Πρωτόκολλα Πραγµατικού Χρόνου και Μετάδοση Πολυµέσων

Transcript

1 Πρωτόκολλα Πραγµατικού Χρόνου και Μετάδοση Πολυµέσων

2 Τα επίπεδα του ιαδικτύου (1/3) Μεταγωγή κυκλώµατος: κάθε ροή δεδοµένων λαµβάνει συγκεκριµένοεύροςζώνηςτοοποίοεξοµοιώνει ένα δεσµευµένοφυσικόκύκλωµα ανάµεσα στον αποστολέα και στον παραλήπτη για αυτήν τη ροή δεδοµένων Μεταγωγή πακέτων: τα πακέτα πολλών ροών δεδοµένων πολυπλέκονται και ανταγωνίζονται για τους διαθέσιµους δικτυακούς πόρους Το διαδίκτυο χρησιµοποιεί µεταγωγή πακέτων

3 Τα επίπεδα του ιαδικτύου (2/3) Φυσικό Επίπεδο: Το φυσικό µέσο µετάδοσης Επίπεδο ικτύου: Υπεύθυνο για τη δροµολόγηση των πακέτων δεδοµένων στον τελικό τους προορισµό Επίπεδο Μεταφοράς: Υπεύθυνο για την από άκρο σε άκρο µετάδοση των πακέτων δεδοµένων στο τελικό σύστηµα και πιο συγκεκριµένα στη διεργασία του τελικού συστήµατος στην οποία απευθύνονται τα πακέτα δεδοµένων Επίπεδο Εφαρµογών: Συγκεκριµένες λειτουργίες της εφαρµογής για τη διαχείριση των δεδοµένων που διακινούνται

4 Τα επίπεδα του ιαδικτύου (3/3) Η αρχιτεκτονική του ιαδικτύου Επίπεδο Εφαρµογών Επίπεδο Εφαρµογών Τελικός Χρήστης (Τελικό Σύστηµα) Επίπεδο Μεταφοράς Επίπεδο ικτύου Φυσικό Επίπεδο ιαδίκτυο Επίπεδο Μεταφοράς Επίπεδο ικτύου Φυσικό Επίπεδο Τελικός Χρήστης (Τελικό Σύστηµα) Επίπεδο Εφαρµογών Επίπεδο ικτύου Φυσικό Επίπεδο ικτυακές Συσκευές (Κόµβος ικτύου)

5 Επίπεδο ικτύου (1/2) Υπεύθυνο για τη δροµολόγηση των πακέτων δεδοµένων στον τελικό τους προορισµό To πρωτόκολλο που χρησιµοποιείται στο διαδίκτυο είναι το IP (Internet Protocol) εν υπάρχει καµία εγγύηση για την παράδοση των πακέτων δεδοµένων τα πακέτα δεδοµένων µπορεί: να φτάσουν καθυστερηµένα στον παραλήπτη τους να φτάσουν σε διαφορετική σειρά από την σειρά την οποία µεταδόθηκαν να µην φτάσουν καθόλου (δηλαδή να χαθούν στο δίκτυο).

6 Επίπεδο ικτύου (2/2) ροµολογητές (router): ροµολογούν τα πακέτα δεδοµένων από τον αποστολέα στον παραλήπτη Τεχνικές αλγόριθµοι δροµολόγησης: FIFO (First In First Out) RED (Random Early Detection) ίκαιη διαχείριση ουρών (Fair Queuing Mechanism) Πρωτόκολλο ICMP (Internet Control Message Protocol)

7 Επίπεδο Μεταφοράς (1/4) Υπεύθυνο για την από άκρο σε άκρο µετάδοση των πακέτων δεδοµένων στο τελικό σύστηµα και πιο συγκεκριµένα στη διεργασία του τελικού συστήµατος στην οποία απευθύνονται τα πακέτα δεδοµένων TCP (Transmission Control Protocol) UDP (User Datagram Protocol)

8 Επίπεδο Μεταφοράς (2/4) Αξιόπιστη µεταφορά TCP Βασίζεται σε συνδέσεις (connection oriented) Υπηρεσίες του TCP Εδραίωση και τερµατισµός σύνδεσης Αξιόπιστη µετάδοση Έλεγχος ροής και συµφόρησης

9 Επίπεδο Μεταφοράς (3/4) Εκδόσεις του TCP Tahoe TCP Reno TCP New Reno TCP SACK TCP Vegas TCP ECN TCP

10 Επίπεδο Μεταφοράς (4/4) UDP εν χρησιµοποιεί συνδέσεις εν εγγυάται τη µετάδοση των πακέτων στον προορισµό τους Πιο γρήγορη µετάδοση των πακέτων δεδοµένων (datagrams) Καταλληλότερο για µετάδοση πολυµεσικών δεδοµένων, που απαιτείται σταθερή γρήγορη ροή

11 Επίπεδο Εφαρµογών Επίπεδο Εφαρµογών: Συγκεκριµένες λειτουργίες της εφαρµογής για τη διαχείριση των δεδοµένων που διακινούνται Παραδείγµατα: RTP/RTCP, RTSP, HTTP, FTP, κ.λπ.

12 Τρόποι µετάδοσης πακέτων δεδοµένων Unicast Multicast Broadcast (IPv4) Anycast (IPv6)

13 Internet Protocol (IP) IP Address: 32 bit (ΙPv4) ιαιρείται σε δύο πεδία: Ταυτότητα δικτύου (network identifier). Αναφέρεται σε ένα συγκεκριµένο φυσικό δίκτυο που ανήκει στο διαδίκτυο Ταυτότητα κόµβου (host identifier). Αναφέρεται σε µια συγκεκριµένη συσκευή που είναι συνδεδεµένη στο φυσικό δίκτυο

14 UNICAST Μετάδοση εδοµένων UNICAST: Μετάδοση εδοµένων από Πηγή (Αποστολέα) σε συγκεκριµένο Παραλήπτη Πρωτόκολλα Unicast ροµολόγησης: Interior Gateway Protocols RIP OSPF Exterior Gateway Protocols BGP

15 MULTICAST Μετάδοση εδοµένων (1/4) Μετάδοση εδοµένων από έναν σταθµό προς πολλούς µε κύριογνώµονα την αποτελεσµατική χρήση των διαθέσιµων δικτυακών πόρων

16 MULTICAST Μετάδοση εδοµένων (2/4) Η λειτουργία της τεχνολογίας Multicast

17 MULTICAST Μετάδοση εδοµένων (3/4) Σύγκριση multicast και unicast Unicast Μετάδοση A Π1 Π2 Unicast Μετάδοση προς τον Π3 Unicast Μετάδοση προς τον Π2 Unicast Μετάδοση προς τον Π1 3 Π3 4 Π1 Multicast Μετάδοση 2 A 1 5 Π2 Multicast Μετάδοση προς τους Π1, Π2 και Π3 3 Π3

18 MULTICAST Μετάδοση εδοµένων (4/4) Πρωτόκολλα ροµολόγησης για την Υποστήριξη του Multicast: IGMP (Internet Group Membership Protocol) PIM (Protocol Independent Multicast) DVMRP (Distance Vector Multicast Routing Protocol) MOSPF (Multicast Open Shortest Path First) MBGP (Multicast Border Gateway Protocol)

19 Χαρακτηριστικά ενός ικτυακού Μονοπατιού στο ιαδίκτυο Εύρος ζώνης Ρυθµός Απώλειας Πακέτων ιακύµανση Καθυστέρησης (Jitter) Round Trip Time (RTT)

20 ικτύωση Πολυµέσων (1/2) Με τον όρο δικτύωση πολυµέσων (multimedia networking) εννοούµε την ανάπτυξη του υλικού, του λογισµικού και των εφαρµογών µε τέτοιο τρόπο ώστε οι χρήστες να µπορούν να επικοινωνούν µε πολυµεσική πληροφορία.

21 ικτύωση Πολυµέσων (2/2) Προβλήµατα ικτύωσης Πολυµέσων Απαιτείται πολύ µεγάλο εύρος ζώνης Απαιτούν επικοινωνία σε πραγµατικό χρόνο Μια ροή πολυµεσικών δεδοµένων µεταδίδεται συνήθως µε εξάρσεις στο ρυθµό µετάδοσης (bursty)

22 Μετάδοση Πολυµέσων στο ιαδίκτυο (1/2) Το ιαδίκτυο είναι ελκυστική λύση για µετάδοση πολυµέσων έναντι άλλων λύσεων (όπως ΑΤΜ κυκλώµατα, µισθωµένες γραµµές) λόγω χαµηλότερου κόστους

23 Μετάδοση Πολυµέσων στο ιαδίκτυο (2/2) Προβλήµατα: Μεγάλος όγκος πληροφορίας το δίκτυο πρέπει να παρέχει αρκετή χωρητικότητα Τα πολυµεσικά δεδοµένα συνήθως πρέπει να στέλνονται σε οµάδες χρηστών Οι εφαρµογές πολυµέσων πραγµατικού χρόνου απαιτούν εγγυηµένη χωρητικότητα κατά τη διάρκεια µετάδοσης των δεδοµένων Το διαδίκτυο είναι ένα δίκτυο µεταγωγής πακέτων όπου τα πακέτα δροµολογούνται ανεξάρτητα το ένα από το άλλο µπορεί να εισαχθούν καθυστερήσεις Απαραίτητηηύπαρξηλειτουργιώνγιατοχειρισµό της παρουσίασης των πολυµεσικών πληροφοριών

24 Παραδοσιακά Πρωτόκολλα Μεταφοράς TCP και UDP. εν είναι κατάλληλα!!! οµή των Πρωτοκόλλων Πολύπλεξη Έλεγχος ροής Έλεγχος λαθών Πληροφορίες ελέγχου Έλλειψη χαρακτηριστικών QoS

25 Χαρακτηριστικά Πρωτοκόλλων Πραγµατικού Χρόνου για Μετάδοση Πολυµέσων Υψηλό throughput υνατότητα Multicast ιαχείριση Ποιότητας Μετάδοσης Φιλικότητα προς TCP

26 Γενικές Πληροφορίες για RTP/RTCP RTP (Real-time Transport Protocol) RTCP (Real-time Transport Control Protocol) ηµιουργήθηκαν για τη µεταφορά δεδοµένων πραγµατικού χρόνου (όπως τα πολυµεσικά δεδοµένα του βίντεο και του ήχου) Αρχικά σχεδιάστηκαν για multicast επικοινωνία, αλλά στη συνέχεια χρησιµοποιήθηκαν και για unicast επικοινωνία Μπορούν να χρησιµοποιηθούν για µονόδροµη επικοινωνία(vod) και για αµφίδροµη επικοινωνία (videoconference) Παρέχουν µια κοινή πλατφόρµα για τη µεταφορά δεδοµένων και την έκφραση πληροφοριών συγχρονισµού που απαιτούνται από εφαρµογές πραγµατικού χρόνου, όπως οι εφαρµογές µετάδοσης πολυµέσων πάνω από το ιαδίκτυο

27 RTCP RTCP: Πρωτόκολλο ελέγχου του RTP. Παρέχει πληροφορίες για την ποιότητα µετάδοσης και για αυτούς που συµµετέχουν στη σύνοδο. Παρέχει λειτουργίες υποστήριξης για τηλεδιάσκεψη πραγµατικού χρόνου για µεγάλες οµάδες στο ιαδίκτυο που περιλαµβάνουν αναγνώριση της πηγής και υποστήριξη για gateways

28 RTP (1/2) Προσφέρει υπηρεσίες µεταφοράς για δεδοµένα από άκρο σε άκρο µε χαρακτηριστικά πραγµατικού χρόνου πάνω από δίκτυα µεταγωγής πακέτου, όπως τα IP δίκτυα και το ιαδίκτυο. Υπηρεσίες: καθορισµός και η αναγνώριση του τύπου των δεδοµένων που µεταδίδονται σειριακή αρίθµηση των πακέτων χρονοσήµανση πακέτων έλεγχος των διαδικασιών µεταφοράς.

29 RTP (2/2) Χρησιµοποιείται: πάνω από την οικογένεια πρωτοκόλλων TCP / IP πάνω από κάποιο άλλο κατάλληλο πρωτόκολλο δικτύου ή µεταφοράς. Yποστηρίζει µεταφορά δεδοµένων µε χρήση multicast και unicast

30 RTP - Εφαρµογές Εφαρµογές: Πολυµελείς τηλεδιασκέψεις πολυµέσων Αποθήκευση δεοµένων συνεχούς ροής Εφαρµογές ελέγχου και µετρήσεων Άλλες εφαρµογές πραγµατικού χρόνου

31 RTP Χαρακτηριστικά (1/2) εν παρέχει όλη τη λειτουργικότητα που παρέχεται από ένα τυπικό πρωτόκολλο µεταφοράς Συνήθως λειτουργεί πάνω από UDP, αλλά µπορεί να λειτουργεί και πάνω από IPX ή ATM δίκτυα εν είναι connection-oriented (µπορεί να λειτουργεί πάνω από connection-oriented πρωτόκολλα ή πάνω από χαµηλού επιπέδου connection-less πρωτόκολλα)

32 RTP Χαρακτηριστικά (2/2) εν παρέχει µηχανισµούς για την εξασφάλιση έγκαιρης παράδοσης εν παρέχει εγγυήσεις ποιότητας υπηρεσιών. εν εγγυάται την παράδοση εν αποτρέπει την παράδοση µε λανθασµένη σειρά εν υποθέτει ότι το υποκείµενο δίκτυο είναι αξιόπιστο.

33 RTP - Ρόλοι Αποστολέας Παραλήπτης Μεταφραστής: Μεταφράζει µια µορφή ωφέλιµου φορτίου σε µια άλλη Μείκτης: Παρόµοιος µε τον µεταφραστή. Αντί να µεταφράζει ξεχωριστές ροές δεδοµένων σε διαφορετικές κωδικοποιήσεις, συνδυάζουν πολλαπλέςροέςδεδοµένων σε µια ροή δεδοµένων διατηρώντας την αρχική τους µορφή (δεν υποστηρίζονται από όλες τις εφαρµογές)

34 Πεδία της RTP επικεφαλίδας (1/2) Version (2 bits) Padding (1 bit) Extension (1 bit) Contributing Source (CSRC) Identifier (4 bits) Marker (1 bit) Payload Type (7 bits) Sequence Number (16 bits) Timestamp (32 bits) Synchronization Source (SSRC) Identifier Ακολουθούν ένα ή περισσότερα πεδία του ακόλουθου τύπου: Contributing Source Identifier

35 Πεδία της RTP επικεφαλίδας (2/2) V P X CC M Payload Type Sequence Number Timestamp Synchronization Source (SSRC) Identifier Contribution Source (SSRC) Identifier.. Contribution Source (SSRC) Identifier

36 Τρόπος λειτουργίας RTP/RTCP RTP σύνοδος IP διεύθυνση συµµετεχόντων RTP port number RTCP port number

37 Μεταφραστές και Μείκτες (1/3) Αναµεταδότες: συστήµατα τα οποία λειτουργούν στο επίπεδο µεταφοράς δεδοµένων και µπορούν να λαµβάνουν και να αποστέλλουν δεδοµένα προς τα µέλη µιας συνόδου. Χρησιµοποιούνται σε περιπτώσεις που ένα µέλος µιας συνόδου αποστέλλει δεδοµένα σε ένα άλλο µέλος, αλλά δεν µπορείνατοκάνει άµεσα Μεταφραστές και µείκτες: κατηγορίες αναµεταδοτών

38 Μεταφραστές και Μείκτες (2/3) Μείκτης: λαµβάνει δεδοµένα από µία ή περισσότερες πηγές πληροφορίας και τις συνδυάζει σε µία ροή την οποία αποστέλλει σε έναν ή περισσότερους παραλήπτες. Έχει τη δυνατότητα να αλλάζει και τη µέθοδο κωδικοποίησης και συµπίεσης των δεδοµένων Παράδειγµα µείκτη: σύστηµα πουαναµειγνύει τις ροές δεδοµένων που µεταφέρουν την οµιλία των µελών µιας τηλεδιάσκεψης

39 Μεταφραστές και Μείκτες (3/3) Μεταφραστής: επεξεργάζεται και αποστέλλει τα πακέτα ένα κάθε φορά Μπορεί να αλλάξει την αρχική κωδικοποίηση της πληροφορίας, για να γίνει αναγνωρίσιµη και επεξεργάσιµη απόσταθµούς που δεν την υποστηρίζουν Μπορεί να αυξήσει τη συµπίεση των δεδοµένων για να διακινούνται και µέσω γραµµών χαµηλής χωρητικότητας Μπορεί να λάβει δεδοµένα από πηγή που υποστηρίζει multicast και να τα µεταδώσει σε ένα σύνολο από κόµβους που υποστηρίζουν µόνο unicast.

40 Πρωτόκολλο ελέγχου RTCP RTP: µεταφορά δεδοµένων πραγµατικού χρόνου RTCP: παρακολούθηση και έλεγχος της µετάδοσης των δεδοµένων. Συνεργάζεται µε RTP

41 Υπηρεσίες του RTCP Παρακολούθηση ποιότητας υπηρεσίας και έλεγχος συµφόρησης (Qos monitoring and congestion control) Αναγνώριση Αποστολέα (source identification) Συγχρονισµός ανάµεσα στα µέσα (inter-media synchronization) Έλεγχος του αριθµού συµµετεχόντων (control information scaling)

42 Είδη RTCP πακέτων Υπάρχουν διάφορα είδη RTCP πακέτων, τα οποία ενσωµατώνονται συνήθως σε ένα UDP πακέτο. Είδη: Αναφορά Αποστολέα (Sender Report SR) και Αναφορά Παραλήπτη (Receiver Report RR) Περιγραφείς αποστολέα (Source Description - SDES) Πακέτο αποχαιρετισµού (Goodbye - BYE) Συγκεκριµένες συναρτήσεις εφαρµογής (Application specific - APP)

43 Πακέτο αναφοράς αποστολέα/παραλήπτη (1/2) 3 τµήµατακαιέναπροαιρετικό ιαφορές µεταξύ πακέτου αναφοράς αποστολέα/παραλήπτη: Κωδικού τύπου πακέτου Η αναφορά αποστολέα περιλαµβάνει ένα 20- byte τµήµα πληροφορίας αποστολέα για χρήση από ενεργούς αποστολείς

44 Πακέτο αναφοράς αποστολέα/παραλήπτη (2/2) V=2 P RC PT=200 Length SSRC αποστολέα Επικεφαλίδα NTP timestamp (χρονοσήµανση), πιο σηµαντικό word NTP timestamp (χρονοσήµανση), λιγότερο σηµαντικό word RTP timestamp (χρονοσήµανση) Απαρίθµηση πακέτου αποστολέα Πληροφορίες αποστολέα Απαρίθµηση bytes αποστολέα SSRC_1 (SSRC πρώτης πηγής) Fraction Lost Αθροιστικός αριθµός χαµένων πακέτων Extended highest sequence number received Inter-arrival jitter Πλαίσιο αναφοράς 1 Τελευταίο SR (LSR) Καθυστέρηση από το τελευταίο SR (DLSR) SSRC_2 (SSRC δεύτερης πηγής). Πλαίσιο αναφοράς 2 Ειδικές επεκτάσεις

45 Πακέτο Περιγραφής Αποστολέα Περιγραφή Αποστολέα (Source Description SDES) V=2 P RC PT=202 Length SSRC/CSRC_1 SDES πληροφορίες SSRC/CSRC_2 SDES πληροφορίες Επικεφαλίδα Κοµµάτι 1 Κοµµάτι 2

46 Πακέτο Αποχωρισµού (BYE) Χρησιµοποιείται από κάποια πηγή για να δηλώσει ότι εγκαταλείπει µια σύνοδο. εν είναι απαραίτητο, αλλά οδηγεί σε πιο αποδοτική χρήση του διαθέσιµου εύρους ζώνης V=2 P RC PT=203 Length SSRC/CSRC... SSRC/CSRC_2 Λόγος αποχώρησης

47 Πακέτο Συγκεκριµένων Συναρτήσεων Εφαρµογής (APP) Έχει πειραµατική χρήση (για νέες εφαρµογές) V=2 P subtype PT=202 Length SSRC/CSRC Όνοµα (ASCII) εδοµένα που εξαρτώνται από την εφαρµογή

48 Σενάριο Χρήσης RTP/RTCP (1/5) Χρησιµοποιούνται κυρίως για πραγµατοποίηση τηλεδιασκέψεων µε χρήση κατά κύριο λόγο ήχου και βίντεο. Συνήθως περισσότερα από δύο άτοµα Συνήθως multicast (για καλύτερη χρήση των δικτυακών πόρων)

49 Σενάριο Χρήσης RTP/RTCP (2/5) Χρησιµοποιώντας RTP, για κάθε ξεχωριστό µέσο που απαιτεί µετάδοση πραγµατικού χρόνου, όλα τα µέλη της τηλεδιάσκεψης χρησιµοποιούν µία (την ίδια) multicast διεύθυνση και ορίζουν σε αυτή µία RTP και µία RTCP θύρα (port) Η µετάδοση των µέσων γίνεται µε χρήση διαφορετικών συνόδων (session) εν είναι απαραίτητο όλα τα µέλη να διαθέτουν τον ίδιο εξοπλισµό σε υλικό και λογισµικό, ούτε να είναι συνδεδεµένα µε τοδίκτυοµε συνδέσεις ίδιων ταχυτήτων

50 Σενάριο Χρήσης RTP/RTCP (3/5) Για κάθε µέλος ένας διαφορετικός συνδυασµός δικτυακών παραµέτρων, κωδικοποιήσεων και συµπιέσεων δεδοµένων είναι κατάλληλος Για την επικοινωνία µεταξύ των χρηστών οι µετατροπές πρέπει να γίνονται σε πραγµατικό χρόνο. ιαφορετικές ροές δεδοµένων ήχου ή βίντεο χρειάζεται να πολυπλεχτούν προκειµένου να αποσταλούν σε οµάδες χρηστών Είναι πιο εύκολο όταν κάθε «κανάλι» RTP/RTCP µεταφέρει ένα µόνο µέσο επικοινωνίας

51 Σενάριο Χρήσης RTP/RTCP (4/5) RTP: εν είναι πλήρες πρωτόκολλο µεταφοράς και ελέγχου δεδοµένων. Ορίζει µία δοµή πακέτων και ένα σύνολο στοιχειωδών συναρτήσεων που χρησιµοποιούν εφαρµογές για τη µετάδοση πληροφορίας Συµπληρώνεται από συναρτήσεις και δοµές πληροφορίας που αφορούν συγκεκριµένες κωδικοποιήσεις δεδοµένων όπως MPEG, H. 261, H. 263, JPEG

52 Σενάριο Χρήσης RTP/RTCP (5/5) Οι µηχανισµοί για τη βέλτιστη χρήση των δικτυακών πόρων υλοποιούνται στο επίπεδο της εφαρµογής και όχι απότοπρωτόκολλοµεταφοράς Παράδειγµα: απώλεια δεδοµένων ή λήψη αλλοιωµένων πακέτων πληροφορίας. Υπεύθυνη για την απόφαση επαναµετάδοσης είναι η εφαρµογή Οι εφαρµογές γίνονται περισσότερο ευέλικτες και δεν περιορίζονται από τις ιδιαιτερότητες και τα χαρακτηριστικά των χρησιµοποιούµενων πρωτοκόλλων

53 Σύνοψη Χαρακτηριστικών RTP/RTCP (1/2) RTP: υπηρεσίες για την παράδοση πολυµεσικών δεδοµένων µε χαρακτηριστικά πραγµατικού χρόνου, όπως βίντεο και ήχος εν υπάρχει εγγύηση έγκαιρης µετάδοση εν γίνονται υποθέσεις για το δίκτυο Τρέχει πάνω από UDP, αλλά είναι δυνατόν να χρησιµοποιηθεί και µε άλλα πρωτόκολλα µεταφοράς

54 Σύνοψη Χαρακτηριστικών RTP/RTCP (2/2) εν υπάρχει αξιοπιστία. Η υλοποίησηµηχανισµών, όπως έλεγχος ροής και συµφόρησης εξαρτάται από την εφαρµογή εν είναι ολοκληρωµένο πρωτόκολλο, αλλά είναι ανοικτό στην εισαγωγή νέων δυνατοτήτων Παρέχει λειτουργικότητα και µηχανισµούς ελέγχου για τη µετάδοση δεδοµένων πραγµατικού χρόνου, αλλά δραστηριότητες υψηλότερου επιπέδου, όπως ο συγχρονισµός, γίνονται στο επίπεδο της εφαρµογής Οι πληροφορίες σχετικά µε έλεγχο ροής και συµφόρησης παρέχονται από τις RTCP αναφορές αποστολέα και παραλήπτη

55 Πρωτόκολλα Επιπέδου Εφαρµογής RTSP (1/6) Πρωτόκολλο Ροής Πραγµατικού Χρόνου (Real Time Streaming Protocol - RTSP) Πρωτόκολλο επιπέδου εφαρµογής το οποίο παρέχει µηχανισµούς για την υποστήριξη streaming πολυµέσων σε εφαρµογές πολλών σηµείων, χρησιµοποιώντας τεχνολογίες µετάδοσης unicast και multicast

56 Πρωτόκολλα Επιπέδου Εφαρµογής RTSP (2/6) Ελέγχει την παράδοση streaming µέσων, πάνω από unicast ή multicast δίκτυα µε χαρακτηριστικά πραγµατικού χρόνου. Η µετάδοση των δεδοµένων δεν γίνεται από το RTSP, αλλά από κάποιο άλλο πρωτόκολλο µεταφοράς Παρέχει µηχανισµούς τύπου «τηλεχειριστηρίου» προς τον εξυπηρετητή που µεταδίδει streaming µέσα: Πάγωµα (pause) Προώθηση προς τα εµπρός (fast forward) Προώθηση προς τα πίσω (reverse) Επιλογή συγκεκριµένης θέσης (absolute positioning) Συνεργάζεται µε πρωτόκολλα χαµηλότερου επιπέδου (RTP, RSVP, κ.ά.)

57 Πρωτόκολλα Επιπέδου Εφαρµογής RTSP (3/6) Παρόµοιο σε σύνταξη και λειτουργία µε HTTP 1.1 To RTSP έχει καταστάσεις (state), ενώ το HTTP όχι Στο RTSP µπορούν να πραγµατοποιήσουν αιτήσεις και οι εξυπηρετητές και οι παραλήπτες (στο HTTP µόνοοιπελάτες)

58 Πρωτόκολλα Επιπέδου Εφαρµογής RTSP (4/6) Μηχανισµοί: αίτηση µετάδοσης δεδοµένων σε πραγµατικό χρόνο. αίτηση ενός καθορισµένου τύπου µεταφοράς και προορισµού για τη µετάδοση δεδοµένων. αίτηση πληροφοριών σχετικά µε τα δεδοµένα µε έναν τρόπο καθορισµένο από το πρωτόκολλο. εκκίνηση, σταµάτηµα καιπαύσητηςµετάδοσης των δεδοµένων. δυνατότητα να παρέχει τυχαία προσπέλαση σε διάφορα τµήµατα του µεταδιδόµενου µέσου, το οποίο συνήθως είναι βίντεο ή ήχος (όπου αυτό είναι εφικτό).

59 Πρωτόκολλα Επιπέδου Εφαρµογής RTSP (5/6) ύο είδη µηνυµάτων: Μηνύµατα σύνδεσης που στέλνονται στη γενική σύνοδο ελέγχου (Global Control Session) Μηνύµατα µέσων που στέλνονται στη σύνοδο ελέγχου (Control Session) Χρήσεις: Μετάδοση πραγµατικού χρόνου αποθηκευµένων πολυµέσων (βίντεο και ήχος) Μετάδοση πραγµατικού χρόνου ζωντανών πολυµέσων (π.χ. ραδιοφωνικοί σταθµοί) Μετάδοση µη πραγµατικού χρόνου αποθηκευµένων πολυµέσων

60 Πρωτόκολλα Επιπέδου Εφαρµογής RTSP (6/6) Παρουσίαση και Περιγραφή Παρουσίασης Παρουσίαση (Presentation) είναι µια ολοκληρωµένη οµάδα από ροές δεδοµένων που συνιστά µια αυτοτελή οντότητα πολυµεσικής πληροφορίας, π.χ. µια κινηµατογραφική ταινία. Η Περιγραφή Παρουσίασης (Presentation Description) περιέχει πληροφορία, για µία ή περισσότερές ροές δεδοµένων πολυµέσων µέσα σε µια παρουσίαση, που περιλαµβάνει τους τρόπους κωδικοποίησης, τις διευθύνσεις στο δίκτυο και δεδοµένα σχετικά µε το περιεχόµενο.

61 Χαρακτηριστικά του RTSP (1/2) Μπορεί να επεκταθεί µε ευκολία. Μπορούν να προστεθούν νέοι τύποι και µορφές πληροφορίας. Μπορούµε εύκολα να δηµιουργήσουµε parser για το RTSP, µετατρέποντας έτοιµους HTTP parsers Είναι ανεξάρτητο του επιπέδου µεταφοράς. Μπορεί να χρησιµοποιήσει οποιοδήποτε πρωτόκολλο µεταφοράς (UDP, TCP, RTP), τους µηχανισµούς ασφαλείας του Web καθώς και τους µηχανισµούς των επιπέδων µεταφοράς και δικτύου. Υποστηρίζει πολλαπλούς εξυπηρετητές. Ο παραλήπτης µπορεί να δέχεται µια ροή δεδοµένων µέσω πολλαπλών συνόδων µε πολλούς εξυπηρετητές ταυτόχρονα.

62 Χαρακτηριστικά του RTSP (2/2) Ο έλεγχος ροής στην µετάδοση των δεδοµένων καθοδηγείται από τον παραλήπτη Αν κάποια βασικά χαρακτηριστικά δεν υποστηρίζονται από κάποια πολυµεσική πληροφορία, ο παραλήπτης έχει τη δυνατότητα να το πληροφορηθεί και να τροποποιήσει τη διεπαφή (User Interface) του χρήστη ανάλογα. Παρέχει για πολυµέσα (βίντεο και ήχο) τις ίδιες υπηρεσίες που παρέχει το HTTP για κείµενο και γραφικά. Κάθε παρουσίαση µίας πολυµεσικής ροής δεδοµένων αναγνωρίζεται µέσω ενός RTSP URL (Uniform Resource Locator).

63 υνατότητες του RTSP Ανάκτηση πληροφορίας από έναν εξυπηρετητή πολυµέσων Ο παραλήπτης µπορεί να ζητήσει µια περιγραφή της επιθυµητής πληροφορίας µέσω του HTTP ή κάποιου άλλου τρόπου. Πρόσκληση ενός εξυπηρετητή πολυµέσων σε µια τηλεδιάσκεψη Προσθήκη πληροφορίας σε µια ήδη υπάρχουσα πολυµεσική παρουσίαση Τα RTSP αιτήµατα µπορούν να χειριστούν από proxies, tunnels και caches όπως και στο HTTP/1.1

64 Βασικές εντολές RTSP (1/4) Αιτήσεις από τον παραλήπτη Απαντήσεις από τον εξυπηρετητή OPTIONS: Ο παραλήπτης ή ο εξυπηρετητής λέει στην άλλη πλευρά τις παραµέτρους που µπορεί να δεχτεί. DESCRIBE: Ο παραλήπτης διαβάζει την περιγραφή µιας παρουσίασης ενός πολυµεσικού αντικειµένου. ANNOUNCE: Όταν στέλνεται από τον παραλήπτη στο εξυπηρετητή, δηλώνει την περιγραφή µιας παρουσίασης ενός πολυµεσικού αντικειµένου. Όταν στέλνεται από τον εξυπηρετητή στον παραλήπτη, ενηµερώνει την περιγραφή σε πραγµατικό χρόνο.

65 Βασικές εντολές RTSP (2/4) SETUP: Ο παραλήπτης ζητάει από τον εξυπηρετητή να δεσµεύσει πόρους για ροή δεδοµένων, και να ξεκινήσει µια RTSP σύνοδο. PLAY: Ο παραλήπτης ζητάει από τον εξυπηρετητή να ξεκινήσει να στέλνει δεδοµένα. PAUSE: Ο παραλήπτης προσωρινά σταµατάει την ροή δεδοµένων χωρίς να ελευθερώνει τους δεσµευµένους πόρους γι αυτή τη ροή δεδοµένων στον εξυπηρετητή. TEARDOWN: Ο παραλήπτης ζητάει από τον εξυπηρετητή να σταµατήσει την αποστολή µίας ροής δεδοµένων και να ελευθερώσει τους δεσµευµένους πόρους γι αυτή τη ροή δεδοµένων.

66 Βασικές εντολές RTSP (3/4) GET_PARAMETER: ιαβάζει την τιµή µιας παραµέτρου για την παρουσίαση µίαςροήςδεδοµένων. SET_PARAMETER: Θέτει την τιµή µιας παραµέτρου για την παρουσίαση µίαςροήςδεδοµένων. REDIRECT: Ο εξυπηρετητής ενηµερώνει τους παραλήπτες ότι πρέπει να συνδεθούν µε ένα εξυπηρετητή σε µία άλλη τοποθεσία. RECORD: Ο παραλήπτης ξεκινάει να αποθηκεύει ένα κοµµάτι των πολυµεσικών δεδοµένων σύµφωνα µε την περιγραφή παρουσίασης.

67 Βασικές εντολές RTSP (4/4) Σταθµός εργασίας Web Browser HTTP GET Περιγραφή session Web Server SET UP PLAY Media Player RTP ήχος RTP εικόνα RTCP Multimedia Server TIME PAUSE TEARDOWN

68 Τρόπος λειτουργίας RTSP (1/5) Λειτουργεί σαν αποµακρυσµένος έλεγχος δικτύου για εξυπηρετητές πολυµέσων. Εγκαθιστά και ελέγχει µία ή περισσότερες συνεχόµενες συγχρονισµένες ροές πολυµεσικής πληροφορίας (όπως ήχος ή βίντεο) Εγκαθιστά και ελέγχει είτε δεδοµένα µιας ροής, είτε πολλαπλές συγχρονισµένες ροές δεδοµένων, αλλά δεν µεταδίδειτιςροέςαυτές(κάτι που γίνεται από πρωτόκολλα όπως το RTP). Το σύνολο των ροών δεδοµένων προς έλεγχο καθορίζεται από µια περιγραφική παρουσίαση.

69 Τρόπος λειτουργίας RTSP (2/5) εν υπάρχει η έννοια της σύνδεσης στο RTSP. Ο εξυπηρετητής που έχει αναλάβει τη µετάδοση της streaming πληροφορίας διατηρεί µια σύνοδο µε τονκάθε RTSP παραλήπτη (η οποία δεν είναι σύνδεση στο επίπεδο µεταφοράς). Κατά τη διάρκεια µιας συνόδου ένας παραλήπτης µπορεί να ανοίξει και να κλείσει πολλές συνδέσεις προκειµένου να στείλει τα RTSP αιτήµατά του στον εξυπηρετητή. Εναλλακτικά µάλιστα µπορεί να χρησιµοποιήσει και κάποιο χωρίς σύνδεση (connection less) πρωτόκολλο όπως το UDP.

70 Τρόπος λειτουργίας RTSP (3/5) Κάθε παρουσίαση και κάθε πολυµεσική ροή δεδοµένων µπορεί να αναγνωριστεί από ένα RTSP URL. Η συνολική παρουσίαση και τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της καθορίζονται από την περιγραφή της παρουσίασης (µπορεί να γίνει γνωστή στο παραλήπτη µέσω HTTP, ή κάποιου άλλου τρόπου). Η περιγραφή της παρουσίασης περιλαµβάνει επιπλέον πληροφορία για την κάθε πολυµεσική ροή δεδοµένων που αφορά τον εξυπηρετητή στον οποίο βρίσκεται. O παραλήπτης έχει τη δυνατότητα να παρακολουθήσει ροές δεδοµένων από διαφορετικούς εξυπηρετητές.

71 Τρόπος λειτουργίας RTSP (4/5) Τρόποι µετάδοσης: Unicast µετάδοση, µετά από αίτηση του παραλήπτη Multicast µετάδοση, όπου ο εξυπηρετητής καθορίζει τις παραµέτρους της µετάδοσης (Τυπική περίπτωση «media on demand», όπου το RTSP βρίσκει ευρύτατη εφαρµογή). Multicast µετάδοση, όπου ο παραλήπτης καθορίζει τις παραµέτρους της µετάδοσης (χρησιµοποιείται σε εφαρµογές τηλεδιάσκεψης πολλών σηµείων).

72 Τρόπος λειτουργίας RTSP (5/5) Το RTSP µπορεί να: λάβει πολυµέσα από έναν εξυπηρετητή πολυµέσων προσκαλέσει έναν εξυπηρετητή πολυµέσων σε µια συνδιάσκεψη (σε ένα κατανεµηµένο περιβάλλον εκπαίδευσης για παράδειγµα) να προσθέσει πολυµέσα σε µια υπάρχουσα παρουσίαση.

73 RTSP - Σύνοψη Το RTSP είναι πρωτόκολλο στο επίπεδο εφαρµογής µε σύνταξη και λειτουργίες παρόµοιες µε αυτέςτουhttp, αλλά λειτουργεί για βίντεο και ήχο. Ένας RTSP εξυπηρετητής πρέπει να διατηρεί κάποιες καταστάσεις, χρησιµοποιώντας συγκεκριµένες εντολές. Τα RTSP µηνύµατα µεταφέρονται έξω από την κανονική ροή των πολυµεσικών δεδοµένων. Σε αντίθεση µε το HTTP, στο RTSP µπορούν να κάνουν αιτήσεις (requests) καιοιεξυπηρετητέςκαιοι παραλήπτες. Το RTSP έχει υλοποιηθεί σε πολλά λειτουργικά συστήµατα.

74 Κωδικοποιήσεις Πολυµεσικών εδοµένων για Μετάδοση πάνω από ίκτυα ITU H.261 ITU H.263 JPEG MPEG MPEG-1 MPEG-2 MPEG-3 MPEG-4 MPEG-7

75 ITU H.261 σύσταση ITU - T / CCITT H.261: κωδικοποίηση βίντεο για οπτικοακουστικές υπηρεσίες στα p*64kbps καθορίζει έναν κώδικα για συµπιεσµένο ψηφιακό βίντεο Ανήκει στην ITU - T H.320 οικογένεια για βίντεο - τηλεφωνία και τηλεδιάσκεψη σε ρυθµούς µετάδοσης κυµαινόµενους από 64Κbps σε 2Mbps Εφαρµογές: βίντεο - τηλέφωνο τηλεδιάσκεψη

76 ITU H.263 σύσταση Η.263: σχεδιάστηκε για επικοινωνία σε χαµηλούς ρυθµούς δεδοµένων Η κωδικοποίηση κατά Η.263 είναι πολύ πιο αποτελεσµατική από ότι η κωδικοποίηση κατά Η.261. ΗσύστασηH.263 στηρίζεται στην H.261 και παρέχει κάποιες επεκτάσεις για την υποστήριξη πιο αποτελεσµατικής κωδικοποίησης.

77 JPEG Η µέθοδος συµπίεσης JPEG χρησιµοποιείται για κωδικοποίηση βίντεο πλήρους µεγέθους (full - motion), ειδικά σε σήµατα NTSC TV. Είναι γνωστή και ως Motion JPEG. εν σχεδιάστηκε για βίντεο πλήρους µεγέθους, αλλά µπορεί να το εξυπηρετήσει µε κάποιους περιορισµούς. Λειτουργεί ανεξάρτητα από πλαίσιο σε πλαίσιο, για αυτό και δεν µπορεί να µειώσει τον πλεονασµό πουυπάρχει µεταξύ των πλαισίων. Το γεγονός ότι το JPEG εκτελεί κωδικοποίηση µε συµπίεση µόνο µέσα στα πλαίσια (intra - frame) προσφέρει "γρήγορη" τυχαία πρόσβαση σε οποιοδήποτε πλαίσιο του βίντεο.

78 MPEG Το πρότυπο MPEG έχει τρία µέρη: MPEG - βίντεο (συµπίεση σηµάτων βίντεο) MPEG - ήχος (συµπίεση σηµάτων ήχου) MPEG - σύστηµα (συγχρονισµός και πολύπλεξη των πολλαπλών συµπιεσµένων ροών δεδοµένων βίντεο και ήχου) Τα πρότυπα καθορίζουν µόνο τη σύνταξη των κωδικοποιηµένων ροών δεδοµένων, έτσι ώστε οι αποκωδικοποιητές (decoders) ακολουθώντας αυτά τα πρότυπα να µπορούν να αποκωδικοποιήσουν τη ροή δεδοµένων. Αυτό επιτρέπει ευελιξία στο σχεδιασµό και την υλοποίηση κωδικοποιητών (encoders).

79 MPEG-1 Στοχεύει στην κωδικοποίηση του βίντεο και του συνοδευόµενου ήχου σε ρυθµό µετάδοσης περίπου 1.5Mbps. (µπορεί να χρησιµοποιηθεί και σε υψηλότερους ή χαµηλότερους ρυθµούς µετάδοσης δεδοµένων) υνατότητες Επιτυγχάνει υψηλή αναλογία συµπίεσης, µε χρήσηµιας τεχνική κωδικοποίησης ανάµεσα στα πλαίσια Προσφέρει δυνατότητα τυχαίας πρόσβασης στο βίντεο. Μερικές εικόνες είναι κωδικοποιηµένες ανάµεσα στα πλαίσια (inter - frame) και άλλες είναι κωδικοποιηµένες τόσο ανάµεσα στα πλαίσια (inter - frame) όσο και µόνο στα πλαίσια (intra - frame).

80 MPEG-2 Προέκταση του MPEG-1 µε αρκετές βελτιώσεις Βελτιώνει την ποιότητα, ενώ κρατάει χαµηλό ρυθµό µετάδοσης Αποτελείται από τέσσερα µέρη: MPEG-2 συστήµατα MPEG-2 βίντεο MPEG-2 ήχο MPEG-2 συµµόρφωση Χρησιµοποιείται σε πολλές εφαρµογές και έχει µεγάλη ποικιλία σε ρυθµούς µετάδοσης, ποιότητα, υπηρεσίες, κτλ

81 MPEG-3 Χρησιµοποιείται για κωδικοποίηση και συµπίεση του HDTV. Εγκαταλείφθηκε λόγω της ραγδαίας εξάπλωσης του MPEG-2

82 MPEG-4 Εφαρµόζεται σε πολύ χαµηλούς ρυθµούς µετάδοσης Χρήσεις: Πολυµεσικές εφαρµογές σε κινητά δίκτυα Βιντεο-τηλεφωνία µε απλή υπηρεσία τηλεφώνου ή µε ασύρµατα δίκτυα Ρυθµοί µετάδοσης: 4.8Kbps 64 Kbps

83 MPEG-7 Στόχος του MPEG - 7 είναι να καθορίσει ένα σύνολο από περιγραφείς, για να µπορεί να περιγράψει κανείς διάφορες µορφές πολυµέσων. Προτυποποιεί τον τρόπο µε τον οποίο κάποιος ορίζει επιπλέον περιγραφείς, όπως επίσης και τις δοµές των περιγραφέων, καθώς επίσης και τις αλληλεπιδράσεις µεταξύ τους.