DENIS XAVIER OLIVEIRA CAMPOS

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
COORDENAÇÃO DE ENSINO DE GRADUAÇÃO EM
CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
UM ESTUDO SOBRE AS ARQUITETURAS DE
DISTRIBUIÇÃO DE CONTEUDO TELEVISIVO NA
INTERNET
DENIS XAVIER OLIVEIRA CAMPOS
CUIABÁ – MT
Ano 2006
2
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
COORDENAÇÃO DE ENSINO DE GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA
DA COMPUTAÇÃO
UM ESTUDO SOBRE AS ARQUITETURAS DE
DISTRIBUIÇÃO DE CONTEUDO TELEVISIVO NA
INTERNET
DENIS XAVIER OLIVEIRA CAMPOS
Orientador: Prof. MSc. NELCILENO VIRGÍLIO DE
SOUZA ARAÚJO
Monografia apresentada ao Departamento de
Ciência da Computação da Universidade
Federal de Mato Grosso, para obtenção do
Título
de
Bacharel
em
Ciência
da
Computação. Área de Concentração: Ciência
da Computação.
CUIABÁ – MT
Ano 2006
3
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
COORDENAÇÃO DE ENSINO DE GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA
DA COMPUTAÇÃO
CERTIFICADO DE APROVAÇÃO
Título: UM ESTUDO SOBRE AS ARQUITETURAS DE DISTRIBUIÇÃO DE
CONTEUDO TELEVISIVO NA INTERNET
Autor: DENIS XAVIER OLIVEIRA CAMPOS
Orientador: Prof. MSc. NELCILENO VIRGÍLIO DE SOUZA ARAÚJO
Aprovada em ___/___/______
Prof. MSc. Nelcileno Virgílio de Souza Araújo
ICET/DCC
(Orientador)
Profª. MSc. Luciana Correia Lima de Faria Borges
ICET/DCC
Profª. Maria Ellisa Pattaro
ICET/DCC
4
AGRADECIMENTOS
A minha família (pais e irmãos), que pela confiança e motivação, sempre
estiveram ao meu lado, acreditando em meus sonhos de buscar uma formação
profissional. E com mais absoluta certeza estarão ao meu lado, me motivando em novos
desafios.
Aos meus familiares (tios, tias, primos), que acompanharam de perto este meu
momento e souberam me apoiar, ajudar nos momentos de indecisão que querendo ou
não temos que encarar.
Ao Prof. Nelcileno Virgílio de Souza Araújo, braço amigo de todas as etapas
deste trabalho, mesmo quando já não mas lhe comprometia tal esforço.
Aos meus amigos e companheiros de batalha, os meus agradecimentos pela
amizade e por tudo que convivemos.
5
RESUMO
Este trabalho monográfico apresenta um estudo sobre a tecnologia de
transmissão de conteúdo televisivo sobre protocolo IP. Com o desenvolvimento das
arquiteturas de redes que utilizam o protocolo TCP/IP, utilizado em larga escala nas
redes atuais e na Internet, a demanda por esse tipo de serviço cresce a cada dia.
Uma abordagem conceitual da arquitetura de rede tornou-se necessária para se
entender: o funcionamento das redes multimídias como elas codificam o vídeo em sinal
digital, e as redes de distribuição de vídeo como o download-and-play, streaming, triple
play.
O estudo é concluído mostrando o funcionamento das novas redes convergentes,
tuas vantagens e desvantagens, redes como as CDNs e as redes de distribuição através
de múltiplos caminhos.
6
ABSTRACT
This work presents a study on the transmission technology of television contents
in IP protocol. The demand for development of networks architectures that apply the
TCP/IP protoco, used on a large scale in the current networks and Internet, is expanding
every day.
A conceptual approach of the network architecture is essential to understand: the
operation of multimedias networks, how it codifies video in digital sign, and the video
distribution networks as the download-and-play, streaming, triple play.
The study is concluded showing the operation of new convergent networks, its
advantages and disadvantages, networks as CDNs and distribution networks through
multiple paths.
7
SUMÁRIO
Lista de Figuras
9
Lista de Siglas e Abreviações
10
1. INTRODUÇÃO
12
1.1 Apresentação
12
1.2 Objetivos
13
1.2.1 Objetivos Gerais
13
1.2.2 Objetivos Específicos
14
1.3 Justificativa
14
1.4 Metodologia
14
1.5 Cronograma Proposto
15
2 REDES DE COMPUTADORES
17
2.1 Redes Multimídias
18
2.1.1 Compressão de Áudio e Vídeo
18
2.1.2 Compressão de vídeo na internet
19
2.2 Codificadores
3 FORMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE VÍDEO
20
22
3.1Cliente-Servidor: Download-And-Play
22
3.2 Cliente-Servidor: Streaming
23
3.2.1 Streaming através de um servidor web
25
3.2.2 Streaming através de um servidor de mídia
26
3.3 IP Multicast
28
3.4 Triple Play
32
4 ARQUITETURAS DE DISTRIBUIÇÃO DE CONTEÚDO
TELEVISIVO
37
8
4.1 Redes de Distribuição de Conteúdo Multimídia
37
4.2 Content Distribution Networks CDN
39
4.2.1 Content Service Networks
42
4.3. Distribuição de TV sobre IP através de múltiplos caminhos
44
4.4 Distribuição de TV Utilizando Ambientes Cooperativos
45
CONCLUSÃO
48
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
49
9
LISTA DE FIGURA
Figura 1: Arquitetura download-and-play (ALBUQUERQUE, 2005)….......................23
Figura 2: Rede de distribuição de streaming (NUNES, 2001) ...........................................25
Figura 3 Arquitetura de protocolo IP (NUNES, 2001)....................................................27
Figura 4: Funcionamento do IP unicast e do IP multicast (Gaspary, 1999)....................29
Figura 5: Indicador da entrega com difusão seletiva (ROCKENBACH, 1996)..............30
Figura 6: Comunicação tradicional para múltiplos hosts (ROCKENBACH, 1996).......31
Figura 7: Comunicação entre um grupo de hosts utilizando difusão seletiva
(ROCKENBACH, 1996).................................................................................................32
Figura 8: Modelo Huawei triple play (CARNEIRO, 2005)..........................................33
Figura 9: Camadas da tecnologia triple play (CARNEIRO)...........................................35
Figura 10: Pontos críticos na infra-estrutura da Internet (FORTE, 2004).......................38
Figura 11: Redirecionamento baseado em DNS (FORTE, 2004)...................................41
Figura 12: Redirecionamento baseado em modificação de conteúdo (FORTE, 2004)...42
Figura 13: Tecnologias incorporadas em uma CSN (FORTE, 2004)..............................43
Figura 14: Interdependência entre as redes que compõe a infra-estrutura da Internet
(FORTE, 2004)................................................................................................................45
10
Lista de Siglas e Abreviaturas
TVoIP
TV sobre IP
3P
Triple Play
P2P
Peer-to-Peer
TV
Televisão
CDNs
Rede de Distribuição de Conteúdo
3G
Terceira Geração
IP
Protocolo da Internet
HTTP
Hyper Text Transport Protoco
DRM
Digital Right Management
WAN
Wide Area Network
MAN
Metropolitan Area Network
LAN
Local Area Network
FTP
File Transfer Protocol
URL
Universal Resource Locator
RTP
Real Time Protocol
RTSP
Real Time Streaming Protocol
STB
Set Top Box
ADSL
Asymmetric Digital Subscriber Line
OPES
Open Pluggable Edge Services
IETF
Internet Engineering Task Force
11
ICAP
Content Adaptation Protocol
SOAP
Simple Object Access Protocol
RDF
Resource Description Framework
RML
Intermediary Rule Markup Language
ESI
Edge Side Includes
CC/PP
Composite Capability/Preference Profiles
1. INTRODUÇÃO
1.1 Apresentação
Os conteúdos televisivos tanto ao vivo, como sobre demanda, estão ganhando
cada vez mais espaço na Internet com a popularidade do serviço de banda larga. Esses
serviços por enquanto são privados e seu alcance ainda não é abrangente, mas já
existem iniciativas para impulsionar esse serviço aos usuários, contudo eles esbarram na
qualidade de serviço, que ainda atinge um nível insatisfatório. Com novas redes
convergentes surgindo a qualidade desse serviço vem melhorando, como é o caso das
redes multicast, e serviços como peer-to-peer, pseudo servidores e multi-caminhos.
A crescente evolução da Internet e da banda larga propiciou aos provedores de
serviço oferecerem aplicações multimídias mais robustas, tais como: transmissão de voz
e de vídeos, a realização de jogos 3d em tempo real, acesso a bibliotecas virtuais e
12
outros serviços quem demandam recursos cada vez mais exigentes. Por isso empresas
de telecomunicações estão investindo cada vez mais em infra-estrutura, como por
exemplo, trocando cabos metálicos por fibras óticas, para possibilitar uma maior largura
de banda de Internet.
O serviço de transmissão de voz já vem sendo muito utilizado na Internet, já
existe varias empresas que se especializaram nesse tipo de serviço como é o caso do
skype, MSN e outros. Esse tipo de serviço já vem sendo oferecido de boa qualidade, ,
muitas vez até já vem substituindo o telefone que tem seu custo maior do que por esse
tipo de serviço.
Já o serviço de transmissão de sinais de TV via Internet o IPTV, é ofertado de
modo inferior ao tradicional fornecido pelas emissoras de TV. Isto acontece devido a
ausência de uma arquitetura de transmissão de vídeo que ofereça qualidade satisfatória
para o usuário. Por conseqüência, busca por novos modelos de transmissão de vídeo tem
se tornado uma tônica nas operadoras de telecomunicação.
Seguindo esta tendência, as operadoras têm oferecido um novo serviço que
converge a transmissão de voz, vídeo e dados via Internet. Ele é comumente conhecido
como triple play, é mais um atrativo para os clientes dessas empresas, que terão uma
qualidade de serviço bem superior a de empresas que não prestam o mesmo tipo de
serviço.
Com a chegada do serviço de voz via redes de dados (VoIP), ouve uma
reviravolta nos serviços de telefonia, muitas empresas de telefonia bloquearam esse tipo
de serviço para os usuário, mais as empresas de VoIP evoluíram e prosperaram
passaram as oferecer serviços de voz com qualidade semelhante a das empresas de
telefonia. Da mesma forma que o serviço VoIP fez uma revolução no modelo de
negocio das empresas de telefonia espera que o serviço IPTV revolucione o serviço de
transmissão de conteúdo televisivo para seus usuário.
Novas abordagens vêm sendo feitas para resolver o problema de escalabilidade
da arquitetura IPTV comercial, procurando prover serviços com alcance global,
utilizando infra-estrura da Internet, ao invés de redes privadas. A idéia é utilizar
recursos ociosos da rede, de modo a formar um ambiente totalmente cooperativo.
13
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivos Gerais
O objetivo do trabalho é explorar arquiteturas de distribuição de canais de TV
em larga escala na Internet. Como também, abordar o estado da arte das tecnologias
atuais, descrevendo em detalhes soluções baseadas em multicast em nível de aplicação,
redes de distribuição de conteúdo (CDNs), Pseudoserving, Peer-to-Peer (P2P) e Multipath.
Iremos abordar as vantagens dos conteúdos televisivos para os usuários do IPVT.
Trazendo o que já se vem sendo feito para essas programações, e mostrar as idéias
televisivas para o futuro dessa nova tecnologia.
1.2.2 Objetivos Específicos

Descrever o modo de funcionamento de um serviço IPTV.

Apresentar como o serviço IPTV esta sendo oferecido pelas empresas.

Apresentar as principais arquiteturas de distribuição de conteúdo televisivo.

Diagnosticar quais os principais desafios para sua implementação.
1.3 Justificativa
Com a evolução das redes de computadores, aumentou-se a largura de banda das
operadoras de telefonia, com isso deu espaço para aparecimento de novas tecnologias,
tais como a TVIP, que será mais uma grande revolução no mundo das
telecomunicações. Imagine assistir em tempo real a programações televisivas,
workshops, e até quem sabe, vídeo-aula. Isto tudo sobre o mesmo acesso à Internet.
Mesmo com tantas vantagens essa nova TV ainda não tem as mesmas
qualidades de transmissão de uma tv analógica. Através desse trabalho podemos expor
14
as melhores arquiteturas de rede para a conexão de IPTV (P2P, CDNS e 3 player)
chegar com maior qualidade de imagens aos usuários. Vamos abordar problemas nas
áreas de IPTV e expor soluções para esses problemas e trazer novas idéias para essa TV
que surge na Internet.
1.4 Metodologia
O trabalho será desenvolvido a partir de pesquisa bibliográfica, através de
método dedutivo, utilizando sites, artigos científicos, tutoriais e livros periódicos, entre
outros, como fonte de levantamento de dados e mostrando as tecnologias atuais e as
tendências futuras para essa nova tecnologia. A principal fonte de estudo para essa
monografia será dos autores Célio Albuquerque, Tiago Proença, Etienne Oliveira e
Jorge Silveira.
1.5 Cronograma Proposto
Exemplo:
Etapas
Junho
1 2 3 4 1
Etapa 1
Etapa 2
Etapa 3
Etapa 4
Etapa 5
Etapa 6
Etapa 7
Etapa 8
Etapa 9
Etapa 10
Etapa 1 – Pesquisa bibliográfica
Etapa 2 – Levantamento de dados
Meses/Semanas
Julho
Agosto
2 3 4 1 2 3 4
Setembro
1 2 3
15
Etapa 3 – Entrega do projeto de monografia
Etapa 4 – Apresentação do projeto de monografia
Etapa 5 – Pesquisar o que as empresas de IPTV vem oferecendo os uuários
Etapa 6 - Pesquisar as melhores arquiteturas de rede para IPTV
Etapa 7 – Estudar as necessidades para se ter uma obter uma IPTV
Etapa 8 - Levantar vantagens e desvantagens sobre a tecnologia IPTV
Etapa 9 – Entrega da monografia
Etapa 10 – Defesa da monografia
16
2 REDES DE COMPUTADORES
Há muitos anos atrás, no início da história dos computadores, os sistemas
eram fortemente centralizados e geralmente havia poucos computadores em um
determinado local específico, salve exceções como, universidades, centros de
pesquisas ou empresas de grande porte, que possuíam um número maior de
computadores. Com o tempo os computadores foram se popularizando, pois o
custo de informatização foi diminuindo bastante e não era mais necessário manter
tudo centralizado em um só computador e sim termos vários computadores
interligados através de uma rede, compartilhando tarefas e serviços necessários a
todo o ambiente computacional envolvido (PROENÇA, 2003).
As redes de computadores foram criadas pela necessidade de trocar
informações entre os diversos segmentos da sociedade em geral; tecnológicos,
empresariais, sociais, educacionais, entre outros. Hoje, praticamente é impossível
pensar em um determinado lugar com vários computadores sem que eles estejam
interligados entre si.
17
Quando falamos de troca de informações e redes de computadores, não
devemos, apenas, falar da troca de arquivos ou meros documentos de um escritório,
como consultas de um consultório médico, mas no crescimento constante de
tecnologias na área de redes, que nos permite também compartilhar impressoras,
drivers, cd-rooms, áudio, vídeo e tantas outras aplicações que, antes do advento das
redes não era possível e que hoje, beneficia milhares de pessoas(PROENÇA, 2003)
.
As redes de computadores podem ser classificadas quanto à sua extensão
geográfica e as mais conhecidas são:

WAN (Wide Area Network) - Redes geograficamente distribuídas. É uma rede de
computadores que abrange uma grande área geográfica.

MAN (Metropolitan Area Network) - Redes de área metropolitana. É uma rede
que abrange uma cidade.

LAN (Local Area Network) - É um sistema que interliga computadores em uma
área de alcance bastante restrita. Em geral limita-se a prédios ou até mesmo
prédios próximos. As LAN’s possuem diferentes tecnologias de interconexão
tais como FDDI, Token Ring e a mais utilizada atualmente conhecida por
Ethernet
2.1
Redes Multimídias
Atualmente, em todos setores da sociedade há uma crescente necessidade de
informação. Essas necessidades aliadas aos avanços tecnológicos na área de redes de
comunicação fizeram alavancar o desenvolvimento dos sistemas distribuídos. Tais
sistemas são compostos por partes geograficamente ou funcionalmente separadas, que
se utiliza de um meio de comunicação para a troca de informação (KUROSE, 2003)
18
Como outra conseqüência da necessidade de informação da sociedade atual,
intensificou-se as pesquisas no sentido de tornar mais eficiente a apresentação da
mesma. Neste contexto, a multimídia emerge como um campo fértil para pesquisas,
cujo objetivo principal é a manipulação eficiente dos diversos tipos de mídia (vídeo,
áudio, texto, gráficos) enriquecendo assim o conteúdo da informação.
A combinação de multimídia e sistemas distribuídos propicia o desenvolvimento
de aplicações sofisticadas, tais como: videoconferência, vídeo sob demanda, ensino á
distância, monitoramento médico remoto, etc. Porém, esta combinação torna o sistema
como um todo bem mais complexo. A complexidade de tais sistemas leva o projetista a
trabalhar de acordo com um processo de design, que envolve as etapas de captura de
requisitos, especificação do sistema, implementação e realização.
2.1.1 Compressão de Áudio e Vídeo
Antes que áudio e vídeo possam ser transmitidos por uma rede de computadores,
eles devem ser digitalizados e comprimidos. A necessidade de digitalização é óbvia:
redes de computadores transmitem em bits; portanto, toda informação transmitida deve
ser representada como uma seqüência de bits. A compressão é importante porque áudio
e vídeo não comprimidos consomem uma quantidade extraordinária de capacidade de
armazenamento e de largura de banda; remover as redundâncias inerentes aos sinais
digitalizados de áudio e vídeo pode reduzir, em muitas vezes, a quantidade de dados que
precisa ser armazenada e transmitida. Como exemplo, sem compressão, uma única
imagem constituída de 1.024 x 1.024 pixels, com cada pixel codificado em 24 bits – 8
bits para cada um das cores vermelha, verde e azul 0, exige 3 Mbytes de
armazenamento. Levaria 7 minutos para enviar essa imagem por um enlace de 64 kps.
Se a imagem for comprimida na modesta razão de compressão de 10:1, a necessidade de
19
armazenamento será reduzida para 300 kbytes e tempo de transmissão também
diminuirá por fator de 10 (KUROSE, 2003, p. 448).
2.1.2 Compressão de vídeo na Internet
Um vídeo é uma seqüência de imagens que normalmente são apresentadas a uma
taxa constante; por exemplo, 24 ou 30 imagens por segundo. Uma imagem não
comprimida, codificada digitalmente, é constituída de um conjunto de pixels, e cada
pixel é codificado por um numero de bits para representar luminância e cor. Há dois
tipos de redundância em vídeo, e ambos podem ser explorados para compressão.
Redundância espacial é a redundância dentro de uma dada imagem. Por exemplo, uma
imagem cuja maior parte é constituída de espaço em branco pode ser comprimida
eficientemente. Redundância temporal reflete a repetição de imagens subseqüentes. Se,
por exemplo, uma imagem e a imagem subseqüente forem exatamente a mesma, não
haverá razão para codificar novamente a imagem subseqüente; será mais eficiente
simplesmente indicar, durante a codificação, que a imagem subseqüente é exatamente a
mesma (KUROSE, 2003, p. 448).
2.2 Codificadores
Os codificadores e decodificadores, comumente denominados codecs, são
dispositivos que permitem reduzir a largura de banda para a transmissão de dados
utilizando técnicas de compressão. Estas técnicas de compressão devem para isso operar
em tempo real, devido a características do próprio serviço, como a comunicação
interativa. A compressão de sinais é baseada em técnicas de processamento que
eliminam informação redundante, ou mesmo desnecessária. A codificação é importante
para que diminuir o tamanho das mídias, e assim trafegarem com maior velocidade nas
redes de computadores. Na compressão pode haver ou não perda de informação
dependendo principalmente do método utilizado [Rosenberg, 2001].
20
Existem várias entidades responsáveis por normalizar codificadores de áudio e
vídeo, tais como a International Telecommunication Union (ITU), Telecommunication
Industries Association (TIA) e United States Federal Standards (USFS). Para codificar o
sinal áudio em tempo real alguns dos codificadores mais conhecidos são ITU-T G.711,
ITU-T G.722, ITU-T G.726, ITU-T G.723, ITU-T G.728, ITU-T G.729, CELP, GSM e
MPEG-Audio e para a codificação de vídeo em tempo real os codificadores H.261,
H.262, H.263 e JPEG [ROSENBERG, 2001].
O padrão formato padrão utilizado na Internet para reprodução de mídia é o
MPEG 3. O MPEG 3 foi um dos primeiros tipos de arquivos a comprimir áudio com
perda de dados, com eficiência, de forma quase imperceptível ao ouvido humano. Esta é
medida em Kb/s (kilobits por segundo), sendo 128 Kb/s a qualidade padrão, na qual a
redução do tamanho do arquivo é de cerca de 90%, ou por outras palavras, a uma razão
de 10:1 (10 para 1 do original).
O método de compressão se baseia em estudos sobre psico-acústica.Basicamente
ele retira da música coisas que o ouvido humano não conseguiria perceber devido a
fenômenos de mascaramento de sons e limitações da audição humana.
O sistema empregado pelo MPEG 3 também possibilita transmissões por
streaming, onde o arquivo pode ser interpretado na medida em que é feito o download
(não é necessário que o arquivo chegue inteiro para iniciar a reprodução)
[ROSENBERG, 2001].
21
3 FORMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE VÍDEO
A distribuição de conteúdo televisivo na internet é um fenômeno recente, mesmo
assim vários usuários já dispõem desse tipo de serviço. Devido a facilidade de expor
vídeos na internet, emissoras de televisão de pequeno porte, se desfrutam dessa
facilidade para expor tuas programações aos teus usuários (ALBUQUERQUE, 2005).
Nesta seção tem o objetivo de apresentar as tecnologias atuais e algumas das
limitações existentes nestas tecnologias. Serão apresentadas as arquiteturas para
distribuição de vídeo Donwload-and-play, streaming e IP Mulicast.
3.1Cliente-Servidor: Download-And-Play
22
Arquiteturas Download-and-play possibilitam o envio de arquivos multimídia
sob demanda, normalmente através dos protocolos http e ftp ou através de redes Peerto-peer (P2P). O envio de arquivos de áudio e vídeo é tratado com a mesma
simplicidade que se envia, por exemplo, arquivos de texto ou imagens, ou seja, essas
aplicações não requerem características especiais em relação ao atraso na rede e à
variação dos atrasos. Fica, então, a cargo do protocolo controlar apenas as perdas
ocasionais e efetuar as solicitações de retransmissão (ALBUQUERQUE, 2005, p 8).
O processo de download de um arquivo multimídia deve ser concluído antes que
o mesmo possa ser visualizado, logo o atraso inserido neste processo varia de acordo
com o tamanho do arquivo solicitado.
No momento da reprodução do arquivo, o usuário passar a ter controle completo,
podendo parar ou pausar a reprodução e retroceder ou avançar até uma determinada
parte. A Figura 1 apresenta a arquitetura Cliente-Servidor: Download-and-play.
Figura 1: Arquitetura Download-and-play (ALBUQUERQUE, 2005).
3.2 Cliente-Servidor: Streaming
Até há pouco tempo, para se ter acesso a dados áudio e vídeo na Internet tinha de
se fazer primeiro o download completo do arquivo de mídia, para posteriormente o
reproduzir localmente, no que é vulgarmente designado download-and-play. Contudo,
como que os arquivos de mídia são normalmente muito grandes, os únicos conteúdos
encontrados na Internet eram clips com poucas dezenas de segundos, que mesmo assim
levavam minutos a descarregar (OLIVEIRA, 2005).
23
Por este motivo, surgiu a necessidade de encontrar uma forma de fazer a
representação dos dados multimídias à medida que eles iam chegando. O conceito de
streaming resulta desta necessidade, sendo basicamente um método para o envio de
dados numa rede, por forma a que estes possam ser vistos em tempo real.
Os streams podem ser gerados por uma fonte ao vivo como, por exemplo, uma
câmara de vídeo, uma estação de rádio, ou por um servidor de vídeo. Com
acontecimentos ao vivo, os streams funcionam aproximadamente como uma versão
web de uma televisão ou rádio, podendo os utilizadores ligá-lo, desligá - lo ou mudar
de canal. (Quando se está a fazer a representação (streaming) de um filme
armazenado num disco), os utilizadores podem ter acesso ao conteúdo completo,
podendo avançar ou retroceder na representação do mesmo.
Devemos distinguir a distribuição dos dados em multicast da distribuição em
unicast, pois apresentam diferenças no modo como o utilizador pode controlar a
apresentação.

Em unicast, os streams são enviados entre servidor e cliente, podendo o
cliente controlar a representação dos dados. A aplicação cliente pode
enviar os comandos do utilizador para o servidor, para que este faça as
devidas alterações no stream enviado. Exemplos de comandos são o play,
pause, stop, avançar, retroceder ou mesmo gravar.

Em multicast, os streams são enviados diretamente para um endereço de
grupo (um endereço IP Multicast), sendo recebidos pelos computadores
clientes sem que cada um individualmente tenha a possibilidade de
controlar o streaming, mas podendo estabelecer-se alguma forma de
controle.
Para a adequação entre diferentes distribuições existem elementos na rede que
são denominados de refletores. A Figura 2 (Apple) exemplifica uma distribuição ao vivo
de um stream, em que são utilizados dois refletores. O primeiro refletor, denominado de
refletor multicast, faz a adequação entre o meio Broadcast de uma LAN e o Mbone. O
segundo refletor (refletor unicast) é um elemento opcional, apenas sendo utilizado
quando existirem terminais que não possam aceder diretamente ao MBone. Esta
situação pode ocorrer sempre que um terminal não estiver coberto por um router
24
multicast, ou quando uma aplicação cliente não estiver preparada para ser um receptor
multicast, utilizando o IGMP para fazer a adesão e abandono de um grupo (OLIVEIRA,
2005).
Figura 2: Rede de distribuição de streaming (NUNES, 2001).
À medida que o streaming de áudio e vídeo se tornou mais popular, sugiram dois
métodos de implementá-lo. Uma das soluções sustenta-se nos convencionais servidores
web (web server) para fornecimento dos dados aos clientes. A outra solução utiliza
um servidor específico para os dados multimídia (mídia server) para executar a mesma
função (NUNES, 2001).
3.2.1 Streaming Através De Um Servidor Web
A utilização do streaming através de um web server é um pequeno passo
evolutivo em relação ao método download-and-play, encontrando-se a maior diferença
ao nível do servidor. Os dados áudio e vídeo começam por ser comprimidos e
25
multiplexados formando um único arquivo de mídia, em que o nível de compressão
depende da largura de banda da transmissão. Se existirem diferentes clientes que
tenham diferentes velocidades de acesso, então existirá um arquivo para cada uma
dessas velocidades (NUNES, 2001).
Depois de criado, o arquivo é colocado num determinado diretório de um web
server, sendo referenciado através de uma URL de uma página web, em que o cliente é
questionado sobre largura de banda da ligação que detém. A página web lança a
aplicação cliente de mídia, que se encarregará de apresentar o arquivo de mídia à
medida que este vai chegando (através de um download convencional) e depois de um
buffering inicial de alguns segundos. Este buffering permite à aplicação cliente
continuar a apresentação em períodos de congestionamento da rede.
O streaming através de um servidor web utiliza o protocolo HTTP em cima do
TCP, o que desde logo impossibilita este método de funcionar em IP multicast. Este
método tem ainda a característica de deixar uma cópia no disco do cliente, o que em
termos de direitos de autor pode implicar a necessidade de proteger o arquivo com
mecanismos de proteção.
3.2.2 Streaming Através de um Servidor de Mídia
Com o streaming mídia server, os passos iniciais são semelhantes, com a
exceção de que os dados são copiados para um mídia server em vez do anterior web
server. O restante processo difere bastante do anterior dado que o servidor de mídia e o
cliente permanece em contacto um com o outro durante a totalidade do processo de
apresentação. Os dados são por isso ativa e inteligentemente enviados para o cliente,
significando isto que o servidor entrega os dados ao ritmo exato que o cliente necessita
para representá-los, consoante o nível de compressão dos streams de áudio e vídeo
(NUNES, 2001).
Este processo, apesar de poder ser também baseado no HTTP/TCP, utiliza
habitualmente o Real Time Protocol (RTP) para transportar o streaming de dados e o
protocolo Real Time Streaming Protocol (RTSP) para a comunicação entre o cliente e o
servidor, permitindo a troca de informação sobre os comandos de apresentação. Esta
arquitetura de protocolos pode ser vista na Figura 3.
26
Figura 3: Arquitetura de protocolo IP (NUNES, 2001).
Apesar deste método ter sido desenhado especificamente para permitir a
entrega de dados de mídia ao vivo, os servidores de mídia apresentam várias
vantagens sobre os web servers.
Uma das vantagens tem a ver com uma melhor qualidade na representação do
áudio e vídeo, como conseqüência do permanente contacto entre servidor e cliente,
permitindo que o servidor se adapte dinamicamente à largura de banda existente na
rede, utilizando para tal o RTCP para diagnosticar a qualidade de recepção. Numa
solução web server isto não é possível dado que o servidor não tem informação da
parte do cliente sobre a qualidade de recepção.
Outra vantagem, esta agora utilizada fundamentalmente em tráfego unicast, tem
a ver com a possibilidade que os utilizadores têm de controlar a apresentação,
através dos comandos play, pause, etc. Em contrapartida, numa solução web
server apesar de também ser possível comandar a apresentação, isto obriga a
constantes rebufferings com os respectivos atrasos indesejáveis (NUNES, 2001).
A solução mídia server apresenta ainda a vantagem de maior escalabilidade
em relação ao número de utilizadores e em relação ao tamanho dos arquivos de
mídia, que são em geral muito maiores que os tradicionais arquivos em HTML.O
elevado número
de
utilizadores
simultâneos
acontece
frequentemente
em
apresentações ao vivo, podendo ser resolvido com a utilização do multicast com a
conseqüente redução drástica da largura de banda necessária. Para, a l é m d i s s o ,
dado que os arquivos de mídia têm tamanhos muito maiores que os de HTML torna-
27
se necessária uma aplicação que os saiba gerir de forma correta otimizando a forma
como os arquivos de mídia são lidos do disco, guardados na memória e enviados para
a rede. Assim, só uma aplicação servidora especializada será capaz de assegurar estas
funções.
Uma vantagem adicional tem a ver com os direitos de autor que ficam
salvaguardados se o utilizador não puder guardar cópias dos dados, como acontece com
o streaming através de um mídia server.
3.3 IP Multicast
Muitas tecnologias em hardware de rede local contêm mecanismos para enviar
quadros para múltiplos destinos na rede simultaneamente. A forma mais comum para
transmissão para múltiplos pontos é denominada broadcast (difusão). Em transmissões
por difusão, uma cópia do quadro é enviada para todos os nodos da rede, utilizando
tecnologias próprias de cada rede local (ROCKENBACH, 1996).
Outra forma de transmissão existente para transmissão para múltiplos pontos é o
multicast (difusão seletiva). Diferente do uso de broadcast, com multicast se permite
que cada máquina escolha se deseja participar de uma transmissão. Tipicamente, estão
reservados dentro de cada tecnologia de hardware um grande conjunto de endereços
para uso com difusão seletiva. Quando um grupo de máquinas deseja se comunicar, elas
escolhem um endereço multicast para utilizarem para a sua comunicação. As interfaces
de rede são configuradas para reconhecer o endereço selecionado, e todas as máquinas
pertencentes ao grupo passam a receber uma cópia de cada quadro enviado para o
endereço multicast.
O endereçamento multicast pode ser visto como uma generalização de todas as
outras formas de endereçamento. Pode-se pensar, por exemplo, que a forma de
endereçamento convencional unicast é um endereçamento multicast onde apenas uma
máquina participa do grupo e, de forma similar, que o endereçamento broadcast é uma
forma de endereçamento multicast onde todas as máquinas são membros do grupo
multicast.
28
Assim como difusão seletiva em hardware de rede local, existe difusão seletiva
para a camada IP da arquitetura Internet TCP/IP. A forma de endereçamento multicast
IP é uma abstração do multicast em hardware, ela permite que um datagrama IP seja
transmitido para um conjunto de máquinas que formam um grupo multicast identificado
por um endereço IP único. Os grupos multicast são formados por um conjunto de zero
ou mais estações, que podem estar espalhadas ao longo de redes físicas separadas. A
entrega de um datagrama multicast é realizada com as mesmas características de
confiabilidade dos datagramas unicast regulares IP, o que significa que não há garantia
contra perda, atraso, duplicação ou desordenação para nenhum dos membros do grupo.
Os membros de um grupo multicast IP são dinâmicos: estações podem entram
ou deixar grupos a qualquer momento. Não existem restrições para o número de
membros de um grupo, e uma estação pode participar de mais de um grupo
simultaneamente, assim como pode enviar datagramas a um grupo mesmo sem
pertencer a ele.
Existem grupos que possuem um endereço conhecido, fixo, denominados grupos
permanentes. Mas apenas o endereço é permanente: os membros deste grupo não são
fixos, e num dado momento um grupo permanente pode ter qualquer número de
membros, inclusive nenhum. Os endereços multicast IP que não são reservados para
nenhum grupo permanente estão disponíveis para atribuição dinâmica de grupos
temporários que existem somente enquanto possuem membros, denominados grupos
transientes. Estes grupos são criados quando são necessários, e eliminados quando o
número de membros chega a zero (ROCKENBACH, 1996).
Pode ser utilizada difusão seletiva em uma rede física simples ou através de uma
internet. Neste último caso, que é onde se enquadra o MBone, os datagramas são
transmitidos por gateways multicast especiais denominados roteadores multicast, ou
mrouters. Uma estação transmite um datagrama multicast como um multicast de rede
local, que atingirá todos os membros do grupo pertencentes a rede local. Se o datagrama
possuir um IP time-to-live (correspondente ao campo time-to-live do datagrama IP)
maior que um, o roteador multicast ligado a rede transmite o pacote para todas as outras
redes que possuem membros do grupo, desde que sejam atingíveis dentro do seu timeto-live. Os roteadores multicast pertencentes as redes destinos completam a entrega,
transmitindo o datagrama como multicast local.Um exemplo é mostrado na Figura 4.
29
Figura 4: Funcionamento do IP unicast e do IP multicast (Gaspary, 1999).
Assim como na difusão seletiva em hardware, o multicast IP utiliza o endereço
destino do datagrama para indicar entrega com difusão seletiva. Utiliza a classe D de
endereçamento IP, conforme a Figura 5:
Figura 5: Indicador da entrega com difusão seletiva (ROCKENBACH, 1996).
Os primeiros quatro bits do endereço contêm o valor "1110" e identificam o
endereço como multicast Os vinte e oito bits seguintes indicam um grupo multicast
específico. Expressados na notação decimal pontual, os endereços multicast IP variam
entre 224.0.0.0 e 239.255.255.255. O endereço 224.0.0.0 é reservado, não podendo ser
atribuído para nenhum grupo (ROCKENBACH, 1996).
Uma estação, para participar de multicast IP em uma rede local, deve possuir um
software que permita enviar e receber datagramas multicast. Para participar de um
30
grupo multicast que atravesse várias redes, a estação deve informar o roteador multicast
local. Os roteadores locais contactam outros roteadores multicast, passando a
informação de associação a um grupo e estabelecendo rotas.
As estações e roteadores multicast comunicam informações de associações em
grupos utilizando o protocolo Internet Group Management Protocol (IGMP).
3.3.1 Vantagens Obtidas com o Uso de Multicast
Em comunicações tradicionais envolvendo vários sites simultaneamente, para
cada pacote do host de origem é feita uma replicação para o número de hosts destinos, e
cada pacote é enviado para seu destino separadamente. Este modelo impõe uma
limitação no número de máquinas que poderiam estar envolvidas na comunicação, pois
o tráfego gerado na rede e as necessidades computacionais do host de origem, que gera
cópias de cada pacote, aumentam linearmente com o número de hosts destinos
envolvidos (ROCKENBACH, 1996).
A Figura 6 exemplifica uma transmissão tradicional. No exemplo, um pacote
deve ser enviado para os hosts destinos A, B e C. Ele é replicado no host de origem e
três cópias são enviadas, consumindo maior desempenho no host X e maior largura de
banda na rede, mesmo que alguns dos segmentos de rede sejam comuns aos três.
Figura 6 - Comunicação tradicional para múltiplos hosts (ROCKENBACH, 1996).
Existem, porém, tecnologias que tratam estas limitações, sendo chamadas
soluções escalares de rede. O uso do multicast IP é uma destas soluções. Utilizando
31
multicast, apenas uma cópia de cada pacote é enviada por linha, sendo copiada apenas
quando houver um braço na árvore lógica dos destinos. A utilização de difusão seletiva
fornece um ganho de processamento de CPU e largura de banda quando vários sites
estão envolvidos simultaneamente, conforme Figura 7.
Figura 7 - Comunicação entre um grupo de hosts utilizando difusão seletiva
(ROCKENBACH, 1996).
Na figura, o host X não mais replica os datagramas para cada host destino,
participante do grupo Z, no exemplo A, B e C, enviando apenas uma cópia com
endereço do grupo. O tráfego sobre o enlace L1 permanece sempre mesmo,
independente do número de participantes do grupo. O datagrama será replicado apenas
quando houver destinos com diferentes destinos, sendo replicado no último roteador
multicast comum aos dois caminhos. Na figura, os roteadores multicast que são
responsáveis por replicar os datagramas estão representados por R1 e R2 como afirma
Rockenbach (1996).
3.4 Triple Play
Triple Play é uma tecnologia que veio para incrementar o canal de acesso
ADSL para Internet. O Triple Play permite a utilização de voz (telefonia IP), vídeo
(sinal de TV sob demanda - VOD) e acesso à Internet rápido, através do meio comum
de acesso ADSL. Dessa forma a implementação do Triple Play representará o fim do
interurbano, com a utilização do
VoIP,
vídeo
sobre demanda, possibilitando a
programação dos eventos TV da forma que desejar, e por último, acesso a Internet
32
em alta velocidade que deixa de ser uma atração à parte passa a ser uma opção a
mais, mas fundamental para a prática dos demais serviços, como afirma Souza (2005)
Uma vantagem notável nesta inovação é que em termos de manutenção enquanto
serviços separados exigem três especialidades de técnicos, ou seja, um técnico para cada
serviço, sobretudo com esta convergência para um mesmo canal, o meio físico será
único e a especialidade técnica também (CARNEIRO, 2005).
Na Figura 8 iremos visualizar uma forma de arquitetura que torna possível a
aplicação da tecnologia Triple Play: Esta solução foi desenvolvida pela Huawei,
empresa chinesa que busca soluções em telecomunicações para operadoras do mundo
inteiro.
Figura 8 – Modelo Huawei Triple Play (CARNEIRO, 2005).
Esta figura representa dois ambientes distintos que utilizam o Triple Play, um
ambiente ligado direto ao DSLAN e outro utilizando dois DSLANS, um para captar o
sinal cliente e enviar para a central, geralmente utilizado devido a distância do cliente
até o DSLAN central. Nos ambiente existem ilustrado três serviços:

Telefone

Internet

TV
33
O telefone está ligado a um filtro, responsável pela separação dos sinais de
voz e dados, que está ligado a um concentrador.
A Internet (computador) está ligado direto no concentrador.
A TV está ligada em um equipamento chamado STB (se top box), responsável
por converter em imagens de televisão os sinais transportados pela internet. O STB
também está ligado ao concentrador, que é um hub ou um switch, responsável por ligar
todos estes equipamentos ao modem.
O modem por sua vez fica responsável por estabelecer uma conexão direta com
o DSLAM, possibilitando o acesso a provedores que provêem os serviços suportados
pelo Triple Play.
As operadoras de telefonia (as principais interessadas nesta tecnologia), já
possuem suas redes ADSL projetadas em toda área de concessão, o que teoricamente já
tornam preparadas para prestarem outros serviços. Mas não é bem assim, se hoje
algumas empresas estruturam o “up- link” na proporção de 30 acessos ADSL para cada
1Mbps, esta conta deverá contabilizar no mínimo aproximadamente 4Mbps, e no
máximo a capacidade do modem ADSL padrão que chega cerca de 8Mbps, por acesso
ou cliente, o que gera um alto investimento e conseqüentemente um produto final com
alto preço, como afirma Souza (2005) .
Em se tratando de mudanças na arquitetura do ADSL para a implementação do
Triple Play, não haverá grandes transformações, ou seja, a planta ADSL está projetada e
bem distribuída para atender os mais diferentes locais respeitando os pontos de
concessões das empresas. Elas terão que reestruturar a capacidade e a qualidade de
transmissão para atender com segurança de qualidade os clientes que aderir à nova
tecnologia. A Figura 9 representa as camadas que compõe a nova tecnologia e aponta
as principais mudanças:
34
Figura 9 – Camadas da tecnologia Triple Play (CARNEIRO, 2005).
Percebemos que num primeiro momento as mudanças não são bastante notáveis,
mas o que realmente as empresas devem ampliar em suas estruturas para a chegada do
Triple Play.
Apesar de pequenas, as mudanças propostas para suportar o Triple Play terão um
custo altíssimo. Os pontos de gargalo (Link de acesso), devem sofrer um grande
aumento em suas capacidades para suportar serviços de voz e vídeo que são muito
sensíveis à atraso e perda de pacotes entre outros problemas sobre o qual está submetido
(CARNEIRO, 2005).
Para manter uma boa qualidade na transmissão dos pacotes ao ponto que não
haja falha nas imagens de TV, falha na transmissão de voz, foi desenvolvida uma
aplicação que controla o tráfego de pacotes com prioridade, ou seja, o usuário escolhe
qual a sua prioridade em relação ao vídeo, voz e Internet, quando utilizado em um
mesmo instante. Mesmo porque é impossível convencer os clientes tradicionais a
trocarem seus equipamentos de TV e telefone por outra solução que não tenha a mesma
qualidade. Então se manter a prioridade vídeo, voz e Internet simultaneamente, o
35
usuário assiste televisão, fala ao telefone e utiliza a internet ao mesmo tempo,
prejudicando um pouco o tráfego de dados o que não causa grande impacto na
qualidade da transmissão como no caso da TV e voz.
36
4. ARQUITETURAS
TELEVISIVO
DE
DISTRIBUIÇÃO
DE
CONTEÚDO
Ainda não se tem propostas para que o IP multicast entre em funcionamento em
escala de milhões de nós, como seria necessário para que o funcionamento da IPTV em
larga escala. . Embora exista expectativa para distribuição comercial de canais de TV
através da Internet e baseada na tecnologia IP multicast, devido aos problemas
existentes de escalabilidade do IP multicast nos roteadores, a utilização desta proposta é
ainda muito limitada (SIRQUEIRA, 2002).
Assim, nesta seção serão abordadas as propostas emergentes para distribuição de
vídeo em ambiente cooperativo, visando explorar as tecnologias em multicast em nível
de aplicação como redes de distribuição de conteúdo, multi-caminhos, pseudoservidores e peer-to-peer. Serão destacadas as vantagens e limitações de cada uma das
propostas .
4.1 Redes de Distribuição de Conteúdo Multimídia
Na última década houve um crescimento exponencial da Internet principalmente
em relação ao serviço Web. A grande facilidade de acesso ao conteúdo, através de uma
única e simples interface (browser), aliada a um número cada vez maior de meios de
conexão resultou no crescimento, em número de usuários, de aproximadamente 3600%
no período de dezembro de 1995 a maio de 2002 .
Apesar da diminuição da taxa de crescimento de usuários nos últimos anos, o
aumento na utilização de recursos multimídia com fluxo contínuo de áudio e vídeo, o
crescimento do comércio eletrônico e o aumento do fluxo de informações causado pela
globalização, tudo isso acompanhado pelos novos meios de acesso (banda larga),
geraram na infra-estrutura da Internet os pontos críticos apresentados na Figura 10.
37
Dispsitivo de
borda
Usuário
Final
Meio de acesso
do usuário
INTERNET
Tráfego
compartilhado
Backbone
Servidor
de
conteúdo
Meio de acesso
ao conteúdo
Figura 10. Pontos críticos na infra-estrutura da Internet (FORTE, 2004).
O primeiro ponto crítico está na capacidade máxima de dados a serem
transmitidos entre o servidor de conteúdo, que responde às solicitações do usuário, e a
Internet. Nesse modelo centralizado todas as solicitações de dados, serviços e
informações, originadas por usuários distribuídos pelo mundo afora, devem passar por
um único meio de acesso, o qual interliga o servidor de conteúdo à Internet.
O segundo ponto crítico está no tráfego compartilhado ente as redes autônomas.
Embora essa troca de informações seja uma necessidade para ambas as partes
envolvidas, esta produz custos consideráveis de configuração e não sendo remunerada
faz com que a capacidade de tráfego destinada às parcerias seja baixa ou opere no
limite, não se adaptando dessa forma aos picos de tráfego.
O terceiro ponto crítico está no backbone. Como no modelo atual todo o tráfego
de conteúdo geralmente atravessa uma ou mais redes desse backbone, a capacidade
dessas redes deve crescer tão rapidamente quanto o tráfego de informações na Internet,
a fim de que não seja gerado um gargalo. O problema é que os investimentos em
backbones são altíssimos, pois além dos custos inerentes aos meios físicos de
comunicação têm-se os custos relativos aos dispositivos de roteamento e comutação.
O quarto ponto crítico está na capacidade do meio de acesso do usuário ao
provedor. Para a maioria dos usuários que usam modem a velocidade de acesso está
limitada a 56 Kbps, o que impede o acesso a determinados recursos multimídia (vídeo
sob demanda de boa qualidade). A inserção de novos modos de acesso (Asymmetric
Digital Subscriber Line - ADSL), operando a taxas mais elevadas, resolve esse
problema, mas ao mesmo tempo agrava os problemas nos outros pontos críticos.
As soluções para os pontos críticos da Internet estão sendo implementadas a
partir de novas arquiteturas tais como as redes de distribuição de conteúdo. As CDNs
buscam aproximar o conteúdo do usuário, evitando assim que o fluxo de dados percorra
38
os gargalos da Internet. O dispositivo de borda, situado no ponto da rede mais próximo
ao usuário (provedor de acesso), é o principal componente de uma CDN e tem como
função principal replicar o conteúdo do servidor Web. Na Figura 10 é ilustrada a
localização desse dispositivo de borda (SIRQUEIRA, 2002).
Quando o usuário acessa um conteúdo, que já está armazenado no dispositivo de
borda, os dados veiculam apenas pela rede ao qual este está diretamente conectado,
ficando o tráfego de conteúdo restrito apenas à velocidade do meio de acesso do usuário
ao provedor. Apesar de não resolver os problemas inerentes a esse gargalo específico, o
dispositivo de borda alivia o tráfego nos três primeiros pontos críticos da Internet,
abrindo espaço para a adoção em grande escala de soluções de banda larga.
O acesso à Internet através de vários tipos de dispositivos e redes de acesso criou
a necessidade de adaptação de conteúdo, geralmente realizada no servidor de conteúdo
através da construção de páginas adaptadas a cada caso ou do uso de softwares de
conversão. Com o aumento da variedade dispositivos/redes de acesso e da demanda por
páginas multimídia, os servidores de conteúdo ficam sobrecarregados e os dispositivos
de borda perdem eficiência, pois o cache deve guardar várias versões da mesma página.
Buscando solucionar esses problemas foram desenvolvidas redes de serviços de
conteúdo (Content Service Networks - CSNs), onde são introduzidos servidores de
adaptação dedicados comunicando-se com os dispositivos de borda das CDNs. Essa
solução remove a função de adaptação do servidor de conteúdo e alivia o cache do
dispositivo de borda, já que este armazena apenas uma cópia do conteúdo e a partir
desta é o servidor dedicado que gera os conteúdos adaptados. Além disso, diminui o
tráfego de dados que atravessa a rede, pois a adaptação ocorre próxima ao usuário.
4.2 Content Distribution Networks CDN
As CDN aperfeiçoam a distribuição de conteúdo por meio de proxies, que estão
distribuídos geograficamente pela internet armazenando e replicando conteúdos,
situados próximo aos clientes , diminuindo o caminho percorrido pelo fluxo de dados da
reposta/requisição. As CDNs também gerenciam e suportam os elementos de rede
utilizados para distribuir conteúdo Web, como textos, imagens e fluxo contínuo de
39
áudio e vídeo, para o usuário final, dirigindo todo o processo, como afirma Forte
(2004).
A proximidade dos proxies ao usuário facilita a adaptação do conteúdo às
diversas capacidades de dispositivos de acesso e as preferências do usuário.
Tipicamente uma CDN prove as seguintes funções:

Serviços de Redirecionamento: Redireciona uma requisição ao servidor cache
que estiver mais próximo e/ou mais disponível.

Serviços de Distribuição: Por meio de um conjunto distribuído de servidores
substitutos (surrogate servers) que armazenam o conteúdo em nome do servidor
de origem, provendo balanceamento de carga, evitando links congestionados e
replicando conteúdos.

Contabilidade e Tarifação: serviços para controlar, medir e registrar o uso de
conteúdo.
Um dos aspectos mais importantes de uma CDN é como será feito o
redirecionamento da requisição do usuário para os servidores substitutos. Entre os
vários métodos disponíveis dois se destacaram, a redirecionamento baseado em DNS e a
modificação dos links do conteúdo original.
No redirecionamento baseado em DNS, ilustrado na Figura 11, a configuração
do servidor DNS local redirecionada a solicitação de resolução de nome ao servidor de
DNS da CDN, esse servidor solicita que os proxies (surrogates) mais próximos ao
cliente testem a velocidade de comunicação. A partir das repostas dos proxies o servidor
DNS da CDN define quem atenderá a solicitação do cliente fornecendo o IP deste ao
servidor local. Neste método o servidor de origem não está disponível para acesso
público, provendo maior segurança, mas em contrapartida todo conteúdo deverá ser
replicado pela CDN (FORTE, 2004).
40
www.cnn.com
Vel. cliente DNS?
Resultad
o
63.251.132.22
CDN DNS
63.210.135.39
surrogate
surrogate
www.
cnn.
com
63.
251.
132.
22
ping
ping
Client
e
www.cnn.com
63.251.132.22
Servidor DNS Local
128.4.4.12
Figura 11 – Redirecionamento baseado em DNS (FORTE, 2004).
Também pode ser utilizada a modificação de conteúdo, ilustrada na Figura 11,
onde alguns links das páginas são alterados de modo que apontem o servidor da CDN
que irá determinar qual será o melhor servidor substituto (surrogate) para atender a
solicitação do cliente. Essa opção permite que apenas parte do conteúdo seja replicada,
por exemplo, a empresa proprietária da CDN pode ser contratada apenas para replicar
os vídeos da página.
41
Servidor DNS - cdn.com
CNN.com
PUT /images/*.gif
Index.html
...
<img
src="http://www.cdn.com/cnn/i
mages/1.gif”>
...
GET
www.cnn.com/
index.html
64.236.24.28
GET /cnn/
images/1.gif
64.236.24.28
1 gif
DNS : cdn.com ?
Cliente
64.236.24.28
Figura 12 – Redirecionamento baseado em modificação de conteúdo (FORTE, 2004).
4.2.1 Content Service Networks
As CDNs representaram um grande avanço na distribuição de conteúdo, eventos
como a transmissão via internet da copa do mundo de futebol ou a atualização de
software em larga escala do Windows update só se tornaram viáveis a partir da
utilização dessa tecnologia. Mas a arquitetura apresenta duas grandes deficiências, não
suporta conteúdos dinâmicos e não consegue adaptar o conteúdo a dispositivos moveis
como celulares e palms.
Para resolver essas deficiências foram desenvolvidas as Content Service
Networks (CSNs) que aproveitam a infra-estrutura de proxies das CDNs e adiciona
servidores de adaptação. Estes servidores prestam serviços de valor agregado como
filtragem de conteúdo, antivírus, tradução de linguagem, adaptação de páginas html e
vídeo para dispositivos móveis, marketing direcionado, entre outros.
42
Várias tecnologias foram desenvolvidas para suportar essa nova arquitetura,
entre elas destacam-se a OPES da IETF que define a infra-estrutura de uma CSN, os
protocolos ICAP e SOAP utilizados para padronizar a comunicação entre os
dispositivos de borda (proxies) e os servidores de adaptação.
As preferências dos usuários e as capacidades dos dispositivos e redes de
comunicação, fatores que integram o processo de adaptação são especificadas nas
linguagens RDF e CC/PP ambas baseadas em XML. As regras de adaptação e as
adaptações suportadas são definidas em IRML.
O suporte a conteúdo dinâmico é proporcionado pela tecnologia ESI, uma
linguagem de marcação, que define que componentes podem ser agregados a uma
determinada página e como eles podem ser combinados proporcionando ao dispositivo
de borda a possibilidade de construir uma página personalizada.
A Figura 13 ilustra onde são utilizadas essas tecnologias na arquitetura CSN e a
Figura 14 mostra a interdependência entre a tradicional rede de pacotes que compõe a
internet, as CDNs e as CSN.
Figura 13 – Tecnologias incorporadas em uma CSN (FORTE, 2004).
43
Figura 14 – Interdependência entre as redes que compõe a infra-estrutura da Internet
(FORTE, 2004).
4.3. Distribuição de TV sobre IP através de múltiplos caminhos
A Internet nos últimos anos teve um crescimento substancial em tráfego e
popularidade. Como resultado, sites com conteúdo popular tiveram que lidar com um
grande volume de requisições de clientes, e, por conseguinte grandes volumes de carga
nos servidores. Por outro lado, a expectativa dos usuários só tem crescido: eles desejam
realizar download do conteúdo no menor tempo possível.
Duas soluções principais foram propostas para lidar com este aumento de carga
e alcançar um menor tempo de download. A primeira solução utiliza servidores proxy
para realizar cache do conteúdo de maneira que fique próximo aos clientes. A outra
utiliza servidores mirrors e o redirecionamento de clientes a algum dos servidores. O
cliente pode ser redirecionado de forma automática ou manualmente escolhendo um
servidor de uma lista de servidores mirrors (ALBUQUERQUE, 2005, p 8).
Quando a cópia do mesmo conteúdo existe em vários servidores, escolher o
servidor que forneça o melhor tempo de resposta não é uma tarefa trivial e uma escolha
errada pode gerar um serviço de baixa qualidade para o usuário. Mesmo quando o
44
melhor servidor é selecionado, o desempenho pode flutuar durante a sessão de
download, gerando muitas vezes um tempo de resposta ruim ao término do download
do conteúdo.
Na presença de vários servidores mirrors que podem servir o mesmo conteúdo,
uma alternativa interessante para aumentar o desempenho é conectar a vários servidores
em paralelo. Dessa forma ao invés de fazer o download de todo o conteúdo de um único
servidor, o usuário pode realizar download em paralelo de diferentes partes do
documento de cada um dos servidores mirror disponíveis. Assim, o usuário pode obter
um desempenho melhor e mais uniforme. Uma vez que todas as partes do documento
são recebidas, o usuário reconstrói o documento original juntando todas as partes. Um
exemplo de aplicação que usa idéia similar é o software BitTorren.
Uma grande vantagem de utilizar o acesso paralelo é que esta técnica é mais
resistente a congestionamento e falhas de rede e nos servidores do que quando se utiliza
um único servidor. Além disso, o processo de seleção do servidor é eliminado, uma vez
que o cliente está conectado a vários servidores que tenham uma cópia do conteúdo.
Outra vantagem é que a vazão do cliente aumenta, uma vez que é aproximadamente a
soma de todas as larguras de banda existentes do cliente para cada um dos servidores.
4.4 Distribuição de TV Utilizando Ambientes Cooperativos
Recentemente, as redes peer-to-peer têm sido utilizadas para compartilhamento
de arquivos, mensagens instantâneas, multicast em nível de aplicação entre outros tipos
de aplicações. Esta tecnologia muda o paradigma cliente-servidor atual, de forma que
não depende de uma organização central ou hierárquica, e ainda fornece aos seus
integrantes as mesmas capacidades e responsabilidades. Assim, um integrante pode
acessar diretamente os recursos de qualquer outro, sem nenhum controle centralizado
(ALBUQUERQUE, 2005, p 8).
Redes peer-to-peer são redes overlay que funcionam na Internet com o objetivo
de compartilhar recursos entre os usuários, sendo que por princípio não há diferenciação
entre os participantes. Existem diversas outras definições na literatura, porém em geral é
aceito pela comunidade que sistemas P2P devem suportar os seguintes requisitos.
45

A rede deve ser escalável;

Os nós podem estar localizados nas bordas da rede;

A rede deve possuir nós com conectividade variável ou temporária e endereços
também variáveis;

Os nós devem possuir a capacidade de se comunicarem diretamente uns com os
outros.

A rede deve possuir a capacidade de lidar com diferentes taxas de transmissão
entre nós;

A rede deve possuir nós com autonomia parcial ou total em relação a um
servidor centralizado;

A rede deve assegurar que os nós possuam capacidades iguais de fornecer e
consumir recursos de outros nós;
Uma grande vantagem do uso de redes P2P é a possibilidade de agregar e
utilizar a capacidade de processamento e armazenamento que fica subutilizada em
máquinas ociosas. Por possuir natureza descentralizada e distribuída, os sistemas P2P
são inerentemente robustos a certos tipos de falhas muito comuns em sistemas
centralizados. Além disso, apresentam o benefício de escala-bilidade, uma vez que
tratam do crescimento incontrolável no número de usuários e equipamentos conectados.
Finalmente, a tecnologia P2P estimula as pessoas no momento em que elas percebem
que podem participar e fazer a diferença. Isto explica o sucesso de algumas aplicações
como KaZaa , Napster e Gnutella .
No caso específico de distribuição de vídeo, os próprios usuários da rede,
auxiliam os servidores nas tarefas de distribuição do conteúdo.
Uma abordagem
bastante comum neste cenário é a formação de árvores de distribuição, onde os
servidores se encontram nas raízes e os clientes nos nós intermediários e folhas, para a
distribuição sincronizada de conteúdo, implementado dessa forma um multicast no nível
de aplicação. A idéia de se utilizar redes P2P para realizar multicast na camada de
aplicação é tornar possível o uso de multicast na rede, visto a ausência de um IP
multicast efetivo. A idéia é organizar os clientes em uma rede overlay, onde o multicast
é alcançado através da retransmissão dos pacotes via unicast pelos membros da rede.
Embora aparentemente isto só eleve a funcionalidade de multicast à camada de
46
aplicação, esta proposta atualmente revoluciona a forma como as aplicações de rede
podem ser construídas. No IP multicast, exceto pelos nós de borda, a rede é composta
por roteadores que não fazem nada mais que encaminhar pacotes. Em contrapartida,
cada nó na rede overlay é um dispositivo inteligente que contribui com vários tipos de
recursos como ciclos de processador, armazenamento entre outros. Esta flexibilidade
pode ser utilizada no desenvolvimento de aplicações que permitem um roteamento
flexível, como transmissão de vídeo utilizando redes P2P.
47
CONCLUSÃO
A tecnologia IPTV será mais uma grande revolução nos meios de
telecomunicação. Por isso redes de transmissão multimídias mais inteligentes são
essenciais para q essa tecnologia chegue com melhor qualidade aos domicílios. As
principais redes que se destacam são as convergentes (CDNS, Redes cooperativos), que
agregando tráfego de voz, dados e vídeo através de redes com grande largura de banda e
proporcionando às operadoras de telecomunicações a redução de custos, o aumento de
produtividade e a oferta de novos serviços.
Tais redes servem apenas para diminuir o congestionamento nas redes
multimídias, pois todas elas têm suas vantagens e suas desvantagens, mais nenhuma tem
a capacidade de resolver o problema de transmitir programas televisivos ao vivo com
qualidade.
O impacto das redes convergentes apresenta diferentes significados de acordo
com o público alvo a ser alcançado. Para os assinantes, as redes convergentes podem
proporcionar a junção dos equipamentos de mídia, tais como televisão, aparelho
telefônico e computador em um único dispositivo com capacidade de prover acesso a
Internet, comunicação por voz e apresentação de vídeos e de canais televisivos.
Redes cooperativos, que utilizam arquitetura P2P se apresentam com uma
grande solução para congestionamento da rede de computadores, o P2P atingi mais
aquelas redes ociosas, fazendo com que elas trabalhem em conjunto e a arquitetura
multicast já atingi mais aqueles pontos em que se exige muito da largura de banda da
rede.
As novas redes convergentes se apresentam como uma boa solução para
diminuir o custo das empresas de telefonia pois diminui o trafego na rede e aumenta o
numero de usuário sem que para isso precise aumentar largura de banda, redes como as
CDNs. Mesmo com toda a tecnologia atual muito ainda deve ser feito para que a IPTV
chegue com qualidade aos usuários, por isso as operadoras ainda têm muito em que
investir para melhorar o cenário atual de telecomunicação.
48
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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a Internet: Uma nova Abordagem. São Paulo. Editora Addison Wesley
The International Engineering Consortium. H323. Web ProForum Tutorials
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Servidor de
Conteúdo
WEB
49
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