Servicos Multimedia Sobre Ip

8/8/2019 Servicos Multimedia Sobre Ip

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Relembrando o controlo de con

Relembrando o controlo de con

Janela de congesto

Sempre que so detectados 3 ACKs cjanela de congesto passa para metad

Em caso de timeout de confirmao, a

(slow start)

esto do protocolo TCPe

sto do protocolo TCP

12007 Osvaldo Santos

Tempo

m o mesmo valor, o tamanho dae

janela de congesto reinicializada


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TCP e aplicaes multimdia

TCP e aplicaes multimdia

As aplicaes multimdiaatraso que perda de pa

O protocolo TCP no ad

multimdia Atraso significativo na entreg

O controlo de con esto dimi

transmisso em caso de con A perda de um nico pacote

velocidade de transmisso T

A transmisso TCP muito

Por este motivo, a maioricomunicao para aplicano UDP em vez do TCP

so mais sensveis aootes

equado para aplicaes

dos dados

ui drasticamente a taxa de


esto do canalode diminuir radicalmente aP

ursty (velocidade irregular)

dos protocolos dees multimdia baseia-se


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Exemplos de protocolos para ap

Exemplos de protocolos para ap

RTP : Real-time Transpor

RTCP: Real-time Transpo

RSVP: Resource ReSerV

RTSP: Real Time Streami

SRTP: Secure Real-time

licaes multimdial

icaes multimdia

Protocol

rt Control Protocol

tion Protocol

ng Protocol


ransport Protocol


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RTP: Real-time Transport ProtoRTP: Real-time Transport Proto

RTP garante:

Indicao do tipo de conted Sequenciamento dos pacotes

Time stamping permite sinc

Monitorizao da entrega dos

No garante: Entrega dos pacotes em tem

Qualidade de servio (QoS)

olol

s que est a ser transportado, incluindo a sua numerao

ronizao e clculo do jitter


pacotes

o til


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RTP: estrutura do pacoteRTP: estrutura do pacote

ver p x m Sequence numbercc pt

timestamp

SSRC identifier

CSRC identifier

CSRC identifier

.........

bit

0

32

64

96

Ver : Vers

p : Indicapacote

x: Indica

cc: indicacabealh

x ens on ea er opc ona

Multimedia Data

m: indicapara a apl

pt: Indicaaplicao

SSRC: id

CSRC: foRTP (Mix

extensio

o, verso actual=2

a presena de bytes extra (padding) no fim do

utilizao das extenses ao protocolo

o nmero de identificadores CSRC no


que este pacote tem alguma relevncia especialicao

o formato do payload deste pacote (tipo de

ntifica a origem da sincronizao

te que contribuiu para a gerao deste pacoters)

header: tamanho do cabealho de extenso


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RTP: o significado do campo 'PRTP: o significado do campo 'P

PT Name Type Clock rate (Hz)0 PCMU Audio 80001 1016 Audio 80002 G721 Audio 80003 GSM Audio 80004 G723 Audio 80005 DVI4 Audio 80006 DVI4 Audio 160007 LPC Audio 8000

9 G722 Audio 800010 L16 Audio 4410011 L16 Audio 4410012 QCELP Audio 800013 CN Audio 8000

14 MPA Audio 9000015 G728 Audio 8000......................................................................................................................................................

''

Audio channels References1 RFC 35511 RFC 35511 RFC 35511 RFC 355111 RFC 35511 RFC 35511 RFC 3551


1 RFC 35512 RFC 35511 RFC 355111 RFC 3389

RFC 2250, RFC 35511 RFC 3551..............................................................................................................


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RTCP: Real-time Transport ConRTCP: Real-time Transport Con

O RTCP um protocolo usado para transmitir dadfluxo RTP

Transmite informao sodo fluxo RTP

Bytes recebidos/enviados Pacotes recebidos/enviados

Pacotes perdidos

Atraso (Round Trip Delay)

Jitter (variao do atraso)

Leitura adicional: http://www.freesoft.

rol Protocolrol Protocol

irmo do RTP, que os de controlo sobre o

re a qualidade de servio


rg/CIE/RFC/1889/13.htm


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Tipos de pacotes RTCP

Receiver report packet Um pacote que o receptor envia

pacotes recebidos (nmero de

Sender report packet Semelhante ao receiver report,

como emissor pelo que existemestatsticas sobre os pacotes en

ource escr p on Descreve a fonte de pacotes

Goodbye RTCP Packet

Indica que uma ou mais fontes j Application Specific RTC

Dependem de cada aplicao e

ao emissor, com estatsticas sobre osacotes perdidos, atraso, jitter, etc)

as neste caso o receptor tambm actuacampos adicionais para enviar tambmviados


ac e

no esto activaspacketsparticular


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RTCP: ports UDP usadosRTCP: ports UDP usados

A norma no define quais(geralmente so usados p

O fluxo RTP usa um port

controlo RTCP usam o po Como no se sabe prior

usados isto re resenta u

RTP

RTCP

Port 164

Port 164

firewalls

os ports UDP a usarorts entre 16384 e 32767)

ar e as mensagens de

rt seguintei quais os ports que vo ser

roblema uando existem


00

01


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RTP e NATRTP e NAT

Intern

NAT

Como enviar pacotes RTcomputador dentro de umservidor NAT?

No fundo: qual o seu entabela de traduo NAT?

et

NAT

?10.5.3.1


para um determinadorede local, atravs do

ereo IP pblico e port, na


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Tipos de NAT

Full Cone: Todos os pedidos do m

mesmo IP/port externo. Alm disso, ppara a mquina interna, enviando-osmesmo sem qualquer ligao previ

Restricted Cone: Semelhante apode enviar pacotes da Internet paraIP/port externo mapeado, se a mquiligao ao computador X.

computador X tem que ter sempre udos pacotes enviados a partir da msource port pode ser diferente).

Symmetric:Todos os pedidos do

determinado IP/port de destino so mPedidos do mesmo IP/port interno, mmapeamento diferente. Um computapara a mquina interna, enviando-os

mquina interna estabelecer previam

smo IP/port interno so mapeados no

odem ser enviados pacotes da Internetpara o IP/port externo mapeado,mente estabelecida.

Full Cone, mas um computador X s

a mquina interna, enviando-os para oa interna estabelecer previamente uma


,source port igual ao destination port

uina interna. (no restricted cone o

esmo IP/port interno para umapeados no mesmo IP/port externo.as para um destino diferente tm umor X s pode enviar pacotes da Internetpara o IP/port externo mapeado, se a

nte uma ligao ao computador X.


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STUN - Simple Traversal of UDSTUN - Simple Traversal of UD

Intern

NAT

O servio STUN permiteum NAT saiba:

Qual o endereo pblico que O tipo de NAT que est entre

O port usado do lado de fora

throught NATs throught NATs

et

NAT


ue um cliente por detrs de

lhe foi atribudoele e a Internet

o NAT


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STUN - Simple Traversal of UDSTUN - Simple Traversal of UD

Intern

NAT

10.1.9.1 : 4345193.4.2.6 : 3343

O servio STUN serve apenasNAT (IP/port exterior)

Aps ambos os PCs saberemexternos, a ligao feita dire

O servio NAT faz as respectipacotes so enviados para os

throught NATs throught NATs

et

NAT

10.5.3.1 : 405689.1.6.3 : 3649


para determinar o mapeamento

qual o endereo IP e porttamente entre eles

as tradues de endereos e osdispositivos internos


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TURN - Traversal Using Relay N

Intern

NAT

TURN Rel

A tecnologia Turn usada em laos computadores internos estaentre eles, por exemplo, quandosymetric NATs

Uma vez que todos os dados pa

atraso adicional e o RELAY servbanda disponvel para lidar com

AT

et

NAT

ay Server


imo recurso, quando impossvelelecerem uma ligao directaambos esto por detrs de

sam pelo TURN server, existe um

r tem que ter muita largura deltiplas ligaes simultneas


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ICE Interactive Connectivity E

Proposta de norma IETF paraatravessamento de NATs

Proposto como uma extenso

Usa os servios STUN e TURunificadora

robusto e funciona mesmo n

Identifica todas as possibilidadautomaticamente a melhor

tablishment

esolver o problema do

o protocolo SIP

, criando uma framework


s topologias mais complexas

s de ligao e selecciona

VOIP V i O I P

VOIP V i O I P l

l


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VOIP Voice Over Internet ProtVOIP Voice Over Internet Prot

Permite conversaes desobre a Internet

Interopervel com as rede

telefnicas tradicionais A voz digitalizada,

comprimida e enviada em

pacotes IP (normalmenteRTP)

O desempenho da rede

influencia a qualidade dasligaes VoIP

A sua maior vantagem a

reduo de custos

colcol

oz


VOIP V t

VOIP V t


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VOIP VantagensVOIP Vantagens

Permite reduzir os custos VoIP para VoIP tipicamente gr

VoIP para rede telefnica trad

VoIP independente da lo No h diferen as entre li a

Uma nica ligao de bandezenas de chamadas em

possvel integrar VoIP cvdeo, transferncia de fic

etc..

om chamadas telefnicastis, se j existir ligao Internet;

cional a custos reduzidos;

calizao geogrficaes locais ou internacionais


a larga Internet permitesimultneo

m outros servios, comoeiros, quadros partilhados,

VOIP D t

VOIP D t


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VOIP DesvantagensVOIP Desvantagens

Menor fiabilidade Maior complexidade

Alimentao elctrica no in

Depende do bom funcioname

Menor qualidade

Compresso de udio Atraso superior e forte Jitter(

Perda de pacotes IP

Algumas barreiras tecnol Difcil de passar o trfego atra

Difcil adoptar um sistema uni

ependente

to de muitos subsistemas


traso varivel)

icass de firewalls e servidores NAT

ersal de numerao dos terminais

VOIP P t l

VOIP P t l


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VOIP ProtocolosVOIP Protocolos

Sinalizao H.323

SIP

Controlo do gateway MGCP - Media Gatewa Cont

MEGACO - Media Gateway C

Transporte de udio RTP: Real-time Transport Pro

RTCP: Real-time Transport C

ol Protocol IETF


ntrol Protocol (IETF/ITU-T)

ocol

ntrol Protocol

Audio : amostragem


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Audio : amostragem

A voz humana tem as principaientre 200 HZ a 3400 HZ

A maior parte dos sistemas delargura de banda mxima de 4

Assim, pelo teorema de Nyquideve ser de pelo menos 8000

Imagem, fonte: cisco systems202007 Osvaldo Santos

s componentes nas frequncias

transmisso de voz, assume uma000 HZ

t, a frequncia de amostragemHZ (2 x largura de banda)

Audio : quantificao


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Audio : quantificao

A quantificao consiste em canalgico para um valor digital

Existe um nmero limitado deforem usados 8 bits por amost

diferena entre o valor realprximo, chama-se erro de qu

Quantos mais bits por amostrexistiro, logo, menores sero

Imagem, fonte: cisco systems


nverter uma amostra do sinal.

alores digitais, ou seja nveis. Sera, existiro 256 nveis diferentes.

a amostra e o nvel digital maisntificao

forem usados, mais nveisos erros de quantificao

Audio : companding


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Audio : companding

Imagem, fonte: http://edge.networkworld.com

A voz humana rica em

sinais de baixa amplitude. A quantificao com nveis

uniformes, prejudica a

qualidade dos sinais de baixaamplitude.

Uma forma de melhorar a


sinais de baixa amplitude usar nveis no uniformes

Nas baixas amplitudes osnveis esto mais prximos

(erro de quantificao menor) Nas altas amplitudes os

nveis esto mais afastados(erro de quantificao maior)

Audio : companding u-law e A-law


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Audio : companding u-law e A-la

Frmulas, fonte: cisco systems

w

O mtodo decompanding u-law usado nos EstadosUnidos e Japo

O mtodo de-


usado no resto domundo

Codecs


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Codecs

PCM

fonte: cisco systems


Vdeo-conferncia: o que

Vdeo-conferncia: o que


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Vdeo conferncia: o que Vdeo conferncia: o que

Transmisso de udio evdeo entre pessoas emlocais diferentes

Podem ligar-se dois(conferncia ponto aponto) ou mais locaiscon er nc a mu pon o

Alm da transmisso deudio e vdeo, as pessoaspodem partilhardocumentos e quadros deescrita

Imagens: Universidade de Tromso, Universidade de Kentucky UK


Vdeo-conferncia: os primeiros

Vdeo-conferncia: os primeiros tempost

empos


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Vdeo conferncia: os primeirosVdeo conferncia: os primeiros

Os primeiros sistemas devdeoconferncia usavamligaes dedicadas comcabos

Mais tarde comearam aser usadas ligaes viasa e spen osas

Nenhuma destas tcnicas exequvel em largaescala, por questes decusto e disponibilidade

tempostempos


Vdeo-conferncia: a rede telef

Vdeo-conferncia: a rede telef icai

ca


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Vdeo conferncia: a rede telefVdeo conferncia: a rede telef

As tentativas de usar arede telefnica analgicapara vdeoconfernciafracassaram devido mqualidade de imagem

Na dcada de 80 aparecea e e g a coIntegrao de Servios

Passou a ser possvelrealizar vdeoconfernciacom qualidade e custoaceitvel

icaica


Vdeo-conferncia: RDIS

Vdeo-conferncia: RDIS


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Vdeo conferncia: RDISVdeo conferncia: RDIS

Acesso bsico 2B+D =144 Kbit/s

Acesso primrio 30B+D =

2 Mbit/s Disponvel em quase

todos os locais

Preo das chamadasRDIS = preo chamadasde voz

Custo depende dadistncia


Vdeo-conferncia: IP

Vdeo-conferncia: IP


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Acesso Internet embanda larga generalizou-se

Acessos domsticos > 4Mbit/s so usuais

Acessos em resariais >

20 Mbit/s so comuns Sem custo adicional nas

comunicaes

Acessvel em todo omundo

Imagens: Cisco Systems


Vdeo-conferncia: como funcio

Vdeo-conferncia: como funcio aa


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Compresso de vdeo e a Reduo da quantidade de d

Perda de informao que no

Qualidade perceptual mant

Algoritmos de compress

DCT Discret Cosine Transf MPEG2, MPEG4, MJPEG

Compresso intraframe e inte

Multiplexagem e transmis Atraso tem que ser limitado

Variable bit rate ou fixed bit ra

udio

dos usados na representao

essencial

-se a nveis elevados


rm

rframe

o

te

Princpios bsicos da compress

Princpios bsicos da compress o de vdeoo

de vdeo


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p pp p

Reduo da redundncia Redundncia espacial: pixeis p

tendem a ser semelhantes

Redundncia temporal: framestendem a ser semelhantes

Reduo da irrelevncia Eliminao de informao que

ponto de vista perceptual

Difcil de modelar e implement

rximos

consecutivas


irrelevante do

r

H.261

H.261


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Norma desenvolvida nos aTelecommunications Uniontransmisso de vdeo sobr

Funciona em bit rates desdusa tipicamente mltiplos d

Su orta os tamanhos CIF

Reduz a redundncia espaDCT

Reduz a redundncia tempframes, com compensao

Esta norma revolucionou aactualmente est obsoleta

os 90 pela ITU (Internationalpara codificao eRDIS

e 40 Kbit/s a 2 Mbit/s, mase 64Kbit/s (n x Canais B)

352x288 e QCIF 176x144


ial atravs da transformada

oral atravs de predio inter-de movimentovideoconferncia digital, mas

H.262 / MPEG2

H.262 / MPEG2


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Norma desenvolvido pelo(MPEG)

Usado na difuso de televi

Utiliza a transformada DCTespacial

352x288 : 4 Mbit/s

720x576 : 15 Mbit/s

1440x1152 : 60 Mbit/s

oving Pictures Expert Group

o digital e DVD

para reduzir a redundncia


H.264 / MPEG4 parte10

H.264 / MPEG4 parte10


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Norma desenvolvida pelo

Moving Pictures Expert Grou(MPEG)

Usado em videoconferncia

vdeo na Internet, televisodigital, Blu-Ray e HD DVD

Permite vdeo de ualidade

razovel com baixos bit rate(menos de metade do MPE

Divide as cenas em objectos

(fundo, objectos mveis,objectos sintticos, etc)

Imagem: http://www.chiariglione.org

p

e


2)

Vdeo-conferncia: principais pr

Vdeo-conferncia: principais pr tocolost

ocolos


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importante que aplicadiferentes possam inter

Para isso existem protogarantir essa interoperaestabelecimento e termivdeoconferncia :

H.320

H.323

SIP

es de fabricantesperar

olos bem definidos parabilidade e permitir onao de sesses de


H.320

H.320


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A recomendao ITU H.3procedimentos para supoRDIS

Suporta a utilizao de nMbit/s

Na realidade um conjun

H.221 : define os procedimen H.230 : define a forma como

H.242 : define os procedime

G.711 e G.723 : codecs udi H.261 e H.263 : codecs vde

0 define um conjunto detar vdeo-conferncia sobre

anais B, desde 64 Kbit/s a 2

o de normas:


tos para empacotamento dos fluxosfeita a sincronizao de frames

tos para iniciar e terminar sesses

H.323

H.323


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A recomendao ITU H.3protocolos que suportamem qualquer rede de pacInternet. compatvel co

Na realidade um conjun H.261 , H.263 e H.264 : desc

. . : escreve a s na za

(bit stream) de dados, sincromensagens de controlo

H.245 : descreve as mensagfechar sesses de udio, vd

H.450 : descreve os servios

H.235 : descreve os procedi

H.460 : descreve a interac

H.239 : descreve a utilizao

3 define um conjunto deomunicaes audio-visuaistes, como por exemplo aH.320.

o de normas:evem a codificao vdeo


o, a orma e empaco ar os uxos

izao de fluxos e formato das

ns e procedimentos para abriro e dados

suplementares

entos de segurana

com firewalls

de um fluxo adicional para dados

H.320 versus H.323

H.320 versus H.323


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H.320 Funciona sobre RDIS

Garante qualidade deservio

Norma a ser abandonada

H.323 Funciona sobre TCP/IP

No garante qualidade deservio

-


Norma cada vez maispopular

Session Initiation Protocol - SIP

Session Initiation Protocol - SIP


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O protocolo SIP tem comestabelecimento, modificasesses de comunicaomais pontos

Permite multicasting

Usado em a lica es de

multimedia sobre IP e con independente do mtod

usado sobre TCP, UDP,

Usa mensagens de texto Usa os mesmos codecs d

objectivo principal oo e terminao demultimdia entre dois ou

oz sobre IP VoIP


ferncias multimdiade transporte. Pode ser

TM, SCTP, etc

acilmente interpretveisoutras tecnologias

Vdeo-conferncia: tipo de siste

Vdeo-conferncia: tipo de siste asa

s


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Sistemas dedicados

Fceis de usar Boa qualidade

Soluo dispendiosa

Placas de expanso

Boa qualidade Soluo dispendiosa

Baseados em software Exige um PC relativamente p

Qualidade razovel

Soluo pouco dispendiosa


tente

Encaminhamento IP do ponto d

Encaminhamento IP do ponto d vista do destinov

ista do destino


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Unicast Um nico destinatrio

Broadcast Todos os dispositivos de uma

Anycast Pelo menos um dispositivo d

Multicast Todos os dispositivos de um

sub-rede


um grupo

rupo

Unicast: um nico destinatrio

Unicast: um nico destinatrio


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enviada informaoapenas para umdestinatrio

usado um endereo IPque identifica apenas um


spos vo

Broadcast: todos os destinatrio

Broadcast: todos os destinatrio de uma sub-reded

e uma sub-rede


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enviada simultaneamenteinformao para todos osdestinatrios de uma sub-rede

usado um endereo IPespecial (endereo de


difuso ou broadcast) querepresenta todos osdispositivos de uma sub-rede Exemplo: o endereo

10.255.255.255 o endereo dedifuso da rede 10.0.0.0/8

Anycast: Um destinatrio de um

Anycast: Um destinatrio de um grupog

rupo


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enviada informao paraum dos destinatrios de umgrupo

bastante til quandoexistem mltiplos servidores


para os mesmos con e ose se pretende seleccionar omais prximo

Uma forma simples deimplementar distribuio decarga

Multicast: membros de um grup

Multicast: membros de um grup de dispositivosd

e dispositivos


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i

enviada simultaneamentenformao para osestinatrios que fazem partee um determinado grupo

usado um endereo IPspecial (endereo de


ulticast) que representa orupo de dispositivos

uando necessrio, os ns

a rede clonamutomaticamente os fluxos deacotes nos pontos mais

antajosos

Volume de dados transferidos:

Volume de dados transferidos: ulticast versus Unicastu

lticast versus Unicast


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Multicast: os fluxos s so clona

Multicast: os fluxos s so clonados quando necessriod

os quando necessrio


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Endereos IP de multicasting

Endereos IP de multicasting


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Os endereos da antiga Cla

239.255.255.255) esto res Os endereos de 224.0.0.0

reservados pela IANA para

rede local. Pacotes com estdevem ser encaminhados p

224.0.0.1 : todos os sistemas

224.0.0.2 : todos os routers de

224.0.0.5 : todos os routers O

224.0.0.6 : todos os routers O

224.0.0.12 : Agente DHCP serv

http://www.iana.org/assignm

sse D (desde 224.0.0.0 a

rvados para multicasting224.0.0.255 foram

erem usados apenas na

s endereos de destino nolos routers


esta sub-rede

ta sub-rede

PF

PF DR (designated routers)

r/relay

ents/multicast-addresses

Protocolo IGMP: Internet Group

Protocolo IGMP: Internet Group Management ProtocolM

anagement Protocol


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Permite aos dispositivos ne

a sua participao num gru

ociarem de forma dinmica

o multicasting


Protocolo IGMP: Verses

Protocolo IGMP: Verses


50/52

Existem trs verses do pro A verso 1 (RFC 1112) suporta

(Membership report) por parte dinteresse desses clientes (Mem

A verso 2 (RFC 2236) acrescepode usar para solicitar a sua s

A verso 3 (RFC 3376) adicionaermitindo a rece o de acot

determinados endereos de orig

ocolo

penas o registo num grupos clientes e testes peridicos doership query)

ta uma mensagem que o clienteda de um grupo (Leave group)

suporte para filtrar pacotes,s multicastin a enas de


em

PIM - Protocol Independent Mult

PIM - Protocol Independent Mult

icasti

cast


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Usado para construir as

dados multicasting Existem quatro variantes:

PIM Sparse Mode (PIM-SM) (rvores unidireccionais com opor cada grupo

PIM Dense Mode PIM-DM :

caminho mais curto, inundandesligando depois os ramosclientes activos

PIM Source Specific Multicas

origem sempre num nico Bidirectional PIM : cria, de for

rvores de distribuio de

RFC 4601): cria, de forma explcita,rigem num ponto Rendezvous (RP)

cria de forma im lcita rvores de


o as redes com trfego multicast ea rvore em que no existem

(PIM-SSM) : cria rvores cuja

onto especficoa explcita, rvores bidireccionais

Multicasting: IGMP e PIM

Multicasting: IGMP e PIM


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Documents

Servicos Multimedia Sobre Ip