UNIVERSIDAD DE PAMPLONA FACULTAD DE INGENIERAS Y ARQUITECTURA DEPARTAMENTO DE INGENIERAS ELCTRICA ELECTRNICA SISTEMAS Y TELECOMUNICACIONES PROGRAMA DE INGENIERA EN TELECOMUNICACIONES
ANTEPROYECTO DE TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR POR EL TTULO DE INGENIERO EN TELECOMUNICACIONES
TEMA: ESTUDIO TECNICO DEL ESTADO DEL ARTE DE LA TECNOLOGIA (IPTV) PARA LA INTEGRACION DE SERVICIOS DE VALOR AGREGADO
AUTOR: CLARENA LUZ CONTRERAS VERGARA DIRECTOR: ING. DIANA LUCIA RAMREZ JIMNEZ DIRECTOR DEL PROGRAMA: JAIR LLANTEN ROJAS
PAMPLONA NORTE DE SANTANDER MARZO 20111
NDICE NDICE DE CONTENIDOS..2 NDICE DE FIGURAS6 NDICE DE TABLAS.. 7
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INDICE DE CONTENIDO Introduccin9 1. INTRODUCCIN Y CONCEPTOS DE IPTV10 1.1 Protocolo de Internet IP.11 1.2 Servicios IP..11 1.3 Datagrama IP...13 1.4 Protocolos de encaminamiento IP...18 1.4.1 Protocolos Interiores...18 1.4.1.1 Algoritmo de Vector Distancia18 1.4.1.2 Algoritmo de Estado de Enlace...19 1.4.2 Protocoles Exteriores.19 1.5 Protocolo de Internet versin 4.19 1.5.1 Direcciones..20 1.5.2 Datagrama IPV4..21 1.5.2.1 Campos TOS en IPV4...22 1.5.3 Limitaciones de IPV4..22 1.6 Protocolo de Internet Versin 623 1.6.1 Caractersticas.23 1.6.2 Datagrama IPV6..24 1.6.2.1 Campos que desaparecen en IPV6 de IPV4 25 1.6.2.2 Campos renombrados..25 1.6.3 Tipos de Direcciones..26 1.6.3.1 Unidifusin26 1.6.3.2 Multidifusin...27 1.6.3.3 Difusin..28 1.7 Implantacin de IPv6.29 1.8 Televisin Digital30 1.8.1 Caractersticas31 1.8.2 Modelo de la TDT.33 1.8.3 Elementos Utilizados en la Transmisin de TDT.34 1.8.4 Interactividad.35 1.9 formatos de video empleados en IPTV.37 1.9.1 Estndar H.26137 1.9.1.1 formatos H.261...37 1.9.1.2 historia.38 1.9.1.3 diseo..38 1.9.2 formato WMW...393
1.9.2.1 formato contenedor.39 1.9.2.2 cdec WMV40 1.9.2.3 cdec MWV screen..40 1.9.2.4 cdec MWV imagen..41 1.9.2.5 calidad de video.41 1.10 transporte de paquetes IP41 1.10.1 protocolo de transporte.42 1.10.2Multicasting IP.44 1.10.2.1 Protocolo de internet unicasting44 1.10.2.2 protocolo de internet Multicasting. 45 1.11 codificadores de audio video46 1.12 introduccin al concepto de NGN...47 1.12.1Origenes de las redes NGN.47 1.12.3 Distintas versiones del concepto NGN.48 1.12.3.1 NGN relacionados con los datos de internet48 1.12.3.2 NGN relacionados con la voz.49 1.12.4 Evolucin de la red hacia el concepto NGN50 1.12.4.1 factores para el cambio50 1.12.5 Definicin de NGN......50 1.12.5.1 caracterstica fundamentales.51 1.12.6 consideraciones de diseo.52 1.12.7 Arquitectura de NGN53 1.12.8 proceso de evolucin...54 1.13 redes pon..55 2. COMPRESION DE VIDEO Y AUDIO, FLUJO DE TRANSPORTE MPEG, IP MULTICAST ERTSP56 2.1 Compresin de video..56 2.1.1 Compresin sin prdidas...57 2.1.2 Compresin con prdidas..57 2.2 Tcnicas usadas en la codificacin digital de video..58 2.3 Aspectos a considerar en la seleccin del mtodo de compresin58 2.4 Compresin de video en el contexto del sistema digital de televisin..58 2.5 Estndares de la compresin de video..59 2.6 Compresin de video en el estndar MPEG..60 2.6.1 Tipos de imgenes en MPEG...61 2.6.2 MPEG-1 ..63 2.6.2.1 Seccin del sistema...63 2.6.2.2 Seccin de video63 2.6.2.3 Seccin de audio64 2.6.2.4 Lmites para tamao y frecuencia en MPEG-1.....64 2.6.3 MPEG-2 Estndar para la televisin digital65 2.6.3.1 Sistemas..65 2.6.3.2 Video65 2.6.3.3 Audio664
2.6.3.4 Perfiles y Niveles66 2.6.3.5 Empaquetamiento y flujo de datos..67 2.6.4 El estndar MPEG467 2.6.4.1 Partes de MPEG4 importantes para Televisin68 2.6.4.2 MPEG4 parte 2..68 2.6.4.3 MPEG4 parte 10....69 2.7 Audio.....71 2.7.1 Rango de compresin....71 2.7.2 La familia de estndares del MPEG audio.71 2.7.3 Procesos involucrados en la compresin ..72 2.7.3.1 Digitalizacin.72 2.7.3.2 Codificacin y compresin..73 2.7.4 Estndar MPEG de Audio.74 2.7.4.1 Formato MIDI..75 2.7.4.2 Formato WAV.76 2.7.4.3 Formato MP3..76 2.7.4.4 Formato MP4..76 2.7.4.5 Formato VQE..77 2.7.4.6 Formato RA.77 2.8 IP MULTICAST77 2.8.1 Direccionamiento MULTICAST78 2.8.2 Multidifusin79 2.8.2.1 Direcciones multidifusin IPv479 2.8.2.2 Direcciones multidifusin IPv680 2.8.3 Uso de la multidifusin..81 2.9 Protocolo de Control en Tiempo Real RTSP.82 2.9.1 Propiedades de Protocolo RTSP.83 2.9.2 Ventajas84 2.9.3 Desventajas.84 2.9.4 Estados.84 2.9.5 Mensajes..85 2.9.6 Sesin ..86 2.10 Tipos de servicios de Streaming.87 2.10.1 Componentes de un sistemas de Streaming.87 2.10.1.1 Servidor de Streaming..88 2.10.1.2 Red de comunicacin....88 2.10.1.3 Clientes89 2.10.2 Requisitos de un sistema de Streaming..90 2.10.3 Formatos de Archivos de Streaming92 3. INFRAESTRUCTURA DE LA TECNOLOGIA IPTV94 3.1 Arquitectura de la Tecnologa IPTV.94 3.1.1 Adquisicin..95 3.1.2 Servidores....95 3.1.3 Distribucin.965
3.1.3.1 Arquitectura centralizada.97 3.1.3.2 Arquitectura distribuida97 3.1.4 Red de Acceso98 3.1.5 Software99 Arquitectura SDV.99 3.1.6 Descripcin del sistema de IPTV100 3.1.7 Elementos del sistema IPTV...101 3.1.7.1 Heand End101 3.1.7.2 Componentes de Heand End102 3.1.7.3 Video bajo demanda...105 3.1.7.4 Middleware105 3.1.7.5 Sistemas de control de derechos..105 3.1.7.6 Set Top Box.105 3.1.7.7 Servidores para la gestin.106 3.1.8 estructura de la red IPTV.106 3.1.8.1 IPTV...106 3.1.8.2 Super Heand End107 3.1.8.3 Video Serving Office (VSO)108 3.1.8.4 Oficina Central/Terminal Remoto..110 4. EQUIPOS Y TECNOLOGIAS. 4.1 Tecnologa de las comunicaciones112 4.2 Redes core networks..114 4.3 Estructuras de las redes y enrutamiento..115 4.4 Descripcin tcnica.116 4.5 Equipos .116 4.5.1DVB to IP getaway 4x. (Servidor de flujo IPTV)..117 4.5.2 Servidor de VoD..118 4.5.3 Servidor de TVoD y TV asncrona119 4.5.4 Middlewarw de IPTV..120 4.5.5 Encriptacin de contenidos122 4.5.6 cajas decodificadoras.123 4.6 Ejemplo de implementacin de IPTV124 4.6.1 sistema d facturacin.126 4.7 calidad de servicio IPTV y seguridad127 4.8 requerimientos de la red de IPTV..130 4.8.1 calidad de experiencia...131 4.8.2 parmetros de QoS para IPTV.131 4.9 Servicios que ofrece133 4.10 ventajas...134 4.11 PTV en Amrica latina135 4.12 Marco legal de IPTV.136 4.12.1 Seccin 1.Fortalezas de la tecnologa IPTV..136 4.12.2 Seccin 2. Marco legal y lineamientos de poltica regulatoria1386
4.12.3 Seccin 3.Conclusiones respecto a la clasificacin y regulacin de la tecnologa IPTV. ..141 4.13 conclusiones148 4.14 bibliografa149 Lista de tablas CAPITULO 1 Tabla 1. 1. Opciones de calidad de servicios IP Tabla 1.2 Distintos protocolos Tabla 1.3 Asignacin de clases Tabla 1.4 Opciones de Datagrama CAPITULO 2 Tabla 2.1 Niveles y Perfiles Tabla 2.2 formato de calidad de audio mono y estreo CAPITULO 4 Tabla 12.1Comparacin entre televisin convencional e IPTV. Tabla 12.2 caracteristicas de valor agregado para IPTV
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Lista de figuras CAPITULO 1 Figura 1.1 Datagrama IP Figura 1.2 Campos del Datagrama IP Figura 1.3 Campos de opciones Figura 1.4 Datagrama IPV4 Figura 1.5 Campos TOS del Datagrama IPV4 Figura 1.6 Cabecera Bsica de IPV6 Figura 1.7 Direccin Unicast Figura 1.8 Direccin Multicast Figura 1.9 Direccin Broadcast Figura 1.10 Campos que desaparecen en IPv6 de IPv4 Figura 1.11a STDV con relacin de aspecto 4:3 Figura 1.11b HDTV con relacin de aspecto 16:9 Figura 1.12 Modelo de la Televisin Digital Terrestre Figura 1.13 transporte de paquetes IPTV. Figura 1.14 protocolo de internet unicasting multicasting. Figura 1.15 Arquitectura de una red NGN Figura 1.16 Evolucin de una red NGN CAPITULO 2 Figura 2.1 Contexto de la compresin en el sistema digital de televisin Figura 2.2 Grupo de imgenes Figura 2.3 Direcciones IPv4 Figura 2.4 Direcciones IPv6 Figura 2.5 Identificador de Grupo Figura 2.6 Sesin de Control de RTSP mediante TCP
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Figura 2.7 Componentes de un sistema streaming CAPITULO 3 Figura 3.1 Arquitectura de tecnologa IPTV Figura 3.2 Almacenamiento de paquetes Figura 3.3 Arquitectura IPTV centralizada Figura 3.4 Arquitectura IPTV distribuida Figura 3.5 Esquema de IPTV Figura 3.6 Sistema HeandEnd Figura 3.7 Topologa del sistema IPTV Figura 3.8 Estructura de la red IPTV CAPITULO 4 Figura 4.1 Un sevidor de flujo IPTV. Figura 4.2 servidor de TVoD asncrona. Figura 4.3 Middleware. Figura 4.4 Opciones de vista. Figura 4.5 Encriptacin de contenidos. Figura 4.6 Cajas decodificadoras. Figura 4.7 Cambio de opciones. Figura 4.8 Opciones de marketing. Figura 4.9 Opciones de setting. Figura 4.10 sistema de facturacin. Figura 4.11 calidad de servicio Figura 4.12 transformaciones propiciadas por la convergencia audiovisual.
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Introduccin El acrnimo IPTV corresponde a (Internet Protocol Television; Televisin por el Protocolo Internet). Este protocolo describe los servicios a travs de los cuales podemos recibir la seal de televisin o vdeo a travs de la conexin de banda ancha a Internet. La IPTV es la televisin cuyo contenido se recibe por medio de las tecnologas Web en vez de por los formatos tradicionales (antenas, cables). Est ntimamente ligada al desarrollo del ancho de banda de las comunicaciones. La televisin, al tratarse de imgenes en tiempo real, necesita un gran ancho de banda para su correcto funcionamiento, pues las imgenes han de llegar sin retraso al usuario. Es el resultado del gran auge de las conexiones a Internet y la evolucin tecnolgica que ha permitido ofrecer cada vez un mayor ancho de banda a los usuarios a menor precio. As, esta solucin posibilita nuevas opciones de entretenimiento y servicios para los usuarios, y la generacin de mayores ingresos para los operadores que brinden este servicio aprovechando las infraestructuras existentes. Es triples. Este servicio aglutina en una sola oferta el acceso a Internet mediante ADSL, llamadas telefnicas y la IPTV. El ofrecimiento conjunto de los servicios de datos, voz y vdeo, adems del optimizar el rendimiento de las infraestructuras del operador, mantiene la fidelidad del cliente, pues disminuye la dispersin de ste, ya que no es necesario que contrate los distintos servicios por separado. A diferencia de la televisin digital convencional (TDT o Satelital), el proveedor no emitir sus contenidos y esperar a que el usuario se conecte, sino que los contenidos llegarn slo cuando el cliente los solicite. La clave est en la personalizacin del contenido para cada cliente de forma individual. Esto permite el desarrollo del Pay Per View o el VoD. El usuario podr seleccionar los contenidos que desea ver o descargar para almacenar en el receptor y de esta manera poder visualizarlos tantas veces como desee.
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Capitulo 1 introduccin y conceptos bsicos de IPTV.
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IPTV es una de las reas ms interesantes de la convergencia que la tecnologa IP ha permitido, ya que cambia por completo la forma en que muchos aos se ha visto televisin. En la actualidad la tecnologa digital disponible permite que diversos sectores, como la televisin, los datos y las telecomunicaciones se unan atreves de un mismo medio. Este fenmeno se le denomina convergencia. Debido a esta nueva caracterstica las redes deben mejorar para poder lograr una congruencia de estos nuevos servicios multimedia. Para poder soportar de manera adecuada estos servicios estas redes estn evolucionando hacia redes de la siguiente generacin (NGN). Segn los estndares de la UIT-T es la especificacin establecida en la H.323, que fija los estndares para la comunicacin de voz y vdeo sobre redes de rea local, con cualquier protocolo. Una red NGN es una red basada en la transmisin de paquetes capaz de proveer servicios integrados, incluyendo los tradicionales telefnicos, y capaz de explorar al mximo el ancho de banda del canal haciendo uso de las tcnicas de calidad del servicio (QoS) de modo que el transporte sea totalmente independiente de la infraestructura de red utilizada. Adems debe ofrecer acceso libre para los usuarios de diferentes compaas y apoyar la movilidad que permita acceso multipunto a los usuarios. El objetivo de esta norma, y de todos estos modos de convergencia, es proporcionar servicios multimedia con una calidad considerable sobre redes no orientadas a la conexin y que no ofrecen una calidad de servicios determinada basadas en IP como internet. Internet es el factor ms importante que gua este proceso de convergencia. Esto se debe a que el conjunto de protocolos de internet se ha convertido en el estndar ms utilizado en los servicios actuales. Internet est formado por varios protocolos pero los ms importantes son dos TCP e IP. El protocolo IP pertenece a la capa tres del modelo OSI y es un protocolo no orientado a conexin usado tanto por el origen como por el destino para la comunicacin de datos a travs de una red de paquetes conmutados, este ofrece direccionamiento y encaminamiento de datagramas. El protocolo TCP es uno de los principales protocolos de la capa de transporte capa 4 del modelo OSI y es el encargado del establecimiento de conexiones y del transporte de datos, aunque a nivel de transport es posible utilizar UDP ( ) cuando se est utilizando servicios que no requieren control de la congestin por esto cada vez se est usando mas las redes basadas sobre redes IP.
1.1 protocolo de internet IP
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El Protocolo de Internet es un protocolo no orientado a conexin usado tanto por el origen como por el destino para la comunicacin de datos a travs de una red de paquetes conmutado. El protocolo de internet (IP) es parte del conjunto de protocolos TCP/IP y es el protocolo de interconexin entre redes ms utilizado. Como con cualquier protocolo estndar, IP se especifica en dos partes: La interfaz con la capa superior como por ejemplo TCP, especificando los servicios que proporciona IP1 El formato real del protocolo y los mecanismos asociados
El protocolo IP (Internet Protocol) define la unidad bsica de transmisin de datos , y el formato exacto de todos los datos cuando viajan por una red TCP/IP. Adems, el protocolo IP incluye una serie de reglas que especifican como procesar los paquetes y cmo manejar los errores. El protocolo IP se basa en la idea de que los datos se transmiten con un mecanismo no fiable y sin conexin. Un mecanismo no fiable quiere decir que un paquete puede perderse, duplicarse o enviarse a un destino diferente del deseado. El mecanismo es sin conexin porque cada paquete se trata independientemente de los otros. Paquetes de una secuencia enviados de una mquina a otra pueden ir por distintos caminos, e incluso unos pueden alcanzar su destino mientras que otros no. El protocolo incluye tambin la idea del encaminamiento (o routing) de paquetes
1.2 Servicios IP Los servicios que se proporcionan entre las capas de protocolos adyacentes como (por ejemplo IP Y TCP) se expresan en trminos de primitivas y parmetros. Una primitiva especifica la funcin que se va a ofrecer y los parmetros que se utilizan para pasar datos e informacin de control. Ip proporciona dos primitivas de servicio en la interfaz con la siguiente capa superior La primitiva (send) envi se utiliza para solicitar la retransmisin de una unidad de datos. La primitiva (deliver) entrega utiliza IP para notificar a un usuario la llegada de una unidad de datos. Los parmetros asociados con estas dos primitiva son los que se mencionan a continuacin: 1
Direccin origen: direccin global de la red de la entidad IP que enva la unidad de datos. Direccin destino: direccin global de la red de la entidad IP destino. Protocolo: entidad del protocolo (un usuario IP).
IP (internet protocol) protocolo de enrutamiento de capa tres http://ties.itu.int/ftp/public/itut/fgiptv.
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Indicadores del tipo de servicios: especfica el tratamiento de la unidad de datos en su transmisin atreves de los componentes de la red. Identificador: se utiliza en combinacin con las direcciones origen y destino tambin se utiliza el protocolo usuario para identificar de una nica forma la unidad de datos, este parmetro se utiliza en casos que sea necesario reensamblar e informar de errores producidos. Indicador de no fragmentacin: indica si la IP puede segmentar los datos para realizar el transporte. Tiempo de vida : esta medido en segundos Longitud de datos: depende de la longitud de datos que se transmita. Datos de opcin: son las opciones solicitadas por el usuario IP. Datos: son los datos del usuario que se van a transmitir.
Se debe destacar que los parmetros identificador, indicador de no fragmentacin y tiempo de vida se encuentran en la primitiva de envi y que por lo tanto no estn en la primitiva de entrega. El usuario IP que hace el envi incluir el parmetro tipo de servicio para solicitar una calidad de servicio en particular. Este parmetro se puede utilizar para orientar las decisiones de encaminamiento tiene varias alternativas para elegir el siguiente salto en el encaminamiento del datagrama, este podra elegir una red con una tasa de transferencia de datos mayor si se elige la opcin de gran rendimiento. El usuario puede especificar uno o ms de los servicios enumerado en la siguiente tabla
Tabla 1.1 Opciones de calidad de servicios IP
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Esos parmetros de opciones lo que hacen es que permiten futuras extensiones y la nueva inclusin de parmetros que normalmente no se solicitan. Las opciones que estn actualmente definidas son: Seguridad: permite que se incorpore una etiqueta de seguridad al datagrama. Encaminamiento por la fuente: constituye una lista secuencial de direcciones de dispositivos de encaminamiento visitados por el datagrama. Registro de ruta: se reserva un campo para registrar la secuencia de dispositivos de encaminamiento visitados por el datagrama. Identificacin de secuencias: identifica recursos reservados utilizados para un servicio de secuencia. Este servicio proporciona un tratamiento especial del trfico voltil peridico. Marcas de tiempo: la entidad IP origen y algunos o todos los dispositivos de encaminamiento intermedios incorporan una marca temporal (con una precisin en milisegundos) a las unidades de datos conforme van pasando por ellos.
1.3 El datagrama IP El datagrama es la unidad bsica de transmisin de datos en la red Internet. El datagrama, al igual que las tramas en las redes fsicas, se divide en encabezamiento y campo de datos. El encabezamiento contiene las direcciones IP de la fuente y el destino.2 La longitud mxima de un datagrama es de 65.536 octetos (64 Kbytes). Sin embargo, para viajar de una mquina a otra, los datagramas lo hacen en el campo de datos de tramas de enlace, por lo tanto los datagramas de longitud excesiva deben ser divididos en fragmentos que quepan en las tramas. Cada fragmento perteneciente a un mismo datagrama tiene el mismo nmero de identificacin que el datagrama original, con lo que es posible su reconstruccin
VER LON TIPO DE SERVICIO IDENTIFICACION2
LONGUITUD TOTAL FLAGS DESPLAZAMIENTO
http://www.atelasesores.com.ve
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TIEMPO
PROTOCOLO
CHECKSUM ENCABEZAMIENTO DIRECCION IP FUENTE
DIRECCION IP DESTINO OPCIONES DATOS RELLENO
Prembulo destino Origen tipo Datagrama IP (o fragmento) CRC tratado Como datos
FIG.1.1 Datagrama IP A continuacin se describen los campos del datagrama IP3: VER: Este campo de 4 bits se usa para especificar la versin del protocolo IP, y se usa para que destino, fuente y "routers" entre ellos, estn de acuerdo en el tipo de datagrama. Si los estndares cambian, las mquinas rechazarn datagramas con versin de protocolo distinta de las de ellas LON: Este campo de 4 bits especifica la longitud del encabezamiento del medido en palabras de 32 bits. El encabezamiento ms comn, sin incluir opciones, tiene este campo con valor igual a 5. TIPO DE SERVICIO: Este campo de 8 bits especifica cmo debe ser manejado el datagrama, y se divide en los 5 campos que muestra la figura 1.12 D(1 bit) T (1 bit) R (1 bit) No usado
Prioridad (3bit)
Fig.1.2 campos del datagrama IP PRIORIDAD: Estos tres bits especifican la prioridad del datagrama, con valores en el rango de 0 (prioridad normal) a 7 (datagramas de control de la red). Bits D,T y R especifican el tipo de servicio que el datagrama solicita Cuando estn a 1, el bit D solicita bajo retraso, el
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SORIANO, J. 2006, IPTV, Colegio Oficial de Ingenieros de Telecomunicacin, Espaa .
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bit T alta velocidad de transmisin de la informacin y el bit R solicita alta fiabilidad. Por supuesto, la red no puede garantizar el tipo de servicio requerido si, por ejemplo, el camino al destino no tiene esas propiedades. Estos bits se usan por los "routers" cuando pueden escoger entre varios posibles caminos para un datagrama; eligiendo el que mejor se adapte a los servicios solicitados. LONGITUD TOTAL: Este campo da la longitud total del fragmento del datagrama, incluido el encabezamiento, medida en octetos. El tamao del campo de datos puede calcularse a partir de este campo y del campo LON. IDENTIFICACIN: Este campo, junto con los de FLAGS y DESPLAZAMIENTO se utilizan para el control de fragmentacin. Su propsito es permitir al "host" destino unir todos los fragmentos que pertenecen a un mismo datagrama, y que le pueden llegar fuera de orden. A medida que los fragmentos llegan, el "host" destino utiliza el campo IDENTIFICACION, junto con la direccin fuente para identificar a qu pertenece ese fragmento. Los computadores normalmente generan un campo IDENTIFICACION nico, incrementando un contador cada vez que forman un datagrama. FLAGS: Los dos bits ms bajos de los tres bits del campo FLAGS controlan la fragmentacin. El primero especifica si el datagrama puede ser fragmentado (si est a 1, no puede serlo). El bit ms bajo de FLAGS indica, si est a 1, que este fragmento no es el ltimo del datagrama. Este bit es necesario pues el campo LONGITUD TOTAL del encabezamiento se refiere a la longitud del fragmento, y no a la longitud total del datagrama DESPLAZAMIENTO: Especifica el desplazamiento del fragmento en el datagrama original, medido en unidades de 8 octetos, empezando con desplazamiento 0. Para ensamblar un datagrama, el "host" destino debe obtener todos los fragmentos; desde el de desplazamiento cero hasta el de desplazamiento ms alto. Si uno o ms fragmentos se pierden, el datagrama entero debe ser descartado TIEMPO: Especifica el tiempo mximo que se le permite al datagrama permanecer en la red IP; as se evita que datagramas perdidos viajen por la red indefinidamente. Es difcil estimar el tiempo4 exacto porque los routers" normalmente no saben el tiempo
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que requieren para la transmisin las redes fsicas. Para simplificar, "host" y "routers" suponen que cada red utiliza una unidad de tiempo en la transmisin; as deben decrementar el valor de este campo en uno cada vez que procesen un encabezamiento de datagrama. Si el valor del campo llega a cero el datagrama se destruye y se devuelve un mensaje de error ICMP. PROTOCOLO: Especifica el tipo de protocolo de alto nivel que soporta los datos que lleva el datagrama. Los valores de este campo para distintos protocolos los asigna una autoridad central (el NIC). Algunos de ellos aparecen en la siguiente tabla:
Tabla 1.2 distintos protocolos
CHECKSUM DEL ENCABEZAMIENTO: Asegura que el encabezamiento no tiene errores. El "checksum" se forma tratando el encabezamiento como una secuencia de enteros de 16 bits. Se suma con aritmtica de complemento a uno, el complemento a uno de todos ellos. A efectos de calcular el "checksum" se supone que el campo checksum del encabezamiento tiene valor cero. Como slo se chequean errores en el encabezamiento, los protocolos de nivel superior debern aadir otro tipo de comprobacin para detectar errores en los datos. DIRECCINES IP FUENTE Y DESTINO: Contienen las direcciones IP de 32 bits de los "hosts" fuente y destino del datagrama respectivamente. OPCIONES: No es un campo necesario en todos los datagramas. Se incluyen normalmente para chequear o depurar la red. La longitud de las opciones vara dependiendo de cules de stas se seleccionan. Algunas opciones son de longitud un octeto, mientras que otras son de longitud variable. Cada opcin consiste en un octeto de cdigo de opcin, un octeto de longitud y una serie de octetos para la opcin. El cdigo de opcin se divide en tres campos,
Espaa.
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como aparece en la figura. 1.13
COPIA (1 bit)
CLASE DE OPCION(2 NUMERO DE OPCION(5 bits) bits) Fig.1.3 campo de opciones
Cuando el bit COPIA est a 1, especifica que la opcin slo debe ser copiada al primer fragmento, y no a los dems Los campos CLASE DE OPCION y NUMERO DE OPCION, especifican la clase general de la opcin y dan la opcin especfica dentro de esa clase. En la tabla siguiente se muestra la asignacin de las clases.
Tabla 1.3 asignacin de clases La tabla siguiente muestra las posibles opciones que pueden acompaar a un datagrama y da su clase y nmero de opcin. La mayora de ellas se usan para propsitos de control.
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Tabla 1.4 Opciones de datagrama. RELLENO: Representa octetos conteniendo ceros, que son necesarios para que el encabezamiento del datagrama sea un mltiplo exacto de 32, ya se haba visto que el campo de longitud del encabezamiento se especificaba en unidades de palabras de 32 bits. DATOS: Es la zona de datos del datagrama.
1.4 Protocolos de encaminamiento IP. Hay que distinguir entre los protocolos de nivel de red, como IP, que son los que definen el esquema de direccionamiento y el formato de las unidades de datos, y los protocolos que establecen como se encaminan dichos paquetes a travs de la red. Estos protocolos definen unos procedimientos que regulan el intercambio de la informacin que comparten los routers, bsicamente la contenida en sus tablas de rutas e informacin sobre el estado del enlace entre ellos. Cada entrada en la tabla de rutas especifica la porcin de red de la direccin destino y la direccin del siguiente router a travs de la cul dicha red se puede alcanzar.5 1.4.1 Protocolos interiores. Son aquellos diseados para funcionar en el mbito interno de una5
http://www.cepal.org/SocInfo.
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comunidad de usuarios que opera un conjunto de redes de forma autnoma y que por tanto tiene libertad para disear su arquitectura de conexin interna. Pueden emplear algoritmos de vector distancia o de estado de enlace: 1.4.1.1 Algoritmo de vector distancia El encaminamiento basado en algoritmos de vector distancia es muy simple. Mantiene una lista de rutas en una tabla, donde cada entrada identifica una red de destino y da la distancia a esa red medida en saltos (routers intermedios). El protocolo clsico de este tipo es RIP (Routing Information Protocol) ampliamente utilizado en entornos de redes de rea local. RIP distingue entre dispositivos activos que difunden sus tablas de rutas a travs de la red y pasivos que se limitan a escuchar y actualizar sus propias tablas a partir de la informacin que reciben. Tpicamente, los dispositivos activos son los routers y los pasivos los servidores de la red. Aunque en el caso de tener RIP configurado como algoritmo esttico, un router puede tambin actuar como dispositivo pasivo y no propagar informacin.
1.4.1.2 Algoritmo de estado de enlace. El encaminamiento basado en algoritmos de estado de enlace proporciona un mecanismo por el cual cada router comunica a los dems el estado de todas sus lneas. De este modo todos los routers tienen la misma informacin. Cuando el estado de una lnea cambia, los dems routers son informados automticamente. El protocolo OSPF (Open Shortest Path First) es de este tipo.6 1.4.2 Protocolos exteriores Para la conexin entre sistemas autnomos se defini el protocolo EGP (Ex terior Gateway Protocol), hoy da ya obsoleto. Actualmente el estndar para el intercambio de informacin entre sistemas autnomos en Internet es el BGP4, que permite definir polticas de encaminamiento entre sistemas autnomos y soporta CIDR (Classless InterDomain Routing), es decir, encaminamiento basado nicamente en prefijos de routing (direccin de red, redid), sin tener en cuenta la tradicional distincin en clases A, B y C ya superada.7 El uso de CIDR y BGP4 es lo que ha permitido a Internet seguir funcionando, a6 7
http://www.htc.com/es/. http://telephonyonline.com/fttp/news/surewest-bonded-adsl2-1021/.
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pesar de su espectacular crecimiento, al ser posible agregar los bloques de redes contiguas asignados a cada proveedor de acceso, resumiendo esta informacin en la frontera de cada sistema autnomo de cara al exterior. Con lo cual las tablas de encaminamiento en Internet se reducen considerablemente. Estos protocolos son complejos y su necesidad slo se plantea en casos especiales, como por ejemplo, conexiones entre proveedores de servicios Internet.Lo habitual es que para la conexin entre una organizacin y su proveedor se emplee encaminamiento esttico. Lo mismo se aplica para la conexin directa entre dos organizaciones Por ltimo sealar que adems de los protocolos mencionados, cuya especificacin se ha publicado como RFCs y por lo tanto son estndares de Internet, existen otros protocolos de tipo propietario como IGRP, EIGRP, HSRP y NHRP cuyo uso queda restringido en aquellos entornos donde todos los equipos utilizados sean de un mismo fabricante o fabricantes que soporten compatibilidad con esos protocolos.
1.5 Protocolo de internet ipv4 Este es el protocolo de nivel de red usado en Internet. Seguido con otros protocolos auxiliares el es responsable de transferir la informacin IPv4 es la versin 4 del Protocolo de Internet y constituye la primera versin de IP que es implementada de forma masiva. IPv4 es la versin 4 del Protocolo IP (Internet Protocol). Esta fue la primera versin del protocolo que se implemento extensamente, y forma la base de Internet. A cada computadora que se desee conectar a Internet se le debe atribuir un nmero diferente, llamado nmero de IP, que funciona como una verdadera direccin de Internet para esa computadora. El protocolo IPv4, sobre el cual se basa actualmente todo el funcionamiento de Internet, utiliza precisamente este nmero para permitir que las diversas computadoras de Internet se reconozcan se encuentren y puedan conectarse las unas con las otras. IPv4 es un protocolo de nivel de red no orientado a conexin, no confiable. En caso de haber problemas, se espera que el nodo involucrado descarte el paquete. Debido a que un paquete debe transitar por varios nodos, posiblemente siguiendo un camino que no necesariamente es el mismo que el usado por otros paquetes, los datos enviados pueden llegar en desorden. IPv4 no intenta corregir el orden de los paquetes. Las caractersticas de IPv4 hacen que Internet sea principalmente una red best effort, o sea que no provee ninguna garanta sobre el trfico, aunque haciendo su mejor esfuerzo para asegurarse que los datos lleguen a destino.8 IPv4 es el principal protocolo utilizado en el Nivel de Red del Modelo TCP/IP para Internet. IPv4 es un protocolo orientado hacia datos que se utiliza para
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comunicacin entre redes a travs de interrupciones (switches) de paquetes (por ejemplo a travs de Ethernet). Tiene las siguientes caractersticas: Es un protocolo de un servicio de datagramas no fiable (tambin referido como de mejor esfuerzo): No proporciona garanta en la entrega de datos. No proporciona ni garantas sobre la correccin de los datos.
Puede resultar en paquetes duplicado o en desorden.Todos los problemas mencionados se resuelven en el nivel superior en el modelo TCP/IP, por ejemplo, a travs de TCP o UDP.El propsito principal de IP es proveer una direccin nica a cada sistema para asegurar que una computadora en Internet pueda identificar a otra. 1.5.1 Direcciones IPv4 utiliza direcciones de 32 bits (4 bytes) que limita el nmero de direcciones posibles a utilizar a 4,294, 967,295 direcciones nicas. Sin embargo, muchas de estas estn reservadas para propsitos especiales como redes privadas, Multidifusin (Multicast), etc. Debido a esto se reduce el nmero de direcciones IP que realmente se pueden utilizar, es esto mismo lo que ha impulsado la creacin de IPv6 como reemplazo para IPv4. 1.5.2 Datagrama ipv4 El protocolo IPv4 tiene un header de longitud variable. El header est formado por una parte obligatoria, de 20 bytes, seguido por una serie de opciones. Debido a limitaciones del header, las opciones deben tener una longitud mltiplo de 4 bytes, pudiendo el header crecer hasta un mximo de 60 bytes (contando parte obligatoria y opcional).
Fuente: www.packetcable.com/primer/. Fig.1.4 datagrama ipv423
En el campo versin va el registro de la versin del protocolo al que pertenece dicho datagrama. El incluir la versin en cada datagrama hace posible la transicin entre versiones, ya que es imprescindible saber a que versin del protocolo IP pertenece. La longitud de la cabecera no es estndar, por eso se incluye un campo en la cabecera IHL para indicar la longitud de este. El campo tipo de servicio permite al host indicar a la subred el tipo de servicio que entrega. La longitud total incluye el largo de todo el datagrama: tanto la cabecera como los datos. La longitud mxima es de 65535 bytes. El campo identificacin es necesario para que el host destino determine a qu datagrama pertenece un fragmento recin llegado. Todos los fragmentos de un datagrama contienen el mismo valor de identificacin. Luego viene un bit sin uso, y dos campos de 1 bit. DF significa no fragmentar, y MF significa ms fragmentos. El desplazamiento del fragmento indica en qu parte del datagrama actual va este fragmento. El campo tiempo de vida es un contador que sirve para limitar la vida del paquete. El campo protocolo indica la capa de transporte a la que debe entregarse (TCP o UDP o algn otro). La suma de comprobacin de la cabecera verifica solamente a la cabecera.
1.5.2.1 El campo TOS en IPV4 IPv4 provee ciertos mecanismos de priorizacin de paquetes. La especificacin original de IPv4 indica que debe considerarse un campo de 3 bits que indica la prioridad (precendence), con otros tres bits indicando el servicio deseado y dejando los ltimos dos bits en cero (por estar reservados). Los bits que indican el tipo de servicio son (en orden): minimizar la latencia (bit D), maximizar el throughput (bit T) y maximizar la confiabilidad (bit R). Un host puede prender cualquier combinacin estos bits y los routers pueden usarlos como guia para determinar el prximo salto.9 Supongamos que un router est conectado a otro con dos enlaces, uno satelital con mucho throuput y mucha latencia y un cable serie, con poca latencia y poco throughput. Si un paquete IPv4 con el bit D debe ser forwardeado, es muy probable que el router decida usar el enlace serie, ya que es el que menos latencia tiene. Si el siguiente paquete tiene el bit T prendido, es de esperar que sea enviado por el enlace satelital. Todo este tratamiento es opcional, y en ltima instancia depende del router que hace el forwardeo (y de su configuracin/programacin). Otra interpretacin posible es el uso total del campo de bits para indicar distintas clases de trfico (indicadas en el campo9
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DSCP). Puesto que esta interpretacin fue definida mucho despus de la interpretacin original, es necesario definirlas de forma tal que sean compatibles con la interpretacin original, a menos que haya un arreglo de antemano entre todos los nodos de la red.
Fig. 1.5 Campo TOS del datagrama IPV4 1.5.3 Limitaciones de IPv4 Inminente saturacin del espacio de direcciones: Direcciones de 32 bits En total 2^32 = 4.294.967.296 direcciones Menos direcciones disponibles Limita el crecimiento de Internet Obstaculiza el uso de Internet a nuevos usuarios Enrutamiento ineficiente de paquetes Soporte inadecuado para aplicaciones actuales: Las aplicaciones de hoy requieren mayores prestaciones (videoconferencias, multimedia, VoIP, aplicaciones en tiempo real) Mecanismos de seguridad: La seguridad es opcional Existen varias herramientas pero ninguna es un estndar 1.6 protocolo de internet IPV6 IPv6 (Internet Protocol Version 6) o IPng (Next Generation Internet Protocol) es la nueva versin del protocolo IP (Internet Protocol). Ha sido diseado por el IETF (Internet Engineering Task Force) para reemplazar en forma gradual a la versin actual, el IPv4.En esta versin se mantuvieron las funciones del IPv4 que son utilizadas, las que no son utilizadas o se usan con poca frecuencia, se quitaron o se hicieron opcionales, agregndose nuevas caractersticas.El motivo bsico para crear un nuevo protocolo fue la falta de direcciones. IPv4 tiene un espacio de direcciones de 32 bits, en cambio IPv6 ofrece un espacio de 128 bits. El reducido espacio de direcciones de IPv4, junto al hecho de falta de coordinacin para su asignacin durante la dcada de los 80, sin ningn tipo de optimizacin, dejando incluso espacios de direcciones discontinuos, generan en la actualidad, dificultades no previstas en aquel momento. Otros de los problemas de IPv4 es la gran dimensin de las tablas de ruteo en el backbone
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de Internet, que lo hace ineficaz y perjudica los tiempos de respuesta. Debido a la multitud de nuevas aplicaciones en las que IPv4 es utilizado, ha sido necesario agregar nuevas funcionalidades al protocolo bsico, aspectos que no fueron contemplados en el anlisis inicial de IPv4, lo que genera complicaciones en su escalabilidad para nuevos requerimientos y en el uso simultneo de dos o ms de dichas funcionalidades. Entre las mas conocidas se pueden mencionar medidas para permitir la Calidad de Servicio (QoS), Seguridad (IPsec) y movilidad. 1.6.1 Caractersticas
Mayor espacio de direcciones. El tamao de las direcciones IP cambia de 32 bits a 128 bits, para soportar: ms niveles de jerarquas de direccionamiento y ms nodos direccionables Simplificacin del formato del Header. Algunos campos del header IPv4 se quitan o se hacen opcionales Paquetes IP eficientes y extensibles, sin que haya fragmentacin en los routers, alineados a 64 bits y con una cabecera de longitud fija, mas simple, que agiliza su procesado por parte del router. Posibilidad de paquetes con carga til (datos) de mas de 65.355 bytes. Seguridad en el ncleo del protocolo (IPsec). El soporte de IPsec es un requerimiento del protocolo IPv6. Capacidad de etiquetas de flujo. Puede ser usada por un nodo origen para etiquetar paquetes pertenecientes a un flujo (flow) de trfico particular, que requieren manejo especial por los routers IPv6, tal como calidad de servicio no por defecto o servicios de tiempo real. Por ejemplo video conferencia. Autoconfiguracin: la autoconfiguracin de direcciones es mas simple. Especialmente en direcciones Aggregatable Global Unicast, los 64 bits superiores son seteados por un mensaje desde el router (Router Advertisement) y los 64 bits mas bajos son seteados con la direccin MAC (en formato EUI-64). En este caso, el largo del prefijo de la subred es 64, por lo que no hay que preocuparse mas por la mscara de red. Adems el largo del prefijo no depende en el nmero de los hosts por lo tanto la asignacin es mas simple. Renumeracin y "multihoming": facilitando el cambio de proveedor de servicios.Caractersticas de movilidad, la posibilidad de que un nodo mantenga la misma direccin IP, a pesar de su movilidad. Ruteo ms eficiente en el backbone de la red, debido a la jerarqua de direccionamiento basada en aggregation.
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Calidad de servicio (QoS) y clase de servicio (CoS). Capacidades de autenticacin y privacidad
1.6.2 Datagrama ipv6
Fig.1.6 cabecera bsica de IPv6 1.6.2.1 campos desaparecen en IPV6 de IPV4: A continuacin se describen los campos que desaparecen en IPV4 como se muestra en la figura (1.7) El campo OPCIONES de IPv4 desaparece ya que se sustituye por las cabeceras opcionales de extensin. Mientras que en IPv4 los campos para la fragmentacin son obligatorios en IPv6 los campos se incluyen dentro de una cabecera opcional, que solo se va a utilizar cuando sea necesaria la fragmentacin de paquetes. El campo LONGITUD desaparece porque la longitud de la cabecera de control es fija. El campo SUMA COMPROBACION desaparece ya que no se comprueban errores fsicos de la cabecera en el nivel IP, si se produjese algn error lo tendr que detectar los niveles superiores.10
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DVB Internet Protocol (IP),ETSI TS 102 034: Digital Video Broadcasting (DVB): Transport of DVB Services over IP based Networks
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Fig.1.10 campos que desaparecen en el datagrama IPV4 1.6.2.2 campos renombrados: LONGITUD DE CARGA UTIL (16 bits): (en IPv4 longitud total): son 65.535 octetos incluyendo las cabeceras opcionales ms las PDU del nivel superior, es decir, excluyendo la cabecera fija. LIMITE DE SALTOS: (en IPv4 TTL) Indica el numero de routers como mximo por los que un paquete puede ser encaminado. CABECERA SIGUIENTE (4 bits): (en IPv4 Protocolo) Indica la siguiente cabecera, si es una cabecera de extensin o si el protocolo de la PDU del nivel superior. Cuando el valor es conocido nos estaremos refiriendo a una PDU. Cuando el valor es desconocido vamos a suponer que hablamos de cabeceras de extensin. PRIORIDAD (4 bits): Prioriza el procesamiento de los paquetes dependiendo de la comunicacin, minimizando el retardo en la interfaz de salida. Cuando hay saturacin, se va a priorizar de manera que el ltimo paquete eliminado sea el ms prioritario. Se define 16 niveles de prioridad de procesamiento para el paquete en funcin de si la aplicacin est montada sobre TCP o UDP. El nivel ms prioritario es el nivel 15 y corresponde con el encaminamiento de paquetes de audio. Va montado sobre UDP.
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ETIQUETA DE FLUJO (24 bits): Ofrece calidad de servicio dependiendo del tipo de comunicacin. Permite identificar los flujos para luego ofrecer a los paquetes de un flujo la misma calidad. Un flujo es una secuencia ordenada de paquetes que siguen una misma ruta por internet desde un origen a un destino y que requieren de un tratamiento especial (recursos) en los routers por donde pasan. DIRECCION DESTINO: Es el campo ms importante. Ya que siempre se va a encaminar a partir de esta direccin. DIRECCION ORIGEN: Fundamental para hacer encaminamiento ICMP.
Aunque la longitud es mayor que en IPv4 sin opciones el nmero de campos en IPv6 es casi la mitad. Una entidad IP intermedia encamina antes en IPv6 ya que se obvia la deteccin de errores fsicos (que nunca se recuperan). Por tanto el datagrama va a procesarse ms rpido y se va a agilizar el encaminamiento. 1.6.3 Tipos de direcciones en IPV6. 1.6.3.1 UNIDIFUSION (UNICAST). Transmisin punto a punto (comunicacin 1 a 1) desde un sistema final origen a un sistema final destinatario.Por cada paquete IP que envas lo tienes que replicar por el numero de destinos a los que van dirigidos. Si hay n destinatarios hay que transmitir n copias de la misma informacin. Simplifica el encaminamiento, dices a donde quieres que vaya cada paquete (cada equipo tiene su propia IP) y los routers se encargan de encaminar hacia el destino.11
Fig. 1.7 direccin unicast11
DVB Internet Protocol (IP),ETSI TS 102 034: Digital Video Broadcasting (DVB): Transport of DVB Services over IP based Networks
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PROBLEMA: Se est replicando la informacin de forma innecesaria cuando lo nico que cambia es la IP destino. Proceso de envo independiente desde una maquina origen a una nica maquina destino.Algunos enlaces deben transportar varias copias. 1.6.3.2 MULTIDIFUSION Transmisin en un solo envo, desde un sistema final origen a todos los sistemas destinatarios de un grupo de multidifusin que comparten una misma direccin IP de multidifusin correspondiente al grupo. Adems de su IP cada equipo puede asimilar otras direcciones IP para conectar va multicast. La comunicacin es 1 a n con entrega a n interfaces, pero la informacin solo se transmite una vez desde el sistema origen.
Fig.1.8 direccin multicasd. Desde la maquina origen solo sale un nico paquete IP, son los routers los que lo copian para encaminar a los distintos equipos con mismo grupo multicast. Los routers de multidifusin por Internet manejan direcciones IP de multidifusin. Multidifusin consiste en un nico proceso de envo independientemente del nmero de maquinas receptoras de una misma informacin desde una maquina origen a todas las maquinas destinatarias que pertenecen al mismo grupo de multidifusin. Cada enlace transporta una nica copia. 1.6.3.3 DIFUSION (BROADCAST) Es un caso particular de de multidifusin. Transmisin, en un solo envo, desde un sistema final origen a todos los sistemas conectados a una misma red de30
rea local de difusin Consideramos una red de rea local como un grupo de multidifusin. MONODIFUSION (ANYCAST): Es como multicast pero solo se enva el datagrama al interfaz ms cercano del grupo de monodifusin. Transmisin, en un solo envo, desde un sistema final origen al sistema destinatario ms cercano de un grupo de monodifusin que comparte una misma direccin de monodifusin.
Fuente:www.Broadcastpaper.com
Fig.1.9 direccin broadcast. La comunicacin es 1 a n con entrega a n interfaces.Envo a una (cualquiera) de las interfaces indicadas que, generalmente, es la ms cercana. El sistema origen debe utilizar un protocolo basado en una mtrica de distancias para encontrar al sistema ms cercano. Monodifusin consiste en un nico proceso de envo independiente del numero de maquinas receptoras de una misma informacin desde una maquina origen a una nica maquina destinataria (la ms cercana) que pertenece a un grupo de monodifusin que comparten una misma direccin de monodifusin. 1.7 Implantacin de IPv6 IPv6 no es realmente compatible con IPv4 pues utiliza un formato de encabezado diferente, sin embargo, con pequeas modificaciones puede lograrse Compatibilidad. No obstante la implementacin del IPv6 implica modificaciones en computadoras, routers e incluso en las aplicaciones. La implantacin del nuevo protocolo se est realizando en forma gradual mediante31
la creacin de redes islas con IPv6. Para la interconexin de estas islas a travs del backbone IPv4 se utiliza tunneling de Ipv6 a IPv4. La red experimental as formada se conoce como 6Bone y empez a funcionar en 1996. Existe una gran variedad de empresas y sitios Web que ofrecen. Aplicaciones listas para funcionar bajo el nuevo protocolo. Se espera que el IPv6 reemplace gradualmente al IPv4, coexistiendo ambos algunos aos. Una transicin sin sobresaltos permitir a proveedores y usuarios sacar partido de sus inversiones en los actuales servicios IPv4, al tiempo que preparan la migracin completa al IPv6 a medida que vayan apareciendo nuevos dispositivos IPv6. La IETF ha ideado una amplia gama de tcnicas de transicin e integracin, que permite a los proveedores elegir los mtodos que resulten ms adecuados para ellos. En ltima instancia, muchas implantaciones IPv6 sern , es decir, puramente IPv6, en lugar de ser islas de IPv6 conectadas por medio de Internet IPv4 existente. 1.8 Televisin digital 1.8.1 Definicin La televisin digital (TVD) es un nuevo servicio que ofrece la televisin y representa el desarrollo ms significativo que se ha dado en este campo de la tecnologa desde la llegada de la televisin a color. Bsicamente DTV es una nueva tcnica de radiodifusin de seales que consiste en convertir la imagen, el sonido, y los contenidos interactivos en informacin digital , es decir, la informacin no es enviada en forma de ondas que precisan grandes anchos de banda como ocurre con la televisin analgica, sino que la enva como ceros y unos (codificacin binaria), aprovechando as los beneficios del procesamiento, multiplexacin, codificacin y modulacin digital de las seales tanto de audio, vdeo y datos, con el nico fin de optimizar la transmisin de las seales de televisin. 12 A continuacin se enlistan algunas de las ventajas que proporciona la televisin digital: Recepcin en el hogar sencilla y poco costosa. Uso de un menor nmero de frecuencias. Mejora de la calidad de la imagen y del sonido.
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Ed.Mac Graw Hill.ATSC http://www.servisystem.com.ar/ATSCdtv8.html
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Realismo mayor, que se puede apreciar en una pantalla ms grande. Mejora el aspecto de la pantalla. El formato convencional es de 4:3, con la televisin digital se trabaja el formato panormico de 16:9. Sonido con sistema de 5 canales separados para lograr un efecto envolvente, con calidad de disco compacto y transmisin en diferentes idiomas. Abre las puertas del hogar a la Sociedad de la Informacin, permite la convergencia TV-PC. El televisor podr admitir datos como: correo electrnico, cotizaciones de bolsa, videotelfono, guas electrnicas de programas (EPG), vdeo bajo demanda, pay per view, teletexto avanzado, banco en casa, tienda en casa, etc. Facilidad de transporte y almacenamiento sin degradaciones. Permite el desarrollo equilibrado entre servicios en abierto y servicios de pago.
Con la tecnologa digital se pueden transmitir varios programas en el mismo ancho de banda en la que antes slo era posible transmitir un programa. 1.8.1 Caractersticas Son bastantes las caractersticas de la DTV, pero entre las ms importantes se puede mencionar la capacidad de transmisin de imgenes en alta definicin Transmisin mltiple de canales (multicasting); transmisin de datos a alta velocidad; y la imagen en pantalla ms ancha. DTV puede brindar la calidad de imagen y sonido comparado a la que se encuentra en las salas de cine, una pantalla ancha, una mejor entrega de colores, mltiples programas o un solo programa en alta definicin (HDTV), y otros nuevos servicios que actualmente se estn desarrollando. DTV puede ser HDTV, o la transmisin simultnea de mltiples programas en definicin estndar (SDTV), la cual presenta imgenes de menor calidad que HDTV pero significativamente mejor que la televisin que tenemos hoy. Televisin de Alta Definicin
Se refiere a que la televisin digital permitir transmitir programas en una resolucin o claridad mucho ms alta que la se tiene con la televisin anloga.
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La HDTV13 agrega capacidades extraordinarias para desarrollar servicios innovadoras para los televidentes, el rea comercial, el gobierno y tambin en el campo educativo proporciona la oportunidad de crear ilimitadas aplicaciones. HDTV es un sistema de radiodifusin digital de televisin con una resolucin mejorada en comparacin a los sistemas de televisin tradicional (NTSC, SECAM, PAL). Existen tres diferencias claves entre HDTV y el estndar de televisin regular que todos conocemos, estas diferencias son: un incremento en la resolucin de la imagen, el ancho de la pantalla es de 16:9 como estndar, y la capacidad de soportar audio multicanal como Dolby Digital, el cual proporciona sonido envolvente. La resolucin de las imgenes en HDTV puede ser de dos tipos: 1280x720 pixeles: 921600 pixeles totales (2.6 veces ms que SDTV) 1920X1080 Pixeles: 2073600 pixeles totales (6 veces ms que SDTV)
Estos dos estndares de HDTV de 720 p y 1080 p cumplen con la relacin de aspecto de 16:9 que debe tener una imagen, esta relacin es la proporcin entre el ancho y alto de la misma, donde el primer nmero corresponde a la resolucin horizontal de la imagen y el segundo a la resolucin vertical. En la siguiente figura se observa los dos tipos de resolucin de imgenes HDTV.
Fig. 1.11 (a) STDV con relacin de aspecto 4:3; (b) HDTV con relacin de aspecto 16:9. Transmisin Mltiple (Multicasting)
La transmisin digital permite a las estaciones de televisin transmitir mltiples canales en definicin estndar y/o canales en alta definicin de manera simultnea. Esta accin es llamada transmisin mltiple o tambin denominada13
Televisin de alta definicin(HDTV).
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multicasting. Una estacin de TV puede proporcionar mltiples canales de programacin diferente al mismo tiempo, gratis y a travs del aire. Cada flujo de programa es llamado un multicast. Debido a la tv digital se puede tener cinco o seis canales en uno, esta propiedad es el resultado de utilizar de una forma ms eficiente el espectro. Transmisin de Datos (Datacasting)
La posibilidad de transmitir datos es otra capacidad que la DTV nos brinda, la difusin de datos en distintas formas es conocida como Datacasting. Esta propiedad le permite al usuario tener acceso a diversas reas de informacin como: noticias, informes del clima, trfico, bolsa y otra informacin la cual puede como no puede estar relacionada con los programas que se estn transmitiendo. Tambin puede tener acceso a cuentas bancarias y realizar transferencias de la misma. Datacasting ofrece un sin nmero de posibilidades para el entretenimiento personal y familiar ya que se tiene juegos electrnicos, videos musicales, entre otras opciones. Video Mejorado
Con la calidad y nitidez de video que nos proporciona la televisin digital se abre la posibilidad de desarrollar nuevas aplicaciones atractivas al consumidor como por ejemplo visitar una galera virtual o un museo, utilizando el televisor, se puede manejar la cmara a diferentes posiciones y el usuario tiene la opcin de controlar la perspectiva. Sin embargo, el mayor impacto que el video mejorado tiene es en el proceso de enseanza y aprendizaje, ya que le ofrece al maestro una variedad de alternativas y posibilidades para competir con el mundo de los videos. 1.8.2 Modelo de la TDT El modelo de televisin digital terrestre consiste en enviar seales digitales de televisin mediante transmisores de televisin digital usando como medio de transmisin ondas hertzianas. El medio de transmisin, las ondas, no difiere del empleado hasta el momento por la televisin analgica, sin embargo enviar la seal de forma digital, permite un mejor aprovechamiento del canal usado con lo cual podemos enviar ms informacin, de mayor calidad y sin que se vea alterada.14
14
http://www.minervanetworks.com
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Fuente: www.minervanetworks.com Fig. 1.12 modelo de la televisin digital terrestre La red de distribucin primaria transporta los paquetes MPEG desde los estudios de televisin hasta los centros re-multiplexores y luego hasta los centros transmisores. Se consideran varias posibilidades para la red primaria, entre las que se incluyen fibra ptica, redes PDH (Plesichronous Digital Hierarchy) o SDH (Synchronous Digital Hierarchy), ATM o satlite. Una red completa constar seguramente de una combinacin de todas las anteriores. Este modelo de televisin digital requiere de un equipo terminal con la posibilidad de receptar la seal de televisin y la variedad de servicios que vienen integrados. Estos equipos incluyen un software compatible con el sistema de televisin digital que se distribuye en cada rea. La televisin digital terrestre es accesible para todos, lo cual es una gran ventaja frente a los otros modelos, debido a que garantiza el acceso universal a la televisin digital y a las ventajas de esta tecnologa. Adems permite un mejor uso del espectro radioelctrico. 1.8.3 Elementos utilizados en la TDT En la difusin de la TV Di intervienen diversos canales y estndares, pero para lograr la interactividad con el receptor, son necesarios una serie de elementos: Proveedor de servicios: proporciona servicios interactivos o contenidos destinados a servicios interactivos a travs de un servidor de aplicaciones del operador de TV Digital. Por ejemplo. Un banco o los servicios de informacin metereolgica.
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Proveedor de contenidos: Suministra contenidos de televisin y radio, y transmite sus contenidos va satlite o cable al centro de la emisin del operador. Servidor de aplicaciones: Es el encargado de preparar las aplicaciones para su codificacin antes de su emisin. Integra los datos de proveedores de servicios. Centro de emisin: Recoge las seales de los proveedores de contenidos y las prepara para su codificacin y emisin. Encoding-Multiplexador: Codifica la informacin de vdeo, audio y datos (servicios interactivos) convirtindola en paquetes MPEG. Encripta esta informacin y finalmente la combina o multiplexa para poder transmitirla. STB (Set Top Box): Es un dispositivo conectado a la TV que desencripta, comprueba los derechos del abonado y decodifica la seal MPEG-2 (que permite codificar y decodificar audio y vdeo sin que stos pierdan su calidad) o MPEG-4 (que adems de codificar y decodificar audio y vdeo tambin permite la aplicacin de servicios interactivoscomo Internet) para convertirla en seal analgica que se enva al televisor. middleware: Es un software que se encuentra instalado en el STB y suministra una interfaz de programacin de aplicaciones (del ingls Application Programming Interface o API). El middleware tiene como misin facilitar el desarrollo y ejecucin de aplicaciones interactivas en TV y el acceso a Internet. canal de retorno: Es el que hace posible la interactividad y puede darse a travs del telfono, en el caso de la transmisin por ondas hertzianas y satlite, directamente con el cable o la combinacin de ambas como lo permite el ADSL y la TDT. La TVDi (TV Digital Interactiva) implica la coexistencia de varias tecnologas (digitales y analgicas) utilizadas por diferentes redes de transmisin (por ondas, cable, satlite, ADSL y TDT) y la necesidad de estandarizar los equipos de recepcin y las aplicaciones para este medio.
1.8.4 Interactividad Interactividad significa la capacidad que tiene un dispositivo para interactuar o permitir la interaccin con el usuario. Se debe observar que la existencia de interactividad est estrictamente relacionada con la existencia de un medio electrnico, que acta como intermediario de este proceso La interactividad
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es15 un proceso o accin que puede ser descrita como una actividad mutua e simultnea en la que intervienen dos participantes, normalmente trabajando en direccin de un mismo objetivo. Para que un sistema pueda ser clasificado como interactivo, este debe poseer los siguientes atributos: Posibilidad de interrupcin: cada uno de los participantes debe tener la capacidad de interrumpir el proceso y de tener la posibilidad de actuar cuando lo requiera o as lo desee. Sin embargo, esta caracterstica de los sistemas interactivos debe ser mucho ms que el hecho de bloquear el flujo de un intercambio de informaciones. Respuesta rpida: se refiere a la seal o respuesta producida despus de efectuada una interrupcin. En una conversacin, esto podra ser una frase, una palabra, o simplemente un gesto. Por lo tanto, para que un sistema sea realmente interactivo, estas circunstancias deben ser tomadas en cuenta para que el usuario no crea que el sistema empleado est colgado o no est funcionando. En otras palabras, es necesario que el sistema presente un mensaje indicando la operacin que ha sido ejecutada por el usuario. Degradacin suave: esta caracterstica se refiere al comportamiento de una parte del sistema cuando este no tiene una respuesta para una peticin solicitada por parte del usuario. Cuando esto ocurre, el usuario no debe quedarse sin una respuesta, ni el sistema debe desconectarse. Los participantes deben tener la capacidad de aprender cuando y como pueden obtener una respuesta que no est disponible. Predicciones limitadas: existe una dificultad en programar todas las preguntas o situaciones posibles que se pueden presentar. A pesar de eso, un sistema interactivo debe prever todas las instancias posibles de ocurrencia. De esta forma, si algo que no haba sido previsto ocurre en la interaccin, el sistema tenga las condiciones para responder. En otras palabras, esta caracterstica debe dar la impresin de una base de datos infinita.
No Por defecto El sistema no debe forzar el camino a ser seguido por los usuarios. La inexistencia de un estndar predeterminado brinda libertad a los participantes, refirindose una vez ms al principio de interrupcin, en lo que respecta a la posibilidad que tiene el usuario de parar el flujo de informacin y/o redireccionarlo. Es posible clasificar el concepto de interactividad en tres niveles de cobertura:1515
http://www.cntv.org.co/cntv_bop/servicio_elementos/index.html
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Interactividad con el conjunto televisivo. En este nivel la interactividad est restringida al uso del control remoto, permitiendo el cambio de canales, as como tambin avanzar, retroceder o pausar las imgenes. El telespectador no puede alterar el contenido, slo la forma como el mismo es visualizada. Interactividad con el contenido del programa de televisin.- en este nivel la interactividad es completa y representa el mayor desafo para los productores. En esta visin, el telespectador puede controlar el contenido del programa que est mirando, adems de ser capaz de elegir la programacin que deseara ver. Interactividad con el contenido que se encuentra en la televisin.Tambin llamado coactivo, este nivel contiene las mismas caractersticas que el nivel anterior, adems de funcionalidades que cambiaron radicalmente la forma de mirar televisin por las prximas dcadas. Permite obtener informacin a cualquier momento acerca de las condiciones climticas, deportes, la programacin de las emisoras, noticias, etc., as como tambin obtener informacin detallada a cerca de los productos anunciados y poder compararlos.
1.9 Formatos de vdeo empleados en iptv H.261: Usado para videoconferencia y videotelefona y es la base para otros. MPEG-1: Logra calidad similar a VHS y adems es compatible con todos los PCs y casi todos los DVD. MPEG-2: Es el usado en los DVD y permite imagen a pantalla completa con buena calidad. H.263: Usado para videoconferencia y videotelefona. MPEG-4 Parte 2: Calidad mejorada respecto a MPEG-2. MPEG-4 Parte 10: Es el ms usado actualmente por una gran variedad de aplicaciones. WMV: Se utiliza para vdeo de poca calidad a travs de Internet con conexiones lentas, como para vdeo de alta definicin. 16
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Windows Media Video (WMV)
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1.9.1 Estndar H.261 H.261 es un estndar de la Unin Internacional de Telecomunicaciones (ITU), ratificado en noviembre de 1988. Originalmente diseado para la transmisin a travs de lneas RDSI en el que las ratios de datos son mltiplos de 64 kbit/s. Forma parte de la familia H.26x, estndares de codificacin de vdeo del ITU-T Video Coding Experts Group (VCEG). El algoritmo de codificacin fue diseado para ser capaz de operar a tasas de bits de 40 kbit / s, 2 Mbit / s. El estndar soporta dos tamaos de fotograma de vdeo: CIF (352x288 176x144 luma con croma) y QCIF (176x144 88x72 con croma) utilizando un esquema de muestreo de 4:2:0 1.9.1.1 Formato H.261 El formato H.261 es un estndar de codificacin de vdeo de la ITU (International Telecommunication Union) del ao 1990, diseado originalmente para la transmisin a travs de lneas RDSI en el que las velocidades de transmisin son mltiplos de 64kbps. Es un miembro de la familia H.26x de los estndares de codificacin de vdeo en el dominio del VCEG (Video Coding Experts Group) de la ITU. El algoritmo de codificacin fue diseado para poder operar a velocidades de vdeo de 40 kbps y 2 Mbps. El estndar soporta dos tamaos de fotograma de vdeo: CIF (352x288 luminancia con 176x144 crominancia) y QCIF (176x144 luminancia con 88x72 crominancia) utilizando un sistema de muestreo 4:2:0. El formato H.263 es un cdec de vdeo estndar diseado originalmente como un formato de compresin con una tasa baja de bits para videoconferencias. Ha sido desarrollado por la VCEG de la ITU en un proyecto que termin en los aos 1995/1996 como uno de los miembros de la familia H.26x de los estndares de codificacin de vdeo en el dominio de la ITU. El formato H.263 ha encontrado muchas aplicaciones en Internet, as gran parte del contenido de Flash Video suele ser codificado en formato Sorenson Spark, una aplicacin incompleta de H.263, aunque muchos sitios utilizan ahora VP6 o codificacin H.264. La versin original del cdec RealVideo se basa en H.263 hasta la liberacin de RealVideo 8. El formato H.263 fue desarrollado como una mejora evolutiva basada en la experiencia del formato H.261, el estndar anterior de la ITU para la compresin de vdeo, y de los estndares MPEG-1 y MPEG-2. Su primera versin se termin en el ao 1995 y proporcionaba un sustituto adecuado para el H.261 a cualquier velocidad. Se mejor an ms en los proyectos conocidos como H.263v2 yH.263v3.Este estndar se basa en
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tcnicas comunes de compresin de video, como son la compresin espacial, compresin temporal, prediccin y compensacin de movimiento.17 1.9.1.2 Historia Mientras que el formato H.261 fue precedido en 1984 por el H.120 como un estndar decodificacin de vdeo digital, el H.261 fue el primer estndar de codificacin de vdeo digital verdaderamente prctico. De hecho todos los estndares internacionales posteriores de codificacin de vdeo como los MPEG-1 Parte 2, H.262/MPEG-2 Part 2, H.263, MPEG-4 Parte 2, y H.264/MPEG-4 parte 10, se han basado en el diseo del H.261. Adems los mtodos utilizados por el comit de desarrollo del H.261 han permanecido en el proceso bsico de operacin para el trabajo de estandarizacin subsiguiente. El algoritmo de codificacin utiliza un hbrido de la prediccin de la compensacin del movimiento entre imgenes y la codificacin de la transformacin espacial con cuantificacin escalar, escaneo en zig-zag y codificacin entrpica. 1.9.1.3. Diseo La unidad bsica de procesamiento del diseo se llama macrobloque, y el formato H.261 fue el primer estndar en el que apareci el concepto de macrobloque. Cada macrobloque consiste en una matriz de muestras de luminancia de 16x16 pixels y las dos matrices correspondientes de las muestras de crominancia de 8x8 pixels, utilizando un muestreo de 4:2:0 y un espacio de color YCbCr. La prediccin inter-fotograma reduce la redundancia temporal con los vectores de movimiento usados que ayudan al cdec a compensar el movimiento. Mientras que slo los vectores de movimiento con valores enteros son compatibles con el H.261, se puede aplicar un filtro de desenfoque a la seal de prediccin, mitigando parcialmente la falta de precisin del vector de movimiento de la muestra fraccional. La codificacin de transformacin DCT (Discrete Cosine Transform) con 8x8 pixels reduce la redundancia espacial. la cuantificacin escalar para redondear los coeficientes de la transformacin a la precisin adecuada fijada por un parmetro de control de tamao del paso y los coeficientes de la transformacin cuantificada son escaneados en zig-zag y codificados entropicamente para eliminar la redundancia estadstica. Actualmente el estndar H.261 slo especifica como descodificar el vdeo. Los diseadores del codificador tienen libertad para disear sus propios algoritmos de codificacin, siempre y cuando su salida se restringiera adecuadamente para permitir que pueda ser decodificado por cualquier decodificador de acuerdo con el estndar. Los codificadores son tambin libres para realizar cualquier tratamiento previo que quieran a su vdeo de entrada, y los descodificadores estn autorizados a realizar cualquier procesamiento posterior. Una de las tcnicas efectivas de procesado posterior que se convirti en un elemento clave17
http://www.tcpipmagazine.com/editor/detailtemplate.asp?item_id=130.
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de los mejores sistemas basados en H.261 se llama filtrado de desbloqueo. Esto reduce la aparicin de errores molestos en forma de bloques producidos por la compensacin del movimiento basado en el bloque y las partes de transformacin espacial del diseo. De hecho, estos errores son probablemente un fenmeno familiar para casi todos los que han visto el vdeo digital. El filtrado de desbloqueo se ha convertido en una parte integral del estndar ms reciente el H.264. Las mejoras de diseo introducidas en la ltima estandarizacin se han traducido en mejoras significativas en la capacidad de compresin en relacin con el diseo del H.261.Esto ha hecho que el H.261 sea esencialmente obsoleto, aunque todava se utiliza como un modo de compatibilidad hacia atrs en algunos sistemas de videoconferencia y para algunos tipos de vdeo de Internet. Sin embargo el formato H.261 sigue siendo un hito histrico fundamental en el desarrollo del campo de la codificacin de vdeo. 1.9.2. Formato WMV Windows Media Video (WMV) es un formato de fichero de vdeo comprimido propietario desarrollado por Microsoft. El cdec original, conocido como WMV, fue originalmente diseado para aplicaciones de streaming de Internet, como un competidor del formato RealVideo. Los otros codecs, como los WMV Screen y WMV Image, atienden a contenidos especializados. La versin 9 del formato utilizado por Microsoft fue remitida a la SMPTE (Society Motion Picture and Televisin Engineers) para su aprobacin como estndar, bajo el nombre en clave VC-1. Este cdec es tambin utilizado en la distribucin de vdeo de alta definicin sobre DVD estndar en un formato que Microsoft ha denominado WMV HD, el cual puede ser reproducido tanto en ordenadores como en reproductores de sobremesa. 1.9.2.1. Formato del contenedor Un fichero WMV se encapsula en general en un contenedor ASF (Advanced Systems Format). Normalmente la extensin de fichero .wmv describe los ficheros ASF que usan los codecs de Windows Media Video. El codec de audio usado junto con Windows Media Video es normalmente alguna versin del Windows Media Audio, o en raros casos, el cdec de audio obsoleto Sipro ACELP.net. Microsoft recomienda que los ficheros ASF que no son Windows Media, usen la extensin de fichero .asf. El contenedor ASF puede opcionalmente soportar la gestin de los derechos digitales utilizando una combinacin de un intercambio de claves de criptografa de curva elptica, el cifrado en bloque DES, un cifrado de bloques personalizado, el cifrado RC4 y la funcin de hashing SHA-1.Aunque el formaro WMV es generalmente empaquetado en el contenedor ASF, tambin se puede poner en formato AVI o en el contenedor Matroska. Los ficheros resultantes tendrn las extensiones .avi o .mkv respectivamente. El formato WMV se puede almacenar en un fichero AVI cuando se utiliza la implementacin del cdec42
VCM (WMV 9 Video Compression Manager). OtraForma comn para almacenar WMV en un fichero AVI es utilizar el codificador VirtualDub.18 1.9.2.2 Cdec Windows Media Video Windows Media Video (WMV) es el cdec ms reconocido dentro de la familia WMV. El uso del trmino WMV se refiere a menudo solamente a este cdec. Sus principales competidores son MPEG-4 AVC, AVS, RealVideo, DivX y Xvid. La primera versin del cdec, la WMV 7, se liber en 1999, y se construy de acuerdo con la implementacin de la Parte 2 del formato MPEG-4. Siguiendo con su desarrollo propietario, se liberaron nuevas versiones del cdec, pero la sintaxis del flujo de bits no fue congelado hasta la versin WMV 9. Mientras todas las versiones de WMV soportan la tasa de bits variable, la tasa de bits media y la tasa de bits constante, la versin WMV 9 introdujo varias caractersticas importantes como la inclusin de soporte nativo para el vdeo entrelazado, los pixels no cuadrados, y la interpolacin de los fotogramas. Tambin el WMV 9 introdujo un nuevo perfil llamado Windows Media Video 9 Professional, que se activa automticamente cada vez que la resolucin de vdeo excede los 300.000 pixels, por ejemplo, 528x576, 640480 o 768x432 y la tasa de bits de 1000 kbps. Su objetivo es que el contenido del vdeo de alta definicin alcance resoluciones de 720p y 1080p. Los niveles de perfil Simple y Main del formato WMV 9 cumplen con los mismos niveles de perfil de la especificacin CV-1. El perfil Advanced en VC-1 est implementado en un nuevo cdec llamado WMV Windows Media Video 9 Advanced Profile. Mejora la eficiencia de compresin con contenido entrelazado y se hace independiente del transporte, lo que permite que sea capaz de ser encapsulado en un flujo de transporte MPEG o en el formato de paquetes RTP. Sin embargo el 25 cdec no es compatible con los codecs anteriores al WMV 9. 1.9.2.3 Cdec Windows Media Video Screen Windows Media Video Screen (Pantalla WMV) es un cdec que puede capturar contenido de la pantalla en vivo, y convertir el vdeo de la pantalla mediante el uso de programas de terceros en ficheros WMV 9 Screen. Funciona mejor cuando el material de origen es principalmente esttico y contiene una paleta pequea de colores. Dependiendo de la complejidad del material de origen, el cdec puede conmutar entre la codificacin con prdidas y sin prdidas para mejorar la eficiencia de la compresin. La primera versin del cdec fue la WMV 7 Screen, y la versin actual la WMV Screen, que soporta codificacin VBR, adems de CBR.
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Cdec es la abreviatura de codificador-decodificador. Describe una especificacin desarrollada en software, hardware o una combinacin de ambos
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1.9.2.4 Cdec Windows Media Video Imagen. Windows Media Video Imagen es un cdec de presentacin de diapositivas a vdeo. El cdec trabaja por la aplicacin de los efectos de tiempo, movimiento y transicin a una serie de imgenes durante la reproduccin. El cdec logra una ms alta relacin de compresin y calidad de imagen que el WMV para imgenes fijas como los ficheros codificados con imgenes estticas almacenadas con WMV Imagen en lugar de vdeo de movimiento completo. Dado que el cdec se basa en el descodificador para generar los fotogramas de vdeo en tiempo real, la reproduccin de los ficheros WMV Imagen incluso a resoluciones moderadas, por ejemplo, 30 fotogramas por segundo con una resolucin de 1024 768, requiere mucho procesamiento de la computadora. La ltima versin del cdec WMV 9,1 Imagen utilizado por Photo Story 3, cuenta con efectos de transformacin adicionales, pero no es compatible con el cdec original WMV Imagen. . 1.9.2.5 Calidad de vdeo Microsoft dice que el formato WMV establece una relacin de compresin que es dos veces mejor que la del formato MPEG-4 y tres veces mejor que el formato MPEG-2; tambin dice que el formato WMV es de 15-50% mejor que WMV 8 en trminos de eficiencia de compresin. Sin embargo un informe del ensayo publicado en Enero de 2005 demostr que el WMV 9 tena una peor eficiencia de compresin que el WMV. Muchos compiladores WMV de terceros han tenido peor rendimiento que Windows Movie Maker. 1.10 Transporte de paquetes IP. Un paquete IP es simplemente un almacenador de datos que se compone de una cada de bytes de datos que poseen un formato definido, incluyendo una cabecera y un bloque de informacin de bytes. Cada paquete puede ser de diferente longitud. La cabecera de cada paquete contiene informacin acerca del paquete. La parte ms importante es la direccin de destino, la cual es una direccin IP que indica el destino del paquete. La cabecera tambin incluye la direccin IP19 de origen para que la comunicacin bidireccional sea fcilmente establecida entre dos dispositivos. Este tipo de comunicacin permite que paquetes de diferentes fuentes se dirijan a diferentes destinos para compartir un nico enlace de comunicacin. Los dispositivos que se encuentran a cada19
IP es un protocolo no orientado a conexin usado tanto por el origen como por el destino para la comunicacin de datos a travs de una red de paquetes conmutados no fiable de mejor entrega posible sin garantas.
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extremo de enlace se denominan routers y tienen la capacidad de ordenar los paquetes de salida y entregarlos a sus diferentes destinos, basndose en la direccin IP que se encuentra en la cabecera de cada paquete. La mayor fortaleza de una red IP radica en que mucho paquetes diferentes, todos conteniendo datos de diferentes aplicaciones, pueden compartir un nico enlace de transporte de paquetes. Esto permite que la red IP sea muy flexible, una vez que un dispositivo ha realizado el arduo trabajo de convertir un flujo de datos en paquetes, el resto es sencillo porque la red IP se encargar de entregar los paquetes a su destino. 1.10.1 Protocolos de transporte Los protocolos de transporte son utilizados para el control de la transmisin de los paquetes de datos en conjunto con IP. Existen tres protocolos que son comnmente usados en el transporte de video en tiempo real y son los siguientes: User Datagram Protocol (UDP). Es uno de los protocolos IP ms simples. UDP es usualmente utilizado para video y otros datos muy sensibles al tiempo. En UDP, el dispositivo puede controlar la rapidez con la cual el flujo de datos atraviesa la red. Para video y otros flujos de datos en tiempo real, UDP es una eleccin lgica para el protocolo de transporte, debido a que no agrega cargas innecesarias a los flujos que ya poseen funciones de correccin de errores. Adems, UDP no requiere comunicacin bidireccional, puede operar en redes de una solo va (como en emisiones va satlite). Un dato importante es que UDP puede ser utilizado en aplicaciones multicasting donde una fuente provee a mltiples destinos como sucede en las redes de IPTV. Transmission Control Protocol (TCP). Es un protocolo de Internet bien establecido, ampliamente utilizado para el transporte de datos. La gran mayora de dispositivos que se conecta a Internet son capaces de soportan TCP sobre IP (o simplemente TCP/IP). TCP requiere que una conexin sea establecida entre el emisor y el receptor antes de iniciar cualquier transmisin de datos. Un atributo esencial de TCP es su habilidad para manejar errores de transmisin, particularmente prdida de paquetes. TCP cuenta y realiza un seguimiento de cada byte de datos que circula a travs de una conexin. El mecanismo automtico de control de flujo disminuir la velocidad de transmisin cuando un error ocurra. Si la tasa de transmisin cae a una velocidad inferior que la mnima necesaria para una seal de video, en el receptor esta seal de video dejar de operar correctamente. Una desventaja que presenta TCP para la entrega de video es que la mayora de los firewalls22 permiten el paso de trfico TCP, mientras que el trfico UDP es bloqueado.
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Fuente: www.dvdprotocolip.com FIG.1.13 Transporte de paquetes IPTV.
Real-Time Transport Protocol (RTP). Es destinado para aplicaciones multimedia en tiempo real, como voz y video sobe Internet. RTP fue especialmente diseado para transportar seales, donde el tiempo es esencial. RTP fue creado para proporcionar un conjunto de funciones muy tiles para video en tiempo real y transporte de audio sobre Internet. En general, RTP aade muchas funcionalidades en la parte superior de UDP sin agregar funciones no deseadas de TCP. RTP tambin soporta multicasting, el cual puede ser una forma ms eficiente para transportar video. En la jerarqua de redes, son considerados los tres protocolos anteriormente mencionados para operar arriba del protocolo IP. En la Figura 3.9 se muestra como UDP, TCP y RTP se adaptan a la jerarqua de red. Se debe notar que actualmente RTP usa algunas de las funciones de UDP; este opera en la parte superior de UDP.20
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1.10.2 Multicasting IP. Multicasting es un concepto clave para las redes IP. Sin embargo, existen dos significados muy diferentes para esta palabra que puede ser aplicada en el campo de IPTV: En la difusin de televisin digital, multicasting se refiere a la entrega de mltiples programas de video en forma simultnea mediante un solo canal de transmisin DTV. En redes IP, multicasting significa la entrega de un flujo nico a mltiples espectadores simultneamente.
En IP multicasting, un nico flujo de video es enviado en forma simultnea a mltiples usuarios. Mediante el uso de protocolos especiales, en el interior de la red se realizan copias del flujo de video para cada destinatario. Todos los usuarios reciben la misma seal al mismo tiempo. La mayora de los equipos para red IP soportan IP multicasting, pero esta capacidad ha sido deshabilitada por temor de que se produzca una carga excesiva en las redes. Por ejemplo, IP multicasting no est actualmente disponible en Internet, restringiendo el uso de multicasting para streaming de video IP a las redes privadas. Sin embargo, con los sistemas de IPTV, multicasting es una tecnologa clave y ampliamente desplegada.21 1.10.2.1Protocolo de Internet Unicasting En unicasting, cada flujo de video es enviado a un solo destino. Si mltiples destinos quieren el mismo video, la fuente debe crear un flujo unicast separado para cada destinatario. Cada usuario que requiere ver un video debe realizar un pedio a la fuente de video. La fuente necesita conocer la direccin IP del destino y debe crear un flujo de paquetes direccionados a cada usuario. Como el nmero de espectadores simultneos incrementa, la carga en la fuente incrementa, debido a que esta debe continuamente crear paquetes individuales para cada usuario. Este proceso puede precisar una cantidad significante de procesamiento y adems una conexin de red lo suficientemente grande para llevar todos los paquetes de salida. Por ejemplo. Si una fuente de video estuviera equipada para enviar un flujo de video a 20 usuarios diferentes a 2,5 Mbps, sera necesario tener una conexin de red de por lo menos 50 Mbps. Un beneficio importante de la tecnologa unicast es que cada usuario puede obtener un flujo de video controlado, esto permite que la fuente de video ofrezca funciones especializadas como pausar, retroceder, avance rpido de video. Estos atributos solo son posibles con contenido pre grabado pero es una21
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funcin muy popular entre los usuarios. Unicasting es la norma para el video de Internet por dos razones. La primera es que en Internet la opcin de multicast no es factible y segunda, la mayora de usuarios de videos de Internet esperan ser capaces de controlar los flujos de video (pausa, adelantar), lo cual es difcil de realizar con flujos multicast. 1.10.2.2 Protocolo de Internet Multicasting. En multicasting, un nico flujo de video es enviado simultneamente a mltiples usuarios. A travs del uso de protocolos especiales, la red est dirigida a realizar copias del flujo de video para cada destinatario. Las copias son hechas en cada punto de la red solo cuando sea necesario. Dentro de la red, protocolos especializados permiten a la red reconocer los paquetes multicast y enviarlos a sus mltiples destinos. Esto se consigue asignando a los paquetes multicast un direccionamiento especial reservado para multicasting. Se debe tener en cuenta que multicast opera solamente en una sola direccin, es decir, no existe un mecanismo para el retorno de los datos desde los dispositivos finales hasta la fuente. Cualquier tipo de interactividad debe ser manejada por algn otro mecanismo. Multicasting en IPTV Multicasting es una tecnologa clave para IPTV porque permite una solo seal fuente para enviar a mltiples destinos. Esto puede permitir a cientos o incluso miles de espectadores observar al mismo tiempo un solo programa de televisin. En una red de IPTV hay vario puntos dentro de la red de distribucin desde el SHE (Super Headend) hasta el espectador, donde multicasting puede ser utilizado para lograr un gran efecto. Desde la salida de SHE, multicasting puede ser utilizado para conseguir un nico flujo en vivo y distribuirlo a los mltiples VSOs(Video Serving Office). Esto ahorra el gasto de construir un servidor que proporcione altos anchos de banda dentro del SHE. Adems reduce el tamao de la conexin de red requerida a la salida del SHE.
Fuente: www.broadcastpaper.com FIG.1.14 Protocolo de internet unicasting multicasting.
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Cuando llega el momento de la distribucin del flujo a los espectadores, multicasting es casi siempre utilizado. Esta tecnologa permite que el STB del usuario sea conectado a un programa de televisin simplemente unindose a multicast. Sin embargo, cuando esto ocurre todo depende tambin de las capacidades que presenta el DSLAM23. La mayora de los DSLAMs permiten multicast. Cuando los DSLAMs no permiten multicast, un nico flujo de video debe ser enviado para cada usuario desde el VSO hasta el STB. Este proceso requiere una conexin de banda ancha elevada desde el VSO hasta cada DSLAM, con suficiente capacidad para administrar el trfico de todos los usuarios activos al mismo tiempo. En cambio, cuando los DSLAMs permiten multicast, la conexin entre el VSO y el DSLAM se puede simplificar, se requiere solamente una copia de la transmisin de cada canal a ser enviado. Las peticiones de unirse o abandonar la opcin multicast son recibidas desde los STB y procesadas en el interior del DSLAM; las copias son elaboradas por cada STB. Aunque este enfoque aumenta la complejidad de los DSLAMs, reduce significativamente la cantidad de ancho de banda necesario para llevar las seales desde el VSO hasta cada DSLAM 1.11 Codificadores de Audio y Video Dadas las limitaciones a nivel de la red de distribucin, las soluciones de IPTV dependen en gran parte a la utilizacin de buenos codificadores de video, es as que nace la necesidad de emplear codificadores de fuente que permitan obtener una buena calidad de los contenidos al mismo tiempo que se disminuye en gran cantidad las tasas de bits necesarias para su transmisin. De esta forma, la norma MPEG-2 logra cumplir con los requisitos para la transmisin de televisin digital. Pero recientemente, la norma MPEG-4/H.264 AVC (Advanced Video Coding) trajo consigo algunos beneficios especialmente creados para el servicio de IPTV. La utilizacin de codificadores MPEG-2 surgi como una de las primeras soluciones a nivel de codificador de fuente para ser utilizado en Head-End. Esta norma permite actualmente, tasas en el orden de los 3 Mbps (para SDTV) utilizando redes de acceso ADSL. Mientras que la norma H.264/MPEG-4 parte 10 define un codificador de video (AVC) cuyos principales objetivos lo hacen interesante para IPTV: Permitir la codificacin de video con una buena calidad a tasas substancialmente ms bajas que en las normas anteriores. Permitir la flexibilidad suficiente para operar con gran diversidad de aplicaciones y dispositivos. Buscar, a nivel de codificador, definir medidas que permitan adaptar la codificacin al medio de transmisin. Esta funcionalidad es dada por la capa de abstraccin de la red (NAL). El codificador AVC ofrece un conjunto de ventajas que lo convierten en la mejor eleccin en relacin
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con otros codificadores. Una de ellas es que posee mejores factores de compresin, en relacin a MPEG-2 representa casi la mitad de la tasa y con relacin a MPEG-4 parte 2 la ganancia es menor. Adems la utilizacin de este codificador de fuente permite obtener un mayor nmero de canales. 1.12 Introduccin al concepto de NGN. Tradicionalmente las redes IP han sido la base del negocio de transmisin de datos, manteniendo un aislamiento con las redes de voz. En este contexto se ha provocado una segmentacin del mercado de las telecomunicaciones que, en determinados casos, provoca la aparicin de distintos operadores dando soporte a cada red. Al final de la dcada de los noventa surgieron progresivamente una serie de elementos opuestos que fueron modelando un cambio en todo el sector de las Telecomunicaciones. En primer lugar, se produjo, la progresiva desaparicin del modelo monopolista reemplazado por un modelo de libre competencia. Posteriormente aparecieron nuevas soluciones tecnolgicas que permitieron corregir problemas que reducan el inters en las redes IP. Por ltimo, se produjo el desarrollo imparable del concepto Internet y su apertura a grandes mercados de consumidores que comprobaron la flexibilidad y posibilidades que Posea.22 1.12.1 Origen de las redes NGN. Para brindar servicios a una comunidad de usuarios es necesario acceder hasta sus domicilios. Cada proveedor de servicio tiende su red por separado de acuerdo a sus propias necesidades: telefona voz, datos, CATV (Televisin por Cable); por lo que en la actualidad al domicilio de los usuarios convergen diversas redes, cada una para el servicio que les dio origen. Con el rpido progreso del Internet los proveedores acomodaron dichas redes para agregar nuevos servicios y tomar ventaja del hecho de tener instalada ya una red hacia el domicilio del usuario. As nacen tecnologas como Cable Modem para usar las redes de CATV y ADSL para usar las redes telefonicas, y brindar el servicio de Internet a los Usuarios.23 Sin embargo, dichas tecnologas no satisfacen los requerimientos necesarios para optimizar el servicio agregado; lo que dio origen a la nueva tecnologa de Redes de acceso de Nueva Generacin (NGN o New Generation Network). Es as que luego de un extenso numero de estudios por parte de algunas Comisiones de la ITU; en enero de 2005 se publicaron las Recomendaciones Y.2001 General overview of NGN e Y.2011 General principales and general reference model for NGN de ITU-T; cabe aclarar que el tema de las NGN no22 23
NGN: Next Generation Network. Redes de nueva generacin. www.redes multiservicio_cap_11
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est totalmente terminado, pues aun comisiones de la ITU siguen estudiando y Estandarizando el tema. 1.12.3 Distintas visiones del concepto de NGN. No existe una nica definicin de NGN que sea vlida para cualquier entorno y situacin, por lo cual es muy difcil llegar a un acuerdo sobre una definicin que abarque todos los escenarios posibles. Hasta estos das existe una clara separacin entre las redes de voz y datos, dando como resultado que los organismos de estandarizacin hayan sido tambin diferentes en la mayora de los casos. Por otro lado, mientras que en las redes de voz las normas, son de cumplimiento obligatorio en su mayora, en las redes de datos, las normas se desarrollan por consenso entre los propios fabricantes y operadores, mas como recomendaciones que como normas de cumplimiento obligatorio. Esta situacin ha provocado la existencia de dos claros enfoques hacia el concepto NGN:24 1.12.3.1 NGN relacionado con los datos e Internet. La red brindara: Soporte de conectividad a un conjunto de elementos terminales inteligentes. El control y establecimiento de las sesiones ser responsabilidad de los propios terminales. Los servicios son absolutamente independientes de la red. Todo servicio estar basado en la interaccin entre terminales in
