTSP SIP H.323 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación (ARST) Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación 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 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación 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 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación 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 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación 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 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación 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 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación 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 Tema 9: Transmisión de datos multimedia Introducción. Protocolos IP Multicast RSVP RTP/RTCP RTSP SIP H.323 de Transporte Multimedia Bibliografía [TAN03] “Redes de Computadores” Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación (ARST) Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación 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 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación 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 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación 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 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación 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 Tema 9: Transmisión de datos multimedia Introducción. Protocolos IP Multicast RSVP RTP/RTCP RTSP SIP H.323 de Transporte Multimedia Bibliografía [TAN03] “Redes de Computadores” Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación (ARST) Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación 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 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación 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 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación 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 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación 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