Introducción. Protocolos de Transporte Multimedia

Transcripción

1 Tema 9: Transmisión de datos multimedia Introducción. Protocolos de Transporte Multimedia IP Multicast RSVP RTP/RTCP RTSP SIP H.323 Bibliografía [TAN03] Redes de Computadores Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación (ARST)

2 Transporte de audio Tipos de aplicaciones (audio) Introducción Descarga/envío (no tiempo real) Compra de canciones (páginas web), envío por , 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, , FTP,... Contenido en Internet (tiempo de carga) Imágenes en páginas web, Google Maps, Picasa, catálogo YouTube,.. 2

3 Transporte de vídeo Tipos de aplicaciones (vídeo) Descarga/envío (no tiempo real) FTP, , 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),... Introducción 3

4 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

5 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

6 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 RTSP (Real-Time Streaming Protocol) RFC 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

8 Protocolos de transporte multimedia IP Multicast (or unicast) - control and data RTP Transport of audio/video/... data, quality-ofservice feedback RSVP Reserving resources (when needed) RTSP Control of streams SIP / H.323 Inviting people, media servers to sessions - telephony and streaming audio/video HTTP, SDP Retrieve media descriptions 8

9 Imprescindible para aplicaciones multimedia de difusión IP Multicast 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

10 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

11 H H Isla A MR R 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) Internet (sin soporte multicast) Túnel IP A H MR MR B R MR Isla B H H 11

13 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

14 RSVP: Un ejemplo (I) 14 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación

15 RSVP: Un ejemplo (II) 15 Arquitectura de Redes y Servicios de Telecomunicación

16 Input Driver Routing Agent Classifier Internet Forwarder RSVP Admission control RSVP en los routers Policy Control Output Driver packet scheduler 16

18 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

19 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

21 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

22 Conferencia Media stream Una instancia única de un medio continuo: Un stream audio, Un stream vídeo Una whiteboard Presentación: Es el conjunto de uno o más streams, que son vistos por el usuario como un conjunto integrado Imagen de las transparencias Imagen del público Terminología RTSP Voz del conferenciante Imagen del conferenciante Voz del público 22

23 web server W 1 cliente C C->W: GET /twister.sdp HTTP/1.1 Host: Accept: application/sdp W->C: HTTP/ OK Content-Type: application/sdp RTSP: Una sesión completa (I) 2 3 media server A media server V v=0 o= IN IP 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 4 23

24 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= A->C: RTSP/ OK CSeq: 1 Session: Transport: RTP/AVP/UDP;unicast;client_port= ; server_port= C->V: SETUP rtsp://video.example.com/twister/video RTSP/1.0 CSeq: 1 Transport: RTP/AVP/UDP;unicast;client_port= V->C: RTSP/ OK CSeq: 1 Session: Transport: RTP/AVP/UDP;unicast;client_port= ; server_port=

25 RTSP: Una sesión completa (III) C->V: PLAY rtsp://video.example.com/twister/video RTSP/1.0 CSeq: 2 Session: Range: smpte=0:10:00- V->C: RTSP/ OK CSeq: 2 Session: Range: smpte=0:10:00-0:20:00 RTP-Info: url=rtsp://video.example.com/twister/video; seq= ;rtptime= C->A: PLAY rtsp://audio.example.com/twister/audio.en RTSP/1.0 CSeq: 2 Session: Range: smpte=0:10:00- A->C: RTSP/ OK CSeq: 2 Session: Range: smpte=0:10:00-0:20:00 RTP-Info: url=rtsp://audio.example.com/twister/audio.en; seq=876655;rtptime=

26 C->A: TEARDOWN rtsp://audio.example.com/twister/audio.en RTSP/1.0 CSeq: 3 Session: A->C: RTSP/ OK CSeq: 3 C->V: TEARDOWN rtsp://video.example.com/twister/video RTSP/1.0 CSeq: 3 Session: V->C: RTSP/ OK CSeq: 3 RTSP: Una sesión completa (IV) 26

28 SIP: Sesion Initiation Protocol SIP is end-to-end, client-server session signaling protocol SIP s primarily provides presence and mobility Protocol primitives: Session setup, termination, changes,... Arbitrary services built on top of SIP, e.g.: 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

29 SIP is not limited to Internet telephony SIP establishes user presence SIP messages can convey arbitrary signaling payload: session description, instant messages, JPEGs, any MIME types Suitable for applications having a notion of session 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 SIP: Sesion Initiation Protocol 29

30 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:jiri@iptel.org sip:voic @iptel.org?subject=callme sip:sales@hotel.xy; geo.position:=48.54_ _120 Must include host, may include user name, port number, parameters (e.g., transport), etc. May be embedded in Webpages, signatures, printed on your business card, etc. Address space unlimited Non-SIP URLs can be used as well (mailto:, 30

31 SIP Proxy Server SIP Workhorses Relays call signaling, i.e. acts as both client and server Operates in a transactional manner, i.e., it keeps no session state SIP Redirect Server Redirects callers to other servers SIP Registrar Accept registration requests from users Maintains user s whereabouts at a Location Server (like GSM HLR) 31

33 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 RAS, Q.931 H.245 RTP/RTCP Audio/video codecs 33

34 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 call setup and termination H capabilities exchange 34

35 Gatekeeper RAS H.323 Terminal TCP connection SETUP H.323 Call setup example H.323 Terminal CONNECT (H245 Address) Q.931 (over TCP) TCP connection H.245 Messages Open Logical Channels (RTCP address) (RTCP address) (RTCP & RTP addresses) RTP stream RTP stream RTCP stream H.245 (over TCP) Media (over Unicast UDP) 35

36 SIP vs. H.323 SIP H pages 200+ pages (without ASN.1) Firewall-friendly Complex, multiple protocols multicast signaling - SIP address = Yet another address address Large and small MCU-based, central conferences server personal mobility, IN Not (yet) services any session description H audio, video SSL, HTTP security in progress Post-dial delay: 1.5 RTT 8.5 RTT 36