Real Time Protocol (RTP)

1. Real Time Protocol (RTP) Profa. Ana Cristina Benso da Silva Redes de Computadores

2. RTP (Real Time Protocol) • “Application Layer Framing” • Troca o TCP (protocolo sofisticado) por um protocolo simples • Normalmente aplicações em tempo real não necessitam das funções do TCP • Algoritmos para aplicações multimídia tratam a falta de dados ou erro nas transmissões • Tempo de retransmissão do TCP é normalmente substituído pelo simples esquecimento dos dados que faltam Redes de Computadores Profa. Ana Benso

3. Arquitetura do RTP • RTP não especifica um protocolo por completo • Framework • Define papéis básicos, operações e formato das mensagens • Aplicações específicas adicionam o controle necessário para cada uma JPEG H.261 MPEG RTP UDP IP RTP Redes de Computadores Profa. Ana Benso

4. Transmissão de Áudio e Vídeo • Transmissão de áudio em sistema de telefonia • PCM • Amostras de 8 bits a cada 125 seg (8000 vz/seg) • Total de 64Kbps • Exemplo: 128 seg. de áudio = 1 Mb de memória • Redução: • Diminuir o número de amostras • Diminuir o número de bits por amostra • Compressão digital* • Resultado: BAIXA QUALIDADE ou ATRASO* Redes de Computadores Profa. Ana Benso

5. Reprodução de Áudio e Vídeo • Tempo real • Largura de banda para garantir a velocidade • Garantia de tempo de entrega para garantir a reprodução • Arquitetura Isócrona • Todo sistema é desenvolvido para a garantia da transmissão em tempo real • Redes TCP/IP • Não é isócrono Redes de Computadores Profa. Ana Benso

6. Rede Rede Problema em Redes TCP/IP • O TCP/IP não preserva as relações de tempo entre as mensagens • Datagramas podem chegar • em intervalos irregulares • fora de ordem • Ou não chegam Jitter: Variação no atraso Redes de Computadores Profa. Ana Benso

7. Timestamp • A reprodução dos dados de forma continua exige a reconstrução e sincronização dos dados • Aplicações de tempo real utilizam um timestamp para a reordenação dos dados • Timestamp é comum a maioria das aplicações de tempo real • Incorporado ao framework do RTP Redes de Computadores Profa. Ana Benso

8. Jitter e Atraso de Reprodução • Playback buffer • Dados são bufferizados na recepção até atingir o playback point (limite de k posições) • Não houver jitter, sempre haverá k frames bufferizados • Caso ocorrá atraso, haverá K frames bufferizados Entrada Tempo variável Saída Tempo fixo Redes de Computadores Profa. Ana Benso

9. Multicast • O RTP foi projetado para operações em multicast • Tráfego de dados • Tráfego de controle • Mensagens de feedback são enviadas a todos os participantes do grupo • Gasto de largura de banda? Redes de Computadores Profa. Ana Benso

10. Multicast - Vantages • Todos os clientes “ouvem” o feedback dos demais • Assim todos ficam sabendo quanto de banda é gasta com o feedback • Com este conhecimento os participantes podem diminuir e retardar as mensagens de feedback • Outros hosts podem “ouvir” e medir a qualidade da transmissão na rede • Natureza humana • “Somente eu tenho problemas, como esta a qualidade para os demais”? Redes de Computadores Profa. Ana Benso

11. Papéis • Origem e Destino • Translator and Mixer • Estão entre origem e destino e processam pacotes RTP (“in the middle”) • Translator: transforma o pacotes de um formato de payload para outro • Mixer: combina vários “source streams” em um, preservando o formato original Redes de Computadores Profa. Ana Benso

12. Timestamp Synchronization Source Identifier (first)Contributing Source Identifier (last) Contributing Source Identifier Application Data Formato da Mensagem Version Padding Payload Type Sequence Number Extension Contributor Count Marker Redes de Computadores Profa. Ana Benso

13. Campos da Mensagem • Version: versão atual é a 2 (2 bits) • Padding: se for igual a um, indica que o último byte no pacote tem um contador que indica quantos bytes foram adicionados (1 bit) • Extension: se for igual a um, indica que há um header de extensão após o header do RTP (1 bit) • Contributor Count: indica quantos “contributing source identifiers” a mensagem tem (4 bits) • Marker: bit disponível para aplicação (1 bit) • Payload Type: indica o tipo do payload (7 bits) • Synchronization source identifier(SSRC): identifica o “sistema” original da mensagem, ou seja, o sistema que define o número de seqüência e o timestamp dos dados (32 bits) • Contributing Source (CSRC): sistema de origem, cujos dados estão multiplexados neste datagrama (32 bits) Redes de Computadores Profa. Ana Benso

14. 0 PCMU Audio 16-22 unassigned audio 1 1016 audio 23 RGB8 video 2 G721 audio 24 HDCC video 3 GSM audio 25 CelB vieo 4 unassigned audio 26 JPEG video 5 DVI4 audio (8KHz) 27 CUSM video 7 LPC audio 29 PICW video 8 PCMA audio 30 CPV video 9 G722 audio 31 H261 video 10 L16 audio (stereo) 32 MPV video 11 L16 audio (mono) 33 MP2T video 12 TPS0 audio 34-71 unassigned video 13 VSC audio 72-76 reserved 14 MPA audio 77-95 unassigned Tipo de Payload Redes de Computadores Profa. Ana Benso

15. Características do RTP • Usa o mesmo formato de frame para todas as mensagens • Este formato é alterado pela adição de aplicações específicas • Transportado sobre UDP, mas suporta outros protocolos • Não tem uma porta “bem-conhecida”, depende da aplicação • Default: 5004 (dados), acima de 5004 para controle Redes de Computadores Profa. Ana Benso

16. Características do RTP • Header compacto • Evita overhead de controle • Aplicações consome muita largura de banda • Aplicações enviam pequenas quantidades de dados • Reduz o overhead e ajuda no transporte eficiente Redes de Computadores Profa. Ana Benso

17. Áudio e Vídeo Simultâneos • São transmitidos em sessões RTP distintas • RTP e RTPC para ambas as sessões • Portas UDP e endereço multicast diferentes para cada sessão • Manter a sincronização entre áudio e vídeo • Vantagem • Usuários podem receber ambos streams, ou apenas um deles Redes de Computadores Profa. Ana Benso

18. Problemas na Demultiplexação • Não há como identificar tipos diferentes de payload (codificação diferente) • Problemas de temporização e sequenciamento se houver diferença para diferentes mídias • Mensagens RTPC descrevem apenas um espaço de número de seqüência e temporização • RTP mixer não é capaz de combinar tipos diferentes em um stream • Gerenciamento da largura de banda e recepção de streams heterogêneos Redes de Computadores Profa. Ana Benso

19. Controlando Tráfego em Tempo Real • Um só tipo de mensagens • Mensagens para transporte de dados de aplicação • RTPC – Real Time Control Protocol • Feedback e outros controles • Usa porta UDP diferente • Uma ID maior que a porta de dados • Sender Report (200), Receiver Report (201), Source Destination (202), Bye(203), Application Specific(204) Redes de Computadores Profa. Ana Benso

20. RTPC Reports • Sender • Envia mensagens para que os outros verifiquem o que deveriam ter recebido • Formato (em anexo) • Receiver • Usado para quando o host não está transmitindo • Reporta estatísticas de recepção Redes de Computadores Profa. Ana Benso

21. Reports ... • Outros reports • Source Description (SDES) • CNAME, NAME, EMAIL, PHONE, LOC, TOOL, NOTE, PRIV • Bye • Sistema anuncia que está deixando a conferência • Application Specific Messages • Problemas • Congestionamento com msg de controle Redes de Computadores Profa. Ana Benso

22. Reports ... • Solução • Regras para definir a periodicidade destas mensagens • Princípios • Manter os requisitos de tráfego constantes, independente do número de participantes • Mensagens são enviadas por multicast • Controle do número de sistemas • Aumentado-se o número de sistemas, a freqüência dos relatórios de todos os sistemas diminui Redes de Computadores Profa. Ana Benso

23. Reports ... • Geração de mensagens em intervalos randômicos • Se houver sincronização haverá picos de tráfego Redes de Computadores Profa. Ana Benso

24. RTPC - Intervalo de Transmissão • Largura de banda da sessão • Dividida entre os participantes • Soma de custos ou largura disponível para a sessão • Normalmente é a soma da largura de banda nominal de cada origem que deverá estar ativa (sender) • Para transmissões de áudio é normalmente a largura de banda de uma origem apenas • Largura de banda deve ser fornecida por um gerente de sessão Redes de Computadores Profa. Ana Benso

25. RTPC - Intervalo de Transmissão • O tráfego de controle deve ser limitado a 5% da largura de banda • Não deverá causar impacto na transmissão de dados • ¼ deste 5% devem ser reservados aos participantes que enviam dados • Se o número de origem é maior que ¼ dos participantes • A origem usa o percentual sobre a largura de banda total da sessão • Poucos participantes: mínimo 5 segundos!!! Redes de Computadores Profa. Ana Benso

26. Telefonia IP e Sinalização • “Voice over IP” • Qual a tecnologia adicional para o suporte aos sistemas de telefonia isócronos? • RTP • Controle de Conexão (a nível de aplicação) • Mecanismos para que uma rede IP funcione de forma isócrona • Controle de Conexão • SS7 (Signaling System 7) • Padrões propostos • H.323 (ITU-T) • SIP (Signaling Initiation Protocol) (IETF) Redes de Computadores Profa. Ana Benso