Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Prof. Dr. Valter Roesler: roesler@inf.ufrgs.br

Laboratório 5

INF01154 - Redes de Computadores N

Análise e Medidas de Desempenho em Redes Locais

Atraso (Latência) em multimídia

Alô

Alô

AlôAlô, está me

ouvindo?

LatênciaTempo entre o início de um evento e o

momento que ele se torna perceptível no destino Ex: filmar um relógio numa videoconferência

e ver quantos ms ele atrasa no destino

3

Qual o atraso ACEITÁVEL em uma conferência ponto a ponto?

4

LatênciaTransmite tela do micro no sistema IVA. Destino envia

de volta. Latência ida e volta (410ms)

5

Latência e JitterNormalmente a latência varia um pouco nos diversos

pacotes, por causa do Jitter (variação da latência)

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SkewDiferença do tempo de chegada entre diferentes

mídias que deveriam estar sincronizadas (áudio e vídeo, por exemplo)

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skew

N. de Pacoteschegando

t

vídeo áudio

Qual o skew (desalinhamento áudio e vídeo) ACEITÁVEL em uma conferência

ponto a ponto?< 20ms: imperceptível~50ms: perceptível que algo está errado, mas sem saber se

áudio adiantado ou atrasado>50ms: causa distração da videoconferência~1s: usuário foca no áudio e deixa de prestar atenção no vídeo

Voice and Video Conferencing Fundamentals: Scott Firestone, Thiya Ramalingam, Steve Fry. Cisco Press, 2007. 397p.

8

O mais natural é ver o vídeo um pouco ADIANTADO (voz demora mais para

chegar aos ouvidos que a imagem aos olhos)

9

Protocolo RTPReal-Time Transport Protocol

RFC 3550 – obsoleta a 1889 (RTP e RTCP)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1MV=2 CCP X PT Número de seqüência

Timestamp

1 2 3

Synchronization Source (SSRC) identifier

Contributing Source (CSRC) identifiers

Localização OSI do RTPAcima do nível 4, no subnível inferior do nível de

aplicação Aplicação

Encapsulamento de mídia

RTP RTCP

UDP

IPv4 / IPv6 Unicast ou multicast

Ethernet

dados controle

Protocolo RTP(Nível de perdas e ajuste de fluxo)

SEQ=1

SEQ=4

SEQ=5

SEQ=6

SEQ=7

SEQ=8

SEQ=10

SEQ=9

SEQ=2

Perdas=10%

SEQ=3

RTCP monitora QoS da sessão, e não tem nada a ver com o QoS da rede

SEQ=1, tstamp=x

Protocolo RTP(Sincronização intramídia)

SEQ=2, tstamp=x+eq 20ms

SEQ=3, tstamp=x+eq 40ms

SEQ=4, tstamp=x+eq 60ms

SEQ=5, tstamp=x+eq 80ms

Adaptação ao jitter

Fatores de atrasoQuais os fatores de atraso na seguinte

situação? Videoconferência ponto a ponto Computador core2duo 2.1GHz, 2GRAM 400 km de distância Meio de transmissão é fibra ótica no backbone, e

par trançado na rede local 100Mbit/s na rede local, 2Mbit/s até backbone,

1Gbit/s no backbone Passando por 8 roteadores Sistema Operacional windows com 3 processos em

paralelo Codecs G.711 e H.264 (transmissão em SD)

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Atraso de time-sharingComputador core2duo 2.1GHz, 2GRAM Sistema Operacional windows com 3

processos em paralelo Dependendo da máquina ou da demanda

de processador dos processos em paralelo, pode comprometer a capacidade do computador de codificar vídeo de forma adequada

Custo de processador pode ser minimizado parametrizando adequadamente codificador de vídeo

15

É melhor ter um vídeo com menos qualidade, porém sem perdas, do que um vídeo Full HD com perdas

*(processador próximo a 100% gera

perdas)

16

Atraso de captura no hardware Áudio

Placas normalmente capturam em pacotes com amostrasTípico: 64 amostras por pacoteApós amostras efetuadas, gera interrupção e disponibiliza

pacote para usuário

Atraso para 8.000 amostras/s, cada uma com 8 bits64/8000 = 8ms. 64 amostras=64bytes. Total de 125

pacotes de 64 bytes por segundo (1 a cada 8ms)Atraso para 44.100 amostras / s

64/44.100 = 1,5ms

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Atraso de empacotamento no encoder Áudio

Alguns codecs necessitam um tempo fixo para processar a codificação

Exemplos:G.723 – tempos de 30ms + look-ahead de 7,5msG.729 – tempos de 10ms + look-ahead de 5ms

Isso gera um atraso de empacotamento de 37,5ms (G.723) ou 15ms (G.729) antes de ir ao encoder

18

Atraso de codificaçãoObrigatoriamente deve ser menor do que um “time frame”,

senão o codec não estará apto a manter a taxa de entrada

OBS: esse atraso é paralelo ao atraso de captura. Exemplo para G.723.1

8ms 8ms8ms 8ms

INT INT INT INT

30ms +7,5ms

Encoder300 bytes

ES Áudio (24B)

t

Δt2

Δt1=40ms

8ms

INT

Atraso na compressão de áudioPadrão Faixa de

freqüênciaTaxa de transmissão

Complexidade

Qualidade

G.711 300 Hz-3.4 kHz 64 kbps 1 Excelente

G.722 50 Hz-7 kHz 48, 56 ou 64 kbps 2

BoaG.722.1 14 kHz 24-32 kbps - G.722.2 50 Hz-7 kHz 6.6-23.85 kbps -

G.723.1 300 Hz-3.4 kHz 5.3 ou 6.3 kbps 25 Razoável a boaG.726 300 Hz-3.4 kHz 16,24,32,40 kbps - Boa a razoável

G.728 300 Hz-3.4 kHz 16 kbps 2 BoaG.729 300 Hz-3.4 kHz 8 kbps 15 Boa

Nyquist: taxa amostragem o dobro ou maior do que a maior freqüência...

Atraso na compressão de vídeoVídeo possui redundância temporal,

espacial, psicovisual, etc.

Atraso na codificaçãoCodecs G.711 e H.264 (transmissão

em SD) 1ms de atraso no G.711 (rápido) H.264 SD – vai depender da

complexidade do H.264 (número de opções ativas), bem como máquina e consumo de CPU dos outros processos para saber atraso da codificação em software.

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Atraso no empacotamentoJá contando com cabeçalhos IP, UDP, RTPCalcule atraso para:

G.729 = 8 kbit/sG.711 = 64 kbit/s

a) considerando tamanho do pacote = 1000 bytes R =

b) considerando tamanho do pacote = 100 bytes R =

Debate sobre as conclusões… Qual o melhor codec?

23

Atraso no meio físico 400 km de distância Meio de transmissão é fibra ótica no

backbone, e par trançado na rede local Atraso na fibra ótica? Atraso no par trançado? Atraso total = _____

Conclusões24

Qual atraso se fosse satélite?

25

Calcule o atraso se fosse satélite 400 km de distância (quase

indiferente) Satélite GEO fica a 36.000km de

altitudeVelocidade das ondas

eletromagnéticas no vácuo e no ar?Atraso = ____

Conclusões26

Atraso nos eqtos intermediários Switches: pode ser cut-through, store and

forward ou adaptive Roteadores: store and forwardCalcular custo para 3 roteadores store and

forward numa rede de 2Mbit/s. Tamanho do pacote = 125 bytes R =

Debate sobre as conclusões

27R R R

Ti1 Td1 Ti2 Td1 Ti3 Td3

Compartilhado Compartilhado

Atraso devido ao tempo de inserção Calcular inserção de um pacote de

125 bytes para 13 kbit/s, 2Mbit/s e 100Mbit/s Tempo de inserção ou desinserção = L/T

(L=tamanho do quadro em bits; T=taxa em bits/s)

13 kbit/s: R = 2Mbit/s: R = 100Mbit/s: R =

28

Atraso nas filas dos roteadores O custo de cada pacote na fila,

durante um congestionamento, é igual ao custo de uma desinserção de pacote

Ou seja, a rapidez para sair da fila vai depender da velocidade do link

29

Atraso devido ao Jitter Como o sistema de transmissão

multimídia se adapta ao Jitter?

30

Atraso devido ao Jitter Como o sistema de transmissão

multimídia se adapta ao Jitter? Através da criação de um buffer no

receptor, que “amortece” a variação na chegada dos pacotes.

Quanto maior o jitter, mais atraso o sistema gera.

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Atraso devido ao reordenamento de pacotes

Como os roteadores fazem balanceamento de carga?

32

Atraso devido ao reordenamento de pacotes

Como os roteadores fazem balanceamento de carga? a) por fluxo b) por pacote

33

Atraso devido ao reordenamento de pacotes

Balanceamento de carga por fluxo Todo tráfego com um mesmo IP origem e

IP destino é encaminhado pelo mesmo link

34

3x34Mbit/s

Atraso devido ao reordenamento de pacotes

Balanceamento de carga por pacote Pacotes são enviados de forma “round

robin” através dos diferentes enlaces

35

3x34Mbit/s

Atraso devido ao reordenamento de pacotes

Como o receptor se adapta a isso? R. buffer e reordenamento de pacotes

interno ao sistema, o que gera mais atraso.

36

Visão no receptor

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Resumo dos atrasosTime-sharing de processos na máquinaTransmissão físicaCodificação de áudio e vídeoEmpacotamentoEquipamentos intermediários (store and

forward)Fila dos roteadoresInserção e desinserçãoAdaptação ao jitterAdaptação ao skewAdaptação a pacotes fora de ordem

38

Medida de carga de uma rede

Quais as diferenças?Rede local de empresa pequenaBackbone

39

Medida de carga de uma redeRede local de empresa pequena

40

Medida de carga de uma redeBackbone: Acessar

http://www.rnp.br/ceo/trafego/panorama.php

41