Internet et Multimédia

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1 à l Université Pierre et Marie Curie, le 9 février 2004 Maîtrise Polyvalente Internet et Multimédia Cours 1 : Multimédia communicant Timur FRIEDMAN Copyright 2004 Timur Friedman 1

2 Plan Survol du module survol questions administratives Introduction au multimédia communicant Copyright 2004 Timur Friedman 2

3 Survol du module Basé sur des connaissances réseau en particulier : internet Revisiter les couches OSI suivantes : Application Transport Réseau Les voir sous l optique du multimédia Copyright 2004 Timur Friedman 3

4 Motivation Internet : pas conçu pour multimédia un réseau pour texte, données Depuis Web : images lecture en transit (VWUHDPLQJ) audio et vidéo jeux interactifs voix sur IP (9R,3) : voix en temps réelle visioconférence Copyright 2004 Timur Friedman 4

5 Problématique Internet : un réseau dit de «moindre effort» (EHVWHIIRUW) délais pertes déséquencement duplicatas Applications multimédia : besoin de garanties e.g. VoIP avec trop de délai ne fonctionne pas Est-ce qu un seul réseau peut tout fournir? Copyright 2004 Timur Friedman 5

6 Couche application Le contenu : texte, audio, images, vidéo comment c est codé? quels sont les besoins? Le signalisation RTSP, SDP, H.323, SIP Copyright 2004 Timur Friedman 6

7 Couche transport Confronter le congestion dans le réseau l approche TCP-Amical (7&3)ULHQGO\) DCCP/TFRC l approche Qualité de service (4R6) IntServ, DiffServ, RSVP, MPLS (sur plusieurs couches, mais on en parle ici) Fournir les fonctionnalités temps réelle RTP/RTCP Copyright 2004 Timur Friedman 7

8 Couche réseau Diffusion à grande échelle : le multicast IGMP (protocole de bordure) DVMRP et PIM (protocoles de routage) RMT (couche transport) Copyright 2004 Timur Friedman 8

9 Plan Survol du module survol questions administratives Introduction au multimédia communicant Copyright 2004 Timur Friedman 9

10 L organisation du cours Semaines 1-6 Multimédia futur module APMM de l M2 de l LMD Responsables de TDs : Jérôme MIROUX, avec Gilles BLAIN Timur FRIEDMAN Semaines 7-12 Internet futur module MMQoS de l M2 de l LMD Responsables de TDs : Timur FRIEDMAN Olivier FOURMAUX Copyright 2004 Timur Friedman 10

11 L emploi du temps TDs commencent la semaine prochaine Partiel le 5 avril semaine avant les congés de printemps pas de TDs cette semaine Copyright 2004 Timur Friedman 11

12 Evaluation Note de l écrit : Partiel (40%) Examen final (60%) documents non autorisés Multimédia Internet Rappel Multimédia Note de contrôle continu : TDs et TMEs Projet Multimédia (50%) Présentations (50%) Copyright 2004 Timur Friedman 12

13 Plan Questions administratives Introduction au multimédia communicant Intégration de services Bande passante Réservation de ressources Contrôle de congestion Correction d erreurs Signalisation Synchronisation de données Résistance au facteur d échelle Copyright 2004 Timur Friedman 13

14 Intégration de services But : un seul réseau pour tous les média Aujourd hui : des réseaux spécialisés pour la téléphonie la télévision les données Est-ce possible d avoir un seul réseau? Copyright 2004 Timur Friedman 14

15 RNIS : le pari des télécoms 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 Copyright 2004 Timur Friedman 15

16 ADSL : le concurrent câble IUpTXHQFH0+] YRL[HW GRQQpHV YLGpR QXPpULTXH YLGpR DQDORJLTXH UpVHUYp VLJQDOLVDWLRQ HQDPRQW Copyright 2004 Timur Friedman 16

17 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 Copyright 2004 Timur Friedman 17

18 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 Copyright 2004 Timur Friedman 18

19 Problèmes pour l intégration Partager une bande passante limitée Problème complexe à cause de la variabilité du débit Maîtriser les pertes et les délais Problème complexe à cause de la hétérogénéité des besoins Copyright 2004 Timur Friedman 19

20 Variabilité du débit Exemple : MPEG-2 trames I, P, et B débit très variable difficile à prévoir les débits difficile alors de réserver de la bande passante (sans trop réserver) Copyright 2004 Timur Friedman 20

21 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 Copyright 2004 Timur Friedman 21

22 Dans l Internet? Deux philosophies opposantes : 1. Ajouter de la bande passante 2. Introduire des mécanismes de QoS Avantages 1. Simplicité 2. Efficacité (?), Assurance Il y a t il assez de bande passante? Existe t il des mécanismes adéquates? Copyright 2004 Timur Friedman 22

23 Plan Survol du module Introduction au multimédia communicant Intégration de services Bande passante Réservation de ressources Contrôle de congestion Correction d erreurs Signalisation Synchronisation de données Résistance au facteur d échelle Copyright 2004 Timur Friedman 23

24 Bande passante La plus grande contrainte d aujourd hui Sous cette rubrique Avoir une idée des échelles des besoins des applications de la bande passante disponible Connaître les possibilités de compression Copyright 2004 Timur Friedman 24

25 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 Copyright 2004 Timur Friedman 25

26 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 Copyright 2004 Timur Friedman 26

27 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 Copyright 2004 Timur Friedman 27

28 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 Copyright 2004 Timur Friedman 28

29 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 96 khz (192 khz, 88.2 khz also used) Copyright 2004 Timur Friedman 29

30 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 Copyright 2004 Timur Friedman 30

31 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 2005 Copyright 2004 Timur Friedman 31

32 Autres applications haut débit Simulations distribués de la météorologie d un champ de bataille Radioastronomie Bioinformatique SETI Copyright 2004 Timur Friedman 32

33 La bande passante disponible Dans les réseaux locaux 11 Mb/s 1 Gb/s Dans les réseaux d accès 9,6 kb/s 44,736 Mb/s Dans le coeur du réseau 2,488 Gb/s 10 Gb/s Copyright 2004 Timur Friedman 33

34 Réseaux locaux WiFi Ethernet Mb/s (802.11b, a où g) 10 Mb/s 1 Gb/s Copyright 2004 Timur Friedman 34

35 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 T-1 1,544 Mb/s UMTS 384 kb/s 2 Mb/s (?) ADSL 128 kb/s 2,048 Mb/s (données) T-3 44,736 Mb/s Copyright 2004 Timur Friedman 35

36 Le coeur du réseau OC1 51,84 Mbps OC3 155,52 Mbps OC12 622,08 Mbps OC24 1,244 Gbps OC36 1,9 Gbps OC48 2,488 Gbps OC96 5,0 Gbps OC192 10,0 Gbps OC256 13,271 Gbps OC768 40,0 Gbps ce qu on offre aux entreprises (réseaux d accès) la bande passante SONET au coeur d un «Tier-1» d aujourd hui Copyright 2004 Timur Friedman 36

37 BP limité : réseaux d accès ESV 1E+10 1E+09 1E+08 1E+07 1E+06 1E+05 1E+04 1E+03 1E+02 1E+01 1E+00 WAP Modem Téléphonie GPRS RNIS Audio CD T1 UMTS ADSL Audio DVD T3 Vidéo HDTV Physique Copyright 2004 Timur Friedman 37

38 La compression Audio G.729 vocodeur 8:1 (8 kb/s typique) audio MP-3 11:1 (128 kb/s typique) Images JPEG 25:1 Vidéo MPEG 2 100:1 (4,2 Mb/s typique sur câble) jusqu à 400:1? Copyright 2004 Timur Friedman 38

39 L effet de la compression ESV 1E+10 1E+09 1E+08 1E+07 1E+06 1E+05 1E+04 1E+03 1E+02 1E+01 1E+00 WAP Modem VoIP GPRS RNIS MP3 T1 UMTS ADSL Audio + T3 MPEG 2 Physique Copyright 2004 Timur Friedman 39

40 Bande passante : bilan Limites aujourd hui : réseaux d accès Demain? Limites peut-être dans le coeur du réseau Surcapacité d aujourd hui date des années 90 Capacité peut-être dans les réseaux d accès Offre au grand public de l ADSL Compression une nécessité Copyright 2004 Timur Friedman 40

41 Plan Questions administratives Introduction au multimédia communicant Intégration de services Bande passante Réservation de ressources Contrôle de congestion Correction d erreurs Signalisation Synchronisation de données Résistance au facteur d échelle Copyright 2004 Timur Friedman 41

42 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 Copyright 2004 Timur Friedman 42

43 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 files d attente fournir la service promise Copyright 2004 Timur Friedman 43

44 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 Copyright 2004 Timur Friedman 44

45 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 Copyright 2004 Timur Friedman 45

46 Routage de demain Classes de service? bronze/argent/or tarification? Routage par flux et pas par paquet? Inspiré de l ATM Copyright 2004 Timur Friedman 46

47 Mécanismes de QoS RSVP (UHVRXUFH UHVHUYDWLRQ SURWRFRO) signalisation pour les réservations IntServ (LQWHJUDWHG VHUYLFHV) permet de spécifier plusieurs paramètres les satisfaire? MPLS (PXOWLSURWRFRO ODEHOVZLWFKLQJ) simplement pour réserver un chemin inspiré d ATM DiffServ (GLIIHUHQWLDWHG VHUYLFHV) dispense des réservations pour simplifier traitement différent en fonction des classes de service Copyright 2004 Timur Friedman 47

48 Plan Questions administratives Introduction au multimédia communicant Intégration de services Bande passante Réservation de ressources Contrôle de congestion Correction d erreurs Signalisation Synchronisation de données Résistance au facteur d échelle Copyright 2004 Timur Friedman 48

49 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 Copyright 2004 Timur Friedman 49

50 Dans l Internet Contrôle de congestion par TCP pertes = congestion réduire le débit en fonction des pertes Les sources multimédia d aujourd hui fonctionnent sur UDP, pas TCP risque de déplacer le trafic TCP Comment faire face? Copyright 2004 Timur Friedman 50

51 Le TCP-Friendly Idée : régler le débit UDP TFRC (7&3)ULHQGO\UDWHFRQWURO) cibler le débit qu aura TCP dans les mêmes conditions paramètres : taux de pertes, RTT, valeurs des temporisateurs TCP Nouveau protocole de transport DCCP (GDWDJUDP FRQJHVWLRQFRQWUROSURWRFRO) Copyright 2004 Timur Friedman 51

52 Plan Questions administratives Introduction au multimédia communicant Intégration de services Bande passante Réservation de ressources Contrôle de congestion Correction d erreurs Signalisation Synchronisation de données Résistance au facteur d échelle Copyright 2004 Timur Friedman 52

53 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 Copyright 2004 Timur Friedman 53

54 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 Copyright 2004 Timur Friedman 54

55 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 Copyright 2004 Timur Friedman 55

56 Plan Questions administratives Introduction au multimédia communicant Intégration de services Bande passante Réservation de ressources Contrôle de congestion Correction d erreurs Signalisation Synchronisation de données Résistance au facteur d échelle Copyright 2004 Timur Friedman 56

57 Un appel téléphonique Inviter le correspondant à parler composition de numéro, tonalité, sonnerie Accepter l appel mise en connexion Conférence téléphonique, autres services signalisation Copyright 2004 Timur Friedman 57

58 Signalisation dans l Internet Protocoles H.323 SIP Généralisés pour le multimédia Copyright 2004 Timur Friedman 58

59 Plan Questions administratives Introduction au multimédia communicant Intégration de services Bande passante Réservation de ressources Contrôle de congestion Correction d erreurs Signalisation Synchronisation de données Résistance au facteur d échelle Copyright 2004 Timur Friedman 59

60 Visioconférence Trois média : vidéo voix tableau blanc Comment synchroniser les flux? Copyright 2004 Timur Friedman 60

61 Plan Questions administratives Introduction au multimédia communicant Intégration de services Bande passante Réservation de ressources Contrôle de congestion Correction d erreurs Signalisation Synchronisation de données Résistance au facteur d échelle Copyright 2004 Timur Friedman 61

62 La diffusion à grande échelle Caractéristiques un émetteur, plusieurs récepteurs en temps réel Applications télévision radio autres? Copyright 2004 Timur Friedman 62

63 Problème de facteur d échelle Pas de diffusion dans l Internet S R1 D1 R2 R4 D5 diagramme grâce à Kim Thai R3 D4 D2 Copyright 2004 Timur Friedman 63 D3

64 Le multicast Repartit le travail parmi les routeurs S R1 D1 R2 R4 D5 Copyright 2004 Timur Friedman 64 diagramme grâce à Kim Thai R3 D4 D2 D3

65 Le multicast aujourd hui Les routeurs sont capables Cisco, Nortel, etc. Les opérateurs ont des soucis risques de débordement tarification? L avenir : multicast applicatif? Copyright 2004 Timur Friedman 65

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