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UNESP - IBILCE - São José do Rio Preto Protocolos Multimídia na Internet
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Protocolos Multimídia na Internet
Parte 2 – Transporte de Mídia
Redes de Computadores II Tópicos em Sistemas de Computação
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Veremos:
RTP – Real-Time Protocol
RTCP – Real-Time Control Protocol
H.323 e SIP
Diffservices - Serviços Diferenciados
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Real-Time Protocol (RTP)
Transporte de Mídia
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Real-Time Protocol (RTP) q Protocolo de transporte de áudio e vídeo (RFC 1889.)
q Pacote RTP apresenta: • Identificação do tipo de carga.
• Numeração da sequência de pacotes.
• Marcas de tempo.
q RTP roda nos sistemas terminais: client-server
q Pacotes RTP são encapsulados em UDP.
q Interoperabilidade: se duas aplicações usam RTP, então elas podem ser capazes de operar juntas, mesmo se desenvolvedores diferentes.
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RTP roda sobre UDP q RTP é um protocolo de aplicação, mas oferece
uma interface para a camada de transporte, que amplia funcionalidades do UDP: • Verificação de erros dentro dos segmentos. • Identificação do tipo de carga . • Numeração da sequência. • Marcas de tempo.
Aplicação
Enlace
Física
Pseudo “camada de transporte” RTP + UDP juntos
fornecem um serviço de transporte de
mídia para a aplicação
Protocolo aplicação
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RTP: Exemplo q Considere 64 kbps de voz em PCM sobre RTP.
• Dados em blocos, a cada 20 ms = 160 bytes por bloco.
q O bloco de áudio, junto com o cabeçalho RTP, forma o pacote RTP, que é encapsulado num segmento UDP.
q Cabeçalho RTP possui um campo de tipo de codificação de mídia de cada pacote.
• Transmissores podem mudar a codificação em voo.
q O cabeçalho RTP também contém:
• Números de sequência.
• Marcas de tempo.
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RTP não fornece QoS (1)
q Não garante temporização.
q Não fornece garantia de banda.
q Não tem efeito nos roteadores no caminho. • RTP é visto apenas nos sistemas finais.
• Roteadores continuam fornecendo o serviço
de melhor-esforço.
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RTP não fornece QoS (2) q A fim de fornecer QoS, a rede deve prover
um mecanismo especial para que a aplicação possa reservar recursos da rede (geralmente na rede local).
q Uma possibilidade é usar o RSVP. • Resource reSerVation Protocol (RFC-2205)
(Exercício) • https://memoria.rnp.br/newsgen/0005/rsvp.html
• https://tools.ietf.org/html/rfc2205 http://www.networksorcery.com/enp/protocol/rsvp.htm
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Fluxos RTP (1) q RTP permite atribuir a cada fonte o seu
próprio fluxo de pacotes independente. • Por exemplo, uma câmera e um microfone.
Exemplo: para uma videoconferência entre 2 participantes, 4 fluxos RTP poderiam ser abertos:
• 2 fluxos para transmitir o áudio. • 2 fluxos para o vídeo .
– E um deles em cada direção.
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Fluxos RTP (2) q Algumas técnicas populares, incluindo
MPEG1 e MPEG2, juntam o áudio e o vídeo num único fluxo durante a codificação.
• Quando o áudio e o vídeo são reunidos pelo codificador, então apenas um fluxo RTP é gerado, em cada direção.
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Header RTP completo
Campos de controle do header. • Version (2bits), • Padding (1 bit) • EXtension (1 bit) • CSRC Count (CC) (4 bits) • Marker (1 bit) Detalhamento: http://www.freesoft.org/CIE/RFC/1889/9.htm (exercício)
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Header RTP (1)
Tipo de Carga (7 bits): indica o tipo de codificação usado no momento. • Se um transmissor muda o tipo de codificação durante uma
conferência, informa o receptor usando deste campo. Alguns deles: • 0: PCM mu-law, 64 Kbps. • 3: GSM, 13 Kbps. • 7: LPC, 2.4 Kbps. • 26: Motion JPEG. • 31: H.261. • 33: MPEG2 video.
Lista completa em: http://www.networksorcery.com/enp/protocol/rtp.htm
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Header RTP (2)
Número de Sequência (16 bits): O número de sequência é incrementado em 1, a cada pacote RTP enviado.
• Usado para detectar perdas de pacotes, e para
recuperar a sequência de pacotes.
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Header RTP (3)
Campo SSRC (identificador de sincronismo fonte) (32 bits). • Identifica a fonte do fluxo RTP.
• Cada fluxo numa sessão RTP deve ter um SSRC distinto.
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RTP SSRC packets (sniffer)
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Header RTP (4)
Timestamp: Campo de marca de tempo (32 bits). • Marca o instante de amostragem do primeiro byte no
pacote de dados RTP.
• O receptor pode usar esta marca de tempo para remover
o jitter do pacote, e para obter o sincronismo de reprodução, conforme discutido anteriormente.
(Será detalhado a seguir)
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q Marca de tempo: é derivada do relógio de amostragem no transmissor. • Para áudio: o relógio de marca de tempo
incrementa em 1 a cada intervalo de amostragem.
(Exemplo a seguir)
Timestamp (1)
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q Incrementa em 1 a cada intervalo de amostragem. • Se taxa amostragem é 8 KHz à 1 / 8000 (1/s).
• Então: incrementa de 1 a cada 125 µs. • Exemplo: se a aplicação gera blocos com 160 amostras
codificadas, a marca de tempo aumenta de 160 para cada pacote RTP, representando 0,2 seg (160 x 125 µs).
q O relógio de marca de tempo continua a aumentar numa taxa constante, mesmo quando a fonte está inativa.
Timestamp (2)
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RTP Timestamp packets
...17406 – 17246 = 160
...17566 – 17406 = 160
...18046 – 17886 = 160
...71084 – 70924 = 160
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RTCP
Real-Time Control Protocol
!! NÃO CONFUNDIR COM RTSP !! (Real Time Streaming Protocol)
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Real-Time Control Protocol (RTCP) q Atua em conjunto com o RTP. q Cada participante de uma sessão RTP
transmite, periodicamente, pacotes de controle RTCP para todos os participantes. • Cada pacote RTCP contém relatórios do
transmissor e/ou do receptor. • Estes relatórios são úteis para a aplicação.
• Relatórios incluem o número de pacotes enviados, número de pacotes perdidos, variação de atraso entre chegadas, dentre outras informações.
Retroalimentação
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Real-Time Control Protocol (RTCP)
q Envia informações de feedback para a aplicação. • Pode ser usada para controle
do desempenho, e para fins de diagnósticos.
• Por exemplo, o transmissor pode alterar suas transmissões a partir das informações de realimentação.
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Tipos de pacotes RTCP (1) q Pacotes de relatório do receptor:
• % de pacotes perdidos. • Último número de sequência. • Variância média do atraso entre chegadas.
q Pacotes de relatório do transmissor: • SSRC do fluxo RTP. • Tempo corrente. • Número de pacotes enviados; • Número de bytes enviados.
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Tipos de pacotes RTCP (2) q Pacotes de descrição da fonte
geradora (caso de broadcasting): • Endereço de e-mail do gerador. • Nome do gerador; • SSRC do fluxo RTP associado.
Estes pacotes fornecem um mapeamento entre o SSRC e o
nome do usuário ou do host.
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Restrição de Banda do RTCP q O RTCP procura limitar seu tráfego a 5%
da banda passante da sessão.
• Por exemplo: suponha um transmissor enviando vídeo com uma taxa de 2 Mbps (2000 Kbps).
• RTCP tenta limitar seu tráfego TOTAL a até 100 Kbps.
– O protocolo oferece 3/4 desta taxa, para os receptores (no exemplo: 75 kbps)
– 1/4 restantes da taxa para o transmissor (no exemplo: 25 kbps).
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Finalizando: não confunda! q RTSP – Real Time Streaming Protocol
• Protocolo para controle de mídia.
q RTP – Real Time Protocol • Protocolo para transmissão de mídia.
q RTCP – Real-Time Control Protocol • Protocolo para troca de informações (feedback).
“Não confunda catraca de canhão com conhaque de alcatrão”
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Protocolos de Voice over IP
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Relacionamento Redes de voz e dados
RedeSS7
RedeIP
Dados
Dados
Dados
SwitchClass 4
SwitchClass 4
Voz VozSwitchClass 5
SwitchClass 5
Rede de Telefonia (PSTN )
Rede de Dados
SitesServiços Web
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VoIP: Voice over IP. q Por que Usar VoIP ?
• Redução da banda de transmissão (compressão da voz).
• Melhor utilização da infraestrutura de transmissão em rede para voz e imagem.
• Menor custo de Equipamentos e Infraestrutura.
• Integração de Aplicações de dados e voz.
• Configuração Simplificada da Rede de Transmissão. • Menores custos de Transmissão.
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Modelo de telefonia em rede
VOZ VOZ Sinalização
REDE PSTN(*)
Componentes críticos do sistema de Telefonia em Rede: 1) Protocolos de transmissão da VOZ. 2) Protocolos de sinalização.
Transmissão de Voz
(*) Public Service Telephone Network Rede pública “tradicional” de telefonia ou rede legada
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Modelo VoIP - Protocolos de Transmissão
Internet
RTP/RTCP
UDP
IP
Datalink
Physical
RTP/RTCP
UDP
IP
Datalink
Physical
• RTP/RTCP: Transmissão em Tempo Real. • Operam sobre UDP. • CODEC´s: G711: 64 Kbps / G729A: 9 Kbps / G723.1: 5.3 Kbps.
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Modelo VoIP - Protocolos de sinalização
REDE TCP/IP
H323, SIP MGCP, Megaco
TCP / UDP
IP
Datalink
Physical
H323, SIP MGCP, Megaco
TCP / UDP
IP
Datalink
Physical
Protocolos Ponto-a-Ponto: - H.323 - SIP
Protocolos de Controle de Gateways (Mestre/Escravo): - MGCP. - H.248 (MEGACO).
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H.323
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Visão Geral do H.323 (1) q Surgiu para conferência de áudio e de vídeo,
através de redes TCP/IP. • Comunicação de tempo real (ao invés de “sob demanda”)
q Recomendação do ITU-T. • Telecommunication Standardization Sector (ITU-T)
• http://www.itu.int/
q Escopo amplo – funciona em:
• Equipamentos isolados (telefones IP).
• Aplicações em PCs (softwares). • Conferências ponto-a-ponto e multiponto.
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Visão Geral do H.323 (2) q H.323 trata como os equipamentos terminais:
• Fazem e recebem chamadas.
• Negociam codificações comuns de áudio e vídeo.
• Se comunicam com seus respectivos gatekeepers (visto adiante)
q Além disso, define ainda:
• Como os blocos de áudio e vídeo são encapsulados e enviados.
• Como o áudio e o vídeo são sincronizados.
• Como os telefones IP e os telefones PSTN(*) convencionais se comunicam.
(*) PSTN = Public Service Telephone Network (é a a rede telefônica convencional comutada, ou “sistema legado”).
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H.323 SS7, Inband
Internet PSTNGateway
Gatekeeper
Visão Geral do H.323 (3)
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Visão Geral do H.323 (4) q Mídia:
• RTP transporta a mídia. • RTCP carrega estado (status) e controle. • RTP/RTCP em transporte não confiável, sob UDP.
q Sinalização: • Transporte confiável, sob TCP. • RAS: Protocolo de registro, admissão e estado. • Q.931: Protocolo de call setup e finalização. • H.245 : Protocolo de controle de troca.
• Faz o controle “fora-da-banda” para controlar a mídia entre os terminais.
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A arquitetura do H.323
AplicationsAudio/Video
CodecsAudio/Video
RTP
RTCPH.225.0
RasSignaling
H.225.0Call
Signaling
H.245Control
Signaling
Terminal / Application Control
UDP TCP
IP
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SIP
Session Initiation Protocol
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Session Initiation Protocol (SIP)
q Mídia: • RTP carrega fluxo de mídia real.
• RTCP carrega informações de estado e controle. • Ambos via transporte não confiável em UDP.
q Sinalização transportada também sobre UDP. • Mecanismo de mensagens para estabelecimento
de sessões. • SDP – Linguagem estruturada para descrição de
sessões.
q Utiliza áudio codecs para mídia. • (G.711, G.723.1, G.729, etc...)
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A arquitetura do SIP
AplicationsAudio/Video
CodecsAudio/Video
RTP
RTCP SAP SIP HTTP
SDP
UDP TCP
IP
Conference Applications
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VOZ VOZ
Internet
SIP
RTP/RTCP
SIP
SIP Proxy
Arquitetura SIP - Proxy Server
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Comparação SIP x H.323 H.323 q Mensagens H.323 são
binárias.
q São codificadas usando ASN.1
q São necessários decodificadores especiais (parsers) para mapear em formato legível.
SIP
q Mensagens são em formato texto (inclusive suportando Unicode).
q Facilmente implementado em Perl, Tcl, Java, etc…
q Debugging é fácil: tcpdump, ngrep, netcat, etc…
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Resumo comparação SIP x H.323
H.323 q Desenvolvimento
iniciado há mais tempo.
q Mensagens mais curtas, mas binárias.
q Mais complexo. q Geralmente custo
menor. q Muitas opções
disponíveis (vários freeware).
SIP q Escalável. q Extensível. q Menor complexidade,
mensagens em texto. q Facilidade de
implementação. q Customização. q Permite controle de
chamadas por terceiros.
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Comparação H.323 x SIP AplicationsAudio/Video
CodecsAudio/Video
RTP
RTCPH.225.0
RasSignaling
H.225.0Call
Signaling
H.245Control
Signaling
Terminal / Application Control
UDP TCP
IP
AplicationsAudio/Video
CodecsAudio/Video
RTP
RTCP SAP SIP HTTP
SDP
UDP TCP
IP
Conference Applications
H.323
SIP
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Protocolos SIP & H.323
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QoS em Redes IP V4
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Oferecendo QoS em Redes IP
q Os grupos do IETF desenvolveram propostas para fornecer melhor controle de QoS em redes IP. • Buscando superar o serviço de melhor esforço, e prover
alguma garantia de QoS com a tecnologia atual.
q Desenvolvimentos incluem Serviços Diferenciados, e Serviços Integrados.
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Serviços integrados X diferenciados
q Serviços Integrados • Baseado em protocolo de sinalização: RSVP
• Permite efetuar reserva de recursos fim-a-fim para garantir a QoS de um dado fluxo, no momento em que o fluxo é criado.
q Serviços Diferenciados • Não utiliza protocolo de sinalização.
• Utiliza um esquema de priorização de recursos baseado em SLA (Service Level Agreement) previamente configurados.
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Differentiated Services - Diffserv Serviços diferenciados
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Serviços diferenciados Abordagem:
q Apenas funções simples no interior da rede, e funções relativamente complexas nos roteadores de borda (ou nos hosts).
q Não define classes de serviço. • Ao invés disso, fornece componentes
funcionais com os quais as classes de serviço podem ser construídas.
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Funções de borda q Executados num computador com funções de DS (serviços
diferenciados), ou no primeiro roteador com funções de DS.
q Classificação: o nó de borda marca os pacotes de acordo com regras de classificação a serem especificadas (manualmente pelo administrador ou por algum protocolo de sinalização).
q Condicionamento de Tráfego: o nó de borda pode atrasar e então enviar, ou pode descartar.
roteador de borda: classificação condicionamento roteador central:
envio
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PHB Per-Hop-Behavior q Envio ocorre de acordo com PHB - Per-Hop-
Behavior (comportamento por salto) especificado para aquela classe em particular • Este PHB baseia-se estritamente na marcação de classe.
• Nenhum outro campo do cabeçalho pode ser usado para
influenciar o PHB. (exercício) q GRANDE VANTAGEM:
Não há necessidade de manter informação de estado nos roteadores.
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Serviços diferenciados (DiffServ) q QoS na Internet para agregações de fluxos. q Resumindo:
• Sem estado para cada fluxo de dados.
• Sem sinalização para cada nó.
q Utiliza um “Campo DS” nos headers dos datagramas • Pacotes são marcados para receber serviços diferenciados
nos “Domínios DS”.
• Campo TOS do IPv4 ou Traffic Class do IPv6.
• Identifica o PHB (Per-Hop Behavior)
• Valores DS são chamados de DSCP - DiffServ Code Point.
(Como veremos em seguida…)
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Classificação e condicionamento (1) q Datagrama é rotulado usando:
• Campo TOS (Type of Service - TOS) no IPv4.
• Campo “Classe de Tráfego” no IPv6.
q 6 bits usados para o Código de Serviços Diferenciados ou DSCP - Differentiated Service Code Point:
• DSCP determina qual o PHB que o pacote receberá.
q 2 bits são atualmente reservados para uso futuro.
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Version IHL Type of service Total length
Identification
Time to live Protocol
Fragment offset
Header checksum
Source address
Destination address
Options (0 or more words)
D F
M F
32 Bits
TOS no IP
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q Pode ser desejável limitar a taxa de injeção de tráfego em alguma classe. • Usuário declara o perfil de tráfego (por exemplo taxa e
tamanho das rajadas).
q Tráfego é medido e ajustado se não estiver de acordo com o seu perfil.
Classificação e condicionamento
pacotes classificador marcador ajuste
corte
enviar
descartar
medidor
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Contratos e serviços q SLA: Service Level Agreement
• Contrato comercial bilateral. • Identifica perfil de tráfego
q Nível de Serviço: • “tratamento global de um determinado
subconjunto do tráfego de um usuário dentro de um Domínio DS, ou fim a fim”.
q PHBs + regras de policiamento = vários serviços.
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© Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian Domínios proporcionam serviços especificados no SLA aos seus clientes
SLA: Service Level Agreement
SLA SLA
SLA
SLA
SLA Domínio
Domínio Domínio
Fonte
Destino
Arquitetura de Serviços Diferenciados (Lógica)
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Condicionamento de tráfego (1) q Classificador:
• seleciona os pacotes dentro de um fluxo através do cabeçalho (BA e MF).
q Medidor: • mede o fluxo para verificar se está de acordo com o
perfil de tráfego contratado (SLA). q Marcador:
• grava determinado padrão de bits no codepoint (DSCP).
q Suavizador (shapping): • atrasa tráfego fora do perfil, para torná-lo dentro do
perfil.
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q Nem todos os quatro elementos precisam estar presentes em todos os nós de borda
Condicionamento de tráfego (2)
Pacotes
Classificador Marcador
Medidor
Suavizador/ Descartador
Condicionador
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Perguntas em aberto: q Como/quando/se o QoS irá funcionar em
uma Internet completamente heterogênea ? q Como se obtém QoS quando múltiplos
domínios administrativos de trânsito (backbones distintos) ?
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Sumário do tópico: q Características da Mídia na Internet. q Problemas e desafios. q Fluxo contínuo de áudio e vídeo armazenados. q Codificação de áudio e vídeo, PCM e MP3. q Controle de mídia com RTSP. q Aplicações interativas em tempo real. q Protocolos para transportar mídia: RTP, RTCP. q VoIP: H323 e SIP q QoS real na Internet Ipv4: serviços
diferenciados 63
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Apêndice: O QUE É O “ASTERISK”?
www.digium.com
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Conceitos Básicos q Asterisk é um grande projeto de código livre para
um PABX IP baseado em software (PABXIP).
q Provê todas as funcionalidades de um PABX tradicional, além de muitas outras, por um baixo custo. • Utilizando o Linux como sistema operacional
q Com o Asterisk um computador ou servidor transforma-se em um PABX Digital poderoso, de baixo custo e altamente flexível.
q O Asterisk permite integrar aparelhos telefônicos, computadores, centrais convencionais, intranets e a Internet em uma única plataforma de voz.
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COMO SURGIU ?
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História q Criado para atender às necessidades da Linux
Support Services, de Mark Spencer, recém-formado em Engenharia da Computação, em 1999.
q Em 2001, conhece Jim Dixon. • Criador do “Zapata” (hardware) de integração de telefonia.
q Nos anos seguintes, a Digium (Asterisk) teve taxa de 100% de crescimento.
q Em Agosto de 2006 com apenas 5 desenvolvedores e 350 colaboradores, recebeu seu primeiro aporte de capital externo: US$ 13.8 Milhões da Matrix Partners.
q ^ Kraeuter, Chris (August 9, 2006). "Digium Gets Funding From Matrix". Forbes. http://goo.gl/UsDcqa
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Asterisk - PABXIP
Comunicação Unificada
Funções especiais:
1. CallBack e WebCallBack;
2. PABX Virtual e WebPABXIP;
3. WebFax;
4. Senha VoIP;
5. Discadora Automática;
6. Marketing Voice;
7. Back0800;
8. Orelhão VoIP;
9. Integração com ERP;
10. URA
Funções básicas:
Ligar, receber, “puxar”, transferir, monitorar, esperar, music on-hold, áudio conferência, vídeo conferência, relatórios, etc...
UNESP - IBILCE - São José do Rio Preto Protocolos Multimídia na Internet
Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian 35
unesp - IBILCE - SJRP
© Prof. Dr. Adriano Mauro Cansian
Integração de mídias q Asterisk possui uma grande integração de mídias.
q Asterisk conversa nos protocolos IAX, SIP e H.323, porém devido ser um opensource muitos conversores de mídia foram especificamente projetados.