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8/8/2019 Servicos Multimedia Sobre Ip
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Relembrando o controlo de con
Relembrando o controlo de con
Janela de congesto
Sempre que so detectados 3 ACKs cjanela de congesto passa para metad
Em caso de timeout de confirmao, a
(slow start)
esto do protocolo TCPe
sto do protocolo TCP
12007 Osvaldo Santos
Tempo
m o mesmo valor, o tamanho dae
janela de congesto reinicializada
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TCP e aplicaes multimdia
TCP e aplicaes multimdia
As aplicaes multimdiaatraso que perda de pa
O protocolo TCP no ad
multimdia Atraso significativo na entreg
O controlo de con esto dimi
transmisso em caso de con A perda de um nico pacote
velocidade de transmisso T
A transmisso TCP muito
Por este motivo, a maioricomunicao para aplicano UDP em vez do TCP
so mais sensveis aootes
equado para aplicaes
dos dados
ui drasticamente a taxa de
22007 Osvaldo Santos
esto do canalode diminuir radicalmente aP
ursty (velocidade irregular)
dos protocolos dees multimdia baseia-se
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Exemplos de protocolos para ap
Exemplos de protocolos para ap
RTP : Real-time Transpor
RTCP: Real-time Transpo
RSVP: Resource ReSerV
RTSP: Real Time Streami
SRTP: Secure Real-time
licaes multimdial
icaes multimdia
Protocol
rt Control Protocol
tion Protocol
ng Protocol
32007 Osvaldo Santos
ransport Protocol
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RTP: Real-time Transport ProtoRTP: Real-time Transport Proto
RTP garante:
Indicao do tipo de conted Sequenciamento dos pacotes
Time stamping permite sinc
Monitorizao da entrega dos
No garante: Entrega dos pacotes em tem
Qualidade de servio (QoS)
olol
s que est a ser transportado, incluindo a sua numerao
ronizao e clculo do jitter
42007 Osvaldo Santos
pacotes
o til
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RTP: estrutura do pacoteRTP: estrutura do pacote
ver p x m Sequence numbercc pt
timestamp
SSRC identifier
CSRC identifier
CSRC identifier
.........
bit
0
32
64
96
Ver : Vers
p : Indicapacote
x: Indica
cc: indicacabealh
x ens on ea er opc ona
Multimedia Data
m: indicapara a apl
pt: Indicaaplicao
SSRC: id
CSRC: foRTP (Mix
extensio
o, verso actual=2
a presena de bytes extra (padding) no fim do
utilizao das extenses ao protocolo
o nmero de identificadores CSRC no
52007 Osvaldo Santos
que este pacote tem alguma relevncia especialicao
o formato do payload deste pacote (tipo de
ntifica a origem da sincronizao
te que contribuiu para a gerao deste pacoters)
header: tamanho do cabealho de extenso
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RTP: o significado do campo 'PRTP: o significado do campo 'P
PT Name Type Clock rate (Hz)0 PCMU Audio 80001 1016 Audio 80002 G721 Audio 80003 GSM Audio 80004 G723 Audio 80005 DVI4 Audio 80006 DVI4 Audio 160007 LPC Audio 8000
9 G722 Audio 800010 L16 Audio 4410011 L16 Audio 4410012 QCELP Audio 800013 CN Audio 8000
14 MPA Audio 9000015 G728 Audio 8000......................................................................................................................................................
''
Audio channels References1 RFC 35511 RFC 35511 RFC 35511 RFC 355111 RFC 35511 RFC 35511 RFC 3551
62007 Osvaldo Santos
1 RFC 35512 RFC 35511 RFC 355111 RFC 3389
RFC 2250, RFC 35511 RFC 3551..............................................................................................................
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RTCP: Real-time Transport ConRTCP: Real-time Transport Con
O RTCP um protocolo usado para transmitir dadfluxo RTP
Transmite informao sodo fluxo RTP
Bytes recebidos/enviados Pacotes recebidos/enviados
Pacotes perdidos
Atraso (Round Trip Delay)
Jitter (variao do atraso)
Leitura adicional: http://www.freesoft.
rol Protocolrol Protocol
irmo do RTP, que os de controlo sobre o
re a qualidade de servio
72007 Osvaldo Santos
rg/CIE/RFC/1889/13.htm
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Tipos de pacotes RTCP
Receiver report packet Um pacote que o receptor envia
pacotes recebidos (nmero de
Sender report packet Semelhante ao receiver report,
como emissor pelo que existemestatsticas sobre os pacotes en
ource escr p on Descreve a fonte de pacotes
Goodbye RTCP Packet
Indica que uma ou mais fontes j Application Specific RTC
Dependem de cada aplicao e
ao emissor, com estatsticas sobre osacotes perdidos, atraso, jitter, etc)
as neste caso o receptor tambm actuacampos adicionais para enviar tambmviados
82007 Osvaldo Santos
ac e
no esto activaspacketsparticular
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RTCP: ports UDP usadosRTCP: ports UDP usados
A norma no define quais(geralmente so usados p
O fluxo RTP usa um port
controlo RTCP usam o po Como no se sabe prior
usados isto re resenta u
RTP
RTCP
Port 164
Port 164
firewalls
os ports UDP a usarorts entre 16384 e 32767)
ar e as mensagens de
rt seguintei quais os ports que vo ser
roblema uando existem
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00
01
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RTP e NATRTP e NAT
Intern
NAT
Como enviar pacotes RTcomputador dentro de umservidor NAT?
No fundo: qual o seu entabela de traduo NAT?
et
NAT
?10.5.3.1
102007 Osvaldo Santos
para um determinadorede local, atravs do
ereo IP pblico e port, na
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Tipos de NAT
Full Cone: Todos os pedidos do m
mesmo IP/port externo. Alm disso, ppara a mquina interna, enviando-osmesmo sem qualquer ligao previ
Restricted Cone: Semelhante apode enviar pacotes da Internet paraIP/port externo mapeado, se a mquiligao ao computador X.
computador X tem que ter sempre udos pacotes enviados a partir da msource port pode ser diferente).
Symmetric:Todos os pedidos do
determinado IP/port de destino so mPedidos do mesmo IP/port interno, mmapeamento diferente. Um computapara a mquina interna, enviando-os
mquina interna estabelecer previam
smo IP/port interno so mapeados no
odem ser enviados pacotes da Internetpara o IP/port externo mapeado,mente estabelecida.
Full Cone, mas um computador X s
a mquina interna, enviando-os para oa interna estabelecer previamente uma
112007 Osvaldo Santos
,source port igual ao destination port
uina interna. (no restricted cone o
esmo IP/port interno para umapeados no mesmo IP/port externo.as para um destino diferente tm umor X s pode enviar pacotes da Internetpara o IP/port externo mapeado, se a
nte uma ligao ao computador X.
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STUN - Simple Traversal of UDSTUN - Simple Traversal of UD
Intern
NAT
O servio STUN permiteum NAT saiba:
Qual o endereo pblico que O tipo de NAT que est entre
O port usado do lado de fora
throught NATs throught NATs
et
NAT
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ue um cliente por detrs de
lhe foi atribudoele e a Internet
o NAT
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STUN - Simple Traversal of UDSTUN - Simple Traversal of UD
Intern
NAT
10.1.9.1 : 4345193.4.2.6 : 3343
O servio STUN serve apenasNAT (IP/port exterior)
Aps ambos os PCs saberemexternos, a ligao feita dire
O servio NAT faz as respectipacotes so enviados para os
throught NATs throught NATs
et
NAT
10.5.3.1 : 405689.1.6.3 : 3649
132007 Osvaldo Santos
para determinar o mapeamento
qual o endereo IP e porttamente entre eles
as tradues de endereos e osdispositivos internos
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TURN - Traversal Using Relay N
Intern
NAT
TURN Rel
A tecnologia Turn usada em laos computadores internos estaentre eles, por exemplo, quandosymetric NATs
Uma vez que todos os dados pa
atraso adicional e o RELAY servbanda disponvel para lidar com
AT
et
NAT
ay Server
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imo recurso, quando impossvelelecerem uma ligao directaambos esto por detrs de
sam pelo TURN server, existe um
r tem que ter muita largura deltiplas ligaes simultneas
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ICE Interactive Connectivity E
Proposta de norma IETF paraatravessamento de NATs
Proposto como uma extenso
Usa os servios STUN e TURunificadora
robusto e funciona mesmo n
Identifica todas as possibilidadautomaticamente a melhor
tablishment
esolver o problema do
o protocolo SIP
, criando uma framework
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s topologias mais complexas
s de ligao e selecciona
VOIP V i O I P
VOIP V i O I P l
l
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VOIP Voice Over Internet ProtVOIP Voice Over Internet Prot
Permite conversaes desobre a Internet
Interopervel com as rede
telefnicas tradicionais A voz digitalizada,
comprimida e enviada em
pacotes IP (normalmenteRTP)
O desempenho da rede
influencia a qualidade dasligaes VoIP
A sua maior vantagem a
reduo de custos
colcol
oz
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VOIP V t
VOIP V t
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VOIP VantagensVOIP Vantagens
Permite reduzir os custos VoIP para VoIP tipicamente gr
VoIP para rede telefnica trad
VoIP independente da lo No h diferen as entre li a
Uma nica ligao de bandezenas de chamadas em
possvel integrar VoIP cvdeo, transferncia de fic
etc..
om chamadas telefnicastis, se j existir ligao Internet;
cional a custos reduzidos;
calizao geogrficaes locais ou internacionais
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a larga Internet permitesimultneo
m outros servios, comoeiros, quadros partilhados,
VOIP D t
VOIP D t
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VOIP DesvantagensVOIP Desvantagens
Menor fiabilidade Maior complexidade
Alimentao elctrica no in
Depende do bom funcioname
Menor qualidade
Compresso de udio Atraso superior e forte Jitter(
Perda de pacotes IP
Algumas barreiras tecnol Difcil de passar o trfego atra
Difcil adoptar um sistema uni
ependente
to de muitos subsistemas
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traso varivel)
icass de firewalls e servidores NAT
ersal de numerao dos terminais
VOIP P t l
VOIP P t l
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VOIP ProtocolosVOIP Protocolos
Sinalizao H.323
SIP
Controlo do gateway MGCP - Media Gatewa Cont
MEGACO - Media Gateway C
Transporte de udio RTP: Real-time Transport Pro
RTCP: Real-time Transport C
ol Protocol IETF
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ntrol Protocol (IETF/ITU-T)
ocol
ntrol Protocol
Audio : amostragem
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Audio : amostragem
A voz humana tem as principaientre 200 HZ a 3400 HZ
A maior parte dos sistemas delargura de banda mxima de 4
Assim, pelo teorema de Nyquideve ser de pelo menos 8000
Imagem, fonte: cisco systems202007 Osvaldo Santos
s componentes nas frequncias
transmisso de voz, assume uma000 HZ
t, a frequncia de amostragemHZ (2 x largura de banda)
Audio : quantificao
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Audio : quantificao
A quantificao consiste em canalgico para um valor digital
Existe um nmero limitado deforem usados 8 bits por amost
diferena entre o valor realprximo, chama-se erro de qu
Quantos mais bits por amostrexistiro, logo, menores sero
Imagem, fonte: cisco systems
212007 Osvaldo Santos
nverter uma amostra do sinal.
alores digitais, ou seja nveis. Sera, existiro 256 nveis diferentes.
a amostra e o nvel digital maisntificao
forem usados, mais nveisos erros de quantificao
Audio : companding
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Audio : companding
Imagem, fonte: http://edge.networkworld.com
A voz humana rica em
sinais de baixa amplitude. A quantificao com nveis
uniformes, prejudica a
qualidade dos sinais de baixaamplitude.
Uma forma de melhorar a
222007 Osvaldo Santos
sinais de baixa amplitude usar nveis no uniformes
Nas baixas amplitudes osnveis esto mais prximos
(erro de quantificao menor) Nas altas amplitudes os
nveis esto mais afastados(erro de quantificao maior)
Audio : companding u-law e A-law
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Audio : companding u-law e A-la
Frmulas, fonte: cisco systems
w
O mtodo decompanding u-law usado nos EstadosUnidos e Japo
O mtodo de-
232007 Osvaldo Santos
usado no resto domundo
Codecs
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Codecs
PCM
fonte: cisco systems
242007 Osvaldo Santos
Vdeo-conferncia: o que
Vdeo-conferncia: o que
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Vdeo conferncia: o que Vdeo conferncia: o que
Transmisso de udio evdeo entre pessoas emlocais diferentes
Podem ligar-se dois(conferncia ponto aponto) ou mais locaiscon er nc a mu pon o
Alm da transmisso deudio e vdeo, as pessoaspodem partilhardocumentos e quadros deescrita
Imagens: Universidade de Tromso, Universidade de Kentucky UK
252007 Osvaldo Santos
Vdeo-conferncia: os primeiros
Vdeo-conferncia: os primeiros tempost
empos
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Vdeo conferncia: os primeirosVdeo conferncia: os primeiros
Os primeiros sistemas devdeoconferncia usavamligaes dedicadas comcabos
Mais tarde comearam aser usadas ligaes viasa e spen osas
Nenhuma destas tcnicas exequvel em largaescala, por questes decusto e disponibilidade
tempostempos
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Vdeo-conferncia: a rede telef
Vdeo-conferncia: a rede telef icai
ca
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Vdeo conferncia: a rede telefVdeo conferncia: a rede telef
As tentativas de usar arede telefnica analgicapara vdeoconfernciafracassaram devido mqualidade de imagem
Na dcada de 80 aparecea e e g a coIntegrao de Servios
Passou a ser possvelrealizar vdeoconfernciacom qualidade e custoaceitvel
icaica
272007 Osvaldo Santos
Vdeo-conferncia: RDIS
Vdeo-conferncia: RDIS
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Vdeo conferncia: RDISVdeo conferncia: RDIS
Acesso bsico 2B+D =144 Kbit/s
Acesso primrio 30B+D =
2 Mbit/s Disponvel em quase
todos os locais
Preo das chamadasRDIS = preo chamadasde voz
Custo depende dadistncia
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Vdeo-conferncia: IP
Vdeo-conferncia: IP
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Acesso Internet embanda larga generalizou-se
Acessos domsticos > 4Mbit/s so usuais
Acessos em resariais >
20 Mbit/s so comuns Sem custo adicional nas
comunicaes
Acessvel em todo omundo
Imagens: Cisco Systems
292007 Osvaldo Santos
Vdeo-conferncia: como funcio
Vdeo-conferncia: como funcio aa
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Compresso de vdeo e a Reduo da quantidade de d
Perda de informao que no
Qualidade perceptual mant
Algoritmos de compress
DCT Discret Cosine Transf MPEG2, MPEG4, MJPEG
Compresso intraframe e inte
Multiplexagem e transmis Atraso tem que ser limitado
Variable bit rate ou fixed bit ra
udio
dos usados na representao
essencial
-se a nveis elevados
302007 Osvaldo Santos
rm
rframe
o
te
Princpios bsicos da compress
Princpios bsicos da compress o de vdeoo
de vdeo
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p pp p
Reduo da redundncia Redundncia espacial: pixeis p
tendem a ser semelhantes
Redundncia temporal: framestendem a ser semelhantes
Reduo da irrelevncia Eliminao de informao que
ponto de vista perceptual
Difcil de modelar e implement
rximos
consecutivas
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irrelevante do
r
H.261
H.261
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Norma desenvolvida nos aTelecommunications Uniontransmisso de vdeo sobr
Funciona em bit rates desdusa tipicamente mltiplos d
Su orta os tamanhos CIF
Reduz a redundncia espaDCT
Reduz a redundncia tempframes, com compensao
Esta norma revolucionou aactualmente est obsoleta
os 90 pela ITU (Internationalpara codificao eRDIS
e 40 Kbit/s a 2 Mbit/s, mase 64Kbit/s (n x Canais B)
352x288 e QCIF 176x144
322007 Osvaldo Santos
ial atravs da transformada
oral atravs de predio inter-de movimentovideoconferncia digital, mas
H.262 / MPEG2
H.262 / MPEG2
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Norma desenvolvido pelo(MPEG)
Usado na difuso de televi
Utiliza a transformada DCTespacial
352x288 : 4 Mbit/s
720x576 : 15 Mbit/s
1440x1152 : 60 Mbit/s
oving Pictures Expert Group
o digital e DVD
para reduzir a redundncia
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H.264 / MPEG4 parte10
H.264 / MPEG4 parte10
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Norma desenvolvida pelo
Moving Pictures Expert Grou(MPEG)
Usado em videoconferncia
vdeo na Internet, televisodigital, Blu-Ray e HD DVD
Permite vdeo de ualidade
razovel com baixos bit rate(menos de metade do MPE
Divide as cenas em objectos
(fundo, objectos mveis,objectos sintticos, etc)
Imagem: http://www.chiariglione.org
p
e
342007 Osvaldo Santos
2)
Vdeo-conferncia: principais pr
Vdeo-conferncia: principais pr tocolost
ocolos
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importante que aplicadiferentes possam inter
Para isso existem protogarantir essa interoperaestabelecimento e termivdeoconferncia :
H.320
H.323
SIP
es de fabricantesperar
olos bem definidos parabilidade e permitir onao de sesses de
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H.320
H.320
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A recomendao ITU H.3procedimentos para supoRDIS
Suporta a utilizao de nMbit/s
Na realidade um conjun
H.221 : define os procedimen H.230 : define a forma como
H.242 : define os procedime
G.711 e G.723 : codecs udi H.261 e H.263 : codecs vde
0 define um conjunto detar vdeo-conferncia sobre
anais B, desde 64 Kbit/s a 2
o de normas:
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tos para empacotamento dos fluxosfeita a sincronizao de frames
tos para iniciar e terminar sesses
H.323
H.323
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A recomendao ITU H.3protocolos que suportamem qualquer rede de pacInternet. compatvel co
Na realidade um conjun H.261 , H.263 e H.264 : desc
. . : escreve a s na za
(bit stream) de dados, sincromensagens de controlo
H.245 : descreve as mensagfechar sesses de udio, vd
H.450 : descreve os servios
H.235 : descreve os procedi
H.460 : descreve a interac
H.239 : descreve a utilizao
3 define um conjunto deomunicaes audio-visuaistes, como por exemplo aH.320.
o de normas:evem a codificao vdeo
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o, a orma e empaco ar os uxos
izao de fluxos e formato das
ns e procedimentos para abriro e dados
suplementares
entos de segurana
com firewalls
de um fluxo adicional para dados
H.320 versus H.323
H.320 versus H.323
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H.320 Funciona sobre RDIS
Garante qualidade deservio
Norma a ser abandonada
H.323 Funciona sobre TCP/IP
No garante qualidade deservio
-
382007 Osvaldo Santos
Norma cada vez maispopular
Session Initiation Protocol - SIP
Session Initiation Protocol - SIP
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O protocolo SIP tem comestabelecimento, modificasesses de comunicaomais pontos
Permite multicasting
Usado em a lica es de
multimedia sobre IP e con independente do mtod
usado sobre TCP, UDP,
Usa mensagens de texto Usa os mesmos codecs d
objectivo principal oo e terminao demultimdia entre dois ou
oz sobre IP VoIP
392007 Osvaldo Santos
ferncias multimdiade transporte. Pode ser
TM, SCTP, etc
acilmente interpretveisoutras tecnologias
Vdeo-conferncia: tipo de siste
Vdeo-conferncia: tipo de siste asa
s
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Sistemas dedicados
Fceis de usar Boa qualidade
Soluo dispendiosa
Placas de expanso
Boa qualidade Soluo dispendiosa
Baseados em software Exige um PC relativamente p
Qualidade razovel
Soluo pouco dispendiosa
402007 Osvaldo Santos
tente
Encaminhamento IP do ponto d
Encaminhamento IP do ponto d vista do destinov
ista do destino
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Unicast Um nico destinatrio
Broadcast Todos os dispositivos de uma
Anycast Pelo menos um dispositivo d
Multicast Todos os dispositivos de um
sub-rede
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um grupo
rupo
Unicast: um nico destinatrio
Unicast: um nico destinatrio
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enviada informaoapenas para umdestinatrio
usado um endereo IPque identifica apenas um
422007 Osvaldo Santos
spos vo
Broadcast: todos os destinatrio
Broadcast: todos os destinatrio de uma sub-reded
e uma sub-rede
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enviada simultaneamenteinformao para todos osdestinatrios de uma sub-rede
usado um endereo IPespecial (endereo de
432007 Osvaldo Santos
difuso ou broadcast) querepresenta todos osdispositivos de uma sub-rede Exemplo: o endereo
10.255.255.255 o endereo dedifuso da rede 10.0.0.0/8
Anycast: Um destinatrio de um
Anycast: Um destinatrio de um grupog
rupo
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enviada informao paraum dos destinatrios de umgrupo
bastante til quandoexistem mltiplos servidores
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para os mesmos con e ose se pretende seleccionar omais prximo
Uma forma simples deimplementar distribuio decarga
Multicast: membros de um grup
Multicast: membros de um grup de dispositivosd
e dispositivos
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i
enviada simultaneamentenformao para osestinatrios que fazem partee um determinado grupo
usado um endereo IPspecial (endereo de
452007 Osvaldo Santos
ulticast) que representa orupo de dispositivos
uando necessrio, os ns
a rede clonamutomaticamente os fluxos deacotes nos pontos mais
antajosos
Volume de dados transferidos:
Volume de dados transferidos: ulticast versus Unicastu
lticast versus Unicast
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462007 Osvaldo Santos
Multicast: os fluxos s so clona
Multicast: os fluxos s so clonados quando necessriod
os quando necessrio
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Endereos IP de multicasting
Endereos IP de multicasting
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Os endereos da antiga Cla
239.255.255.255) esto res Os endereos de 224.0.0.0
reservados pela IANA para
rede local. Pacotes com estdevem ser encaminhados p
224.0.0.1 : todos os sistemas
224.0.0.2 : todos os routers de
224.0.0.5 : todos os routers O
224.0.0.6 : todos os routers O
224.0.0.12 : Agente DHCP serv
http://www.iana.org/assignm
sse D (desde 224.0.0.0 a
rvados para multicasting224.0.0.255 foram
erem usados apenas na
s endereos de destino nolos routers
482007 Osvaldo Santos
esta sub-rede
ta sub-rede
PF
PF DR (designated routers)
r/relay
ents/multicast-addresses
Protocolo IGMP: Internet Group
Protocolo IGMP: Internet Group Management ProtocolM
anagement Protocol
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Permite aos dispositivos ne
a sua participao num gru
ociarem de forma dinmica
o multicasting
492007 Osvaldo Santos
Protocolo IGMP: Verses
Protocolo IGMP: Verses
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Existem trs verses do pro A verso 1 (RFC 1112) suporta
(Membership report) por parte dinteresse desses clientes (Mem
A verso 2 (RFC 2236) acrescepode usar para solicitar a sua s
A verso 3 (RFC 3376) adicionaermitindo a rece o de acot
determinados endereos de orig
ocolo
penas o registo num grupos clientes e testes peridicos doership query)
ta uma mensagem que o clienteda de um grupo (Leave group)
suporte para filtrar pacotes,s multicastin a enas de
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em
PIM - Protocol Independent Mult
PIM - Protocol Independent Mult
icasti
cast
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Usado para construir as
dados multicasting Existem quatro variantes:
PIM Sparse Mode (PIM-SM) (rvores unidireccionais com opor cada grupo
PIM Dense Mode PIM-DM :
caminho mais curto, inundandesligando depois os ramosclientes activos
PIM Source Specific Multicas
origem sempre num nico Bidirectional PIM : cria, de for
rvores de distribuio de
RFC 4601): cria, de forma explcita,rigem num ponto Rendezvous (RP)
cria de forma im lcita rvores de
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o as redes com trfego multicast ea rvore em que no existem
(PIM-SSM) : cria rvores cuja
onto especficoa explcita, rvores bidireccionais
Multicasting: IGMP e PIM
Multicasting: IGMP e PIM
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