4. Transporte de vídeo na Internet
4.1. Percurso de um vídeo pela Internet
O trajecto de um sítio da Internet para um browser é diferente dos trajectos nos sistemas tradicionais. Conceptualmente é semelhante a uma conversa telefónica: é uma conversa bidireccional em que o browser pede um documento e o servidor envia-o. No entanto, ao contrário da chamada telefónica, não há nenhum circuito reservado. Os dados, em forma de pedidos e respostas, são organizados em pedaços chamados pacotes e enviados entre web browsers, que solicita os pacotes, e o servidor.
Entre o requerente e o servidor estão uma série de routers. Estas máquinas direccionam o tráfego entre redes diferentes mais pequenas. Cada vez que um pacote passa o limite de um ISP para outro, ou de um tipo de rede para outra, vai por um router. O pacote “salta” de router para router. Este tipo de transmissão de dados é chamado packet switching, em vez comutação de circuitos. A comutação de pacotes pela Internet tem alguns atributos que o tornam fiável e não fiável ao mesmo tempo.
Figura 4.1.1 – A ligação entre um cliente e um servidor é indirecta
A Internet é uma rede extremamente heterogénea, consistindo em diversos tipos diferentes de rede e maneiras diferentes de conectar redes à Internet.
Figura 4.1.2 – Transmissão de dados pela Internet
O backbone da Internet consiste em ligações de longa distância que transportam largos volumes de tráfego de Internet (pacotes) através e entre continentes.
Os pontos de trocas públicas existem em vários pontos dos continentes e há centros importantes onde muitas redes privadas regionais, fornecedores de Internet, corporações, escolas e departamentos do governo, grandes e pequenos, convergem para trocar tráfego destinado a outros pontos na Internet. Pode-se comparar estes centros com grandes aeroportos públicos, onde voos internacionais e domésticos chegam 24 horas por dia e trocam passageiros de todas as diferentes companhias aéreas.
O processo de conectar uma rede à Internet num destes pontos de troca é chamado peering, e ligar ao backbone desta maneira é um fornecedor de Internet Tier-1. Os ISPs que alugam a sua ligação de um fornecedor Tier-1 são chamados fornecedores Tier-2, e assim sucessivamente. As políticas, preços e acordos sobre como os dados são tratados nestas ligações são tão numerosos como as companhias envolvidas. Esta é a primeira fonte de variabilidade para a nossa comutação de pacotes.
Peering é simplesmente duas redes a ligarem-se uma à outra com routers. Peering público ocorre em grandes pontos de trocas, mas quaisquer duas redes que encontrem um grande fluxo de tráfego entre si podem optar por criar uma ligação directa privada entre as redes (chamada peering privado). Isto reduz o custo de acesso por um ponto de trocas público ou por outro fornecedor, pela largura de banda que viaja entre estas duas redes. Também diminui o número de ligações intermédias entre as redes. Por exemplo, quando várias escolas na mesma organização se ligam entre si, o tráfego da rede inter-campus não precisa de ir totalmente para a Internet e é normalmente mais fiável por causa disso.
No entanto, neste cenário cada escola tem a sua própria ligação à Internet. E se uma das ligações à Internet se perder? Será justo enviar o seu tráfego por uma ligação peering privado e usar outra ligação da escola à Internet? A maneira como este tipo de questões são respondidas e as políticas internas relacionadas são outro factor que contribui para a variabilidade da comutação de pacotes na Internet.
4.3. A complexidade da Internet
À medida que tudo “passa a digital”, a distinção entre fios de televisão por cabo, fios de telefone, ondas rádio e transmissão por satélite torna-se menos evidente. No entanto, há muitas maneiras de enviar dados por estes media. A transmissão de dados pela Internet pode ser complicada, levando a uma variedade de características indesejáveis de transmissão.
Perda de pacotes
A comutação de circuitos na Internet é descrita como “o melhor esforço”, uma vez que um dos routers ao longo do caminho pode perder um pacote antes que este chegue ao destino. Neste caso o emissor ou o receptor devem notar que o pacote se perdeu (talvez por receber o pacote seguinte e perceber que está fora de contexto) e pedir de novo o pacote perdido. Este mecanismo é razoavelmente fiável e aquelas duas máquinas vão normalmente (e eventualmente) descobrir o que correu mal e reenviar os pacotes que faltam. A perda de pacotes faz com que o áudio e o vídeo pausem se os pacotes forem eventualmente reenviados, e faz com que o vídeo pause, pare ou salte se os pacotes não forem reenviados. Utilizando uma analogia entre um ponto de trocas público e um grande aeroporto, se está um “dia com nevoeiro” nesse ponto, a parte da Internet que passa por esse ponto pode ser atrasada pelos dados que não conseguem “descolar”.
Rotas diferentes
Nem todos os pacotes num ficheiro seguem a mesma rota para o computador destino. A contribuir para esta questão está o peering privado e as regras e custos variáveis associados com todas as escolhas a serem feitas. Rotas alternativas podem ser excelentes quando um caminho entre duas máquinas vai abaixo e o pacote pode usar outro caminho. Pode também causar efeitos estranhos, como quando um pacote é enviado por uma rota lenta, é assumido como perdido, é reenviado e mais tarde aparece como um pacote duplicado. O áudio pode “gaguejar” e saltar se pacotes em duplicado não forem detectados e eliminados. Alguns caminhos vão por muito longe, saltando por muitos mais routers do aqueles necessário se causando grandes atrasos. Quanto mais saltos ou routers houver entre duas máquinas, mais prováveis serão os atrasos inesperados.
Figura 4.3.1 – Os dados podem optar entre várias rotas para chegar ao seu destino
Atraso
Devido aos muitos routers por onde um pacote tem de passar para ir de um emissor para um receptor e uma vez que não há circuitos reservados na Internet, como existe para os telefones, o atraso de um pacote pode ser baixo ou elevado, ou mudar inesperadamente. Isto pode ser causado por uma variedade de factores como:
· Um router está demasiado ocupado e não consegue suportar o tráfego.
· Uma particular ligação entre um emissor e um receptor torna-se saturada.
· Uma ligação cai, fazendo com que o tráfego seja reorientado para uma ligação diferente.
· Um ou mais routers intermédios não conseguem “pensar” suficientemente rápido.
· Uma firewall procura vírus em todos os pacotes
· Atraso é adicionado devido ao uso de tecnologia mais antiga, como por exemplo os modems mais antigos.
· Outros downloads provocam atraso.
- Pacotes são perdidos, resultando em reenvios, e outros pacotes são agrupados atrás deles.
Estes factores tornam difícil prever quanto tempo demoram os pacotes a voltarem do servidor. Devido ao estado de latência variável, o vídeo pode demorar muito tempo a começar a ser exibido; funções como andar rapidamente para a frente ou para trás podem tornar-se lentas e monótonas; o vídeo pode pausar, “gaguejar”, saltar ou até mesmo parar.
A variação da largura de banda
Outro factor na Internet é a variabilidade da largura de banda. Com meios de transmissão, como a rádio ou a televisão, assim como os telefones, a largura de banda é sempre a mesma, apenas suficiente para suportar estas transmissões. Não há nenhuma largura de banda desperdiçada; o tamanho do canal é apenas suficiente para transportar os dados.
Uma vez que a Internet é dimensionada para permitir que computadores diferentes, de velocidades diferentes e tamanhos de canal diferentes comuniquem entre si, é possível que haja “engarrafamentos”, não apenas devido à diferença de tamanho de canal que existe entre o emissor e o receptor.
Uma ligação de Internet para um grande fornecedor de alojamento de websites pode ser excelente. As ligações entre o ISP do alojado e o seu ramo numa particular cidade podem ser de alta capacidade. No entanto, a ligação de Internet fornecida por um pequeno ISP a um utilizador final pode ser muito pequena devido a demasiadas subscrições. Se esse fornecedor de Internet conseguiu obter um bom negócio de crescimento de clientes sem melhorar a sua própria ligação ao backbone da Internet, a potencial ligação de banda larga do sistema central do website é diminuída para o intermediário mais lento da cadeia. Por outras palavras, a largura de banda entre um website e um cliente não é mais rápida que a sua ligação mais lenta.