Clases de Aplicaciones Multimedia en Redes

1. Transmisión de Audio/Video Almacenado

En este tipo de aplicaciones, los clientes solicitan, bajo demanda, archivos comprimidos almacenados en un servidor (pueden ser servidores web o específicos). Los datos son segmentados y encapsulados utilizando el protocolo RTP (Real-time Transport Protocol). La interactividad entre el cliente y el servidor se gestiona mediante el protocolo RTSP (Real Time Streaming Protocol).

Características

• Medios almacenados: El contenido ya está almacenado, permitiendo al usuario realizar acciones como parar, pausar, o reiniciar la reproducción.
• Transmisión: El cliente comienza la reproducción del contenido pocos segundos después de realizar la solicitud, de manera que mientras se reproduce, se sigue recibiendo el contenido.
• Reproducción continua: Una vez iniciada la reproducción, se debe mantener la temporización original de la grabación.

2. Transmisión de Audio/Video en Directo

Estas aplicaciones permiten la transmisión en tiempo real de audio y video. Se puede realizar un almacenamiento local de los datos recibidos. La distribución eficiente de audio y video en directo a múltiples receptores se puede lograr utilizando técnicas de multidifusión (multicast).

3. Audio/Video Interactivo en Tiempo Real

Permiten a los usuarios comunicarse en tiempo real, como en el caso de las videoconferencias o la telefonía IP.

Problemas y Soluciones en las Redes IP Actuales

Los protocolos TCP/UDP/IP ofrecen un servicio de mejor esfuerzo (best-effort), lo que significa que no hay garantías en cuanto a retardo, pérdida de paquetes o fluctuación del retardo (jitter). Para solucionar estos problemas, se pueden implementar las siguientes estrategias:

• No realizar cambios en la red y proporcionar más ancho de banda cuando sea necesario.
• Implementar servicios integrados (IntServ).
• Implementar servicios diferenciados (DiffServ).

Transmisión con UDP o TCP

UDP (User Datagram Protocol)

• El servidor envía datos a la tasa apropiada para el cliente, sin tener en cuenta la congestión de la red.
• Se introduce un retardo de 2 a 5 segundos para eliminar el jitter.

TCP (Transmission Control Protocol)

• El servidor envía datos a la mayor tasa posible.
• La tasa de llegada varía en función del control de congestión de TCP.
• HTTP/TCP atraviesa fácilmente los firewalls.

RTSP: Protocolo de Transmisión en Tiempo Real

RTSP es un protocolo utilizado para intercambiar información de control de la reproducción. Permite acciones como parar, continuar, avanzar y retroceder. Es un protocolo fuera de banda que utiliza el puerto 554.

Aplicaciones Interactivas con Best-Effort (Tiempo Real)

El protocolo de red IP ofrece un servicio de mejor esfuerzo (‘Best Effort’) que no garantiza el retardo extremo a extremo (end-to-end), el jitter, ni la pérdida de paquetes.

Retardo entre Extremos

Es la acumulación de retardos de transmisión, procesamiento de las colas en los routers, retardos de propagación en los enlaces y retardos de procesamiento en los sistemas finales.

Fluctuación de Paquetes (Jitter)

El jitter se refiere a la variación en el retardo de llegada de los paquetes. Para solucionar el jitter, se utilizan números de secuencia, marcas de tiempo y retardos de reproducción mediante almacenamiento en búfer.

RTP: Real-Time Transport Protocol

RTP especifica una estructura para transportar información de audio y video. Proporciona identificadores de tiempo de carga, números de secuencia y marcas de tiempo. RTP se encapsula en UDP. Es un protocolo extremo a extremo y está asociado con el protocolo RTCP, que se utiliza para gestionar y monitorizar la sesión RTP.

RTCP: Real-Time Control Protocol

RTCP proporciona información de control y está asociado con un flujo de datos para una aplicación multimedia. Su función principal es informar sobre la calidad del servicio proporcionado por RTP. Recoge estadísticas de la conexión e información relacionada. Utiliza el número de puerto siguiente al utilizado por RTP. Los emisores pueden utilizar esta información para modificar su tasa de transmisión.

RTCP define varios tipos de paquetes, que incluyen:

• Informes del emisor.
• Informes del receptor.
• Descripción de la fuente.
• Paquetes de control específicos de la aplicación.

QoS en Internet: Calidad de Servicio

La Calidad de Servicio (QoS) es la capacidad de proveer diferentes prioridades a diferentes aplicaciones, usuarios o flujos de datos, o de garantizar un cierto nivel de rendimiento para un flujo de datos.

Cuatro Principios Básicos de QoS

1. La clasificación de paquetes permite que los routers distingan entre paquetes que pertenecen a diferentes clases de tráfico.
2. Se debe proporcionar un grado de aislamiento entre flujos, de forma que un flujo no se vea afectado negativamente por el mal comportamiento de otro.
3. Aun con aislamiento de flujos, se deben utilizar los recursos de la forma más eficiente posible.
4. Se necesita un proceso de admisión por el que los flujos declaren sus requerimientos de QoS y sean admitidos o bloqueados.

Enfoques Principales para QoS en Redes IP

1. Servicios Integrados (IntServ)

En este modelo, las aplicaciones utilizan un protocolo de reserva de recursos para solicitar y reservar recursos a lo largo de la red. La arquitectura se basa en una reserva extremo a extremo de recursos que dependerá de los requerimientos de QoS. Para realizar esta reserva, es necesaria una admisión de la llamada, lo que requiere la participación de todos los routers en el camino.

Pasos en la Admisión de la Llamada

1. Caracterización del tráfico y especificación de la QoS.
2. Señalización para el establecimiento de la llamada.
3. Admisión de la llamada por cada elemento de la red.

RSVP (Resource Reservation Protocol)

RSVP es un protocolo de señalización diseñado para reservar recursos en una red bajo la arquitectura de servicios integrados.

Características de RSVP

• Proporciona reserva de ancho de banda en árboles de multidifusión.
• Está orientado al receptor.
• Es de estado blando (soft state): la reserva en cada nodo necesita un refresco periódico.

2. Servicios Diferenciados (DiffServ)

DiffServ implementa un modelo priorizado. Marca los paquetes según el tipo de servicio que desean. En respuesta a estas marcas, los enrutadores y switches utilizan diversas estrategias de gestión de colas para adaptar el rendimiento a las expectativas.

Se basa en marcar los paquetes con una etiqueta y acordar con todos los routers un tratamiento según la etiqueta. No hay reserva de recursos por flujo, no existe un protocolo de señalización y no se almacena información de estado en los routers. Intenta evitar los problemas de escalabilidad que plantea IntServ/RSVP.

Campo DS

La información de QoS se inserta en los datagramas IP en un campo denominado DS. Está formado por:

• DSCP (Differentiated Services Code Point): Seis bits que indican el tratamiento que debe recibir el paquete en los routers.
• CU (Currently Unused): Reservado para uso futuro.

Tipos de Servicios en DiffServ

1. Default PHB (Per-Hop Behavior): Típicamente un servicio de mejor esfuerzo sin ninguna garantía.
2. Expedited Forwarding (EF): Envío expeditivo. Ofrece las mayores garantías, incluyendo caudal, tasa de pérdidas, retardo y jitter.
3. Assured Forwarding (AF): Envío asegurado. Asegura un trato preferente pero sin fijar garantías específicas.

Comparativa: IntServ vs DiffServ

• IntServ fue desarrollado con anterioridad, sin embargo, DiffServ se ha extendido más ampliamente.
• DiffServ permite agregar flujos, lo que lo convierte en un modelo más escalable.
• Debido a estas diferencias, muchos fabricantes de routers implementan versiones eficientes de DiffServ pero no de IntServ.
• Actualmente, muchos proveedores de servicios de Internet (ISP) implementan DiffServ.
• Qbone utiliza el modelo DiffServ.