Suporte de rede para comunicação multimídia

Suporte de rede para comunicação multimídia

Universidade Federal de São Carlos

PPG-CC Agosto/ 2003Aluno: Renato Andre T Claudino

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Introdução

Subsistemas da comunicação Suportes de Redes Protocolos de Transporte Arquitetura dos End-systems Servidores Multimídia

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IntroduçãoModelo de referência OSI:

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RoteiroCaracterísticas de rede adequadas para comunicação multimídiaConceitos importantes de comunicação de dadosFiber Distributed Data Interface - FDDIDistributed Queue Dual Bus - DQDBAsynchronous Transfer Mode – ATMRedes e desempenho adequados para multimídiaCaracterização do tráfegoControle de admissão, negociação de QoS e manutenção do tráfegoMétodos programado de filaResumo e Conclusão

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Características de rede adequadas para

comunicação multimídia

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Características de rede adequadas para comunicação multimídia

Critérios desejáveis

Largura de banda da rede alta Recursos da rede compartilhados

eficientemente às aplicações Camada de rede deve prover garantias de

desempenho Camada de rede escalável Desejável capacidade Multicasting

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Largura de banda da rede

Característica base Bandwith x Velocidade Velocidade:

Meio físico Protocolos Distâncias entre os nós Velocidade dos nós intermediários


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Compartilhamento eficiente dos recursos da rede Evitar desperdícios (sem monopólio) Princípio da largura de banda sob demanda Tamanho do pacote Evitar retransmissão Descartar dados com prioridades baixas que

não prejudiquem a apresentação


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Garantia de desempenho Tempo especificado de acesso a rede e de

transmissão dos dados Protocolos de controle de acesso médio (MAC)

CSMA/CD: envia se rede desocupada; pode ocorrer colisão; tamanho e velocidade do meio define o tamanho mínimo do

pacote. Presença de nós intermediários (Switches)

Problemas de delay e jitter Possibilidade de congestionamento entre nós

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Escalabilidade

Distância (LAN e WAN) Largura de banda (Atender demanda) Quantidade de usuários

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Capacidade de Multicasting

•Transmissão comum multicasting

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Capacidade de Multicasting

•Transmissão multicasting em grupo

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Rede adequada para comunicação multimídia• Lagura de banda

• acesso individual de ao menos alguns Mbps• LAN: em torno de 100 Mbps

• Multiplexing estático ao invés de circuitos dedicados • Garantias de processamento, delay, delay jitter e error rate para as aplicações• Escalabilidade (distância, largura de banda e número de usuários)• Capacidade de Multicasting

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Redes comuns (LANs)10 Mbps Ethernet baseado em CSMA/CD (IEEE 802.3)

10 Mbps Token Ring (IEEE 802.4)

4 ou 16 Mbps Token Ring (IEEE 802.5)

100 Mbps FDDI.

ATM LAN

MAN100 Mbps DQDB.

FDDI.

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Redes comuns (WANs)Circuit-switching ISDN (utilização de recursos, multicasting)

X.25

Frame relay

Switched Multimegabit Data Service (SMDS)

tempo real e garantia de desempenho

Redes ATM

ResumindoFDDI e DQDB: LAN e MAN

ATM: potencialmente a todas

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Conceitos importantes de comunicação de dados

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Transmissão de dados - Assíncrona:

Clock não é sincronizadoSinal de início e fim

- Síncrona:Clock sincronizadoSinal de início

Conceitos importante de comunicação de dados

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Multiplexing Síncrono: Com alocação de canais

Tamanho fixo. Timeslots atribuídos. STDM

Assíncrono: Sem alocação de canais Tamanho fixo ou variável. Timeslots não atribuídos. ATDM (ATM)


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Isochronous Largura de Banda fixa. Sem delay jitter.

Serviços FDDI Assíncronos: não oferece garantias. Síncronos: garante lagura de banda e delay. Isochronous: emula STDM (largura de banda

sem delay)


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FDDIFiber Distributed Data

Interface

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FDDI - Fiber Distributed Data Interface ce

FDDI – Visão geral Fibra-otica. Topologia de um anel duplo – 100 Mbps Passagem do Token 100 Km alcance - com 2 Km entre nós Tamanho do frame variável (delimitadores)

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FDDIFiber Distributed Data Interface

Operação Classes de serviços: Síncronos e Assíncronos TTRT – Target Token Rotation Time

Negociado por todas estações TRT – Token Rotation Timer

TRT := TTRT THT – Token Holding Timer

Se TRT não expira, THT := TRT Comunicação assíncrona

LC – Late Counter Se TRT expira, LC := 1 Se LC = 2, token considerado perdido e a rede é inicializada. LC = 1, token atrasado (não transmite pacotes assíncronos)


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FDDIFiber Distributed Data Interface

FDDI–II Acréscimo de um serviço isócrono 16 canais – cada canal com 6.144 Mbps Conexão constante entre duas estações

FDDI e FDDI-II X Comunicação Multimídia

Apropriado para comunicação digital de áudio e vídeo. FDDI-II: garante largura de banda, delay e delay jitter. Principal desvantagem: limite do número de sessões.


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DQDBDistributed Queue Dual Bus

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DQDB - Distributed Queue Dual Bus

Cada estação conectada a 2 barramentos

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Unidade básica de transferência: Slot (53 bytes)PA (Pre-Arbitrated)

Isochronous

QA (Queued Arbitrated) Assíncrono

Tamanho slot DQDB = Tamanho célula ATM

DQDB - Distributed Queue Dual Bus

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ATMAsynchronous Transfer

Mode

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O que é ATM?

A idéia básica por trás de da tecnologia ATM é transmitir todas as informações em pequenos pacotes de tamanho fixo, chamados células. As células têm 53 bytes, dos quais 5 bytes formam o cabeçalho e 48 bytes, a carga útil.

• STDM x ATM (*)

5 bytes

cabeçalho48 bytes de dados

ATM - Asynchronous Transfer Mode

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ATM Asynchronous Transfer Mode

Como o tamanho de célula é decidido?• Overhead (+)• Tempo de construção da célula (-)• Tempo de multiplexação (aplicações sensíveis ao tempo) (-)

• Tempo do Switch (-)• Considerações finais: dados estáticos (128 bytes) ou dinâmicos (16 bytes)

Áudio

Dado estático

Multiplex

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B-ISDN – BroadBand Integrated Servide Digital Network

- Circuito digital virtual usado para mover pacotes a 155 Mbps - 4 Camadas

Aplicação

ATM

ATM adaption layer - AAL

ATM layer

Physical layer

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ATM Asynchronous Transfer ModeATM Adaptation Layer

Segmentação Reconstrução Funções dependem da aplicação Apenas em fonte e destino (*)

ATM Layer Controle de fluxo genérico Geração/Extração do cabeçalho da célula Multiplexação e demultiplexação das células

Physical Layer Transmissão dos bits sobre o meio Não determina o tipo do meio físico Sonet – mais utilizado

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A especificação ATM espera que a comunicação seja realizada em redes confiáveis com raras ocorrências de erros. Essa condição é necessária considerando que geralmente a mensagem é segmentada em muitas células e um simples erro numa célula compromete toda a mensagem. Dessa forma nenhuma proteção a erros é implementada na rede ATM. Caso essa proteção seja requerido, então a aplicação deve implementá-la.

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Configuração hierárquica de uma rede multimídia (ATM)

UNI: User-Network InterfaceNNI: Network-Network Interface

Usuário 1

Usuário 2

Usuário 3

Switch

Usuário 4

Usuário 5

Usuário 6

SwitchUNI UNINNI

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Formato da Célula ATM - NNI

VPI – Virtual Path Identifier

VCI – Virtual Channel Identifier

Payload type CLP

Cyclic redundancy check (CRC)

Byte 1

Byte 2

Byte 3

Byte 4

Byte 5

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• Formato da Célula ATM – NNI

• VPI similar ao código regional de telefone• VCI similar ao número local de telefone• Dentro de um VP (caminho virtual) podem existir vários VC (canais virtuais)• Podemos ter VCI’s iguais se estiverem em diferentes VP’s• Payload type: se dado é do usuário ou OAM (operation, administration e management) da rede• CLP – Cell Loss Priority• CRC – Cyclic redundancy check (detecção e correção do cabeçalho)

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Formato da Célula ATM - UNI

Generic flow control

VCI – Virtual Channel Identifier

Payload type CLP

Cyclic redundancy check (CRC)

Byte 1

Byte 2

Byte 3

Byte 4

Byte 5

Virtual path

Identifier (VPI)

GFC – usuários podem compartilhar o acesso à rede, como DQDB

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Configuração da chamada de conexão

- Conexão precisa ser estabelecida- Negociação da QOS

Usuário 2Usuário 1 Switch 1 Switch 2VPI-1

VCI-1

VPI-2

VCI-2

VPI-3

VCI-3

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Roteamento de células

Entrada Saída

Tabela de rota do Switch 1

link h, VPI 1, VCI 1 link i, VPI 2, VCI 2

Entrada Saída

Tabela de rota do Switch 2

link j, VPI 2, VCI 2 link k, VPI 3, VCI 3

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• AAL – ATM Adaptation Layers• Adaptação dos dados em células ATM (“Camada de transporte”)• Oferecer serviços para diversas aplicações• 4 tipos de aplicações:

• A: Aplicações sensíveis ao tempo com taxa constante• B: Aplicações sensíveis ao tempo com taxa variável• C: Aplicações orientada a conexão• D: Aplicações não orientada a conexão - datagramas

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AAL – ATM Adaptation Layers

- 4 Classes (Serviços): A, B, C e D- 5 Protocolos: AAL1, ALL2, ALL3/4, AAL5, AAL6

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• AAL 1• Bits fornecidos a uma taxa constante devem chegar nesta mesma taxa• Não há retransmissões – sem detecção de erros• Perdas de células são informadas a aplicação• Aconselhado para sinais de áudio ou vídeo puros e não compactados, onde alguns bits adulterados não são problemas

• AAL 2• Taxas variáveis de transmissão.• Para vídeos compactados, onde a taxa de transmissão pode variar conforme movimento da câmera, por exemplo. • Protocolo não definido completamente

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• AAL 3 e 4• Tráfego classe C e D• Principal função: Segmentação e Remontagem de mensagens grandes

• AAL 5• Tráfego classe C e D• mais simples e eficiente que AAL 3 e 4• SEAL – Simple Efficient Adaptation Layer

• ALL 6• Está sendo estudado para oferecer serviços aos padrões de vídeo MPEG e MPEG - II (técnicas de correção de erros)

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Porque ATM é indicado a comunicação multimídia?

- Largura de banda: 155 Mbps e 622 Mbps - Flexibilidade e garantia de QOS- Escalabilidade- Integração (suporta múltiplas aplicações)- Arquitetura oferece maior largura de banda para

cada usuário- Eficiência – multiplexação estática- Capacidade de multicasting- Versátil – tecnologia simples, independendo da taxa

e meio de transmissão e do tamanho da rede- Padronização (independente do sistema e tipo de

informação)

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Garantias de QoS no nível de Suporte de Rede

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Redes multimídia e garantia de desempenho

• FDDI e DQDB suporta um número limitado de usuários devido a largura de banda• ATM suporta várias comunicações multimídias• ATM pode ser usada em WAN’s e LAN’s

• Para a garantia de desempenho deve-se:• Obter mecanismos para especificar as condições de QoS das aplicações.• Determinar se nova aplicação pode ser admitida sem afetar as demais.• Obter um processo de negociação para determinar o conjunto de parâmetros QoS aceitáveis com o objetivo de suportar muitas aplicações.• Alocar os recursos para atender a QoS requerida.• Controlar (policiar) o tráfego para garantir que a aplicação utilize a especificação requerida.

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Descreve o padrão do tráfego e a QoS desejada pelas aplicaçõesAplica-se aos pacotes enviados através de um circuito virtual ou a uma seqüência de datagramas enviadas entre uma origem e um destino

Especificação de Multiparâmetros (estatísticas) Taxa de pico, taxa principal, variação da taxa de transmissão.

Moldagem de tráfego (traffic shaping) Para lidar com congestionamento: forçar que os pacotes sejam

transmitidos em uma taxa mais previsível Cliente negocia com a concessionária o padrão do tráfego Mais fácil em sub-redes de circuito virtual que em sub-redes

de datagrama

Especificação do fluxo

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Remodelagem do tráfego

- Se dados vindo de caminhos diferentes em um mesmo instante, são remodelados no switch onde a intercalação dos pacotes é feita respeitando uma ordem.

Especificação do fluxo

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Controle de Admissão, Negociação de QoS e Manutenção do tráfego

Determinar se nova conexão pode ocorrer.QoS pré-estabelecida não pode ser violada.Depende da especificação do tráfego (largura de banda e tamanho do buffer).QoS só é garantida se as informações do tráfego estabelecido estiverem inseridos na rede.Se detectado excesso de tráfego, o pacote é marcado como de baixa prioridade.Disciplina do serviço e planejamento da fila do switch interfere na QoS.

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Gerência do Planejamento das Filas

Os pacotes são armazenados nas filas dos switches para depois serem enviadosPlanejamento nas filas implica na garantia da QOS2 tipos de planejamento:

- Conservando o trabalho:- buffer menor, menor atraso- FIFO

- Sem conservar o trabalho:- buffer maior, maior atraso- sem ordem na transmissão

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RESUMO

Redes Multimídia requer alta largura de banda, garantias de QOS, recursos de rede eficientes, escalabilidade e capacidade MulticastingFDDI e DQDB possuem alta largura de banda, mas uma largura dedicada, ineficiente para várias transmissões simultâneas multimídiaATM é a mais promissora para transmissão multimídiaCom o multiplexador estático é possível garantir o padrão de tráfego, controle de admissão, manutenção do tráfego e o controle de gerenciamento nas filas

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