Multimédia dans l Internet

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1 Multimédia dans l Internet Olivier Togni Université de Bourgogne IEM/LE2I modifié le 06/10/2014

2 Trafic Multimédia Product /transmis /utilisat simultanée Product /transmis /utilisat non simultanée Tps réel Multimédia tps réel Multimédia Streaming direct a/v - diffusion TV/radio - lecture continue ensuite a/v interactive tps réel - toip, visioconf. - délai <150ms v ou 400ms a Streaming données a/v enregistrées - délai entre requête et début : 1-10 s - lecture continue ensuite

3 Réseaux pour le multimédia Perte de données Applications multimédia Web mél synchronisation Tolérance à perte et à synchronisation Réseau IP : délai, gigue (variation du délai) non garantis

4 Trafic multimédia non tps réel client serveur TCP Requête HTTP TCP Réponse HTTP a/v non tps réel Téléchargement de données a/v par navigateur web

5 Trafic multimédia temps réel client serveur trames vidéo Exemple : vidéoconférence

6 Trafic multimédia temps réel client serveur 00:00:02 00:00:12 00:00:22 00:00:32 Paquet 1 Paquet 2 Paquet 3 00:00:00 00:00:10 00:00:20 00:00:30 arrivée et affichage heure émission Hypothèses : chaque paquet contient 10s de vidéo, tps de transport constant = 2s

7 Trafic multimédia temps réel Temps de transfert non constant client serveur gigue 00:00:02 00:00:13 00:00:25 Paquet 1 Paquet 2 Paquet 3 00:00:00 00:00:10 00:00:20 00:00:30 00:00:35 arrivée et affichage heure émission

8 Trafic multimédia temps réel Solution : horodatage (chaque paquet indique l'heure à laquelle il a été émis) serveur client 00:00:02 00:00:09 00:00:19 00:00:29 00:00:39 affichage 00:00:02 00:00:13 00:00:25 00:00:35 arrivée Paquet 1 Paquet 2 Paquet 3 00:00:00 00:00:10 00:00:20 00:00:30 heure émission

9 Accès par serveur web client Serveur Nav. web 2. métafic. Lecteur média 1. Requête HTTP 3. Fic. a/v sollicité Serv. web

10 Accès par serv. de streaming client Serveur Nav. web 2. fic. de descr. de présentat 1. Requête HTTP Serv. web Lecteur média 3. Fic. a/v sollicité et envoyé Serv. streaming

11 Protocoles pour le multimédia H.323 Signalisation TCP MGCP, Megaco SDP SIP RTSP RSVP RTCP RTP IPv4, IPv6 Qualité de service UDP, SCTP Transport du média H.261, MPEG Utilisateur (démon) noyau PPP, ATM, Ethernet,...

12 Protocoles pour le multimédia Applications interactives en temps-réel RTP (Real Time Transport Protocol, RFC 3550) RTCP (Real Time Control Protocol, RFC 3550) SCTP (Stream Control Transfert Protocol, RFC 4960) Streaming RTSP (Real Time Streaming Protocol, RFC 2326) Voix sur IP SIP (Session Initiation Protocol, RFC 3261) H.323 (ITU-T), utilise RTP QdS RSVP (Ressource Reservation Protocol, RFC 2205)

13 RTP/RTCP RTP (Realtime Transport Protocol) et son compagnon RTCP (Realtime Transport Control Protocol) permettent respectivement de transporter et de contrôler des flots de données qui ont des propriétés temps-réel. Situés au niveau application, utilisent TCP ou UDP (plus souvent UDP) et les modes unicast ou multicast Utilisent une paire de ports: RTP utilise le port pair et RTCP le port impair immédiatement supérieur.

14 RTP Gestion du temps réel et de la session multipoint 2 Intermédiaires: les mixeurs (regrouper plusieurs flots de plusieurs applications en un seul flot conservant le même format) et les translateurs (changer le format du codage, ex: de MPEG vers H.261) La gestion du «temps réel» est effectuée par RTCP (car les paquets RTP ne transportent que les données des utilisateurs, pas les informations de gestion)

15 RTP Il permet de: identifier le type de l'information transportée pour compenser en cas de perte par exemple reconstituer la base de temps des différents flux multimédia (audio, vidéo...): synchronisation effectuée par des labels séquencer les paquets par ajout d'un numéro => détection des pertes de paquets Il ne permet pas de: réserver des ressources dans le réseau; apporter une fiabilité dans le réseau; garantir le délai de livraison;

16 RTP: format du paquet En-tête sur 12 octets + liste d'identificateurs optionnelle. Dans l'ordre : Version (2 bits), indique la version du protocole (V=2) Padding (1 bit), si P=1, le paquet contient des octets additionnels de bourrage (padding) pour finir le dernier paquet. Extension (1 bit), si X=1 l'en-tête est suivie d'un paquet d'extension CSRC count (4 bits), contient le nombre de CSRC qui suivent l'entête Marker (1 bit), son interprétation est définie par un profil d'application (profile) Payload type (7 bits), ce champ identifie le type des données (audio, vidéo, image, texte, html, etc.), ex : type 26 = jpeg, horloge = Hz voir

17 RTP: format du paquet (fin) Sequence number (16 bits), sa valeur initiale est aléatoire et il s'incrémente de 1 à chaque paquet envoyé, il peut servir à détecter des paquets perdus Timestamp (32 bits), reflète l'instant où le premier octet du paquet RTP à été échantillonné. Cet instant doit être dérivé d'une horloge qui augmente de façon monotone et linéaire dans le temps pour permettre la synchronisation et le calcul de la gigue à la destination SSRC (32 bits), identifie de manière unique la source (valeur aléatoire choisie par l'application). CSRC (32 bits), identifie les sources contribuantes (quand mixées).

18 RTP : timestamp et sequence Ex pour Vidéo Horloge du timestamp : 90000Hz Un paquet RTP contient au plus une frame (transporté par un paquet UDP). Débit paquets RTP : 30Hz (parfois 25) Incrémentation du timestamp : 1/30/1/90000 = 9000/30 = 3000 Sequence number incrémenté de 1 à chaque paquet Paquet RTP n i Paquet RTP n i+1 TS=x SN=y Video stream TS=x+3000 SN=y+1 Video stream

19 RTP : source identifiers SSRC = 10 CSRC = 0 Mixer SSRC = 11 CSRC = 0 SSRC = 20 CSRC = 10,11 Réseau SSRC = 12 CSRC = 0 SSRC = 12 CSRC = 0 Translator SSRC = 20 CSRC = 10,11 Récepteur Récepteur

20 RTCP Protocole de contrôle associé à RTP, mesure les performances mais pas de garantie. C'est un "feedback" pour l'émetteur sur la qualité de transmission et d'autres informations. Basé sur la transmission périodique de paquets de contrôle à tous les participants dans une session. Utilise le même mécanisme de distribution que les paquets de données. Si besoin de QoS, il faut employer un protocole de réservation du type RSVP ou bien s'assurer que les liens de communications utilisés sont correctement dimensionnés.

21 RTCP: quatre fonctions Fournir des informations sur la qualité de la session: information en retour pour une source (feedback), permet à une source de changer de politique et met en évidence des défauts de distribution individuels, collectifs Garder une trace de tous les participants à une session CNAME (Canonical Name) : identifiant unique et permanent pour un participant, indépendant des SSRC (Synchronisation Source Identifier) Contrôler le débit auquel les participants à une session RTP transmettent leurs paquets RTCP. Le trafic RTCP doit représenter moins de 5% du trafic de la session, dont au moins 25 % pour les sources Transmettre des informations de contrôle sur la session (optionnel) exemple : identifier un participant sur les écrans des participants

22 RTCP 5 types de paquets RTCP pour transporter des informations de contrôle : SR : Sender Report, transmission de statistiques des participants actifs en émission RR : Receiver Report, transmission de statistiques des participants passifs SDES : Source Description items (CNAME, NAME, , PHONE,...) BYE : Fin de participation APP : fonctions spécifiques à l'application

23 Implantations de RTP/RTCP Dans la couche Application ou comme sous-couche de la couche Transport Linux: librtp du projet Gphone, Vovida Networks VLC media player: lecteur/serveur multimédia Java: Classes RTP dans Java Media Framework

24 Extensions de RTP Compression d'entête (RFC 2507) Réduire la taille des entêtes IP + UDP + RTP ( = 40 octets/paquet) Si 20 octets de données => 66 % de surcharge!! Substituer à ces entêtes un n de session + des incréments pour les champs dont le changement est constant SRTP (RFC 3711) : version sécurisée de RTP Extension de RTCP pour multicast SSM (RFC 6128) Etc. (voir )

25 Real Time Streaming Protocol (RTSP) Développé par Real Networks, Netscape et l'université de Columbia (RFC 2326, 1998) permet de contrôler la distribution de flux multimédias (streaming) sur un réseau IP protocole de niveau applicatif prévu pour fonctionner sur des protocoles tels que RTP/RTCP et RSVP Fonctions de type magnétoscope à distance (lecture, pause, avance rapide, rembobinage rapide, arrêt...) Permet aussi la recherche de média sur un serveur de médias

26 RTSP RTSP peut être utilisé aussi bien dans des applications unicast que multicast, avec TCP ou UDP RTSP peut contrôler et synchroniser plusieurs flux audio ou vidéo flux qui est à la charge d'autres protocoles comme RTP Syntaxe et des fonctionnalités similaires à HTTP (URLs) Différences essentielles: protocole à états (nécessaire pour pouvoir corréler les demandes RTSP avec un flux) le client et le serveur peuvent exprimer des requêtes Pas de notion de connexion (mais le serveur maintient une session ayant un identificateur)

27 RTSP : méthodes méthode direction objet exigence DESCRIBE C->S P,S recommandé ANNOUNCE C->S, S->C P,S optionnel GET_PARAMETER C->S, S->C P,S optionnel OPTIONS C->S, S->C P,S requis PAUSE C->S P,S recommandé PLAY C->S P,S requis RECORD C->S P,S optionnel REDIRECT S->C P,S optionnel SETUP C->S S requis SET_PARAMETER C->S, S->C P,S optionnel TEARDOWN C->S P,S requis objet : P: presentation, S: stream sur lequel la méthode opère

28 Transport des données multimédia TCP beaucoup utilisé pour transfert fiable mais présente certaines limitations : Ordonnancement des données pas toujours nécessaire ou ordre partiel suffisant Orienté flot (stream) => les applis doivent délimiter leur données et utiliser l'option push pour délivrer les messages en temps raisonnable Portée limitée des sockets TCP => pb avec multi-domiciliation Sensible aux attaques par déni de service (SYN attaque) => de plus en plus d'applications construisent leur propre protocole de transfert fiable au dessus de UDP

29 SCTP (Stream Control Transmission Protocol, RFC 4960) Protocole de transport fiable sur réseau par paquets en mode non connecté (type IP) Relativement nouveau (RFC depuis 2000) mais fort développement pour compléter TCP et UDP Développé à l'origine pour la téléphonie sur IP et VoIP => haut niveau de fiabilité et récupération sur panne Principales différences par rapport à TCP : gestion de la multi-domiciliation : les deux entités peuvent associer chacune plusieurs adresses à la connexion (association) Orienté message (les données sont vues comme une suite de messages

30 SCTP : services ack sélectif des données + gestion des erreurs et duplication Fragmentation des données suivant le MTU du chemin (pmtu) Multiplexage de plusieurs messages utilisateur dans un paquet SCTP Utilisation de plusieurs flux (suite ordonnée de messages) indépendants par association Tolérance aux pannes réseau par gestion de la multidomiciliation sur un ou les 2 cotés de l'association + algo d'évitement de congestion et résistance aux attaques par flooding et mascarade

31 SCTP Multi-domiciliation Source : M. Tim Jones (

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