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멀티미디어 데이터 전송용 프로토콜 - RTP/RTCP, IS/RSVP, DS 의 소개 및 현황 PowerPoint Presentation
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멀티미디어 데이터 전송용 프로토콜 - RTP/RTCP, IS/RSVP, DS 의 소개 및 현황

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멀티미디어 데이터 전송용 프로토콜 - RTP/RTCP, IS/RSVP, DS 의 소개 및 현황 - PowerPoint PPT Presentation


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멀티미디어 데이터 전송용 프로토콜 - RTP/RTCP, IS/RSVP, DS 의 소개 및 현황. 이계상 정보통신공학과 동의대학교 ksl@hyomin.dongeui.ac.kr. 목 차. 배경 강좌 scope RTP/RTCP Integrated Services /RSVP Differentiated Services 요약 참고문헌. 배 경. 인터넷 트래픽 양 의 증가 이용자 , host, 라우터 , 응용 , ISP 의 증가 인터넷 트래픽 내용 의 변화

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Presentation Transcript
rtp rtcp is rsvp ds

멀티미디어 데이터 전송용 프로토콜- RTP/RTCP, IS/RSVP, DS의 소개 및 현황

이계상

정보통신공학과

동의대학교

ksl@hyomin.dongeui.ac.kr

slide2
목 차
  • 배경
  • 강좌 scope
  • RTP/RTCP
  • Integrated Services /RSVP
  • Differentiated Services
  • 요약

참고문헌

slide3
배 경
  • 인터넷 트래픽 양의 증가
    • 이용자, host, 라우터, 응용, ISP의 증가
  • 인터넷 트래픽 내용의 변화
    • 기존 텍스트 위주에서 실시간 멀티미디어 트래픽으로
    • 멀티미디어 트래픽
      • 그래픽, 이미지, 오디오, 동영상, ...
    • 실시간 트래픽 (Rea-time Traffic)
      • Audio/Video Conference
      • 인터넷 폰
      • 인터넷 방송
      • Streaming A/V
  • 시간 제약성 고려, QoS 또는 CoS 보장 필요
slide4
인터넷 트래픽

Real-time

Elastic

Interactive burst

Interactive bulk

Asynchronous bulk

Intolerant

Tolerant

Circuit emulation

Packet A/V

Telnet

NFS

FTP

E-mail

scope
강좌 Scope

Audio/video traffic

Audio/video traffic

RTP/RTCP

RTP/RTCP

UDP/IP

UDP/IP

Best-Effort 서비스

인터넷

Differentiated

Service

Integrated

Service

/RSVP

Integrated

Service

/RSVP

slide7
실시간 트래픽 전달: RTP 프로토콜
  • RTP (Real-time Transport Protocol)
  • 실시간 트래픽 전달을 위한 새로운 프로토콜
    • IEFT avt WG, RFC 1889 (H.225.0), RFC 1890
    • A/V conference를 염두에 두고 설계
  • 실시간 트래픽
    • 엄격한 시간 제약성 (Tight time constraints)
    • live video conference의 예

Client plays back

VC Server

Video frames

over network

sample/encode/packetize

buffer/decode/play

rtp architecture
RTP Architecture
  • Application Layer Framing (ALF)
    • 간단한 Framework으로 복잡한 TCP를 대신함
    • Framework는 기본적 동작과 메시지 포맷 정도만 규정
      • 실시간 트래픽에 유리
      • 예로, 대부분의 오디오 재생 알고리즘은 데이터의 손실 또는 순서 오류 보다는 과도한 지연에 약하기 때문
    • Framework+ AddOn = Complete protocol for specific application

H.261

MPEG

Payload format

JPEG

Framework

RTP

UDP

IP

Network Tech.

slide9

매 20 ms 마다 160 bytes

음성

source

(PCM)

인터넷

RTP 기본 동작
  • Time Stamping Real Time Data
    • Source가 모든 메시지에 Time Stamp 표시
    • Receiver는 이를 받아 보고 메시지간 타이밍 정보를 추출
  • Multicast Operation
    • A/V conference 염두
    • 여러 참여자들이 멀티캐스트 그룹을 이룸
    • Data traffic 뿐 아니라 control traffic도 그룹내에 멀티캐스트 됨

Receiver

규칙적 송신

불규칙적 수신

rtp roles
RTP 기본 동작 - Roles
  • Translator
    • 한 payload format에서 다른 format으로 변환
    • 비디오 회의 예

WAN

(<1.5Mbps)

모든 소스가 1 Mbps로 비디오 트래픽 발생

256 Kbps로 변환 전달

PC는 저해상도만 지원

Translator

rtp roles1
RTP 기본 동작 - Roles (계속)
  • Mixer
    • 여러 소스 스트림을 하나로 통합 (오디오 회의에 적절)

WAN

(<128 Kbps)

모든 소스가 64 Kbps로 오디오 트래픽 발생

PC

단일 64 Kbps 스트림으로 통합 전달

Mixer

slide12
RTP 메시지 포맷
  • 모든 메시지에 동일한 단일 포맷
  • 매우 간결한 헤더 포맷
    • BW 낭비 막고, 지연 시간을 줄이는 등 overhead 방지

IP Header

Source port: 5004 Destination port: 5004

Datagram Length Checksum

Vers Padd Exten Contributor MarkerPayload Sequence Number

(2) ing(1)sion(1) count(4) (1) Type(7) (16)

Time Stamp

Synchronization Source Identifier (SSRC)

(first) Contributing Source Identifier

(last) Contributing Source Identifier

Application Data

UDP Header

RTP Header

slide13
RTP 기능
  • Intra-media synchronization (Time Stamp)
    • 수신단에서 트래픽 동기 시간 회복
  • Sequencing (Sequencing Number)
    • 패킷의 손실 검출, 순서 맞춤
  • Payload Identification (Payload Type)
    • 모든 패킷이 payload type을 가짐으로써 망 QoS 변화에 따라 payload 형태 적응 가능 (예, 다른 encoding rule 적용)
  • Frame Identification (Marker)
    • 오디오/ 비디오의 frame 시작과 끝 구별
  • Source Identification (SSRC)
    • 멀티캐스트 환경에서 여러 sender 중 트래픽 소스 를 구분
slide14
실시간 트래픽 제어 : RTCP 프로토콜
  • RTCP (Real Time Control Protocol)
  • RTP가 응용 데이터를 전달하는 단 하나의 메시지 유형만을 제공하므로, feedback 또는 response는 RTCP가 지원
    • RTP와 분리된 프로토콜이지만, 밀접한 관계
    • 짝수인 RTP port number 보다 1이 큰 port number 가짐
  • QoS 관리, Inter-media Synchronization, Identification이 주 기능
  • RTCP 메시지들 역시 멀티캐스트 됨
  • 5개 메시지 유형
slide15
RTCP 메시지 유형
  • Sender Report
    • 데이터 송신자가 주기적으로 수신자들에게 보내는 패킷
    • 기간 중 보낸 데이터 패킷 수 및 바이트 수 정보를 알림
    • 수신 데이터에 대한 Receiver report를 겸하기도 함 (Receiver blocks)
  • Receiver Report
    • (보낼 데이터가 없는) 수신자들이 송신자에게 주기적으로 보내는 패킷
    • Sender report를 통해 받은 송신 패킷 정보를, 실제 수신한 패킷 수와 비교하여 패킷 손실율 및 누적 손실 패킷 수를 계산하여 포함시킴
    • 또한, 수신한 최고 sequence number, Interarrival jitter, sender report의 최종 수신 시간 정보를 포함
  • Report 시간 간격은 report 메시지로 네트워크 혼잡이 일어나지 않도록 계산되어야 함
slide16
RTCP 메시지 포맷

Sender Report 메시지

Receiver Report 메시지

V R cnt Ptype:200 Length

SSRC of Sender

NTP Time Stamp

RTP Time Stamp

Sender’s Packet Count

Sender’s Byte Count

SSRC of first source

%Lost Cummulative Packets Lost

Extended Highest Sequence Number Received

Interarrival Jitter

Time of Last Sender Report

Time since Last Sender Report

2nd … last receiver block

Application specific information

V R cnt Ptype:201 Length

SSRC of Sender

SSRC of first source

%Lost Cummulative Packets Lost

Extended Highest Sequence Number Received

Interarrival Jitter

Time of Last Sender Report

Time since Last Sender Report

2nd receiver block

Last receiver block

Application specific information

slide17
RTCP 메시지 유형
  • Source Description
    • 소스가 자신의 정보를 주기적으로 알림 (Identification)
    • 소스 이름 (CNANE), 사용자 이름, Email 주소, 전화번호, 주소, 응용 프로그램 명 등
    • CNAME
      • 여러 RTP 스트림을 하나의 송신자에 연관시키는데 이용
      • Inter-media synchronization
      • 예, 오디오/비디오 동기
  • Bye
    • 소스가 conference를 떠날 때 사용
  • Application Specific Message
    • reserved for application-specific features and experiments
more on rtp rtcp
More on RTP/RTCP
  • 전달 품질이 보장 되지 않는 Best effort 인터넷 전달 서비스를 가정한 End-to-end 프로토콜
    • Connection 기능 없음
  • QoS 보장을 위한 어떤 예약 자원 기능도 없음
  • 보통 UDP와 같이 실시간 멀티미디어 응용을 위한Transport Protocol을 구성
    • UDP에 timing, 순서유지 기능을 추가한 것으로 볼 수 있음
  • 세션 제어 프로토콜(SIP, SDP)과 같이 쓰여 A/V conference
  • RTSP와 같이 쓰여 streaming 방송, 원격교육, AOD,VOD
  • H.323의 일부로 쓰여 VoIP
slide19
IP QoS
      • 인터넷 IP 계층에서QoS를 제공하고자 함
      • Big Pipe vs. QoS Mechanism issue
two ip qos approaches
Two IP QoS Approaches
  • QoS
  • 절대적 보장
  • Per-flow
  • Flow 수: 大
  • 주변 소규모 망

Integrated

Service

Differentiated

Service

  • CoS (Class of Service)
  • 상대적 보장
  • Per-class
  • Class 수: 小
  • 코아 대규모 망
integrated services architecture
Integrated Services Architecture
  • 실시간 트래픽의 QoS 요구를 만족시켜 주기 위해 기존 IP 계층에 새로운 기능들 추가
  • IETF intserv WG, RFC 1633
  • Flow 별 QoS 만족: host-host, app-app

Host

Router

Setup

Reservation

Application

Reservation

Routing

AdmissionControl

Data

Classifier

Scheduler

Classifier

Scheduler

flow

isa components
ISA Components
  • Service Classes: Application이 받고자 하는 서비스 class를 선택
  • Traffic Descriptors: Application이 자신의 트래픽 특성과 QoS 요구사항을 기술함
  • Reservation (Signalling): Host가 router에, router는 인접한 또다른 router에, application이 선택한 서비스 class와 트래픽 특성 및 QoS 요구사항 등을 전달하며, 그에 상응한 자원 예약을 실행함
  • Admission Control: 라우터 내의 가용 자원을 고려하여 Application이 요청한 서비스를 수락할지 거절할지를 결정
  • Classifier: 입력된 패킷이 어느 flow에 속하는지를 알아냄
  • Traffic Control:트래픽 계약을 기준으로 Policing, Dropping, Shaping
  • Scheduler: 패킷을 요청한 서비스와 QoS에 맞춰 송출 순서를 결정함
service classes
Service Classes
  • Guaranteed Services (RFC 2212)
    • 엄격한 QoS를 보장하는 서비스
    • Data rate 보장, Bounded delay, No queueing loss
    • Hard real-time applications 또는 circuit emulation 등에 적용
  • Controlled Load Services (RFC 2211)
    • 부하 적을 때의 Best effort 서비스와 근사한 서비스
    • BW, delay, loss에 대한 절대적 보장은 없으나, network내에 충분한 자원을 확보함으로써, 높은 확률적 보장을 제공함
    • Adaptive real-time applications에 적용
  • Best Effort Services
    • 기존 인터넷에서와 같은 서비스
traffic descriptors
Traffic Descriptors
  • Flowspec
    • Service Class
    • Tspec
      • Application이 자신의 트래픽 형태를 기술하는 규격
      • Guaranteed Service 예
        • 최대 패킷 송출율
        • 최대 전송 패킷 크기
        • 토큰 버킷의 크기
        • 토큰 버킷율 등
    • Rspec
      • Application이 망에 요구하는 서비스 품질(QoS)을 기술하는 규격
      • Guaranteed Service 예
        • 요구 대역
        • 지연 시간 허용치 등
slide26
RSVP
  • IS 구조에서 Reservation Protocol로 이용
  • IETF rsvp WG, RFC2205
  • Unicast 뿐 아니라 Multicast 환경에서 congestion을 미연에 방지하는 한 방안으로 채택한 자원 예약 방식을 위한 프로토콜
  • Silmplex reservation
    • Reservation for unidirectional data flow
  • Receiver initiated reservation
  • Soft Reservation State
rsvp operation
RSVP Operation
  • Path 메시지
    • 경로 표시, 소스 트래픽 특성 전달
  • Resv 메시지
    • 경로를 역으로 따라서 요구된 QoS 보장을 위한 자원 예약 실행
  • Receiver initiated reservation
    • Source는 자신의 트래픽 성격을 방송할 뿐이고, Receiver가 특정 소스 스트림과 QoS를 결정하여 예약을 시작함

PATH message (Last Hop, Tspec, …)

Traffic source

receiver

QoS 결정

R

R

RESV message (Rspec)

heterogeneous receiver
Heterogeneous Receiver 지원
  • Heterogeneous multicasting 환경에서 receiver initiated reservation은 효과적

PATH message

Traffic source

receiver

High QoS

R

R

receiver

Low QoS

R

RESV Messages

Merge

RESV messages with different Rspec

soft state
Soft State
  • 각 라우터는 flow의 reservation state를 일정 시간 동안만 유지
    • 따라서, application에 의해 주기적으로 refresh되어야 계속 유지됨
  • 이를 위해 PATH, RESV 메시지를 주기적으로 교환
  • 다음 상황에서 대처를 용이하게 함
    • 루트가 변경될 때,
    • QoS 예약을 바꿀 때,
    • 멀티캐스트 그룹에 receiver가 들어오고 나갈 때
  • 이 점이 ATM과 Frame Relay에서의 자원예약과 다른점
    • ATM, Frame Relay는 connection에 대한 hard state를 유지
more complex scene
More Complex Scene
  • Multiple sender, Multiple receiver가 있는 multicasting

PATH message

Traffic source 1

receiver

S1,S2, High QoS

R

R

Traffic source 2

receiver

S2, Low QoS

R

R

RESP messages (Filterspec, Rspec)

is scalability
IS 구조의 Scalability
  • Flow 별 QoS 만족
  • 경로상 모든 라우터가 flow state 관리
  • Core 라우터의 부담 증대
    • 경유하는 flow의 수가 급증할 때 감당하기 힘듬

Scalability 문제

  • 인터넷 주변의 작은 망에서는 유효 하나, 트래픽이 집중하는 core 망에서는 부적절
differentiated services
Differentiated Services
  • Backbone 망에서도 scalability를 갖는 QoS 방식으로 고안
    • IS/RSVP 구조 보다 비용, 복잡도가 낮음
  • IETF diffserv WG
  • 사실상 Class of Service (COS) 제공
  • 상대적 서비스 품질을 제공
basic
Basic
  • 입구 라우터에서 동일한 꼬리표 (DS byte)를 부착하게 된 모든 IP 패킷은, 이 후 경유하게 되는 모든 라우터에서 동일한 패킷 전달 서비스(Per-Hop Behavior)를 받게됨
  • DSCP가 6 bit이므로 총 64 가지의 서비스 차별 등급 가능

IR

R

ER

DS byte marking

PHB

IR: Ingress Router

ER: Egress Router

DS code point

unused

DS Byte

ds architecture
DS Architecture
  • 위 구조로 다양한 서비스의 실현이 가능하다.

Service Level Agreement

BW Broker

Service Level Agreement

Provider

domain

Customer

domain

IR

ER

  • Traffic conditioning
    • Classification
    • Marking (DS byte)
    • Policing

PHB

Scheduling

Traffic conditioning

slide36
PHB
  • Expedited Forwading (EF) PHB
    • Low loss, delay, jitter를 갖는 서비스 실현에 이용
    • Arrival rate < Departure rate
  • Assured Forwarding (AF) PHB Group
    • Best effort 서비스 보다는 더 나으며 상대적으로 여러 등급을 갖는 서비스 실현에 이용
    • 12개 PHB로 구성
    • 4개의 스케쥴링 class와 각 class에 3 레벨의 패킷 dropping 등급으로 나뉨
  • Default Forwarding (DF) PHB
    • 기존의 Best effort 서비스 실현에 이용
traffic conditioning
Traffic Conditioning
  • Classifier:
    • MF classifier: Multi Field 기준
    • BA classifier: DS byte 기준
  • Meter: 트래픽 프로파일을 기준으로 트래픽 측정
  • Marker: DS byte marking
  • Shaper/Dropper: 트래픽 조절

Meter

Shaper

Dropper

Classifier

Marker

services
Services
  • PHB와 Traffic conditioning을 적절히 조합하여 다양한 서비스 실현 가능
    • Premium Service:
      • low loss, delay, jitter 가짐
      • Peak rate 초과 패킷 폐기, EF PHB 이용
      • Leased Line, Internet telephony, Video Conferencing 등에 응용
    • Assured Service 또는 Olympic Service:
      • Best effort 서비스 보다 나은 서비스
      • 약정 초과 패킷은 더 높은 폐기 확률 부여, AF PHB 이용
      • Better Web service of a company
    • Best-effort Service
      • DF PHB를 이용 기존의 Best effort 서비스 실현
bandwidth broker
Bandwidth Broker
  • SLA (Service Level Agreement) 수행
    • Customer에게 어떤 서비스를 제공할지를 계약함
    • 다른 DS domain의 BB와 서비스 계약
    • Traffic conditioning에 관한 사항 포함
    • Static 또는 Dynamic 방식
      • Static: manual
      • Dynamic: RSVP, LDAP, ...
  • Service Configuration 수행
    • Resource Allocation in Provider Domain
      • customer와 맺은 서비스 계약을 실현하기 위해 PHB mapping, Traffic conditioner setup 등을 행함
    • Service Allocation in Customer Domain
      • Customer domain의 사용자에게 서비스 할당
slide40
DS 표준 현황
  • 98.3월 WG 발족 후 빠른 표준화 진척
  • DS byte 정의: 표준 RFC 2474
  • Architecture: Informational RFC 2475
  • Expedited Forwarding PHB: 표준 RFC 2598
  • Assured Forwarding PHB: 표준 RFC 2597
  • Framework: 아직 draft
  • Traffic Conditioner: draft
is ds
IS와 DS 연동
  • IS는 주변망에, DS는 백본망에 위치
  • RSVP 신호는 끝에서 끝으로 흘러가나, DS 망에서 무시됨
  • ER 라우터는 IS 기능과 DS 기능 모두 가짐

PATH msg

PATH msg

RSVP receiver

RSVP source

ER1

BR1

BR2

ER2

DS

IS/RSVP

IS/RSVP

RESV msg

RESV msg

slide42
요 약
  • 인터넷에서 실시간 서비스 지원을 위해 고안된 프로토콜 소개
    • RTP/RTCP, IS/RSVP, DS
  • RTP는 종단에서 실시간 트래픽 지원 노력
  • IS와 DS는 인터넷 망내에서 QoS 내지는 CoS 지원
  • IS와 DS는 상호 보완적
slide43
참고문헌
  • S. A. Thomas, IPng and the TCP/IP Protocols, Wiley, 1996
  • H. Schulzrinne, et. al., The IETF Internet Telephony Architecture and Protocols, pp. 18-23, IEEE Net. Mag., May/Jun 1999
  • W. Stallings, High Speed Networks, Prentice Hall, 1998
  • X. Xiao and L. M. Ni, Internet QoS: the Big Picture, IEEE Network Mag., Mar/Apr., 1999
  • C. Metz, Survey of Advance Internet Protocols, Tutorial at NGN ‘99
  • 김대영, 차세대 인터넷 기술 동향, pp. 4-13, 정보과학회지, 1999.3
  • 이근구, 성종진, 홍석원, 이계상, ATM상의 인터넷 서비스 기술 개론, 한국전자통신연구원, 1999.1
  • 홍석원, ATM과 인터넷, KRNet 99 Tutorial, 1999.6
  • 이계상, Differentiated Services 표준화 동향, 제7회 ION 워크샵, 1998.10
  • 이계상, 인터넷 core 망 표준 기술 동향, pp. 80-95, TTA 저널, 1999.12
  • 이계상, Diffserv over MPLS, 제4회 Internet-KIG Workshop, 1999.10
  • K. S. Lee, Mapping issues in Supporting Differentiated Services over ATM, ICEIC’98, August 1998
  • http://www.ietf.org for IETF RFCs and documents on RTP/RTCP, IS/RSVP, DS