UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO COORDENAÇÃO DE ENSINO DE GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO - PDF
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO COORDENAÇÃO DE ENSINO DE GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
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Carolina Eduarda Balsemão Back
1 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 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 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 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 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 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 7 SUMÁRIO Lista de Figuras 9 Lista de Siglas e Abreviações INTRODUÇÃO Apresentação Objetivos Objetivos Gerais Objetivos Específicos Justificativa Metodologia Cronograma Proposto 15 2 REDES DE COMPUTADORES Redes Multimídias Compressão de Áudio e Vídeo Compressão de vídeo na internet Codificadores 20 3 FORMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE VÍDEO Cliente-Servidor: Download-And-Play Cliente-Servidor: Streaming Streaming através de um servidor web Streaming através de um servidor de mídia IP Multicast Triple Play 32 4 ARQUITETURAS DE DISTRIBUIÇÃO DE CONTEÚDO TELEVISIVO 37
8 8 4.1 Redes de Distribuição de Conteúdo Multimídia Content Distribution Networks CDN Content Service Networks Distribuição de TV sobre IP através de múltiplos caminhos Distribuição de TV Utilizando Ambientes Cooperativos 45 CONCLUSÃO 48 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 49
9 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 10 Lista de Siglas e Abreviaturas TVoIP 3P P2P TV CDNs 3G IP HTTP DRM WAN MAN LAN FTP URL RTP RTSP STB ADSL OPES IETF TV sobre IP Triple Play Peer-to-Peer Televisão Rede de Distribuição de Conteúdo Terceira Geração Protocolo da Internet Hyper Text Transport Protoco Digital Right Management Wide Area Network Metropolitan Area Network Local Area Network File Transfer Protocol Universal Resource Locator Real Time Protocol Real Time Streaming Protocol Set Top Box Asymmetric Digital Subscriber Line Open Pluggable Edge Services Internet Engineering Task Force
11 11 ICAP SOAP RDF RML ESI CC/PP Content Adaptation Protocol Simple Object Access Protocol Resource Description Framework Intermediary Rule Markup Language Edge Side Includes 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 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 Objetivos 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 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 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: Meses/Semanas Etapas Junho Julho Agosto Setembro 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
15 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 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 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 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 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 x 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 19 armazenamento será reduzida para 300 kbytes e tempo de transmissão também diminuirá por fator de 10 (KUROSE, 2003, p. 448) 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 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 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 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 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 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) 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 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 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 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 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 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 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 e O endereço 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 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) 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 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 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 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 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 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 36 4. ARQUITETURAS DE DISTRIBUIÇÃO DE CONTEÚDO TELEVISIVO 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 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 37 Dispsitivo de borda INTERNET Usuário Final Tráfego compartilhado Servidor de conteúdo Meio de acesso do usuário Backbone 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 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 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 40 Vel. cliente DNS? Resultad o CDN DNS surrogate surrogate ping www. cnn. com ping Client e Servidor DNS Local 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 41 Servidor DNS - cdn.com CNN.com PUT /images/*.gif Index.html... <img src="http://www.cdn.com/cnn/i mages/1.gif >... GET index.html GET /cnn/ images/1.gif gif DNS : cdn.com? Cliente Figura 12 Redirecionamento baseado em modificação de conteúdo (FORTE, 2004) 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 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 43 Figura 14 Interdependência entre as redes que compõe a infra-estrutura da Internet (FORTE, 2004) 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