Protocolli per la Multimedialità

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1 Sistemi Informativi Multimediali Protocolli per la Multimedialità Ombretta Gaggi Università Ca Foscari Venezia Corso di Laurea in Informatica Sommario Caratteristiche dei dati multimediali Problematiche di trasmissione Protocolli per la trasmissione su Internet Qualità di Servizio RTP RTCP UDP RSVP Ipertesto vs. Multimedia Ipertesto Ancora Link ' Dimensioni elevate ' Isocronia dei dati multimediali ' Sincronizzazione tra diversi media continui Time Multimedia O. Gaggi RTSP IP O. Gaggi Caratteristiche dei dati multimediali I dati multimediali sono isocroni devono essere riprodotti con un delay costante se arrivano dopo una certa deadline sono inutili Più flussi multimediali possono richiedere una sincronizzazione I flussi multimediali variano nel tempo A B C time O. Gaggi - 4 4

2 Trasmissione di file audio o video su Internet Collegamento diretto Server Rete Client Server Downloading Client Rete Server Tecnologia Streaming Client Rete Buffer O. Gaggi Perché non UDP... È un protocollo più semplice che non prevede la ritrasmissione dei pacchetti persi, ma Non garantisce un ritardo di trasmissione costante Non attua meccanismi adeguati per il controllo della congestione e dell accesso ai dati Sono necessari protocolli specifici per questi tipi di dati O. Gaggi Perché non TCP... È un protocollo best effort : Non assicura un ritardo di trasmissione costante È un protocollo affidabile : Prevede la ritrasmissione dei pacchetti persi Non attua meccanismi adeguati per il controllo della congestione e dell accesso ai dati Non si adatta bene a trasmissioni di tipo Multicast O. Gaggi Un protocollo multimediale deve: Tollerare la perdita di pacchetti, codifiche robuste per i dati sostituzione dei dati mancanti O. Gaggi - 8 8

3 Codifiche robuste contro la perdita di pacchetti (1) Audio: Inserire silenzio o rumore Interleaving Intervallo A Intervallo B Intervallo A Intervallo B O. Gaggi Un protocollo multimediale deve: Tollerare la perdita di pacchetti, Gestire i differenti ritardi di trasmissione e Adattare la trasmissione a seconda del carico della rete. O. Gaggi Codifiche robuste contro la perdita di pacchetti (2) Video Evitare codifiche differenziali (MPEG) I B B P B B P B B I O. Gaggi RTP, Real-time Transport Protocol RTSP RTP RTCP UDP RSVP IP O. Gaggi

4 RTP, Real-time Transport Protocol È il protocollo che realizza effettivamente la trasmissione: si colloca al livello transport del modello OSI O. Gaggi Trasmissione RTP Permette la perdita di pacchetti Lavora sia in modalità unicast che multicast Per instaurare una sessione l applicazione deve fornire l indirizzo IP del destinatario e due porte I dati vengono spediti dal server al client, le informazioni di controllo (gestite da RTCP) in senso inverso O. Gaggi RTP, Real-time Transport Protocol Sfrutta le funzioni di checksum e multiplexing di UDP Non si occupa dell affidabilità e della qualità della trasmissione RTCP Non gestisce un certo del livello di servizio RSVP IP header UDP header RTP header RTP payload O. Gaggi Caratteristiche RTP Ricostruisce la posizione, lungo un asse temporale, dei pacchetti trasportati: Timestamp Numeri di sequenza Rileva la perdita di pacchetti e ne identifica il contenuto Supporta diversi tipi di payload Profili O. Gaggi

5 Profili RTP Modificano il formato dell intestazione di un pacchetto Ogni profilo adatta RTP ad una applicazione specifica Aumentano la velocità di elaborazione O. Gaggi Pacchetto RTP V P X CC M payload type sequence number timestamp SSRC identifier (synchronization source) CSRC identifier (contributing source) Ö O. Gaggi Sessione RTP Ogni segnale viene trasmesso da una diversa sessione RTP Ogni sorgente di un flusso di dati viene identificata con un SSRC, Synchronization Source RTP Mixer: riunisce più segnali in un unica sessione O. Gaggi RTCP, Real-Time Control Protocol RTSP RTP RTCP UDP RSVP IP O. Gaggi

6 RTCP, Real-Time Control Protocol È un protocollo a livello transport del modello OSI È definito per lavorare con il protocollo RTP Fornisce alle applicazioni informazioni sulla qualità della trasmissione in atto O. Gaggi RTSP, Real-Time Streaming Protocol RTSP RTP RTCP UDP IP O. Gaggi Pacchetti RTCP SSRC della sorgente Percentuali pkt persi Numero totale di pacchetti persi Numero di sequenza più alto ricevuto Intervallo di variazione dei ritardi di trasmissione Receiver Report (RR) Timestamp dell'ultimo Sender Report ricevuto Tempo trascorso dall'ultimo Sender Report Sender Report (SR) Source Description (SDES) Application (APP) Bye Il traffico RTCP è regolato in modo da non superare il 5 % del traffico totale della sessione RTP O. Gaggi RTSP, Real-Time Streaming Protocol È un protocollo a livello applicazione del modello OSI Non si occupa quindi della trasmissione dei dati vera e propria ma la demanda a protocolli sottostanti O. Gaggi RSVP

7 Tecnologia Streaming Caratteristiche RTSP Stabilisce e controlla uno o più flussi di dati multimediali sincronizzati Lavora sia in modalità unicast che multicast Gestisce sia con eventi live che preregistrati intra-stream inter-stream server client network Implementa la tecnologia streaming in ambiente client-server Rete Client Server Buffer O. Gaggi intra-stream inter-stream O. Gaggi Trasmissione RTSP Connessioni RTSP UDP o TCP Il protocollo utilizzato per la trasmissione dei dati è scelto dall applicazione che utilizza RTSP La suite RealNetworks utilizza RTP Il protocollo utilizzato per la trasmissione delle informazioni di controllo può essere scelto dall utente Nella suite RealNetworks, la scelta avviene quando si indica il link per accedere ad un file: rtsp indica l utilizzo del protocollo TCP, rtpu l utilizzo del protocollo UDP. O. Gaggi Informazioni di controllo Client Server Dati RTP, UDP, UDP Multicast o TCP O. Gaggi

8 Funzioni RTSP RTSP è in grado di: acquisire dati da una teca multimediale coinvolgere un server in una conferenza multimediale aggiungere media ad una presentazione preesistente O. Gaggi Pacchetti RTSP Options Describe Announce Setup Play Pause Teardown Get_Parameter Set_Parameter Redirect Record O. Gaggi RTSP vs. HTTP RTSP è progettato sul modello dell HTTP 1.1 e ne riutilizza i meccanismi di sicurezza, autenticazione ed inoltro via proxy Non utilizza connessioni ma sessioni Può essere descritto come una macchina a stati finiti È un protocollo simmetrico O. Gaggi Sessioni RTSP Client Server Web Browser HTTP GET Session description WWW Server Web Page Client per la riproduzione Setup Play Dati (RTP) RTCP Pause Teardown RTSP Server Media File O. Gaggi

9 Qualità di servizio Riguarda tutte le entità coinvolte: sorgete dei dati, ricevente e rete multimedia server client DataBase video hardware buffers rete buffers audio hardware O. Gaggi Componenti coinvolte Applicazioni: richiedono le risorse necessarie per raggiungere un certo livello di QoS non sono interessate a come la richiesta viene gestita né alla sua influenza sulle altre applicazioni Risorse (processore, disco, rete.): non sono interessate alle altre risorse o a chi forniscono i loro servizi Sistema: include tutte le entità e le politiche per coordinarle O. Gaggi Qualità di servizio Riguarda tutte le entità coinvolte: sorgete dei dati, ricevente e rete All interno di un sistema coinvolge tutte le componenti: applicazioni middleware risorse O. Gaggi Qualità di servizio La QoS è una combinazione di metriche e politiche. Specifiche di QoS Metriche Politiche (Sabata et al, Taxonomy for QoS specifications, in Words í97, 1997) O. Gaggi

10 QoS: Metriche Parametri per la QoS Le metriche sono misure quantitative degli attributi delle componenti di un sistema, sono usate per specificare parametri, requisiti di sicurezza e l importanza del task nel sistema globale. La qualità di servizio viene misurata sulla base di parametri che variano a seconda dell applicazione che li richiede. Un applicazione deve essere in grado di quantificare i propri requisiti di QoS in valori precisi. Il sistema deve conoscere i parametri di QoS delle applicazioni e tradurli in richieste di risorse disponibili. O. Gaggi O. Gaggi Parametri per la QoS: problemi(1) Parametri per la QoS: problemi(2) Per ogni parametro si deve identificare un dominio di valori possibili e delle operazioni di confronto su di essi quest operazione non è sempre banale Molti parametri non sono indipendenti tra loro I valori di certi parametri possono variare nel tempo Quando i parametri devono essere scelti dall utente si devono fornire interfacce adeguate l utente non esperto non sempre è in grado di valutare i parametri presentati utilizzo di metafore: esempio: audio con qualità telefono O. Gaggi - 39 time 39 O. Gaggi

11 Una tassonomia per le metriche Specifiche di QoS Metriche Politiche Sicurezza Performance Importanza Timeliness Precisione Accuratezza Combinazioni (Sabata et al, Taxonomy for QoS specifications, in Words í97, 1997) O. Gaggi Precisione e Accuratezza La precisione della rappresentazione misura la quantità totali di dati elaborata (trasferita) La precisione del contenuto misura la consistenza di una codifica L accuratezza misura la percentuale di errori introdotti durante la trasmissione O. Gaggi Metriche Timeliness Tempo totale per completare un servizio (latency) Tempo di attivazione Tempo massimo per completare un servizio Varianza della durata di un servizio (jitter). O. Gaggi QoS: Politiche Le politiche di QoS decidono come si comportano le singole componenti di un sistema Le politiche di QoS sono specifiche ad un applicazione e decidono come il manager delle risorse gestisce quell applicazione. Specifiche di QoS Metriche Politiche (Sabata et al, Taxonomy for QoS specifications, in Words í97, 1997) Gestione Livello di Servizio O. Gaggi

12 Funzione obiettivo (Sabata et al, Taxonomy for QoS specifications, in Words í97, 1997) O. Gaggi Richieste vs. Risorse requirements interactive video high-quality video network file access remote login (Celentano, 2001) insufficient resources sufficient but scarce resources admission control hardware resources abundant resources Garantire un certo livello di QoS = Garantire una certa larghezza di banda O. Gaggi Politiche di gestione Considerano: i vincoli di tempo e i parametri di qualità richiesti, Negoziano un livello di servizio sulla base della disponibilità delle risorse e della priorità delle richieste Definiscono le azioni da intraprendere in differenti situazioni scarsità di risorse rinegoziazione O. Gaggi RSVP, Resource ReSerVation Protocol RTSP RTP RTCP UDP RSVP IP O. Gaggi

13 RSVP, Resource ReSerVation Protocol Si colloca al livello transport del modello OSI O. Gaggi Cosa RSVP non fa: RSVP non trasmette dati RSVP non fornisce una certa qualità di servizio ma la garantisce mantenendo la disponibilità delle risorse necessarie ad uso esclusivo delle entità interessate rifiutando l attivazione di una connessione se non è in grado di soddisfare i parametri richiesti O. Gaggi RSVP, Resource ReSerVation Protocol Stabilisce un cammino da mittente a destinatario Alloca le risorse necessarie su tutti i router toccati ' banda trasmissiva ' tempo di CPU ' buffer di memoria O. Gaggi Cosa RSVP fa: Realizza un controllo della congestione Mantiene lo stato del percorso su tutti i router intermedi Supporta sia sessioni unicast che multicast Permette tre tipi di traffico ' Best effort ' Rate sensitive ' Delay sensitive O. Gaggi

14 Struttura di un server RSVP Pacchetti RSVP Path message Reservation-Request message Error or Confirmation message Mancata autorizzazione dell utente Richiesta troppo elevata Servizio non supportato Problemi nell identificazione del percorso da seguire Teardown message Path teardown Reservation teardown Admission Control O. Gaggi Sessione RSVP(2) Ogni sessione è unidirezionale La sessione viene mantenuta attraverso il meccanismo degli stati deboli (soft) Policy Control Validità limitata ad un certo intervallo di tempo Rendono il protocollo flessibile a cambiamenti nella composizione dei gruppi a cambiamenti nei percorsi utilizzati O. Gaggi Client Allocazione Demone RSVP Routing Server Dati Packet Packet Classifier Scheduler O. Gaggi Sessione RSVP(1) Il client inoltra una richiesta al server O. Gaggi

15 Pacchetto RSVP Conclusioni Adattare la trasmissione a seconda del carico della rete Tollerare la perdita dei pacchetti RSVP/RTCP RTP Gestire i differenti ritardi di trasmissione RTSP O. Gaggi O. Gaggi O. Gaggi O. Gaggi