Redes Multimídia (diário 2016-1)

Redes Multimidia: Diário de Aula 2016-1

Professora: Simara Sonaglio
E-mail: simara.sonaglio@ifsc.edu.br
Encontros: 2a feira/09:40, 3a feira/09:40
Atendimento paralelo:

• Arquivo:Plano-ensino-2016-1.pdf

Bibliografia

• Livros sobre Redes de Computadores (por ordem de preferência):
  • KUROSE, James F. e ROSS, Keith W. Redes de computadores e a Internet, Uma abordagem Top-Down. 5a edição. Editora Addison Wesley SP, 2010.
  • Sérgio Colcher, Antônio Tadeu Azevedo Gomes, e Anderson Oliveira da Silva. VoIP: Voz sobre IP. Campus, 1a edição, 2005.
  • STALLINGS, W. Redes e sistemas de comunicação de dados. Editora Elsevier RJ, 2005.
  • TANENBAUM, Andrew S. Redes de Computadores, tradução da quarta edição. Editora Campus RJ, 2003
  • FOROUZAN, Behrouz. Comunicação de Dados e Redes de Computadores, 3a/4a edicão. Editora Bookman, 2004.

Softwares

• Netkit: emulador de redes com máquinas virtuais Linux (UML)

Diário das aulas

Aula 1 - 22/03/16: Apresentação
Slides Apresentação da disciplina: conteúdo, bibliografia e avaliação, laboratório.

Aula 2 - 28/03/16: Caracterização de midias

Slides Compressão de video Compressão com MPEG-2 Introdução a MPEG-2 Compressão de audio e video Formatos de containers de video (arquivos de video) Uma boa introdução sobre codecs e containers de video Técnicas usadas para compressão de video: Remoção de redundância espacial - codificação intraquadros (ex: JPEG) Remoção de redundância espacial e temporal - codificação intraquadros e interquadros (H.261, MPEG) Remoção de redundância temporal: iniciando com um intraquadro (quadro I), quadros sucessivos contém atualizações relativas a quadros anteriores (quadros P) ou a quadros anteriores e posteriores (quadros B). O conjunto de quadros entre quadros I se chama GOP (Group of Pictures): Exemplos de codecs de video MPEG-2 H-264 XVID Theora Atividade 1) Copie esta imagem para seu computador, e recorte uma parte com dimensões 128x128 pixels (use o gimp). 1.1) Qual o tamanho dessa imagem no formato BMP com 24 bpp ? 1.2) Qual o tamanho dessa imagem no formato PNG ? E no formato JPG ? 1.3) Crie uma nova imagem com dimensões 128x128 pixels e que seja toda preta, e determina seu tamanho nos formatos BMP com 24 bpp, PNG e JPG. 1.4) O que se pode concluir quanto à representação digital das imagens ?

Aula 3 - 29/03/16: Caracterização de midias

Compressão de audio Compressão com MP3 Compressão com Ogg FLAC Speex Técnicas usadas: Remoção de silêncio Uso de psicoacústica Remoção de redundância Atividade 1) Copie este arquivo de audio para seu computador. Escute-o e confira sua qualidade sonora. Veja também o tamanho do arquivo. 2) Codifique esse arquivo com os seguintes codecs: MP3: time lame musica.wav musica.mp3 Ogg: time oggenc -o musica.ogg musica.wav Flac: time flac musica.wav -o musica.flac Speex: time speexenc --bitrate 8 musica.wav musica.spx 3) Toque os arquivos de audio codificados, comparando suas qualidades sonoras. Compare também os tamanhos dos arquivos. Transmissão de dados multimidia Slides Atrasos devido a transmissão O tráfego de midia pode variar o uso de banda dependendo da codificação: A transmissão de dados multimidia está sujeita a alguns fatores, destacando-se: Banda disponível: cada tipo de transmissão demanda uma certa banda mínima (ver o exemplo dos videos gerados na aula anterior, que demandam em torno de 250 kbps). A banda requerida depende do codec, podendo mesmo ser variável (ver figura abaixo). Se a banda disponível na rede não for suficiente, a reprodução dos dados transmitidos não será possível (quer dizer, a reprodução contínua simultânea ao recebimento dos dados). Atrasos fim-a-fim: alguns tipos de transmissão são mais sensíveis a atrasos fim-a-fim, como por exemplo conversações VoIP, porém todas transmissões de dados multimidia apresentam pouca tolerância a variações de atraso. A variação de atraso excessiva causa a perda de sincronismo entre a transmissão e a recepção, impedindo a reprodução contínua dos dados recebidos. Componentes do atraso fim-a-fim O atraso fim-a-fim, contado portanto desde a origem de um pacote até seu destino, se compõe de um conjunto de tempos despendidos ao longo de sua transmissão. Alguns desses tempos são constantes, porém outros são variáveis. Atraso Descrição Tipo Expressão (F: tamanho de um pacote em bytes, B: taxa de bits do link) Transmissão Tempo entre o início da saída do 1o bit até a saída do último bit de um pacote pela interface de rede. Depende basicamente da taxa de bits do link onde se dá a transmissão. Variável (depende do tamanho do pacote) $A_{t}={\frac {F}{B}}$ Propagação Tempo entre a saída do 1o bit de um pacote da interface de rede do equipamento transmissor, e sua chegada na interface de rede do equipamento receptor. Depende basicamente da latência do meio de transmissão. Constante $A_{p}$ Processamento Tempo entre a recepção de um pacote e a ação a ser feita sobre ele dentro de um equipamento de rede (seja encaminhá-lo por outro link, ou entregá-lo a uma aplicação que o consumirá) Usualmente desprezível $A_{x}$ Enfileiramento Tempo de espera de um pacote na fila de saída de uma interface de rede por onde deve ser transmitido. Depende de quantos pacotes (e quantos bytes) estão na sua frente nessa fila. Variável $A_{q}=\sum _{F\in Fila}{\frac {F}{B}}$ No exemplo abaixo, os links LAN (link1, link2, link7 e link8) possuem taxa de 1 Gbps, e os links WAN (demais links) possuem taxa de 10 Mbps. As filas dos roteadores podem conter até 100 pacotes de 1500 bytes (tamanho máximo de pacote). Os links WAN possuem latência de 2 ms (a dos links LAN é desprezível). Sendo assim, calcular o atraso mínimo e máximo que cada pacote pode sofrer entre sua saída do servidor de video e sua chegada no reprodutor. Os pacotes de vídeo têm tamanho de 1500 bytes: Atrasos de transmissão nos links WAN: $A_{wan}={\frac {1500\cdot 8}{10\cdot 10^{6}}}=1,2\cdot 10^{-3}s$ Atrasos de transmissão nos links LAN: $A_{lan}={\frac {1500\cdot 8}{1\cdot 10^{9}}}=12\cdot 10^{-6}s$ Atraso de enfileiramento em roteador: melhor caso (fila vazia) $A_{q}=0~s$ Atraso de enfileiramento em roteador: pior caso (fila cheia): $A_{q}=100\cdot {\frac {1500\cdot 8}{10\cdot 10^{6}}}=120\cdot 10^{-3}s$ O menor atraso pode ser calculado assim: $A_{min}=4\cdot A_{lan}+4\cdot A_{wan}+4\cdot A_{p}=12,848\cdot 10^{-3}s$ ... e o maior atraso possível é: $A_{max}=4\cdot A_{lan}+4\cdot A_{wan}+4\cdot A_{p}+4\cdot A_{q}=492,848\cdot 10^{-3}s$ Com isso, uma transmissão de video nessa rede está sujeita a atrasos máximo de cerca de 492 ms por pacote, e variação de atraso de até $A_{max}-A_{min}=480ms$. Note-se que, nessa rede, a variação de atraso se deve essencialmente a atrasos de enfileiramento nos roteadores. Em outras redes pode haver fatores adicionais para variações de atraso: perdas de pacotes por erros de transmissão ou congestionamento, priorização de pacotes, e até o controle de congestionamento TCP (se esse protocolo for usado para a transmissão). Exercício Mesma topologia, os links LAN (link1, link2, link7 e link8) possuem taxa de 100 Mbps, e os links WAN (demais links) possuem taxa de 5 Mbps. As filas dos roteadores podem conter até 90 pacotes de 1500 bytes (tamanho máximo de pacote). Os links WAN possuem latência de 2 ms (a dos links LAN é desprezível). Sendo assim, calcular o atraso mínimo e máximo que cada pacote pode sofrer entre sua saída do servidor de video e sua chegada no reprodutor. Os pacotes de vídeo têm tamanho de 1500 bytes. O exemplo acima diz respeito a uma pequena rede com bons links WAN e pequeno número de saltos (roteadores intermediários) entre origem e destino. Em um cenário mais realista, como um usuário doméstico acessando videos no Youtube, a situação pode ser bem pior. Para fins de comparação, da rede da escola até o Youtube foram contados 9 saltos, e de casa se contaram 8 saltos (o caso do Youtube é um pouco mais complicado, pois sua infraestrutura é baseada em um tipo de CDN). Se cada pacote está sujeito a um atraso variável, o reprodutor de video no receptor precisa de algum mecanismo para compensar essas variações e apresentar o video de forma contínua. O mesmo raciocínio vale para transmissões de audio. Atividade Pesquisar mecanismos para tratar variação de atraso