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1 Module du maîtrise polyvalente Internet et multimédia Cours 1 : Multimédia communicant FRIEDMAN Timur à l université Pierre et Marie Curie, le 3 février Plan Questions administratives Les buts du cours L organisation du cours Evaluation Introduction au multimédia communicant 2 1

2 Les buts du cours Approfondir des connaissances en réseaux informatiques cours basé sur les connaissances apprises dans un cours de réseaux en licence orientation : les réseaux au service du multimédia Apprendre des connaissances en multimédia codage et livraison de données 3 L organisation du cours Semaines 1-6 Responsable : Internet Timur FRIEDMAN Semaines 7-12 Responsables : Page Web : Multimédia Gilles BLAIN Claude MONTACIE 4 2

3 L emploi du temps TDs commencent la semaine prochaine partiel la semaine du 31 mars semaine avant les congés de printemps pas de TDs cette semaine pas de cours le lundi 21 avril (Pâques) TDs la semaine du 21 avril on ne fait pas le pont du 2 mai on fait les autres ponts 5 Evaluation Note de l écrit : Partiel (40%) Examen final (60%) Internet Multimédia Rappel Internet Note de contrôle continu : TDs et TMEs Présentations (50%) Exercices (50%) +/- pour la participation 6 3

4 Présentations En TD pour la partie Internet du cours à propos des protocoles Internet Présentation par binômes une présentation par binôme nom de votre binôme : à communiquer avant jeudi soir Premières présentations le 18 février Chaque présentation sera de 25 minutes résumé de 2 pages à remettre 3 jours avant 7 Plan Questions administratives Introduction au multimédia communicant Bande passante Intégration de services Réservation de ressources Résistance au facteur d échelle Contrôle de congestion Correction d erreurs Signalisation Synchronisation de données 8 4

5 La bande passante : besoins Quelques media Téléphonie classique Audio CD en temps réel Audio DVD en temps réel Vidéo numérique Physique haute énergie 64 kb/s 1,41 Mb/s 27,6 Mb/s 995 Mb/s 5 Gb/s 9 Téléphonie classique Bande passante requise : 64 kb/s fréquences audibles : 20 Hz Hz fréquences de la voix : 300 Hz 3400 Hz échantillonnage à 2x le max. : 6,8 khz (théorème de Nyquist) ajouter une marge : 8 khz 8 bits par échantillon : 64 kb/s 10 5

6 Audio CD en temps réel Bande passante requise : 1,41 Mb/s fréquences audibles : 20 Hz Hz échantillonnage à 2x le max. : 40 khz (théorème de Nyquist) ajouter une marge : 44,1 khz 16 bits par échantillon : 705,6 kb/s stéréo (multiplier par 2) : 1,41 Mb/s 11 Audio DVD en temps réel Bande passante jusqu à : 27,6 Mb/s fréquences audibles : 20 Hz Hz échantillonnage à 2x le max. : 40 khz ajouter une marge : 48 khz sur-écheantillonage 4x : 192 khz 24 bits par échantillon : 4,61 Mb/s 6 chaînes : 27,6 Mb/s 12 6

7 Autres formats audio Format Bit Depth Rate AM Radio FM Radio CD Audio (stereo) 16 bits 44.1 khz DAT (stereo) 16 bits 48 khz DAT (extended play) 16 bits 32 khz MiniDisc (compressed) 16 bits 48 khz MiniDisc (extended play) 16 bits 32 khz ADAT XT (black face) 16 bits 48 khz ADAT XT20 20 bits 48 khz DVD Audio (projected) 24 bits 96 khz Pro MO disk 24 bits (192 khz, 88.2 khz also used) 96 khz 13 Vidéo HDTV Bande passante typique : 995 Mb/s 1920 x 1080 = 2,07 M pixels/trame 16 bits par pixel : 33,2 Mb/trame 30 trames par seconde : 995 Mb/s 14 7

8 Physique haute énergie Bande passante jusqu à : 5 Gb/s Information en temps réel en provenance des accélérateurs de particules Les plus grands laboratoires (par exemple CERN) ont exprimés ces demandes pour Autres applications haut débit Simulations distribués de la météorologie d un champ de bataille Radioastronomie Bioinformatique SETI 16 8

9 La bande passante disponible réseaux d accès WAP 9,6 kb/s Modem 28,8 kb/s 56 kb/s (?) GPRS 53,6 115 kb/s (?) RNIS 128 kb/s UMTS 384 kb/s 2 Mb/s (?) T-1 1,544 Mb/s ADSL 6 8 Mb/s (voie descendante) T-3 44,736 Mb/s le cœur du réseau > 1 Gb/s disponible 17 Une solution : la compression Audio voix téléphonique 8:1 (8 kb/s typique) Vidéo JPEG 25:1 MPEG 2 100:1 (4,2 Mb/s typique sur câble) jusqu à 400:1? à voir dans la partie Multimédia du cours 18 9

10 Une autre solution : Wi-Fi 11 Mb/s (802.11b) 54 Mb/s (802.11g) pas cher et bien compris commercialisation : Cometa, aux Etats-Unis 20,000 points d accès fin 2004 mais : médium partagé (débit réduit) est-ce rentable? problèmes de mobilité 19 WANs Aujourd hui : un surcapacité trop d investissement dans les années 90 Demain:? Problèmes pour les débits > 1Gb/s petits taux d erreur mauvais pour TCP 20 10

11 Plan Questions administratives Introduction au multimédia communicant Bande passante Intégration de services Réservation de ressources Résistance au facteur d échelle Contrôle de congestion Correction d erreurs Signalisation Synchronisation de données 21 Intégration de services But : un seul réseau pour tous les média Aujourd hui : des réseaux spécialisés pour la téléphonie la télévision les données (pour les entreprises) RNIS et ADSL : un premier pas 22 11

12 RNIS 2x canaux «B» de 64 kb/s : voix et données 1x canal «D» de 16 kb/s : signalisation totale 144 kb/s Il existe maintenant RNIS large bande avec des débits plus importants 30B + D = 2 Mb/s (Europe) 23B + D = 1.5 Mb/s (Etats-Unis) Voix et données sont séparées 23 ADSL! " #$#&%!!' ( " % #*)*+%,-.)& ( " % / # /0 $1.),2%3'4, % '& 1# # /0 ' /5 # / +6#

13 ADSL Hybride de fibre et de câble coaxial largeur de bande 1 Hz 7b/s 860 MHz 6020 Mb/s divisé par ~500 résidences : ~ 12 Mb/s par résidence Voix, vidéo, et données sont séparés 25 Pour les WANs : ATM? conçu par les télécoms aux années 80 voix et données commutés ensemble (tous en cellules de 53 o) Problèmes avec ATM : complexe, alors coûteux Aujourd hui utilisé pour le transport non intégré 26 13

14 Problèmes pour l intégration Variabilité du débit Hétérogénéité des besoins 27 Variabilité du débit MPEG-2 trames I, P, et B débit très variable difficile à prévoir les débits difficile à réserver de la bande passante 28 14

15 Hétérogénéité des besoins La voix interactive délai aller-retour de < 50 ms nécessaire < 200 ms avec annulateurs d échos ms pour de courtes périodes Les données délais plus longs acceptables Télé contrôle d équipement délais plus courts nécessaires 29 Deux grands projets : IntServ DiffServ Toujours pas au point Dans l Internet? Ils nécessitent la réservation de ressources 30 15

16 Plan Questions administratives Introduction au multimédia communicant Bande passante Intégration de services Réservation de ressources Résistance au facteur d échelle Contrôle de congestion Correction d erreurs Signalisation Synchronisation de données 31 Réservations aujourd hui Téléphonie soit on peut passer un appel soit on ne peut pas si on peut, les ressources sont réservées la durée de l appel tout au long du chemin ceci garantit pour la durée 64 kb/s délais < 50 ms 32 16

17 Les mécanismes nécessaires Contrôle d admission acceptation/réjection d une demande d appel à chaque étape au long du chemin Fonction de police garantir que l émetteur n émet plus que promis afin de garder les garantis pour les autres Gestion de queues fournir la service promise 33 Dans l Internet? La philosophie derrière l Internet simplicité au cœur du réseau (routeurs) complexité aux bords (hôtes) Les atouts de cette philosophie matériel peu coûteux facile à interconnecter relativement facile (pas cher) à gérer 34 17

18 Routage aujourd hui Paquet par paquet routage en fonction de l adresse IP pas de notion de flux Livraison «moindre effort» paquets peuvent subir des délais, arriver en duplicata, hors l ordre émis, être perdus 35 Routage de demain Classes de service? bronze/argent/or tarification? Routage par flux et pas par paquet? Inspiré de l ATM à voir plus la semaine prochaine (cours 2) 36 18

19 Plan Questions administratives Introduction au multimédia communicant Bande passante Intégration de services Réservation de ressources Résistance au facteur d échelle Contrôle de congestion Correction d erreurs Signalisation Synchronisation de données 37 La diffusion à grande échelle Caractéristiques un émetteur, plusieurs récepteurs en temps réel Applications télévision radio autres? 38 19

20 Problème de facteur d échelle Pas de diffusion dans l Internet S R1 D1 R2 R4 D5 D2 R3 D4 diagramme grâce à Kim Thai D3 39 Le multicast Repartit le travail parmi les routeurs S R1 D1 R2 R4 D5 D2 R3 D4 diagramme grâce à Kim Thai D

21 Le multicast aujourd hui Les routeurs sont capables Cisco, Nortel, etc. Les opérateurs ont des soucis risques de débordement tarification? à voir dans le cours 3 41 Plan Questions administratives Introduction au multimédia communicant Bande passante Intégration de services Réservation de ressources Résistance au facteur d échelle Contrôle de congestion Correction d erreurs Signalisation Synchronisation de données 42 21

22 Mémoire dans les routeurs La mémoire est limitée trop de trafic : débordement, pertes En l absence de réservations, quoi faire? Réponse : contrôle de congestion réduire le trafic en fonction de congestion 43 Dans l Internet Contrôle de congestion par TCP pertes = congestion réduire le débit en fonction des pertes L avenir des sources multimédia fonctionnent sur UDP, pas TCP risque de déplacer le trafic TCP Comment faire face? à voir dans le cours

23 Plan Questions administratives Introduction au multimédia communicant Bande passante Intégration de services Réservation de ressources Résistance au facteur d échelle Contrôle de congestion Correction d erreurs Signalisation Synchronisation de données 45 Besoins de fiabilité Transfert d un fichier besoin de fiabilité à 100 % Voix téléphonique en paquets G.711 pertes de 1% ne posent pas de problème Vidéo MPEG -2 les trames I sont les plus importants les trames P et B peuvent subir des pertes 46 23

24 Fiabilité TCP TCP fournit une fiabilité à 100% les paquets sont numérotés il y a des retransmissions adapté au transfert de données TCP pour le multimédia en temps réel? grand problème : les délais de retransmission 47 RTP Conçu pour le multimédia en temps réel ne demande pas de retransmissions Fournit des outils à l émetteur numéros de séquence informations sur les pertes A l émetteur de décider comment réagir à voir aussi dans le cours

25 Plan Questions administratives Introduction au multimédia communicant Bande passante Intégration de services Réservation de ressources Résistance au facteur d échelle Contrôle de congestion Correction d erreurs Signalisation Synchronisation de données 49 Un appel téléphonique Inviter le correspondant à parler composition de numéro, tonalité, sonnerie Accepter l appel mise en connexion Conférence téléphonique, autres services signalisation 50 25

26 Signalisation dans l Internet Protocoles H.323 SIP Généralisés pour le multimédia A voir dans le cours 5 51 Plan Questions administratives Introduction au multimédia communicant Bande passante Intégration de services Réservation de ressources Résistance au facteur d échelle Contrôle de congestion Correction d erreurs Signalisation Synchronisation de données 52 26

27 Trois média : vidéo voix tableau blanc Visioconférence Comment synchroniser les flux? A voir dans le cours

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