Qos para videoconferncia Alexei Korb Liane Tarouco Leandro

Qos para videoconferência Alexei Korb Liane Tarouco Leandro Marcio Bertholdo UFRGS

Tópicos da apresentação n n A experiência do GTRH & UFRGS O funcionamento do MCU Análise do protocolo Estratégia de Qo. S adotada

Experiências de EAD n GTRH – Segurança de redes de computadores – Gerência de Redes – Simpósio Evolução da Internet (COMDEX 2001) n UFRGS – Pós-graduação Informática na Eucação

Cenário

Recursos utilizados n MCU – Meeting Point da Cu. See. Me – CISCO 3510 n Cliente – Netmeeting – Cu. See. Me. Pro (versão > 4. 1) – Polycom

Sistema de videoconferência n Servidor de videoconferência – ITU H. 323 – Vídeo sobre pacotes n Clientes – Netmeeting – Cu. See. Me – outros

Videoconferência na Internet n n n Cu. See. Me Mbone H. 323

Experiências de ensino à distância n n Diversas áreas tem implantado atividades de ensino à distância São utilizados serviços básicos da Internet – correio eletrônico – WWW – chat

Componentes da solução n n Terminais Gateways Gatekeepers Unidades de Controle Multiponto (MCU - Multipoint Control Unit)

Terminais n São entidades da H 323 nas extremidades de uma rede de transmissão de multimídia, as quais comunicam-se em duplo sentido e em tempo real com outros terminais H 323 através da transmissão e recepção de sinais de controle, áudio, vídeo e dados (isoladamente ou em conjunto).

Gatekeeper n n Controle de acesso Gerenciamento de largura de banda Localização de Gateways Integrante do software MCU

Gatekeeper n n n n n provê serviços de controle de chamadas para os terminais H. 323 presentes na zona Controle de acesso (Autorização de chamadas) Tradução de endereços Gerenciamento de largura de banda Localização de Gateways Gerenciamento de zona Sinalização de controle de chamada (no modo de conferência roteado) Gerenciamento de chamadas Implementação de função deve estar separado de outras funções (tal como MCU)

MCU n · Estabelecer uma conferência multiponto com um ou mais terminais e Gateways Elemento essencial para o estabelecimento de uma videoconferência entre mais de 2 estações (comunicação multiponto)

H. 323 componentes

Terminais H. 323

MCU usado na UFRGS n O servidor de videoconferência – software Meeting. Point da Cu. See. Me Networks, que provê a função de MCU (Multipoint Control Unit) – ambiente LINUX – hardware PC 750 MHz com 128 Mbytes de memória e 18 Giga bytes de disco n http: //mcu. ufrgs. br/mpcs

Instalação do MCU n Servidor instalado no CPD/UFRGS – ponto de maior conectividade da rede – no-break – operação e acesso 24 horas por dia

H. 323 Gatekeeper n Tradução de endereços – H. 323 Alias para endereços IP com base em registro de terminais – Possibilidade de nomes “email-like” – Possibilidade de nomes “phone number like” n Controle de Admissão – Permissão para completar a chamada – Pode impor limites de banda – Método para controlar o tráfego da LAN 19

Funções Gatekeeper n Gerenciamento do gateway – H. 320, H. 324, POTS, etc. n Sinalização de chamadas – Pode rotear chamadas para prover serviços suplementares ou prover funcionalidade Multipoint Controller n Gerenciamento/Relatórios/Registros de chamadas 20

H. 323 Protocol Stack Control H. 225. 0 / Q 931 Data H. 24 5 T. 120 Audio Video G. 7 xx H. 26 x H. 235 (Opcional p/ Criptografia) A/V Cntl Gatekeeper RTCP Reg, Adm, Status H. 225. 0 / RAS RTP TCP Control UDP IP 21

Call Setup A Call Setup Example n n a point to point call 3 rd terminal invited into call (Ad hoc multipoint) One Gatekeeper using the Direct Call Model O gatekeeper é usado para todos serviços que não dependem do terminal: – Conhecimento de quem está on-line e pode ser chamado – Designar acesso a recursos de rede – Monitorar a disponibilidade dos recursos de rede, gateways e terminais 22

Call Connection GK (6) ACF Yes (5) ARQ May I answer? (4) SETUP (Create) (7) ALERTING (8) CONNECT (User answers) Bill Picture. Tel Bob 23

Call Connection – localização e registro com o gatekeeper GK 1) O endereço IP do GK pode ser configurado manualmente ou ser descoberto automaticamente Descoberta automática Porta 1718 (multicast) grupo 224. 0. 1. 41 Porta 1719 (unicast) (2) (4) GCF RCF Você está Eu registrado posso ser seu comigo. GK. (3) (1) RRQ GRQ (multicast) Registro Quem é meu com GK? o GK Picture. Tel Mensagem contém o endereço de transporte para estabelecimento da chamada Bill Bob 24

Bill invites Ross GK (10) ARQ Invite Ross (13) ARQ May I Join? (11) ACF (14) ACF Resolved Ross’s Yes IP Address (12) SETUP (Invite) (15) ALERTING (16) CONNECT (17) H. 245 CONNECTION Picture. Tel Ross 25

Call Connection – Estabelecimento da Chamada GK (8) ARQ May I Join? (9) ACF Yes (6) ACF Yes – Resolved Biil´s IP address (5) ARQ Can I make a call? (7) SETUP (Invite) Picture. Tel (10) ALERTING (11) ALERTING Bill (12) H. 245 CONNECTION Bob 26

Qo. S nos canais RAS, H. 225. 0 e H. 245 Caso qualquer uma destas operações falhar o Sist. Pode ficar indisponível. n RAS – Usado para: – – – n H. 225. 0 – Usado para: – n Localização e registro com GK; Negociação de largura de banda, e; Desligamento do GK. Estabelecer e encerrar conexões H. 245. 0 – Usado para: – Estabelecer a troca de capacidades Soluções possíveis: -Usar unicast com TTL baixo -Usar ARQ pré concedido -Designar prioridades (Qo. S), para usuários prioritários Deve ser garantido Delay mínimo para o estabelecimento da chamada.

Medições realizadas n Comunicações T. 120 entre Terminais (Netmeeting), iniciam antes da abertura de canais lógicos. (recomendação determina que seja depois), estamos investigando o motivo; Exemplo clique aqui ! n O modelo de conferência centralizado (tightly coupled) ocupa muitos recursos do MCU, pode ser uma causa das falhas de comunicação, pois todos mantém canais H. 245, ativos com o MCU durante todo o tempo de comunicação; Abaixo é mostrado um fragmento de um log do MCU Meetingpoint Event> Event> Event> Mon Nov 26 17: 15: 54 2001 Pkts in 25655 Pkts client Leandro Bertholdo - T. 120 session closed Mon Nov 26 17: 16: 54 2001 Pkts in 27438 Pkts Mon Nov 26 17: 55 2001 Pkts in 1695 Pkts client Alexei Korb timeout -- holding down Mon Nov 26 17: 18: 55 2001 Pkts in 3324 Pkts client Alexei Korb - T. 120 session closed due to insufficient bandwidth Mon Nov 26 17: 19: 56 2001 Pkts in 4708 Mon Nov 26 17: 20: 56 2001 Pkts in 5850 client Liane Tarouco - T. 120 session closed due to insufficient bandwidth Mon Nov 26 17: 21: 57 2001 Pkts in 7114 Mon Nov 26 17: 22: 58 2001 Pkts in 8182

A troca de dados T. 120 começa aqui O canal foi estabelecido aqui

Medições realizadas n Comunicações T. 120 entre Terminais (Netmeeting), iniciam antes da abertura de canais lógicos. (recomendação determina que seja depois), estamos investigando o motivo; Exemplo clique aqui ! n O modelo de conferência centralizado (tightly coupled) ocupa muitos recursos do MCU, pode ser uma causa das falhas de comunicação, pois todos mantém canais H. 245, ativos com o MCU durante todo o tempo de comunicação; Abaixo é mostrado um fragmento de um log do MCU Meetingpoint Event> Event> Event> Mon Nov 26 17: 15: 54 2001 Pkts in 25655 Pkts client Leandro Bertholdo - T. 120 session closed Mon Nov 26 17: 16: 54 2001 Pkts in 27438 Pkts Mon Nov 26 17: 55 2001 Pkts in 1695 Pkts client Alexei Korb timeout -- holding down Mon Nov 26 17: 18: 55 2001 Pkts in 3324 Pkts client Alexei Korb - T. 120 session closed due to insufficient bandwidth Mon Nov 26 17: 19: 56 2001 Pkts in 4708 Mon Nov 26 17: 20: 56 2001 Pkts in 5850 client Liane Tarouco - T. 120 session closed due to insufficient bandwidth Mon Nov 26 17: 21: 57 2001 Pkts in 7114 Mon Nov 26 17: 22: 58 2001 Pkts in 8182

Medições realizadas n. Problema: –A captura não apresenta o horário em que o pacote foi capturado. Fica muito difícil encontrar o que está acontecendo em cada pacote enviado pelo MCU exatamente no momento de encerramento da conexão. –Seria interessante um analisador de protocolos on-line para descobrirmos exatamente o que está acontecendo; –A documentação de algus produtos ainda é carente de informações detalhadas e precisas, pois como o padrão está evoluindo constantemente. n. Possíveis candidatos para tratamento diferenciado (Qo. S) –Canal RAS. –Sinalização H. 225. 0 –Troca de Capacidades –Canais de mídias (Classificar de níveis de serviços diferenciados dependendo da aplicação de usuário).

Software cliente n n Netmeeting (Microsoft) Cu. See. Me (Cu. See. Me Networks Inc)

Sistemas adicionais usados n Learning Space – controle de acesso dos alunos ao ambiente de ensino-aprendizagem – gerenciamento de comunicação n Equitext – desenvolvimento próprio – co-autoria via WWW n Servidor Real (broadcast) – Diversas velocidades (20 Kbps a 250 Kbps)

Transmissão via Real n n n Várias velocidades possíveis Plugin e navegador Ajustável ao usuário – Modem – rede TV cabo – Intranets

Formas de apoio a interação n Síncrona – Chat – Videoconferência n Assíncrona – Email – Forum – Editor colaborativo de texto – Editor colaborativo de mapa conceitual

n T. 120 Reprojetor Câmara documento s Whiteboard impressora Desktop Video + Whiteboard + Compart. Aplic. RDSI T. 120 DDD LAN Picture. Tel Audio + Compartilhamento de Aplicações Picture. Tel

T. 120 protocol stack Reservations App Sharing Switching T. 130 A/V Control File Transfer T. 127 Documents Photos Overhead Proj Whiteboard T. 126 TERMINAL Application Protocols T. 126 - Still Image, T. 127 - File Transfer T. 130 - A/V Control, T. SHARE, T. RES MCU T. 124 - Generic Conference Control T. 122 / T. 125 - Multipoint Comm. Service ISDN T. 123 - Transport Stacks Voice/ POTS LAN Data ATM

T. 120 n n O padrão T. 120 contém uma série de protocolos de comunicação e aplicação, e serviços que dão suporte para comunicação de dados multiponto em tempo-real. Aplicações colaborativas, tais como conferências de dados, aplicações multiusuários e jogos para multijogadores

T. 120 n n n n Entrega de dados multiponto Interoperabilidade e independência de plataforma Entrega de dados confiável Entrega habilitada para multicast Transparência de rede e independência de rede Independência de aplicação Co-existência com outros padrões Extendabilidade

Série T. 120 n n T. 120: Protocolos de dados para conferência multimídia: provê uma sinopse da série T. 120 (1996) T. 121 : Padrão de aplicação genérico: provê um guia para desenvolvimento de protocolos de aplicação T. 120 (1996).

Série T. 120 n n T. 122: Descrição do Serviço de Comunicação Multiponto (MCS): descreve os serviços multiponto disponíveis para fabricantes (1993) T. 123 Pilhas de protocolos para aplicações de teleconferências audiográficas e audiovisuais: especifica protocolos de transporte para vários tipos de redes incluindo POST, ISDN e LANs (1994). .

Série T. 120 n T. 124: Controle de conferência genérico: define as reservas de suporte de protocolos de aplicação e serviços de controle de conferência básicos para conferências multiponto (1995).

T. 124

Série T. 120 n T. 125 : Especificação de protocolo de serviço de comunicação multiponto: especifica o protocolo de transmissão de dados para serviços multiponto (1994).

Série T. 120 n T. 126: Protocolo para tratamento e anotação de imagem não animada: define compartilhamento de dados colaborativamente, incluíndo quadro branco, compartilhamento de imagem, apresentação de imagem gráfica e intercâmbio de imagem em coferência multiponto (1995).

Série T. 120 n T. 127: Protocolo de transferência de arquivo binário multiponto (1995): define um método de troca de arquivos em uma conferência multiponto (1995).

Série T. 120 n T. 128: Protocolo de compartilhamento de aplicações multiponto: define como participantes, em uma conferência T. 120 podem compartilhar aplicações locais, de forma que participantes de outra conferência possam ver a imagem da aplicação compartilhada, e usar o mouse e o teclado para controlar essa aplicação como se ela estivesse rodando localmente.

Série T. 120 n T. 134: Entidade de aplicação de textos de chat: uma definição da T. 121 para protocolo de textos de chat.

Série T. 120 n T. 135: Sistema de uso para reserva de transações com uma conferência T. 120: define os protocolos reservados para conferência em um ambiente T. 120, tipicamente entre uma aplicação cliente e um sistema de agenda que reserva unidades de controle de recursos multiponto (MCUs ou "bridges").

Portas usadas Para o Net. Meeting (ou outro cliente H. 323) n TCP Port 7648: CU-See. Me connections to the MPCS. n UDP Port 7648: sending/receiving CU-See. Me Video Chat streams. n UDP Port 24032: sending/receiving RTP audio and video streams for CU-See. Me. n TCP Port 1503: T. 120 Client connections. n TCP Port 1720: H. 323 call signaling. n UDP Port 56800: sending/receiving RTP video streams for clients that support RTP on separate ports. n UDP Port 1424: routing H. 323 audio streams to third-party streaming applications. n UDP Port 1414: routing H. 323 video streams to third-party streaming applications. n UDP Ports 40000 -50000

Qo. S n n Quality of Service ou Qualidade de Serviço - a qualidade necessária para satisfazer o usuário daquela aplicação Aplicações necessitam Qo. S diferentes: – telefonia – videoconferência – download de arquivos – TV.

Testes e experiências realizadas n UFRGS – Vo. IP n Rede TCHÊ – Videoconferências n RNP – COMDEX 2001 – GRID

UFRGS - VOIP n Topologia

UFRGS - VOIP n Problemas enfrentados – Delay – Fragmentação e Interliving – Chamadas não completadas – Sem tom de discar – Desconexão – Cortes na voz

UFRGS - VOIP n Testes Realizados – CQ (Custom Queueing) – PQ (Priority Queueing) – LLQ (Low Latency Queueing) – IP RTP Priority n Solução com melhores resultados – Multilink PPP com LLQ

TCHÊ - Videoconferências

TCHÊ - Videoconferências n Problemas enfrentados – Alto descarte de pacotes (> 30%) no tráfego normal – Mesmo com sobra de 2 X a banda necessária, o tráfego em rajada do canal torna impossível transmissões de vídeo não buferizadas. – Equipamentos IBM

Tchê n n n Utilizada a implementação da IBM de Diff. Serv em conjunto com RSVP LLQ foi utilizado visando manter a compatibilidade com Cisco. Definido o serviço HVIDEO (Expedited Forwarding) para video originados no MCU e Real Server

Tchê n n n Definido o serviço CACHE (Assured Forwarding) para tráfego controlado, ou seja, que faz uso da estrutura de caches existente. Reserva de banda de 19% ou 300 Kbps para o serviço HVIDEO Reserva de 15% da banda para o serviço CACHE

RNP COMDEX

COMDEX n n Solução: Serviços Diferenciados com reserva de Banda (Diff. Serv + RSVP) Necessidade de padronização em enlaces PPP e redes ATM Melia->RS (RNP): Ciscos com LLQ Porto Alegre -> Interior: IBMs com LLQ

Configuração do Qo. S n n n Estratégia de Filas: LLQ(Low Latency Queuing Tipo de Serviço: EF (Expedited Forwarding) Reserva de banda: Variável, configurada de forma independente em cada segmento

GRID n n n Framework utilizado para videoconferência mundial de alta definição, permitindo interagir com outros participantes. Experiência pioneira com Brasil, Canadá, Alemanha, Estados Unidos, Itália, China e Japão Utiliza IP Multicast

GRID n n Necessidade de requisitos de alta velocidade (audio e vídeo digital de alta qualidade) Recursos alocados – ATM pvc 10 Mbps RJ-RS – PVC exclusivo para essa transmissão

GRID n Resultados – Todos os recursos de banda foram utilizados – Ótima qualidade de transmissão e recepção

Conclusões n n Os IBMs demonstraram ser mais estáveis que a solução da Cisco quando agregando outros serviços (IPV 6, BGP, Multicast, Qo. S e RSVP) A simples utilização de priorização através de Qo. S não garante uma videoconferência estável mesmo com taxas até 3 X superior a da vídeoconferência

Conclusões n n n A Reserva de Banda é indispensável, seja através de VCs ou RSVP A solução Diffserv & RSVP se mostrou totalmente adequada para atividades como Vo. IP e Videoconferências buferizadas ou em tempo real. O RSVP tem o inconveniente de necessitar reconfigurar a reserva desejada em todos os trechos.