[네트워크] Application Layer 2 (multimedia traffic, Streaming, CDN, RTP, SIP, QOS, Best-Effort Network)

지난번 포스트에 이어서 이번에는 multimedia와 관련된 application layer에 대해 알아볼 것이다.

 

Multimedia Service

streaming, conversation 같이

실시간성이 있고 정보 전달에 있어서

요구조건이 있는 서비스

 

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Multimedia Traffic

1. Video

영상과 음성 정보가 있는 것으로 높은 용량이 필요함

 

- Redendancy를 줄이는 방향으로 압축을 함

   1) spatial redundancy: 공간적으로 유사한 픽셀은 비슷한 정보를 가짐

       만약 배경은 같고 사물만 움직이는 비디오 라면, 비디오에서 배경은 비슷한 정보를 가짐

   2) temporal redundancy: 시간적으로 동일 픽셀은 느리게 변함

       만약 발차기를 하는 비디오라면, 중간에 예상되는 frame은 제거

 

    압축 품직에 따라 같은 영상을 multiple version으로 만들기도 함
  ex) 저화질, 고화질,,,,

 

2. Audio

video에 비해 낮은 용량을 가짐

 

- 음성 신호를 sampling 한 후 quantization(양자화)해서 bit로 표현

음성신호를 bit로 표현하는 과정

(출처:https://suyeon96.tistory.com/13)

 

- bit rate = sampling rate  * bits per sample 

bit rate가 높을 수록 음성 품질이 좋음

 

3. Service

 🖊streaming

- on-demand로 수신함 (요청하면 보내주는 형식)

 

- buffering

: 일정 양의 정보를 받고 재생한다. 그래서 network delay가 발생해도 대처가 가능하다

 

🖊conversational voice and video

- 실시간성으로 음성/영상으로 대화

 

- delay-sensitive

: 400ms 이상 걸리면 체감상 답답함을 느껴서 차라리 일정 시간이 지나면 packet loss 하는 방식을 사용

 

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Streaming에 대해 더 깊게 알아보자

 

Streaming

1. UDP Streaming

- UDP 기반으로 data를 실시간 전송

 

- 보통 RTP와 연계함 (뒤에 RTP설명)

 

- congestion control이 없기 때문에 network 환경에 따라 문제가 발생할 수 있음

 

- Firewall에서 UDP를 막는 경우가 많음

 

2. HTTP Streaming

- HTTPserver 형태로 data를 실시간 전송

 

- TCP 연결을 함

 

- congestion control을 하기 때문에 실시간성에 문제가 있어서 요즘은 buffering & prefetching으로 해결함

 

3. CDN (Contents Distribution Network)

streaming service는 여러 대의 server를 분산적으로 두고 제공함으로써

network와 client의 거리를 좁히고, fail-safety을 보안함

 

- 지역적으로 고르게 분포

 

- 사람들이 사용을 잘 하지 않는 시간대(점심이나 새벽)에 각종 video 정보를 copy & paste 해둠

 

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Voice over IP (인터넷  전화)

보이스톡이나 스카이프가 대표적인 예시로

Ip 상에서 voice를 전달하는 일련의 application protocol 임

 

- delay관점에서 매우 민감

jitter가 분명히 발생함으로 버퍼와 비슷한 개념으로 prefetching time을 두고 데이터를 보내다가

그 이후에 jitter가 발생하면 delay보다 loss 해버림 

-> sequence / timestamp 정보를 통해 재생 조절

 

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Real-Time Protocol (RTP)

multimedia data에 대한 부가적인 정보를 담기 위해 

packet을 encapsulation하는 protocol

 

- UDP 바로 위해서 동작

 

ex ) Payload type, Sequence number, Timestamp, Syschronization source identifier, ,,,정보

 

 

 

RTP format

(출처 : https://www.geeksforgeeks.org/real-time-transport-protocol-rtp/)

 

 

- RTCP (Rea-Time Control Protocol)

RTP에 해대 flow control및 각종 통계정보를 제공

 

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Session Initiation Protocol (SIP)

multimedia 전송을 위해 connection management를 해주는 프로토콜로써,

port번호를 주고 받은 다음, 약속된 port로 데이터를 주고 받음

 

- DHCP, mobile IP를 많이 사용하여 요즘은 상대방 IP주소가 고정적이 않아서

SIP proxy서버에게 불어봐야 함

 

- 서로의 Ip주소를 알고난 후에는 직접적으로 multimedia를 주고 받음

 

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Quality of Service (QOS)

network 측면에서 service가 요구하는 성능의 품질이 적혀있는 것으로 

이를 참고하여 특정 성능을 보장!

 

priority, packet delay budget, packet error loss rate, 등등 있음

 

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Best-Effort Network

최선을 다하겠다는 의믜로, 서비스가 요구하는 것을 무조건 만족시키려 하지 않고

networtk 성능을 최우선으로 고려함

 

- network 용량이 수요보다 충분히 크도록 설계가 되어야 함

 

- network dimensioning : end-to-end 성능 요구사항을 맞추기 위해 router 추가설치, 각 link의 capacity 결정 등을 조절