A PILHA TCPIP E O PROTOCOLO RTP (REAL TIME PROTOCOL)

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DISCIPLINA REDES 
CONVERGENTES - A 
PILHA TCP/IP E O 
PROTOCOLO RTP (REAL 
TIME PROTOCOL) 
 OBJETIVOS: 
• Compreender as características do TCP e do UDP 
que fazem com que cada um dos protocolos seja 
mais adequado ao atendimento de um determinado 
serviço. 
 
• Compreender qual protocolo da camada 
de transporte é mais adequado em função das 
características de cada serviço. 
 
• Entender que nem o TCP nem o UDP atendem 
completamente aos requisitos dos serviços em 
tempo real. 
• Perceber que sendo o protocolo UDP muito simples 
e sem recursos apesar de rápido, outro protocolos 
devem auxiliar ao transporte de aplicações 
multimídia. 
 
• Será capaz de entender as facilidades e 
aplicabilidade do RSVP, RTP, RTCP e RTSP. 
 
• Entender de que forma o serviço digitalizado em 
codificação binária é encapsulado nos pacotes dos 
protocolos das camadas da pilha TCP/IP. Este 
entendimento permitirá visualizar a quantidade de 
bytes dos headers dos pacotes que transportam os 
serviços, dando base para o cálculo da taxa de bits 
necessária ao transporte dos serviços. 
 CONTEÚDO: 
 Protocolo TCP e suas Características de 
Confiabilidade e Orientação a Conexão 
(02A) 
 Protocolo UDP e suas Características de 
Melhor Esforço (02A) 
 Comparação Entre TCP e UDP em Termos de 
Aplicabilidade a Serviços em Tempo Real e 
Dados (02A) 
 Protocolos RTP (Real Time Protocol) e RTCP 
(Real Time Control Protocol) e Recursos 
para transporte de Serviços de Voz e Vídeo 
(02A) 
 Protocolos de Camada 2 (02B) 
 Encapsulamento dos Serviços através da 
Pilha TCP/IP considerando RTP (02B) 
REFERÊNCIA : 
 COMER, Douglas E. Redes de Computadores e Internet. 4. 
ed Bookman, Porto Alegre, 2007. 
 
DAVIDSON, Jonathan. Fundamentos de VoIP. São Paulo, Editora: 
Artmed Editora, 1ª edição. 
 
 FARREL, Adrian A internet e seus protocolos: uma análise 
comparativa – 1ª. Edição Rio de Janeiro, Elseiver 2005 
 
 HERSENT, Oliver; GUIDE, David; PETIT, Jean-Pierre. Telefonia 
IP. São Paulo,Editora Addison Wesley, 1ª edição 
 
 KUROSE, James F.; ROSS, Keith W. Redes de computadores e a 
Internet: uma abordagem top-down. São Paulo: Pearson, 2006. 
 
 TANEMBAUM, Andrew S. Redes de Computadores. Rio de 
Janeiro, Editora Campus, 4ª Ed.,2003. 
MATERIAL DIDÁTICO : 
- Douglas E. Comer, Redes de computadores e Internet, Artmed/Bookman, 
4. Edição 2007 
Capítulo 7 pacotes quadros e detecção de erro - 15 páginas; 
Capítulo 17 ligação inter-redes 11 páginas; 
Capítulo 20 datagramas ip e encaminhamento - 9 páginas; 
Capítulo 21 encapsulamento ip frag/remont - 8 páginas; 
Capítulo 22 Ipv6 - 11 páginas; 
Capítulo 26 tradução de endereços – 8 páginas; 
Apêndice 3 máscaras de endereços - 2 páginas; 
 
- Olifer& Olifer, Redes de Computadores, LTC editora, 1a. Edição 2008 
endereçamento de redes TCP/IP 23 páginas; 
 
- Ed Titel Redes de Computadores, Artmed/Bookman, 1a. edição 2003 
Capítulo 7 – roteamento 28 páginas; 
 
- Chappel Laura Diagnosticando redes, Pearson 1a. Edição 2002 
Ferramentas genéricas para diagnósticos - 11 páginas; 
 
- Maia Luis Paulo, Arquiteturas de redes de computadores, LTC Editora, 1. 
Edição 2009 
Camada de transporte - 18 páginas. 
Atividade estruturada : 
1) Faça uma comparação entre os protocolos UDP e TCP 
em termos de tempo gasto para a entrega de um 
serviço. 
2) Porque o UDP é mais adequado que o TCP a serviços 
em tempo real? 
3) Em que exemplo de aplicação o TCP é mais adequado 
que o UDP? 
4) O que o protocolo RTP acrescenta em termos de 
funcionalidades ao protocolo UDP no transporte de 
mídias em tempo real? 
5) Que tipo de informação o protocolo RTCP pode 
transportar na direção do transmissor sobre a qualidade 
da entrega dos dados no receptor? 
6) Qual é o relacionamento entre os protocolos RTP e 
RSVP. Qual é o papel de cada de cada um dos protocolos 
em uma transferência de mídia em tempo real? 
7) Faça uma comparação entre a operação de um 
controle remoto de um DVD player e do protocolo RTSP. 
8) Qual é o tamanho somado dos headers no 
encapsulamento TCP, IP, Frame Relay? 
9) Supondo o serviço de VoIP, quantos bytes são usados 
nos headers para transportar a voz em uma LAN? 
10) Em termos de consumo de bytes, qual é o protocolo 
de L2 mais adequado ao baixo consumo de banda na 
rede IP? 
 Protocolo TCP e suas Características de 
Confiabilidade e Orientação a Conexão 
 O protocolo TCP (Transmission 
Control Protocol) oferece os seguintes 
serviços: controle de erros e fluxo, 
serviço com conexão e envio de fluxo de 
dados. 
 
 Para TCP, uma conexão é formada 
pelo par (End. IP. Origem, Porta Origem) e 
(End. IP Destino, Porta Destino). 
• Orientado a conexão: estabelecimento de conexão antes 
do envio de dados. 
 
• Entrega ordenada de dados na seqüência enviada. 
Ordenação de mensagens. 
 
• Verificação de integridade do transporte. 
 
• Controla o reenvio de pacotes com erro ou não 
recebidos. 
 
• Protocolo seguro, lento e requer processamento. 
 
• Controle de fluxo e erro fim-a-fim. 
Caracterísiticas do TCP (definido na RFC 793): 
• Serviço confiável de transferência de dados. 
 
• Comunicação full-duplex fim-a-fim. 
 
• A aplicação basta enviar um fluxo de bytes. 
 
• Desassociação entre quantidade de dados enviados pela 
aplicação e pela camada TCP. 
 
• Multiplexação de IP, através de várias portas. 
 
• Opção de envio de dados urgentes. 
CONEXÃO TCP 
 Uma conexão TCP é formada por três fases: 
 
- estabelecimento de conexão; 
 
- troca de dados; 
 
- finalização da conexão. 
TCP - Formato do segmento definido na RFC-
793 
O, 1, 15 16, 17 31 
Porta de origem Porta de destino 
Número de sequência 
Número de reconhecimento 
T
C 
Reserva
do 
U
R
G 
A
C
K 
P
S
H 
R
S
T 
S
Y
N 
F 
I
N 
Tamanho da janela 
Checksum Ponteiro de urgência 
Opções 
Dados (opcionais) 
contagem por 
bytes de dados 
(não segmentos!) 
número de bytes 
receptor está 
pronto para aceitar 
Internet 
checksum 
(como no UDP) 
- URG: dados urgentes (pouco usado). 
- ACK: campo de ACK é válido. 
- PSH: produz envio de dados (pouco usado). 
- RST, SYN, FIN: estabelec. de conexão (comandos de criação e término). 
CONTROLE DE ERRO FIM A FIM 
 Nos protocolos orientados a conexão 
(como o TCP), o protocolo deve resolver 
todos os problemas deixados pela rede de 
interconexão, como duplicação de pacotes, 
datagramas com erro, pacotes fora de 
ordem e perda de datagramas. 
 O TCP para oferecer um serviço de transporte 
confiável, implementa os seguintes mecanismos: 
 
- reconhecimento positivo (ACK); 
- reconhecimento negativo (NAK, definido na RFC-
2018); 
- retransmissão por timeout; 
- piggybacking (informações enviadas de carona); 
- reconhecimento cumulativo; 
- janela deslizante; 
- retransmissão seletiva. 
- O TCP utiliza um algoritmo de retransmissão 
adaptativo que regula dinamicamente o 
temporizador em função da variação do atraso na 
rede. 
 
- O receptor utiliza o número de sequência contido 
no segmento para identificar segmentos duplicados 
e fora de ordem. 
 
- O SACK (Selective Acknowledgement Options), definido 
na RFC-2018, permite que o receptor informe quais 
os segmentos de dados que foram corretamente 
recebidos. 
- Como o TCP opera no modo full-duplex, são 
implementadas quatro janelas deslizantes por 
conexão lógica, duas no host de origem e duas 
no host de destino, associadas aos buffers de 
transmissão e recepção. 
 
 Neste mecanismo, é possível identificar os 
bytes já transmitidos e reconhecidos (BTR), os 
bytes transmitidos e não reconhecidos(BTNR), 
os bytes não transmitidos (BNT), mas que ainda 
podem ser transmitidos e os bytes que devem 
aguardar para serem transmitidos (BAT). 
JANELAS DE TRANSMISSÃO 
BTR BTNR BNT BAT 
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 
Protocolos da Camada de Transporte 
Serviços de Transporte da Internet : 
 
1) Confiável, seqüencial e unicast: 
TCP. 
- toma ação para diminuir o 
congestionamento. 
- faz controle de fluxo 
- faz controle de erro orientado à 
conexão 
 
2) Não confiável (“best-effort”), não 
seqüencial, entrega unicast or 
multicast : UDP. 
 
3) Serviços não disponíveis: 
- tempo-real 
- garantia de banda 
- multicast confiável 
application 
transporte 
rede 
enlace 
física 
application 
transporte 
rede 
enlace 
física 
 
rede 
enlace 
física 
 
rede 
enlace 
física 
 
rede 
enlace 
física 
 
rede 
enlace 
física 
 
rede 
enlace 
física 
Princípios de Controle de Congestionamento 
 Congestionamento : 
 
 informalmente: “muitas fontes enviando dados 
acima da capacidade da rede tratá-los”, 
 diferente de controle de fluxo ! 
 sintomas: 
– perda de pacotes (saturação de buffer nos roteadores). 
– atrasos grandes (filas nos buffers dos roteadores). 
 
Controle de congestionamento 
(a) Uma rede rápida com um receptor de baixa capacidade. (b) Uma rede 
lenta com um receptor de alta-capacidade. 
Controle de congestionamento 
Quando há pacotes demais presentes em partesub-rede lentai. 
Abordagens do problema de controle de 
congestionamento 
1) Controle de congestio-
namento fim-a-fim: 
 não usa realimentação 
explícita da rede 
 congestionamento é 
inferido a partir das 
perdas e dos atrasos 
observados nos 
sistemas finais 
 abordagem usada pelo 
TCP 
2) Controle de congestio-
namento assistido pela 
rede: 
 roteadores enviam 
informações para os 
sistemas finais 
 bit único indicando o 
congestionamento 
(TCP/IP) 
– taxa explícita do trans-
missor poderia ser enviada 
 Existem duas abordagens gerais para o problema de 
controle de congestionamento : 
 Protocolo UDP e suas Características de 
Melhor Esforço 
 O protocolo de datagrama do usuário 
(User Datagram Protocol) é definido na RFC 
768 e possui as seguintes características: 
 
- Não orientado a conexão 
 - Entrega não garantida dos datagramas IP 
- Sem verificação de integridade. 
- Entrega na ordem de chegada. 
- Sem confirmação de entrega. 
- Protocolo sem garantia, rápido e que 
requer pouco processamento. 
- Transferência de dados não confiável 
- Multiplexação/demultiplexação 
- Detecção de erros 
- Sem controle de congestionamento 
- Sem controle de fluxo 
-Não tem segmentação 
-Melhor controle no nível da aplicação sobre quais 
dados são enviados e quando. (não possui controle 
de congestionamento). 
 
- Não há estabelecimento de conexão (não introduz 
atraso dessa fase). 
 
- Não há estados de conexão (pode ter um número 
maior de clientes ativos). 
 
-Pequena sobrecarga de cabeçalho de pacote. 
 
- O socket UDP é identificado somente pelo 
endereço IP de destino e pelo número de porta de 
destino. 
 Principais características 
 A transferência confiável pode ser 
implementada na camada aplicação. 
 
 Ex.: Uso de mecanismos de reconhecimento e 
retransmissão 
 
 Dessa forma a aplicação não fica sujeita a 
um controle de congestionamento do transporte 
(bom para aplicações multimídias). 
 UDP - transferência não confiável 
 UDP – detecção de erros 
- Nem sempre a camada de enlace utiliza 
verificação de erros. 
 
- Pode haver erros binários quando um datagrama 
é armazenado na memória de um roteador. 
 
- Realiza a detecção através de uma soma de 
verificação (checksum) de 16 bits. 
UDP - Formato do datagrama definido na 
RFC-768 
...............................32 BITS.............................. 
PORTA DA FONTE # PORTA DO DESTINO # 
COMPRIMENTO UDP CHECKSUM UDP 
DADOS 
- Porta da fonte (16 bits) 
- Porta do destino (16 bits) 
- Comprimento UDP (16 bits) 
- Soma de verificação UDP (16 bits) 
- Datagrama completo: o tamanho máximo é 
função do tamanho máximo do IP (65535 octetos) 
Tamanho, em 
bytes do segmento 
 UDP, incluíndo 
cabeçalho. 
UDP: User Datagram Protocol [RFC 768] 
 Protocolo de transporte da Internet “sem 
gorduras”. 
 
 Serviço “best effort” , segmentos UDP podem ser: 
– Perdidos. 
– entregues fora de ordem para a aplicação. 
 
 Sem conexão: 
– não há apresentação entre o UDP transmissor 
e o receptor. 
– cada segmento UDP é tratado de forma 
independente dos outros. 
 
Porque existe um UDP ? 
 
 não há estabelecimento de conexão (que 
pode redundar em atrasos). 
 
 simples: não há estado de conexão nem no 
transmissor, nem no receptor. 
 
 cabeçalho de segmento reduzido. 
 
 não há controle de congestionamento: UDP 
pode enviar segmentos tão rápido quanto 
desejado (e possível). 
 
 Muito usado por aplicações de mutimídia 
contínua (streaming) 
– tolerantes à perda 
– sensíveis à taxa 
 
 Transferência confiável sobre UDP: necessidade 
de acrescentar confiabilidade na camada acima. 
 Comparação Entre TCP e UDP em Termos 
de Aplicabilidade a Serviços em Tempo Real 
e Dados 
- O TCP é adequado ao transporte de serviços que 
requeiram confiabilidade e que não tenham como 
requisito o retardo de transporte. 
 
- O UDP é um protocolo simples e rápido sem qualquer 
recurso de controle do transporte. 
 
- Na internet há serviços que usam o UDP e aqueles que 
usam o TCP e há serviços que podem usar um ou outro. 
 
- O uso de um protocolo ou de outro está relacionado 
com a necessidade e características de cada serviço. 
- O UDP é tipicamente usado por aplicações como vídeo 
e audio streaming ou aplicações de simples requisição e 
resposta como pesquisas de DNS. 
 
-A ausência de um pacote UDP não é corrigida na 
recepção. 
 
- O UDP é mais adequado que o TCP para o transporte 
de serviços em tempo real, contudo, por não ter 
mecanismos de marcação da seqüência dos pacotes e 
de marcação de tempo dos pacotes (requisitos necessários 
ao transporte de serviços em tempo real), precisa de outros 
protocolos auxiliares para o transporte do tráfego em 
tempo real, por exemplo o RTP (Real Time Protocol). 
 UDP : 
 
a) Servidor envia na taxa apropriada para o cliente 
(indiferente ao congestionamento da rede !) 
 
 - Taxa de envio freqüente = taxa de codificação = 
taxa constante 
 - Então, taxa de chegada = taxa constante — perda 
de pacotes. 
 
b) Pequeno atraso de reprodução (2~5 s) para 
compensar o atraso de jitter da rede 
 
c) Recuperação de erros: permitido pelo tempo 
Fluxo contínuo de multimídia: UDP ou TCP? 
 TCP : 
 
a) Envia na máxima taxa possível suportada pela 
rede. 
 
b) Taxa de chegada flutua devido ao controle do 
congestionamento do TCP. 
 
c) Maior atraso de execução: suaviza a taxa de 
entrega do TCP. 
 
d) HTTP/TCP passa mais facilmente através dos 
firewalls. 
Comparação Entre TCP e UDP 
TCP (Transmission Control 
Protocol) 
UDP (User Datagrama 
Protocol) 
- Protocolo e serviço orientado a 
conexão oferecido pela camada 
de transporte 
- Protocolo e serviço não 
orientado a conexão oferecido 
pela camada de transporte 
- Estabelece conexão antes da 
transmissão. 
- Implementa controle de erro. 
- Implementa controle de fluxo. 
- Indicado para transmissão de 
grandes volumes de dados. 
- Complexo e lento. 
- Não estabelece conexão antes da 
transmissão. 
- Não oferece controle de erro. 
- Não oferece controle de fluxo. 
- Indicado para transmissão de 
pequenos volumes de dados.- Simples e rápido. 
- Serviços orientados a conexão: é estabelecida 
uma conexão lógica entre a origem e o destino 
antes do início da transmissão, semelhante ao 
conceito de circuito virtual apresentado na 
camada de rede. Além disso, garante a entrega 
e a sequência de dados transmitidos, por isso é 
também chamado de transporte confiável. 
 
- Serviços não orientados a conexão: não existe 
uma conexão lógica entre a origem e o destino, 
sendo semelhante ao conceito de datagrama 
apresentado na camada de rede. Além disso, 
não garante a entrega e a sequência de dados 
transmitidos, por isso é também chamado de 
transporte não confiável. 
1. Diga qual protocolo você considera o melhor (TCP 
ou UDP) e explique por que. 
 Atividade estruturada : 
 Protocolos RTP (Real Time Protocol) e 
RTCP (Real Time Control Protocol) e 
Recursos para transporte de Serviços de 
Voz e Vídeo 
- O RSVP (Resource reSerVation Protocol) é um protocolo 
de sinalização entre roteadores para a troca de 
informações sobre aceitar ou não uma conexão com 
QoS (qualidade de serviço). 
 
- Um roteador dito transmissor envia uma mensagem 
“path” destinada a um roteador receptor. A mensagem 
contém endereço IP de origem, endereço IP de destino 
e uma especificação de fluxo com informações de QoS 
(taxa de bits, retardo...) desejadas. 
RSVP 
- A mensagem é roteada do transmissor ao receptor. 
 
- Os roteadores ao longo do caminho recebem a 
mensagem “path” e enviam uma mensagem de 
reserva aos roteadores seguintes do caminho. 
 
- Os roteadores ao receberem as requisições avaliam 
se têm como atender aos pedidos de reserva. Caso 
seja possível, os recursos são reservados e a 
requisição atendida. Caso não seja possível o 
transmissor é notificado. 
 
- Uma mensagem “resv” é enviada pelo receptor ao 
transmissor contendo a descrição do fluxo, definindo 
as informações de QoS aceitas. 
RTP 
- Protocolo de transporte em tempo-real (Real- 
Time Transport Protocol). 
 
- Definido na RFC 3350 e é o protocolo de transporte 
para aplicações em tempo real. 
 
- Normalmente usado sobre o UDP. 
 
- Serviços: identificação do tipo de carga útil (mídia), 
números de sequência e estampa de tempo. 
 
- Não possui controle de fluxo, controle de erros, 
confirmação e mecanismo de solicitação de 
retransmissões. 
- Complementa o UDP com, principalmente, as 
facilidades de time-stamp e sequence number. 
 
a) A facilidade de time-stamp permite que seja 
indicada uma marca do tempo em que o pacote é 
enviado. A facilidade permite monitorar o retardo e 
a variação de retardo entre o tempo de chegada dos 
pacotes ao destino. 
 
b) A facilidade de sequence number permite numerar 
os pacotes enviados e perceber na recepção dos 
pacotes se estes chegam na ordem enviada. 
Permite monitorar perda de pacotes no caso de 
ausência de algum pacote. 
 
Posição do RTP na pilha de protocolos 
(fonte: Tanenbaum) 
Formato do cabeçalho RTP (fonte: 
Tanenbaum) 
RTP e QoS 
 RTP não fornece nenhum mecanismo para 
assegurar a entrega dos pacotes e dados no tempo 
correto nem fornece outras garantias de qualidade 
de serviço. 
 O encapsulamento RTP é visto apenas nos sistemas 
finais, ou seja, ele não é percebido pelos roteadores 
intermediários. 
 
 Roteadores fornecem o serviço de melhor 
esforço tradicional da Internet. Eles não fazem 
nenhum esforço especial para assegurar que os 
pacotes RTP cheguem ao destino no momento 
correto 
 
- Protocolo de controle de transporte em tempo real 
(Real-Time Transport Control Protocol). 
 
- Também definido na RFC 3350. 
 
- Pacotes RTCP enviados em multicast contém 
relatórios de remetente e/ou receptor com dados 
estatísticos: o remetente pode mudar a taxa de 
transmissão e o destinatário pode sincronizar 
diferentes fluxos de mídias em uma sessão RTP. 
RTCP 
-Possui um problema potencial de escalabilidade. 
 
 Exemplo: 
 
a) Sessão RTP com um remetente e vários receptores 
em multicast. 
 
b) Total de tráfego RTP não muda se o número de 
receptores aumenta. 
 
c) Total de tráfego RTCP aumenta linearmente com o 
número de receptores, por causa dos relatórios 
periódicos dos receptores. 
 
 Solução: cada participante reduz o tráfego 
RTCP à medida que o número de participantes 
da conferência aumenta. 
-O RTCP (Real Time Control Protocol) opera em conjunto 
com o RTP. 
 
- Permite informar à origem dos pacotes sobre a 
qualidade dos dados entregues no destino. 
 
- Informa o maior número de pacotes recebido, jitter, 
timestamps que permitem o cálculo de latência entre 
origem e destino. 
 O RTP/RTCP são os protocolos responsáveis 
pela fase de transferência de mídia entre transmissor 
e receptor de vários serviços em tempo real, tal como 
o serviço VoIP ou video sob demanda. 
- O RTSP (Real Time Streaming Protocol) é um protocolo 
para controle da transferência de dados sob demanda 
com propriedades de tempo real. 
 
- Permite a interação cliente-servidor manipulando a 
execução do arquivo de forma semelhante a um 
controle remoto sobre um reprodutor de mídia 
gravada (CD ou DVD player). 
RTSP 
Recursos para transporte de Serviços de 
Voz e Vídeo 
- Segmentação. 
- Controle de erro fim a fim. 
- Multiplexação/demultiplexação. 
- Transferência de dados (confiável ou não). 
- Controle de fluxo fim a fim. 
- Controle de congestionamento. 
- Utilização da rede de forme rápida e simples 
através de API (Application Program Interface). 
Serviços de rede - Protocolos de 
aplicação e transporte utilizados 
Serviço 
Protocolo 
de aplicação 
Protocolo de 
transporte 
Transferência de arquivos FTP TCP 
Terminal remoto Telnet TCP 
Correio eletrônico SMTP TCP 
Serviço Web HTTP TCP 
Trivial FTP TFTP UDP 
Endereçamento dinâmico DHCP UDP 
Gerência remota SNMP UDP 
Serviço de nomes DNS UDP/TCP 
Serviço de arquivos remotos NFS UDP/TCP 
Fim