REDES: PRINCIPAIS PROTOCOLOS PARA TRANSMISSÃO...

UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ

Elaine Faucz Rodrigues Barge

REDES: PRINCIPAIS PROTOCOLOS PARA TRANSMISSÃO DE

IMAGEM E SOM DE FORMA SIMULTÂNEA

CURITIBA 2012



CURITIBA 2012




Monografia apresentada ao Curso de Pós-

Graduação de Redes de Computadores e Segurança de Redes – Administração e Gerencia da Faculdade de Ciências Exatas da Universidade Tuiuti do Paraná Como requisito para a Conclusão de Curso. Orientador: Roberto Néia Amaral. Co-Orientador: Luiz Altamir Corrêa Jr Co-Orientador: Marcelo Soares Farias.

CURITIBA 2012

TERMO DE APROVAÇÃO




Esta monografia foi julgada e aprovada para a obtenção do titulo de Especialista em Rede de Computadores e Segurança de Redes - Administração e Gerência no programa de Especialização da Universidade Tuiuti do Paraná.

Curitiba, 10 de maio de 2012. Roberto Néia Amaral

Rede de Computadores e Segurança de Redes - Administração e Gerência Universidade Tuiuti do Paraná

Orientador:

Prof. Roberto Néia Amaral UTP - FACET

Prof. Luiz Altamir Corrêa Júnior UTP - FACET

Prof. Marcelo Soares Farias UTP - FACET

RESUMO

Levantamento dos principais protocolos para transmissão de imagem e som de forma simultânea. O levantamento demonstrou que o que determina a escolha do protocolo é a necessidade de uma transmissão concisa sem perda de dados ou uma transmissão rápida sem se preocupar com certa perda de dados. O objetivo deste levantamento é auxiliar nesta decisão, demonstrando qual dos protocolos aqui indicados melhor se aplicam a cada caso. Foram feitas pesquisas de diversos protocolos existentes hoje para tornar este processo de escolha mais simples, porem não menos complicado. O resultado foi uma lista com diversos protocolos - gratuitos e pagos – com uma explicação concisa de cada um. Conclui-se ainda que existam cada vez mais protocolos e que com o passar do tempo novos surgirão e que a escolha do que melhor se aplica a necessidade do cliente que o usa depende de uma boa analise das reais necessidades do mesmo.

Palavras-chave: Vídeo conferência. Transmissão. Vídeo aula.

LISTA DE FIGURAS

FIGURA 1 - PAR TRANÇADO..........................................................................21

FIGURA 2 - CABO COAXIAL BANDA BASE....................................................23

FIGURA 3 - CABO COAXIAL BANDA LARGA.................................................23

FIGURA 4 - FIBRA ÓTICA................................................................................24

FIGURA 5 - EXTREMIDADE DE UM CABO COM TRÊS FIBRAS...................24

FIGURA 6 - CONECTOR ST MONOMODO E MULTIMODO...........................26

FIGURA 7 - CONECTORES BNC.....................................................................26

FIGURA 8 - CONECTOR SC MONOMODO E MULTIMODO..........................26

FIGURA 9 - ETAPAS DE UMA TRANSMISSÃO MULTIMÍDIA........................28

FIGURA 10 - APLICAÇÕES QUE NECESSITAM TRANSMISSÃO

MULTIMÍDIA..................................................................................29

FIGURA 11 - CONCEITO DE JITTER E LATÊNCIA. ........................................32

LISTA DE TABELAS

TABELA 1 - APLICAÇÕES TÍPICAS DE MULTIMÍDIA EM REDE...................33

TABELA 2 - CLASSES DOS ENDEREÇOS IP.................................................36

TABELA 3 - PADRÕES DE MULTIMÍDIA DO ITU-T.........................................60

TABELA 4 - RECOMENDAÇÕES ITU-T...........................................................61

TABELA 5 - TAXAS DE TRANSMISSÃO SEM COMPRESSÃO......................69

LISTA DE SIGLAS

APP - Atom Publishing Protocol

ARP - Address Resolution Protocol

BNC - Bayonet Neil Concelman

bps - Bits por Segundo

CIF - Common Intermediate Format

CODEC - Codificador/Decodificador.

CNAME - Canonical Name

CSRC - Contributing Source

DHCP - Dynamic Host Control Protocol

DNS - Domain Name Service

FTP - File Transfer Protocol

IAC - Interpret As Command

ICANN - Internet Corporation for Assigned Names and Numbers

ICMP - Internet Control Message Protocol

IETF - Internet Engineering Task Force

IGMP - Internet Group Management Protocol

IOS - Internetwork Operational System

IP - Internet Protocol.

IPV4 - Internet Protocol vesion 4.

IPV6 - Internet Protocol vesion 6.

ISO - International Organization for Standardization

Kbps - Kilobits por segundo.

LAN - Local area network

LED - Light Emitting Diode

MAC - Media Access Control

MDCP - Mowgli Data Channel Protocol

MG - Media gateway

MGC - Media gateway controller

MGCP - Media Gateway Control Protocol

MPEG - Moving Picture Experts Group.

NTSC - National Television Standards Committee

OSI - Open System Interconnection

PAL - Phase Alternation Line

QoS - Quality of Service

RARP - Reverse Address Resolution Protocol

RDP - Remote Desktop Protocol

RJE - Remote Job Entry

RR - Receiver Report

RSVP - ReSource reserVation Protocol

RTCP - RTP Control Protocol.

RTP - Real Time Transport Protocol.

RTSP - Real Time Streaming Protocol.

SC - Square connector

SDES - Source Description Items

SDP - Session Description Protocol

SIF - Standard Interchange Format

SIP - Session Initiation Protocol

SMTP - Simple Mail Transfer Protocol

SMPTE - Society of Motion Picture e Televisão Engineers

SNMP - Simple Network Management Protocol

SR - Sender Report

SSRC - Synchronization Source

ST - Straight Tip

TCP - Transmission Control Protocol.

TFTP - Trivial File Transfer Protocol

UDP - User Datagram Protocol.

URL - Uniform Resource Locator.

WEB - WWW

WWW - World Wide Web.

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO................................................................................................11

2 CONHECENDO O MODELO OSI..................................................................12

2.1 APLICAÇÃO....................................................................................................12

2.2 APRESENTAÇÃO...........................................................................................14

2.3 SESSÃO.........................................................................................................15

2.4 TRANSPORTE................................................................................................15

2.5 REDE..............................................................................................................17

2.6 ENLACE..........................................................................................................18

2.7 FÍSICA.............................................................................................................19

2.7.1 Meios de Transmissão de Dados...................................................................20

3 TRANSMISSÃO MULTIMÍDIA EM REDES....................................................28

3.1 LATÊNCIA.......................................................................................................30

3.2 JITTER............................................................................................................31

3.3 SKEW..............................................................................................................32

4 PROTOCOLOS...............................................................................................34

4.1 IP.....................................................................................................................34

4.2 TCP.................................................................................................................36

4.3 UDP.................................................................................................................39

4.4 TCP/IP ............................................................................................................42

4.5 RTP.................................................................................................................51

4.6 RTCP..............................................................................................................53

4.7 SIP..................................................................................................................55

4.8 RTSP...............................................................................................................58

5 PADRÕES DE MULTIMÍDIA EM REDES DE COMPUTADORES................60

6 CODIFICAÇÃO DE ÁUDIO............................................................................69

7 CODIFICAÇÃO DE VÍDEO.............................................................................73

8 CONCLUSÃO.................................................................................................75

REFERÊNCIAS..............................................................................................76

11

1 INTRODUÇÃO

Atualmente utilizam-se diversos protocolos para a transmissão de imagem e

som de forma simultânea, estes são usados em videoconferências, transmissão de

aulas entre outros, contudo a escolha dos protocolos envolvidos neste serviço não é

simples, existem diversos fatores a serem levados em consideração.

Então como escolher o protocolo certo? Como identificar compatibilidades?

Como identificar as possíveis falhas em cada protocolo?

O objetivo deste trabalho é ajudar na escolha do melhor protocolo para cada

transmissão.

Quanto ao roteiro do conteúdo, esse trabalho e composto de 7 capítulos.

Sendo o segundo destinado ao conhecimento do modelo OSI; o terceiro a como

funciona a transmissão multimídia em redes; o quarto aos protocolos; o quinto a

padrões de multimídia; o sexto e o sétimo a codificações e o oitavo a conclusão.

12

2 CONHECENDO O MODELO OSI

Para satisfazer requerimentos de clientes para a capacidade de computação

remota, fabricantes de computadores de grande porte desenvolveram uma

variedade de arquiteturas de redes. Algumas destas arquiteturas definem o inter-

relacionamento de fornecedores de hardware e software, em particular, para permitir

o fluxo de comunicações através da rede para fabricantes de computadores em

geral.

Com a finalidade de padronizar o desenvolvimento de produtos para redes

de comunicação de dados, foi elaborado um modelo aberto, que teve como

referência o OSI pela ISO. Este modelo estabelece sete camadas para as funções

de comunicação de dados:

Aplicação

Apresentação

Sessão

Transporte

Rede

Enlace

Física

2.1 APLICAÇÃO

A camada de aplicação dentro do processo de comunicação é representada

pelo usuário final para o modelo OSI. Ou seja, baseado em pedidos de um usuário

da rede, esta camada seleciona serviços a serem fornecidos por funções das

camadas mais baixas.

13

Esta camada deve providenciar todos os serviços diretamente relacionados

aos usuários. Alguns destes serviços são:

Identificação da intenção das partes envolvidas na comunicação e sua

disponibilidade e autenticidade

Estabelecimento de autoridade para comunicar-se

Acordo sobre o mecanismo de privacidade

Determinação da metodologia de alocação de custo

Determinação de recursos adequados para prover uma qualidade de serviços

aceitável

Sincronização de cooperação para aplicações

Seleção da disciplina de diálogo

Responsabilidade da recuperação de erros de estabelecimento

Acordo na validação de dados

Transferência de informações

A intercomunicação entre entidades de aplicação ocorre de acordo com

protocolos específicos. Estes protocolos podem ser de três categorias:

Administração do sistema

Este protocolo refere-se à administração dos vários recursos e seus estados

através dos níveis da arquitetura OSI. Algumas funções deste tipo de

protocolo são:

Administração da ativação/desativação

Monitoração

Controle de erros

Recuperação

14

Somente a administração de atividades que implicam comunicações entre

entidades remotas é considerada neste tipo de protocolo, outras atividades de

administração do sistema local estão fora do ambiente OSI.

Administração das aplicações

Este protocolo refere-se à administração dos processos de aplicação. Os

protocolos deste tipo incluem:

Inicialização/manutenção de processos de aplicação

Encerramento de processos de aplicação

Controle de acesso

Recuperação de deadlock (situação em que ocorre um impasse e

dois ou mais processos ficam impedidos de continuar suas

execuções).

Aplicação do usuário

Estes protocolos habilitam RJE e acesso a arquivos. Protocolos adicionais

deste tipo podem ser criados para suportar aplicações específicas, tais como

transferência eletrônica de fundos, correio eletrônico, etc.

2.2 APRESENTAÇÃO

Esta camada é responsável pela representação da informação para

entidades de aplicação, comunicando-se em um determinado caminho, e preservar

o sentido em determinado espaço de tempo resolvendo diferenças de sintaxe. Para

esses objetivos, esta camada pode prover as seguintes funções:

Transformação de dados

Formatação de dados

15

Sintaxe de seleção

2.3 SESSÃO

O objetivo desta camada é prover os mecanismos necessários para

organizar e sincronizar o diálogo e o gerenciamento da troca de dados entre

entidades de apresentação. Para tal, a camada de sessão entre duas entidades de

apresentação é o suporte para ordenar a troca de dados. Como suporte a esses

objetivos, a camada de sessão providencia os seguintes serviços para a camada de

apresentação:

Estabelecimento de conexão de sessão

Liberação de conexão de sessão

Troca normal de dados

Gerenciamento de interação

Reporte de condições de exceção

Mecanismos para sincronização de conexão de sessão

2.4 TRANSPORTE

Esta camada existe para realizar a transferência transparente de dados

entre entidades em sessão. Protocolos de transporte são empregados para

estabelecimento, manutenção e liberação de conexões de transporte que

representam um caminho duplo para os dados entre dois endereços de transporte.

O modelo OSI define três fases de operação dentro da camada de transporte:

Fase de estabelecimento

16

O objetivo desta fase é o estabelecimento de conexões entre funções de

serviços das camadas mais altas. A qualidade dos serviços de conexão pode ser

negociada durante esta fase. Os serviços providenciados incluem:

Seleção de serviços de rede, como funções de parâmetros, por exemplo:

throughput (velocidade na qual a informação trafega nivelada pelo menor

valor de transferência), ajuste do tempo de transmissão e características

de erros;

Gerenciamento de conexões de transporte para conexões de camadas

mais baixas;

Estabelecimento de tamanho apropriado para pacotes de dados;

Seleções de funções empregadas na transferência de dados

Transporte de dados de camadas mais altas

Fase de transferência

Esses serviços têm como objetivo a transferência de dados de acordo com a

qualidade dos serviços descritos na fase de estabelecimento. Os serviços

providenciados incluem:

Blocagem

Concatenação

Segmentação

Multiplexação de conexões providenciadas pelas camadas mais baixas

Controle de fluxo em uma sessão orientada fim a fim

Manutenção de uma unidade de dados retida da camada de sessão

Manutenção de conexão entre duas funções de transporte atuando entre

duas entidades em conversação

17

Detecção de erros para: perda, danos, duplicação, ou desordem nas

unidades de dados.

Recuperação de erros de endereços detectados por esta camada ou

assinalados pelas camadas mais baixas

Transporte de dados que empregam mecanismos normais de controle de

fluxo

Fase de terminação

Esses serviços permitem encerrar uma sessão terminando a conexão, sendo

notificadas ambas as partes. Esses serviços incluem:

Notificação da razão do encerramento

Identificação da conexão terminada

Informações adicionais como requerido

2.5 REDE

A função básica desta camada é providenciar a transferência transparente

de todos os dados submetidos pelo nível de transporte. A estrutura e conteúdo

detalhados dos dados submetidos serão determinados exclusivamente pelas

camadas acima da camada de rede. O propósito é permitir que as camadas mais

altas tenham independência para rotear e comutar considerações associadas com o

estabelecimento e operação de uma conexão. O estabelecimento, manutenção e

terminação de conexões das entidades comunicando-se são inclusos nos serviços

executados por esta camada. Essas funções e serviços são:

Endereçamento da rede e identificação do ponto final

18

Multiplexação da rede de conexões acima das conexões da camada de

enlace providenciadas pela próxima camada mais alta

Segmentação e/ou blocagem para facilitar a transferência de dados

Serviços de seleção quando diferentes serviços estão disponíveis

Seleção da qualidade de serviços baseados em parâmetros como: erros

residuais, disponibilidade, confiabilidade, fluxo de tráfego, tempo gasto no

estabelecimento da conexão e no trânsito.

Detecção e recuperação de erros para atingir a qualidade de serviços

desejada

Notificação de erros para as camadas acima quando a qualidade dos

serviços não pode ser mantida

Entrega sequenciada de dados, se disponível, para uma implementação

em particular.

Controle de fluxo, isto é, suporte de indicadores de controle do fluxo

providenciados pela camada de transporte.

Transferência de dados como um serviço opcional

Rearranjo de conexão quando ocorre perda de rota de retorno de dados

e notificação para o usuário

Serviços de terminação quando solicitados por parte do usuário

2.6 ENLACE

A camada de enlace providencia maneiras funcionais e procedimentos para

estabelecimento, manutenção e liberação de enlaces de dados entre as entidades

da rede. Os objetivos são providenciar a transmissão de dados para a camada de

19

rede e detectar, e possivelmente corrigir erros que possam ocorrer no meio físico. As

características funcionais desta camada são:

Conexão dos enlaces, ativação e desativação. Estas funções incluem o

uso de facilidades multiponto físico para suportar conexões entre funções da

camada de rede

Mapeamento de unidades de dados para a camada de rede dentro das

unidades do protocolo de enlace para transmissão

Multiplexação de um enlace de comunicação para várias conexões

físicas

Delimitação de unidades de transmissão para protocolos de

comunicação

Detecção, notificação e recuperação de erros.

Identificação e troca de parâmetros entre duas partes do enlace

2.7 FÍSICA

A camada física provê características físicas, elétricas, funcionais e

procedimentos para ativar, manter e desativar conexões entre duas partes. Uma

entidade de dados de serviço neste nível consiste em um bit em transmissão serial e

de n bits em transmissão paralela.

As funções dentro deste nível são:

Ativação e desativação da conexão física entre duas entidades do nível

de ligação de dados, inclusive concatenação e circuitos de dados quando

solicitado pelo nível de ligação.

20

Transmissão de unidades de dados de serviço (bits), que pode ser

executada de modo síncrono ou assíncrono.

Controle de erros

2.7.1 Meios de Transmissão de Dados

O meio de transmissão de dados serve para oferecer suporte ao fluxo de

dados entre dois pontos. Usamos o termo linha para designar o meio de transmissão

usado entre esses pontos. Essa linha pode ser de um par de fios, um cabo coaxial,

fibras óticas, comunicação por rádio frequência ou até mesmo por satélites.

Os meios de transmissão mais comuns utilizados são:

Par de Fios

O par de fios, também chamado de par trançado, foi um sistema

originalmente produzido para transmissão telefônica analógica. Interessante

observar que utilizando o sistema de transmissão por par de fios aproveita-se

esta tecnologia que já é tradicional por causa do seu tempo de uso e do

grande número de linhas instaladas.

A taxa de transmissão varia de acordo com as condições das linhas

telefônicas utilizadas, podendo variar entre 9600 a 19200 bps.

Considerando enlaces ponto a ponto, essas taxas são bem aceitáveis,

porém, quando se trata de enlaces multipontos, a taxa de transmissão

decresce significativamente.

Todo o meio físico de transmissão sofre influências do meio externo

acarretando em perdas de desempenho nas taxas de transmissão. Essas

21

perdas podem ser atenuadas limitando a distância entre os pontos a serem

ligados.

A qualidade das linhas de transmissão que utilizam o par de fios

depende, basicamente, da qualidade dos condutores empregados, bitola dos

fios (quanto maior a bitola, mais corrente passa pelo condutor), técnicas

usadas para a transmissão dos dados através da linha e proteção dos

componentes da linha para evitar a indução dos condutores.

A indução ocorre devido a alguma interferência elétrica externa

ocasionada por osciladores, motores, geradores elétricos, mau contato ou

contato acidental com outras linhas de transmissão que não estejam isolados

corretamente ou até mesmo tempestades elétricas ou proximidades com

linhas de alta tensão.

A vantagem principal na utilização do par de fios ou par trançado é seu

baixo custo de instalação e manutenção, considerando o grande número de

bases instaladas.

FIGURA 1 – PAR TRANÇADO.

FONTE: BARBOSA, 2012, disponível em: http://www.inf.pucminas.br/professores/marco/redes/aula3.htm.

22

Cabo Coaxial

O cabo coaxial possui vantagens em relação aos outros condutores

utilizados tradicionalmente em linhas de transmissão por causa de sua

blindagem adicional, que o protege contra o fenômeno da indução, causado

por interferências elétricas ou magnéticas externas.

Essa blindagem constitui-se de uma malha metálica (condutor externo)

que envolve um condutor interno isolado.

Os cabos coaxiais geralmente são empregados na ligação de pontos

próximos um do outro (rede local de computadores, por exemplo). A

velocidade de transmissão é bastante elevada devido a tolerância aos ruídos

graças a malha de proteção desses cabos.

Os cabos coaxiais são divididos em duas famílias:

Banda base

Nesta tecnologia de transmissão, o sinal digital é injetado

diretamente no cabo. A capacidade de transmissão dos cabos nesta

modalidade varia entre alguns Mbps Km, no caso dos cabos mais finos,

até algumas dezenas de megabits por segundo no caso de cabos

grosso.

A impedância utilizada nesta modalidade de transmissão é de 50

ohms.

23

FIGURA 2 – CABO COAXIAL BANDA BASE.

FONTE: REDES DE DADOS E AS SUAS IMPLEMENTAÇÕES: 2012, disponível em: http://nick-onfire.blogspot.com.br/p/modulo-2_24.html.

Banda larga

Nesta tecnologia de transmissão, os cabos coaxiais suportam

uma banda passante de até 400Mhz. Devido a esta grande tolerância,

esse cabo é muito utilizado para a transmissão do sinal de vídeo em

TV a cabo e, na transmissão de vídeo também em computadores, para

a integração de imagens transmitidas para várias estações de rede

local.

A impedância utilizada nesta modalidade de transmissão é de 75

ohms.

FIGURA 3 – CABO COAXIAL BANDA LARGA.

FONTE: CABO COAXIAL BANDA LARGA: 2012, disponível em: http://penta2.ufrgs.br/tp951/c_larga.html

24

As dificuldades de conexão com cabos coaxiais são um pouco

maiores do que se fosse utilizado o par trançado. A conexão dos cabos

é feita através de conectores mecânicos, o que também encarece sua

instalação em relação ao par trançado, porém, os benefícios

compensam com larga vantagem a utilização deste método.

Fibras Óticas

Uma fibra ótica é constituída de material dielétrico, em geral,

sílica ou plástico, em forma cilíndrica, transparente e flexível, de

dimensões microscópicas comparáveis às de um fio de cabelo. Esta

forma cilíndrica é composta por um núcleo envolto por uma camada de

material também dielétrico, chamada casca. Cada um desses elementos

possui índices de refração diferentes, fazendo com que a luz percorra o

núcleo refletindo na fronteira com a casca.

FIGURA 4 – FIBRA ÓTICA

FONTE: MOUTINHO, 2011, p.3.

FIGURA 5 – EXTREMIDADE DE UM CABO COM TRÊS FIBRAS.

FONTE: MOUTINHO, 2011, p.3.

A fibra ótica utiliza sinais de luz codificados para transmitir os

dados, necessitando de um conversor de sinais elétricos para sinais

25

óticos, um transmissor, um receptor e um conversor de sinais óticos para

sinais elétricos.

A transmissão por meio de fibras ópticas é quase totalmente

imune a interferências eletromagnéticas, não há necessidade de

aterramento, pois a mesmas mantém os pontos eletricamente isolados

um do outro.

A transmissão ótica está sujeita à dispersão espectral ou

cromática. A luz que passa na fibra é feita de diferentes frequências e

comprimentos de onda. O índice de refração difere para cada

comprimento de onda e permite às ondas viajarem a diferentes

velocidades. Os LEDs, que possuem um grande espalhamento de

comprimento de onda, estão sujeitos a uma dispersão de espectro

considerável. Os lasers exibem uma luz quase monocromática (número

limitado de comprimentos de onda) e não sofrem qualquer dispersão

cromática significativa.

O padrão 10BaseF refere-se à especificação do uso de fibras

óticas para sinais Ethernet. O conector mais usado com fibras óticas é o

conector ST, similar ao conector BNC. No entanto, um novo tipo está

ficando mais conhecido, o conector SC. Ele é quadrado e é mais fácil de

usar em espaços pequenos.

26

FIGURA 6 – CONECTOR ST MONOMODO E MULTIMODO.

FONTE: CONECTOR ST MONOMODO E MULTIMODO: 2012, disponível em: http://www.netplus.com.br/site/30-Conectores-Opticos/View-all-products.html

FIGURA 7 – CONECTORES BNC.

FONTE: MANUTENÇÃO DE REDES: 2012, disponível em: http://redesmanutencao.blogspot.com.br/

FIGURA 8 – CONECTOR SC MONOMODO E MULTIMODO.

FONTE: CONECTOR SC MONOMODO E MULTIMODO: 2012, disponível em: http://www.netplus.com.br/site/30-Conectores-Opticos/View-all-products.html

Sistemas de Rádio Enlace

Este sistema consiste na transmissão de dados por ondas de rádio

frequência.

Para que a transmissão de dados tenha êxito é importante que certos

requisitos sejam respeitados são estes os requisitos:

27

Potência de transmissão;

Mínima distorção na propagação do sinal;

As condições anteriores devem ser mantidas dentro de parâmetros

suficientes para garantir a integridade dos dados transmitidos.

28

3 TRANSMISSÃO MULTIMÍDIA EM REDES

A transmissão multimídia requer que garantias diversas de QoS sejam

estabelecidas e mantidas para que se atendam aos requisitos específicos das

diferentes mídias.

As redes deve oferecer suporte a restrições diversas fim-a-fim, ou seja, em

todo o caminho da origem até o destino.

O crescimento da Internet e das intranets motivou sua utilização como base

para o transporte de fluxos de dados multimídia sobre redes sem garantias de QoS

baseadas no IP.

O desenvolvimento das áreas de codificação de sinais e de novos protocolos

de rede tornou a transmissão desse tipo de fluxo possível.

As etapas de uma transmissão multimídia são mostradas a seguir:

FIGURA 9 – ETAPAS DE UMA TRANSMISSÃO MULTIMÍDIA.

FONTE: ROESLER, 2001, p.3.

O sinal gerado é inicialmente digitalizado, para então passar por um

processo de compressão, que diminui seu tamanho, tornando-o viável para ser

transmitido na rede. A rede insere alguns atrasos no sistema. No receptor, os

pacotes são reordenados, descomprimidos e reconvertidos ao estado original,

normalmente com perdas inseridas no processo de compressão.

29

Pode-se dividir a parte de transmissão multimídia em redes de

computadores como mostra a figura seguir, ou seja, a parte de conferência (que

requer interatividade) e a parte de transmissão de vídeo (que envolve apenas um

lado transmitindo e vários clientes recebendo). Ambas possuem necessidades

diferentes para funcionarem a contento, por exemplo, as aplicações de conferência

normalmente possuem necessidades mais rígidas em relação ao atraso da rede,

enquanto que a transmissão unidirecional pode trabalhar com um atraso maior.

FIGURA 10 – APLICAÇÕES QUE NECESSITAM TRANSMISSÃO MULTIMÍDIA.


Apesar das aplicações possuírem necessidades diferentes, existe uma

tendência atualmente para sua convergência em um único meio físico. Assim, se

unificaria o meio físico, que compartilharia a transmissão de voz, vídeo, dados,

imagens, músicas, e tudo que possa ser transformado em bits.

Entretanto, as aplicações têm características e requisitos bem diferentes

umas das outras.

Aplicações de teleconferência possuem necessidades mais rígidas em

relação à latência e jitter do que aplicações de transmissão unidirecional. Da mesma

forma, transmissões de vídeo necessitam uma largura de banda muito maior que

transmissões de áudio ou texto.

30

A seguir serão definidos três conceitos fundamentais para o entendimento

da transmissão multimídia nas redes de computadores: latência, jitter e skew.

3.1 LATÊNCIA

Latência é o tempo que um pacote leva da origem ao destino. Caso esse

atraso seja muito grande, prejudica uma conversação através da rede, tornando

difícil o diálogo e a interatividade necessária para certas aplicações. Um atraso

confortável para o ser humano fica na ordem de 100ms.

Os principais responsáveis pela latência são o atraso de transmissão, de

codificação e de empacotamento, que podem ser definidos da seguinte forma:

Atraso de transmissão: tempo que leva para o pacote sair da placa de

rede do computador origem e chegar na placa de rede do computador

destino. Esse tempo envolve uma série de fatores, como por exemplo:

1. Atraso no meio físico: é o atraso de propagação da mensagem no

meio de transmissão, e varia bastante. Por exemplo, num enlace de

satélite o tempo típico é de 250ms, e numa fibra ótica ou UTP o

atraso é na ordem de 5μs/Km.

2. Atrasos de processamento nos equipamentos intermediários, como

roteadores e switches;

3. Atraso devido ao tempo de espera nas filas de transmissão dos

equipamentos intermediários: esse valor depende do

congestionamento da rede no momento, e varia bastante,

dependendo do tamanho da fila. Quanto menor a fila, menor o

atraso, mas aumenta a probabilidade de descarte do pacote no

caso de congestionamento;

31

Atraso de codificação e decodificação: tempo de processamento na

máquina origem na máquina destino para codificação e decodificação de

sinais, respectivamente. Voz e vídeo normalmente são codificados em

um padrão, tal como PCM (G.711 a 64Kbps) para voz, ou H.261 para

vídeo. O atraso varia com o padrão adotado; por exemplo, o G.711 ocupa

menos de 1ms de codificação, porém requer 64Kbps de banda. Um

protocolo de voz como o G.729 requer 25ms de codificação, mas ocupa

apenas 8Kbps de banda;

Atraso de empacotamento e desempacotamento: depois de codificado, o

dado deve ser empacotado através dos níveis na pilha de protocolos a

fim de ser transmitido na rede. Por exemplo, numa transmissão de voz a

64Kbps, ou 8000 bytes por segundo, o preenchimento de um pacote de

dados com apenas 100 bytes toma 12,5ms. Mais 12,5ms serão

necessários no destino a fim de desempacotar os dados.

Além disso, dependendo do jitter da transmissão, a aplicação de tempo real

deverá criar um buffer para homogeneizar a entrega de pacotes ao usuário, criando

um novo atraso no sistema.

3.2 JITTER

Apenas latência não é suficiente para definir a qualidade de uma

transmissão, pois as redes não conseguem garantir uma entrega constante de

pacotes ao destino. O jitter é a variação estatística do retardo, que altera o fluxo de

chegada dos pacotes. O conceito de jitter e latência são ilustrados na figura a seguir.

32

FIGURA 11 – CONCEITO DE JITTER E LATÊNCIA.


A consequência do jitter é que a aplicação no destino deve criar um buffer

cujo tamanho vai depender do jitter, gerando mais atraso na conversação (aplicação

de voz, por exemplo). Esse buffer vai servir como uma reserva para manter a taxa

de entrega constante no interlocutor. Daí a importância de latência e jitter baixos em

determinadas aplicações sensíveis a esses fatores, como teleconferência.

3.3 SKEW

O skew é um parâmetro utilizado para medir a diferença entre os tempos de

chegada de diferentes mídias que deveriam estar sincronizadas, como mostra a

figura a seguir. Em diversas aplicações existe uma dependência entre duas mídias,

como áudio e vídeo, ou vídeo e dados.

Assim, numa transmissão de vídeo, o áudio deve estar sincronizado com o

movimento dos lábios (ou levemente atrasado, visto que a luz viaja mais rápido que

o som, e o ser humano percebe o som levemente atrasado em relação à visão).

Outro exemplo em que sincronização é necessária é na transmissão de áudio

(manual explicativo, por exemplo) acompanhada de uma seta percorrendo a imagem

associada.

33

A tabela a seguir apresenta algumas aplicações típicas de multimídia em

rede, bem como seus fatores críticos. Aplicações de telefonia (voz) são sensíveis à

latência e ao jitter. Em termos de velocidade, sua necessidade é baixa, variando de

5 Kbps (compressão no padrão G.723) a 64Kbps (padrão G.711, o mais comum em

telefonia atualmente).

TABELA 1 – APLICAÇÕES TÍPICAS DE MULTIMÍDIA EM REDE Telefone TV Videoconferência

Latência sensível insensível sensível

Jitter sensível sensível sensível

Skew - sensível sensível

Velocidade (largura de banda) baixa alta alta

Já em transmissões unilaterais de áudio e vídeo (por exemplo, TV), há uma

flexibilidade maior quanto à latência. Isso se deve ao fato que, na maioria dos casos,

para o usuário não seria relevante à inclusão de um pequeno atraso entre o

momento em que um evento se dá e sua exibição. Entretanto, esse atraso deve se

manter fixo até o final e com sincronismo entre áudio e vídeo, daí a necessidade de

jitter e skew baixos.

Aplicações de videoconferência são muito parecidas com aplicações de

telefonia em termos de latência e jitter, entretanto, possuem alta largura de banda e

devem manter um baixo skew, pois necessitam sincronização entre áudio e vídeo.

34

4 PROTOCOLOS

Um protocolo é um método standard que permite a comunicação entre

processos (que se executam eventualmente em diferentes máquinas), isto é, um

conjunto de regras e procedimentos a respeitar para emitir e receber dados numa

rede.

Classificam-se geralmente os protocolos em duas categorias, de acordo com

o nível de controlo dos dados que se deseja:

Os protocolos orientados para a conexão: Trata-se dos protocolos que

operam um controlo de transmissão dos dados durante uma

comunicação estabelecida entre duas máquinas. Em tal esquema, a

máquina receptora envia avisos de recepção quando da comunicação,

assim a máquina emissora é fiadora da validade dos dados que envia.

Os dados são assim enviados sob a forma de fluxo.

Os protocolos não orientados para a conexão: Trata-se de

um modo de comunicação no qual a máquina emissora envia dados sem

prevenir a máquina receptora, e a máquina receptora recebe os dados

sem avisos de recepção à primeira. Os dados são assim enviados sob a

forma de blocos (datagramas).

Os seguintes protocolos são muito utilizados na transmissão de áudio e

vídeo.

4.1 IP

Na Internet, os computadores comunicam entre eles graças ao protocolo IP

(Internet Protocol), que utiliza endereços numéricos, chamados endereços IP,

35

compostos por 4 números inteiros (4 bytes) entre 0 e 255 e notados sob a forma

xxx.xxx.xxx.xxx. Por exemplo, 194.153.205.26 é um endereço IP com forma técnica.

Estes endereços servem para os computadores da rede para comunicarem

entre eles, assim cada computador de uma rede possui um endereço IP único nessa

rede.

É o ICANN que está encarregado de atribuir endereços IP públicos, isto é,

os endereços IP dos computadores diretamente ligados à rede pública de Internet.

Um endereço IP é um endereço 32 bits, geralmente notado sob a forma de 4

números inteiros separados por pontos. Distinguem-se, com efeito, duas partes no

endereço IP:

Uma parte dos números à esquerda designa a rede e chama-se netID (ID

de rede);

Os números à direita designam os computadores desta rede e chamam-

se host-ID (ID de hóspede).

É o protocolo da camada 3 de rede na arquitetura OSI. Proporciona uma

conexão para protocolos de nível superior, assumindo funções como rastrear

endereços de nós, rotas para envio de mensagens recebidas, além de se

responsabilizar por localizar e manter o melhor caminho de tráfego na topologia da

rede. Existem dois tipos de IP:

IP dinâmico:

É aquele que muda ou varia dentre determinados endereços IP a cada

conexão.

IP fixo ou estático:

Para se obter um IP fixo precisa pagar para um provedor. O IP fixo deixa

o computador que o tem mais identificável na rede.

36

Os endereços IP estão repartidos por classes, de acordo com o número de

bytes que representam a rede. O objetivo da divisão em três classes A, B e C, é

facilitar a investigação de um computador na rede. Com efeito, com esta notação é

possível procurar inicialmente a rede que se deseja atingir e seguidamente procurar

um computador. Assim, a atribuição dos endereços IP faz-se de acordo com a

dimensão da rede.

TABELA 2 – CLASSES DOS ENDEREÇOS IP.

Classe Número de redes possíveis Número máximo de computadores em cada uma

A 126 16777214

B 16384 65534

C 2097152 254

Os endereços de classe A são reservados especialmente para as grandes

redes, enquanto se atribuirão os endereços de classe C a pequenas redes de

empresa, por exemplo.

4.2 TCP

É um protocolo de transporte padronizado para a interligação de redes

baseadas em IP. Operando no topo do IP, é responsável pela multiplexagem de

sessões, recuperação de erros, confiabilidade da ligação extremo a extremo e

controle de fluxo. É um protocolo padrão da Internet de camada de transporte

orientado à conexão e orientado a stream, ao contrário do UDP.

O propósito do protocolo TCP é fornecer um circuito lógico robusto com

serviços de conexão entre um par de processos. Permite, no nível das aplicações,

gerir os dados com destino à camada inferior do modelo.

37

O TCP é um protocolo orientado para a conexão, quer dizer que permite, a

duas máquinas comunicantes, controlar o estado da transmissão.

As principais características do protocolo TCP são as seguintes:

TCP permite entregar ordenadamente os datagramas provenientes do

protocolo IP

TCP permite verificar a onda de dados para evitar uma saturação da rede

TCP permite formatar os dados em segmentos de comprimento variável

a fim de os "entregar" ao protocolo IP

TCP permite multiplexar os dados, quer dizer, fazer circular

simultaneamente informações que provêm de fontes (aplicações, por

exemplo) distintas numa mesma linha.

TCP permite, por último, o começo e o fim de uma comunicação de

maneira educada.

O protocolo TCP permite assegurar a transferência dos dados de maneira

confiável, embora utilize o protocolo IP, que não integra nenhum controlo de entrega

de datagrama. Ele possui um sistema de aviso de recepção que permite ao cliente e

ao servidor terem a certeza da recepção correta e mútua dos dados. Se baseia num

número de ordem (sequência), é necessário que as máquinas emissoras e

receptoras (cliente e servidor) conheçam o número de ordem inicial da outra

máquina.

O estabelecimento da ligação entre duas aplicações faz-se frequentemente

de acordo com o esquema seguinte:

As portas TCP devem estar abertas

A aplicação no servidor é passiva, quer dizer que a aplicação está à

escuta, à espera de uma conexão.

38

A aplicação no cliente faz um pedido de conexão ao servidor cuja

aplicação está em abertura passiva. Diz-se que a aplicação do cliente

está “em abertura ativa”.

As duas máquinas devem então sincronizar as suas sequências, o que

ocorre graças a um mecanismo chamado habitualmente three ways handshake

(aperto de mãos em três tempos).

Este diálogo permite iniciar a comunicação e desenrola-se em três tempos:

Inicialmente a máquina emissora (o cliente) transmite um segmento cuja

bandeira SYN é de 1 (para assinalar que trata-se de um segmento de

sincronização), com um número de ordem NO., que chama-se número de

ordem inicial do cliente

Subsequentemente a máquina receptora (o servidor) recebe o segmento

inicial que provem do cliente, seguidamente envia-lhe um acusado de

recepção, quer dizer um segmento cuja bandeira ACK é de 1 e a

bandeira SYN é de 1 ( trata-se ainda de uma sincronização). Este

segmento contem o número de ordem desta máquina (do servidor) que é

o número de ordem inicial do cliente. O campo mais importante deste

segmento é o campo acusado de recepção que contem o número de

ordem inicial do cliente, incrementado de 1

Por último, o cliente transmite ao servidor um acusado de recepção, quer

dizer um segmento cuja bandeira ACK é de 1, cuja bandeira SYN é à

zero (não se age mais de um segmento de sincronização). O seu número

de ordem é incrementado e o número de acusado de recepção

representa o número de ordem inicial do servidor incrementado de 1

39

4.3 UDP

É um protocolo de camada 4 (de transporte) no modelo OSI. É o protocolo

padrão da Internet de camada de transporte não orientado à conexão que adiciona

um nível de confiabilidade e multiplexação ao IP. O UDP é um protocolo bem mais

simples e o serviço por ele fornecido é apenas a multiplexação/demultiplexação do

acesso ao nível inter-rede. Como consequência, não há procedimentos de

verificação no envio e recebimento de dados (todavia, pode haver checagem de

integridade) e se algum pacote não for recebido, o computador de destino não faz

uma nova solicitação, como acontece com o TCP. Tudo isso faz do UDP um pouco

mais rápido

O UDP fornece serviços de entrega sem conexão e por intenção sem

nenhum controle de transmissão ou tentativa de recuperação. Há aplicações em que

é preferível entregar os dados o mais rapidamente possível, mesmo que algumas

informações se percam no caminho, é o caso, por exemplo, das transmissões de

imagem e som pela internet (streaming), onde a perda de um pacote de dados não

interromperá a transmissão. Por outro lado, se os pacotes não chegarem ou

demorarem a chegar, haverá congelamentos na imagem. O UDP utiliza os

datagramas IP para o transporte das mensagens entre vários equipamentos até com

a possibilidade de distribuí-las para vários participantes da rede.

Alguns protocolos utilizam o UDP para transporte de dados que são:

TFTP:

Este protocolo é semelhante ao FTP, porém sem confirmação de

recebimento pelo destino ou reenvio. É comumente usado por

40

administradores de rede ao se fazer o download do IOS de um roteador

ou do arquivo de inicialização.

SNMP

É utilizado para configurar dispositivos como switches ou roteadores e

permite que estes enviem o seu status. O problema é que os hackers

utilizam este protocolo para obter informações sobre o sistema, como as

tabelas de roteamento. As últimas versões do SNMP podem fazer

criptografia md5, porém a maioria ainda usa versões antigas que passa o

password em formato de texto.

DHCP

É utilizado em redes que sofrem constantes alterações na topologia e o

administrador não pode verificar o IP de cada máquina devido a enorme

quantidade, então o roteador distribui IPs automaticamente para as

estações. Como esta atribuição é feita com a utilização do UDP, caso

haja algum problema o usuário terá que pedir o reenvio ou reiniciar a

máquina. O único problema técnico deste protocolo é que como os IPs

são atribuídos aleatoriamente, fica mais difícil para o administrador ter

controle sobre o que cada host está fazendo.

Tem o papel fundamental de facilitar a configuração de computadores de

uma rede. Ele centraliza e gerencia a alocação a configurações TCP/IP a

todos os computadores de uma rede que estejam configurados como

clientes DHCP.

É uma ferramenta para controle randômico de IPs em uma rede interna.

Ele permite que um administrador defina dinamicamente características

aos clientes que conectarem a rede.

41

Isso elimina a necessidade de se configurar informações de rede como

DNS, Gateway e endereços de IP nos clientes, ficando tudo de uma

maneira fácil, e automática. O DHCP é também vital quando utilizado em

grandes redes, onde manter sobre controle todos os endereços e

configurar novos clientes pode gerar uma grande dor de cabeça.

Outra vantagem é a reutilização de endereços IP, tão logo um cliente se

desconecte da rede, o mesmo endereço usado por ele pode ser utilizado

para o próximo cliente.

DNS

Um tradutor dos nomes na rede, na qual cada IP pode ser correspondido

com um nome. Neste caso, imaginemos que um usuário esteja

acessando a internet e deseja ir para outra página. Ele digita o endereço

no campo apropriado e entra. Se a página, por acaso, não abrir por não

ter reconhecido o endereço, o problema poderá ter sido no envio ou

resposta do servidor de nomes utilizando o UDP, e então o usuário

tentará de novo acessar a página e provavelmente conseguirá. Agora,

imagine que isto fosse feito com o TCP, provavelmente esta falha não

ocorreria, porém o tempo gasto para o computador saber qual IP se

refere àquele nome seria inimaginável para as necessidades atuais.

Nos serviços de transporte com várias opções de conexão e

confiabilidade, a função básica é permitir a comunicação fim-a-fim entre

aplicações.

O nível de inter-rede é o responsável pela transferência de dados através

da inter-rede, desde a máquina de origem até a máquina destino. Por

exemplo, tem o serviço de entrega dos pacotes sem conexão.

42

Quaisquer tipos de rede podem ser ligados, bastando para isso que seja

desenvolvida uma interface que compatibilize a tecnologia de rede com o

protocolo IP, essa é a função do nível de interface de rede.

4.4 TCP/IP

O TCP/IP (rede de multiserviço) é a plataforma de protocolos originária da

rede ARPA, também conhecida como conjunto de protocolos da Internet, que

combina o TCP e o IP.

A arquitetura TCP/IP baseia-se num serviço de transporte orientado à

conexão, fornecido pelo TCP, e em um serviço de rede não orientado à conexão

(datagrama não confiável), fornecido pelo protocolo IP. A arquitetura TCP/IP dá uma

ênfase toda especial à interligação de diferentes tecnologias de redes.

Já que a sequência de protocolos TCP/IP foi criada no início com um

objetivo militar, foi concebida para responder a diversos critérios, entre os quais:

O fracionamento das mensagens em pacotes;

A utilização de um sistema de endereços;

O encaminhamento dos dados na rede (routage);

O controlo dos erros de transmissão de dados.

O modelo TCP/IP, inspirado no modelo OSI, retoma a abordagem modular

(utilização de módulos ou de camadas), mas contém unicamente quatro:

Camada Acesso rede: especifica a forma sob a qual os dados devem ser

encaminhados independentemente do tipo de rede utilizado, é a primeira

camada da pilha TCP/IP, oferece as capacidades de aceder a uma rede

43

física qualquer que ela seja, isto é, os meios a implementar a fim de

transmitir dados através de uma rede.

Assim, a camada acesso rede contém todas as especificações relativas à

transmissão de dados numa rede física, quer se trate de rede local,

conexão com uma linha telefônica ou qualquer tipo de ligação a uma

rede. Assegura as noções seguintes:

Encaminhamento dos dados na ligação

Coordenação da transmissão de dados (sincronização)

Formato dos dados

Conversão dos sinais (analógico/numérico)

Controlo dos erros à chegada

Camada Internet: é encarregada de fornecer o pacote de dados

(datagrama).

É considerada a camada “mais importante” porque é ela que define os

datagramas, e que gere as noções de endereçamento IP.

Permite o encaminhamento dos datagramas (pacotes de dados) para

máquinas distantes, bem como a gestão da sua fragmentação e a sua

montagem à recepção.

A camada Internet contém 5 protocolos:

O protocolo IP

Já considerado.

O protocolo ARP

Tem um papel fundamental, porque permite conhecer o endereço

físico de uma placa de rede que corresponde a um endereço IP; é

para isto que se chama Protocolo de resolução de endereço.

44

Cada máquina ligada à rede possui um número de identificação de

48 bits. Este número é um número único que é fixado a partir do

fabrico da placa em fábrica. Contudo, a comunicação na Internet

não se faz diretamente a partir deste número (porque seria

necessário alterar o endereçamento dos computadores cada vez

que se alterasse uma placa de rede), mas a partir de um endereço

dito lógico, atribuído por um organismo: o endereço IP.

Assim, para fazer a correspondência entre os endereços físicos e

os endereços lógicos, o protocolo ARP interroga as máquinas da

rede para conhecer o seu endereço físico, seguidamente cria uma

tabela de correspondência entre os endereços lógicos e os

endereços físicos numa memória secreta.

Quando uma máquina deve comunicar com outra, consulta à tabela

de correspondência. Se por acaso o endereço pedido não se

encontra na tabela, o protocolo ARP emite um pedido na rede. O

conjunto das máquinas da rede vai comparar este endereço lógico

ao seu. Se uma dentre elas se identificarem com esse endereço, a

máquina vai responder à ARP que vai armazenar o par de

endereços na tabela de correspondência e a comunicação vai então

poder ter inicio.

O protocolo ICMP

É um protocolo que permite gerir as informações relativas aos erros

nas máquinas conectadas. Dado os poucos controles que o

protocolo IP realiza, permite não corrigir estes erros, mas dá-los a

conhecer aos protocolos das camadas vizinhas. Assim, o protocolo

45

ICMP é utilizado por todos os switchs, que o utilizam para assinalar

um erro (chamado Delivery Problem).

As mensagens de erro ICMP são transportadas na rede sob a forma

de datagrama, como qualquer dado. Assim, as mensagens de erro

podem elas mesmas estar sujeitas a erros.

Contudo, no caso de erro num datagrama que transporta uma

mensagem ICMP, nenhuma mensagem de erro é emitida para

evitar um efeito “bola de neve” no caso de incidente sobre a rede.

O protocolo RARP

É um protocolo muito menos utilizado e significa Protocolo ARP

invertido, trata-se, por conseguinte de uma espécie de anuário

invertido dos endereços lógicos e físicos.

Na realidade, o protocolo RARP é utilizado essencialmente para as

estações de trabalho que não têm disco rígido e que desejam

conhecer o seu endereço físico.

O protocolo RARP permite a uma estação conhecer o seu endereço

IP a partir de uma tabela de correspondência entre endereço MAC e

endereços IP alojados por um gateway situado na mesma LAN.

É necessário que o administrador defina os parâmetros do gateway

(switch) com a tabela de correspondência dos endereços MAC/IP.

Com efeito, ao contrário do ARP, este protocolo é estático. É

necessário, por isso, que a tabela de correspondência esteja

sempre atualizada para permitir a conexão de novas placas de

rede.

46

O RARP sofre de numerosas limitações. Necessita muito tempo de

administração para manter tabelas importantes nos servidores. Isto

é ainda mais evidente quando a rede é grande. Tal fato coloca o

problema do recurso humano, necessário para a manutenção das

tabelas de correspondência, e das capacidades dos materiais que

alojam a parte servidora do protocolo RARP. Com efeito, o RARP

permite a vários servidores responder pedidos, embora não preveja

mecanismos que garantam que todos os servidores são capazes de

responder, nem mesmo que respondam de maneira idêntica. Assim,

neste tipo de arquitetura não se pode ter confiança num servidor

RARP para saber se um endereço MAC poder ser vinculado a um

endereço IP, porque outros servidores ARP podem ter uma

resposta diferente. Outra limitação de RARP é que um servidor

pode servir apenas uma LAN.

O protocolo IGMP

É usado pelas estações de trabalho para reportarem seus

participantes de grupos de estações, a roteadores multicast

vizinhos. É um protocolo assimétrico e é parte integral do IP, sendo

um requisito básico de implementação a todas as estações de

trabalho que desejam enviar e receber pacotes multicast. A

distribuição de tráfego multicast em uma rede é efetuada

inicialmente pela configuração das estações, para recebimento do

tráfego. Esta configuração é feita pelo IGMP que usa datagramas IP

para transmitir suas mensagens. Todas as mensagens importantes

do ponto de vista do host possuem o seguinte formato:

47

Versão 2

Tipo: há dois tipos de mensagens que devem ser levadas em

consideração:

o Host Membership Query

o Host MemberShip Report

Campo não utilizado, zerado quando enviado e ignorado

quando recebido.

Checksum

Endereço de grupo: em uma mensagem Host Membership

Query, o campo de endereço de grupo é zerado quando

enviado e ignorado quando recebido. Por outro lado, em uma

mensagem Host Membership Report, este campo contém o

endereço de grupo do grupo sendo reportado.

Camada Transporte: assegura o encaminhamento dos dados, assim

como os mecanismos que permitem conhecer o estado da transmissão.

Os protocolos das camadas precedentes permitiam enviar informações

de uma máquina a outra. A camada transporte permite a aplicações que

trabalham em máquinas distantes comunicar. O problema consiste em

identificar estas aplicações. De acordo com a máquina e o seu sistema

de exploração, a aplicação poderá ser um programa, uma tarefa, um

processo. Além disso, a denominação da aplicação pode variar de um

sistema para outro, é a razão pela qual um sistema de número foi criado

para se poder associar um tipo de aplicação a um tipo de dado, estes

identificadores tomam o nome de portas.

48

A camada transporte contém dois protocolos que permitem a duas

aplicações trocar dados, independentemente do tipo de rede seguido

(independentemente das camadas inferiores). São os protocolos

seguintes:

TCP, um protocolo orientado para a conexão que assegura o

controlo dos erros.

UDP, um protocolo não orientado para a conexão cujo controlo de

erros é arcaico.

Camada Aplicação: engloba as aplicações standard da rede (Telnet,

SMTP, FTP,…).

A camada aplicação é a camada situada no topo das camadas de

protocolos TCP/IP. Esta contém as aplicações de rede que permitem

comunicar graças às camadas inferiores. Os softwares desta camada se

comunicam graças a um dos dois protocolos da camada inferior (a

camada transporte) quer dizer TCP ou UDP.

As aplicações desta camada são de diferentes tipos, mas a maior parte é

serviços de rede, ou seja, aplicações fornecidas ao utilizador para

assegurar a interface com o sistema de exploração. Pode-se classificá-lo

de acordo com os serviços que oferecem:

Os serviços de gestão (transferência) de ficheiro e impressão

Os serviços de conexão à rede

Os serviços de conexão à distância

Os utilitários da Internet diversos

49

No nível de aplicação, os usuários usam programas de aplicação para

acessar os serviços disponíveis na rede. Algumas aplicações disponíveis na Internet

TCP/IP são:

SMTP: oferece um serviço store-andforward para mensagens que

carregam correspondências contendo textos, de um servidor a outro

em conexão ponto a ponto.

Funciona em modo conectado, encapsulado numa trama TCP/IP. O

correio é entregue diretamente ao servidor de correio do

destinatário. O protocolo SMTP funciona graças a comandos

textuais enviados ao servidor SMTP (por defeito, para a porta 25).

Cada um dos comandos enviados pelo cliente (validados pela

cadeia de caracteres ASCII CR/LF, equivalente a um clique na tecla

ENTER) é seguido de uma resposta do servidor SMTP composta de

um número e de uma mensagem descritiva.

FTP: fornece o serviço de transferência de arquivos.

O FTP inscreve-se num modelo cliente-servidor, ou seja, uma

máquina envia ordens (o cliente) e a outra espera pedidos para

efetuar ações (o servidor). Quando de uma conexão FTP, dois

canais de transmissão estão abertos:

Um canal para os comandos (canal de controlo)

Um canal para os dados

O FTP define a maneira segundo a qual os dados devem ser

transferidos numa rede TCP/IP. Tem como objetivos:

Permitir uma partilha de ficheiros entre máquinas distantes

50

Permitir uma independência dos sistemas de ficheiros das

máquinas clientes e servidor

Permitir transferir dados de maneira eficaz

TELNET: é um protocolo standard de Internet que permite IO interface

de terminais e de aplicações através da Internet. Este fornece as

regras básicas para permitir ligar um cliente (sistema composto de uma

afixação e um teclado) a um intérprete de comando (do lado do

servidor).

Baseia-se numa conexão TCP para enviar dados em formato ASCII

codificado em 8 bits entre os quais se intercalam sequências de

controlo Telnet. Fornece assim um sistema orientado para a

comunicação, bidirecional (half-duplex), codificado em 8 bits fácil de

aplicar.

O protocolo Telnet baseia-se em três conceitos fundamentais:

O paradigma do terminal rede virtual (NVT, Network Virtual

Terminal);

O princípio de opções negociadas;

As regras de negociação.

É um protocolo básico, no qual se apoiam outros protocolos da

sequência TCP/IP (FTP, SMTP, POP3,…). As especificações de

Telnet não mencionam autenticação porque o Telnet está

totalmente separado das aplicações que o utilizam (o protocolo FTP

define uma sequência de autenticação acima do Telnet). Além

disso, o protocolo Telnet é um protocolo de transferência de dados

não seguro, o que quer dizer que os dados que veicula circulam às

51

claras na rede (de maneira não codificada). Quando o protocolo

Telnet é utilizado para ligar um hóspede distante à máquina na qual

é aplicado como servidor, este protocolo é atribuído à porta 23.

Se excetuarmos as opções e as regras de negociação associadas,

as especificações do protocolo Telnet são básicas. A transmissão

de dados através de Telnet consiste unicamente em transmitir os

bytes no fluxo TCP (o protocolo Telnet precisa que os dados

devem, por defeito - isto é, se nenhuma opção precisar o contrário-

ser agrupado num tampão antes de serem enviados. Mais

concretamente, isto significa que por defeito os dados são enviados

linha por linha). Quando o byte 255 é transmitido, o byte seguinte

deve ser interpretado como um comando. O byte 255 é assim

nomeado IAC.

DNS: Apresentado anteriormente.

4.5 RTP

Provê serviços de entrega de dados fim-a-fim em tempo real, tanto para

aplicações unicast quanto multicast. Dentre esses serviços destacam-se a

identificação do tipo de dado transmitido (áudio, vídeo) e a compressão do

cabeçalho RTP/IP/UDP enviado.

Este protocolo permite a transmissão simultânea de diferentes tipos de mídia

(como em uma videoconferência), para tal, identifica e envia separada e

independentemente os pacotes. Ele também prevê a utilização de misturadores

(MIXERS) e tradutores (TRANSLATORS) para solucionar problemas como conexões

de usuários com larguras de bandas diferentes e presenças de firewalls ou com

configurações diferentes.

52

RTP tem como característica trabalhar bem com redes que envolvem

terminais com diferentes larguras de banda de acesso. Para isto o protocolo faz uso

de Misturadores (Mixers). Esses misturadores ficam localizados próximos aos pontos

de menor largura de banda, garantindo um melhor aproveitamento do resto da rede.

O mixer trabalha da seguinte forma:

O misturador recebe os pacotes enviados dos outros terminais e os

ressincroniza, transformando-os em outros pacotes, podendo

também uni-los em pacotes maiores, com outras informações

aderidas, como por exemplo: todas as fontes que contribuíram para

este novo pacote. Desta forma, já ressincronizado e com o novo

tamanho, o misturador envia os pacotes aos terminais de menor

banda, que providos ou não de buffer, os recebem e os tratam de

forma que não comprometa, significativamente, a comunicação com

o restante da rede.

O RTP também trabalha com certas peculiaridades da rede, como por

exemplo, a presença de firewall e mudanças esporádicas de protocolos (exemplo:

TCP / UDP). Para isso ele tem os Tradutores (translators) que são responsáveis por

receber e traduzir as mensagens em pacotes compatíveis com a parte da rede que

os sucede.

Os translators funcionam da seguinte forma:

Para sobrepor um firewall se faz necessária a presença de dois

tradutores, um anterior e outro posterior ao firewall. O primeiro

recebe a mensagem no formato enviado por um usuário,

modificando-a para um formato permitido pelo firewall. Após a

53

passagem desta pela barreira, o outro tradutor retorna os pacotes

em seu antigo formato, atribuindo-lhes as características iniciais.

Para fazer a comunicação entre diferentes protocolos, é necessário apenas

um tradutor que terá como função receber a mensagem e transmiti-la num formato

compatível com a nova rede.

4.6 RTCP

O protocolo RTCP é muito utilizado em paralelo ao RTP contribuindo para

que a distribuição dos dados ocorra de uma maneira escalável ao ponto de permitir

grandes transmissões multidestinatárias e também provendo certo controle e

identificação dos participantes da comunicação.

Sendo a transmissão multidestinatária, se mostra importante haver relatórios

do recebimento dos pacotes de modo que se possam identificar falhas na

distribuição dos mesmos. Alguém observando os relatórios deve ser capaz de

avaliar se um problema é local ou global. Pode-se inclusive ter uma entidade cuja

única função é monitorar a distribuição sem participar da comunicação.

Já que há uma previsão de que todos os participantes estarão enviando

pacotes RTCP a todo o momento, é necessário restringir a taxa de transmissões dos

mesmos de acordo com o número de participantes de modo a não sobrecarregar a

rede, de modo que este problema não restrinja o número de participantes na

comunicação RTP. Ao iniciar-se uma sessão RTP cada participante deve enviar um

pacote de controle a todos os outros de forma que cada participante saberá quantos

outros fazem parte desta sessão e calculará qual deverá ser a taxa de seus pacotes

de controle baseado neste número.

Estas considerações são obrigatórias em uma comunicação

multidestinatária.

54

O RTCP também será responsável por distribuir o CNAME dos participantes,

este deve ser único para cada um dos participantes. O identificador SSRC pode

mudar caso haja conflito, mas não é permitido escolher CNAME's conflitantes, e o

participante continuará a ser reconhecido através deste. Também em transmissões

multimídias, cada tipo de mídia é transmitido em uma sessão RTP independente e,

portanto uma mesma fonte pode ter identificadores SSRC diferentes para cada uma,

já que este é escolhido aleatoriamente para cada sessão. O CNAME garantirá que

as diferentes mídias serão reconhecidas como parte de uma única comunicação

daquele participante, tornando possível, por exemplo, sincronizar áudio e vídeo.

Para contribuir com o protocolo RTP o RTCP utiliza os seguintes 5 tipos de

pacote:

SR

Este pacote contém um relatório de envio e recebimento de pacotes RTP

por participantes que são fontes ativas, ou seja, participam ativamente

contribuindo para o envio de pacotes.

RR

Este pacote contém um relatório de recebimento de pacotes RTP por

participantes que não são fontes ativas, ou seja, não participam

ativamente contribuindo para o envio de pacotes.

SDES

Este é um pacote descritivo do participante e inclui a informação do seu

CNAME.

BYE

Indica a saída deste participante da comunicação e precisa conter a

SSRC/CSRC para sua identificação

55

APP

Contém funções específicas da aplicação

4.7 SIP

É um componente de uma arquitetura completa de multimídia e apoia-se em

outros protocolos IETF. Normalmente, usa o RTSP para fornecer transporte e

respostas da QoS da transmissão da mídia. Outros protocolos padronizados

controlam o acesso à rede telefônica pública comutada, bem como descrevem

sessões multimídia. Embora o SIP use esses protocolos, ele não está amarrado a

eles, se surgir uma solução melhor. Essa é uma das maiores vantagens do SIP em

relação aos seus predecessores, ele não precisa ser redefinido para mudar para

algo melhor.

O diferencial do SIP é que ele é flexível e aberto o suficiente para permitir

aos desenvolvedores criar seus próprios “engates”.

É responsável pela localização, disponibilidade e capacidade do usuário e

pela configuração e gerenciamento da sessão. Não determina quais os serviços que

estão sendo enviados e recebidos e não afeta como a informação é passada. Só

exige que a comunicação seja possível, não importa se por rádio, por cabos, por

satélite, etc.

O SIP é um protocolo por texto, mas também carrega muitas informações

não textuais. Além disso, usa transações de requisição/resposta.

O SIP funciona entre as camadas de sessão e aplicação no modelo OSI e

não é definido por nenhuma versão de IP. Isso significa que ele pode trabalhar com

os modelos de IPv4 e IPv6 e entre eles. Visando manter o SIP o mais flexível

56

possível, a maioria da sintaxe dos campos de mensagens e cabeçalho é derivada

das especificações do HTTP/1.1, mas não está amarrada ao protocolo HTTP/1.1.

O SIP faz isso trabalhando com cinco funções diferentes:

Localização de Usuário

O SIP determina a localização do usuário por um processo de registro.

Quando um software de telefone é ativado em um laptop, ele envia um

registro ao servidor SIP anunciando a disponibilidade da rede de

comunicações. Os telefones de voz por IP (VoIP), os celulares ou até

mesmo um sistema completo de teleconferências também podem ser

registrados. Dependendo do ponto de registro escolhido, pode haver

vários locais diferentes registrados simultaneamente.

Disponibilidade do Usuário

A disponibilidade do usuário é um método simples de determinar se o

usuário quer ou não responder a uma requisição de comunicação. Se

você “chamar” alguém e não houver resposta, o SIP determina que um

usuário não esteja disponível. Um usuário pode ter vários locais

registrados, mas só pode aceitar o recebimento das comunicações em

um dispositivo. Se um não responder, a chamada é transferida para outro

dispositivo ou outra aplicação, como um e-mail por voz.

Capacidades do Usuário

Com todos esses métodos e padrões diferentes de comunicação

multimídia, é preciso algo que verifique a compatibilidade entre as

comunicações e as capacidades do usuário. Por exemplo, se um usuário

tem um telefone IP na sua mesa, uma conferência com um quadro

branco compartilhado não funcionará com esse dispositivo. Essa função

57

também determina quais métodos de codificação/decodificação um

usuário pode suportar.

Configuração da Sessão

O SIP estabelece parâmetros para ambas as pontas da comunicação –

mais especificamente, no momento que uma pessoa chama e outra

responde. O SIP estabelece os meios de configurar e/ou estabelecer as

comunicações.

Gerenciamento da Sessão

Essa função é responsável pela maior parte da admiração dos usuários.

Desde que um dispositivo seja capaz, um usuário pode transferir de um

dispositivo para outro - como de um telefone por IP para um laptop – sem

gerar qualquer impacto perceptível. As capacidades gerais do usuário

irão mudar – como ser capaz de iniciar novas aplicações, compartilhar

um quadro branco – talvez afetando temporariamente a qualidade da

voz, tendo em vista que o SIP reavalia e modifica os fluxos de

comunicação para voltar à qualidade de voz. Com o gerenciamento da

sessão SIP, o usuário também pode mudar a sessão, tornando-a uma

conferência, passando de uma chamada de telefone para uma

conferência de vídeo ou abrindo uma aplicação desenvolvida

internamente. E, finalmente, o SIP encerra as comunicações.

Embora o SIP tenha cinco funções, atualmente é mais fácil pensar no SIP

como um configurador, gerenciador e finalizador das comunicações por IP. As

funções de localização e capacidades do usuário podem facilmente ser absorvidas

pela função de configuração da sessão.

58

4.8 RTSP

É um protocolo de nível de aplicativo. Seu objetivo é transmitir multimídia

sobre multicast e unicast em "um para muitos". Ele também suporta a interoperação

entre clientes e servidores de diferentes fornecedores.

RTSP se aproveita de streaming que quebra os dados em pacotes

dimensionados de acordo com a largura de banda disponível entre o cliente e o

servidor. Quando chegam pacotes ao cliente, o software do usuário pode estar

enviando um pacote, descomprimindo outro e baixando o terceiro. O usuário é capaz

de começar a ouvir quase imediatamente sem ter que obter o arquivo de mídia

inteiro. Tanto a alimentação de dados ao vivo e clipes armazenados podem ser as

fontes de dados.

A ideia em RTSP é que ele age como um "controle remoto de rede" para

servidores multimídia.

É concebido para controlar sessões de entrega de dados múltiplas, fornecer

uma maneira de escolher os canais de distribuição, tais como UDP, TCP e outro. Os

mecanismos de execução são baseados apenas na RTP. O RTSP foi concebido

para estar no topo da RTP com o controle para distribuir conteúdo em tempo real.

Assim implementações RTSP são capazes de tirar partido dos melhoramentos da

RTP, como a compressão do cabeçalho RTP. Embora RTSP possa ser usado com

unicast, seu uso pode ajudar a suavizar a mudança de unicast para multicast IP com

a RTP. Também pode ser usado com RSVP para configurar e gerenciar a largura de

banda e sessões de streaming.

O RTSP tem várias propriedades:

Extensível: novos métodos e parâmetros são fáceis de adicionar;

Fácil de analisar, padrão HTML ou MIME parser pode ser usado;

59

Métodos seguros de autenticação HTTP, transporte e mecanismos da

camada de rede de segurança são aplicáveis;

Transporte independente, protocolos como UDP, RDP e TCP são

aplicável;

Multi servidor capaz, contudo não pode haver fluxos de mídia de

diferentes servidores em uma apresentação;

Controle de dispositivos de gravação, também é possível reprodução e

controle de gravação;

Separação de controlo de fluxo e iniciação de conferência, o único

requisito é que o protocolo de iniciação de conferência ou forneça ou crie

um identificador único de conferência;

Apropriado para aplicações profissionais, o frame no nível de precisão

através de carimbos de tempo SMPTE é suportado para permitir a edição

digital remoto;

Apresentação sem formato específico imposto;

Proxy e firewall amigável;

HTTP amigável;

Controle adequado do servidor

Transporte de negociação

As seguintes operações são suportadas pelo RTSP:

Recuperação de mídia de servidor de mídia

Convite de um servidor de mídia para uma conferência

Além dos meios de comunicação para uma apresentação existente

Pedidos RTSP podem ser manipulados pelo proxy, túneis e esconderijos

como HTTP/1.1.

60

5 PADRÕES DE MULTIMÍDIA EM REDES DE COMPUTADORES

Existem muitos padrões atualmente para multimídia em redes de

computadores, e os mais enfatizados neste documento são os do ITU-T e do IETF.

ITU-T

Os padrões de multimídia do ITU-T são os da série H (“Sistemas

audiovisuais e de multimídia”) e estão citados na tabela a seguir. Cada

um deles tem uma finalidade específica.

TABELA 3 – PADRÕES DE MULTIMÍDIA DO ITU-T Padrão Data Descrição

H.310 1996 Broadband audiovisual communication systems and terminals: videoconferência MPEG-2 sobre ATM com alta qualidade

H.320 1997 Narrow-band visual telephone systems and terminal equipment: videoconferência sobre RDSI

H.321 1996 Adaptation of H.320 visual telephone terminals to B-ISDN environments: videoconferência sobre ATM com boa qualidade

H.322 1996 Visual telephone systems and terminal equipment for local area networks which provide a guaranteed quality of service: /**/

H.323 1998 Packet based multimedia communications systems: videoconferência sobre redes de pacotes, como IP e Ethernet

H.324 1996 Terminal for low bit rate multimedia communication: videoconferência sobre sistema telefônico

Do UTU-T consideraremos apenas o padrão que se aplica ao nosso

assunto.

Padrão H.323

Define como um dado audiovisual é transmitido por uma rede.

É parte de uma série de padrões de comunicações que permitem

videoconferência através de redes e também a compatibilidade

com dezenas de aplicações de telefonia pela Internet.

Provê uma arquitetura, ação de dados multimídia, para redes

baseadas no protocolo IP.

Permite que produtos multimídia e aplicações de fabricantes

diferentes possam interoperar de forma eficiente e que os

61

usuários possam se comunicar sem preocupação com a

velocidade da rede.

O fluxo e dados em redes podem ser administrados. O gerente

de rede pode restringir a quantidade de largura de banda

disponível para conferências.

O H.323 é um documento base que faz referencia a um conjunto de

protocolos e formatos de mensagens definidos em outros

documentos. Verifique na tabela a seguir, a relação das

recomendações ITU-T definidas para dar suporte à sinalização

H.323.

TABELA 4: RECOMENDAÇÕES ITU-T Recomendação

ITU Título

H.225.0 Call Signaling protocols and Media Stream Packetization form Packet-Based Multimedia Communication Systems

H.235 Segurity and Encryption of H-Series Multimedia Terminals

H.245 Control Protocol for Multimedia Communication

H.350.x Directory Services Architecture for Multimedia Conferencing

H.450.x Supplemental Services for H.323

H.460.x Guidelines for the Use of the Generic Extensible Framework

Série T.120 Data Protocols for Multimedia Conferencing

Também temos o H.248 conhecido como protocolo Megaco, é um

padrão desenvolvido cooperativamente entre o ITU e a IETF para

permitir que um MGC controle um MG. Competindo com outros

protocolos como o MGCP e MDCP, é considerado um protocolo

complementar ao H.323 e ao SIP, no qual o MGC controla os MGs

via H.248, mas comunicará com outro via H.323 ou SIP.

O protocolo H.245, transmitido através de TCP, é utilizado para

interligar todas as entidades H.323. É utilizado para negociar

facilidades entre os participantes de uma chamada H.323, tais como

62

abertura e fechamento de canais lógicos (portas UDP para

transporte de fluxos RTP e RTCP).

Benefícios:

Padrões de codec: H.323 estabelece padrões para

compressão e descompressão de dados de áudio e vídeo;

Interoperabilidade: comunicação sem preocupação de

velocidade;

Administração de largura de banda: tráfego de vídeo e áudio

demanda alta largura de banda → congestionamento da rede

Flexibilidade

Suporte multiponto

Independência de plataforma e aplicação

Independência entre redes

Segurança

PADRÃO H.320

Trata-se de um conjunto de protocolos que especifica a

comunicação multimídia de áudio e vídeo fim-a-fim, cujo principal

componente é o protocolo H.261.

O H.261 é o responsável pela codificação e compactação de sons e

imagens. Seu algoritmo é bastante similar ao da técnica MPEG, e

prevê a geração de taxa constante de bits - ainda que para isto a

qualidade do vídeo se torne variável (há alteração no número de

quadros por segundo) - para uso com taxas de bits medidas em

múltiplos de 64 Kbps.

63

O H.320 também pode ser utilizado sobre ambiente ATM. A

vantagem é a alta largura de banda, muito mais caro que as

interfaces ATM. Com alta largura de banda disponível, o algoritmo

de compactação não necessita funcionar com eficiência máxima, o

que diminui também o retardo de CODEC. E, finalmente, o ATM

provê QoS (Qualidade de Serviço) fim-a-fim. Este é, sem dúvida, o

ambiente ideal para suportar aplicações multimídia.

Enquanto utilizado como tecnologia de LAN, o ATM provê o QoS

necessário para garantir o funcionamento da aplicação multimídia

mesmo em uma rede com alto tráfego de dados. O problema do uso

de videoconferência sobre ATM é o alto custo de links ATM de

longa distância, pois os maiores benefícios da aplicação são obtidos

justamente no uso em WANs. Caso o projetista opte por utilizar

ATM neste cenário, deve considerar ainda o uso de CODECs

padrão H.321 – este padrão é ligeiramente diferente do H.320, na

verdade é uma otimização específica para o ambiente ATM. Outro

aspecto a se considerar é a existência de uma rede pública

baseada em ATM, condição necessária para organizações

viabilizarem interconexão (e a realização de sessões de

videoconferência com estas conexões) sem que tenham que fazer

parte de uma mesma rede privada.

Mas o cenário mais comum no ambiente corporativo é formado pela

utilização de redes padrão Ethernet e do protocolo TCP/IP. A

grande base instalada e a tendência de mercado de convergência

para estas tecnologias impõem aos fornecedores de soluções

64

multimídia para redes a necessidade de se adaptar a este

ambiente, sob pena de perder mercado.

A implementação de redes multiserviços com Ethernet e TCP/IP é

um desafio, pois estes protocolos não oferecem suporte aos

requisitos de QoS exigidos (largura de banda, atraso, variação do

atraso e taxa máxima de perda de pacotes). A substituição dos

protocolos por outros com capacidades de QoS resolve um

problema mas cria outro – perde-se interoperabilidade. Assim, dotar

ambientes Ethernet e TCP/IP de capacidades de QoS exigidas por

aplicações de videoconferência significa agregar mecanismos e

recursos que permitam garantir banda, priorizar o tráfego, evitar

colisões, segmentar a rede e rotear o tráfego de forma otimizada

(uso de multicast, por exemplo). Alguns destes itens serão obtidos

com cuidados de projeto (segmentação da rede, por exemplo),

outros implicam em uso de protocolos e/ou ativos de rede que

possuam capacidades de QoS.

De forma bastante resumida, pode-se citar como cuidados mínimos

o uso dos protocolos RTP e o RTCP para suporte à priorização do

tráfego, o RSVP para reserva de banda, e uso de multicast na LAN.

Além disso, os roteadores deverão ter capacidade para priorizar o

tráfego (por protocolo, porta, interface ou criando um circuito virtual

dedicado à conexão multimídia) e os switches deverão suportar

recursos de camada 4 ou superior (para realizar a priorização do

tráfego). Estas exigências sugerem o uso destes serviços na rede

privada da organização (intranet), uma vez que é dentro de sua

65

área de autonomia que o administrador da rede terá autonomia para

configurar os componentes de forma a atender aos requisitos

necessários.

O padrão desenvolvido pelo ITU para a utilização de multimídia em

redes comutadas por pacotes é o H.323, cujo principal componente

é o protocolo de compactação H.263. Este último é baseado no (e

compatível com) protocolo H.261.

Utilizado em ambiente TCP/IP, fica clara a necessidade do H.263

ser mais eficiente que o H.261 para trafegar os dados da sessão de

videoconferência com a mesma largura de banda, uma vez que o

TCP/IP impõe maior overhead de encapsulamento.

Além das vantagens já citadas anteriormente (custo e base

instalada do ambiente Ethernet e TCP/IP), deve-se considerar

também a possibilidade de uso de soluções baseadas em

computador (CODEC de software instalado em um

microcomputador acoplado a uma câmera e kit multimídia), o menor

custo dos equipamentos e dos links (utiliza-se o mesmo link WAN

da rede de dados, tarifada da forma mais conveniente – custo fixo,

variável ou combinado) e a facilidade de integração com outras

aplicações (Vídeo sob demanda, distribuição de vídeo para

Internet).

As principais desvantagens estão no menor grau de QoS, a

dificuldade de interoperar com pontos conectados por meio de

nuvens públicas, maiores exigências de performance dos CODECs

66

em relação aos padrões H.320 e H.321 e necessidade de cuidados

de projeto para a implementação dos serviços.

IETF

São definidos nas RFCs. A arquitetura global de multimídia do IETF

atualmente possui protocolos como os seguintes:

SIP: estabelece, mantém e encerra chamada ou sessões

multimídia;

RSVP: reserva recursos da rede;

RTP: transporta dados em tempo real, proporcionando feedback de

QoS através do RTCP , conforme descrito anteriormente;

RTSP: controla entrega de mídia através de streaming;

SDP: descreve sessões multimídia.

Quando utilizadas soluções que adotam protocolos proprietários, a

interoperabilidade fica comprometida ou limitada ao suporte oferecido pelo

fabricante.

Supondo que a escolha da solução tenha adotado padrões abertos (como o

H.320 e o H.323, por exemplo), duas questões devem concentrar a atenção do

projetista em relação à interoperabilidade.

A primeira se refere à necessidade de realizar uma sessão de

videoconferência utilizando equipamentos baseados em diferentes padrões, quando

será necessário o uso de gateways. Tipicamente este é o caso de uma expansão do

parque multimídia instalado, onde os equipamentos mais novos em geral

implementam padrão H.323 e os mais antigos utilizam H.320. Este também é o caso

quando se torna necessário fazer com que um microcomputador ligado a uma rede

TCP/IP consiga interoperar com um CODEC H.320 em uma rede ISDN.

67

Finalmente, quando o administrador de rede é requisitado a implementar

uma sessão de videoconferência entre um CODEC baseado em hardware e uma

solução baseada em software, deve ter em mente que a qualidade de áudio e vídeo

estará limitada à menor das capacidades, ou seja, ao tamanho de janela, quantidade

de cores e taxa de quadros por segundo atingida pelo componente de menor

performance. Recomenda-se também o uso da configuração de computador mais

potente disponível à época, para minimizar o atraso introduzido pelo processamento

da digitalização e da compactação realizada pelo software de videoconferência.

A tendência de convergência atual aponta para o uso de TCP/IP, e na área

de videoconferência não é diferente. Os fabricantes mais antigos, voltados para

soluções baseadas em H.320 já possuem ao menos um modelo disponível no

padrão H.323, e há fornecedores exclusivamente focados neste padrão.

Com o crescente aprimoramento dos mecanismos de QoS para redes

Ethernet e TCP/IP, e o custo de links WAN caindo, o uso de H.323 na intranet é a

solução mais indicada. Na extranet, porém, o padrão H.320 é a escolha obrigatória,

uma vez que a Internet não oferece o QoS necessário. Os padrões para a Internet2

ainda estão sendo definidos, mas é provável que esta substitua os enlaces ISDN

para a realização de videoconferências na Extranet em um futuro próximo.

Enquanto o cenário das redes públicas não fica definido, a melhor opção é

adquirir equipamentos que suportem os dois padrões, ou seja, compatíveis com

H.320 e com H.323. Assim, o investimento fica preservado, uma vez que é possível

utilizá-lo na Intranet com TCP/IP e na Extranet com ISDN ou X.21, mas não de forma

simultânea – não se trata de um gateway, mas sim de um CODEC compatível com

mais de um padrão. Sessões multiponto serão o passo seguinte à implementação do

serviço, isto quando não fazem parte da especificação inicial.

68

Na LAN o uso de multicast evita a necessidade de envio de vários pacotes

unicast, um para todos os CODEC destino. Na WAN aperfeiçoa a topologia de

distribuição dos pacotes (spanning tree). O multicast, entretanto, é uma capacidade

de redes comutadas por pacotes.

Algumas soluções de software possuem suporte a sessões multiponto onde

apenas um participante pode transmitir a cada instante do tempo. O controle da

sessão é realizado por um dos pontos (o "administrador da conferência"),

dispensando os custos de aquisição de um MCU – um dos componentes mais caros

da arquitetura de vídeo para redes.

69

6 CODIFICAÇÃO DE ÁUDIO

Existem ainda os codecs, protocolos extras que adicionam funcionalidades e

maior qualidade à comunicação.

Para transmissão de áudio em redes de computadores, vale ressaltar os

seguintes itens:

Digitalização: é necessário digitalizar o sinal para transformar os sinais

analógicos em bits, necessário para transmissão em redes de

computadores;

Compressão: a compressão é usada para minimizar o uso de largura de

banda. O padrão PCM (G.711 do ITU-T) necessita 64Kbps para

transmissão, enquanto o G.729 utiliza apenas 8Kbps. Uma transmissão

com duração de 30 segundos no padrão G.711 demandaria 240.000

bytes, enquanto que a mesma transmissão com o G729 iria necessitar de

30.000 bytes, ou 1/8 da anterior. A tabela a seguir mostra algumas taxas

de transmissão sem compressão;

TABELA 5: TAXAS DE TRANSMISSÃO SEM COMPRESSÃO Formato Amostragem Bit rate Telefonia 8000/8bits/mono 64 Kbit/s Teleconferência 16000/16bits/mono 256 Kbit/s CD rom 44100/16bits/stereo 1.410 Kbit/s Digital Audio Tape 48000/16bits/stereo 1.536 Kbit/s

Qualidade do sinal: a qualidade do sinal está relacionada com a

frequência de amostragem e número de bits gerados por amostra. Para

sinais de voz até 4KHz, é suficiente utilizar 8000 amostras por segundo a

8 bits por amostra (resultando em 64Kbps), pois, segundo Nyquist, é

necessário o dobro da frequência para poder recuperar completamente o

sinal. Entretanto, o mesmo número de amostras não é suficiente para

70

uma qualidade de CD, e na prática utiliza-se 44,1KHz com 16 bits por

amostra estéreo, gerando a necessidade de mais de 1,4Mbps

(44100x16x2). Na prática, utiliza-se algum algoritmo de compressão do

sinal, como o MP3, que consegue qualidade de CD com 128Kbps, ou

qualidade de FM com 56Kbps;

Latência de codificação: em aplicações que exigem interatividade,

como, por exemplo, uma conversa telefônica, manter a latência baixa é

muito importante. O G.711 possui uma latência de codificação

desprezível, enquanto que o MP3 precisa de mais de 50ms para codificar

o áudio.

Entre os tipos possíveis de áudio especificados pelo padrão H.320, tem-se:

G.703 - É uma recomendação que trata das especificações da interface

física a quatro fios e para transmissão digital a 2,048 Mbps. Geralmente,

é utilizado para se referir à interface de transmissão europeia a 2,048

Mbps.

G.704 - Recomendação do ITU para estruturas de quadros síncronos

usados nos seguintes níveis hierárquicos: 1544, 6312, 2048, 8488 e

44736 kbit/s.

G.711 - Padrão do ITU para compressão de voz; utiliza 8000 amostras

por segundo, onde cada amostra tem 13 bits que, comprimindo de

acordo com a lei A ou μ, fica 8 bits, gerando taxa de transmissão de

64Kbps. Feito para frequências de voz, ou seja, até 4KHz. A latência do

algoritmo é menor que 1ms.

G.722 – codec de áudio que consomem 128 Kbps de largura de banda;

utiliza 16000 amostras por segundo, onde cada amostra tem 14 bits que,

71

comprimindo na técnica sub-band ADPCM, gera taxa de transmissão de

64Kbps. Pode operar a 56Kbps com um canal de dados auxiliar de

8Kbps, ou 48Kbps com canal de dados auxiliar de 16Kbps.

G.723 - Algoritmo utilizado para compressão de voz e supressão de

silêncio de um sinal digital cuja variante mais conhecida é o G-723.1, que

consegue converter um sinal PCM de entrada de 64 kbps em uma saída

que pode variar de 5,3 a 6,4 kbps.

G.726 - Especificação do ITU-T para codificador de voz ADPCM

trabalhando na faixa de 16 a 40 kbps.

G.728 - codec de áudio em canais com banda de 16 kbps.

G.729 - Algoritmo utilizado para compressão de voz e supressão de

silêncio de um sinal digital, que consegue converter um sinal PCM de

entrada de 64 kbps em uma saída de 8 kbps.

O que os diferencia são os algoritmos usados, a média de atraso e

principalmente a qualidade da voz. Neste último aspecto, o G.711 é considerado

excelente.

Os sistemas que possuem uma qualidade mínima de áudio e vídeo

suportam apenas áudio G.711. O áudio G.711 possui qualidade de telefonia (banda

estreita 3Khz) e consome 48-64 Kbps de largura de banda. Já os sistemas que

possuem a qualidade mínima e todos os fatores opcionais suportam áudio G.722, o

qual possui qualidade estéreo (banda larga, 7Khz), e consomem 128 Kbps de

largura de banda.

Os sistemas que possuem qualidade mínima e alguns fatores opcionais,

opcionalmente podem implementar áudio G.722. O áudio G.728 surge com uma

opção para sistemas com baixas taxas de transmissão. Este tipo de áudio consome

72

apenas 16 Kbps de banda. Os melhores produtos para videoconferência permitem

ao usuário escolher o tipo do áudio a ser utilizado.

73

7 CODIFICAÇÃO DE VÍDEO

Vídeo pode ser definido como uma sequencia de imagens paradas que,

quando apresentadas em uma taxa suficientemente rápida, dão a impressão de

movimento ao ser humano, como, por exemplo, os seguintes sistemas analógicos:

NTSC 525x60: 30 quadros por segundo, sendo apresentados em 525

linhas e, de forma entrelaçada, 60 vezes por segundo (cada quadro é

dividido em linhas pares e ímpares) para melhorar a sensação de

movimento;

PAL 625x50: 25 quadros por segundo, sendo apresentados em 625

linhas e, de forma entrelaçada, 50 vezes por segundo (cada quadro é

dividido em linhas pares e ímpares) para melhorar a sensação de

movimento.

Para apresentar a imagem em meios digitais, é necessária a conversão

entre os padrões analógicos (25 ou 30 quadros por segundo entrelaçados) e digitais

(frequência de atualização de tela no computador é normalmente entre 60 e 80Hz).

O resultado é que no computador o quadro é apresentado mais de uma vez, de

acordo com a frequência do monitor (60Hz, 75Hz, etc.).

Da mesma forma que no áudio, os fatores digitalização, compressão,

qualidade do sinal e latência são extremamente importantes na transmissão de

vídeo. Basicamente, existem três pontos que podem ser ajustados para modificar a

qualidade e a taxa de transmissão: a resolução espacial (largura x altura) da

imagem, a taxa de quadros e os passos de quantização [MCG 99].

Resolução espacial: significa o tamanho do quadro, ou seja, a relação

entre sua largura e altura. Em meios digitais, para permitir que uma

recomendação possa ser utilizada em tanto em regiões do planeta que

74

utilizam NTSC como as que utilizam PAL, normalmente se utilizam o

formato CIF ou SIF.

Taxa de quadros: representa o número de quadros sucessivos por

segundo. Para uma boa qualidade, o ideal é utilizar acima de 24 quadros

por segundo (padrão atual dos cinemas). Em termos de compressão da

imagem, quanto mais quadros por segundo melhor a taxa de

compressão, pois é possível codificar somente as mudanças entre

quadros. Isso permite a padrões que exploram essa característica, como

o MPEG, comprimir 50 a 70 vezes uma transmissão 352x240 30 quadros

por segundo, enquanto padrões que não exploram como o M-JPEG,

comprimem apenas 15 a 30 vezes [MCG 99]. Entretanto, quando a taxa

de quadros é baixa, como, por exemplo, 1 quadro por segundo, a

diferença na compressão entre MPEG e M-JPEG não é significativa;

Passo de quantização: quanto maior o número de amostras de um

vídeo por segundo, maior a sua qualidade, da mesma forma que foi visto

na parte de áudio.

A compressão do vídeo não é linear de acordo com a taxa de quadros por

segundo e sua resolução espacial, ou seja, se no formato QCIF a 30 quadros por

segundo obtinha-se uma taxa de transmissão de 1Mbps, não quer dizer que se

utilizando o formato CIF a taxa suba para 4Mbps (com a mesma qualidade). Isso

porque as técnicas de compressão exploram as ambiguidades entre pixels

adjacentes, bem como redundâncias no quadro. Com mais pixels, a tendência é ter

mais ambiguidades, e obter-se taxas de compressão maiores.

75

8 CONCLUSÃO

A proposta inicial deste trabalho tinha com objetivo gerar uma lista de

protocolos usados para transmissão de imagem e som de forma simultânea.

Portanto, como consideração final do projeto proposto é possível afirmar, no

que tange ao alcance de tais objetivos, que foram alcançados, pois foi possível a

geração desta lista, bem como a demonstração de quando utilizar estes protocolos.

Os resultados obtidos com este trabalho são importantes em relação à

possibilidade de ser utilizado o protocolo correto para cada situação.

76

REFERÊNCIAS

DERFLER JR., F. J. ; FREED, L. "Tudo sobre cabeamento de Redes". Ed. Campus, Rio de Janeiro, 1994.

FALBRIARD, Claude. Protocolos e Aplicações para Redes de Computadores. São Paulo: Editora Erica, 2002. MOUTINHO, Adriano Martins. Fundamentos teóricos de Fibras ópticas Comparação entre as recomendações ITU. Trabalho de Fibras Ópticas. Universidade do Estado do Rio de Janeiro Faculdade de Engenharia elétrica. OLIVEIRA, Roberto Port de. Desenvolvimento do Protocolo IGMP para Switches Ethernet. Trabalho de Conclusão de Curso. Dez. 2010(Curso de Engenharia de Computação). Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - Faculdade de Engenharia - Faculdade de Informática. PERKINS, Colin. RTP: Audio and Video for Internet. 1ª edição. Publicado por Addison-Wesley, 2003. ROCHA, Marco Antonio da. Arquitetura OSI. Fev. 1994. Disponível em: http://penta2. ufrgs.br/Marco/arqosi.html . Acesso em: 22-Jan-2012.

ROSENBERG, J.; SCHULZRINNE, H.; CAMARILLO, G.; e outros. RFC 3261 - SIP: Session Initiation Protocol. Jun 2002. Disponível em: http://www.faqs.org/rfcs/rfc3261.html. Acesso em: 26-Jan-2012.

SANTOS, Antonio Apparecido Oliveira dos. Redes. Disponível em: http://www.aaosantos .pro.br/redes/aula3.pdf. Acesso em: 22-Jan-2012. SILVA, Verônica Burmann. Análise de Infra-Estrutura de Rede para Suporte à Videoconferência: um Estudo de Caso. 2005. 128 f. Monografia (Bacharelado em Ciência da computação) – Instituto de Física e Matemática da Universidade Federal de Pelotas. TANENBAUM, Andrew S.. Redes de Computadores. 4ª edição. Editora CAMPUS, 2003

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