Multimedia-Internet

Edukienaurkibidea1 2. Edizioa Multimedia-Internet José M.a Rivadeneyra 2. Edizioa 2. Edizioa Cip. Unibertsitateko Biblioteka Rivadeneyra, José María, 1966Multimedia-Internet [Recurso electrónico] / José Mª Rivadeneyra. – 2. ed. – Datos. – [Leioa]: Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea, Argitalpen Zerbitzua = Servicio Editorial, 2023. – 1 recurso en línea : PDF (164 p.). – (Unibertsitateko Eskuliburuak = Manuales Universitarios) Modo de acceso: World Wide Web Incluye bibliografía. ISBN: 978-84-1319-583-4. 1. Internet. 2. Medios audiovisuales. (0.034)681.324 Debekatuta dago liburu hau osorik edo partez kopiatzea, bai eta tratamendu informatikoa ematea edo liburua edozein modutan transmititzea, dela bide elektronikoz, mekanikoz, fotokopiaz, erregistroz edo beste edozein eratara, baldin eta copyrightaren jabeek ez badute horretarako baimena aldez aurretik eta idatziz eman. UPV/EHUko Euskara Zerbitzuak sustatua eta zuzendua, Euskarazko ikasmaterialgintza sustatzeko deialdiaren bitartez. ISBN: 978-84-1319-583-4 Hitzaurrea Liburu honen lehen argitaraldia egin nuenetik igaro dira lau urte, eta iritsi da bere edukia berrikusteko garaia. Urte hauetan unibertsitateko ikasketetan erabili izan da liburua, eta erabilera horrek azaleratu egin ditu hobetzeko zenbait alderdi. Saihetsezinak suertatzen diren eguneraketak daude bigarren edizio honetan: ariketen bilduma berrikusita dago, zaharkituta geratu diren RFC agirien erreferentziak ordezkatu egin dira, eta erabilerarik gabeko euskarazko termino berriei nagusitu diren beste termino batzuek hartu diete tokia. Horrez gain, eduki berriak ere gehitu ditut, eta teknologikoki zaharkituta geratu direnak baztertu. Gehikuntza nagusiak streaming protokoloei, CDN sareei, eta ICE protokoloari dagozkie. Baztertuen artean, aipatzekoak dira ADSL teknologia, PIM-DM protokoloa eta LEDBAT algoritmoa. Azkenik, hainbat gairen azalpenak berregituratu ditut, edukiak beste era batean ordenatuta; aldaketarik handiena multicast teknologiaren azalpenean dago, lehen streamingari buruzko kapituluan zegoena laugarren kapitulura eraman baita. Bestela, horrelako liburu baten beharrak hor dirau; hau da, euskarazko Informatika Ingeniaritzako eta antzeko ikasketetan horrelako liburuen sostengua behar da. Liburuak balio erantsia du gure testuinguruan: euskaraz dago idatzita, ez da beste hizkuntza batean idatzitako liburu baten itzulpena. Horretan datza bere bigarren helburua, egindako lanari zentzua benetan ematen diona: euskara idatzia zabaldu, orain arte inoiz urratu ez dituen bideetan. Oso gutxi daukagu idatzita, euskaraz, Interneteta multimedia-teknologien inguruan. Hutsune hori betetzera etorri zen liburua orain dela lau urte, teknologia horien inguruan lan egiten duten, dibertitzen diren, eta ikasten edo irakasten duten euskaldunei bidea samurrago egitera. Liburu honi esker euskaldunoi errazagoa egiten bazaigu multimedia-Interneterako teknologiaz hitz egitea eta idaztea, helburua beteta dago. Norentzat den liburu hau Helburu akademikoa izanik, liburua bereziki interesatuko zaie Interneteta multimediateknologiak ikasten dituztenei. Oso aproposa da Ingeniaritza Informatikoa ikasten dutenentzat, baita Telematika eta Telekomunikazioko unibertsitate-tituluetan ibiltzen direnentzat ere. Irakaskuntza tekniko ertainetan ere oso erabilgarria izango da liburua, batez ere irakasleen prestakuntzan, euskaraz idatzitako testuen eskasia kontuan harturik. Hala ere, saiatu naiz liburua ahal den irakurterrazena egiten, hezkuntza-esparrutik harago joateko eta erabilgarria izan dadin gaian sakondu nahi duen edozein euskaldunentzat. Multimedia-Internet barrutik ezagutzeko jakin-mina duen edozeinentzat idatzi dut liburua. Edukia eta egitura Interneten testuinguruan multimedia terminoa erabiltzen dugunean, funtsean, streamingeta telefonia-aplikazioez ari gara. Ez dira Interneteko multimedia-aplikazio bakarrak, baina bai nagu- 4Hitzaurrea siak, mugitzen duten trafiko kantitateari dagokionez, eta baita erabiltzen dituzten teknikei erreparatzen badiegu ere. Horregatik, liburuak bi aplikazio sorta horien azterketa du ardatz. Lehenengo kapituluan, TCP/IP protokolo multzoaren eta Interneten beste oinarri teknologikoak laburbiltzen dira, gaia ondo menderatzen ez duen irakurleak beharrezko ezaguerak bereganatu ditzan. Multimedia-aplikazioen ezaugarriak eta soinuaren eta bideo digitalaren oinarriak ere lantzen dira hasierako kapituluan. Bigarren kapitulua streaming-teknologiari buruzkoa da. Hirugarrenean, telefoniaren aro berriaren teknologia azaltzen da. Laugarren kapituluak sare-azpiegiturak ditu ardatz. Azpiegitura horiek datu-zerbitzuetarako diseinatu ziren bere garaian, eta ez multimediarako. Interneteko multimedia-aplikazioak bereganatu ahal izateko, azpiegituretan egindako hobekuntzak jasotzen dira azken kapitulu horretan. Erabilitako formatuei buruz Hiru motatako testu bereziak topatuko dituzu idazki honetan: beltzez idatziriko hitzak, letra etzanez daudenak eta courier estilokoak. Beltzez dauden terminoak garrantzi berezikoak dira. Letra etzana erabili dut erdarazko terminoak idazteko (gehienak ingelesezkoak) eta arrazoiren batengatik esanahi berezia duten hitzak nabarmentzeko. Azkenik, courier estiloan daude protokoloen komandoak, kode zatiak, fitxategien izenak eta antzekoak. Irakurlearen ekarpenak Irakurlearen komentarioak eta gomendioak ongi hartuko ditut. Esadazue, zuen ustez, zer sartu beharko nukeen hurrengo edizio batean eta zer ez, zertan zaudeten gustura liburuarekin eta zertan ez. Mesedez, bidal iezazkidazue zuen mezuak [email protected] helbidera. Eskerrak Lehenik eta behin, funtsezkoa izan da Donostiako Informatika Fakultateko irakasle euskaldun asko aspalditik egiten ari den lan izugarria Informatika arloan hiztegi teknikoa sortzeko. Denak beti prest agertu dira laguntzeko eta nire zalantzak argitzeko. Bereziki eskertu nahi diot bere lana Alex Mendiburu irakasleari; zenbait adierazpen argiago daude berari esker. UPV/EHU euskal unibertsitate publikoaren baliabideak eta azpiegiturak erabili ditut liburua idazteko. Interneten denok erabiltzeko moduan dauden baliabide linguistiko asko erabili ditut, baina Elhuyarek argitaratutako hiztegia izan da gehien kontsultatu dudana. Mila esker bi instituzio horiei. Irudi gehienak neuk sortuak dira, lehenengo kapituluko batzuk izan ezik. Beste irudi horiek egileek domeinu publikoari emanak dira. Egile horiei ere nire esker ona azaldu nahi diet: Lucas V. Barbosa (1.11 irudiaren egilea), Bas Duineveld (1.13 irudiarena), Eadweard Muybridge (1.14 irudiarena), Alex Khristov (1.16 irudiarena), Petteri Aimonen (1.17 irudiarena) eta egile ezezagunak (1.9 irudiarena, 1.10 irudiarena, 1.12 irudiarena, gero nik egokitua eta euskaratua, eta 1.15 irudiarena). Testua idazteko, LibreOffice 6.0.7.3 erabili dut, Ubuntu 18.04 sistema batean. Testuaren ortografia berrikusteko, Xuxen zuzentzaile automatikoa erabili dut, eta, irudiak sortzeko, Dia 0.97 diagrama-editorea. Software hori guztia garatu, itzuli eta eskura jarri digutenei, eskerrik asko. J.M. Rivadeneyra, Donostian, 2023ko martxoan Edukien aurkibidea 1. Internet eta multimedia-aplikazioak ............................................. 8 1. Interneten deskribapena .................................................... 8 1.1. Egitura fisikoa ......................................................... 8 1.2. TCP/IP protokoloak .................................................... 10 1.3. Internet bidezko transmisioaren ezaugarriak ............................... 13 2. Multimedia-aplikazioak Interneten ........................................... 16 2.1. Bideo/audio streaminga ................................................. 17 2.2. IP bidezko telefonia ..................................................... 18 2.3. Sare bidezko bideo-jokoak ............................................... 19 3. Soinu digitala .............................................................. 20 3.1. Seinale analogikoen digitalizazioa ......................................... 20 3.2. Trinkoketa, kodetzeko formatuak, kodetzaileak eta kontainerrak .............. 25 3.3. Soinuaren kodeketa ..................................................... 28 3.4. Ahotsaren kodeketa ..................................................... 31 3.5. Audio-kodetzaileak ..................................................... 34 4. Bideo digitala .............................................................. 36 4.1. Irudien digitalizazioa ................................................... 36 4.2. Bideo-kodeketarako sistemak ............................................ 38 Laburpena .................................................................... 43 1. kapituluko ariketak: audioa eta bideoa Interneten ................................ 44 2. Bideoa eta telebista Interneten .................................................. 48 1. Streaming-teknikaren oinarriak .............................................. 49 1.1. Internet bidezko bideo eta telebistarako osagaiak ........................... 49 1.2. Internet bidezko bideo eta telebistarako ereduak ............................ 50 1.3. Streaming-sistemen osagaiak ............................................. 51 1.4. IP zerbitzua eta bideoaren kalitatea ....................................... 52 1.5. Aurrekarga (buffering) eta hasieratzeko atzerapena .......................... 53 1.6. Garraio-mailako zerbitzuak .............................................. 55 6 Edukien aurkibidea 2. CDN-sareak eta streaminga .................................................. 56 2.1. Oinarrizko funtzionamendua ............................................ 57 2.2. Zerbitzari taldea aukeratzeko estrategiak ................................... 59 3. Streaming-protokoloak ..................................................... 62 3.1. Hasierako streaming-protokoloak ........................................ 63 3.2. HTTP bidezko streaming-protokoloak .................................... 65 3.3. Atzerapen baxuko streaming-protokoloak ................................. 68 4. P2P streaminga ............................................................ 69 4.1. P2P streamingaren erakargarritasuna ..................................... 70 4.2. P2P streamingerako aukerak ............................................. 71 4.3. P2P streamingaren mugak ............................................... 73 5. Multicast-streaminga ....................................................... 75 Laburpena .................................................................... 77 2. kapituluko ariketak: streaminga ............................................... 79 3. IP telefonia ................................................................... 83 1. Sarrera .................................................................... 83 1.1. Mediaeta kontrol-kanalak .............................................. 84 1.2. IP telefoniaren erabilerak ................................................ 85 2. Media-kanalak ............................................................. 86 2.1. Banda-zabalera ......................................................... 86 2.2. Atzerapena ............................................................ 87 2.3. Galerak ............................................................... 89 2.4. Media-kanaletarako protokoloak ......................................... 92 3. Kontrol-kanalerako protokoloak ............................................. 95 3.1. SIP ................................................................... 95 3.2. Beste protokolo batzuk .................................................. 99 4. Internet bidezko telefonia ................................................... 103 4.1. NAT eta su-hesiak ...................................................... 103 4.2. IP telefoniaren eta TDM telefono-sareen arteko komunikazioa ............... 106 4.3. Identifikadoreen arteko lotura ............................................ 107 5. IP telefonia enpresetan ...................................................... 111 5.1. Migraziorako aukerak ................................................... 113 Laburpena .................................................................... 116 3. kapituluko ariketak: IP telefonia ............................................... 117 Edukien aurkibidea 7 4. Multimediarako sare-teknologiak ............................................... 121 1. Multicast-teknologia ........................................................ 122 1.1. Multicast-kontzeptuak .................................................. 122 1.2. Multicast-helbideak ..................................................... 124 1.3. Multicast-trafikoa birbidaltzea ........................................... 126 1.4. Multicast-domeinuen arteko hutsunea eta AMT tunelak ..................... 132 2. QoS mekanismoak ......................................................... 133 2.1. Traffic Management .................................................... 133 2.2. Trafiko-ingeniaritza (Traffic Engineering) .................................. 139 3. Banda zabaleko sarbide-sareak ............................................... 143 3.1. Zuntz optiko bidezko sareak ............................................. 143 3.2. Kablerik gabeko sarbide-sareak ........................................... 147 Laburpena .................................................................... 152 4. kapituluko ariketak: multimediarako sare-teknologiak ............................ 154 Bibliografia ...................................................................... 159 Hitz-zerrenda .................................................................... 161 1 Internet eta multimedia-aplikazioak Kapitulu hau ikasi eta gero, honako kontzeptu hauek ondo ezagutu beharko ditu irakurleak: — Interneten eta TCP/IP protokolo multzoaren oinarriak. — Internet bidezko komunikazioaren ezaugarriak. — Zer diren streaminga eta VoIPa. — Digitalizazioaren urratsak. — Audioa eta ahotsa kodetzeko teknika nagusiak. — Bideoa kodetzeko teknika eta estandar nagusiak. Interneten erabilerari buruzko estatistikek diotenez, gero eta gehiagotan erabiltzen dugu sarea multimedia-aplikazioetarako. Filmak, bideoak, eta irratiko eta telebistako saioak gero eta gutxiagotan ikusten ditugu betiko telebistan edo irratian, Internet bidez jasotzen baititugu. Era berean, betiko telefono-sarea ere tokia uzten ari zaio Interneti. Skype eta halako programak ez dira arrotzak dagoeneko, edonork erabiltzen baititu. Hau da, telekomunikazio-zerbitzuen mundua goitik behera aldatzen ari da. Lehen, zerbitzu bakoitzak bere sarea zuen, eta hori zen aukera bakarra zerbitzu hori eduki ahal izateko: telebista-zerbitzuak jasotzeko, telebistarako telekomunikazio-sarea eta telebista ikusteko ekipoak erabiltzen genituen; telefonoz hitz egiteko, telefono-sarea, eta, formatu digitaleko informazioa trukatzeko eta lortzeko, Internet. Baina teknologia horietako bat besteak fagozitatzen ari da, eta, orain, sare bakar batek ematen ditu zerbitzu guztiak. Internet da sare hori. Audioa eta bideoa Internet bidez jasotzea nahiko kontu zaharra da, baina 2000. urte ingurutik aurrera hasi zen etengabe hazten denbora errealeko audio eta bideoen trafikoa Interneten. Bi gertaerak bultzatu dute hazkunde hori. Alde batetik, konputagailuak askoz ahaltsuagoak dira, eta, ondorioz, mikrofonoak eta kamerak gehitu zaizkie, irudiak eta soinuak jaso, prozesatu eta igor ditzaten. Beste alde batetik, Internetek duen transmisio-ahalmena nabarmen igo da, bai sarearen muinean (hornitzaileen barruko sareetan eta beren arteko loturetan), bai erabiltzaileen Interneterako sarbideetan. Interneten deskribapen labur bat eginez hasiko dugu kapitulu hau. Internet eta TCP/IP teknologia ezagutzen dituenak baztertu dezake hasierako zati hau, eta zuzenean hurrengora igaro: zer den multimedia-aplikazio bat, eta nola sailkatzen ditugun aplikazio horiek. Gero, audioaren eta bideoaren digitalizazioa aztertuko dugu, behar-beharrezkoa baita Internet bidezko multimediarako. 1. Interneten deskribapena 1.1. Egitura fisikoa Internet mundu osoan zehar barreiatutako milioika gailu elektroniko elkarrekin lotzen dituen sare informatikoa da. Orain dela ez asko arte, elkarrekin lotutako gailu horiek konputagailuak zi- 1 Internetetamultimedia-aplikazioak9 ren, hau da, PCak eta zerbitzariak, nagusiki. Haatik, gero eta gehiagotan, beste mota bateko gailu batzuk ere konektatzen ditugu Internetera: telefonoak, tabletak, telebistak, web-kamerak, etxeko tresnak... Izan ere, beti erabili izan dugun konputagailu-sarea terminoak desegokia dirudi Internet izendatzeko. Gaur egun, egokiagoa da gailuen internetaz mintzatzea. Gailuek sarea erabiltzen dute beren artean «hitz egiteko» (informazioa eta aginduak trukatzeko, alegia), eta, horrela, gailu horiek erabiltzen dituzten gizakiei zerbitzuak emateko. Sarea beste gailu askok eta beren arteko konexioek osatzen dute. Sare barruko gailu horiek, askotan konputagailu bereziak direnak, sare-gailuak deituko ditugu. Haien artean, kontzentragailuak, kommutagailuak, eta bereziki garrantzitsuak diren bideratzaileak ditugu (ingelesez router denez, euskaraz ere askotan routerra entzungo dugu). Sare-gailuen arteko konexio gehienak kable bidezkoak dira (kobrezkoa, zuntz optikokoak, kable ardazkidekoak...), baina kablerik gabekoak ere hor daude. Berez, Internet ez da sare bat, sarez osatutako sarearte bat baizik. Hau da, milioika sare elkarrekin lotuta. Munduaren beste puntan dagoen konputagailu bateraino heltzeko, gure makinatik ateratzen den informazioak honako sare hauek zeharkatuko ditu (ikusi 1.1 irudia): — Gure sarea (jatorrizko sarea) eta helburu den gailuaren sarea (helburuko sarea). Halakoak erakunde, enpresa edo partikularren sareak izango dira. Hor daude fisikoki konektatuta (kable edo uhinen bidez) jatorrizko eta helburuko gailuak. Batzuetan, etxeko edo enpresa txiki bateko sare lokala izango da, konputagailu gutxi batzuk kommutagailu (edo switch) baten bidez elkarturik osatuta. Beste batzuetan, erakunde baten egoitzetako sare lokalak telekomunikazio-konpainia bati kontratatutako konexioen bidez osatutako sareartea izango da. Betiere, Interneti lotutako sare pribatuak dira. — Erabiltzaileen sareak Internetera lotzen ditugu Internet-hornitzaileen bidez. Internethornitzaileak izendatzeko, ISP akronimoa erabiltzen da, ingelesetik hartuta (internet Service provider). Internet-hornitzaileen sareak elkarrekin lotuta daude informazioa edozein saretatik beste edozein saretara eraman ahal izateko. Badaude ISP txikiak (edo Internet txikizkariak) eta handiak (edo Internet handizkariak). Txikizkariek zuzenean ematen diete Interneterako sarrera erabiltzaileen sareei. Handizkariek ISP txikiei ematen diete zerbitzua, haien arteko trafikoa mugituz. — Erabiltzaileen sareak edo ekipoak eta Internet-hornitzaileak lotzen dituzten sareak sarbidesareak dira. Sarbide-sare mota asko dago. Adibidez, etxean eta enpresa txikietan telefono klasikoak edo kable bidezko telebista konektatzeko erabili izan ditugun sareak ere badira Interneterako sarbide-sareak. Sare horiek hartzen ditugu gure ISPraino ailegatzeko, xDSL, DOCSIS edo FTTH teknologiak erabiliz. Etxekoak baino transmisio-behar handiagoak dituzten erakunde eta enpresen sareen kasuan, Interneterako sarbiderako espresuki eskaintzen diren beste konexio batzuk kontratatzen dituzte telekomunikazio-konpainietan. Horretarako, zenbait aukera teknologiko dituzte. Badago aukera erabiltzaileen ekipoak zuzenean zenbait sarbide-saretara konektatzeko, erabiltzailearen inongo sare pribaturik igaro gabe. Hori da normalean egiten dena tabletekin eta smartphoneekin, Internet zuzenean atzitzen baitute 3G (UMTS teknologia erabiliz), 4G (LTE teknologia) edo 5G sareen bidez. Sarbide-sareen garrantzia izugarria da: sarbide txarra badugu, jai dugu Interneten. 1.1. irudian, Interneti lotutako hiru gailu agertzen dira, X, Y eta Z izenekoak. X zerbitzaria eta Z PCa sare pribatuetan daude kokatuta (etxeko edo laneko Ethernet sarea izan daiteke). Y smartphonea, aldiz, zuzenean konektatuta dago Internetera, sarbide-sare baten bidez, inongo sare lokalik gabe. 16Multimedia-Internet atzeratzen; segundo erdi atzeratuta ikusten hasteak ez du garrantzirik bi orduko film batean. Baina saretik jasotako datagramen arteko tartea aldatzeak, hau da, atzerapenaren aldakortasunak, eragina izan dezake erreproduzitutako soinuaren eta bideoaren kalitatean. Galeraz Nola gal daitezke datagramak Interneten? Zenbait eratan gerta daiteke datagrama bat ez heltzea helburura, baina nagusia transmititzeko ilarekin dago lotuta, lehen azaldu dugun bezala. Ikusi dugunez, datagramak, transmititua izateko, bere txanda iritsi arte zain egon behar du ilaran. Ilara hori, azken finean, buffer bat da, eta, berez, datagramak ostatatzeko ahalmen mugatua du. Demagun linea batetik A datagrama segundoero transmiti dezakegula; hau da, linea horren igortzeko abiadura A datagrama/s dela. Eta demagun linea horri dagokion ilaran —bufferrean, alegia— batez beste B datagrama sartzen ari direla segundoero. A > B betetzen bada, ilarara heltzen diren datagrama berriek ilara hutsa aurkituko dute, eta itxaron gabe transmitituko dira. Kontrakoa suertatzen bada (hau da, A < B), orduan, atera baino azkarrago sartuko dira datagramak ilarara. Ondorioz, gero eta datagrama gehiago egongo dira ilaran, transmititzeko zain. B abiadura jaisten ez bada, azkenean, ilara beteko da; hau da, bufferra beteko da. Zer gertatzen da, orduan, beste datagrama bat heltzen bada linea horretatik transmititua izateko? Bi aukera daude: edo tokirik gabe dagoen datagrama hori baztertua izango da, edo jadanik ilaran zegoen beste datagrama batek bere tokia utzi beharko dio heldu berriari, eta, noski, hain egokia izan den datagrama hori baztertua izango da. Kasu gehien-gehienetan, lehenengo aukera hartzen dute bideratzaileek, baina, nolanahi ere, datagramaren bat galduko da. Deskribatutako egoera gorago aipatu dugun kongestioa edo buxadura da, egun Interneten datagramak galtzeko lehenengo arrazoia. 2. Multimedia-aplikazioak Interneten Adiera zorrotzean, multimedia hitzak esan nahi du informazioa adierazteko era desberdinak erabiltzea aldi berean. Beraz, telefono bidezko elkarrizketa bat ez litzateke sartuko definizio horretan, soinua besterik ez baita erabiltzen informazioa azaltzeko. Aldiz, liburu hau bera multimedia kategorian sartuko genuke, testua eta irudiak erabiltzen dituelako aldi berean. Baina, testu honetan, Internet erabiltzen duten multimedia-aplikazioei erreparatu nahi diegu, ez liburu fisikoei, eta, bai, aldiz, telefoniari. Beraz, beste definizio bat behar dugu. Honako hau hartuko dugu: Multimedia interneten: soinua, bideoa eta animazioak internet bidez eta unean erreproduzitzeko garraiatzen dituzten aplikazioak. Beraz, multimediaz ari garenean, sare-aplikazio batzuei buruz ari gara; zehazki, soinua edo bideoa Interneteko txoko batetik bestera eramaten dituztenei buruz. Definizio horretan, telefono bidezko elkarrizketa ere sartzen da, nahiz eta soinua besterik ez bidali, testu edo irudiekin konbinatu gabe. Baina, adi, definizioan, denbora errealaren osagaia ere sartu dugu, garraiatutako seinalea unean bertan erreproduzitu behar baita; jaso bezain laster, alegia. Hortaz, filmak edo abestiak deskargatzeko erabilitako aplikazio bat ez da sartuko gure multimediaren definizioan, soinua eta irudiak batera garraiatzen baditu ere. Soilik gizaki bat ari bada aplikazioa erabiltzen, eta aplikazioak garraiatutako soinu edota irudien zain badago gizaki hori, multimediatzat hartuko dugu aplikazio hori testu honetan. Hau da, gurea multimedia interaktiboa da. Honako talde hauetan sailkatuko ditugu multimedia-Interneteko aplikazio interaktiboak: (1) bideo/audio-streaminga, (2) IP bidezko elkarrizketak (VoIP), eta (3) sare-joko interaktiboak (on line gaming). Haietako bakoitzak baditu bere beharrak, eta kontuan hartzekoak dira guztiak ere. Jarraian zehaztuko dugu nolakoa den aplikazio bakoitza, eta, hurrengo bi kapituluetan, streamingean eta IP telefoniaren inguruko teknika berezietan sakonduko dugu. 1 Internetetamultimedia-aplikazioak17 1.6 irudia. Multimedia, monomedia eta IP multimedia. 2.1. Bideo/audio-streaminga Orokorrean, bideo edo audioak Internet bidez ikusteko edo entzuteko aplikazioak sartuko ditugu atal honetan. Streaming-aplikazioetan, erreproduzitzaileak ez du itxaroten bideo edo audio osoa jaso arte erreproduzitzen hasteko; seinalea jasotzen hasi eta gutxira abiatuko du erreprodukzioa. Portaera horretan datza streaming-sistemen eta ohiko deskarga-sistemen arteko aldea. Filmak edo abestiak jaisteko aplikazioak ez dira sartzen liburu honetan aztertuko ditugun multimedia-aplikazioetan, ez baitira erreproduzitzen deskargatu ahala. Hau da, ez dira denbora errealekoak; ez dira unean bertan erreproduzitzen, baizik eta deskarga amaitu ondoren erabiltzaileak erabakitzen duen unean. Deskargatu eta gero, orduak, egunak edo hilabeteak igaro daitezke deskargatutakoa erreproduzitu arte, eta, orduan, erreprodukzioa off line egingo da, hau da, sareak ez du parte hartuko. Streaming-aplikazioetan, aldiz, ez da itxaron behar deskarga amaitu arte erreproduzitzen hasteko, eta sarearen parte-hartzea funtsezkoa da arazorik gabe erreproduzitzeko. Streaming-sistemen arazo nagusiak bi dira. Lehenengoa, bideo-streamingen kasuan, zerbitzariaren eta erreproduzitzailearen artean behar den banda-zabalera nahikoa izatea da. Arazo horri aurre egiteko, bi bide uztartzen dira: alde batetik, sare-azpiegitura eta -teknologia hobeetan inbertitzea, eta, bestetik, bideoa transmititzeko behar den abiadura jaistea, trinkoketaren bidez. Sare-azpiegituren eta -teknologien gaia azken kapituluan jorratuko dugu. Kapitulu honetan, trinkoketa landuko dugu, bideo-kodeketa aztertzerakoan. Streaming-sistemen bigarren arazoa da behin erreprodukzioa hasita etenik ez sortzea. Horretarako, zerbitzariak igorritako bit-korronteak (stream bat da) garaiz heldu behar du erreproduzitzailera, bit bakoitza dagokion unean erreproduzi dadin. Berandu iristea ez heltzea bezala da; ez du ezertarako balio. Horretarako, sareak zera lortu behar du: streamaren abiadura erreproduzitzeko behar den abiaduraren adinakoa izatea, gutxienez. Arazoa Interneten izaeran datza: IP protokoloak ez du bermatzen aplikazio batek sarean lortuko duen abiadura zein izango den, eta, abiadura horretan, gorabeherak suertatzen dira, sarean une bakoitzean dagoen trafikoaren arabera. Hortaz, aldi baterako abiaduraren beherakada batek eragin dezake bideo-seinalea garraiatzen duten datagramak atzeratzea, seinalea garaiz ez heltzea erreproduzitzailera eta, azkenean, irudia edo soinua 18Multimedia-Internet geldiaraztea. Hori eragozteko, aurrekarga (buffering, prefetching) deritzon teknika erabiltzen da Interneten; bigarren kapituluan aurkeztuko dugu. Streaming erak Telebista eta irrati konbentzionalean bezala, streaming-sistemen bidez hedatutako saioak aurretik grabatutakoak (stored streaming) edo unean gertatutakoak (live streaming) izan daitezke. Audio hutsa (normalean, musika) banatzeko streaming-sistemak bideoa banatzeko sistema berak dira, baina askoz ere transmisio-abiadura txikiagoa erabiltzen dute. Aurretik grabatutako bideoedo irrati-saioak banatzeko streaming-sistemak, betiko telebistaz gain, VoD sistemak (Video on Demand) ere ordezkatzen ari dira. Ez da harritzekoa, VoD banaketa oinarrituta baitago telebista banatzeko sare berberetan (batez ere kableeta satelite-sareetan oinarrituta), eta, azken finean, sare horiek ari da Internet ordezkatzen. Erabiltzailearen ikuspuntutik, streaminga grabatuta jasotzea telebista-, musikaedo bideo-erreproduzigailu bat erabiltzea bezalakoa da, baina, telebistaedo DVD-gailuaren ordez (edo beste formatu batzuetarako gailuen ordez), Interneti lotutako gailu bat (PC, smart TV, telefonoa, tableta...) erabiltzen dute. Betiko telebistarekin edo irratiarekin alderatuta, ikusleak aukeratzen du zer eta noiz ikusi nahi duen, saioen programazioaren eta ordutegi baten menpe egon gabe. Gainera, ikusleak kontrolatzen du noiz egin eten bat, halakorik egin nahi badu, edota aurrerago eta atzerago joan erreprodukzioan, bideo-erreproduzigailu konbentzionaletan egiten duen era berean. Adi: benetan «era berean» izateko, ikusleak horrelako botoi bat sakatzen duenetik eskatutakoa gauzatzen den arte, ezin da segundoren bat baino gehiago igaro. Hau da, badago denbora errealean egindako elkarrekintza bat streaming-zerbitzariaren eta erabiltzailearen artean. Irrati eta telebista konbentzionalean ez bezala, unean gertatutakoa Internet bidezko streaming eran jasotzeak badu zailtasun teknologiko propioa. Streaminga zuzenekoa izanik, streaming grabatuekin alderatuz, sarerako baldintzak gogortzen ditu. Streaming grabatuan, erabiltzaileak onartzen du zertxobait itxarotea «play» botoia sakatzen duenetik saioa ikusten hasten den arte. Hamar segundo itxarotea, adibidez, ez da gehiegizkoa ikusle askorentzat. Baina, zuzeneko ekitaldi bat transmititzen ari bada, ikusleak atzerapenarekiko duen tolerantzia asko jaisten da. Olinpiadetako 100 metroko lasterketako finala ikustean, ikusle askok ez dute gertatutakoa pantailan jaso nahi 1015 segundo geroago. Eta nekez onartuko dute hamar segundo itxarotea ikusten ari diren kanala aldatzen duten bakoitzean, hau da, zapping egiten dutenean. Internet bidezko telebista, beraz, sentikorragoa da atzerapenarekiko, eta horrek badu eragina lehen aipatu dugun aurrekarga (buffering) erabiltzean. Seinalea hartzaile askori aldi berean helarazi behar zaionean (broadcasted streaming edo webcasting), oso onuragarria da IP multicast helbideak erabiltzea. Zoritxarrez, soilik uneko saioetan suertatzen da aldi berean hartzaile asko izatea, eta ez VoD erako streamingean, egun trafiko gehiena sortzen duena izanik. Sortutako trafiko kantitateari erreparatzen badiogu, bideo-streaminga da, egun, Interneteko killer applicationa. Zenbait neurketaren arabera, xxi. mendearen bigarren hamarkadaren hasieran, YouTubetik eta antzeko webguneetatik sarean sartutako trafikoak aise gainditu zuen fitxategiak konpartitzeko P2P aplikazioena. 2.2. IP bidezko telefonia Bideoarekin eta telebistarekin gertatzen den bezala, telefonia-zerbitzuetan ere betiko sare telefonikoa ari da ordezkatzen Internet. IP telefoniari, askotan, VoIP ere esaten zaio (Voice over ip). Kontzeptu berean sartuko ditugu bideokonferentzia-zerbitzuak, zeinetan, ahotsaz gain, solaskideen irudia ere bidaltzen den. 1 Internetetamultimedia-aplikazioak19 Internet bidezko telefonian, garrantzi handikoa da sareko atzerapena. Halako aplikazioetan, solaskideen arteko elkarrekintza eta sinkronizazioa oso handiak direnez, sentikortasun handia dute atzerapenarekiko, bideo-streamingean baino askoz gehiago. Bi laguneko edo gehiagoko elkarrizketa batean, ezin dira ehunka milisegundo baino gehiago igaro kide batek hitz egiten duenetik edo mugitzen denetik beste solaskideek hark egindakoa jasotzen duten arte. Ahotsari dagokionez, atzerapena 150 milisegundo baino txikiagoa denean, gizakiak ez du hautematen; 150 eta 400 milisegundo tartekoak onargarriak dira, eta, 400 milisegundo baino altuagoa denean atzerapena, eragina onartezina da elkarrizketan. Beste alde batetik, telefonian, onargarria da bidalitako bit batzuk ez heltzea beren helburura; hau da, galerak onargarriak dira, betiere atalase bat gainditzen ez bada. Galdutako bit horiek klik batzuk besterik ez dute eragingo aditzen den soinuan, atzemandako kalitatea askorik kaltetu gabe. Irudiei dagokienez ere, puntu batzuk lausotu egingo dira, baina kontuan hartu behar da bideokonferentzia batean espero dugun kalitatea ez dela film bati exijituko dioguna. Ezaugarri horiek, atzerapenarekiko sentikortasun handia eta galerekiko tolerantzia, Interneten ohikoak izan diren datu-aplikazioen kontrakoak dira. Izan ere, beste aplikazio horietan pentsatuz diseinatu ziren batez ere Internet eta TCP/IP protokoloak, eta ez telefonia eta halako aplikazioetarako. Web-nabigazioak, posta elektronikoak, fitxategien trukaketak eta halakoek trafiko malgua eragiten dute Interneten. Hau da, datagramen arteko atzerapenaren aldakortasuna onartzen du trafiko horrek, aplikazioaren funtzionamendua arriskuan jarri gabe. Aldiz, datu-aplikazio horietan, onartezina da bit bat bera ere sarean galtzea. Ondorioz, Internet hobeto egokitzen da galerekiko sentikortasun handia eta atzerapenarekiko tolerantzia duten aplikazioetara, eta, aldiz, telefoniak arazo bereziak topatuko ditu Interneten ondo ibiltzeko. Hala eta guztiz ere, sare-ingeniariek irtenbideak asmatu dituzte IP zerbitzuaren gainean telefonia-zerbitzuak emateko, hasieran desegokia zirudien arren. Hirugarren kapituluan aztertuko ditugu. 2.3. Sare bidezko bideo-jokoak Sare-jokoak bideo-jokoak dira, baina haien euskarria ez da bideo-kontsola isolatu bat, baizik eta Interneti edo sare lokal bati konektatuta dagoen konputagailu, bideo-kontsola edo mugikor bat. Sarearen erabilerari dagokionez, bi motatako sare-jokoak bereizten dira: zerbitzari bidezkoak (cloud gaming edo gaming on demand) eta zerbitzari gabekoak. Zerbitzari bidezko jokoetan, jokalariak zerbitzarian dauden jokoak atzeman eta egikaritzen ditu, eta, gainera, beste jokalari batzuekin batera aritu daiteke partida berean. Zerbitzariak streaming eran igortzen dizkie jokalariei beren pantailetan eta bozgorailuetan erreproduzitu behar duten seinalea, bideo-streamingetan bezala. Eta jokalariek zerbitzariari igortzen dizkiete beren jokaldiak; normalean, pantailan agertzen den irudi baten mugimendu sinpleak besterik ez. Hala, jokalariak ez du bideo-kontsolarik erosi behar, ezta jokorik ere. Nahikoa du PC bat eta Interneterako konexioa (zerbitzariak, ziur asko, kuota bat eskatuko dio jokatzeagatik). Teknikoki, sareari dagokionez, zerbitzari bidezko sare-jokoak streaming-sistemak bezalakoak dira, eta, beraz, ez diegu arreta berezirik jarriko liburu honetan. Zerbitzari gabeko sare-jokoetan, jokalariak bere betiko bideo-kontsola erabiltzen du, baina Interneti konektatuz badu aukera beste jokalariekin batera ibiltzeko. Horrelakoetan, sarearen lana da parte-hartzaileen arteko sinkronizazioari eustea: jokalari bakoitzak egiten duenaren berri eraman behar die Internetek beste jokalariei. Sareari dagokionez, halako jokoek badute antza bideokonferentziekin. Partaideen artean elkarrekintza handia dago, eta, berez, atzerapenarekiko sentikortasun handia dute. Izan ere, jokalari batek besteek baino atzerapen handiagoarekin jasotzen baditu joko-eremuan gertatzen direnak, desabantaila sortzen da. Baina, bideokonferentzietan ez bezala, bidalitako soinuak eta irudiak ez dira denbora errealean kamera eta mikrofono 20Multimedia-Internet batetik jasotako seinaleak, baizik eta programa batek sortutako animazioak. Horrek asko errazten du dena, animazioek eskatzen duten banda-zabalera askoz txikiagoa baita benetako irudiak eta soinuak baino. Animazio baten aldaketak (aurretik definitutako mugimenduak eta soinuak) azaltzeko, ez da irudirik edo soinurik bidali behar; nahikoa da jokalariaren makinak mugimendu edo soinu horiek gauzatzeko agindua jasotzea. Ondorioz, halako jokoek sareari eskatzen dioten zerbitzu-maila askoz arinagoa da, edo, beste era batean esanda, jokoen eskakizunak aise betetzen ditu sareak. Betiko TCP/IP teknologia erabiliz, eta banda-zabalera handirik behar izan gabe, Internetek jokalariak asetzen ditu. Berez, zerbitzaririk gabeko sare-jokoei ere ez diegu arreta gehiagorik jarriko. 3. Soinu digitala Soinua uhin bat da, airean hedatzen diren presio-aldaketek eragina. Gure tinpanoak aldaketa horiek atzeman, uhin mekaniko bilakatu, eta burmuinari helarazten dizkio. Tinpanoak, beraz, naturan sortutako uhinak atzeman, eta gure burmuina kitzikatzen duten seinale bilakatzen ditu. Antzekoa egiten dute mikrofonoek ere: soinu-uhinak atzeman, eta haien baliokideak diren seinale elektriko bilakatzen dituzte. Baliokidea hitzaren ordez analogo hitza erabiltzen badugu, agian hobeto ulertuko dugu zer den seinale analogiko bat: naturan sortutakoaren berdintsua dena, eta, naturan bezala, balio posible infinituak dituena. Adibidez, DO izeneko nota musikala 261,63 Hz-eko soinu-uhina dela adostu dute musikariek1. Mikrofono batek 261,63 Hz-eko korronte elektriko (edo maiztasun analogo, bihurketa-funtzio bat erabiliz) bihurtuko du soinu-uhin hori. Era berean, edozein maiztasunetako soinuak maiztasun analogoko korronte elektriko bat eragingo du mikrofonoan. Horregatik, hain zuzen ere, esaten da mikrofonoek sortutako seinale elektrikoa analogikoa dela, hau da, jatorrizko soinuuhinaren antzekoa. Irrati-sistema zaharretan, mikrofonoek sortutako seinale elektriko analogikoak uhin elektromagnetiko bilakatzen dira, urrutira hedatu ahal izateko. Bigarren bihurketa hori antena igorleak egiten du. Hartzaileen irratiek kontrako prozesua betetzen dute; hau da, beren antenatik jasotako uhin elektromagnetikoa seinale elektriko bilakatzen dute, eta, gero, seinale elektriko hori soinu bihurtzen dute bozgorailuan. Prozesu horretan agertzen diren seinale guztiek izaera analogikoari eusten diote, hau da, jatorrizko soinuaren ezaugarri berak dituzte. Interneten, aldiz, seinale analogikoak ezin dira bere horretan garraiatu, datagramek bateko eta zeroko seinaleak besterik ezin baitute eraman. Lehenago, seinale horiek digitalizatu egin behar dira, hau da, zero eta bateko segida bilakatu. Hala ere, digitalizazioa ez zen asmatu irudiak eta soinua Internet bidez transmititzeko, baizik eta seinale analogikoei tratamendu digitala emateko, Internet eta TCP/IP protokoloak asmatu baino lehenago. 3.1. Seinale analogikoen digitalizazioa Seinale analogikoarekin alderatuta, seinale digitalak bi abantaila ditu nagusiki: — Kamerak edo mikrofonoak lortutako seinalearen kalitateari eusten zaio transmisioan zehar, seinalea bere jatorrizko formarekin birsor daitekeelako. Adibidez, demagun bateko bat ordezkatzeko volt bateko seinale elektrikoa erabiltzen dugula, eta, zeroko bat ordezkatzeko, –1 volteko seinalea. Bateko bat bidaltzen badugu kable batetik, seinalea fisikoki higatzen denez bidaian, ka1 Berez, maiztasun hori DO zentralari dagokio. Hainbat zortzidun gora edo behera dauden notak ere DO dira. 1 Internetetamultimedia-aplikazioak21 blearen beste muturrean dagoen gailu elektronikoak atzemango duen seinale elektrikoa ez da volt batekoa izango, baizik eta zertxobait ahulagoa. Demagun jasotako seinalea 0,85 voltekoa dela. Hartzaileak bat edo zero zenbakiekin lotu behar du kablean atzemandako tentsio hori. Hau da, asmatu behar du ea jatorrizko tentsioa –1 edo 1 zen. 0,85etik balio gertuena denez, 1 zela aukeratuko du, eta, gehien-gehienetan, asmatu egingo du, eta batekoa jaso duela biltegiratuko du. Berriz bidali behar badu, volt bateko seinalea igorriko du, eta ez jaso duen 0,85 voltekoa. Hau da, seinalea birsortu egiten da (ikusi 1.7 irudia). Seinale analogikoekin, hori ez da posible, ezinezkoa baita jakitea zein zen jatorrizko seinalea, aukerak infinituak direlako, eta ez, seinale digitalean bezala, gutxi batzuk. Berez, ezinezkoa da jasotako seinalean bidaiak eragindako higidura berreskuratzea, eta, seinale analogikoa birtransmititzen den bakoitzean, kalitatea galtzen du. — Zenbakiekin gauza ikaragarriak egin daitezke. Seinale fisikoekin lan egitea, aldiz, askoz zailagoa eta mugatuagoa da. Seinale digitalak zenbakiak direnez, prozesamendu digitala aplika dakieke, bere abantaila guztiekin. Adibidez, seinale digitalizatua konprima daiteke, eta, horrela, seinalea transmititzeko behar den banda-zabalera asko murriztu. Edo transmisioan eragindako erroreak berreskuratzeko kodeak eta teknikak ere erabil daitezke. Edo, hain zuzen ere, Internet eta halako pakete-kommutazioko sareen bidez transmiti daitezke zeroko eta bateko segida bilakatutako seinale horiek. 1.7 irudia. Transmisio analogikoa eta digitala. Transmisio digitalean seinalea birsortzen da birtransmisio bakoitzean, metatutako zarata, distortsioa eta atenuazioa garbituta. Analogikoan, aldiz, seinalea berrindartu daiteke, baina, horrela, jasotako deformazioak ere indartu egiten dira. Seinale analogikoak digitalizatzeko, 1.8 irudian dituzun hiru urratsak bete behar dira: laginketa, kuantizazioa, eta kodeketa. Laginketa Digitalizazioaren lehenengo urratsa da jasotako seinale analogikoaren laginak hartzea. Lagin horiek abiadura finko batean hartzen dira, laginketa-abiadura deiturikoan. Laginketa-maiztasuna ere deitzen zaio, eta, maiztasun guztietan bezala, haren neurria hertza (Hz) da: segundoero mila lagin hartzen baditugu, laginketa-abiadura 1.000 Hz da. Gero, kuantizazioaren bidez, lagin horiek zenbaki bilakatu, eta datagrametan transmitituko ditugu. Hartzailearen bozgorailuak laginak erreproduzituz, emaitza jatorrizko soinua izango da. Lagin bakoitza zenbaki bilakatu, eta zenbaki hori transmititu behar badugu, zenbat eta lagin gehiago hartu segundoero, orduan eta transmisio-abiadura handiagoa beharko dugu digitalizatutako seinale hori transmititzeko. Banda-zabalera baliabide kritikoa denez, ahalegina egin behar da haren erabilera optimizatzeko; hau da, laginketa-abiadura minimizatu behar dugu. Galdera honako hau da: zein da laginketa-abiadura minimoa seinalea ondo erreproduzitzeko beraren laginetatik abiatuta? 22Multimedia-Internet Erantzuna laginketa-teoreman dago. Teorema horrek, era informalean, honela dio: M Hz maiztasun altuena duen seinale bat bere laginetatik abiatuta berreraiki nahi badugu, 2M lagin hartu behar da segundoero. Lagin gutxiago hartzen badugu, berreskuratutako seinalea desitxuratuta egongo da. 2M baino lagin gehiago hartzea alferrikako lana da, ez baitugu emaitza hobetuko: nahikoa da laginketa-abiadura 2M baino pixka bat handiagoa izatea, berreraikitako seinalea jatorrizkoaren kopia zehatza izateko. M balioari Nyquist muga edo Nyquist maiztasuna deritzo, laginketa-teoremaren sortzaile nagusietako baten oroimenez. 1.8 irudia. A/D bihurketaren urratsak. Gure kasuan, soinua digitalizatu nahi badugu, zehaztu behar dugu zein maiztasuneko soinuak jaso eta erreproduzitu nahi ditugun, hau da, zehaztu behar dugu zein den teoremako M-ren balioa. Telefoniaren kasuan, soilik gizakiaren ahotsa digitalizatu nahi dugu, hau da, gure ahots-kordek sor dezaketen soinua. Gure sistema fonikoak 60 eta 7.000 Hz arteko soinuak sortzen ditu, gutxi gorabehera, baina, solaskideak esandakoa ulertzeko eta ahotsa norena den ezagutzeko, nahikoa da 3.400 Hz artekoak besterik ez jasotzea. Beraz, laginketa-teorema aplikatuz, nahikoa da 6.800 lagin hartzea segundoero digitalizatutako ahotsa era ulergarrian berreraikitzeko. Telefonia-sistemetan, zertxobait harago joaten dira, eta 8 kHz-etan hartzen dira ahotsaren laginak. Musika digitalizatu nahi badugu, laginketarako muga gure belarriak ezartzen du. Helduen kasuan, nekez entzungo dugu 16 kHz-etik gorako soinurik; umeek, aldiz, beren tinpanoak oraindik soinu gogorrik jaso ez duen heinean, 22 kHz-erainoko soinuak atzeman ditzakete. Beraz, zertarako hartu laginak 44,1 kHz baino azkarrago? Hori da kalitate altuko soinua digitalizatzeko erabiltzen den laginketa-abiadura. Kuantizazioa eta kodeketa Neurtutako lagin bakoitzaren balioa era digitalean grabatzeko edota transmititzeko, bit kopuru finkoa duen kode bat erabili beharko dugu. Adibidez, erabil ditzakegu 3 bit lagin bakoitza era digitalean azaltzeko. Kasu horretan, 8 balio izango ditugu hartutako laginak izan ditzakeen balio infinituak kodetzeko. Adibidearekin jarraituz, demagun jatorrizko seinale analogikoa 0 eta 2 volt artekoa dela. Tarte horretan dagoen balio erreal posibleen kopurua infinitua da, baina, gure 3 biteko kodearekin, soilik 8 balio azaldu ditzakegu. Nolabait, seinaleko benetako balio posible infinitu horiek 8 balio digitaletan mapatu behar ditugu. Horixe egin dugu 1.1 taulan, lagineko benetako balioari gertuen duen kuantizatutako balioa esleituta, eta kuantizazio-balio horri 3 biteko kode digitala lotuta. Fisikariek kuantizazio esaten diote balio kopuru mugagabe bat beste balio kopuru mugatu batez ordezkatzeari. Matematikariek, aldiz, diskretizazio esaten diote, seinale jarraitu bat seinale diskretu batez ordezkatzen delako. Kalean, biribiltzea esaten diogu prozesu horri. Seinaleen digitalizazioan, fisikarien hiztegia nagusitu da, eta, beraz, seinalearen kuantizazioaz mintzatuko gara. Garrantzitsua da honetaz ohartzea: digitalizazio-prozesuaren emaitzak irudikatzen duen seinalea ez da jatorrizko seinalea, baizik eta kuantizatutako seinalea. Eta, ondorioz, balio digitaletatik berreskuratutako seinalea ere ez da jatorrizkoa izango, baizik eta haren kuantizazioa. Hori dela eta, behin seinalea digitalizatuta, ezin da berriz jatorrizkoa berreskuratu. Hortaz, kontuz ibili behar da kuantizazioak eragindako desitxuratzea ez nabaritzeko. 1.9 irudian duzu jatorrizko seinale bat, eta digitalizazioan sortu den seinale kuantizatua, benetan erreproduzitu ahal izango dugun bakarra behin digitalizatu eta gero. 1 Internetetamultimedia-aplikazioak23 1.1 taula. 3 bitekin egindako kuantizazioa eta 3 biteko kodeketa, jatorrizko seinalea 0 eta 2 volt artekoa izanik. Jatorrizko seinalearen balio-tartea (volt) Esleitutako kuantizazio-balioa (volt) Kodeketa digitala [0 → 0,25) 0,125 000 [0,25 → 0,5) 0,375 001 [0,5 → 0,75) 0,625 010 [0,75 → 1) 0,875 011 [1 → 1,25) 1,125 100 [1,25 → 1,5) 1,375 101 [1,5 → 1,75) 1,625 110 [1,75 → 2] 1,875 111 Kuantizazioak eragindako kalteari kuantizazio-errore edo kuantizazio-distortsio deritzo. 1.1 taulako adibidean, hartutako lagina 0,112 voltekoa bada, 0,125 voltekoa balitz bezala digitalizatuko da, eta, beraz, kuantizazio-errorea 0,013 voltekoa izango da. Atzemandako laginari balio diskretua emateko zenbat eta bit gehiago erabili, orduan eta txikiagoa izango da kuantizazio-errorea. Hau da, kuantizazioan errorea gutxitzearen prezioa bitetan ordaintzen da: zorroztasun handiagoa nahi izanez gero, bit gehiago beharko ditugu seinalea digitalizatzeko; beraz, memoria gehiago beteko du grabatzen badugu, eta abiadura handiagoa beharko da seinale hori transmititzen badugu. Digitalizazio-prozesuetan, lagineko erabilitako bit kopuruari bit-sakonera deitzen zaio orokorrean, eta, soinuaren kasuan, audioaren bit-sakonera edo ahotsaren bit-sakonera terminoak ere erabiltzen dira (batzuetan, audio-sakonera eta ahots-sakonera ere bai). Aplikazio bakoitzean bermatu behar da bitkontsumoaren eta kalitatearen arteko oreka; hau da, bilatu behar da zein den erabil dezakegun bitsakonera minimoa, erreproduzitu nahi dugun seinalearen kalitateari eusteko. Zerbitzu telefonikoan, nahikoa da 8 bit erabiltzea telefonian exijitzen den kalitatea lortzeko. Musika grabatuak telefoniak baino kalitate handiagoa behar duenez, 16 bit erabiltzen dira lagindutako seinalea kuantizatzeko. 1.9 irudia. Jatorrizko seinalea (sinusoide jarraitua), bere kuantizazioa (sinusoidea eskailera moduan), eta eragindako errorea. 24Multimedia-Internet Kuantizazioa egiteko erarik zuzenena eta errazena kuantizazio uniformea da. Hala, jatorrizko seinalearen balio posibleen tartea tamaina bereko tarteetan banatzen da, eta tarte bakoitzari erdian gelditzen den kuantizazio-balioa esleitzen zaio, 1.1 taulako adibidean egin den eran. Horrela eginez, kuantizazio-errorea era uniformean banatzen da lagin posible guztien artean (hortik datorkio uniforme izena). Horrela egitea ondo dago jatorrizko seinalearen balioak agertzeko probabilitatea berdina denean, edo, behintzat, probabilitate hori ezezaguna badugu. Hori gertatzen da, hain zuzen, kontzertu bat grabatzen dugunean, instrumentu asko agertzen direlako eta sortutako soinuak asko eta oso ezberdinak izan daitezkeelako. Telefono bidezko elkarrizketa batean, aldiz, gizakien ahotsa digitalizatu behar dugu, ez beste soinurik, eta, gure ahotsaren kasuan, sor daitezkeen soinu guztiak ez dira agertzen probabilitate berarekin. Hori profitatuz, kuantizazio-errorea minimiza daiteke gehien agertzen diren soinuetan, gutxitan agertzen diren soinuen lepotik. Hori lortzeko, kuantizazio ez-uniformea erabiltzen da: kuantizazio-balio bakoitzari dagokion jatorrizko seinalearen tartearen tamaina tarte horrek agertzeko duen probabilitatearen araberakoa da. Gutxitan agertzen diren balioen tarteak handiak dira, eta maiz agertzen direnenak, aldiz, txikiak. Digitalizatutako seinalean, batez besteko kuantizazio-errorea gutxituko dugu erabilitako bit kopurua handitu gabe. Telefonian erabilitako 256 kuantizazio-balioak2 esleitzeko erabiltzen diren kuantizazio-funtzioak logaritmikoak dira: A-legea eta µ-legea. Bata Europan eta munduko toki gehienetan erabiltzen da, eta bestea, Ipar Amerikan eta Japonian. Orokorrean, 8 biteko kuantizazio logaritmikoa erabiliz lortzen den ahotsaren kalitatea 12 biteko kuantizazio uniformearekin lortzen denaren parekoa da. Nolabait, kalitate bera lortzeko, % 33 bit gutxiago behar dira, edo, sarearen ikuspuntutik, % 33 banda-zabalera gutxiago behar da era logaritmikoan kuantizatutako ahotsa transmititzeko, era uniformean kuantizatutakoa transmititzeko baino. 1.2 taulan, kuantizazio uniformea eta ez-uniformea alderatzen dira 4 volteko seinale batentzat, 3 bit erabiliz. Ezkerreko kasuan, kuantizazio uniformea erabili denean, tarte guztiek dute seinalean agertzeko probabilitate bera. Eskuinean, aldiz, [0 → 0,6) tarte txikiak 0,5eko probabilitatea metatzen du, eta [0,6 → 4] artean dauden beste lagin guztien artean banatu behar dute agertzeko gelditzen den beste 0,5eko probabilitatea. Horregatik, 0 eta 0,6 volt artean 4 kuantizazio-balio erabiltzen dira taulan, eta 0,6 eta 4 volt artean, beste lau. 1.2 taula. Ezkerrean, kuantizazio uniformea; eskuinean, ez-uniformea. Jatorrizko seinalearen balio-tartea (volt) Agertzeko probabilitatea Esleitutako kuantizaziobalioa Kodeketa digitala Jatorrizko seinalearen balio-tartea (volt) Agertzeko probabilitatea Esleitutako kuantizaziobalioa Kodeketa digitala [0 → 0,5) 0,125 0,25 000 [0 → 0,1) 0,125 0,05 000 [0,5 → 1) 0,125 0,75 001 [0,1 → 0,2) 0,125 0,15 001 [1 → 1,5) 0,125 1,25 010 [0,2 → 0,4) 0,125 0,3 010 [1,5 → 2) 0,125 1,75 011 [0,4 → 0,6) 0,125 0,5 011 [2 → 2,5) 0,125 2,25 100 [0,6 → 1) 0,125 0,8 100 [2.5 → 3) 0,125 2.75 101 [1 → 1,7) 0,125 1,35 101 [3 → 3,5) 0,125 3,25 110 [1,7→ 2,6) 0,125 2,15 110 [3.5 → 4] 0,125 3,75 111 [2,6 → 4] 0,125 2,3 111 2 Gogoratu telefonian 8 bit erabiltzen direla kodeketarako: 28=256 kuantizazio-balioak. 1 Internetetamultimedia-aplikazioak25 Kuantizazioa eta kodeketa bi prozesu bereizezin dira, biak batera egin behar baitira. Horregatik, testu askotan, kodeketa kuantizazioaren barnean hartzen da, eta digitalizazioa bi urratsetara mugatzen da: laginketa eta kuantizazioa. Transmisio digitala eta linea-kodeak Behin digitalizatuta, hasierako seinale analogikoa bit-segida bilakatu dugu. Hurrengo urratsa izango da bit-segida hori nonbaitera bidaltzea, hor grabatu eta gordetzeko, edo erreproduzitua izateko. Transmititu beharreko zeroko eta bateko horien forma fisikoa zein izango den definitzen dute linea-kodeek. Sinpleena kodeketa unipolarra da, non tentsio elektriko positiboak bateko bita adierazten baitu eta zero volteko tentsioak zeroko bita. Kodeketa unipolarra nahikoa da konputagailu baten barneko txartelen arteko komunikaziorako, baina beste distantzia handiagoetako seinale elektrikoen transmisioetan arazo fisikoak agertzen dira. Adibidez, bateko bit asko jarraian transmitituz gero, linean kondentsadore efektu bat eragiten da, eta, gero, zeroko bat transmititu behar denean, lineak daraman tentsio elektrikoa aldatzeak denbora gehiago hartuko du. Hau da, zailagoa suertatzen da zeroko bat linean jartzea bateko askoren ondoren baldin bada, eta kontrakoa. Horrek eragin zuzena du transmisio-abiaduran: bit gutxiago jar dezakegu linean segundoero. Beste alde batetik, trantsizioak beharrezkoak dira bit-sinkronizaziorako ere, hau da, hartzaileak bereizi ahal izateko non hasten den eta bukatzen den bit bakoitza. Kontu fisiko horiengatik, transmisiorako kode unipolarra baino egokiagoak diren beste linea-kode pilo bat asmatu eta erabiltzen dira, transmisioerroreak gutxitu, abiadura handitu, eta hardwarea sinpleagoa egiten dutenak. Adibide batzuk dira NRZ (Non Return to Zero), AMI (Alternate Mark inversion), edo Manchester kodeak. Adi ibili ez nahasteko kodeketa hau, seinale digitalizatuen transmisio fisikorako egiten dena, eta lehen azaldu dugun kodeketa, seinale analogiko bat digitalizatzeko prozesuaren amaieran egiten dena, kuantizazioarekin batera. 3.2. Trinkoketa, kodetzeko formatuak, kodetzaileak eta kontainerrak Trinkoketa Telefono bidezko elkarrizketa batean, ahotsaren 8.000 lagin hartzen baditugu segundoero eta kuantizatutako lagin bakoitza 8 bit erabiliz kodetzen badugu, 64.000 b/s-ko abiadura beharko dugu elkarrizketa hori transmititzeko. Era berean, 44,1 kHz-etan hartzen baditugu kontzertu baten laginak, eta 16 biteko audio-sakonera erabiltzen badugu, 705,6 kb/s beharko dugu era monoauralean bidaltzen badugu, eta bikoitza, 1,411 Mb/s alegia, estereoan bidaliz gero. Egungo Interneten abiadura horiek lortzea ez da zaila, baina aldi bereko milaka telefonoelkarrizketari eutsi behar zaienean sarean, askoz hobe da soinuko bit-segida horiek trinkotzen baditugu. Zer esanik ez bideoaz ari garenean, non sortutako bit-jarioak askoz mardulagoak baitira. Trinkotze-prozesuak bi motatakoak izan daitezke: galeradunak eta galerarik gabekoak. Galerarik gabeko trinkotzeak informazio kantitate bera gordetzen du bit gutxiago erabiliz. Horretarako, jatorrizko datuen erredundantziak kentzen ditu. Audioaren kasuan, erredundantziarik handiena denborazko erredundantzia izaten da, hau da, soinu bera denboran errepikatzea. Kasu horretan, denbora-tarte batean errepikatutako lagin guztiak kodetu ordez, lagin bakarra eta lagin hori zenbat aldiz errepikatzen den kodetzen da. Erredundantzia estatistikoa ere ken daiteke trinkotzean. Kasu horretan, gehien agertzen diren balioak kodetzeko, bit gutxiago erabiltzen ditugu. Hori egiten du, hain zuzen, Huffman kodeketak, ager daitezkeen balioen probabilitateak ezagunak direnean. Galerarik gabeko trinkotze-prozesua itzulgarria da, hots, jatorrizkoa berreskura daiteke trinkotutako kodetik. Informazioaren % 100i eu- 32Multimedia-Internet zakiaren ahotsaren digitalizazioan erabil daiteke, bai baitakigu zer probabilitaterekin agertzen den soinu bakoitza hitz-jario batean. Audioaren kasuan, ez ditugu probabilitate horiek ezagutzen, eta, ondorioz, bit gehiago kontsumitzen duen kuantizazio uniformea dugu aukera bakarra. Ahotsaren kodeketaren helburua izango da hizketaren ulergarritasunari eta haren izaera atseginari eustea. Ulergarritasunari eustea hizketaren edukiari baino gehiagori dagokio, hizlariaren emozioak, doinua, tinbrea eta abar ere garrantzitsuak baitira. Hala ere, gerta daiteke jasotako hizketa ulergarria izatea, baina desatsegina. Hori gertatzen da, adibidez, kodeketa mantsoegia denean, elkarrizketaren sinkronizazioa kaltetzeraino. Ahotsari dagokionez, erreferentziazko kalitatea zerbitzu telefoniko tradizionalak emandakoa da (ingelesez, toll quality). Kalitate hori da ahotsaren 0 eta 4.000 Hz arteko maiztasunak besterik digitalizatzen ez dituena, 8 kHz laginketa abiadura erabiliz. Horregatik, banda estuko ahotsa ere baderitzo (narrowband, ikusi 1.3 taula). Telefoniaren aro analogikoan ohitu ginen kalitate horrekin, eta, digitalizazioaren garaian, hori izan da erreferentzia eta abiapuntua. Ahotsa kodetzeko lehenengo estandarrak, G.711 izenekoak, kalitate hori ematen zuen 64 kb/s eta 8 biteko sakonera erabilita (8.000 lagin/s x 8 bit = 64 kb/s). Ahotsa kodetzeko geroko formatuak saiatzen dira, gutxienez, kalitate horri eusten, eta, aldi berean, ahal den transmisio-abiadura txikiena erabiltzen. Trinkoketa teknikei esker, kodetzaileek ahalbidetu dute 4 kHz-eko banda baino harago joatea, laginketa-abiadura handituz baina erabilitako transmisio-abiadura handitu gabe, edo baita transmisio-abiadura gutxituta ere. Digitalizatutako ahots-banda handitzearekin batera, lortutako kalitatearen nomenklatura bat garatu da. Ikusi nomenklatura hori 1.3 taulan. 1.3 taula. Soinua digitalizatzean erabilitako banden izendapena. RFC 7587 agiritik hartuta. Laburdura Izena Banda-zabalera (Hz) Laginketa-abiadura NB Narrowband 04.000 8 kHz MB Mediumband 06.000 12 kHz WB Wideband 08.000 16 kHz SWB Super-Wideband 0-12.000 24 kHz FB Fullband 0-20.000 48 kHz Ahots-kodetzaile modernoek jatorrizko seinalea aztertzen dute, erredundantziak gutxitzen edo guztiz garbitzen saiatzen dira, eta gelditzen dena ahal den bit gutxienarekin kodetzen dute, lortutako seinale digitala erreproduzitzean eragindako soinua ahal den hoberena izan dadin. Prozesuari zifratzea gaineratu dakioke, komunikazioaren konfidentzialtasuna bermatzeko. Gehienetan, bi taldetan sailkatzen dira ahotsa kodetzeko sistemak: uhin-kodetzaileak (waveform coders) eta iturriko kodetzaileak (source coders). Azken horiei vocoders ere baderitze. Orokorrean, uhin-kodetzaileek banda-zabalera handiagoa behar dute, baina prozesamendu-ahalmen txikiagoa seinalea igortzean eta hartzean. Beste alde batetik, iturriko kodetzaileek askoz transmisio-abiadura txikiagoa behar dute, kasu gehienetan ahotsaren kalitatea ia kaltetu gabe. Uhin-kodetzaileak telefonia tradizionalean erabiltzen dira gehien (zirkuitu-kommutazio bidezko telefonia eta DECT haririk gabeko telefonia). Baina Interneten, non banda-zabaleraren erabilera optimizatzen den, LPC tekniketan oinarritutako iturriko kodetzaileak dira nagusiak. Uhin-kodetzaileak Uhin-kodetzaileek laginek deskribatutako uhina kodetzen dute. Bi motatakoak dira: denboran deskribatutako uhina kodetzen dutenak (time-domain waveform coders) eta kodeketa maiztasunen arabera egiten dutenak. Azken horiei kodetzaile espektralak ere baderitze (spectral waveform coders). Denbora-kodetzaileek hartutako laginen balioak kodetzen dituzte. Hori egiteko erarik sinpleena PCM izenekoa da (pulse Code Modulation), non kodetutako seinalea digitalizazioaren 1 Internetetamultimedia-aplikazioak33 emaitza gordina baita, trinkotu gabe. Hala ere, kuantizazio ez-uniformea erabilita 14 biteko sakoneraren kalitatea lortzen du lagineko 8 bit bakarrik erabilita. PCM hobetzeko asmoz garatu zen kodeketa diferentziala, non ez baitira zuzenean laginen balioak kodetzen, laginen arteko aldea baizik. Ahotsaren laginen balioak pixkanaka aldatzen direnez, kodetu beharreko balio posibleen tartea txikiagoa da, eta, ondorioz, PCMrekin lortutako kalitate bera lor dezakegu bit-sakonera txikiagoa erabilita, laginen arteko aldea kodetzen badugu. Denborazko kodeketa diferentzial nagusia ADPCM izenekoa da (Adaptative Differential pCM). PCM familiako bi erak garbi bereizteko, hasierako PCMri LPCM (Linear pCM) deitzen hasi ziren PCM diferentziala definitu zenean. Ahotsaren denborazko kodeketarako formatu estandarizatu nagusiak ITUk egindakoak dira (international Telecommunicatios Union). Honako hauek dira: — G.711. PCM kodeketaren estandarizazioa da. Ohiko formatua da zirkuitu-kommutazio bidezko telefonia digitalizatuan, zeinetan sarbideko banda-zabalera ez baita arazo izaten behin deia ezarrita. Haren ohiko aldaeran, 8 kHz-etan hartzen dira laginak, eta, gero, 8 bitetan kuantizatzen dira, era logaritmikoan. Guztira, 64 kb/s behar dira, baina badaude bit gehiago behar dituzten G.711 estandarraren aldaerak. 0,125 ms-ko atzerapena eragiten du. Laginak ehun eta hirurogeinaka biltzen dira 20 milisegundoero, 160 horiek batera datagrama batean bidaltzeko edo agiri batean grabatzeko. — G.726. ADPCM kodeketarako estandarra da, ADPCM aldaera desberdinak definitzen zituzten G.721 eta G.723 espezifikazioak ordezkatu zituena. Aukera desberdinak eskaintzen ditu, 2, 3, 4 edo 5 biteko sakonera eta 16 eta 40 kb/s abiadura erabiliz. G.726 estandarra erabiltzen da, bere 32 kb/s-ko aldaeran, sare telefonikoen nazioarteko loturetan eta DECT haririk gabeko telefonoetan. — G.722. Estandar honek ere ADPCM erabiltzen du; baina telefono-ahotsaren betiko 4 kHz-eko bandaren ordez, banda handiko 7 kHz-eko harmonikoak jasotzen dituen digitalizazio-sistemetarako dago definituta (wideband 1.3 taulan). Ahotsaren harmoniko gehiago hartzeko, eta laginketa-teorema jarraituz, laginketa-maiztasuna 16 kHz da. Kuantizaziorako erabilitako bit kopuruaren arabera, abiadura 48, 56 edo 64 kb/s da. SBC teknika ere erabiltzen du, jatorrizko seinalea bi azpibandatan zatitzen baitu horietako bakoitza kodetu baino lehen. Beheko azpibandan (0 eta 4 kHz artekoan) kontzentratzen denez seinalearen informazio gehiena, askoz bit gehiago hartzen dira azpibanda hori kodetzeko bestea (4 eta 8 kHz artekoa) kodetzeko baino. Maiztasunen araberako kodeketan, denboran lagindutako seinalearen harmonikoak ateratzen dituzte, eta, gero, harmoniko horiek kodetzen dituzte. Horrela lan egiten duen kodetze-sistema bat G722.1 estandarra da. Izenak horrela iradokitzen badu ere, G722.1 ez da G722 kodeketaren aldaera bat. Biek amankomunean duten ezaugarri bakarra, egilea ITU izateaz gain, biak banda zabaleko kodetze-sistemak izatea da (wideband, 1.3 taulan). Iturriko kodetzaileak (Vocoders) Iturriko kodetzaileek jatorrizko seinalea bere inguratzailearekin modelatu (spectral envelope), eta inguratzaile hori kodetzen dute, jatorrizko uhinaren ordez. Azkar aldatzen den seinale baten mugei jarraitzen dien beste seinale bat, askoz leunagoa, seinale horren inguratzailea da. Horren adibidea duzu 1.13 irudian. Inguratzailea jatorrizko seinalea baino leunagoa denez, askoz bit gutxiago behar dira kodetzeko. Horri esker, iturriko kodetzaileek ikaragarrizko trinkoketa-maila lortzen dute, eta, ondorioz, oso erabiliak dira telefonia mugikorrean eta Internet bidezko telefonian, zeinetan ezinbestekoa baita ahal den transmisio-ahalmen gutxien erabiltzea. Gehien erabiltzen direnak LPC teknikan daude oinarrituta. Adibidez, VoIPrako oso erabilia den G.729 estandarraren muina CELP (Code-Excited Linear prediction) da, eta telefonia mugikorrean oso erabilia den AMRWB kodeketak (G722.2 ITUren nomenklaturan) ACELP algoritmoa erabiltzen du (Algebraic CodeExcited Linear prediction). G.729 kodetutako ahotsa 10 ms-ko zatitan bidaltzen da, zati bakoitza datagrama batean, horretarako 8 kb/s soilik erabiliz. 34Multimedia-Internet 1.13 irudia. Seinale baten inguratzailea. 3.5. Audio-kodetzaileak Audio-kodetzaile bati exijitutako soinuaren kalitatea ahots-kodetzaile bati exijitutakoa baino askoz handiagoa izaten da, helburua ez delako izaten soilik ondo bereiztea hitzak diskurtso batean, baizik eta erreproduzitutako soinuak jatorrizkoaren ahal den antza handiena izatea. Hau da, goifidelitatea nahi dugu (high fidelity edo hi-fi). Horrek dakar audio-kodetzaileek sortutako bit-jarioek transmisio-abiadura handiagoak behar izatea, erreprodukzioan audio-kanal gehiago erabiltzen direlako, laginketa egitean gure entzumenak atzeman ditzakeen maiztasun guztiak jaso behar direlako, eta kuantizazioak eragindako errorea atzemanezina bilakatu nahi izango dugulako, bit-sakonera handiagoa erabiliz. Kanal kopuruari dagokionez, grabatutako audiorik sinpleena bozgorailu bakar batean erreproduzitzekoa da (soinu monoaurala). Baina entzuten ditugun benetako soinuak ez datoz askotan iturri bakar batetik, iturri askok igorritako soinuen konbinazioak baitira. Adibidez, kontzertu batean jasotzen dugun soinua instrumentu bakoitzaren kokalekuaren araberakoa da, eta ez dira berdinak izango ezkerretik eta eskuinetik jasotzen ditugun audio-seinaleak. Gure esperientzia auditibo hori imitatu nahian asmatu zuten erreprodukzio estereofonikoa, bi bozgorailutan erreproduzitzeko pentsatuta. Bozgorailu bakoitzean erreproduzitzen den grabatutako soinuari kanala edo pista deritzo. Grabazio estereofonikoa egitean, analogikoa zein digitala, bi kanal horiek grabatu behar dira. Digitalizazioari dagokionez, horrek suposatzen du une bakoitzean ez dugula lagin bat grabatu behar, bi baizik. Soinu estereofonikotik harago joanda, soinu inguratzailea ere garatu da (surround sound), hainbat kanal erabilita: soinu kuadrafonikoa (4 kanal), 5.1 soinua (6 kanal, zinearetoetan eta home cinema sistemetan oso erabilia), 7.1 soinua (8 kanal), 16.2 (18 kanal)... Zenbat eta kanal gehiago, orduan eta b/s gehiago behar. Laginketa-abiadurari eta bit-sakonerari dagokionez, audio digitalean oso erabiliak dira CD estandarrari dagozkion 44,1 kHz eta 16 bit. Hala ere, hori ez da audioaren digitalizazioan erabiltzen den aukera bakarra. 48 kHz erabiltzen dira DVDtan, eta testuinguru profesionaletan laginketa-abiadura handiagoak ere erabiltzen dira, aurreko bi horien biderkadurak izaten direnak. Orokorrean, goi-definizioko audio terminoa (high-definition audio, high-resolution audio, edo HD audio) erabiltzen da 44,1 kHz/16 bit ez diren konbinazio altuagoak izendatzeko. Aurkitu ditzakegu 88,2 kHz, 96 kHz, 176,4 kHz eta 192 kHz-eko laginketa-abiadurak, eta 24 edo 32 bit-sakonerak. Jakinda gure belarriek ez dituztela atzematen 20 kHz baino altuagoak diren maiztasunak, 1 Internetetamultimedia-aplikazioak35 eta laginketa-teorema kontuan hartuta, ez al da lan alperra 44,1 kHz baino laginketa-abiadura altuagoa erabiltzea? Digitalizatutakoa gero zuzenean erreproduzitzekoa bada, bai, lan alperra da. Baina digitalizatutako soinua, askotan, prozesatua izango da erreproduzitu baino lehen. Soinu digitalizatuari ezarritako tratamendu horiek handietsi ditzakete digitalizazio-prozesuan eragindako erroreak, eta, horregatik, laginketa-abiadura Nyquist mugatik harago hartzen da. Teknika honi gainlaginketa deitzen zaio (oversampling), eta, berari esker, badago digitalizatutako seinaleak prozesatzea soinuaren kalitateari eutsita. Behin prozesamendua eginda, azpilaginketa ezartzen zaio audioari (downsampling), erreproduzitu edo transmititu ahal izateko gure belarriak behar duen abiaduran, eta ez gehiagoan. 1.4 taula. Oso erabiliak diren audioa kodetzeko sistema batzuk. MPEG kontainerra bideorako da, baina MP3 soinua besterik ez duenean, MP3 deritzo. Izen laburtua Izen osoa Ohiko kontainerrak AAC Advanced Audio Coding MP4, ADTS, 3GP MP3 MPEG-1 Audio Layer III MP4, ADTS, 3GP, MPEG Opus Opus WebM, MP4, Ogg Vorbis Vorbis WebM, Ogg FLAC Free Lossless Audio Codec FLAC, MP4, Ogg Testu hau idaztean gehien erabiltzen diren audioa kodetzeko sistemak 1.4 taulan dituzu. AAC (Advanced Audio Coding) MP3 (MpEG Audio Layer 3) estandarraren ordezkoa da. Bit kopuru bera erabiliz, soinu-kalitate handiagoa lortzen du AACk bere aurrekoak baino. AAC MPEG-4 estandar multzoaren zati bat da, estandar multzo horren audioaren kodeketarako aukera lehenetsia, hain zuzen ere (MPEG estandarretan audio eta bideoaren kodeketa lantzen da). Era berean, MP3 MPEG-1 taldearen hirugarren atala da (hortik datorkio 3 zenbakia izenari), audio-trinkoketa hartzen duena. MPEG-2 estandarretan bi aukerak daude audiorako: MP3 eta AAC. AAC da audio formatu lehenetsia hainbat telefonotarako, telebista zein irrati digitalerako sistemetan eta jokoetarako kontsoletan. AACk trinkotze galeraduna egiten du, baina, psikoakustikari esker, galdutako informazioak ez du apenas eraginik izango gizakiak atzemandako soinuaren kalitatean. Funtsean, ahotsaren kodeketan erabilitako uhin-kodeketa bera egiten da AAC estandarrean. Laburrean, honako urrats hauek egiten dira soinua AAC erabiliz kodetzeko: 1. Seinale analogikoaren laginketa egiten da, 8 eta 96 kHz arteko abiaduran. Askotan, 44,1 kHz aukera hartzen da, CD kalitatearen parekoa lortzeko. 2. Kuantizatutako laginak denbora-tartetan banatzen dira, eta egindako bloke bakoitza maiztasunaren arabera azaltzen da, MDCT bihurketa erabiliz. Hau da, denbora-laginetatik maiztasunlaginetara igaro, eta maiztasun bakoitzaren indarra kodetuko da. 3. Azterketa psikoakustikoa egiten da, estalitako maiztasunak kentzeko. 4. Maiztasunak kodetzen dira Huffman kodeketa estatistikoa erabiliz, bit kopurua murrizteko. AACk duen handicap bat bere patente bidezko erabilera da. Oztopo hori ez dute bere lehiakide diren Vorbis eta Opus kodetzaileek, biak libreak baitira. Beren arteko erlazioa MP3ren eta AACren artekoa bezalakoa da; hau da, Opus da Vorbisen ordezkoa, eta, berez, hobea. MP3 bezala, Vorbis zaharkitutzat jota dago, baina oraindik erabiltzen da. AACrekin alderatuta, Opusek duen abantailarik handienetako bat bere latentzia baxua da, 5 ms-koa izan daitekeena (ACCk lortzen duen baxuena 20 ms da, bere AAC-Low Delay aldaeran). 36Multimedia-Internet FLAC kodetzailea da galeraduna ez den taulako bakarra. Horregatik, lor dezakeen trinkotzemaila besteena baino baxuagoa da, baina, beste alde batetik, egokiena da musika artxibatzeko eta segurtasun-kopiak sortzeko. Konpresore orokorrak baina hobea da audioa trinkotzeko, horretarako espresuki diseinatuta dagoelako. 4. Bideo digitala Argia uhin elektromagnetiko bat da, eta gure begiek atzematen dituzten irudiak objektuek islatutako argia dira. Gure begiek atzeman dezaketen argia izpi infragorrien eta ultramoreen artekoa da, edo, beste era batean esanda, gutxi gorabehera 400 THz eta 800 THz arteko uhin elektromagnetikoak dira. Tarte horretan dauden uhinak multzoka sailkatu ditugu, maiztasunaren arabera, eta multzo bakoitzari kolore bat esleitu diogu. Adibidez, 530 eta 580 THz artean dagoen argia kolore berdearekin lotzen du gure burmuinak. Gure betsareak, naturan sortutako uhinak atzeman, eta gure burmuinak interpretatzeko moduko nerbio-seinale bilakatzen ditu. Antzekoa egiten dute bideokamerek ere: irudiak osatzen dituzten uhin elektromagnetikoak atzeman, eta haien baliokideak diren seinale elektriko analogiko bilakatzen dituzte. Gero, soinuarekin egiten den bezala, seinale analogiko hori digitalizatzen da, era eraginkorragoan biltegiratu, transmititu eta prozesatu ahal izateko. 4.1. Irudien digitalizazioa Digitalizatutako irudiak bi eratakoak izan daitezke: denboran zehar estatikoak direnak, eta dinamikoak (hau da, mugimendua agertzen dutenak). Lehenengoen adibideak argazkiak edo margolanak dira. Bigarrenak animazioak eta bideoak dira, eta haiei erreparatuko diegu testu honetan. Bien digitalizazioak lotuta daude, mugimendua duten irudien digitalizazioa irudi estatikoen digitalizazioan oinarritzen baita. Horren arrazoia gizakiaren ikusmen-sistemaren funtzionamenduan datza. Pertsiana baten zirrikituen atzetik gurdien mugimenduei begiratzean, Roget zientzialari ingelesa gurpilek eragindako efektu optikoaz jabetu zen, 1824. urtean. Ematen zuen gurpilek aurrera egiten zutela biratu gabe, cowboyen filmetako diligentzien gurpilekin gertatzen den antzera. Geroxeago, 1832. urtean, Plateau belgikarrak irudi estatikoak bata bestearen atzetik irudikatuz irudiaren mugimendua lortzen zuen lehenengo gailua eraiki zuen: fenakistiskopioa (ikusi 1.14 irudia). Hari esker, zinearen oinarria jarrita zegoen. Irudi estatikoen segida baten ordez, mugitzen ari den irudi bakarra atzematen du gure ikusmen-sistemak. Irudi estatiko bakoitzari fotograma deritzo (ingelesez, frame3 edo, bestela, picture ere esaten zaio). Fotogramen kopurua segundoero azaltzeko, FPS (Frames per Second, fotograma-abiadura) edo hertzak (Hz, fotograma-maiztasuna) erabiltzen dira. Mugimendua atzemateko, gutxienez 12-15 Hz-ekoa (edo 12-15 FPS) izan behar du fotogramen maiztasunak, eta eroso ikusteko 16 Hz da, gutxi gorabehera, behar den minimoa. Zinema mutuan, 22-26 Hz erabiltzen ziren, eta, zinema estandarrean, 24 Hz erabiltzen dira (irudi bakoitza bi aldiz agertzen da, keinada edo flickeringa ekiditeko). Betiko telebistan, 25 Hz erabiltzen dira (30 Hz AEBn eta Japonian). Aro analogikoan, fotogramak analogikoak ziren. Egun, irudi estatiko digitalizatuak dira. Irudi estatikoak digitalizatzeko, kamerako objektibotik sartutako argiak milaka fotodiodok osatutako matrizean eragiten du. Fotodiodo bakoitzak irudiko lagin bat jasotzen du, irudiko puntu bati dagokiona. Jasotako argindarra zenbaki bilakatzen du; hau da, irudiaren zati bakoitza zenbaki bilakatzen dute fotodiodoek. Hori asmatu zuten fisikariek Nobel saria jaso zuten horregatik 2009. ur3 Adi, ez du zerikusirik konputagailu-sareetan bidaltzen diren tramekin, nahiz eta biak frame deitu ingelesez. 1 Internetetamultimedia-aplikazioak37 tean, asmakizuna 40 urte lehenago egin bazuten ere. Fotodiodo bakoitzak hartutako laginari pixel deritzo (ingelesezko picture eta element hitzen elkarketaren ondoriozko hitza). Izen horretatik eratorri da pixelazio terminoa, irudi digitalizatuan egindako zatiketa atzematea azaltzen duena. Bere gehienezko bereizmenean lan egiten duen pantaila batean, kolorea eman dakiokeen pantailako zatirik txikiena da pixela. 1.14 irudia. Fenakistiskopioa. Horrela digitalizatutako irudi batek duen pixel kopuruak ezartzen du irudiaren bereizmenmaila: zenbat eta pixel gehiago, orduan eta bereizmen handiagoa. Bereizmena zabalera x altuera eran azaltzen da, eta biderkadura horren osagai bakoitza pixeletan neurtzen da. Film bat ikusteko erabili behar den bereizmena ez da bera izango, esate baterako, telefono batean, telebista-pantaila batean edo zinema-areto batean. Oso lotuta dago pantailaren tamainarekin, ikuslearekiko distantziarekin, eta erreproduzitzean lortu nahi dugun kalitatearekin. Digitalizatzerakoan bereizmen egokia aukeratzeko, kontuan hartu behar dugu pixelaren tamaina ez dela bera izango 5 × 3 zentimetroko koadro batean erreproduzitu behar badugu irudia (adibidez, txartel batean agertzen den argazkia), edo 5 × 3 metroko poster erraldoi batean inprimatu behar badugu. Txartel batean inprimatzeko argazkia bada, nahikoa izango da 640x480 bereizmena; baina bereizmen horrekin poster erraldoian inprimatzen badugu, pixelazioa nabaria izango da ikuslea oso distantzia handian ez badago. 1.15 irudia. Irudi bera bereizmen desberdinekin erreproduzituta. Bereizmen eskaseko irudietan nabaria da pixelazioa. 38Multimedia-Internet Pixel bakoitza kodetzeko erabilitako bit kopurua da digitalizatutako irudiaren kalitatean eta kostuan eragin handia duen hurrengo parametroa. Pixel bakoitzeko bit bakarra erabiliz gero, bi kolore besterik ezingo ditugu erabili irudian: zuria eta beltza. Kalitate handiko zuri-beltzeko bideoa kodetzeko, 8 bit erabiltzen dira, hau da, 256 gris-maila. Bideoa koloretan digitalizatzeko oinarrizko sistema RGB da (Red Green Blue), non pixel bakoitzeko 24 bit erabiltzen baitira, 8 bit erabilita oinarrizko kolore bakoitzeko (gorria, berdea, eta urdina). Zortzi biteko hiru osagai horiekin, 16 milioi konbinazio inguru sor daitezke, gure ikusmenak bereiz ditzakeen koloreak baino gehiago. Pixel bakoitzeko erabilitako bit kopurua izendatzeko, bpp akronimoa (bits per pixel) edo kolorearen sakonera terminoak erabiltzen dira. Adibidez, RGB sisteman, 24 biteko kolorearen sakonera erabiltzen da normalean. DVD formatuan, 720 × 576 bereizmena erabiltzen da. Beraz, DVD bideo bat transmititu nahiko bagenu 24 biteko sakonera erabiliz, 1,2 MB baino gehiago beharko genuke fotograma bakoitzeko. 25 fotograma segundoero bidalita, ia 250 Mb/s-ko transmisio-abiadura beharko genuke bideo hori Interneten transmititzeko. Abiadura hori bideo-transmisio bakar bati esleitzea pentsaezina denez, argi dago bideo digitalizatuaren trinkoketa oso handia lortzea ezinbestekoa dela bideoak Interneten banatu nahi baditugu. Zorionez, hamarkadetan ikertzaileek egindako lan bikainak utzitako trinkotze-algoritmoek eta teknikek Internet bidezko bideoak banatzeko modua ekarri dute. Audioan bezala, bideoa trinkotzeari bideo-kodeketa deritzo. 4.2. Bideo-kodeketarako sistemak Bideo-kodeketarako sistema ugari badaude ere, sistema guztiek bi urrats egiten dituzte beti bideoa trinkotzeko: fotograma estatikoen erredundantzia espazialak ezabatu, eta, mugimendua kodetzean, fotogramen arteko denbora-erredundantzia kendu. Lehenengorako, Fourierren analisian oinarritako DCT (Discrete Cosine Transform) bihurketa izaten da teknika nagusia, eta, bigarrenerako, mugimenduaren konpentsazioa (motion compensation). Irudi estatikoen kodeketa Erredundantzia espaziala fotograma batean elkarrekin dauden pixelek balio bera dutenean aurkitzen dugu. Balio bereko pixel horiek guztiak kodetzea baino laburragoa izaten da balio hori behin bakarrik kodetzea eta zer pixeletan azaldu behar duen zehazteko informazioa gehitzea. Baina irudien erredundantzia espazialaren tratamendua harago doa, eta gure ikusmenak atzematen ez duen informazio guztia kentzen saiatzen da. Soinuaren digitalizazioan bezala, Fourierren analisia eta DCT bihurketa funtsezkoak dira bideoaren kodeketan, gure ikusmenak atzemango ez dituen detaileak ezabatzeko digitalizatutako seinaletik. Irudian egindako iragazketa gehiegizkoa balitz, gero erreproduzitu ahal izango dugun irudia lausotuta agertuko litzaiguke. Baina, iragazketa hori ondo mugatuta badago, irudia kodetzeko erabilitako bit kopurua asko murriztu daiteke erreproduzitutako irudiaren kalitatea kaltetu gabe. Erredundantzia espaziala kentzeari intraframe trinkoketa ere esaten zaio. Irudi estatikoak trinkotzeko JPEG estandarra (Joint photographic Experts Group) definitu zuten; hasiera batean, argazkiak eta antzekoak digitalizatzeko erabiltzen zen, baina bideoa kodetzeko ere erabiltzen da. Hemen aztertuko dugu nola kodetzen dituen JPEGk 24 bpp erabiltzen dituzten RGB irudi analogikoak, bideoaren oinarria den irudi estatikoen kodeketa nola egiten den ideia orokor bat emateko asmoz. Abiapuntua RGB informazioa kodetzen duten hiru pixel-bilduma dira, bat oinarrizko kolore bakoitzeko. Adibidez, 1280x720 bereizmenarekin lan egiten badugu, tamaina horren hiru bilduma izango ditugu: bata, irudiko pixelen osagai gorria duena; bestea, osagai berdea duena, eta, hirugarrena, osagai urdina duena. Bilduma bakoitza matrize baten moduan antolatzen da, 8 bit erabiliz 1 Internetetamultimedia-aplikazioak39 pixel bakoitzeko. Horrela, 24 bit erabiltzen dira pixel bakoitza kodetzeko; gehiegi, erredundantzia asko izaten baita. Horregatik, JPEG kodeketaren lehenengo urratsa da RGB hiru matrize horietatik Y’CbCr erredundantzia gutxiago duten beste hiru matrizetara igarotzea. Y’CbCr sistema eraginkorragoa da RGB baino, gure ikusmen-sistemaren funtzionamendutik gertuago dagoelako, gure begiek erregistratzen dituzten bi parametroak jasota: alde batetik argiaren indarra, eta bestetik kolorea. Bi parametro horien izen teknikoak dira, hurrenez hurren, luminantzia eta krominantzia (luma eta kroma ere deituak). Krominantzia, normalean, bi balioekin adierazten da: alde batetik, urdinarekiko aldea (Cb, chroma blue), eta, bestetik, gorriarekiko aldea (Cr, chroma red). Irudiko pixelak adierazteko Y’CbCr sistema erabiliz, alde batetik, irudia kolorerik gabe kodetzen dugu (Y’ matrizea), eta, bestetik, haren kolorea (Cb eta Cr matrizeak). Gizakiaren begia askoz sentikorragoa da zuri-beltzeko informazioarekiko kolorearekiko baino, eta, ondorioz, askoz lagin gutxiago behar dira kolorea ondo digitalizatzeko zuri-beltzeko irudiak digitalizatzeko baino. Hau da, Cb eta Cr matrizeak Y’ matrizea baino txikiagoak izan daitezke. Horri krominantziaren azpilaginketa deritzo (chroma subsampling). Cb eta Cr matrizeen tamaina Y’ matrizearenaren erdia bada, 4:2:2 idazkeraz azaltzen da. Hori da azpilaginketarik erabiliena, baina bideo-kodeketarako beste aukera batzuk ere erabiltzen dira. Trinkotze hori galeraduna da, baina gure ikusmenak nekez nabarituko du aldea. RGB laginen ordez luminantzia eta krominantzia kodetzeak, trinkotze-maila altuagoa lortzeaz gain, zuri-beltzeko irudiekiko bateragarritasun erraza du, lumaren matrizea (Y’) hartu besterik ez baita egin behar koloretan digitalizatutako irudi bat zuri-beltzean emateko. 1.16 irudia. 8×8 bloke baten berrantolaketa posible bat, zerokoen segidak maximizatzeko. Bigarren urratsa pixel-matrizeak maiztasunen araberako errepresentaziora pasatzea da. Fotograma baten luminantziako matrize bakoitza 16x16 pixelek osatutako blokeetan antolatzen da, eta bloke bakoitzari Fourierren analisia aplikatzen zaio, harmonikoak lortzeko. Zehazki, DCT bihurketa egiten da, hau da, kosinuaren bihurketa diskretua. Prozesu bera egiten da krominantziako matrizeetan, baina 8 × 8 pixelek osatutako blokeetan zatituta. Hirugarren urratsa bloke bakoitzean pisu txikia duten harmonikoak ezabatzea da; hau da, maiztasun altuenak, pixelen arteko batbateko aldaketak azaltzen dituztenak. Urrats horren gakoa «pisu txikia» zer den definitzean datza. Erabiltzaileak erabakiko du: JPEG irudi bat sortzerakoan, azaldu behar dugu zer trinkotzemaila nahi dugun, eta, horren truke, zer kalitateko emaitza nahi dugun. Maiztasun asko ezabatzen 40Multimedia-Internet baditugu, koloreen arteko trantsizio guztiak leunduta agertuko dira, eta irudiaren lerro zehatzak galduko dira. Hirugarren urrats horri irudiaren kuantizazio deritzo, baina ez da nahastu behar soinuaren digitalizazioan ikusi dugun kuantizazioarekin; funtsean, prozesu bera da, baina era desberdinean egiten da soinuaren kuantizazioa eta irudiarena. Une horretarako, bloke bakoitzean dauden 8 biteko balioetatik asko zerokoak izango dira, edo zerotik gertukoak. Laugarren urratsean, kodeketa diferentziala aplikatzen da fotogramaren blokeen artean, soilik bloke bakoitzeko (0,0) posizioan, hau da, goi-ezkerreko txokoan. Posizio horretan, blokeko pixel guztien batez besteko balioa kodetzen da. Berez, gehienetan, gutxi aldatzen dira bloke batetik bestera. Ondorioz, posizio horrek ere zerotik gertuko balioak gordeko ditu bloke gehienetan. Hurrengo urratsean, bosgarrenean, agerian gelditzen da zergatik bilatu dugun aurreko lau urratsetan ahalik eta posizio gehien uztea zeroan. Izan ere, bosgarren urrats horretan segiden kodeketa egingo da (run-length encoding); hau da, zerokoen segidak segidaren luzerarekin ordezkatuko dira. Horretarako, lehenago, bloke bakoitza berrordenatuko da, ahal den zeroko gehien ager daitezen elkarren jarraian. Berrordenatze hori zig-zag eran izaten da, 1.16 irudian agertzen den bezala, zeroko jarraitu luzeagoak sortzen dituelako. Azkenik, Huffman kodeketa erabiltzen da bloke bakoitzeko kodeak bit gutxiagorekin kodetzeko: askotan agertzen diren balioak kode txikien bidez kodetzen dira. JPEG kodeketak lortzen duen trinkotze-maila 100:1 izatera ailega daiteke, baina kalitatearen galera nabaria izango da. 10:1 trinkoketa lortuta, ikusmenak normalean ez ditu bereiziko jatorrizko irudia eta kodetuta dagoena. JPEG simetrikoa da: denbora bera behar da kodetzeko eta deskodetzeko, gutxi gorabehera. Mugimenduaren kodeketa Fotogramen arteko erredundantzia kentzeari denbora-erredundantzia kentzea, inter-frame trinkoketa edo mugimenduaren konpentsazioa esaten zaio. Edozein kasutan, ideia honako hau da: pixel batean balio bera badago elkarren jarraian dauden hainbat fotogramatan, ez da behin eta berriz kodetzen pixel horren balioa. Hobe izaten da pixel horren balioa behin bakarrik kodetu, eta, gero, hainbat fotogramatan jarraian errepikatzen dela azaltzea. Harago joanda, inter-frame kodeketa era diferentzialean egiten da, hau da, ez da fotogramarik kodetzen, baizik eta fotogramen arteko aldeak. Horren erabilgarritasuna ulertzeko adibide ona da pilota-partidarena, non jokalariei eta pilotari dagokien irudiaren zatia soilik aldatzen den. Pantailaren atzean gelditzen den irudia finkoa denez, nahikoa litzateke hasieran kodetzea, eta gero jokalarien eta pilotaren mugimenduak besterik ez kodetzea. Horrela eginez gero, bideoa kodetzean erabilitako bit kopurua ikaragarri jaitsiko da. Kodetutako informazioa gutxitzearren bideoa trinkotzeko sistemek eman duten hurrengo urratsa honako hau izan da: mugimendua kodetzeko, hurrenkeran dauden fotogramen arteko aldea kodetu ordez, zenbatetsi hurrengo fotograma, eta kodetu zenbatetsitako fotogramaren eta benetako fotogramaren arteko aldea. Kodetzaileak mugitzen ari den irudiko zatiaren mugimenduaren bektorea zenbatesten du; hau da, pixel talde baten desplazamendua kalkulatzen du, aurreko irudietan izandako kokapenetan oinarrituta. Bektore horrekin eta aurreko irudi batetik abiatuta, hurrengo irudietan pixel talde horren kokapena zein izango den kalkulatzen du kodetzaileak. Pilota-partidaren kasuan, adibidez, pilota azaltzen duten pixelen hurrengo kokapena zein izango den zenbatesten du. Azkenean, hurrengo irudian pilota benetan non dagoen eta zenbatetsitako kokapenaren arteko aldea kalkulatzen eta kodetzen da. Zenbatespena oso ona baldin bada, alde hori zero izango da. Kodetutako bideoan zeroko segida luzeak agertzea lortzen badugu, erraza izango da segida horiek ordeztea bere luzerarekin, eta, horrela, azkenean, oso bit gutxi beharko dira bideoa kodetzeko. Zenbat eta zenbatespen hobea egin, orduan eta errealitatearekiko alde txikiagoa agertuko da, eta, ondorioz, trinkoketa handiagoa lortuko dugu. Hor dago matematikarien lehia: ea nork asmatzen duen zenbatespena egiteko funtziorik zorrotzena. 1 Internetetamultimedia-aplikazioak41 Aurreko ideietan oinarrituta, bideo-kodeketarako sistemetan, honako hiru mota hauetako fotogramak erabiltzen dira:· — I-frame izenekoak (intracoded frame). Irudi estatiko trinkotuak dira. Hau da, ahal den erredundantzia espazial gehiena kentzen zaie. Halako fotogramak erreproduzitzeko ez da beste fotogramarik behar; hau da, I-frame fotograman bertan dugu fotograma hori erreproduzitzeko behar den informazio guztia. I-frameak ondoko beste era bateko fotogramak kodetzeko eta erreproduzitzeko oinarriak dira.· — P-frame izenekoak (predictive frame). Irudiaren mugimendua kodetzen dute aurreko fotogrametan oinarrituta. P-frame bat kodetzeko eta gero erreproduzitu ahal izateko, aurretik I-frame bat beharko da gutxienez. I-frame horretatik kodetu daitezke geroko P-frameak. Lehen deskribatu dugun bezala, P-frametan zenbatetsitako irudiaren eta benetakoaren arteko aldea kodetzen da. Delta fotogramak ere esaten zaie, matematikan delta hitz grekoa erabiltzen baita alde txikia azaltzeko. — B-frame izenekoak (Bidirectional frame). P-frameak bezalakoak dira, hau da, beste fotogrametatik eratorriak. Baina, B-frame fotogramen kasuan, erreferentziarako hartutako beste fotogramak aurrekoak edota gerokoak izan daitezke. 1.17 irudian, bideo baten lau fotograma ditugu. Hasierakoa eta azkena I-frameak dira; bigarrena, P-frame bat da, lehen I-frametik eratorria; eta hirugarrena, B-frame bat, lehenengo eta azken I-frameetatik eratorria. Bigarren eta hirugarren fotogrametan, soilik pastillak kodetu dira, besterik ez baita mugitzen fotograma batetik bestera. Hirugarrenean, hasierako hiru pastillak aurreko fotogramatik eratorri dira, eta laugarren pastilla geroko fotogramatik hartuta dago, beraren posizioa birkalkulatuta. 1.17 irudia. Era desberdinetako bideo-fotogramak sekuentzian: I-frameak, P-frameak eta B-frameak. JPEG estandarra aztertzean ikusi dugunez, irudi estatikoak kodetzeko erabilitako unitate funtzionala N × N pixeleko blokea da. JPEG estandarrean, halako blokeei MCU bloke (Minimal Coding Unit block) deritze; baina, orokorrean, bideoa kodetzeko sistemetan, makroblokeak esaten zaie. H.264/AVC sisteman egiten den mugimenduaren kodeketa halako makroblokeetan datza, eta ez fotogrametan. Berez, kodeketa diferentziala ez da egiten fotograma osorako, baizik eta fotograma osatzen duten makroblokeen arabera. Horrela izanik, I-frameetan, I-makroblokeak egoten dira soilik; P-frameetan, I-makroblokeak eta P-makroblokeak agertzen dira, eta B-frameetan, hiru motatako makroblokeak: intra, predicted eta Bidirectional makroblokeak, alegia. HEVC/H.265 kodeketa berriagoan, CTU (Coding Tree Unit) izeneko unitate funtzionalak ordeztu du makroblokea. Bideo-kodeketarako estandarrak Bideo-kodeketarako estandarrek zehazten dituzte fotogramen formatuak eta haien unitate funtzionalen egitura, hau da, erreproduzitzaileak jasoko duen bit-sekuentziaren sintaxia. Izan ere, bideo-kodeketarako formatuak ere baderitze. Formatu horrekin batera, erabilitako trinkotzesistema ezartzen dute, baina ez, ordea, haren inplementazioa (hau da, kodetzailea). Inplementazioaren zehaztasun asko bideo-kodetzailea diseinatu behar duenaren eskuetan uzten dituzte, 2 Bideoa eta telebista Interneten Kapitulu hau irakurri eta gero, irakurleak honako gai hauek jakingo ditu: — Nola lortzen den Internet bidez kalitatezko bideoak eta telebista banatzea, best effort erako sarea izanda ere. — Nola funtzionatzen duen streaming-sistema batek. — Zer aukera dauden streaminga transmititzeko eta seinalea Interneten barreiatzeko. — Zer aldaketa ari den ekartzen Internet telebista-mundura. XX. mende osoan eta orain dela gutxi arte nagusia izan den telebista-eredua hedatutako telebista da (Broadcast TV). Ikuslearen ikuspuntutik, haren ezaugarri nagusia izaera programatua da; hau da, saio bat aurretik programatutako egun eta ordu zehatz batean ikus daiteke soilik. Hortik sortu zen telebistako programa terminoa, saio bat izendatzeko erabilia. Beste ezaugarri oso garrantzitsu bat zentralizatua izatea da. Hasieran, monopolio publiko bat zen: herri bakoitzean, estatuak kudeatutako telebista-kate bakarra zegoen; gero, estatu-mailako beste telebista-kate batzuk sortu ziren, eta, geroago, kate pribatuak ere onartu ziren. Hartara, oligopolio bat sortu zen. Publizitateak ekarritako diru mordoak elikatu du telebista, baina hori ere gutxiren esku egon da beti: alde batetik, estatuaren esku, eta, beste alde batetik, lizentzia pribatuak eskuratu zituzten talde ekonomiko handien esku. Telebista hedatuak ikaragarrizko eragina izan du ekonomian, kulturan eta politikan xx. mendean, oso bide eraginkorra izan baita jendearengana heltzeko. Mass media terminoaren esanahia bete-betean gauzatu da telebista hedatuaren garaian, prentsa idatzia eta irratia guztiz gaindituta. Banaketarako teknologiari eta sareari dagokienez, telebista hedatuak uhinak erabili izan ditu hasieratik, lurreko antenen bidez. Uhinez gain, zenbait herritan kable ardazkide bidez garraiatu da seinalea igorletik etxeetarainoko bideko azken zatian. Urteetan, seinale analogikoa erabili izan da telebista hedatuan, baina, azken hamarkada hauetan, modu digitalean banatzen da. Telebista-hargailu gisa, oraindik etxe askotako egongelako erregea den aparatu hori erabili izan da. Urte horietan guztietan, bere bilakaera teknologikoa handia izan da: zuribeltzetik kolorekora, CRT tutuetatik egungo LED teknologia lauetara. Banaketa-sarean izandako aldaketen eraginez, telebista kontzeptua eta errealitatea aldatu egin dira. Lehen aldaketa esanguratsua satelite bidezko telebista izan zen. Horri esker, hedatutako kate kopurua eta igorle baten hedatze-esparrua ikaragarri handitu ziren, estatu-mailako monopolioen kalterako. Gainera, kable bidezko banaketa gehitu zitzaion satelite bidezko transmisioari. Horrek telebistaren bigarren aroari atea ireki zion, eta berrikuntza handi bat ekarri: bideoak eskatu ahala ikusteko ahalmena (VoD, Video on Demand), eta, horrekin batera, ikusitakoaren araberako ordainketa (pay-per-view). Hori baino lehenago, bazegoen bideoak etxean ikusteko aukera, baina fisikoki ekarri behar zen bideoa etxera, eta bideo-erreproduzigailua telebistari lotu. VoD kontzeptuari esker, saretik jasotzen dira bideo horiek. Bideo-kluben gainbehera hasi zen orduan, baina oraindik sendo zeuden, pay-per-view sistemen arrakasta mugatua izan baita. Nolanahi ere, ikusleak programazio hedatutik askatzen hasi ziren, bi bidetatik: alde batetik, VoD sistema erabiliz, eta, batez ere, ehunka kanal eskura edukita, batetik bestera gustuko saio baten bila jauzi eginez, edo, batez ere, gehiegizko publizitatetik ihesi. VoD sistemarena baino gehiago, zappingaren aroa izan da telebistaren bigarren aroa. 2 BideoaetatelebistaInterneten49 Internetek telebistaren hirugarren arora eraman gaitu, non telebista hitzaren esanahia bera ere ez baitago argi. Tableta batean bezperako saio bat ikusten ari garela, telebista ikusten ari al gara? Eta, egongelako «telebista» horretan YouTubeko bideo bat ikusten dugunean, hori ere telebista ikustea al da? XXI. mendea norberaren telebistaren aroa da, norberak aukeratzen baitu zer, noiz eta nola ikusi (everytime, everywhere, everyscreen). Aro honetan, Internet da nagusi, haren bidez lortzen baita askatasun hori. Egongelako telebista smart TV izatera igaro da, Interneterako trena ez galtzeko. Beste banaketa-sareak ere (lurreko antenen sarea, sateliteak eta kableak) hor daude, baina etorkizuna Internetena da. Horretaraino heltzeko gakoak hiru izan dira. Lehena, bideoa kodetzeko tekniketan izandako aurrerapena dugu; horri esker, askoz transmisio-abiadura txikiago behar da bideoak transmititzeko. Horretaz, aurreko kapituluan aritu gara. Bigarrena, sarbide-sareetan izandako hobekuntzak, kable bidezkoetan zein telefonia mugikorretarako sare zelularretan; ondorioz, askoz transmisio-abiadura handiagoa dugu eskura. Amaierako kapituluan aztertuko ditugu sarbide-sareak. Hirugarren gakoa streaming-teknologian izandako aurrerapenak dira. Horretaz arituko gara kapitulu honetan. 1. Streaming-teknikaren oinarriak Nahiz eta streaming-teknika audioak edota bideoak banatzeko erabili, testu honetan bideoaz soilik mintzatuko gara, garbitasuna mantentzearren. Irratiari dagokionez, teknika berak erabiltzen dira, baina askoz banda-zabalera txikiagoa hartuta. Beste alde batetik, telebista terminoa erabiltzen dugunean, telebista-kate batek eskainitako saioak ikusteaz arituko gara, saio horiek aurretik grabatuak (filmak, dokumentalak, eztabaidak...) edo zuzenean sortu eta hedatutako saioak izanda ere (kirol-saioak, berriak...). Bideo hitz soila erabiltzen dugunean, pantaila batean ikusten dugun edozein ikus-entzunezkoz ari gara, betiere Internet bidez jasoa bada, iturburua edozein izanda ere. 1.1. Internet bidezko bideo eta telebistarako osagaiak Internet bidezko beste edozein zerbitzutan bezala, telebistaren eta bideoaren zerbitzuan hiru osagai agertzen dira: zerbitzua ematen duena, zerbitzua jasotzen duena eta bien arteko komunikaziorako sarea (Internet). Telebistaren eta bideoaren kasuak antz handia du web orokorraren kasuarekin; izan ere, harekin loturiko kasu partikulartzat har daiteke. Webean bezala, zerbitzua ematen duen partaideari edukien hornitzailea esaten zaio (content provider). Hornitzaile mota asko dago: — Edozeinek ekoiztutako bideoak banatzeko sistemak. Une honetan, haien artean erabiliena YouTube da. Halako sistemak etxean grabatutako bideo laburrak argitaratzeko garatu ziren, baina, gaur egun, edozein motatako bideo-saioak daude, baita zuzeneko saioak ere (live streaming). — Betiko telebista-kateak, bai publikoak, bai pribatuak. Hasiera batean, seinalea banatzeko beste sare bat izan da Internet hornitzaile horientzat, antena, satelite edo kable bidezko banaketaren osagarria hartuta. Aldiz, egoera iraultzen ari da, eta Internet bidezko telebista aukeratzen duen erabiltzaile kopurua handitzen den heinean, beste sareak Internetaren osagarri bilakatzen ari dira. — Interneterako soilik sortutako talde berriak. Akaso, ezagunena Netflix da. Aurrekoekiko alde bakarra da seinalea banatzeko erabiltzen duten sarea Internet besterik ez izatea. 50Multimedia-Internet 2.1 irudia. Egungo telebista-sistemen osagaiak, tradizionalenak eta Internet bidezkoenak. Zerbitzua jasotzen duenaren aldean, aipagarriena hargailuen aukera zabala da. Interneterako konexioa eta bideoak erreproduzitzeko ahalmena duen edozein gailu izan daiteke hargailua. Erabilienak honako hauek dira: — Ordenagailu bat, web-arakatzailea erabiliz bideoak ikusteko. — Telefono edo tableta bat, bere arakatzaile berezia erabiliz. — Internetekin ibiltzeko prest dagoen telebista bat. Telebistak berak badu Interneterako konexio fisikoa (Ethernet txartela integratuta) eta behar den softwarea (funtsean, sistema eragilea eta webarakatzaile bat); smart TV esaten zaio. Gure telebista ez bada smart erakoa, era horretakoa bilakatu dezakegu TV box bat berari lotuta. Bestela, Internetarekin lotuta eta bideoak ikusteko ahalmena duen edozein gailutako pantaila gisa erabil dezakegu telebista: ordenagailu konbentzional bat, bideo-jokoetarako kontsolak, multimedia-erreproduzigailuak (home cinema sistemak)... 1.2. Internet bidezko bideo eta telebistarako ereduak Bideoak edo telebista Internet bidez ikusten ditugunean, bi eratakoa izan daiteke edukien hornitzailearen, ikusleen eta ISPren arteko harremana: IPTV edo OTT erakoa. IPTV (Internet Protocol TeleVision) terminorako definizio desberdinak agertu dira. Literalki, IP protokoloa erabiliz telebista-zerbitzua ematea esan nahi du. Definizio hori oso zabala da; izan ere, Internet bidez transmititzen den telebista oro hartzen du. Baina, gehienetan, IPTV aipatzen denean, telebista-seinalea banatzeko IP sare bat erabiltzeaz gain, esan nahi da telebista-seinaleak tratamendu berezia izango duela IP sare horretan, bere kalitatea bermatzearren. Bigarren esanahi murriztuago hori ISPek erabiltzen dute bereziki, beren zerbitzua eta Internet irekiaren bidez emandakoa bereizteko. Hemen definizio hori hartzen dugu IPTV ereduaz mintzatzen garenean. 2 BideoaetatelebistaInterneten51 IPTV ereduan, edukien hornitzailea eta ISP ez dira bereizten ikuslearentzat, ISPk eskaintzen baitie ikusleei telebista-zerbitzua, beste zerbitzu batzuekin batera. Internet-sarbidea, telefonia-zerbitzua eta telebista batera eskaintzen dituen pakete komertzialari Triple play deritzo. Edukien hornitzaileak edukiak zuzenean sartzen ditu ISPren sarean, eta horrek ikuslearenganaino eramaten ditu, Internet irekian ibili gabe. Horrela eginda, ikusleak bere pantailan lor dezakeen kalitatea hobea izaten da, bi arrazoirengatik. Alde batetik, seinalea erabiltzaileen sarean zuzenean txertatuta, Internet irekian ager daitezkeen atzerapenak eta galerak ekiditen dira, eta, ondorioz, sareak eragindako kalitate-galera minimizatzen da. Beste alde batetik, iturri horretatik sartutako trafikoari tratamendu berezia eman diezaioke ISPk, beste kapitulu batean aztertuko ditugun teknikak erabiliz. Abantaila horiek soilik ISPrekin hitzarmena duten edukiek izango dituzte, bere saretik ateratzen ez direnek, eta ez Internet bidez atzigarriak diren eduki guztiek; horregatik esaten da IPTV eredua walled garden erakoa dela, hau da, eredu itxia. ISPk zerbitzua emateagatik kobratzen duen kuotaren zati bat edukiak zuzenean isurtzen dituzten edukien hornitzaileei helarazten die. IPTVren alternatiba OTT eredua da (Over The Top), batzuetan internet TV edo online TV ere baderitzona. Gakoa konexioa ematen duen ISPren eta zerbitzua ematen duenaren arteko bereizketan dago. OTT ereduan, edukien hornitzailearen eta ISPren artean ez dago inongo harremanik, eta edukien hornitzaileek isuritako trafikoaren tratamendua best effort hutsa da ISPren sarean, hau da, beste edozein datagramak jasotzen duen berbera. Ikusleak ordaindu egin behar badu ikusitako saio edo pelikula bat, zuzenean ordainduko dio edukien hornitzaileari, eta ez ISPren bidez. OTTren adibiderik ezagunena Netflix da. Askotan, OTTak elkarlanean aritzen dira smart TV gailuen ekoizleekin, telebista horietan aurkituko dugun arakatzailea optimizatua izan dadin OTTren zerbitzaritik bideoak ikusteko. 2.2 irudia. Internet bidezko bideoa eta telebista: IPTV eta OTT ereduak. OTT kontzeptua ez da agertu Internet bidezko telebistarekin batera. Betiko telefono-konpainiek ondo ezagutzen dute lehenagotik, beren negozioaren etsai bilakatu baita. Telefoniaren arloan, adibidez, Internet bidezko telefoniak konpetentzia egiten die betiko konpainiei OTT ereduari jarraituz, erabiltzaileentzat nahikoa baita Interneterako konexioa edukitzea hortik telefono-zerbitzua jasotzeko, ISPren menpe egon gabe. Akaso, argiagoa da mezularitzaren kasua, non Whatsapp eta antzeko OTT erako aplikazioek amaiera eman baitiote telefono-konpainientzako hain errentagarria zen SMS zerbitzuari. 1.3. Streaming-sistemen osagaiak Osagai hauek ditu oinarrizko streaming-sistema batek: — Streaming-zerbitzaria: erreproduzitzaileen eskaerak jaso eta streamak bidaltzen ditu. Bi iturri izan ditzake: aurretik grabatutako bideoak, edo unean kodetzaile batek sortuak (live streaming). Askotan, media server izenarekin ere aurkituko ditugu. — Kodetzailea: honen lana da kamerek eta mikroek jasotako seinalea streaming eran zerbitzatzeko formatuan prestatzea. Sortutako streama gorde egin daiteke, aurretik grabatutako moduan zerbitzatzeko, edo unean bertan streaming-zerbitzariari helarazi, berak erreproduzitzaileei bidaltzeko. 52Multimedia-Internet — Erreproduzitzailea: eskaerak bidaltzen dizkie streaming-zerbitzariei, eta haien streamak jaso eta erreproduzitu behar ditu. Horretarako behar duen informazio guztia streamaren deskripzioa duen metafitxategi batean biltzen da (manifest file ere baderitzo). Askotan, web-arakatzaileak berak egingo du erreproduzitzailearena. — Metafitxategia: streama jasotzeko behar diren datuak gordetzen dituen fitxategia. Hor gordetzen dira streaming-zerbitzariaren helbidea, eta bideoeta audio-aukerak, kodeketa-sistema eta kalitate bat baino gehiago eskainiz. Normalean, ikusleak bere web-arakatzaile arrunta erabiltzen du metafitxategia eskuratzeko, HTML esteka batean txertatuta egoten baita. Izan ere, ikuslearentzat, bideo bat edozein esteka bezalakoa da: gainean klikatu, eta, handik gutxira, begien aurrean izango du bideoa. — Web-zerbitzaria: Interneten dugun beste edozein edukitan bezala, web-zerbitzariek gordetzen dituzte bideoak ikusteko behar diren estekak, hau da, metafitxategien URLak, web-orrien HTML formatuan txertatuta. 2.3 irudia. Oinarrizko streaming-sistema baten osagaiak. 2.3 irudiko web-zerbitzaria, streaming-zerbitzaria eta kodetzailea makina bakar batean egon daitezke, baina hori soilik sistema txikietan aurkituko dugu. Ikusle asko dituzten streaming-sistemetan, zenbait zerbitzariren artean banatzen dira zereginak. Horrelakoetan, ohikoa da, alde batetik, webzerbitzariak arakatzaileekin harremana izatea metafitxategiak eskaintzeko; beste alde batetik, streaming-zerbitzariek erreproduzitzaileak elikatzea, eta, beste makinetan, kodetzaileak buru-belarri aritzea streamak sortzen streaming-zerbitzariak elikatzeko. 1.4. IP zerbitzua eta bideoaren kalitatea Aurreko kapituluan aipatu dugunez, streaming-sistemen arazo nagusietako bat da erreproduzitzean geldialdiak ekiditea. Horretarako, bideo bat erreproduzitzeko behar diren bitak eskura izan behar ditu beti erreproduzitzaileak, bideoa amaitu arte. Bideoa diskoan grabatuta badago ez dago 2 BideoaetatelebistaInterneten53 problemarik, baina gogoratu behar da streaming-sistemetan ez dela hala izaten, Internet osoa izan baitezakegu kodetutako bideoa gordetzen (aurretik grabatutako streaminga) edo sortzen (zuzenean emandako streaminga) duen igorlearen eta erreproduzitzailearen artean. Igorleak kodetutako bideoa sartuko du, zatika, IP datagrametan, eta datagrama bakoitzak Interneten zeharreko txangoari ekingo dio. Normalean, datagramak erreproduzitzailearen makinaraino helduko dira, banan-banan eta bata bestearen atzetik, atera ziren ordena berean eta beren arteko denbora-tartea berdintsua izanik. Baina gerta daiteke, eta gertatzen da, datagrama bakoitzak sare-atzerapen desberdina izatea bere bidaian eta, ondorioz, erreproduzitzailearen makinan sartzen den datagrama-korrontearen abiadura eta ordena aldakorrak izatea. Horren eragina ulertzeko, ohartu zaitez erreproduzitzailearen lana fabrika bateko kate batena bezalakoa dela. Datagrama batean dagoen filmaren zatia erreproduzitzen amaitu bezain pronto, hurrengo datagrama eskuratu behar du erreproduzitzaileak, bere lana —hau da, pantailan ikusten ari garen bideoa— ez gelditzeko. Datagramak helburura heltzeko erritmoaren gorabeherei atzerapenaren aldakortasun (packet delay variation, RFC 3393) edo jitter4 deritze. IP sareetan, ohikoa da aldakortasun hori, oso lotuta baitago IP protokoloaren diseinuarekin eta izaerarekin. Datagramen atzerapenaren aldakortasuna Internetek egiten duen baliabideen erabilera efizientearen ordaina da, eta lotuta dago telefono-zerbitzurako sortutako sareen zirkuitu-kommutaziotik datuetarako diseinatuta zeuden sareen pakete-kommutaziora igarotzearekin. Aldakortasun horren iturri nagusia bideratzaileen ilaretan kokatzen da. Uneoro aldakorra da bideratzaile bat zeharkatzen duen datagrama kopurua, eta, beraz, horren araberakoak izango dira bideratzaile horretan sortzen diren ilaren luzera eta bideratzaile horretan datagramek zain ematen duten denbora. Arazoa ulertzeko, demagun zuzeneko ekitaldi bat ikusten hasi garela streaming eran iluntzeko 20:50ean, eta une horretan gure ISPren beste bezeroak afaltzen ari direla oraindik. Orduan, ISPren sarean dagoen trafiko bakarra gure filmaren datagramak izango dira. Gauzak sinplifikatzeko, demagun filmaren igorlearen eta gure ISPren arteko Interneteko bidean trafikoa egonkorra dela eta gure makinan jasotzen ditugula X datagramak segundoero filmaren zatiekin. Dena ondo doa, eta, datagramak jaso bezain pronto, erreproduzitzaileak erreproduzitzen du haren edukia. Baina, bat-batean, gaueko 21:00etan, ISPren bezero pila bat afaria amaitu eta Internet erabiltzen hasten bada, gure filmaren datagramek beste datagrama asko topatuko dituzte ISPren bideratzaileetan. Okerrena gertatzen bada, ISPren bideratzaileren bat kongestionatuko da, eta gure datagramak ez dira ailegatuko erreproduzitzaileraino behar den abiadura minimoan. Une horretan, gure filma pantailan geldituko da, eta ez da berriz abiatuko buxadura konpondu arte. Agian, segundo batzuk besterik ez dira izango, baina hori nahikoa da ikuslea gogaitzeko. 1.5. Aurrekarga (buffering) eta hasieratzeko atzerapena Datagramen arteko tartearen aldakortasunak streaming-sistemetan duen eragina ahal den heinean ekiditeko, erreproduzitzaileak aurrekarga erabiltzen du (buffering, prefectching). Ideia honetan datza: erreproduzitzaileak beti eduki behar du erreproduzitu behar dituen biten erreserba nahikoa, aurretik buffer batean gordeta eta erreproduzitzeko prest. Horrela, epe labur batean jasotako bit-streama mantsotzen bada, ez du eragingo erreprodukzioan, baizik eta bufferrean gordetako bit-erreserba gutxituko du. Bistakoa da irtenbide horrek baduela denbora-muga bat; hau da, mantsotze hori gehiegi luzatzen bada, azkenean, bufferra agortuta, irudia hoztu egingo da pantailan. Hori gerta ez dadin, 2.4 irudian agertzen diren parametroak hartu behar dira kontuan: bideoa erreproduzitzeko abiadura (E-ab), bideoa bufferrean sartzeko abiadura (S-ab), bufferraren tamaina eta erreproduzitzen hasteko atzerapena. Azter dezagun haien arteko erlazioa. 4 Berez, jitter terminoaren esanahia testuinguruaren araberakoa izan daiteke. Horregatik, atzerapenaren aldakortasuna terminoa lehenesten da. 54Multimedia-Internet 2.4 irudia. Etenak ez gertatzeko parametroak streaming-sistema batean. Bideoa erreproduzitzeko abiadura bufferretik informazioa ateratzeko abiadura bera da. Parametro nagusia da, haren araberakoak izan behar baitute beste guztiek. Bufferrean informazioa sartzeko abiadura igorlearen eta sarearen araberakoa da. Erreproduzitzeko abiadura baino txikiagoa bada, bufferrean gordetakoa murriztu egingo da, eta, nahikoa luzatzen bada bi abiaduren arteko desoreka, azkenean bufferra hustu egingo da, eta erreproduzitzailea eten. Hori eragotzi behar da. Erreproduzitzen hasteko atzerapena informazioa jasotzen hasi eta bideoa abiatu arte utzitako epea da. Tarte horretan jasotako informazioa bufferrean metatzen da, erreproduzitzeko biterreserba osatu arte. Zenbat eta atzerapen handiagoa utzi, orduan eta bit-erreserba handiagoa izango dugu bufferrean, eta, ondorioz, denbora luzeagoan ere eutsi ahal izango dio bideoaren erreprodukzioari saretik jasotzeko abiadura moteltzen denean. Ikuslearen ikuspuntutik, aldiz, hoberena tarte hori ahal den txikiena izatea da, play botoia sakatzen denetik erreprodukzioa hasi arteko epea minimoa izatea nahi baitugu. Bi parametro horien arteko oreka bilatu beharko dugu, hau da, aurrekarga maximizatu, baina eragindako atzerapenak erabiltzailearen gogobetetzea kaltetu gabe. Parametro horien guztien arteko erlazioa 2.5 irudian agertzen da. Irudiko grafikoak hiru parametroen bilakaera erregistratzen du streaming-saio batean. Lehenengo parametroa igorleak bidalitako byte kopurua da. Grafikoan, marra zuzena gorakorra denez, abiadura konstantean transmititu duela azaltzen du. (a) unean hasten den bigarren parametroa hartzaileak jasotako byte kopurua da. Igorlea transmititzen hasi zenetik (a) unera arte igarotako epea da sareak eragindako latentzia. Une horretatik eta (c) une horretara arte, hartzailea igorleak transmititutako abiadura berean ari da jasotzen datagramak, eta, heltzen diren heinean, bufferrean gordetzen dira. Hori da hirugarren parametroa: bufferrean biltegiratutako byte kopurua. Datagramak jasotzen hasi eta erreproduzitzen hasi arte, erreproduzitzen hasteko atzerapena igarotzen da, eta, tarte horretan, jasotako byte kopurua eta bufferrean biltegiratutakoa kopuru bera da. Baina, erreproduzitzen hasi eta gero, bi lerro bereizten dira. Jasotako byte kopuruak goraka jarraitzen duen bitartean, bufferrean biltegiratutakoa konstantea da (c) unera arte. (b) eta (c) tartean bufferrean sartzeko abiadura eta erreproduzitzeko abiadura berdinak direnez, abiadura berean sartzen eta ateratzen dira byteak bufferretik, eta, ondorioz, bufferrean biltegiratutako byte kopurua konstantea da. (c) eta (d) uneen artean, jasotako byte kopuruak gora jarraitzen du, baina erritmo mantsoagoan. Mantsotze horrek adierazten du sarean ari dela metatzen informazioa; ziur asko, buxaduraren batean. Bitartean, erreprodukzioak abiadura konstantean jarraitzen du, eta, ondorioz, bufferretik ateratzen den byte kopurua handiagoa da sartzen dena baino, eta bufferraren edukia behera doa, (d) unera arte. Zorionez, badirudi (d) unean konpondu dela sarean zegoen arazoa; hortik aurrera, hartzaileak saretik jasotako byte kopuruak gora egiten du, inoiz baino azkarrago. Saretik jasotzeko abiadura erreproduzitzeko abiadura baino handiagoa denez, bufferrak bere betetze-maila berreskuratzen du. (e) unean, hartzaileak bideo osoa jaso du, eta, hortik aurrera, bufferra hustu egingo da, erreprodukzioa amaitu arte. Bufferraren tamaina definitzen dute, batez ere, erabilitako streaming-protokoloak eta bideosaioaren izaerak, zuzenean (live streaming) edo eskatuta (VoD). Streaming-protokoloek datagramak bideo-segmentuetan (chunk) elkartzen dituzte; segmentu horren tamaina izango da bufferraren tamaina. Zuzenean emandako streaming-saioetan ezin da aurrekarga handirik erabili, ikuslea ez dagoelako prest zuzeneko efektua galtzeko, eta, beraz, erreproduzitzen hasteko ezin da eragin atzerapen 2 BideoaetatelebistaInterneten55 handirik. Ondorioz, saioak zuzenean transmititzen dituzten sistemetan erabilitako bufferrak, normalean, ez du gordetzen bideoko segundo bat baino gehiago. Horrek erresistentzia txikia ematen dio erreproduzitzaileari sareko gorabeheren aurrean. Hau da, buxadura batengatik jasotzen duen streamaren abiadura mantsotzen bada, arrisku handia dago erreproduzitzailearen bufferra agortzeko buxadura konpondu baino lehen eta, beraz, geldialdia gertatzeko erreprodukzioan. 2.5 irudia. Streaming-sistema baten parametroen arteko erlazioaren bilakaera, bideo-saio batean zehar. 1.6. Garraio-mailako zerbitzuak Interneteko aplikazioek bi aukera dituzte, funtsean, sarea erabiltzerakoan: TCP zerbitzu fidagarria edo UDP zerbitzu arina. TCP egokia da igorritako datuen osotasuna ezinbesteko baldintza denean, hau da, onartezina denean igorleak bidalitako guztia hartzaileak ez jasotzea. Hala da horrenbesteko arrakasta izan duten posta elektronikoan edo webean. Berme hori emateko, TCP zerbitzuak zelatatzen du zer bidaltzen duen mutur batek eta zer jasotzen duen besteak, eta, datagramaren bat falta bada, berak birtransmititzen du. Hori da, laburrean, TCPren galera-kontrola. Era berean, igorleak transmititzen badu hartzaileak jasotakoa kontsumitzen duena baino azkarrago, TCPk galgatu egiten du igorlea. Horri fluxu-kontrol deritzo. Azkenik, TCPk sarearen egoera zaintzen du, eta, gainkargatuta dagoela atzematen badu, igortzeko erritmoa jaisten du. Hori TCPren buxadura-kontrola da. Emaitza honako hau da: TCP erabiltzeak igorritakoa helduko dela bermatzen du, baina ez du bermatzen noiz helduko den; eta, are gehiago, helduko dela bermatzeak abiadura mantsotu dezake, eta horrek atzerapenaren aldakortasuna eragingo du. Zerbitzu hori egokia da datu-zerbitzuetarako, datagrama segundo batzuk geroago heltzeak ez baitio inongo kalterik egiten aplikazioak emandako zerbitzuari. Inor ez da ohartuko jasotako mezu elektronikoa 2 segundo berandu heldu dela, edo fitxategi bat deskargatzeko 4 segundo gehiago behar izan direla. Halako trafikoari, hau da, datagramen arteko tartea aldatzea onartzen duenari, trafiko malgu deritzo. Baina, zenbait aplikaziotan, TCPren onurak ez du merezi, kostuarekin alderatuta. Hau da, aplikazio batzuen lehentasuna ez da TCPk ematen duen fidagarritasuna; esate baterako, denbora errealeko aplikazioena. Streamingaren kasuan, adibidez, ikusi dugu lehentasuna izango dela datagrama heltzea daramatzan laginak erreproduzitzeko unea baino lehen. Datagrama galtzen bada sareko buxadura batean, agian ez du merezi datagrama horren bigarren kopia bat bidaltzea, beranduegi helduko delako, eta, gainera, birtransmisio horrekin batera, TCPk igorlearen erritmoa mantsotuko duelako sareko buxadura arintzeko asmoz. Streaminga da trafiko zurruna sortzen duten aplikazioen adibide bat; hau da, haren behar nagusia datagramen arteko tarteari eustea da, eta, horrela, erreproduzitzaileak saretik informazioa hartzeko abiadura konstantea izatea lortzen da. 56Multimedia-Internet Orokorrean, badaude garraio-zerbitzu fidagarria ez, baizik eta arina behar duten aplikazioak. Halakoetarako sortu zuten UDP zerbitzua, TCP/IP protokolo sorta diseinatu zutenean. UDPk ez du galerarik ez buxadurarik kontrolatzen, datagrama baten iturburuko eta helburuko aplikazioa zein den identifikatu besterik ez baitu egiten. Horregatik, UDP zerbitzua arina da: datagrama hartu eta bidali besterik ez du egiten, inongo kontrolik gehitu gabe, eta, ondorioz, inongo denborarik ere gehitu gabe. Hori bai, datagrama heltzen ez bada, aplikazioaren esku gelditzen da arazoa. Puntu honetan azpimarratu behar da garraio-mailako zerbitzuak UDP edo TCP izanda, makinako sistema eragileak aplikazioei eskainitako zerbitzuak direla. Beraz, aplikazio bat garatzen duen informatikariak erabaki behar du zein zerbitzu erabiliko duen bere aplikazioak. Emandako azalpenak ikusita, argia dirudi streaming-aplikazioek UDP zerbitzua erabili beharko dutela. Eta hala zen hasierako streaming-sistemetan; baina badira urteak TCP ere erabiltzen dela. Are gehiago, egun, streaming-sistema gehienetan TCP erabiltzen da, lehen aipatu ditugun arazoak —abiadura mantsotzea eta atzerapenaren aldakortasuna eragitea, alegia— neurri handi batean leuntzea lortu delako. Horretarako gakoak izan dira streaming-aplikazioetan eta sare-azpiegituretan izandako hobekuntzak. Alabaina, UDPren erabilera bereziki erakargarria da oraindik ere, atzerapena minimizatu nahi denean. Eta, multicast erabili nahi bada, UDP da aukera bakarra, TCPk biren arteko konexioak besterik ezin baititu erabili. 2. CDN-sareak eta streaminga Internet bidezko bideoen eta audioaren banaketak ikaragarrizko arrakasta izan du; izan ere, azken urte hauetan sarean trafiko gehien eragiten duen aplikazioa da. Konpainia asko ari dira milioika bideo egunero milioika ikusleri banatzen Interneten. Horrek eskala-arazo bat sortzen du: nola lortu kalitatezko zerbitzu bati eustea, hainbeste ikusle ditugunean Interneteko edozein gunetan kokatuta, eta hainbeste bideoren eskaintzari eutsi nahi zaionean? 2.6 irudia. CDN sarea. Bideoen kopiak gordetzen dituzte zerbitzari taldeek, eta horien artean egokienak zerbitzatzen dio eskatzaile bakoitzari. 2 BideoaetatelebistaInterneten57 Streaming-zerbitzuak eskaintzen hasten den edozein taldek eredu zentralizatu bati jarraitzen dio horretarako; hau da, streaming-gune bat osatzen du, bideoak gordetzeko edo, zuzenean emandako saioetan, seinale digitalizatua denbora errealean jasotzeko; eta gune horretan kokatutako zerbitzariek banatzen dute seinale hori Internet osoan. Zerbitzua arrakastatsua bada, konpainiak segituan handitu beharko du bere gunea, baina laster agertuko da eskema zentralizatu horren muga: eskalagarritasun eza. Eskaera handitzen den heinean nahiko zerbitzari kokatzeko toki fisikoa badugu ere, ezinezkoa izango da zerbitzari kopuru batetik aurrera zerbitzari horiek beren lana egiteko behar diren hornidurak edukitzea. Haietako bat argindarra da: nahiz eta streaming-gunea zentral elektriko baten ondoan eduki, kontsumo elektrikoaren muga bat izango dugu beti, gaindiezina. Horrekin lotuta dago hozteko sistemaren arazoa. Milaka zerbitzari abian daudela, kontsumitzen duten argindarraren zati bat bero bilakatzen dute. Bero horri kontrolpean eustea ez da lan makala. Eta, azkenik, banda-zabaleraren arazoa dago. Milioika bideo bidaltzeak b/s asko behar du une berean. Zer sare-azpiegitura eraiki beharko dira gune horren inguruan? Gainera, eredu zentralizatuaren betiko arazoa ere hor dago: izaera kaltebera. Horniduraren batek (argindarra, Interneterako konexioa...) kale egiten badu, zerbitzu osoa bertan behera gelditzen da, erabiltzaile guztien kalterako. Eredu zentralizatuaren bigarren arazoa erabiltzaileekiko distantzia da. Ikusleak urruti kokatuta badaude sarean, gure zerbitzariek igorritako bideoek konexio, sare eta bideratzaile asko zeharkatu beharko dituzte ikusleen makinetaraino heltzeko. Bide luze horretan linea edo bideratzaile ahul bat agertzen bada —hau da, gure bideoak erreproduzitzeko behar duen abiadura nahikoa emateko gai ez dena—, etenaldiak suertatuko dira erreprodukzioan, bideko puntu ahul horrek baldintzatzen baitu, azkenean, zein abiaduratan helduko diren datagramak hartzailearenganaino. Arazo hori edukitzeko probabilitatea bidean dauden linea eta bideratzaile kopuruarekin batera handitzen da. Streaming-zerbitzuak masiboki ematen dituzten hornitzaileek hartu duten eredu zentralizatuaren alternatiba da Edukien Banaketarako Sareak erabiltzea (CDN, Content Distribution Network). Ideia honako hau da: ez eduki zure zerbitzari guztiak gune bakar batean, baizik eta munduan zehar barreiatutako hainbat gunetan; gune bakoitzean zerbitzari talde batek gordetzen ditu munduko alde horretan eskaintzen dituzun bideoen kopiak, eta erabiltzaile bakoitzaren eskaera bideratu zerbitzu onena emango dion gunera. Gune bakoitzean dagoen zerbitzari taldeari zerbitzarikluster ere baderitzo (server cluster edo server farm). Ideia hori grafikoki ikusteko, ikusi 2.6 irudia. 2.1. Oinarrizko funtzionamendua CDN bidezko beste edozein zerbitzutan bezala, streaming batean ere hiru urrats egin behar dira arakatzaile bati URLa ematen diogunean: (1) eskaera horri erantzuteko zerbitzari-kluster egokiena zein den aukeratu, (2) egindako eskaera kluster horretaraino bideratu, eta (3) behin eskaera kluster hori gordetzen duen gunera iritsita, eskatutakoa klusterreko zein zerbitzarik bidaliko dion erabaki. Askotan, lehenagoko bi urratsak DNS erabiliz gauzatzen dira. Hirugarrena sare lokal batean lan egiten duen zama-banatzaile baten ardura da (load balancer). Eskainitako bideoen kopiak CDNko zenbait gunetan gordetzen dira. Bideoaren eskari-mailaren arabera hedatuko dira bideo horren kopiak zerbitzari taldeetan. Erabiltzaile batek bideo bat eskatzen duenean, erabiltzaile horri egokitutako klusterrean bideo horren kopiarik ez badago, kluster horrek beste gune batetik ekarriko du bideoa, eta hurrengo eskaera baterako gordeko du bere kopia. Bideoak biltegiratzeko ahalmena agortzen zaionean, aspaldian eskatu ez direnak ezabatzen ditu, web cache zerbitzarietan egiten den era berean. Adibide horretan, aurretik grabatutako bideoen banaketaren kasua hartu dugu (VoD zerbitzua). Zuzenean emandako transmisio batean, lehenengo urratsa izango da edukiaren jabeak sor- 64Multimedia-Internet 2.10 irudia. Kontrol-kanala eta media-kanalak RTSP streaming-sistema batean. RTSPk badu HTTP protokoloaren antza, batez ere sintaxian. Biek ere TCP konexio bat erabiltzen dute aginduak bidaltzeko. Baina, HTTP ez bezala, RTSP saio bidezkoa da; hau da, zerbitzariaren eta erreproduzitzailearen arteko komunikazioaren egoera gordetzen du (stateful protocol), eta bidalitako agindu bakoitza lotuta dago identifikatuta dagoen saio batekin. Adibidez, ikusi RTSP agindu hau, erreproduzitzaile batek zerbitzari bati bidalitako PLAY komando bat: PLAY rtsp://audio.example.com/audio RTSP/2.0 CSeq: 835 Session: ULExwZCXh2pd0xuFgkgZJW Range: npt=10-25 User-Agent: PhonyClient/1.2 HTTP komandoak bezala, lerroka dago egituratuta RTSP komando hau, eta lerro bakoitzean bere lerro-izena eta balioa aurkituko ditugu, bi puntuz bereizita. Horietako lerro batek (session izenekoak) konexioa identifikatzen du. Media-kanalei dagokienez, teorian RTSPk ez du behartzen zein protokolo erabili, baina, praktikan, RTP erabiltzen da (Real time Transport protocol, RFC 3550), eta, horren azpian, garraiomailan, UDP. RTP protokoloa gero aztertuko dugu, telefoniari buruzko kapituluan. RTSP/RTP streaming-sistemak asko erabili ziren Internet bidezko bideo-banaketaren hasieran, oraindik xx. mendean. Baina NAT eta su-hesien erabileraren hedapenak haren kontra jo zuen segituan. Funtsean, arazoa da RTSP protokoloan, bezeroak streaming-zerbitzariarekin kontrolsaioa ezarri eta gero, media-kanalak streaming-zerbitzariak abiatu behar dituela bezeroari audioa eta bideoa bidalita; baina ikusleen bezeroak, gehien-gehienetan, NAT baten atzean daude, eta, ondorioz, iritsezinak dira kanpotik. NATekin eta su-hesiekin horrenbesteko arazoak ez zituen RTMP protokoloa agertu zen orduan, 2002. urtean, eta segituan nagusitu zen streaming-munduan. Egun, 2016. urtetik indarrean dugun RTSP protokoloaren bigarren bertsioa (bateraezina 1998ko 1.0 bertsioarekin) prest dago NAT eta antzekoak zeharkatzeko (ikusi RFC 7825), baina dagoeneko galdu du streaming-protokoloen arteko lehia, eta bere erabilera nahiko baxua da. Hala ere, RTSP/RTP bidezko streaming-sistemek badituzte bi ezaugarri oso positibo, kontuan hartzekoak. Biak daude lotuta UDP protokoloaren erabilerarekin media-kanaletan. Bata da multicast-helbideak erabiltzeko ahalmena, TCP gaineko transmisioa erabiltzen duten sistemek ez dutena. Multicast erabiltzearen abantailak gero aztertuko ditugu. Bigarren abantaila da bere latentzia baxua, TCPren kontrolek eragiten dituzten gorabeherak ez baitira agertzen UDP erabiltzen denean, eta, ondorioz, aurrekarga txikiagoa erabil daiteke. RTMP Internet bidezko streaming-sistemetarako de facto estandarra izan da urteetan RTMP protokoloa (Real Time Messaging protocol). RTSP sistemetan ez bezala, RTMP bidezko streaming-sistemetan ez 2 BideoaetatelebistaInterneten65 daude bereizita kontrol-kanala eta media-kanalak, protokoloaren komandoak eta bideoa bera erreproduzitzailearen eta streaming-zerbitzariaren arteko TCP konexio bakar baten bidez transmititzen baitira. Protokoloa Flash player erreproduzitzailearen jabea zen enpresak definitu zuen, bere erreproduzitzailearen eta streaming-zerbitzari baten arteko komunikazioetarako. Hau da, ez zen edozeinek inplementa zezakeen estandar bat. Baina ordurako Flash player bazegoen nabigatzaile guztietan plugin moduan; horrek, eta NAT gainditzeko RTMP sistemen erraztasunak, nagusitu zuten RTMPren erabilera, nahiz eta estandar ez izan. Gero, 2012. urtean, bere gainbehera hasita zegoela, protokoloaren jabeak argitaratu egin zuen protokoloaren espezifikazioa, eta baimendu bere erabilera. Egoera irauli egin zen HTML5 estandarraren hedapenarekin, eta, geroztik, ikusleen nabigatzaileek ez dute onartzen bideorako pluginik, ezta, ondorioz, RTMP protokoloaren bidezko streamingik ere. Hala eta guztiz ere, horrek ez zuen eragin RTMP streaming-sistemak desagertzea. Aldiz, 2022. urtean, oraindik ere oso erabilia da RTMP, baina ez erabiltzaileei zuzenean bideoak helarazteko, baizik eta streaming-sistemen lehenengo urratsean, iturrien eta CDNtan kokatuta dauden streaming-zerbitzarien artean (2.8 irudian, back end zerbitzarien eta front end zerbitzarien arteko komunikazioetan). Biziraute horren atzean dagoen arrazoi nagusia da RTMPk eragiten duen atzerapen txikia (5 segundo izaten da). Beste arrazoi bat inertzia da: urteetan erabilitako protokolo nagusia izan da, ingeniariek ezagutzen dute, ondo funtzionatzen du, eta, aldatzeko beharrik ez dagoen bitartean, eutsi egiten dute lehenengo urrats horretan, bereziki atzerapenekiko sentikortasun handia duten live streaming saioetarako. Gero, transcoding egin behar da, front end zerbitzariek bideoak ikusleei helarazteko beste protokoloak erabiliz. 3.2. HTTP bidezko streaming-protokoloak Streaming-protokoloen bigarren belaunaldia lotuta dago HTTP protokoloarekin, streaming dinamikoarekin, eta HTML5 estandarrarekin. Hainbat arrazoi zeuden xxi. mendearen hasieran RTMPren garaia amaitzeko. Hasteko, nabigatzaileen ekoizleek hautsi egin nahi zuten Flash Player-ekiko menpekotasuna, eta, are gehiago, ez zuten nahi inongo pluginekin lan egin behar izatea. Horretarako bultzatu zuten HTML5 estandar berrian bideoak txertatzeko ahalmena, eta, batez ere, bideo horiek erreproduzitzeko ahalmen zuzena nabigatzailearen inplementazioan bertan edukitzea, inongo pluginik kargatu behar izan gabe. Beste alde batetik, RTMP protokoloarekin lan egiteak behartzen du streaming-zerbitzari espezifikoak ezartzea. Askoz erakargarriagoa zen dagoeneko CDN guztietan zeuden HTTP zerbitzariak erabiltzea bideoak zerbitzatzeko, front end gisa. Baina, horretarako, erreproduzitzaileek HTTP komandoak igorri behar zituzten, ez RTMP, RTSP edo beste edozein streaming-protokolok definitutako komandoak. Eta posible al da bideo baten erreprodukzioa kontrolatzea web-orriak deskargatzeko diseinatu zen HTTP protokoloa erabiliz? Bideoaren kontrola HTTPen bidez Bideo baten erreprodukzioa abiatu daiteke HTTP GET komando bat igorrita; nahikoa izango da streaming-zerbitzariarena egiten duen HTTP zerbitzaria bideoaren laginak bidaltzen hasteko. Erreproduzitzaile horrek bere bufferrean jasoko ditu laginak, eta, segundo batzuk geroago, bufferra beteta dagoela, hasiko da bideoa erreproduzitzen. Ikusleak beste ezer egiten ez duen bitartean, zerbitzariak mutur batetik elikatzen du bufferra, eta erreproduzitzaileak beste muturretik ateratzen ditu bideo-laginak, bideoa amaitu arte. Ikusleak saioa gelditu nahi duenean (pause) edo berriz abiatu nahi duenean (play), erreproduzitzaileak ez luke inongo komandorik igorri behar; nahikoa litzateke bufferretik informazioa ateratzeari uztea edo berriz ekitea, hurrenez hurren. Gero, TCPren fluxu-kontrolak geldiaraziko du zerbitzaria, bufferra betetzen denean, eta berriz aktibatuko du, ikusleak berriz play sakatu eta gero, erreproduzitzaileak berriz ekiten dionean bufferra hustutzeari. 66Multimedia-Internet Ikusleak bideoaren puntu zehatz batera joan nahi duenean, HTTP GET komandoaren byterange goiburukoa erabil daiteke. Goiburu horrek eskatutako bideoaren zatia zein den azaltzen du. Erabiltzaileak jauzi bat eskatzen duenean, nabigatzaileak HTTP GET berri bat bidaltzen dio zerbitzariari, eta zer bytetik jaso nahi duen azaltzen du goiburu horren bidez. Eskaera jasota, zerbitzariak birkokatu egiten du bidalketa. HTTP zerbitzarien bidezko streaming era berri horri pseudo streaming deitu izan diote askotan, RTMP edo RTSP streaming-zerbitzarien bidezko «benetako»’ streaming-sistemetatik bereizteko. • Streaming dinamikoa Deskribatutako erreprodukzioaren kontrolak, HTTP GET komandoen bidezkoak, atea zabaldu zion streaming dinamikoari. progressive downloading sisteman ez bezala, HTTP streamingsistemetan hainbat GET bidal daitezke bideo bat jasotzeko, bat ikusleak emandako jauzi bakoitzeko. Mekanismo hori muturreraino eraman daiteke, eta bideoaren zati bakoitzeko GET bat bidali, nahiz eta jauzirik egon ez. Hori da streaming dinamikoaren funtsa: bideoa zatika eskatu behar da, aldiro GET bat igorrita. Horrelako zatiei chunk edo bideo-segmentu izena eman zaie. Bideoa hainbat segmentutan dago zatituta, eta segmentu bakoitza hainbat datagramek osatuko dute. Bideoari dagozkion segmentuak fitxategiak izango dira, eta bideoaren manifest metafitxategian agertu behar da zein diren fitxategi horiek, beren ezaugarriekin batera (kodeketa, funtsean). Adibidez, 2.11 irudian, zazpi segmentutan dago zatituta bideoa. Segmentuaren tamaina lotuta dago erabilitako bufferraren tamainarekin, eta, ondorioz, erreprodukzioan izango dugun atzerapenarekin. Streaming dinamikoa erabiltzen duen protokolo bakoitzak definitzen du zein izango den segmentuaren tamaina hori, tipikoki 2 eta 10 segundo artekoa. 2.11 irudia. Streaming dinamikoa. Zatika eskatzeak malgutasun handia ematen die erreproduzitzaileei, unean aukeratzeko zein kalitateko bideo jaso nahi duen, eta, horrela, bufferra husteko abiadura uneko sarearen egoerari egokitzeko. Erreproduzitzaileak zelatatuko du bufferraren betetze-maila, eta, jaisten ari dela atzematen badu (hau da, bideoajasotzen duena baino azkarrago ari dela kontsumitzen, eskatuko du hurrengo segmentuak kalitate baxuagoan bidaltzeko. Gero atzematen badu konexioaren aurreko abiadura berreskuratu duela, berriz kalitate handiagoko segmentuak eska ditzake. 2.11 irudiko adibidean bideoaren hiru kopia ditu zerbitzariak, bakoitza kalitate desberdinekoa. Irudiko a, b, eta c kalitateak izan daitezke kalitate es- 2 BideoaetatelebistaInterneten67 tandarreko bideoa, HDTV eta 4K kalitatea, hurrenez hurren. Hasierako 3 segmentuak c kalitatean eskatu ditu erreproduzitzaileak. Gero, bufferra husten ari dela ikusita, a kalitatean eskatu ditu hurrengo bi segmentuak, laugarrena eta bosgarrena. Egoera hobetu dela atzemanda, seigarren segmentua eskatu du b kalitatean, eta, azkenean, berriz c kalitatean eskatu du zazpigarren segmentua. Aurregrabatutako bideoen kasuan, hasierako manifest metafitxategian ager daitezke bideoaren segmentu guztiak; live streaming batean, aldiz, zerbitzariak aldiro bidaltzen du manifest metafitxategiaren kopia berria, azken laginei buruzko informazioa zabaltzeko. Bideoa zatika eskatzeko era honi Adaptive Bit Rate (ABR) deitu zitzaion, streaming dinamikoa, edo streaming adaptatiboa. Bereziki erakargarria da telefono mugikorren bidez bideoak ikustean, telefonoen konexioak oso ezegonkorrak direlako, eta une bakoitzean dugun bideoak jaisteko abiadura oso aldakorra izan daiteke. Egoera horretan, askoz hobea da ikusten ari garen bideoaren hurrengo segundoak kalitatea baxuagoan jasotzea, kalitate handiagoko bideoa gure pantailan izoztea baino. Streaming dinamikoa erabiltzen da ikusleen nabigatzaileen eta front end zerbitzarien artean; ez da normala streamingaren lehenengo urratsean erabiltzea, iturrien eta front end zerbitzarien artean, alegia. HTTP streaming dinamikorako onartu den estandar bakarra MPEG-DASH da (Dynamic Adaptive Streaming over HTTp), baina oso erabiliak eta antzekoak diren beste aukera pribatu batzuk ere badaude. Izan ere, testu hau idaztean gehien erabiltzen dena ez da aipatutako estandarra, Apple-ren HTTp Live Streaming (HLS) protokoloa baizik. Protokolo horiek guztiek ezaugarri berdinak partekatzen dituzte (HTTPn oinarrituta, eta bideoa segmentutan zatituta egotea), baina bakoitzak bere xehetasunak ditu, eta horrek beren arteko bateraezintasuna sortzen du. Definitzen duten segmentuaren tamaina desberdinaz gain, erabiltzen dituzten bideo-kontainerrak ere ez dira berdinak; MPEG-DASH protokoloa mp4 kontainerrarekin lotuta definitu zuten, eta HLS, aldiz, MPEG Transport Stream kontainerrarekin. Hala izanik, bideo bat gehien erabiltzen diren bi protokoloen erabiltzaileei eskaini nahi zitzaienean, bideo horren bi kopia sortu eta biltegiratu behar ziren, bat protokolo eta kontainer bakoitzeko. Kostu bikoitz horrekin amaitzeko asmoz adostu zuten CMAF bideo-formatu berria 2018. urtean, streaming zerbitzuentzako diseinatua (Common Media Application Format). Geroztik, HLS zein DASH zerbitzariek eta erreproduzitzaileek onartzen dute formatu amankomun hori, eta berarekin lotutako fMP4 kontainerra (fragmented Mp4). HTML5• Ikuslearen web-arakatzailearen eta erreproduzitzailearen arteko harremana aldatu egin da urteek aurrera egin ahala. Hasieran, bideo bat ikusi ahal izateko arakatzailea erabiliz, erreproduzitzeko ahalmena plugin moduan gehitu behar zitzaion nabigatzaileari. Horixe egin da QuickTime-ren, RealPlayer-en eta, batez ere, Adobe Flash pluginaren garaian. Baina 2007. urtetik aldarrikatu zen web-orrietan bideoak txertatu ahal izatea, baita arakatzaileei bideoak zuzenean erreproduzitzeko ahalmena ematea ere, inongo pluginik erantsi beharrik gabe. Eskaera hori asetzeko, HTML5 estandar berrian bideorako <video> elementua gehitu zuten, eta erreproduzitzailea arakatzaileak berak egikarituko duen Java Script aplikazio bilakatu zuten. Flash-en aroaren amaiera 2011. urtean hasi zen, Adobe konpainiak iragarri zuenean ez zuela gehiago eguneratuko bere plugina mugikorretarako; eta prozesu hori azkartu egin zen 2015. urteko urtarrilean, YouTube-k iragarri zuenean Flash-en ordez HTML5 lehenetsiko zuela bideoak erreproduzitzeko. Hala eta guztiz ere, HTML5 estandarraren hasierako arrakasta oztopatu zuena arakatzaileek onartu beharreko bideo-kodeketarako adostasun eza izan zen. HTML5ek erraztasun handia ekarri dio bideoak argitaratu nahi dituenari. Nahikoa da HTMLlerro batzuk txertatzea web-orri batean, eta zure bideoa eskura dago arakatzaile moderno guztientzat. Bere modurik sinpleenean, honelako lerro bat besterik ez da: <video controls> <source src=”Mendiak.mp4” type=”video/mp4”> </video> Bideoaren iturria <src> atributuaren balioa da, eta hor azaldu behar da, beste edozein agiri motarekin bezala, bideoa gordetzen duen fitxategirako ibilbidea zerbitzariaren diskoan. <type> 68Multimedia-Internet atributuak zer kodeketa mota erabili den azaltzen du, MIME identifikadoreak erabiliz, eta <controls> atributuak, berriz, arakatzaileari agintzen dio bideoaren kontrolerako ohiko botoiak txertatzeko leihoan (play, pause, stop...). Beste adibide honetan bideo bera eskaintzen zaio arakatzaileari, baina hiru kodeketa desberdin ditu aukeran: <H2> HTML5 bideoa, formato desberdinetan eskainita </H2> <p> <video width=”600” height=”400” controls> <source src=”media/Mendiak.ogv” type=”video/ogg”> <source src=”media/Mendiak.webm” type=”video/webm”> <source src=”media/Mendiak.mp4” type=”video/mp4”> Zure arakatzaileak ezin du HTML5 bideoa erreproduzitu!! </video> </p> Arakatzaileak emandako aukerak agertzen diren hurrenkeran aztertzen ditu, eta, onartzen duen formatu bat topatzen duenean, hori hartu eta bilaketa eteten du. Adibidearen bukaeran agertzen den oharra nabigatzaileak eskainitako inongo formaturik onartzen ez badu pantailaratuko du soilik. HTML5 <video> elementuarekin lan egiteko JavaScript API batzuk ere definitu dituzte. Garrantzitsuenak MSE (Media Source Extensions) eta EME (Encrypted Media Extensions) dira. Horiei esker, asko erraztu da arakatzaileek egikarituko dituzten JavaScript erreproduzitzaileak sortzea. 3.3. Atzerapen baxuko streaming-protokoloak Streaming-protokoloen bilakaera etengabea da. HTTP streaming dinamikoa nagusitu ondoren, hurrengo erronka atzerapena minimizatzea izan da. HLS edota DASH sistemen bidezko atzerapena 15 segundotik gorakoa izaten da, nahikoa aurregrabatutako bideoak zerbitzatzeko, baina gehiegi zuzeneko komunikazioetarako. Une honetan, bi bide jorratzen ari dira atzerapen hori gutxitzeko. Bata segmentuen tamainan eta aurrekargan datza; bestea, bideoak transmititzeko garraio-mailan UDP protokoloa erabiltzean. Atzerapen baxuko HTTP streaminga Atzerapenaren osagai nagusia aurrekarga da. Hasierako HTTP streaming-sistema dinamikoen lehentasuna zen etenaldiak ekiditea, eta ez atzerapena minimizatzea. Ondorioz, definitutako segmentazioak eta eratorritako bufferren tamaina handia zen. Arreta atzerapenean jarri denean, jorratutako lehenengo aukera segmentazioaren eta bufferren birdefinizioa izan da, txikiago bilakatzeko. Hori da, funtsean, HLS eta DASH protokoloen atzerapen txikirako aldaerek egiten dutena (Low Latency HLS eta Low Latency DASH). Aldaera horiek bateragarriak dira protokolo bereko aurreko bertsioekin; erreproduzitzaileak ez badu onartzen atzerapen txikiko bertsioa, zerbitzariak automatikoki erabiliko du protokoloaren bertsio arrunta. Bide beretik doa dagoeneko aipatu dugun CMAF formatu berria erabiltzeko aukera. CMAF proposamenaren helburu nagusia formatu bakarra erabiltzea izanda ere, aukera aprobetxatu zuten, eta definitutako segmentazioan erabilitako chunken tamaina ere gutxitu egin zuten, atzerapena laburtzeko asmoz. UDP bidezko streaminga Atzerapena jaisteko hartutako beste bidea TCP eta bere kongestio-kontrolak baztertzea izan da, eta, horren ordez, UDP erabiltzea bideoa garraiatzeko. Neurri batean, RTSP bezalako hasierako streaming-sistemetarako itzultzea da. Bide hori hartu duten proposamenak dira SRT protokoloa eta WebRTC bidezko streaminga. 2 BideoaetatelebistaInterneten69 SRT protokoloak (Secure Reliable Transport) izen nahasgarria du, aplikazio-mailako protokolo bat baita. Bideoa eta aginduak UDP datagrametan bidaltzen ditu, arintasunaren bila. Hala ere, UDP erabiltzeak ez du esan nahi TCPk ematen duen fidagarritasunari uko egitea; SRT protokoloak berak inplementatzen ditu, aplikazio-mailan, galerak berreskuratzeko behar diren mekanismoak. Horrela, nolabait, UDPren eta TCPren onurak konbinatzen ditu; alde batetik, arintasuna, eta, bestetik, fidagarritasuna. Arintasun horri esker, SRT erabiltzen duten streaming-sistemetan atzerapena 3 segundopean jar daiteke. Egun erabiltzen diren HTTP gaineko streaming-protokoloekin alderatuta, SRT protokoloak duen handicap handia da, berriz, bere inplementazioaren hedapen eza arakatzaileetan. TCP baztertzeak HTTP ere baztertzea dakar, eta, ondorioz, ez dago mahai gainean SRT erabiltzea streamingzerbitzarien eta ikusleen artean. Aldiz, SRT proposatu da streaming-sistemen lehenengo urratsean erabiltzeko, hau da, iturrien eta front end streaming-zerbitzarien artean, RTMPren ordez. UDP gainean dabilen beste aukera bat WebRTC da (Web Real-Time Communication, RFC 8825). Berez, WebRTC ez da protokolo bat, denbora errealeko komunikazioetarako behar direnak biltzen dituen lanerako testuinguru bat baizik, non protokoloak, estandarrak eta, batez ere, API batzuen definizioa baitaude. Ez zen definitu bideo-streaming sistemetarako, arakatzaileen arteko komunikazio zuzenetarako baizik. Ikusi dugun HTML5 estandarraren bide beretik doa, hau da, APIak definitzen ditu, arakatzaileak denbora errealeko komunikazioetarako bezero bilakatzeko. API horiek edukitzeak aplikazioen sortzaileak askatzen ditu komunikazioen inguruko arazoetatik, hala nola, kodetzaileen erabilerari edo bideoaren transmisioari buruzkoetatik. Hasiera batean, sare sozialetako lagunen arteko bideokonferentzietan erabiltzen zen nagusiki, baina segituan zabaldu da bere erabilera taldeko streaminga egiteko, eta de facto estandar bat bilakatzen ari da taldean live streaming egitean. Ohartu bideokonferentzia baten eta zuzeneko streaming baten arteko aldea oso txikia dela; bietan igorleak unean bertan ari dira transmititzen hainbat hartzailerentzat. Bere hurrengo erronka da WebRTC erabiltzea bideo-banaketa masiborako sistemetan ere. Bideoa eta audioa transmititzeko RTPren bertsio segurua erabiltzen dute WebRTC aplikazioek, eta, horren azpian, UDP. Galerak berreskuratzeko, hurrengo kapituluan aztertuko ditugun FEC teknikak erabiltzen dira (ikusi RFC 8854). Horrek guztiak ahalbidetzen du oso atzerapen txikia lortzea, segundo erdi baten azpitik (Ultra Low Latency). Neurri handi batean, WebRTC sistemek streaming-aroaren hasierara itzularazi gaituzte, RTP/UDP bikotea erabiltzen zuten RTSP streaming-sistemen garaira, alegia. Garai horretan RTSPk izan zituen arazoak hor ditugu oraindik, baina orain baditugu orduan ez zeuden irtenbideak. NAT eta antzeko gailuak gainditzeko, WebRTC sistemek ICE protokoloak erabiltzen dituzte (IP telefonia aztertzean ikusiko dugu ICE estandarra). Beste alde batetik, HTTP zerbitzariekin lan egitea ez da behar bat edo abantaila bat WebRTC komunikazioetan, bi arakatzaileen arteko komunikazio zuzenetarako baitago definituta WebRTC. Hau da, ez dugu behar inongo protokolorik bideoa eskaintzen digun zerbitzari batekin komunikatzeko, horren zerbitzaririk ez dagoelako. Bideoa arakatzaile batek eskaintzen die beste arakatzaileei, komunikazioari P2P kutsua emanez eta WebRTC-k definitzen duen arakatzaileen arteko protokoloa erabiliz. Bideo-banaketa masiborako sistemetan WebRTC erabili izan da hasieran iturrien eta streaming-zerbitzarien arteko komunikazioan, RTMPren ordez, eta SRTrekin lehian. Baina WebRTC jauzia ematen ari da streaming-sistemen bigarren zatira ere, front end zerbitzarien eta ikusleen arakatzaileen arteko komunikazioetara, arakatzaile horiek dagoeneko prest daudelako WebRTC komunikazioetarako; eta gogoan izan WebRTC-ren bidez agertzen diren atzerapenak HTTP/TCP bidezko streaming-sistemetan lortzen direnak baino askoz baxuagoak direla. 4. P2P streaminga Bideo-sortzaile partikularrek beren bideo laburrak lagunen eskura jarri nahi dituztenean, nahikoa izan ohi dute sarean dauden doako zerbitzuak erabiltzea, CDN bidezko streaminga era- 70Multimedia-Internet biltzen dutenak. Baina zerbitzu horiek egokiak ez direnean, gauzak konplikatu egiten dira. CDN sareek eskema zentralizatuaren eskalagarritasunaren arazoa gainditzen dute, baina garestiak dira. Soilik konpainia handi batzuek sortu eta kudea dezakete CDN bat osatzen duen zerbitzari-gune sorta. Gure bideoak banatzeko CDN baten zerbitzuak erabiltzerik ez badago, edo inola ere ez badugu erabili nahi, aukera bat izan daiteke P2P streaminga. P2P streaminga egiteko aukera xxi. mendearen hasieran sortu zen. Denboraren poderioz, CDN aukera nagusitu da, eta, abiatu ziren P2P streaming-egitasmo asko desagertu badira ere edo CDN izaera hartu badute ere, badago teknologia hori erabiltzen duen komunitate handi bat Interneten. Horrez gain, ez da baztertu behar etorkizunean gainditzea egun P2P streaming-sistemek dituzten arazoak. 4.1. P2P streamingaren erakargarritasuna P2P akronimo anglosaxoia hitz-joko batetik eratorritakoa da. Berez, peer-to-peer du esanahia, hau da, berdinen artekoa. Ohiko bezero-zerbitzari ereduaren alternatiba gisa sortu zen, Interneten zerbitzu bat jaso ahal izateko inongo zerbitzariren menpe izan gabe, eta, berez, zerbitzari hori kudeatzen duen inoren menpe izan gabe. Sare-aplikazioen eredu berri hori fitxategiak partekatzeko asmatu zuten, baina, gero, beste aplikazio asko aurkitu zaizkio; tartean, P2P streaminga. Sistemaren ideia honako hau da: zerbitzua jaso nahi duten erabiltzaileek, eta ez zerbitzariek, zerbitzua emango diote elkarri, 2.12 irudian agertzen den moduan. Eredua, teorian behintzat, guztiz horizontala da: partaide guztiek zeregin bera dute, eta, zerbitzariek sortzen duten menpekotasunaren aurrean, partaideen arteko elkarlana dago. Hori horrela izanik, zenbat eta erabiltzaile gehiago izan, orduan eta zerbitzu hobea lortzen da, P2P sarean parte hartzen duten erabiltzaile horiek beste erabiltzaileei zerbitzua eman diezaieketelako. Hau da, P2P sistemak guztiz eskalagarriak dira, edo, beste era batean esanda, erabiltzaile kopurua handitzen den heinean, sistemak erantzun egokia ematen du kalitaterik galdu gabe eta sistemaren kostuak handitzeko beharrik gabe. CDNetan erabiltzen den bezero-zerbitzarien sistemen dinamika guztiz kontrakoa da: erabiltzaile kopurua handitzen den heinean, emandako zerbitzua narriatu egiten da, zerbitzariak edo beste azpiegiturak (sare-ahalmena zerbitzariaren konexioan, argindarra...) ito arte, zerbitzari kopurua eta behar diren beste azpiegitura guztiak handitu ez badira. 2.12 irudia. Bezero-zerbitzaria eta P2P eredua. 2 BideoaetatelebistaInterneten71 P2P streamingeko sare baten kasuan, partaide bakoitzak bideoaren zatiak jasotzen ditu beste partaideengandik, eta, aldi berean, jasotakoak beste partaideei birbidaltzen dizkie. Sarean partaide gehiago egonez gero, iturri gehiago izango ditu aukeran partaide bakoitzak bideoa jasotzeko, eta, ondorioz, kalitate hobea lortzeko probabilitatea handitu egiten da. Adibidez, partaide batek emandako seinalea oso ona ez bada, sarean urruti dagoelako, gertuago dagoen beste partaide bat topatzea erraza izango da partaide asko baldin badaude sarean. Edo gure iturri batek P2P sarea uzten badu, hobe da beste partaide asko aukeran izatea, bera ordezkatzeko. Eskalagarritasun horretan datza P2P sistemen erakargarritasuna. 4.2. P2P streamingerako aukerak Bi dira P2P sareak egituratzeko erak: zuhaitz moduko P2P sareak eta P2P lainoak (swarming P2P). P2P zuhaitzek multicast kontzeptua gauzatzen dute aplikazio-mailan, multicast-metasare bat eraikiz Interneten. Multicast kontzeptua geroago aztertuko dugu. P2P lainoetan, partaideak taldetan antolatzen dira (talde bakoitza swarm bat da, hau da, erlekume bat), eta partaide bakoitzak taldeko beste partaide batzuekin trukatzen du informazioa, batzuei igorriz eta besteengandik jasoz. Bi kasuetan, zuhaitzean eta lainoan, hainbat aldiz kodetzen da bideoa, MDC teknika erabiliz. Multiple Description Coding (MDC) MDC kodetze-sistema erabiltzen da bideo bakarra hainbat azpistreametan kodetzeko eta transmititzeko. Azpistream bakoitzari deskribapen (description) deritzo teknika horretan. Bideoa erreproduzitzeko, nahikoa da deskribapen bakar bat jasotzea, baina hainbat deskribapen ere har daitezke paraleloan, eta, guztiak erabilita, bideoa erreproduzitu. Erreprodukzioan lortutako kalitatea erabilitako deskribapen kopuruaren araberakoa da: maximoa izango da deskribapen guztiak erabiltzen direnean. Hori horrela izanik, partaide batek ahalik eta deskribapen gehien lortu behar du beste partaideengandik, eta, aldi berean, igortzeko ahalmenaren arabera, beste partaideei ahalik eta deskribapen gehien birbidaltzen saiatu behar du. Kodetze-sistema horri esker, gainera, streaming dinamikoa egin daiteke P2P sareetan, era naturalean, partaide bakoitzak bilatuko baitu jaso dezakeen deskribapen kopuru handiena une bakoitzean. P2P zuhaitzak Aukera horretan, partaideak zuhaitzetan antolatzen dira; hau da, partaide batek jasotzen duen informazioa beste hainbat partaideri birbidaltzen die. Salbuespena zuhaitzaren hostoak dira, jasotakoa ez baitiote birbidaltzen beste inori. Eskema horrek talka egiten du erabiltzaileen Internetkonexioen ahalmenaren asimetriarekin. Hau da, nodo batek jasotze-ahalmen gehiena erabiltzen badu stream bat ahalik eta kalitaterik hoberenean jasotzeko, ezingo du igorri abiadura berean, are gutxiago kopia bat baino gehiago, etxeetako Internet-konexioek askoz ahalmen handiagoa baitute beheranzko noranzkoan (downstream), goranzkoan baino (upstream). Horregatik erabiltzen da MDC kodeketa P2P streamingean. Beraz, bideo bat ikusteko, ez da sortzen zuhaitz bat partaideen artean, baizik eta hainbat zuhaitz; eta zuhaitz bakoitzean MDC kodeketaren bidez sorturiko deskribapen bat banatzen da partaideen artean. Erabiltzaile batek hainbat zuhaitzetan hartuko du parte, transmisio-ahalmenaren arabera. Normalean, partaide bat zuhaitz bakar batean izango da barruko nodoa, eta, beste guztietan, hostoarena egingo du. 2.13 irudian, adibidez, A partaidea hostoa da bi zuhaitzetan, eta barruko nodoa beste batean. Zuhaitzak sortzeko eta eguneratuta eusteko, algoritmoak gako nagusia dira P2P zuhaitzen bidezko banaketan. Erabilitako algoritmoak saiatzen dira zuhaitzak ahalik eta egonkorrenak eta laburrenak izan daitezen. Arazo handiena partaideek alde egiteari aurre egitea da. Nahiz eta P2P izaera aldarrikatu, ohartu sistema horretan partaide guztiak ez direla berdinak. Bideoaren iturburua den nodoak beti eduki behar du igortzeko ahalmen nahikoa MDC deskribapen guztiak aldi berean transmititzeko. Are gehiago, saiatu behar da MDC deskribapen bakoitzeko 72Multimedia-Internet ahalik eta kopia gehien isurtzen sarean. Haietako kopia bakoitza zuhaitz baten iturburua izango da, eta, beraz, bideoaren iturria den nodoa zuhaitz guztien iturburua da. Tartean agertzen bada jasotako deskribapen guztiak birbidaltzeko ahalmena duen partaideren bat, ederto. Horri supernodo deritzo. Supernodoak ager daitezke hainbat zuhaitzetan barruko nodo gisa, eta inon ez hostoarena egiten. Zerbitzua iturburuaren eta supernodoen menpe dagoenez, zilegi da kolokan jartzea eskema honen P2P izaera, bere filosofian behintzat. 2.13 irudia. Bideo baten banaketa P2P hainbat zuhaitzetan. Irudian hiru MDC azpistream banatzen ari dira, bakoitza bere zuhaitzean. A nodoa hostoa da X eta Z azpistreamerako zuhaitzetan, eta barruko nodoa Y zuhaitzean. P2P lainoak P2P streamingeko lainoek (swarming) fitxategiak trukatzeko BitTorrent sistemaren ideia bera hartzen dute. Laino batean, partaideen arteko loturak ez daude hierarkikoki antolatuta, zuhaitzetan bezala, baizik eta zorizko moduan, sareta baten antza hartuta. Partaide batek iturri bat baino gehiago izango ditu, deskargatzeko ahalmenaren arabera ahalik eta MDC deskribapen gehien jasotzeko. Gainera, igortzeko ahalmenaren arabera, deskribapen horiek guztiak beste partaideei birbidaliko dizkie. Bideo bat ikusteko, partaideak laino batean sartu behar du. Horretarako, laino horren nodo-abiarazle bat behar du (bootstrapping node), balizko iturrien zerrenda lortzeko. Abiarazleak lainoko partaide bakoitzaren lan-zama erregistratzen du une bakoitzean, eta informazio horrekin prestatzen du partaide berri bakoitzarentzako zerrenda. BitTorrent hizkeran, abiarazlea trackera da, eta bideoaren iturburua den makina, berriz, seeda. Partaideen arteko informazio-trukea bi noranzkoetan egin daiteke, edo bakar batean. 2.14 irudian duzu laino baten adibidea. 2.14 irudia. P2P laino bat (swarming). 2 BideoaetatelebistaInterneten73 P2P lainoak eta zuhaitzak hasieran ematen duena baino antz handiagoa dute. Partaide baten zuhaitz guztiak aldi berean kontuan hartuta, lainoa bezalako egitura bat sortzen da, baina loturak beti noranzko bakarrekoak izanik. Bi kasuetan, partaide bakoitzak deskribapen batzuk jasotzen ditu beste partaide batzuengandik, eta beste partaide batzuei helarazten dizkie haietako deskribapen batzuk. Bi kasuetan behar da abiarazlearena egiten duen nodoren bat, askotan bideoaren iturburuak berak egiten duena. Eta, erreproduzitzen hasi baino lehen, bietan gehitu behar zaio aurrekarga-denborari P2P sarean sartzeko behar den tartea (join time). Sistemen eta P2P partaide kopuruaren arabera, denbora horiek aldakorrak dira. Ideia bat egiteko, 4 eta 15 segundo arteko sartze-denborak neurtu dira. Kontuan izan denbora hori behar dela ikusten ari garen bideoa aldatzen dugun bakoitzean, horrelako aldaketa batek P2P sarez aldatzea baitakar. Orokorrean, emaitza hobeak ematen dituzte P2P lainoek zuhaitzek baino. 4.3. P2P streamingaren mugak Inbertsio-behar baxuagatik eta eskalagarritasunagatik oso erakargarria izanda ere, P2P streaminga ez dago oso hedatuta, CDN streamingarekin alderatzen badugu behintzat. Errealitate horren arrazoi nagusiak bi dira: erabiltzaileen sinkronizazioaren beharra eta lortutako kalitate eskasa. Sinkronizazioaren beharra Sinkronismoari dagokionez, ohartu P2P sistema baten partaide guztiek aldi berean jaso behar dutela zerbitzua; streamingaren kasuan, horrek uneko streaming-aplikazioetara (live streaming) mugatzen du erabilgarritasuna, aurretik grabaturiko bideoen eskari-zerbitzuan (VoD) oso baxua baita erabiltzaileen arteko sinkronizazioa. Hau da, eskaria ikaragarria duten bideoen kasuan izan ezik, oso zaila da hainbat partaidek une bertsuan eskatzea bideo bera ikusteko. Uneko streamingak, aldiz, berezkoa du sinkronizazio hori, beti aldi berean ari baitira ikusle guztiak ikusten zuzenean igorritako bideoa. Baina, P2P streamingaren sustatzaileen zoritxarrerako, aurretik grabatutako bideoen zerbitzua da nagusia. Izan ere, telebistaren kontzeptua aldarazten ari dira ikusleak, garai bateko hedapeneredua baztertuz eta eskatu ahalako eredu berria hartuz. Egungo telebista-ikusleak, batez ere gazteak, ez dira eroso sentitzen ordutegi eta telebista-programazio bati lotuta; haiek aukeratzen dute zer, noiz eta nola (telefonoan, egongelako telebistan, logelako ordenagailuan...) ikusi nahi duten bideo bat (programa hitza gero eta gutxiago erabiltzen dugu pantaila batean ikusten duguna izendatzeko), eta ez daude prest publizitaterako etenik pairatzeko film baten erdian daudela. P2P streaminga aurretik grabatutako bideoen banaketarako egokia ez bada ere, hor daude zuzeneko ekitaldiak. Baina, eremu horretan ere, CDN streaminga eta, batez ere, betiko telebista-sareak dira nagusi, eta ez hain merkea eta eskalagarria den P2P streaming-teknologia. Arazoa lortutako kalitatean datza. Alde batetik, P2P streaming-sistemek oso atzerapen nabaria sortzen dute ekitaldiaren beraren eta haren erreprodukzioaren artean. Atzerapen horretan, P2P sarean sartzeko denborak (join time) eragiten du, baita aurrekargak ere, zeina P2P sistemetan CDNetan baino handiagoa baita, P2P sareak CDNak baino ezegonkorragoak baitira eta informazioak ibilbide luzeagoak egin behar baititu nodoen artean. Egonkortasunari dagokionez, edozein unetan gerta daiteke partaide baten iturriren batek P2P saretik alde egitea. Hori gertatzen denean, partaideak denboratarte bat behar du beste iturri bat lortu arte. Etengabeko iturri-aldaketa horri aurre egiteko (churn esaten diote ingelesez, change-and-turn hitzetatik eratorrita), aurrekarga-maila handitu behar da, eta horrek erreproduzitzeko atzerapena handitzea dakar. Beste alde batetik, gogoratu iturburuaren eta erreproduzitzailearen arteko distantziak ere handitzen duela etenak izateko arriskua. P2P sareetan, distantzia hori, segundotan neurtuta, askoz handiagoa eta ezegonkorra da, tartean hainbat P2P partaide eta bideratzaile baitaude, eta ez soilik hainbat bideratzaile (bideratzaileak, gainera, askoz eraginkorragoak dira datagramak birbidaltzeko P2P sareko partaideak baino). Ikusi, adibidez, 2.15 irudiko (b) aukera, non azken partaideraino heldu arte, iturriak igorritako datagramek beste 80Multimedia-Internet seinalea bidaltzen diena. Erabiltzaileak igorle laguntzaileekin konektatzen dira, seinalea streaming eran jasotzeko. (b) P2P moduko banaketa-sarea antolatu, seinalea jaso nahi duten bezeroek osatuta. Berriro, jatorrizko igorle bakarra dugu. Honek seinaleko streama igorriko die hainbat bezerori. Hauetako bezeroek, aldi berean, P2P sareko partaide diren beste hainbat bezerori birbidaliko die jasotako streama. Gauza bera egingo du seinalea jasotzen duen bezero bakoitzak: berarekin lotuta egon daitezkeen P2P sareko beste bezero bati birbidali seinalea. Horrela, sareko bezero guztiengana helduko da seinalea. Alderatu bi diseinu, honako parametro hauek kontuan hartuz: (a) Sistema abiatzeko behar den hasierako inbertsioa, eta sistema mantentzeko kostuak. (b) Sistemaren eskalabilidadea: zein egokitzen da hobeto erabiltzaileen kopurua aldatzen denean? (hartzaile gehiago edo gutxiago). (c) Erabiltzaileak jasotako seinalearen kalitatea. 8) Demagun transmisio helburuanitz bat, non igorlea bakarra baita eta 16 hartzaile baitaude, den-denak igorletik 4 jauziko distantzian kokatuta (hau da, 3 bideratzaile daude igorlearen eta hartzaile bakoitzaren arteko bidean). Igorlea eta hartzaileak konektatuta daude bideratzaileek osatutako zuhaitz bitar baten bidez, eta igorlea erroan dago. Hau da, igorleak eta bideetako bideratzaile bakoitzak bi datagrama igortzen dituzte. (a) Neurtu datagrama baten transmisioaren kostua, unicast moduko transmisio helburuanitza eta benetako transmisio helburuanitza erabiliz. Har ezazu datagrama bat edo haren kopia linea batean transmititzea kostuaren unitatea dela. (b) Zein litzateke kasurik onena multicast-transmisiorako, betiere 3 bideratzaile egonda igorlearen eta hartzaile bakoitzaren artean? Zein litzateke datagrama baten transmisioaren kostua kasu horretan? (c) Kasurik txarrenean, multicast-transmisioaren kostua eta unicast-transmisioarena berdinak dira. Zein da kasu txarren hori, igorlearen eta 16 hartzaileen artean beti hiru bideratzaile egonda? 9) Transmisio helburubakarrarekin (unicast) alderatuz, transmisio helburuanitzak (multicast) duen abantailarik handiena da sarean sortzen den trafiko kopuru txikiagoa. Azter ezazu nolako eragin ekonomikoa duen abantaila horrek Internet bidezko telebista-zabalkunderako sistema baten honako partaide hauengan: — Telebista-igorlea. — Telebista-igorlearen Internet hornitzailea (ISP). — Ikusleen ISPak. — Telebista-saioak jasotzen dituzten etxeko erabiltzaileak. Egin ezazu azterketa hori honako bi kasu hauetan: (a) Telebista-igorleak eta jasotzaile guzti-guztiak auzo berean daude kokatuta, eta ISP bera dute. ISP horrek sartzeko nodo bakarra du, eta horri daude konektatuta ISPren bezero guztiak. Nodo bakar horretan kommutatzen dira ISPren bezeroen arteko datagramak, beste inongo saretatik igaro gabe. (b) Telebista-saioak jasotzen dituzten erabiltzaileek ISP desberdinekin dute beren Internet konexioa, eta ISP horietako bat ere ez da telebista-igorleak duena. 10) Demagun honako sare-eskema hau, non igorlea telebista-igortzaile bat baita, eta beste nodo guztiak horren hartzaileak baitira. 2 BideoaetatelebistaInterneten81 Bete ezazu honako taula hau; bertan, bideo-streama osatzen duen datagrama bakoitzeko: — iSp1, Tier, iSp2, iSp3 zutabeetan, horietako sare bakoitzetik ateratzen den datagrama kopurua jaso behar da. — Unicast lerroa unicast eran transmititzen den egoerari dagokio. — ip multicast lerroa multicast eran transmititzen den egoerari dagokio, sare guztietako bideratzaileak m-bideratzaileak direla hartuta. — p2p multicast lerroa P2P eran transmitizen den egoerari dagokio, MDC erabili gabe. Suposatu honako P2P harreman hauek osatzen dutela P2P sarea (igorlea, hartzaileak): (igorlea, a2-a3), (a2, b2-c2), (a3, b3-c3), (c2, d2-e2), (c3, d3-e3). — Multicast-tunelak lerroa saioa mcast-tunelak erabiltzen duen egoerari dagokio. Suposa ezazu (1) igorleak multicast eran transmititzen duela, (2) ISPak ez direla multicast-sareak, (3) baina Tier1/2 maila eta erabiltzaileen artean (igorlea eta hartzaileak dira erabiltzaileak) multicast-tunelak ezarri direla. — Batura zutabeak lerro bakoitzaren batura biltzen du. Egoera ISP1 Tier ISP2 ISP3 Batura unicast IP multicast P2P multicast Multicast-tunelak 11) Demagun live streaming transmisiorako P2P diseinu bat, bitTorrent-en oinarrituta. Aztertu Tit-for-tat algoritmoaren eraginkortasuna horrelako aplikazio batean. 12) Lotu honako akronimo eta termino hauek dagokien kontzeptuarekin. Kontuan izan termino batzuk sinonimoak direla, eta, beraz, kontzeptu bera lotu behar zaiela: — IPTV — TCP splitting — Metafitxategia — MDC — Aurrekarga — SRT — Pseudo streaminga — Netflix — walled garden — Aurrekarga — RTMP — OTT (Over-The-Top) — RTP — HTML5 — MPEG-DASH — CDN — Abiatzeko atzerapena — triple play — Akamai — WebRTC — progressive downloading — prefetching — RTSP — HLS — Manifest fitxategia — Tit-for-tat — MSS — Content provider — ABR 82Multimedia-Internet 1. Erreprodukzioa hasi baino lehen, bildu memorian erreproduzitu behar denaren zati bat. 2. Streaming-sistema batean, erreprodukzioa hasi baino lehen emandako denbora, bufferra kargatu arte. 3. Streaming-sistema batean, sarean edukiak sartzen dituena. 4. Telebista Internet bidez banatzeko estandar multzoa, ETSIk eginda. Walled-garden erako banaketa sistemekin lotzen da. 5. Internet bidez zerbitzuak jasotzeko era, ISPren kontrolik gabe. 6. Internet bidezko telebista zerbitzua jasotzeko eredua, non ISPk berak hornitzen eta kudeatzen baitu zerbitzua. 7. Internet, telefonia, eta telebista-zerbitzuak kontratu bakar batean eskaintzeko ISPek erabiltzen duten izena, walled garden eredua gauzatuz. 8. Stream bat jaso eta erreproduzitu ahal izateko behar den informazioa biltzen duen fitxategia. 9. Audio eta bideo interaktiboa erabiltzen dituzten denbora errealerako aplikazioetarako definitutako protokoloa, streaming-sistemetan UDPrekin batera normalean erabiltzen dena. 10. Multimedia-aplikazioen kontrol-kanalerako definitutako protokoloa, normalean RTP/ UDP streaming-sistemetan erabilita. 11. Igorritako stream baten kalitatea sarearen egoerari eta ezaugarriei egokitzen dioten teknikak. 12. Edukiak biltzen eta zerbitzatzen dituzten zerbitzariek osatutako sareak. Besteak beste, Internet bidezko bideoeta telebista-banaketarako erabilita. 13. OTT telebistarako edukien hornitzaile baten adibidea, egungoen artean handienetakoa. 14. CDN adibide bat. 15. Urruti dauden zerbitzarietatik informazioa jaisteko denbora gutxitzeko teknika, CDNtan erabilita. 16. BitTorrent sareetan erabiltako algoritmoa, bizkarroikeriak zigortzeko erabilita. 17. Stream bat hainbat azpisteametan banatzeko teknika, P2P stream-sistemetan erabilita. 18. Web-orrietarako estandar berria, orrietan bideoa txertatzea asko errazten duena. 19. HTTP streaming jatorrizko era. 20. Flash streaming teknologian erabilitako protokoloa. 21. ABR teknologia HTTP gainetik erabiltzen duen nazioarteko estandarra. 22. Apple konpainiaren streaming-protokoloa, ABR gauzatzen duena. 23. Microsoft konpainiaren streaming-protokoloa, ABR gauzatzen duena. 24. Bidekonferentzietarako sortutako teknologia, egun oso erabilia live streaming-erako. 25. UDP gaineko streaming egiteko protokolo berria, RTP/RTSPren ordezkoa, oso atzerapen txikia eragiten duena. 3 IP telefonia Kapitulu hau irakurri eta gero, irakurleak honako gai hauek ikasiko ditu: — Nola lortzen den IP sareetan telefonia-zerbitzua ematea, kontuan izanda telefoniaren denbora errealeko izaera zorrotza eta IP sareen zerbitzua best effort erakoa dela. — Zein diren IP telefonian erabiltzen diren protokolo nagusiak. — Nolakoa den SIP telefoniaren funtzionamendua. — Nolakoa den Internet bidezko telefonia eta betiko telefono-sareen arteko komunikazioa. — Nola erabiltzen duten IP telefonia-enpresek. Asko aldatu da telefonia azken hamarkadetan. Betiko telefono-sarea analogikoa eta zirkuitukommutazio bidezkoa zen; gaur egun, telefono-komunikazioak digitalak izaten dira, eta, gero eta gehiagotan, pakete-kommutazio bidezkoak. Lehenengo aldaketa mundu analogikotik digitalera igarotzea izan zen. Digitalizazio hori lehenengo kapituluan aztertu dugu, ikuspuntu teknikotik. Azpiegituren aldetik, telefonia operadoreen sareetan digitalizatu da lehenik, eta, askoz mantsoago eta geroago, sarbide-sareetan. Izan ere, oraindik, etxeko telefonoaren eta auzoko telefonogunearen arteko bidea era analogikoan egiten da askotan, eta soilik telefonogunean digitalizatzen da seinalea operadorearen sarean sartu baino lehen. Bigarren aldaketa handia, zirkuitu-kommutaziotik pakete-kommutaziora igarotzea, IP teknologiarekin eta Internetekin lotuta dago, eta digitalizazioak baino iraultza handiagoa ekarri du telefonia-mundura. Alde batetik, pakete-kommutazioa zirkuitu-kommutazioa baino askoz efizienteagoa denez azpiegiturak erabiltzean, zerbitzua emateko kostuak jaitsi egin dira. Beste alde batetik, ahotsa garraiatzeko Internet erabili ahal izateak telefonia-merkatua hankaz gora jartzea ekarri du, OTT operadoreak telefonian ere agertu baitira. Hastapenetan, Internet telefono-sarearen apendize gisa ikusten zen: bi konputagailu elkarrekin komunikatzeko, telefono-sareari lotutako modemak erabiltzen genituen. Egun, egoera irauli egin da, eta Internet fagozitatzen ari da telefono-sarea, telefono-zerbitzua Internet bidezko beste zerbitzu bat bilakatzeraino. Bide horretan, betiko telefonia-operadoreak ere IP sareekin ordezkatzen ari dira beren zirkuitu-kommutazioko TDM sare zaharrak (Time Division Multiplexing). All ip garaia da. Jauzi hori ez da erraza izan, IP eta Internet ez baitziren diseinatu denbora errealeko aplikazioetarako (telefoniarako, adibidez). Baina ingeniariek asmatu dute nola egin. Hori aztertuko dugu kapitulu honetan. 1. Sarrera IP telefonia, izenak nahiko argi azaltzen duenez, solaskideen arteko telefonia-trafikoa IP protokoloa erabiliz garraiatzea da. Internet erabiltzen bada bidaia horretan, internet-telefonia terminoa ere erabiltzen da. Azkenik, VoIP izena ere oso erabilia da (Voice over ip), baina nahasgarria suerta daiteke, betiko ahots-komunikazioaz gain bideokonferentzia ere sartzen baita telefonia kontzeptuan. Testu honetan, IP telefonia terminoa lehenetsi dugu, anbiguotasunik gabe biltzen ditue- 84Multimedia-Internet lako ahots bidezko komunikazio tradizionala zein bideokonferentzia, baita Internet bidezko telefonia zein enpresen barruko telefonia pribatua ere. 1.1. Mediaeta kontrol-kanalak Telefono bidezko elkarrizketa bat gauzatzeko, bi urrats hauek egiten dira, edozein teknologia erabilita ere: 1. Solaskideen arteko deia ezarri. 2. Solaskideen artean ahotsedo bideo-seinaleak trukatu, denbora errealean. Deia ezartzea, funtsean, deitzailearen eta deitutakoaren arteko kontrolerako komunikaziokanal bat ezartzea da (signaling channel). Horretarako arazorik handiena deitutakoa non dagoen aurkitzea da. Gero, behin deitutakoak deia onartuta, solasaldia amaitu arte mantentzen da ezarrita kanal hori. Bitartean, beharrezkoa baldin bada, muturrek kontrol-mezuak truka ditzakete. Zirkuitu-kommutazio bidezko TDM telefono-sare historikoetan, SS7 protokolo estandarra erabiltzen da kontrol-komunikazio horietarako. IP sareetan, aldiz, aukera asko garatu dira. Protokolo irekien artean garrantzitsuena SIP protokoloa da, baina alternatiba asko daude. Konpainia pribatuek beren protokoloak garatu dituzte; adibidez, Skype edo Skinny. 3.1 irudia. Kontrol-kanala eta seinalerako kanalak telefonia klasikoan eta IP telefonian. Ahotsedo bideo-seinaleek beren bidea egiten dute solaskideen artean, kontrol-kanalaz aparte. Hau da, telefono-dei batean, IP sareen kasuan, portu bat eta protokolo bat erabiltzen dituzte solaskideek kontrol-kanaleko mezuak elkarri bidaltzeko, eta beste portu eta protokolo bikotea seinalea bidaltzeko. Are gehiago, seinale bat baino gehiago badago, hainbat kanal ezarri beharko dira. Kanal horiek seinaletarako kanalak edo media-kanalak deituko ditugu (media channels). Hori da bideokonferentziaren kasua, non, kontrol-kanalaz gain, kanal berezituak egoten diren soinurako eta bideorako. Zirkuitu-kommutazioko telefono-sareetan, kontroleta media-kanalak maiztasun desberdinak 3 IPtelefonia85 erabiliz gauzatu daitezke transmisioaren zati analogikoa dagoenean (etxearen eta telefonogunearen artekoa), edo TDM slot desberdinak erabiliz transmisio digitalean. Telefono-sare klasikoetan, harago ere joaten dira, eta sare fisiko desberdinak erabiltzen dituzte operadoreen sareetan kontrolaren eta seinalearen trafikoak mugitzeko. Kontrol-trafikoaren sareari seinalizazio-sare esaten diote, eta seinalerako sareari, berriz, garraio-sare (ikusi 3.1 irudia). IP bidezko sareetan, sare bakarra erabiltzen da bi trafikoetarako. Elkarrizketak sortutako denbora errealeko ahotsaren eta irudien trafikoa IP sareetan mugitzeko ditugun arazoak, funtsean, aurreko kapituluan bideorako aurkitu ditugun arazo berberak dira: atzerapena, atzerapenaren aldakortasuna eta galerak. Baina telefonia bideoa baino zorrotzagoa da, beharren mailan, parametro horiei dagokienez. Beste alde batetik, lehenengo kapituluan ikusi dugunez, telefoniak askoz gutxiago eskatzen dio sareari banda-zabaleraren kontsumoari dagokionez. Seinalearen kanaletarako ere, kontrol-kanalean bezala, protokolo bat baino gehiago erabil daiteke IP sareetan; haietako batzuk irekiak dira, eta beste batzuk (Skype, kasurako), pribatuak. Estandar irekien artean, dagoeneko streamingaren kasuan aipatu dugun RTP protokoloa da nagusi telefoniako seinaleak mugitzeko. 1.2. IP telefoniaren erabilerak IP telefonia zenbait testuingurutan aurki dezakegu. XXI. mendearen hasieran IP telefoniak bultzada handia jaso zuen OTT operadoreek emanda (ezinbestekoa da Skype aipatzea), betiko telefonia-operadoreen tarifak baino askoz merkeago ematen zutelako zerbitzua. Garai horretan IP telefoniarako bezero bat instalatu behar zen konputagailu batean (softphone ere deitua), eta, Internet konexioa edukita, nahikoa zen. Betiko telekomunikazio-operadoreak egoera berrira egokitu behar ziren, eta, etsaiari aurre egin ezinean6, bat egin dute IP telefoniarekin. Hasieran, etxeen eta ISPren sarearen arteko bidean telefonia konbentzionalari eutsita, eta soilik beren ardatz-sareetan IP erabiliz. Gero, zuntz optikoak ADSL ordezkatu duen heinean, etxean bertan dugu IP telefonia. Horretarako, ez ditugu gure betiko telefonoak IP telefonoekin ordezkatu behar, telefonia eta Internet operadoreak utzitako modem-routerrak egingo baitu behar den lana telefono konbentzionalak IP sarea lotzeko. Alde batetik, telefonoak igorritako ahotsa digitalizatu, eta jaso behar duena era analogikoan emango dio routerrak. Beste alde batetik, routerrak kontrol-kanaleko seinaleak bihurtuko ditu telefono klasikoen eta IP telefoniako protokoloen artean. Lantokietan topatuko ditugu IP telefonoak, hau da, zuzenean IP trafikoa sortu eta jasotzen dutenak, hor erabilgarriagoak suertatzen baitira beren ahalmenak. Hala ere, agian erabiltzailea ez da jabetuko bere telefonoa IP erakoa denik, mahai gainean duena betiko telefono itxurakoa izango baita. Baina, pixka bat begiluzea bada, atzemango du bere telefonoa ez dagoela paretari lotuta betiko RJ-11 konektore baten bidez, baizik eta konputagailuak sare lokalera konektatzeko erabiltzen diren RJ-45 horietako batekin. Horrez gain, eta bereziki WebRTC programazio-interfazea zabaldu denetik, IP telefonia oso erabilia da sare sozialen bidezko komunikazioetarako, bideokonferentziak egiteko taldekideen artean. Kasu horretan, ez dugu garai bateko softphone instalatu behar, arakatzaileak berak egingo baitigu lan hori: gure gailuko mikroa, kamara eta bozgorailuak kontrolatuko ditu ahotsa eta irudiak jaso eta igortzeko, eta berak ere erabiliko ditu behar diren protokoloak IP bidezko komunikazioa gauzatzeko. 6 Segituan atzeman zuten betiko konpainia telefonikoek zer ekarriko zuten beren negoziorako IP telefoniak eta Internetek: AEBko kongresuan, 1996. urtean, hango telekomunikazio-konpainiek eskatu zuten IP telefonia debekatzea (RFC 2235 agirian aipatua). 86Multimedia-Internet 2. Media-kanalak Bideo-elkarrizketa batean ahotseta bideo-seinaleak trukatzen dira. Honako azpiatal hauetan aztertuko ditugu beren beharrak eta arazoak. 2.1. Banda-zabalera Telefonian kontsumitzen den banda-zabalera erabiltzen den kodetzailearen eta lortu nahi den kalitatearen araberakoa da. Zirkuitu-kommutazioko sare digitaletan erabilitako G.711 kodeketak (PCM) 64 kb/s behar du noranzko bakoitzean, baina, IP bidezko telefonian, beste kodetzaile eraginkorrago batzuk dira ohikoak. Oso erabilia da, adibidez, G.729 kodeketa, ahots-kanal bakoitzeko 8 kb/s besterik behar ez duena. Teknika berberean (LPCn) oinarritutako SILK kodetzaileak (Skypek garatua) 6 eta 40 kb/s artean behar ditu, eta SILKetik eratorria den Opus kodetzaileak (egungo estandar irekia Interneten, RFC 6716), 6 eta 510 kb/s artean erabiltzen ditu, nahi den kalitatearen arabera. Bi parametro horien araberakoa da nagusiki, hau da, erabiltzen den kodetzailearen eta behar den kalitatearen araberakoa. Bideoak ahotsak baino askoz abiadura handiagoa behar duenez, kanal bakoitzeko behar dena 128 kb/s eta 1,5 Mb/s artekoa da, gutxi gorabehera. 3.2 irudia. Audio-multikonferentzia gauzatzeko aukerak, unicast eran. Multikonferentzia Multikonferentziak tratamendu desberdina du ahots-telefonian eta bideokonferentzian, partaide guztien ahots-kanalak elkartu daitezkeelako kanal bakarrean, baina hori ezin da egin bideo-kanalekin. Gainera, multikonferentzia oso aplikazio egokia da multicast erabiltzeko, eta, horrela, beste partaide bakoitzari stream bat bidali ordez, partaide bakoitzak stream bakarra bidal diezaioke taldeari. Hala ere, egun, multicast-teknologia ez dago oraindik erabilgarri sare guztietan. Hori dela eta, hurrengo paragrafoetan, multicast-aukera alde batera utzita, soilik unicast-trafikoa hartuko dugu kontuan. Elkarrizketa batean partaide kopurua N baldin bada eta, beraz, solaskide bakoitzak beste solaskide bakoitzari bidali behar badio bere seinalearen kopia bat, (N-1) media stream igorri beharko lituzke sarean. Guztira, N kide baten elkarrizketan, N(N-1) stream txertatuko dira sarean, 3.2 irudiko (a) aukeran gertatzen den bezala. Aldi berean, solaskide bakoitzak (N-1) stream jasoko ditu, bat solaskide bakoitzeko. Internet bidezko telefonian, banda-zabaleraren kontsumoa esanguratsua izan daiteke, bereziki erabiltzaile askoren goranzko trafikoari dagokionez, Interneterako ko- 3 IPtelefonia87 nexioak asimetrikoak izaten baitira. Arazoa arintzeko bide bat da koordinatzailearena egiten duen agente bat txertatzea elkarrizketa horretan. Koordinatzailearena zerbitzari batek egin dezake, edo, bestela, elkarrizketako partaideren batek, betiere horretarako behar diren baliabideak (banda-zabalera bereziki) baldin baditu. Edozein izanda ere, koordinatzaileari bidaliko dizkiote partaide guztiek beren audio-streamak; hark nahastuko ditu, audio-stream bakarra sortuz, eta audio hori birbidaliko die beste partaide guztiei. Aukera hori da 3.2 irudiko (b) aukerak azaltzen duena. Ohartu bakoitzak X b/s kontsumitzen duen N audio-stream nahasten baditugu, sortutako audio-streamak ere X b/s besterik ez duela behar, soinuak nahas baitaitezke beste soinu bat sortzeko. Koordinatzailearen banda-zabaleraren kontsumoa 3.2 irudiko (a) kasuan bezainbestekoa da, oraindik ere N(N-1) stream jaso eta igorri behar dituelako. Baina beste partaide guztiek nabarmen murrizten dute beren kontsumoa eta lan-zama, audio-stream bakarra igorri eta jasoko baitute, eta ez baitute nahasketa-lanik egin behar (ohartu koordinatzailerik gabeko eskeman partaide guztiek egin behar dutela audioa nahasteko lana). Bideo-kanalen kasuan, zailagoa da partaide batek koordinatzailearena egitea; alde batetik, bideoak banda-zabalera gehiago kontsumitzen duelako, eta, bestetik, hainbat bideo-seinale ezin direlako nahastu seinale bakarra sortzeko. Horrela izanik, koordinatzailearena egiten duenak birbidali egin behar dio partaide bakoitzari beste partaide guztien bideo-seinalearen kopia, hau da, N(N-1) bideo-stream goranzko bidean. Stream bakoitza minimoa izanda ere (hau da, 128 kb/skoa), nahikoa izan daiteke lagun gutxiren arteko bideokonferentzia Interneteko goranzko konexio bat agortzeko. Horregatik, multibideokonferentzietan, ohikoa da zerbitzari bat erabiltzea koordinatzailearen lana betetzeko. Partaideek stream-bideo bakar batek kontsumitzen duen banda-zabalera besterik ez dute beharko goranzkoan, soilik koordinatzaileari bidali behar baitiote beren bideoa. Beheranzkoan, aldiz, N(N-1) bideo-seinale jaso beharko dituzte koordinatzaileak igorrita. Hori da 3.3 irudian dugun kasua. 3.3 irudia. Lagun anitzen arteko bideokonferentzia, zerbitzari baten bidez. 2.2. Atzerapena IP sareetan atzerapena aztertzean, bi fenomeno hartzen dira kontuan: alde batetik, datagramek igorletik hartzaileraino joateko hartutako denbora, eta, beste alde batetik, atzerapenaren aldakortasuna. Lehenengoari latentzia deritzo, eta bigarrenari, askotan, jitterra. Biek eragin eta tratamendu 88Multimedia-Internet desberdina dute. Ahotsaren azterketan zentratuko gara, atzerapenarekiko askoz sentikorragoa delako hori bideoa baino. Fenomeno hori nolabait azaltzeko, alderatu zer erreakzio dugun hitzaldi bat ikusten ari garenean, hizlariaren irudiak une batean garbitasun pixka bat galtzen duenean, eta hizlariaren ahotsa pixka bat distortsionatzen denean. Irudiaren garbitasun-galerak ez du asko kaltetuko guk atzemandako irudiaren kalitatea; izan ere, agian, esfortzu berezi bat egin beharko dugu galera hori atzemateko. Soinuan, aldiz, distortsio txiki hori segituan atzemango dugu. Latentzia Sare-latentziak bi osagai ditu: lineetan (kableetan edo uhinetan) seinalea fisikoki garraiatzeko denbora, eta lineak lotzen dituen guneetako gailuetan emandako denbora. Zirkuitu-kommutazioko telefono-sare klasikoetan, lehena da esanguratsuena. Seinalea elektrikoa zein optikoa izanda ere, hedatzeko abiadura fisikoa ikaragarria duenez, soilik satelite bidezko konexioak agertzen direnean suertatzen da atzerapena problematikoa (270 ms behar du satelite geoestazionario baterako joan-etorriak). Hori da arrazoi nagusietako bat satelite bidezko komunikazioak itsas azpiko zuntz optikoko kableekin ordezkatzeko. IP sareetan, aldiz, lineen artean ditugun bideratzaileek sortzen dute atzerapen handiena. Latentziak ez du zuzenean eragiten soinuaren kalitatean, baina bai elkarrizketa baten ulergarritasunean. Hau da, soinua bikaina izan daiteke, baina, espero baino beranduago heltzen bada beste aldera, elkarrizketa pairaezina bilakatzen da: hitz egin eta gero espero den erantzuna jasotzen ez bada, komunikazioa eten dela edo beste aldeak ez duela ulertu ondorioztatzen dugu, eta esandakoa errepikatzen dugu; errepikapen hori bidean gurutzatzen da hasierako erantzunarekin, eta, hortik aurrera, bi aldeek esandakoak eta errepikatutakoak katramilatu egiten dira elkarrizketan. ITUk neurtua du zenbatekoa izan daitekeen ahots-seinale baten latentzia, eta gomendio gisa argitaratu du G.114 agirian. Gomendio hori erreferentzia da telefonia-sistema publikoetarako; izan ere, telefonia-sistema pribatuetan normalean ezartzen diren mugak baino zorrotzagoa da. Laburtuz, honako hau dio: 150 ms baino txikiagoa den atzerapena ez dugu normalean atzemango; 400 ms-tik gora, elkarrizketaren kalitatea onartezina da, eta, bitarteko atzerapenetan, solaskideek nabarituko dute kalitatearen degradazioa, baina onargarritzat joko dute. 150 ms 400 ms Ez dugu atzematen Onartzen dugu Onartezina da 3.4 irudia. Sare-latentziaren eragina soinuaren kalitatean, G.114 gomendioaren arabera. Zenbatekoa da IP sareetan eragindako latentzia? Sare lokal batean, G.114 agirian azaldutako balioak baino askoz beherago dago, baina, Internet zeharkatu behar bada, baliteke 150 ms-ko muga gainditzea. Balioa oso aldakorra da, hainbat faktoreren menpe baitago. Garrantzitsuenak bi solaskideen arteko distantzia eta ibilbidean dauden sareen trafiko-egoera dira. Distantzia ez dugu kilometrotan neurtu behar, denboran baizik. Egun, oso ohikoa da 100 ms baino gutxiago behar izatea Interneti lotutako bi makinen arteko bidaia egiteko. Internet-hornitzaile handiek, Tier 1 edo 2 mailakoek, beren sarea zeharkatzeko denbora maximo bat bermatzen dute egindako kontratazioetan, 100 ms-tik nahiko beheragokoa normalean. Horri ISPen eta erabiltzaileen sare pribatuetan egin beharreko ibilbideak gehitu behar zaizkio. Sare-latentziaz gain, ahotsa digitalizatzeko eta berriz era analogikoa itzultzeko denbora ere gehitu behar da, atzerapen osoa kontuan hartzeko. Horretan eragina dute erabiltzen den kodetzaileak eta erabiltzaileen makinek soinua prozesatzeko duten ahalmenak. Horretarako denbora sare-latentzia baino askoz txikiagoa izaten da. Atzerapenaren aldakortasuna Atzerapenaren aldakortasuna pakete-kommutazioko sareei dagokie, eta, bereziki, IP sareen moduko datagrama-sareei. Sare horien best effort zerbitzuaren eraginez, oso zaila da elkarrizketa 3 IPtelefonia89 baten trafikoari bermatzea bideratzaileen ilaretan emango duen denbora maximoa. Horrek, denbora errealeko trafikoari dagokionez, galerak eta atzemandako kalitatea okertzea dakar. Latentzia bezala, atzerapena ere oso aldakorra da, distantziaren eta sareko egoeraren arabera. Horren garrantziaz jabetuta, sare-operadoreek latentziaz gain atzerapenaren aldakortasunaren balio maximoa ere bermatzen dute. Handizkariek 0,5 eta 10 ms artekoa eskaintzen dute beren kontratazioetan; nahikoa atzerapen da aldakortasunak eragin ditzakeen kalteak ekiditeko. Hala ere, IP sare baten operadoreak bermea emateak ez du esan nahi ibilbide osoan eta une orotan kalitatea bermatuta dagoenik, Interneten zeharreko bidaietan sare asko zeharkatu beharko direlako, eta ez soilik operadore horrena. Horregatik, beharrezkoa da IP telefoniako aplikazioek neurriak hartzea erabiltzailearen makinetan atzerapenaren aldakortasunari aurre egiteko. Irtenbidea aurreko kapituluan bideorako ikusi dugun bera da: aurrekarga (buffering). Izan ere, telefoniaren testuinguruan, erabilitako bufferrari jitter buffer edo dejitterazio-buffer deritzo (de-jitter buffer, ikusi G.114 gomendioa). Mekanismo horren eraginkortasuna lotuta dago bufferrean gordetako lagin kopuruarekin; zenbat eta lagin gehiago eduki bufferrean, orduan eta aldakortasun handiagoari aurre egiteko ahalmena izango dugu. Baina bufferrean gorde dezakegun lagin kopuruak, gogora dezagun, erreprodukzioaren hasieran txertatu beharko dugun atzerapena luzatzen du. Atzerapen hori segundo batzuetakoa ere izan daiteke aurregrabatutako bideo bat ikusterakoan; horrek erresistentzia handia ematen die streaming-sistemei. Baina, telefono bidezko elkarrizketa batean, onartezina litzateke hainbesteko atzerapena txertatzea esaldien hasieran. Ondorioz, telefono-zerbitzuetan aurrekarga erabiltzen bada ere, haren eraginkortasuna atzerapenaren aldakortasuna ezabatzeko streaming-sistemetan lor daitekeena baino nabarmen txikiagoa da. Aurrekargaren eragina zertxobait hobetzeko asmoz, aurrekarga aldakorra erabiltzen da telefonian. Ideia diskurtsoan agertzen diren isiluneak luzatzean edota laburtzean datza, bufferraren bilakaeraren arabera. Sarean atzerapenaren aldakortasun txikia sortzen ari bada, bufferraren egoera ez da ia aldatuko, erritmo bertsuan sartu eta ateratzen baita informazioa bufferretik. Horrela bada, ez dugu buffer handia behar izango, eta, ondorioz, ez da atzerapen handirik sortuko. Aldiz, sarean gorabeherak gertatzen ari badira, bufferraren egoera aldatu egingo da, eta husteko arriskua sor daiteke. Horrelakoetan, atzerapena handitu beharko da bufferrean dugun lagin-erreserba handitzeko, jasotako kalitatearen kalterako. Egoera hobetu dela atzemanez gero, sistemak hurrengo isilunea laburtuko du kalitatea berreskuratzeko. Orokorrean, aurrekarga aldakorra erabiltzen duten telefonia-sistemetan, isilune bakoitzaren hasieran aurrekargaren luzera birkalkulatzen da, eta, horrekin, erreprodukzioan eragindako atzerapena. 2.3. Galerak Atzerapenak bezala, galerek askoz eragin handiagoa dute ahotsaren kalitatean bideoan baino. Horregatik, atal honetan ere ahotsaren kasuan zentratuko gara. Aurrekarga erabilita ere informazio-galerak gertatzen dira, datagrama batzuk erreproduzitzeko unea baino geroago heltzen direlako, edo inoiz heltzen ez direlako, agian sare-kongestio batean galduta. Galera horiei aurre egiteko, ez du zentzurik galdutako laginak birtransmititzeak, birtransmisio horiek ere, ezinbestean, berandu helduko direlako. Zenbateko galera izan dezake telefono bidezko elkarrizketa batek? Berriz, zifra aldakorra da, lortu nahi dugun kalitatearen eta erabilitako trinkotzemailaren araberakoa. Igorritako seinalea oso trinkotua badago, galera bakoitzak kalte handiagoa egiten du. Errore-tasa onargarri unibertsal bat ezartzea ezinezkoa bada ere, nahiko onartuta dago tasa hori ezin dela izan % 1 baino handiagoa. Zenbait operadorek beren sareetan galdutako datagramen tasa bermatzen dute. Telefonia-zerbitzurako emandako balioak % 0,5en azpitik egoten dira normalean, baina kontuan hartu behar da zifra hori operadore horren sareko bideratzaileetan edo lineetan galdutako datagramei dagokiela soilik; benetan izango dugun galera-tasa lortzeko, beste sareetan izandako galerak eta atzerapenaren aldakortasunak eragindakoak gehitu beharko genituzke. 96Multimedia-Internet — SIP erregistratzailea (Sip registrar). Erregistratzaileak deitutako bezeroa aurkitzeko behar den informazioa gordeko du. Beraz, dei bat ezartzeko ohiko bide bat da bezeroak aurkitzea zein den deitutakoaren fitxa gordetzen duen erregistratzailea, eta berari eskatzea fitxa hori. IP telefonia-zerbitzua ematen digun entitateak kudeatuko du SIP erregistratzailea. Internet bidezko telefonia bada, gure ISP izan daiteke entitate hori, edo, OTT zerbitzu bat bada, beste edozein konpainia. Barruko telefonia bada, gure sareko zerbitzari batean egongo da dagokigun SIP erregistratzailea. — SIP proxia. Deitutakoen fitxak bilatzeko erabiltzen den zerbitzari bat da. Erregistratzaileaz gain, SIP bezeroek SIP proxi bat eduki beharko dute esleituta, beren eskaerak bidaltzeko. Hau da, SIP bezeroek ez dute zuzenean bilatzen non dagoen deitutakoari dagokion erregistratzailea, eta ez dute erregistratzaile horrekin zuzenean hitz egingo; lan hori SIP proxi baten esku utziko dute (ingelesezko proxy hitzak «delegatua» edo «utzia» esan nahi du, hain zuzen ere). Normalean, sare baten erabiltzaileentzako proxiaren eta erregistratzailearen lana programak berak egiten du, zerbitzari batean: SIP zerbitzarian. Zerbitzari horrek telefonogunearen lana egiten duenez, ez da harritzekoa ip telefonogune terminoa erabiltzea hura izendatzeko. — Pasabideak. IP sarearen eta telefono-sare zaharren arteko zubiarena egiten duten zerbitzariak dira. Beren lanak bi dira: SIPen eta telefono-sareen kontrol-protokoloen arteko itzulpena, eta bi sareetan erabilitako ahotseta bideo-kodeketen arteko bihurketa. 3.10 irudia. SIP eragileak eta beren arteko harremanak. Deia ezartzeko egin beharrekoak antz handia du DNS izen baten ebazpenarekin. Azken finean, bi kasuetan, fitxa baten bila ibiltzea da. DNSren kasuan, izena eta IP helbidea lotzen dituen A motako DNS erregistro baten bila gabiltza («fitxa» adierazteko informatikariok erabiltzen dugun terminoa da «erregistroa»). SIP telefoniaren kasuan, SIP erabiltzailea eta uneko IP helbidea lotzen dituen beste erregistro baten bila gabiltza. Horregatik, bi aplikazioetan agertzen diren eragileak eta egin behar diren urratsak antzekoak dira. Laster ikusiko dugunez, SIP proxiak egiten duen lana eta sare baten DNS cache-zerbitzariak egiten duena antzekoak dira. Eta SIP erregistratzaileak egiten duena eta DNS barrutiko zerbitzariak (DNS zone server) egiten duena ere gauza bera da funtsean. 3 IPtelefonia97 SIP bezeroek UDP zein TCP erabiltzen dute normalean (beste aukera batzuk ere badaude). 5060 edo 5061 portuak erabiltzen dira; lehena, mezuak zifratu gabe bidaltzen direnean, eta bigarrena, zifratzen direnean. SIP mezuen sintaxiak antz handia du HTTP protokoloko mezuenarekin. SIP protokoloan ere bi motatako mezuak daude: eskaerak eta erantzunak. Aldi berean, hainbat eskaera mota daude. Garrantzitsuenak honako hiru hauek dira: — REGISTER: bezeroek bidaltzen dizkiete erregistratzaileei, beren buruaren berri emateko; hau da, nolabait, telefonia-sisteman alta ematea. — INVITE: bezeroek bidaltzen diote beren proxiari, edo, zuzenean, beste bezero bati. — BYE: bezero batek besteari bidaltzen dio, ezarria duten deia bertan behera utziko duela jakinarazteko. SIP helbideak SIP deiak egiteko eta jasotzeko, SIP helbide bat behar dute bezeroek. SIP telefonia hornitzaile batekin erregistratzen garenean emango digute gure SIP helbidea, beste SIP erabiltzaileen aurrean identifikatzeko. SIP helbideek antz handia dute posta elektronikoko helbideekin. Honako hau da beren sintaxi sinplifikatua, normalean erabiltzen dena (sintaxi osoa ezagutu nahi izanez gero, begiratu RFC 3261 agiria): sip:erabiltzailearen_izena@identifikadorea:portua Hasierako «sip» hitzak zer protokolo erabili den azaltzen du. Batzuetan, hitz hori kendu egiten da gizakien artean helbideak trukatzean, jakintzat hartzen baita protokolo hori SIP dela. Zifraketa erabili nahi badugu, «sip» hitzaren ordez «sips» erabili behar dugu helbidean protokoloa adierazteko. Amaierako portu-zenbakia ez da askotan jartzen; kasu horretan, 5060 hartuko da, protokoloa «sip» izanez gero, eta 5061, berriz, «sips» erabiliz gero. Erabiltzailearen izena karaktereekin edota zenbakiekin osa daiteke. A bilduaren atzetik, makina edo domeinu baten identifikadoreak agertu behar du. Makina bat denean, IP helbide bat edo izen bat izan daiteke identifikadore hori, baina bigarrena izatea gomendatzen da. Makina zehatz bat identifikatzea baino malguagoa da makina horri SIP zerbitzua ematen dion hornitzailearen DNS domeinua identifikatzea. Gero ikusiko dugunez, hortik abiatuta lor daitezke domeinu horretarako SIP erregistratzailearena egiten duen makinaren izena eta IP helbidea. Hona hemen SIP helbideen adibide batzuk: sip:[email protected] sips:[email protected], sip:[email protected] sip:[email protected]:5090. Hizkera teknikoan, SIP erabiltzaileen identifikadoreak ez dira helbideak, URIak baizik (Uniform Resource identifier). Hala ere, inork gutxik ematen dio lagun bati bere «SIP URIa». Gizakiok nahiago dugu helbideez mintzatu. Deia ezartzea Deitutakoaren SIP helbideko «identifikadorea» eremuan IP helbide bat dagoenean, erraza da deia ezartzea, IP helbide hori izango baita deitutakoaren bezeroarena. Nahikoa da deitzaileak helbide horretara bidaltzea INVITE komandoa, SIP helbidean bertan azaldutako portura. Komandoarekin batera, saioa ezartzeko behar diren zenbait datu bidaltzen dira. Adibidez, ikusi balizko INVITE komando baten edukiak: 98Multimedia-Internet INVITE sip:beñ[email protected] SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP 192.0.2.34 From: sip:[email protected] To: sip:beñ[email protected] Call-ID: [email protected] Content-type: application/sdp Content-Length: 987 c=IN IP4 192.0.2.34 m=audio 38060 RTP/AVP 0 Bistakoa da SIP sintaxiak antza duela HTTPrekin, eta, kasu honetan, antz handia dagoela HTTP GET eta SIP INVITE mezuen artean. Mezuak lerroka daude antolatuta, eta, lerro bakoitzean, lerroaren izena, bi puntuko karakterea eta lerroaren eremuak ditugu. INVITE mezuak zeharkatutako makina bakoitzak, jatorrizkoak barne, Via izeneko lerro bat gehituko dio mezuari, bere IP helbidea grabatzeko. Eskaerari egindako erantzunak Via lerro horiek erabiliko ditu gero itzulerako bidean. Hurrengo lerroak posta elektronikoko mezuetan agertzen diren batzuk dira: From eta To izenekoek deiaren jatorria eta helburua identifikatzen dituzte; Call-ID izenekoa deiaren identifikadore bat da, eta Content-Type eta Content-Length lerroek SIP mezuan dagoen edukiaren formatua eta luzera adierazten dituzte. Hutsik dagoen lerroaren ondotik, mezuaren edukia dator. Adibidean, edukiak deitzailearen IP helbidearen eta audioa jasotzeko nahiago duen formatuaren berri ematen du. Hala ere, gutxitan aurkituko dugu deitutakoaren SIP helbidean haren IP helbidea, goiko adibidean agertzen den bezala. Alde batetik, ohikoa delako DHCP zerbitzu dinamikoak erabiltzea, eta, ondorioz, erabiltzaile baten makinak erabilitako IP helbidea alda daitekeelako makina pizten duen bakoitzean. Eta, beste alde batetik, erabiltzaile batek hainbat gailu desberdin erabiltzen dituelako SIP telefono gisa (etxeko konputagailua, telefono mugikorra, tableta bat...), horietako gailu bakoitzak IP helbide desberdina izango duena. Erabiltzailearen SIP helbide bakarrak balio behar dio bere burua identifikatzeko, edozein izanda dei bakoitzean erabiltzen duen gailua. Horregatik guztiagatik, ohikoagoa da SIP helbidearen eskuineko aldean domeinu baten izena aurkitzea, hau da, helbidearen jabeari telefonia-zerbitzua ematen dion erakundearen domeinua. Hori da lehenagoko adibide batean emandako sip:[email protected] eta sips:txomin.etxea@ telesip.eus helbideen kasua («euskosip» eta «telesip» domeinuen izenak asmatuak dira). Kasu horretan, deitutakoaren uneko makinaren IP helbidea lortzeko, ezinbestekoa da haren fitxa gordetzen duen erregistratzaileari galdetzea. Erregistratzaile hori topatu ahal izateko, erabiltzailearen hornitzailearen domeinua jartzen da SIP helbideetan. Adibide batean ikusteko, har dezagun 3.11 irudia, deitzailea Ainhoa eta deitutakoa Beñat (sip:beñ[email protected]) direla. 3.11 irudia. SIP deia ezartzeko urratsak. 3 IPtelefonia99 Urratsez urrats, honako prozedura honi jarraitu behar zaio deia ezartzeko: (1) Ainhoaren bezeroak bere proxiari igortzen dio INVITE mezua, Beñaten SIP helbidea azalduz (gogoratu, ‘To’ lerroan). (2) Proxiak DNS galdera bat egingo dio bere DNS zerbitzariari, euskosip.eus domeinuari dagokion SRV erregistroa eskatuz. Erregistro horretan aurkituko du euskosip.eus domeinuan SIP zerbitzua ematen duen makinaren izena, hau da, euskosip.eus domeinuko erabiltzaileen erregistratzailearena egiten duen makinaren izena. (3) Proxiak erregistratzaileari birbidaliko dio (1) urratsean jasotako INVITE mezua. (4) Erregistratzaileak beñat erabiltzailearen fitxan kontsultatuko du zein IP helbide dagokion, eta hara birbidaliko dio INVITE mezua. Beñaten SIP bezeroak kasu egin behar lioke mezu horri, eta Beñati jakinarazi dei bat duela, txirrina joz, adibidez. Beñatek deia onartzen badu, haren bezeroak portu bat irekiko du dei horretarako, horren berri emango dio bere erregistratzaileari, eta seinalearen zain geldituko da portu horretan. (5) Beñaten erregistratzaileak jasotako erantzuna birbidaliko dio Ainhoaren proxiari. (6) Proxiak erantzuna birbidaliko dio Ainhoaren bezeroari. (7) Ainhoaren bezeroak jasotako erantzunean aurkituko duen (IP helbidea, portua) bikoteari bidaliko dio seinalea. Hori beteta, deia ezarrita dago. Handik aurrera, bi SIP bezeroek zuzenean trukatuko dituzte beren seinaleak eta komandoak. Deskribatutakoa oinarrizko funtzionamendua da, baina aldaerak egon daitezke proxiaren eta erregistratzailearen portaeran. Adibidez, baliteke Beñaten zerbitzariak aukera ematea beren erabiltzaileei kontaktatzeko helbide bat baino gehiago erregistratzeko. Hori aprobetxatuz, Beñaten fitxan ager daitezke, adibidez, haren mahaigaineko konputagailuaren IP helbidea, laneko konputagailuarena eta, baita ere, telefono mugikorraren zenbakia. Aurreko (4) urratsean, erregistratzaileak erantzunik jasotzen ez badu etxeko konputagailuari INVITE mezua birbidali eta gero, amore eman baino lehen, bigarren saio bat egin dezake laneko konputagailuarekin. Horretan ere kale egiten badu, telefono mugikorraren zenbakiarekin saia daiteke. Gerorako utziko dugu azaltzea zer egin behar den IP telefono batek telefono konbentzional batekin komunikatzeko (Internet bidezko telefonia aztertzen dugunerako). 3.2. Beste protokolo batzuk SIP ez da, ordea, erabiltzen den protokolo bakarra VoIP telefonian. Hona hemen aipatzekoak diren beste aukera batzuk. H.323 ITU-T (ITUren telekomunikazio-arlorako atala) erakundeak egindako estandarra da. Esan daiteke betiko telefonia-konpainien estandarra izan dela IP telefoniarako. Lehenengo bertsioa argitaratu zenetik, 1996. urtean, lehia bizian ibili da SIP protokoloarekin, baina, egun, SIP gailendu da estandarren arteko borroka horretan. Oraindik ere erabiltzen da zenbait VoIP aplikaziotan, baina Internet komunitateak, beste behin7, bizkarra eman die telefono-konpainiek bultzatutako estandarrei, eta bere barnean sortutako estandar irekia hartu du; SIP, alegia. Berez, protokolo bat baino gehiago, protokolo sorta bat da H.323. SIP baino zabalagoa da; kontrol-kanalerako protokoloaz gain, VoIP aplikazioek behar dituzten beste protokolo eta estandarrak ere ezartzen ditu: seinalerako kanalean erabiltzeko protokoloa —RTP, hain zuzen ere 7 Gogoratu, adibidez, X.25/X.75-en eta IPren arteko lehia, edo X.400 eta SMTP posta elektronikorako estandarren artekoa. 100Multimedia-Internet (VoIPrako RTP erabili zuen lehenengo estandarra izan zen H.323)—, segurtasunerako ezaugarriak (H.235) eta beste hainbat osagarri eta hedapen (H.450, H.239, H.460). Hasiera batean ematen duena baino antz handiagoa dute H.323 eta SIP ereduek. Hiztegi zeharo ezberdina erabiltzen badute ere, kontzeptualki era berean antolatzen dute komunikazioa, biek bezeroa/ zerbitzaria ereduari jarraitzen baitiote. SIP munduan proxia/erregistratzailea eta pasabidea esaten diegunei Gatekeeper eta Gateway esaten diete H.323 unibertsoan, hurrenez hurren; baina haien funtzionalitatea oso antzekoa da, nahiz eta definitutako zereginak betetzeko protokolo desberdinak erabili. Skype Skypek ikaragarrizko bultzada eman zion Internet bidezko telefoniari xxi. mendearen hasieran. Skyperen arrakastak oinarri teknologiko eta komertzialak zituen. Alde teknologikoari begiratuta, Skypek bere lehiakide guztiak gailendu zituen hainbat aldetatik: banda-zabaleraren kontsumoaren eta kalitatearen arteko erlazio bikaina lortu zuen, horretarako hainbat kodeketa berri sortuz (SVOPC, SILK, Opus) eta erabilitako kodeketa eta FEC funtzioak dinamikoki egokituz sarearen egoerari; NAT eta su-hesiak zeharkatzeko sistemak sistematikoki erabiltzen hasi zen; eta, gainera, komunikazioaren konfidentzialtasuna bermatu zuen, bidalitako guztia zifratuta. 3.12 irudia. Skype P2P sare-egitura eta bezero baten abiatzea. Skype sortu zutenek fitxategiak partekatzeko Kazaa P2P sarea sortu zuten lehenago, eta orduan ikasitakoa IP telefonian aplikatu zuten: P2P sare batean oinarritzen zen jatorrizko Skype deitzaileak deitutakoa non dagoen aurkitzeko. Beren egitasmoa aurrera ateratzeko kostua ikaragarri merkatu zien bere sortzaileei P2P eredua erabiltzeak. P2P teknologiaren erabilera egun Skypen baztertuta badago ere, bere funtzionamendua ezagutzea interesgarria da, kontuan hartzekoa izan daitekeelako beste aplikazioak diseinatzean. Bi motatako parte-hartzaileak zeuden P2P Skype sarean: kide arruntak eta superkideak. Superkideek bilaketa-sare bat (overlay network) osatzen zuten, eta kide arruntek sare hori erabiltzen zuten deitutako kidea kontaktatzeko behar den (IP, portua) bikotea aurkitzeko. Superkideen artean taula bat banatzen zuten, non erabiltzaileen izenak eta (IP, portua) bikoteak lotzen baitziren. Ainhoa eta Beñat Skype erabiltzaileak baziren, beren bezeroak abiatzen zituztenean, aurretik konfiguratutako Skype zerbitzari batekin jartzen ziren harremanetan, inguruan zeuden superkideen zerrenda jasotzeko. Ainhoaren eta Beñaten bezeroek superkideren bat aukeratzen zuten; berarekin harremanetan jarri, eta beren buruaren berri ematen zioten, hau da, beren (IP, portua) bikotea ematen zioten. Superkideek erregistratzailearen lana egiten zuten, baita proxiarena ere: Ainhoak Beñat deitu nahi zuenean, bere superkideari eskatzen zion Beñati zegokion (IP, portua) bikotea. 3 IPtelefonia101 Eskatutakoa aurkitzeko, Ainhoaren superkideak beste superkideen artean hedatzen zuen eskaera, Skype protokoloa erabiliz, Beñaten (IP, portua) bikotea topatu arte. Jatorrizko Skype sarean, superkideak erabiltzaile batzuen makinak ziren. Edonor ezin zen superkide bilakatu, zenbait baldintza bete behar baitziren horretarako: IP helbide publikoa erabiltzea —NAT zerbitzari baten atzean egon gabe, alegia—, nahiko banda-zabalera edukitzea erabiltzeko prest, eta nahiko CPU ahalmen libre edukitzea ere bai, kide arruntei zerbitzua eman ahal izateko. Auzolan moduko funtzionamendu horri 2012. urtera arte eutsi zioten. 2011. urtean Microsoft konpainiak erosi zuen Skype, eta, urtebete beranduago, auzolanean zeuden 48.000 erabiltzaile ingururen superkideak ordezkatu zituen konpainiaren 10.000 zerbitzariekin8. Ordezkapen horrek ez zuen suposatu inongo aldaketa teknologikorik, Skypek definitutako kontrol-kanalerako protokolo propioa erabiltzen jarraitu baitzuten; baina, nonbait, «superkidea» izendapena «zerbitzaria»- rekin ordezkatzeak P2P izaera galtzea ekarri du. Agian onartu beharko genuke hasiera-hasieratik Skype ez zela P2P sare bat, superkideek egiten zuten lana SIP zerbitzari batenaren baliokidea baitzen. Egokia litzateke esatea Skype auzolanean emandako zerbitzua zela, bezero-zerbitzaria jarraituz, non zerbitzarien lana milaka boluntarioek betetzen baitzuten. Inter Asterisk Exchange 2. bertsioa (IAX2) Asterisk VoIP zerbitzari bat da. Hainbat VoIP protokolo erabil ditzake (SIP, H.323...), baina haren sortzaileek protokolo propioa ere sortu zuten, IAX protokoloa, Asterisk zerbitzarien arteko komunikazioetarako. Egun, IAX ordeztuta dago bere bigarren bertsioarekin, IAX2 izenekoarekin (RFC 5456). Haren erabilera zabaldu dute VoIP aplikazioen osagai guztien arteko harremanetarako. Are gehiago, IP telefoniaz gain, multimediako edozein komunikazio-kontroletarako erabil daiteke, bideo-streaming aplikazioetarako barne. «Dena batera» motako protokolo bat da (All-in-one), kontrolerako trafikoa eta seinalea kanal beretik bidaltzen baititu UDP erabiliz. Horrek asko laguntzen du NAT eta su-hesiak zeharkatzeko arazoa gainditzen (laster aztertuko ditugu). IAX2ren beste abantaila bat ahots-laginei gehitutako goiburukoen tamaina da, RTPk gehitutakoa baino nabarmen txikiagoa baita. Adibidez, ahotsa transmititzeko 8 kb/s abiaduran eta 20 ms-ro datagramak sortzen dituen sistema batean, datagrama bakoitzak 20 byte ahots garraiatzen ditu. IAX2 protokoloak 4 byteko goiburukoa gehitzen du, hau da, % 20ko zama, eta RTPk, aldiz, 12 byte, hau da, % 60 ko gainkarga. Skinny Client Control Protocol (SCCP) Cisco-k garatutako protokolo propioa da SCCP. Beren VoIP produktuen arteko komunikazioetarako erabiltzen da, zerbitzarien eta IP telefonoen artekoetarako batez ere (Ciscoren izendegi aldakorrean, VoIP zerbitzariak oraingoz Cisco Unified Communications Manager dira; lehen, CallManager besterik ez). TCP gainean erabiltzen da SCCP, eta, seinalerako, Ciscoren IP telefonia-sistemek RTP/UDP erabiltzen dute. SCCPren diseinua Ciscoren ekipoekin integratuta dago, haiekin lan egiteko pentsatuta baitago. Hala eta guztiz ere, beste konpainia batzuek alderantzizko ingeniaritza erabiliz inplementatu dute SCCP protokoloa beren produktuetan. Adibidez, Asterisk telefonoguneek SCCPrekin lan egin dezakete, konpainiak sortutako software libreko inplementazio bat erabiliz. XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol) Bere jatorrizko izena Jabber zenez, oraindik XMPP/Jabber izendatuta aurkituko dugu. XML formatuan (eXtensible Markup Language) oinarritzen den protokolo bat da. Hasiera batean, uneko mezularitzarako alternatiba irekia izateko garatu zuten, baina bere ezaugarrietako bat da beste 8 Mugimendu horiek mesfidantza-zirrikituak ireki zituzten Skype zerbitzuarengan, jakin zenean 2011. urtetik Skype sarea AEBko PRISM espioitza masiborako sisteman sartuta zegoela. 102Multimedia-Internet komunikazio-aplikazioetarako luzapenak gehitzeko ahalmena (horregatik dago extensible hitza XMPP akronimoan). Eta segituan definitu zuten haren VoIP aplikazioetarako hedapena, Jingle protokoloa dena. Hala ere, azpimarratu behar da Jingle ez zutela diseinatu telefonia-aplikazioek ematen dituzten zerbitzu guztiak gauzatzeko, baizik eta lagunen arteko komunikazio sinpleetarako, ahots-mezularitzarako, alegia. Hortaz, ez da SIP bezalako protokoloetarako alternatiba bat. IETFk onartutako estandarra da XMPP protokolo orokorra 2011. urtetik (proposed standard, RFC 6120); Jingle protokoloa, aldiz, XMPP Standards Foundation erakundearen estandar egonkortua da (XEP-0166). SIP eta H.323 protokoloekin bezala, RTP erabiltzen da XMPP/Jingle protokoloarekin batera media-kanaletan. XMPP erabilera xxi. mendearen hasieran zabaldu zen, baina mendearen bigarren hamarkadan XMPP protokoloa bultzatu zuten konpainia handiek ordezkatu zuten beren protokoloekin. Egun, software irekian oinarritutako zerbitzuek erabiltzen dute gehien. WebRTC eta kontrolerako kanala WebRTC ezagutu dugu dagoeneko, streaming-sistemetan erabiltzen ari diren protokoloekin batera. Bere izenak dioenez, web-arakatzaileen arteko denbora errealeko komunikazioetarako definitu zen, beste aplikazio bat edo pluginak erabili beharrik gabe. Hau da, WebRTC-k telefonia-zerbitzua web-aplikazioetan barneratzea dakar. RFC 7478 agirian haren erabilerarako zenbait aukera deskribatzen dira. Bere hasierako erabilera nagusia arakatzaileen arteko bideokonferentziak gauzatzea izan da, sare sozialen zerbitzu estra bezala. Egun, arakatzaile gehienak prest daude WebRTC-rekin lan egiteko. Dagoeneko aipatu dugunez, WebRTC-k SRTP/UDP erabiltzen du media-kanaletan. Eta kontrol-kanalerako, zein da WebRTC-k definitzen duen protokoloa? Erantzunak bitxia dirudi: batere ez. WebRTC-n ez dago definituta nola egingo duten solaskideek elkarren berri izateko, edo deiak ezartzeko. Hori ulertzeko gogoratu behar da kontrol-kanalerako protokoloen lan nagusia dela deitutakoa sarean zehar aurkitzea, dei bat egiten zaionean. Baina WebRTC diseinatu zutenek buruan zuten testuingurua ez zen telefonia-zerbitzu unibertsal batena, lagunen arteko komunikazioena baizik, sare sozialetan egiten den moduan. Hau da, aurreikusten zuten solaskideek jadanik izango zutela harreman bat, eta, ondorioz, bide eta protokolo bat ere bai, elkarren berri emateko dei bat egin nahi dutenean. Lagun batek bere taldeko beste lagun bat deitu nahi duenean, partekatzen duten aplikazio-zerbitzariari eskatuko dio horren berri emateko beste lagun horri; zerbitzariak harremanetan jarriko ditu bi arakatzaileak, eta gero ez du ezertan parte hartuko elkarrizketa horretan. Zerbitzari horiek, gehienetan, protokolo propioak erabiltzen dituzte deiak ezartzeko bi arakatzaileen artean; baina estandar eta irekiak diren batzuk ere erabiltzen dira, besteak beste, SIP, XMPP, eta MQTT (Message Queuing Telemetry Transport, gauzen Interneterako erabilita). Kontrolerako protokoloa definitu ez zuten arren, aipatu behar da WebRTC-ri buruzko agirietan seinalizazio-protokolo bat agertzen dela (signaling protocol), baina ez dela hemen kontrol-kanalerako protokoloa deitu duguna. NAT zeharkatzeko erabilitako protokoloa da, laster aztertuko dugun ICE protokolo sorta, hain zuzen ere. Nomenklatura hori nahasgarria suerta daiteke, TDM telefonia tradizionalean, seinalizazio-protokoloa gure kontrol-protokoloa delako. WebRTC arakatzaileen arteko komunikazio zuzena bideratzen duenez, P2P erako komunikazioa dela aipatzen da askotan. Hala ere, zerbitzarien beharra ez da desagertzen, IP telefonian, orokorrean, gertatzen den bezala: IP telefoniarako terminalen arteko komunikazio zuzena izateak ez du esan nahi P2P aplikazioa denik, edo, behintzat, zerbitzaririk ez denik behar. WebRTC komunikazioetan hainbat zerbitzari topatuko ditugu: — Bi arakatzaileen berri duen zerbitzari batek egin beharko du konexioa. Nolabaiteko IP telefoniarako zerbitzari-lana egin beharko du, alegia. — Geroago aztertuko ditugun TURN eta STUN zerbitzariak ere beharko dira, NAT eta antzeko sistemak zeharkatu ahal izateko. 3 IPtelefonia103 — Media-zerbitzariak beharko dira bi arakatzaileak nahikoa ez direnean zenbait zerbitzu gauzatzeko; besteak beste taldeko komunikazioak (multibideokonferentzia), beste sareetako erabiltzaileekin komunikatzea (pasabidearenak egiteko), edo zuzeneko streaminga (front end zerbitzariarena egiteko). 4. Internet bidezko telefonia Internet erabiltzen badugu telefoniarako, seinaleak denbora errealean transmititzeaz eta deiak ezartzeaz gain, beste bi arazo hauek agertzen dira: su-hesiak eta NAT hesiak zeharkatzea, eta TDM telefono-sareekiko komunikazioa. Azken horrekin lotuta dago gure betiko telefono-zenbakien erabilera IP telefonia-sistemetan. 4.1. NAT eta su-hesiak Egungo Internet-erabiltzaile gehienak NAT edota su-hesi baten atzean daude kokatuta. Bai NAT zerbitzariek baita su-hesiek ere pantailarena egiten dute beren sare lokalean, erabiltzaileak bere makina konektatua duen sarean, alegia. Kasu horretan, soilik IP helbide publiko bat edota su-hesian espresuki baimendutako sareko zerbitzariak daude ikusgarri kanpoan —Interneten— kokatuta dauden beste makinentzat. Baimenduta dauden makina horien artean ez da egoten erabiltzailearena, eta, ondorioz, ez da posible kanpoko makina batek konexio bat ezartzea erabiltzailearen makinekin. Beraz, lehenago ikusitako telefono-deia ezartzeko mekanismoek ez dute zereginik kasu horietan; izan ere, IP telefoniarako bezero batek, behin deitutakoaren (IP, portua) bikotea aurkituta, ezingo du komunikaziorik ezarri, IP hori ez baita atzigarria izango NAT edo su-hesi baten atzean badago (ikusi 3.13 irudia). 3.13 irudia. NAT eta su-hesien atzeko ikusezintasuna. Hesi horiek gainditzeko era bat bitartekariak erabiltzea da (relay, ingelesez), 3.14 irudian azaltzen den moduan. Bitartekariak edozein erabiltzailerentzat ikusgarri egon behar duten zerbitzariak dira; hau da, aukera egon behar du haiekin Interneteko edozein gunetatik konexio bat abiatzeko, inongo su-hesi edo NAT oztoporik gabe. Ainhoak Beñat deitu nahi duenean, bere IP telefoniako zerbitzariarekiko komunikazioa abiatu behar du lehenik (SIPen kasuan, proxiarekin). Era berean, 104Multimedia-Internet Beñatek bere bezeroa abiatzen duenean, erregistratzailearena egiten duen bere IP telefoniako zerbitzariarekin ezarri behar du kanal bat. Ainhoak Beñati deitzea eskatzen dionean bere zerbitzariari, hark, erabilitako protokoloak agindutakoa betez, Beñati dagokion zerbitzaria aurkituko du, eta hari helaraziko dio Ainhoaren eskaera. Ohartu kanpoko komunikazioak bideratzeko erregistratzailearena egiten duen IP telefoniako zerbitzariek ikusgarri egon behar dutela kanpotik, bestela Ainhoaren zerbitzariak ezingo bailuke komunikaziorik abiatu Beñaten zerbitzariarekin (edo alderantziz). Irudian, bi zerbitzariak babestutako sareetatik at daude, baina beste aukera bat litzateke bi zerbitzari horiek NAT/su-hesien atzetik egotea, baina IP helbide publikoak erabiltzea eta su-hesian ikusgarri izateko konfiguratuta egotea. Beñaten zerbitzariak, Beñaten bezeroarekin aurretik ezarrita duen kanalaren bidez, Beñati birbidaliko dio jasotako eskaera. Beñatek deia onartzen badu, bitartekari bat adostu behar dute, eta hari eskatu portuak irekitzeko Ainhoarentzat eta Beñatentzat. Bitartekariak portu horiek prest dituenean, zerbitzariek bitartekariaren IP helbidea eta portua helaraziko dizkiete Ainhoaren eta Beñaten bezeroei, eta haiek konexioak ezarriko dituzte bitartekariarekin, 3.14 irudian agertzen den bezala. Hortik aurrera, bitartekariak portu batetik jasotakoa bestetik birtransmitituko du, eta, horrela, Ainhoaren eta Beñaten arteko elkarrizketa gauzatuko da, nahiz eta Ainhoa zein Beñat NAT edo su-hesi baten atzean egon. Gakoa da deitutakoaren bezeroak ez duela inongo konexiorik hartu behar zuzenean bere makinako portu batean, konexio guztiak bezero batengandik bistan dagoen zerbitzariren baten kontra abiatzen direlako. 3.14 irudia. TURN erabilera su-hesiak eta NAT zerbitzariak gainditzeko. Deskribatutako mekanismoa, funtsean, TURN deritzon teknika da (Traversal Using Relays around NAT, RFC 5766). Ez da NAT eta su-hesiak zeharkatzeko aukera bakarra, ezta, batzuetan, onena ere. Ahal denean, hobe da, bitartekariaren ordez, zuzenean NAT gailuak bere atzean dagoen bezero batentzako erabilitako portuan zuzenean jasotzea bezero horrentzako VoIP trafikoa, 3.15 irudian agertzen den bezala. Irudian, Ainhoak bere IP telefoniarako zerbitzariari saioa abiatzeko eskaera bidali dionean, bere NAT gailuak IP helbide publiko bat eta portu bat (@A:a bikotea irudian) esleitu ditu Ainhoaren eta bere IP telefoniarako zerbitzariaren arteko komunikazioak gauzatzeko. Era berean, Beñaten NAT gailuak @B:b bikotea esleitu dio Beñaten eta bere IP telefoniarako zerbitzariaren arteko komunikazioari. Ondorioz, Internetetik Ainhoaren NAT gailuak @A:a bikotera igorritako datagramak jasotzen dituenean, datagrama horien helburuko helbidea eta portua ordezkatuko ditu, Ainhoaren IP barruko helbidea eta portua ipiniz, eta barruko sarean birbida- 3 IPtelefonia105 liko ditu datagrama horiek, Ainhoarengana. Beñaten NAT gailuak lan bera egingo du jasotzen dituen eta @B:b helburua duten datagramekin, Beñati helarazteko. Horrela izanik, Beñatek INVITE bati emandako erantzunean @B:b bikotea eman dezake, deitzaileak hara bere ahots-seinalea bidaltzeko. Era berean, Ainhoak Beñati, INVITE eskaeran, @A:a bikotea emango dio, Beñatek bere ahotsa Ainhoari helaraz diezaion. Hortik aurrera, bi solaskideek badute ahotsa elkarri bidaltzea, bitartekari baten beharrik gabe. Hala ere, NAT gailuak bitartekari gisa erabili ahal izateko, Ainhoak eta Beñatek jakin behar dute NAT baten atzean daudela, eta, gainera, saio bakoitzeko zein den NAT horrek beraiei esleitutako ip helbidea:portua bikotea. Baina NAT mekanismoaren ezaugarri positiboetako bat da, hain zuzen ere, beraren gardentasuna; hau da, NAT baten atzean dauden gailuek ez dute ezer berezirik egin behar NAT zerbitzua erabiltzeko, ez dira jabetuko NAT baten atzean daudenez, eta ez dute ikusiko zein diren saio bakoitzean berari esleitutako IP helbide publikoa eta portua. Oztopo hori gainditzeko definitu ziren STUN teknika eta protokoloa (Session Traversal Utilities for NAT, RFC 8489). Protokolo horren bidez, NAT baten atzean daudenek hitz egin dezakete Internetetik ikusgarri dagoen STUN zerbitzari batekin, jakin ahal izateko zein den NATek beraiei esleitutako ip:portua bikotea. STUN zerbitzariak informazio hori lortzen du berari igorritako mezuak dakarren jatorrizko IP helbidea eta portua begiratuta, besterik ez. 3.15 irudia. NAT gailuen erabilera bitartekari gisa, bezeroen arteko saio batean. Alabaina, NAT gailuak bitartekari gisa erabili ahal izateko, beste arazo hau agertzen da maiz: segurtasun-arrazoiak direla medio, NAT gailu askok ez dute onartuko VoIP bezero baten eta bere VoIP zerbitzariaren arteko saiorako erabilitako ip:portua bikote bera erabiltzea beste edozein komunikaziotarako. Horregatik, hain zuzen ere, asmatu zen TURN, bitartekari bat erabiltzeko. Izan ere, STUN teknikaren hedapena da TURN. STUN teknikaren beste hedapen bat, NAT zeharkatzeko era guztiak bere barnean biltzen dituena, ICE protokoloa da (interactive Connectivity Establishment, RFC8445). Funtsean, honako hau da ICE erabilera Ainhoaren eta Beñaten arteko saio bat ezartzean: (1) Ainhoak, ICE protokoloa erabiliz, bere ICE/STUN zerbitzariari eskatzen dio bere helbideen bilduma. Bilduma horretan agertuko dira Ainhoari datagramak bidaltzeko erabil daitezkeen @IP: portua bikote guztiak. Bikote horiek hiru eratakoak izan daitezke ICE definizioetan: — Bikote zuzenak (host candidate): hauek dira bezeroaren benetako IP helbideak dituzten bikoteak. Kasu gehienetan helbide pribatuak izango dira, eta, ondorioz, sare pribatu berean dauden bezeroen arteko komunikazioetan besterik ezingo dira erabili. 112Multimedia-Internet fono-sare analogikoetan, trunk izena eman zieten bakarkako hainbat linea fisikok elkartzen zituzten kableei). Enpresako telefonogune horren zeregina eta izaera aldatu egin da urteetan, eta, egun, IP telefonogune bilakatzen ari da. Hasierako enpresako telefonoguneen zeregin nagusia zen telefonolinea batzuk zenbait terminalen artean (telefonoak, fax-makinak, txartel bidezko salmentarako gailuak) partekatu ahal izatea. Hau da, haren lana zen baliabide eskas eta garesti bat —telefono-linea— partekatu ahal izatea. Enpresako telefono bakoitzeko linea bat kontratatu ordez, estatistikoki nahikoa zen linea kopuru txiki bat kontratatzen zen, eta askoz handiagoa zen terminal kopuru batek erabiltzen zituen linea horiek telefonogunearen bidez. Halako TDM telefonoguneak izendatzeko, PBX terminoa erabiltzen da ingelesez (private Branch eXchange). Kanpoko lineak partekatzeaz gain, enpresa barruko komunikazioa bideratzen dute (oraindik badaude eta), hau da, barruko telefonoen arteko komunikazio zuzena, telefono-konpainien saretik igaro gabe, eta ordaindu gabe. Hasiera batean (eta, oraindik, enpresa batzuetan), telefonista esaten genion langile batek jasotzen zituen kanpotik heltzen ziren deiak, eta behar zen telefonoarekin (luzapenarekin) konektatzen zituen. Egun, gehienetan, lan hori automatizatu egin da telefonoguneen bidez. Gainera, telefoniaren digitalizazioarekin batera, telefonoguneak zeregin gehiago bereganatu ditu. Baina, IP telefonia agertu bitartean, horretarako erabilitako azpiegitura mantendu egin da, hau da, telefonogune klasiko hori gehi berarekin enpresako telefonoak fisikoki lotzeko behar den kable-sarea. Berez, IP telefoniarako migrazioa egin ez denean, bi kableatu-sistema zabaldu eta mantendu behar dira enpresa batean: sare informatikoarena, alde batetik, eta TDM telefoniarako beharrezkoa dena, bestetik (ikusi 3.18 irudia). Kable desberdinak izanda ere, normalean azpiegitura fisiko gehienak, kanalizazioak eta armairuak, partekatzen dituzte. Orain, komunikazioen arloan enpresek duten erronka IP telefoniara igarotzea da. TDM telefonoguneen garaia telefonia bidezko komunikazioen garaia zen, baina, egun, enpresako komunikazioak betiko telefonia baino askoz gehiago dira: posta elektronikoa, uneko mezularitza, bideokonferentzia, mahaigainekoa partekatzea, SMSak eta telefonia mugikorraren beste aplikazioak... Komunikazio bateratuak (Unified Communications) da zerbitzu horiek guztiak bildu nahi dituen terminoa, betiko telefonia ordezkatuz. 3.18 irudia. Bi sareak enpresetan: telefoniarako sarea eta IP sarea. Enpresaren IP telefoniarako aldaketa egiteko arrazoiak honako hauek izaten dira: — Kostua. Enpresa barruko komunikazioetan telefonia konbentzionalari eusteak bi sare sortu eta mantendu behar izatea dakar, bata telefoniarako eta bestea informatikarako. IP telefonia erabilita, telefono bidezko komunikazio-zerbitzua sare informatikoaren bidez gertatzen da, eta TDM telefono-sarearen beharra eta kostua desagertu egiten dira. Telefonia konbentzionalerako behar den inbertsioak eginda badaude ere (hau da, enpresak dagoeneko bere TDM telefono-sarea baldin badu ere), askotan, merezi du sare hori ordezkatzea IP teknologiarekin, merkeagoa baita ustiatzeko eta, ondorioz, epe labur batean amortiza baitaiteke IP telefonia ezartzeko egindako inbertsio berria. — Barruko komunikazioen kudeaketa errazagoa da IP teknologia erabiliz, telefonia konbentzionaleko telefonogune baten bidez baino. IP erabiliz, telefonia datu-sareko beste zerbitzu bat izatera igarotzen da, eta informatikari batek kudea dezake. 3 IPtelefonia113 — Gainera, IP telefoniak beste zerbitzu berri batzuk ere eman ditzake betiko telefoniarekin eman daitezkeen zerbitzuez gain (erantzungailua, deiak birbidaltzea, eta abar). IP telefonoak datu-sarean IP telefonoak datu-sarean konektatzeak zenbait aldaketa dakartza. Alde fisikoari dagokionez, telefono bakoitzaren ondoan argindarrerako entxufe bat eta datu-sarerako hartune bat beharko dira. Argindarrerako beste entxufe baten beharra ekiditeko, PoE (power over Ethernet) ahalmena duten kommutagailuak erabiltzen dira IP telefonoak sarean konektatzeko, datuez gain argindarra ere Ethernet konexiotik helarazteko telefonoari. Datu-sarerako beste hartune baten beharra ere ezabatu daiteke erabilitako IP telefonoak aukera ematen badu hartune bat partekatzeko eta, ohi den bezala, telefonoaren ondoan sareari lotuta dagoen konputagailu bat badugu. Kasu horretan, konputagailua lotuko dugu telefonoarekin, eta telefonoa lotuko dugu sarerako hartune bakarrarekin, konputagailuak libratu duenarekin, alegia. Beste alde batetik, IP telefonoak VLAN batean elkartzen dira, VoIP trafikoa bereizteko. Horrela eginda, kudeaketa errazten da, eta tratamendu berezia eman dakioke telefonoen arteko trafikoari, denbora errealeko trafikoa baita. Adibidez, lehentasuna eman dakioke trafiko horri bideratzaileen ilaretan, ahotsaren kalitaterako hain kaltegarria den atzerapen-aldakortasuna minimizatzearren. 5.1. Migraziorako aukerak IP telefoniarako jauzia egiteko, badago era bat baino gehiago. Enpresa bakoitzak erabaki beharko du nola egin behar duen ibilbide hori, bere beharren eta baldintzen arabera. Ondoren azaltzen dira IP telefonian murgiltzeko enpresek dituzten aukerak. Barruan TDM eta IP, kanpoan IP Barruko komunikazioetarako dagoeneko TDM telefonia sare klasiko bat duten enpresei, askotan, kostatu egiten zaie sare hori baztertzea eta IP komunikazioetan % 100 murgiltzea, TDM sare telefonikoan egindako inbertsioa amortizatutzat eman arte behintzat. Horrelako kasuetan, ohikoa da IP telefoniarako migrazioa epeka egitea; orduan, lehenengo urratsa izan daiteke barruko komunikazioetarako telefonia klasikoari eustea, baina kanpoko komunikazioetan IPra igarotzea. Kasu horretan, kanpoko komunikazioak merkatzea lehenesten da, bai eta IP testuingurura pasatzeak eskatzen dituen inbertsio gehienak atzeratzea ere; zehazki, enpresako telefonoterminal guztiak aldatu behar izatea (edo egokigailuak erosi behar izatea), sare lokala birkonfiguratzea telefonia-trafikoa kontuan hartuta (VLAN berriak, PoE kommutagailuak...), eta langileak egoera berrirako prestatzea. Nolanahi ere, enpresako TDM telefonia-sareari eutsi behar zaio sare informatikoaren ondoan, eta, azken horretan, IP telefonogune bat ezarri behar da. Telefonogune horren lana izango da pasabidearena egitea TDM eta IP munduen artean. Behin IP telefonogunea edukita enpresako sarean, erraza da IP telefonoak eta zerbitzuak ezartzen hastea. Horregatik, enpresa handietan behintzat, aukera dago egoera misto batean ibiltzeko aldi baterako, sail batzuetan TDM telefoniari eutsita eta beste batzuetan, aldiz, IP telefoniari eutsita. Egoera hori agertzen da 3.19 irudian. Kanpoko komunikazioak IP eran egiteko, bi aukera dituzte enpresek: edo betiko telefono-lineak ordezkatu SIP trunk batekin, edo Internet konexioa erabili OTT erako hornitzaile batekin lotzeko. Lehenengo kasuan, Interneterako konexioaz gain, telefoniarako beste konexio bat ere behar da. Zerbitzu guztiak Interneterako konexioaren bidez gauzatzea baino garestiagoa da; baina bermatuak ditugu, ordea, kontratatutako banda-zabalera eta, batez ere, atzerapenaren aldakortasunik eza. Bi aukerak agertzen dira 3.19 irudian. SIP trunk bat linea birtual bat da, betiko TDM linea multzo baten 114Multimedia-Internet baliokidea IP munduan, hau da, gure konexioa telefono-konpainiarekin. Komunikazio guztiak Internet bidez egiten direnean, SIP trunk hori gure sarearen eta ITSPren arteko VPN batek gauzatzen du (Virtual private Network), komunikazioen konfidentzialtasuna bermatzearren. Enpresa ertain eta txikietan, zein etxeetan, nahikoa izaten da Internet konexioa erabiltzea IP telefoniarako, beste ezer kontratatu gabe. Joera hori zabaltzen ari da hain txikiak ez diren enpresetan, Internet konexioen kalitateak gora eta prezioek behera egiten duten heinean. 3.19 irudia. Barrurako, TDM eta IP telefonia; kanporako, IP telefonia. Pasabide-lanez gain, SBC lana ere egin dezake IP telefonoguneak (Session Border Controller), nahiz eta irudian bi zereginak bereizita agertu. SBC izenekoa enpresako IP sarearen eta ITSPren arteko mugan kokatzen den bitartekaria da, bideratzaile berezi baten eran. SBC terminoaren esanahia ez dago garbi definituta, ez baitago estandarizatuta zein den bere zeregina. RFC 5853 agirian deskribatzen da zein diren SBC baten lanak bi SIP eremuen arteko lotura egiten denean, baina terminoaren erabilera ez da horretara mugatzen. Gehienetan, SBC batek honako lan hauek egiten ditu: — Segurtasuna: sarbidearen kontrola, VPN muturra komunikazioak zifratzeko, DoS erasoen kontrako babesa, eta abar. — Sareen arteko pasabidearena, protokoloen arteko bihurketa eginez. — Trafikoaren monitorizazioa eta lehentasunak ezartzea (QoS). Kokapenari dagokionez, askotan, SBCak bi sareetan instalatu behar dira, enpresaren sarean eta ITSPren sarean. Enpresaren aldean dagoenari E-SBC izena ematen zaio (Enterprise SBC). Enpresa txikietan eta etxeetan SBC bakarra egoten da, ITSPren aldean. Barruan IP, kanpoan TDM Aurreko aukeraren kontrakoa da. Normalean, enpresak kanpoko komunikazioak IP bidez egiteko aukerarik ez duenean agertzen da, operadoreek ez baitute egiten SIP trunk bat kontratatzeko 3 IPtelefonia115 eskaintzarik enpresa kokatuta dagoen tokian, eta Interneterako loturak ez baitu ematen behar den kalitate minimoa zerbitzua OTT bidez kontratatu ahal izateko. Kasu horretan, enpresako egoitzetan ez dago telefoniarako sarerik: zerbitzu hori sare informatikoak berak ematen du. Hala ere, pasabide bat beharko da telefono-sare klasikoarekin komunikatu ahal izateko. Hori izango da, beraz, IP telefonogunearen lan nagusietako bat. Telefonoguneak bi konexio izango ditu: alde batetik, enpresako IP sarearekin, eta, beste alde batetik, TDM telefonia-operadorearekin. Enpresako telefono guztiek IP erakoak izan behar dute. 3.20 irudian agertzen zaizkigu osagarri horiek guztiak. 3.20 irudia. Barrurako IP telefonia; kanporako TDM telefonia. Telefonia guztia kanporatuta Zerbitzua kanporatzea, boladan dagoen terminologia erabilita, zera da: IP telefonia-zerbitzua lainoan kontratatzea. Horretarako, antzeko hainbat termino erabiltzen dira ingelesez. Agian ezagunenak Cloud Telephony edo Hosted Telephony dira. Zabalagoa da UCaaS terminoa (Unified Communications as a Service), telefoniaz gain beste komunikazio-zerbitzu batzuk ere barneratzen baititu. Urrats hori egiten bada, gure sareko IP telefonogunerik ere ez dugu beharko, gure ITSPk hartuko baitu telefonogunearen lana. Izan ere, 3.21 irudia 3.19 irudi bera da, baina barruko TDM sarea eta IP telefonogunea kenduta. ITSP gure ISP bera izan daiteke, soilik telefonia-zerbitzua ematen digun beste hornitzaile bat, edo OTT bat, hau da, bere zerbitzuak Internet irekian eskaintzen dituena. 3.21 irudia. IP telefonia kanporatuta. Aukera hori bereziki erakargarria da enpresa txikientzat, ez baita inongo inbertsiorik egin behar, IP telefonoak ezartzea izan ezik (eta hori ere ez da guztiz beharrezkoa, software bidezko telefonoak erabiltzen badira). Enpresa handietan, lehenengo aukeraren bilakaera naturala izan dai- 116Multimedia-Internet teke: hasi barruko bi sistemekin (TDM eta IP telefonia), pixkanaka TDM sarea eta telefonoak guztiz baztertu arte, eta, azkenean, IP telefonogunea ere kendu. Hala ere, enpresa handietan, joera handia dago oraindik zerbitzuak zuzenean kudeatzeko. Laburpena IP telefoniak iraultza ekarri du telekomunikazio-mundu zaharrera. Telefonoaz hitz egitea konpainia batekin lotutako zerbitzu bat izatetik beste Internet-aplikazio bat izatera igaro da. Urteetan hain errentagarria izan den zerbitzuak eskuetatik ez alde egiteko, betiko telefono-konpainiek ere IPra jo dute, OTT ereduari aurre egiteko azken saioan. Hala ere, Internet hornitzea eta konexio horretatik zerbitzuak jasotzea gero eta banatuago dauden kontuak dira. Egoera honetara heltzeko, IPren best effort izaerak denbora errealeko komunikazioetarako dakartzan oztopoak gainditu behar izan dira. Arazorik handiena atzerapenaren aldakortasuna da, telefonian oso aurrekarga (buffering) gutxi egin baitaiteke aldakortasun hori ezabatzeko. Horrek ahotsa garraiatzeko RTP/UDP erabiltzera behartzen du kasu gehienetan, eta ez TCP gaineko aukerak. Hala eta guztiz ere, Interneteko azpiegituretan egindako hobekuntzak nabarmen gutxitu dute kongestioen mamua, eta, horrekin batera, erreprodukzio-unea baino beranduago heltzen diren datagramen kopurua. Horrez gain, uhinen bidezko komunikazioak transmisioetan eragindako galerak handitu dituzte. Baina galerak berreskuratzeko teknikak erabiliz, lortzen ari dira galera-tasa horri onargarria den atalase baten azpitik eustea. Komunikazioaren kontrolean, SIP protokoloa nagusitu da lehiakideen artean. SIP zerbitzarien lan nagusia deitutakoa aurkitzea da. Horretarako, posta elektronikoarenaren antzeko funtzionamendua du: deitutakoaren identifikadoretik haren SIP zerbitzariaren berri jaso, eta, hortik tiraka, deitutakoarekin harremanetan jarri. Internet bidezko telefoniak bi arazo izan ditu nagusiki: NATen eta su-hesien oztopoa, eta betiko telefono-sarearekiko komunikazioa. NATen eta su-hesien atzean dauden erabiltzaileak ikusezin bilakatzen dira Interneten, eta, ondorioz, ezin da haiekin telefono-saio bat hasi kanpotik abiatuta, SIPek eta beste protokoloek egiten duten moduan. Txarrantxa horiek gainditzeko, ICE zerbitzariak behar dira. Internet bidezko telefonoaren bigarren arazoari dagokionez, kontuan hartu behar da betiko TDM telefono-sarea garrantzia galtzen ari bada ere, erabiltzaile asko berari lotuta daudela oraindik, eta, ondorioz, ezinbestekoa da IP telefoniako erabiltzaileek beste erabiltzaile klasiko horiekin nolabait komunikatu ahal izatea. Horretarako, pasabideak behar dira Interneten eta betiko telefono-konpainien artean. Baina ez pasabide horiek bakarrik: IP telefoniarako erabiltzaileen identifikadoreen —URIak— eta telefono-sistema zaharraren E.164 zenbakien arteko igarobidea ere behar da. Zubi-lan hori egiteko aukerarik erabilienak ENUM itzulpena eta NAPTR erregistroak dira. ENUMek DNS mundura ekartzen ditu E.164 zenbakiak, eta NAPTR erregistroek zerbitzuak lotzen dizkiote ENUMetik eratorritako izenari. Horrek zabaltzen dituen aukera guztiak ikusteke ditugu oraindik. IP telefoniaren bidea abiatuta dago enpresa askotan. Zertarako eutsi bi sare paralelori enpresen egoitzetan —bata TDM telefoniarako bakarrik, teknologia, ekipo eta kable propioarekin, eta bestea IP zerbitzuetarako—, posible baldin bada telefonia ere beste IP zerbitzuekin batera integratzea enpresako sare informatikoan? Horrek IP telefoniarako zerbitzariak (edo IP telefonoguneak) enpresako IP sareetan ezartzea ekarri du. Enpresako kanpoko komunikazioak ere IP telefoniaren bidez egiten dira gero eta gehiago. Horretarako, lehenengo aukera izan da betiko konpainiekin Sip trunk erako loturak ezartzea, lehen ISDN lineak edo trunk bat zeuden lekuan. Baina OTT aukerak zabaltzen ari diren heinean, betiko konpainien atzaparretatik alde egiteko tentazioak ere gero eta handiagoak dira enpresentzat. Eta, lainoaren indarrak eraginda, kontua ez da bakarrik kanpoko komunikazioak Interneteko edozein konpainiarekin kontratatzea: barruko komunikazioen kudeaketa ere kanporatu dezakete. 3 IPtelefonia117 3. kapituluko ariketak: IP telefonia 1) Demagun IP ahots-telefoniako multikonferentzia bat, unicast moduan eginda, non deia abiatu duen erabiltzaileak zentralizatzen duen komunikazioa. N partaide badago, non N > 2, eta erabilitako kodeketak r b/s kontsumitzen badu, erantzun honako hauek: (a) Zenbat b/s igortzen ditu deia abiatu duenak? (b) Zenbat b/s igortzen ditu bestelako partaide bakoitzak? (c) Zenbat b/s sartzen dituzte denen artean sarean? 2) Demagun multibideokonferentzia bat, unicast moduan, N partaide dituena, non N > 2. Erabilitako kodeketak r b/s kontsumitzen badu, eta zerbitzaririk ez badago (hau da, partaide bakoitzak bere seinalearen kopia igorri behar die beste partaide guztiei), erantzun honako hauek: (a) Zenbat b/s igortzen ditu partaide bakoitzak? Demagun N = 5 eta r = 300 kb/s. (b) Zenbat b/s sartzen dituzte denen artean sarean? 3) Demagun zerbitzari baten bidezko bideokonferentzia bat, unicast moduan, N partaide dituena, non N > 2. Erabilitako kodeketak r b/s kontsumitzen badu, eta zerbitzari baten bidez egiten bada, erantzun honako hauek: (a) Zenbat b/s igortzen ditu partaide bakoitzak? (b) Zenbat b/s igortzen ditu zerbitzariak? (c) Zenbat b/s sartzen dituzte denen arten sarean? 4) Ikusi honako denbora-grafiko hau. Hasierako 8 marrak (jarraituak) telefonia G.711/PCM sistema batean bidalitako 8 UDP datagramak dira, eta beste 8ek (marra etenak eta lodiagoak) datagrama horiek noiz jaso diren azaltzen dute. Demagun atera ziren ordena berean heldu direla datagramak. (a) Jakinda marren lodierak datagrama bidaltzeko edo hartzeko denbora adierazten duela, nork du sare-konexio azkarragoa, igorleak ala hartzaileak? (b) Igorritako datagrama bakoitzean soinua daramaten 1.280 bit daudela jakinda, zenbatekoa da, segundotan, grafikoko bi uneren arteko iraupena? Zenbat segundoko soinua bidaltzen ari da datagrama guztiak hartuta? (c) Zein da igorritako datagrama bakoitzak izandako sare-atzerapena? Zenbatekoa izan da batez besteko atzerapenaren aldakortasuna? (d) Demagun hartzailea lehenengo datagrama jaso bezain pronto hasiko dela ahotsa erreproduzitzen, inongo atzerapenik ezarri gabe. Zenbat soinu erreproduzituko du? (e) Demagun hartzailea lehenengo datagrama jaso eta 20 ms geroago hasiko dela ahotsa erreproduzitzen. Zenbat soinu erreproduzituko du? (f) Zein da hartzaileak aplikatu behar duen atzerapen minimoa inongo galerarik ez izateko? 5) TDM telefono-sare klasikoan aspaldi erabiltzen da digitalizazioa. Baina sare horretan ez da erabiltzen dejitterizazio-bufferra. Zergatik? 118Multimedia-Internet 6) Demagun VoIP elkarrizketa bat, PC baten eta telefono baten artekoa, biak sare lokal batera lotuta. PCa Ethernet bidez dago lotuta, eta telefonoa wifi bidez. Demagun wifian dugun bit-errore tasa 10-5 dela, eta, aldiz, kablean, 10-9. Erabilitako kodeketa G.711/PCM da. (a) Kalkulatu, batez beste, segundotan zenbat soinu galduko den transmisio-erroreengatik PCak erabiltzen duen kablean, 5 minutuko elkarrizketa batean. (b) Egin kalkulu bera wifi-loturarako. Kontuan hartu: — Laginak 20 ms-tik behin bidaltzen dira UDP datagrama batean, RTP erabiliz. — Ethernet goiburukoak 18 byte ditu, eta erabilitako wifiarenak (802.11 trama) 34 byte. — RTP goiburukoa 12 bytekoa da; IPrena, 20 bytekoa, eta UDPrena, 8 bytekoa. 7) Errepikatu aurreko ariketa, baina orain G.729 kodeketa erabiliz, datagramak 10 ms-tik behin bidaliz, eta bakoitzak 10 byte ahots edaramatzala kodetuta. Emaitza ikusita, trinkoketak dakarren banda-zabalera aurrezteaz gain, zer beste onura dakar? 8) Demagun IP telefonia-sistema bat dugula, RTP erabiltzen duena. Digitalizazioa G.711/PCM erabiliz egiten da (8 kHz-eko laginketa, 8 bit lagineko), eta laginak datagrama batean elkartzen eta bidaltzen dira 20 ms-tik behin, UDP segmentu batean. Erroreak zuzentzeko, bigarren kanal bat erabiltzen da. Erroreetarako kanal horretan, 3 bit erabiltzen dira laginak kodetzeko. Erantzun honako bi galdera hauek: (a) Zer tamainatakoa izango da bidalitako datagramen datu-eremua? Kontuan hartu aplikazioeta garraio-protokoloen goiburukoak (RTP = 12 byte, UDP = 8 byte). (b) Zein izango da hartzaileak utzi behar duen erreproduzitze-atzerapen minimoa, milisegundotan? (c) Demagun aplikazioak, berez, 80 ms-ko atzerapena ezartzen duela ahotsa erreproduzitzean, atzerapenaren aldakortasuna zuzentzeko bufferra erabiliz. Zenbat kanal erabil daitezke erroreak zuzentzeko, erreproduzitzeko atzerapena handitu gabe? 9) IP telefonian, galerak berreskuratzeko bi FEC teknika ikasi ditugu: paritate-datagrama erabiltzen duena eta kanal estrak gehitzea. Demagun bi teknika horien erabilpena ebaluatu nahi dugula, eta: — Digitalizazioa G.711/PCM jarraituz egiten dela (8 Khz-eko laginketa, 8 bit lagineko), eta laginak datagrama batean elkartzen eta bidaltzen direla 20 ms-ro. — Lehenengo teknikan (paritate-datagramarena) jatorrizko 4 datagramako paritate-datagrama bat sortu eta bidaltzen dela. — Kanal estrako teknikan kanal bakarra gehituko dela. Orduan: (a) Zenbateko erreproduzitze-atzerapena sortuko du teknika bakoitzak? (b) Nolako portaera izango dute 5 datagramako talde bakoitzean, lehena galtzen bada? (c) Eta bi datagrametako lehenengoa galtzen bada? 10) Demagun IP bidezko telefono-dei bat, NATen atzean dauden bi erabiltzaileen artean. NAT gainditzeko relay bat erabiltzen da. Idatz ezazu zein diren bidea egingo duten honako datagrama hauen jatorrizko eta helburuko IP helbideak eta portuak: — Igorlearen eta haren NAT zerbitzariaren artean dabilen datagrama. — Igorlearen NAT zerbitzariaren eta relayren artean dabilen datagrama. — Relayren eta hartzailearen NAT zerbitzariaren artean dabilen datagrama. — Hartzailearen eta haren NAT zerbitzariaren artean dabilen datagrama. 3 IPtelefonia119 Helbideak eta portuak azaltzeko, erabili notazio hau: — @I = igorlearen IP helbidea. — @H = hartzailearen IP helbidea. — @NAT-I = igorlearen NAT zerbitzariaren IP helbidea. — @NAT-H = hartzailearen NAT zerbitzariaren IP helbidea. — @R = Relayren helbidea — pI: igorleak erabilitako portua. — pH: hartzaileak erabilitako portua. — pNAT-I: igorlearen NAT zerbitzariak igorleari esleitutako portua. — pNAT-H: hartzailearen NAT zerbitzariak hartzaileari esleitutako portua. — pRI: Relayk igorleari irekitako portua. — pRH: Relayk hartzaileari irekitako portua. 11) Demagun relay bidezko telefonia-sistema bat dugula, TURN erako protokoloa erabiltzen duena NAT zerbitzariak eta su-hesiak gainditzeko. Baina demagun komunikazioko bi aldeen proxiek (edo superkideek) beste aldeari bidaltzen diotela beren NAT zerbitzariek esleitutako portua. Hau da, igorlearen proxiak igorlearen NAT zerbitzariaren IP helbidea eta igorleari esleitutako portua bidaltzen dizkio hartzaileari, eta hartzailearen proxi/registerrak (edo superkideak), hartzailearen NAT zerbitzariaren helbidearekin batera, zerbitzari horrek hartzaileari esleitutako portua helarazten dio igorleari. (a) Deskribatu bi aldeen arteko datagrama baten ibilbidea. (b) Idatzi ibilbide horretan erabilitako jatorrizko eta helburuko (IP helbidea: portua) bikoteak. 12) Egin ezazu eskema bat SIP deia ezartzeko urratsak adieraziz, baina deitzailea eta deitutakoa NAT zerbitzari baten atzean kokatuta daudela, eta ICE/TURN zerbitzari bat erabiltzen dutela telefono-saioak ezarri ahal izateko. Zertan aldatzen da eskema NAT zerbitzari baten atzean egon ordez su-hesi baten atzean badaude, eta biek erabiltzen dituzten su-hesiek iragazten badituzte zerbitzarietara ez doazen saio-eskaerak? 13) Lotu akronimo eta termino hauek dagokien kontzeptuarekin: — Signaling gateway — SIP — ICE — Opus — SIP erregistratzailea — H.323 — NAPTR — FEC — SIP proxia — H.248 — Error concealment — Media gateway — RTP — IAX2 — ITSP — E.164 — SIGTRAN — TURN — #SS7 — SILK — Overlay network — Megaco — RTCP — VoIP Relay — Interleaving — WebRTC — ENUM — SBC — Pasabidea 1. NAT edo su-hesi baten atzean dagoen makina batean konexioak hartzea relay bidez ahalbidetzeko teknika. 2. Telefonian, deia kontrolatzeko erabiltzen den protokoloetako bat, Interneten testuinguruan sortua (IETFk estandarizatua, RFC bidez). 3. Sarean jazotako galerak berreskuratzeko teknika sorta. 4. RTPrekin batera erabilitako kontrol-protokoloa. 5. Pakete-kommutazioko sareetan telefonia-zerbitzuak eskaintzeko protokolo multzoa, ITUk estandarizatua. 120Multimedia-Internet 6. TCP/IP sareetan soinua eta bideoa denbora errealean bidaltzeko formatu estandarra. 7. Betiko telefono-zenbakiak eta Internet-identifikadoreak lotzeko sistema. 8. Skypen erabilitako ahotserako kodetzailea. 9. Soinu-kodetzailea, partzialki SILKen oinarritua, librea eta egokia IP telefoniarako. 10. Transmisio-erroreak eragindako kaltea leuntzeko teknika, non galeraren eragina denboran zehar banatzen baita. 11. Transmisio-erroreak eragindako kaltea leuntzeko teknika sorta. 12. Deitzaileak egindako eskaerak jaso eta bideratzen dituena, SIP telefonia sistema batean. 13. IP telefonia-sistema batean, Internet eta betiko sare telefonikoen arteko zubiarena egiten duen ekipoa. 14. SIP telefonia sistema batean, bere sareko erabiltzaileekin kontaktatzeko informazioa gordetzen duena. 15. Betiko telefono-sarean erabilitako seinalizazio-protokoloa. 16. ITUk egindako gomendioa, non betiko telefono-zenbakien antolaketa arautzen den. 17. Izen bati zerbitzu desberdinak lotzeko DNS erregistro mota. 18. P2P sare batean partaideen bilaketa egiteko sarea. Euskaraz, bilaketarako sarea. 19. NAT eta su-hesiak zeharkatzeko erabilitako zerbitzaria. 20. Asterisk zerbitzarietan erabilitako IP telefoniarako protokoloa. 21. Pasabide batean, kontrol-protokoloaren bihurketa egiten duen zati funtzionala. Euskaraz, kontrol-pasabidea. 22. Pasabide batean, seinalearen bihurketa (ahotsa, bideoa) egiten duen zati funtzionala. Euskaraz, seinale-pasabidea. 23. SS7 protokoloen egokitzapena, IP sareetan erabilgarria. 24. Pasabidearen kontroladorearen eta seinale-pasabidearen arteko komunikazioetarako protokoloa. 25. IP telefonia ematen duen hornitzailea izendatzeko akronimoa. 26. Gehienetan, SIP trunk baten kontrola betetzen duen bideratzailea. 27. RTC aplikazioak garatzeko javascript API bat, nabigatzaileetan inplementatuta dagoena. 28. Komunikazioak NAT zerbitzariak zeharkatzeko protokoloa, TURN eta STUN teknikak erabiltzen dituena. 4 Multimediarako sare-teknologiak Kapitulu hau ikasi eta gero, irakurleak ondo ezagutuko ditu gai hauek: — Multicast-teknologiaren oinarriak: helbideak eta protokoloak. — Zerbitzuaren kalitatea (QoS). — Traffic Management eta haren teknika nagusiak. — Trafiko-ingeniaritza eta MPLS/RSVP TE bikotea. — Banda zabaleko aukerak Interneterako sarbidean. Aurreko kapituluetan ikasi dugu zer egiten duten multimedia-aplikazioek IP sareetan topatzen dituzten oztopoak gainditzeko: nola trinkotzen dituzten kodetutako ahotsa eta irudiak banda-zabalera gutxiago kontsumitzeko, nola erabiltzen duten aurrrekarga (bufferinga) atzerapenaren aldakortasuna ezabatzeko, nola egokitzen dioten erreproduzitzeko abiadura sarearen egoerari, nola tratatzen dituzten sarean izandako galerak, nola antolatzen dituzten zerbitzariak CDNtan... Teknika horiek guztiak Internetek eta IP sareek ematen duten best effort moduko zerbitzuaren mugak gainditzen saiatzen dira, baina sareko muinean ezer ukitu gabe. Aplikazioen antolaketan edota beren kode-lerroetan gauzatzen diren teknikak dira, komunikazioaren muturretan, saretik at (ikusi 4.1 irudia). Multimedia-aplikazioek IP sareetan dituzten arazoak konpontzeko bide alternatiboa sarean bertan ekiditea da. Hori aztertuko dugu kapitulu honetan: zer egin dezaketen sare-ingeniariek multimedia-trafikoa arazorik gabe garraiatzeko IP sareetan. Funtsean, IP sareetan suertatzen den datagramen arteko atzerapenaren aldakortasuna eta datagrama-galerak minimoetan uztea da helburua. Eta, kontuan hartuta atzerapenaren aldakortasuna eta galeren iturri nagusia bideratzaileetan sortutako datagrama-ilarak direla, helburu hori buxadurak ekiditea bilakatzen da. Bideratzaileetan sortzen diren ilarak desagerrarazteko modurik zuzenena lineen transmisio-abiadura eta bideratzaileen ahalmena handitzea da. Beste era batean esanda, banda-zabalera handitzea. Bada, banda-zabaleraren handitze horri ekin diote sare-operadoreek; eta, gogoratu, hori izan da multimediaren hedapenaren eragile nagusietako bat Interneten eta IP sareetan. Interneteko banda-zabalerari dagokionez, gabezia handienak sarbide-sareetan daude. Horregatik aztertuko dugu kapitulu honetan nolakoak diren multimedia-trafikoa xurgatzeko kapaz diren sarbide-sareak. Hala eta guztiz ere, beste edozein baliabide bezala, hobe da banda-zabalera ondo erabiltzea, sobera hornitzea baino. Hori da bigarren estrategia sareak berak best effort baino harago doan zerbitzua emateko: IP trafikoa ondo kudeatzea sarearen muina diren bideratzaileetan. Horretan datza QoS akronimoarekin ezagutzen den teknika sorta (Quality of Service). Dagoeneko ezagutzen dugun multicast-teknologian ere sakonduko dugu kapitulu honetan, masiboki erabiliz gero sarean dabilen trafikoa murrizten baitu, eta, ondorioz, dugun banda-zabaleraren erabilera optimizatzen. 128Multimedia-Internet tagailu arruntek ez dute halako multicast-ahalmenik, eta multicast-helbideak broadcast balira bezala tratatzen dituzte; hau da, sareko linea guztietatik birtransmititzen dituzte. Jokabide horrek bandazabalera kontsumitzen du, alferrik, eta, gainera, DoS erasoak ekar ditzake (Denial of Service). Horregatik, zenbait ekoizlek multicast-trafikoa soilik trafiko horri dagozkion lineetatik birbidaltzen duten Ethernet kommutagailuak merkaturatu dituzte. Haien lana IGMP mezuen edukia miatzean datza, multicast-bideratzaileak IP mailan egiten duen taldeen jarraipen-lanaren parekoa egiteko Ethernet mailan. Hau da, Ethernet kommutagailuak ARP taularen antzeko beste taula bat eraikiko du, aho bakoitzari dagozkion multicast-helbideak aho horrekin lotzeko. Bideratzaileen eta hartzaileen arteko IGMP trafiko -zelatatze horri iGMp snooping deritzo. Bereziki onuragarria da multicast bidezko IP telebistan eta halako aplikazioetan, sare lokalean eragindako trafikoa era nabarian murriztu baitezake. IGMP snooping teknikan, bi kontu nahasten dira: Ethernet mailako kommutagailuen funtzionamendua eta IP mailako multicast-trafikoa bideratzea. Horrek estandarizaziorako arazo bat dakar, erakunde desberdinei baitagokie kommutagailuen funtzionamendua arautzea (IEEEk egiten du) eta IP multicast bideratzea arautzea (IETFren lana da). Beren artean ados jarri ez, eta, ondorioz, ez dugu IGMP snooping arautzen duen estandarrik. Teknika deskribatzen duen RFC 4541 agiriak dibulgaziorako estatusa du (informational status). Multicast-datagramak bideratzea: PIM Hainbat agirik (RFC 5110, RFC 5132, RFC 7761) deskribatzen dute nola bideratzen den multicast-trafikoa Interneten. Hemen, SSM trafikoan ardaztuko gara, 2020. urtetik ASM multicast baztertzen hasia baitago (ikusi RFC 8815). Multicast-trafikoa bideratu ahal izateko, bideratzaileek multicasterako birbidaltze-taula bat osatu eta eguneratu behar dute. Taula horri izen bat baino gehiago ematen zaizkio agiri teknikoetan. Adibidez, RFC 7761 agirian, MFIB terminoa erabiltzen da (Multicast Forwarding information Base); RFC 5132 agiriak, aldiz, Multicast Routing Next Hop Table terminoa erabiltzen du. Guk multicast birbidaltze-taula erabiliko dugu. Taulako sarrera bakoitza SSM kanal bati dagokio, hau da, [iturria, helburua] bikote bati, non helburua multicast helbide bat baita. Beraz, bideratzaile batek sarrera bat izango du bere multicast-taulan, parte hartzen duen SSM multicast-zuhaitz bakoitzeko. Zehazki, taularen antolaketa eta edukia inplementazioaren araberakoa da, baina, orokorrean, honen antzekoa izango da: 4.2 taula. IP multicast birbidaltze-taula posible bat. SSM kanala [Iturria, helburua] Hurrengo bideratzaileak (Next hop) Interfazea [198.51.100.9, 233.252.0.1] 192.0.2.34 eth0 198.51.100.56 ppp1 [198.51.100.48, 233.252.0.1] 192.0.2.212 eth0 — eth1 [192.0.2.213, 233.252.0.55] 198.51.100.197 ppp1 Unicast-komunikazioetan ez bezala, multicast-sare batean baliteke datagrama bat linea batetik baino gehiagotatik birbidali behar izatea, eta hori islatu behar da birbidaltze-tauletan. Bideratzaile batek datagrama bat ugaldu behar badu, hurrengo bideratzaile bat baino gehiago lotu behar zaizkio datagrama horri dagokion kanalari. Horrela egiten da 4.2 taularen hasierako bi kanaletan, non datagramak bi lineetatik birbidali behar baitira. Taulako hirugarren kanalaren kasuan, ordea, 4 Multimediarakosare-teknologiak129 datagramak linea bakar batetik birbidaltzen zaizkio hurrengo bideratzaile bati, eta, beraz, ez dira ugaltzen. Taulako SSM kanal bati dagokion linea bakoitzari adarra izena emango diogu; adar bakoitzean, hurrengo bideratzaile bat eta igortzeko sare-interfaze bat azaltzen dira. Adibidez, 4.2 taulako hasierako bi kanalek bi adar dituzte bakoitzeko, baina azken kanalak adar bakarra du. Aipatzekoa da bigarren kanalean ere bi adar agertu arren, bata eth0 interfazetik eta bestea eth1 interfazetik, bigarren adar hori berezia dela, ez baitu hurrengo bideratzailerik. Horrek esan nahi du adar horren datagramak beren helburuko sarera heldu direla eta ez zaiela beste bideratzaile bati birbidali behar, hartzaileak bertan dituelako. Lerro hori, adarra baino gehiago, hosto izendatu beharko genuke. Bideratzaileen multicast birbidaltze-taulak eraikitzeko, bi arazo hauek konpondu behar dira: (1) Hartzaile berri batek kanal hori eskatzen duenean, zuhaitzeko bideratzaile guztiei jakinarazi behar die beren tauletan sarrera bat gehitu behar dutela. Horri multicast-zuhaitza eraikitzea esaten diogu. Arazo handiena zuhaitz horretan zer bideratzailek egon behar duten asmatzea da. (2) Zuhaitzeko bideratzaile bakoitzean, taulako sarrera bati dagokion hurrengo bideratzailea zein den zehaztu behar da. Bi arazo horiek PIM protokoloa erabiliz (protocol independent Multicast) konpontzen dira. Haren azken espezifikazioa RFC 7761 agirian dago, PIM-SM izenpean (Sparse Mode). Berez, edozein multicasttrafikotarako balio du PIM protokoloak; baina, gogoratu, guk SSM trafikoan jarriko dugu arreta. SSM trafikorako PIM protokoloaren zatia, batzuetan PIM-SSM izenarekin agertzen dena, PIM protokolo orokorraren sinplifikazio bat da. Hemen haren funtzionamenduaren mamia erakutsiko dugu. Iturriaren eta hartzaileen arteko multicast-zuhaitza kudeatzea da PIM protokoloaren lana. Horretarako, bi zeregin betetzen ditu: bata, hartzaile batek kanal batean sartzeko eskatzen duenean, adarrak gehitzea zuhaitz horretan, eta, bestea, adar bateko azken hartzaileak kanala uzten duenean, adarra moztea. Lehenengo lanerako, join izeneko mezuak erabiltzen ditu, eta, bigarrenerako, prune izenekoak. Hartzaile baten bertako multicast-bideratzaileak kanal berri baterako IGMP membership_report mezua jasotzen duenean, bere multicast birbidaltze-taulan kanal hori sartu eta, segidan, kanal berri horren zuhaitzean adarra gehitzeko prozedura abiatzen du. Era berean, multicastbideratzaile batek igorritako zundari inongo hartzailek erantzuten ez dionean, bideratzaileak bere multicast birbidaltze-taulatik kenduko du kanal hori, eta kanalari dagokion adarra kentzeko prozedura abiatuko du. Ikusten denez, hartzaileen sareetako multicast-bideratzaileek zubiarena egiten dute hartzailearen eta kanpoko multicast-bideratzaileen artean, batekin komunikatzeko IGMP erabiliz, eta besteekin PIM. Hartzailearen sarean multicast-bideratzaile bat baino gehiago balego, horietako bakar batek egin behar luke zubi-lana. Bideratzaile horri DR izena (Designated Router) ematen dio PIM protokoloak, eta mekanismo bat deskribatzen du sare lokal batean dauden multicast-bideratzaileen artean DR bideratzailea aukeratzeko. Beraz, PIM protokoloaren testuinguruan, bertako multicast-bideratzaileari DR deitzen zaio. Izendapen horri eutsiko diogu, protokoloak dioena jarraitzeagatik, baina buruan izan DR, MLR edo bertako multicast-routerra makina bera direla. SSM kanal baten multicast-zuhaitzean adar bat gehitzeko prozedura 4.6 irudian deskribatzen da. DR bideratzaileak emango dio hasiera, bere multicast birbidaltze-taulan SSM kanal berri bat sartzen duenean. Hartzailearekin lotura zuzena duenez, ez du hurrengo bideratzailerik esleituko taulako lerro berrian. Gero, join mezu bat bidali behar dio kanal horren iturrirako bidean duen hurrengo multicast-bideratzaileari. join mezu hori kanal horren trafikorako eskaera bat da. join mezua jasotzen duen bideratzaileak lerro bat gehitu behar du bere multicast birbidaltze-taulan kanal horretarako, eta join mezua igorri dion bideratzailearen helbidea jarri behar du hurrengo bideratzailearen zutabean. Gero, prozedura errepikatuz, join mezua birbidaliko dio iturrirako bidean duen hurrengo multicast-bideratzaileari. Horrela, jauzika, join mezua kanal horren iturria den sareko DR bideratzaileraino helduko da, bideko bideratzaileetako multicast birbidaltze-tauletan aztarna utzita, hau da, multicast-zuhaitza osatuta. 130Multimedia-Internet 4.6 irudia. Multicast zuhaitzaren eguneraketarako urratsak eta protokoloak. Deskribatutakoa PIM protokoloaren oinarrizko mekanismoa da, baina bi aipamen egin behar dira horretaz. Batetik, taula batean adar berri bat sartzen denean, tenporizadore bat abiatzen da adar horri lotuta; eta tenporizadore hori agortu baino lehen jasotzen ez bada adarra berretsi eta tenporizadorea berrabiatuko duen join mezu bat, adarra taulatik ezabatuko da. Beraz, adar horri eutsi ahal izateko, hartzailearen DR bideratzaileak join mezuak igorri behar ditu periodikoki. Ikusten denez, PIM protokoloa, IGMP bezala, biguna da. Bestetik, iturrirako bidean hurrengo multicast-bideratzailea zein den asmatu behar da. Besterik ezean, unicast birbidaltze-taulan kontsultatzen da zein den hurrengo bideratzaile hori. Normalean, taula hori erabiltzen da datagramak bere helbururantz eramateko, baina, orain, datagramen iturrirantz joateko bidean hurrengo bideratzailea zein den jakiteko izango da erabilia. Horregatik, teknika honi RPF deritzo (Reverse path Forwarding), nonbait kontrako bidean begiratzea baita. Kasu honetan, multicast-trafikoa bideratzeko unicast-taula erabiltzen denean, esaten da unicasteta multicast-topologiak kongruenteak direla. Hala ere, posible da bide desberdinak planifikatzea multicasteta unicast-trafikoetarako, hau da, sare topologia desberdinak erabiltzea unicasteta multicast-datagramak birbidaltzeko. Aukera hori gauzatzeko, multicast-topologiari buruzko informazioa gordetzen duen beste taula bat beharko dute multicast-bideratzaileek, MRIB izenekoa (Multicast Routing information Base); taula horretan, helburu posible bakoitzeko multicast-bide posibleak zein diren gordetzen da. Bideratzaile batean MRIB baldin badago, taula horretan begiratu behar du zein den join mezua birbidaltzeko hurrengo bideratzailea. Ez dira nahastu behar multicast bideratzeko taula (MRIB) eta multicast birbidaltzeko taula (MFIB): bata join mezuak goranzko bidean birbidaltzeko erabiltzen da, RPF eran iturrirantz, eta bestea, multicast-aplikazioetako datagramak beheranzko bidean birbidaltzeko, hartzaileetarantz. MRIB taula betetzeko (taula hori dagoenean), multicast-bideratzaileek bideratze-informazioa trukatu behar dute beren artean, eta, horretarako, protokoloak behar dituzte. Multicast-domeinuen arteko bideratze-informazioa trukatzeko, BGP protokoloaren hedapen bat erabiltzen da, MBGP izenekoa (Multiprotocol Border Gateway protocol, RFC 4760). Multicast-domeinu berean, arrotza da unicasteta multicast-topologiak desberdinak izatea, baina, hala ere, zenbait barne-bideratzerako protokoloetarako ere definitu dira multicasterako hedapenak; adibidez, M-ISIS eta MT-OSPF (Multi-Topology OSpF, RFC 4915). Baina gogoratu: unicasteta multicast-topologiak kongruenteak direnean, gehienetan gertatzen dena, protokolo hauek ez dira behar. Beren multicast birbidaltze-taulan kanal batean erregistratutako hartzaile guztiek baja hartzen dutenean, DR bideratzaileak utzi egingo dio periodikoki join mezuak bidaltzeari kanal horretarako. Adarra mozteko hori nahikoa balitz ere, PIM protokoloak badu mekanismo proaktibo 4 Multimediarakosare-teknologiak131 bat adarra ezabatzeko bideko bideratzaileen tauletatik, prune mezua erabiliz. Adarra gehitzearen antzeko prozedura da, baina join mezuen ordez prune mezuak bidaltzen dira zuhaitzean gora, hartzailearen DR bideratzaileak hasita. Goranzko hurrengo bideratzaileak prune mezua jasotzen duenean, bere multicast birbidaltze-taulatik kenduko du prune mezua igorri dion bideratzailera zihoan adarra, eta, kanal horretan adar gehiago gelditzen ez bada, kanala ere ezabatuko du bere taulatik. Aldiz, kanal horretan oraindik beste adarren bat badago, prune mezua ez du gorantz birbidaliko, kanal horretarako trafikoa beste adarretara bideratzen jarraitu behar baitu. 2020. urtean baztertu zen ASM multicast erabiltzea domeinuen arteko trafikoan, eta, geroztik, domeinuen barneko trafikoan ere SSM multicast besterik ez erabiltzea gomendatzen da. Hala ere, oraindik, ohikoa da ASM trafikorako definitu ziren elementuak agertzea multicasti buruzko testuetan eta bere inplementazioetan. Horregatik emango diogu begirada labur bat ASM trafikoaren bideraketari, betiere multicast-domeinu barnean mugatuta. Horrelako trafikorako birbidaltze-taulak osatzean agertzen den arazo nagusia da asmatzea nora bidali behar dituzten bideratzaileek beren join mezuak, iturria ez baitago identifikatuta, eta, gainera, iturri asko egon daitezke aldi berean (adibidez, multikonferentzia baten kasuan). Arazo hori konpontzeko agertzen da Rendezvous point izenekoa (RP). Bere lana izango da ASM multicast taldeen igorleen trafikoa biltzea, eta igorle horiek guztiak ordezkatzea, 4.7 irudian agertzen den bezala. ASM multicast talde baten igorleek eta hartzaileek konfiguratuta egon behar dute RP batekin lan egiteko. Igorle bakoitzak, PIM erabiliz, jakinaraziko dio bere RPri trafikoa isuri nahi duela talde horretan; jakinarazpen hori jasota, RPk join mezu bat bidaliko du igorlerantz, eta horrela eraikiko du multicast-zuhaitza igorle bakoitzaren eta RPren artean. Hartzaileen DRk, iturriak zein diren jakiterik ez dutenez, RPrantz bidaliko dituzte beren join mezuak, eta, horrela, RPren eta beren arteko zuhaitzaren zatia eraikiko dute. Gero, hartzaileek RPren bidez igorleak zein diren jakinda, igorle guztientzako zuhaitz amankomuna baztertu eta igorle bakoitzarentzako zuhaitz optimoa eraiki dezakete. 4.7 irudia. ASM trafikoa bideratzea multicast-domeinu baten barnean. 132Multimedia-Internet 1.4. Multicast-domeinuen arteko hutsunea eta AMT tunelak Multicast-teknologia 1985. urtean definitu zen IP sareetarako. Hasierako definizio hori ASM eredukoa zen. Eredu horrek arazo asko ekarri zizkion multicast-hedapenari, bai segurtasunaren aldean, baita multicast-bideraketaren aldean ere, bereziki domeinuen arteko bideraketari dagokionez. Horren ondorioz, urte luzez multicast-teknologia ez da zabaldu Internet irekian, sistema autonomoen arteko trafikoan. Baina multicast erabiltzearen onurak jasoko lituzketen aplikazioentzat —Internet bidezko telebistaeta bideomultikonferentzia-aplikazioentzat, alegia—, nahikoa da SSM eredua; ez dute ASM behar. Horretan erreparatuz, 2006. urtean SSM multicast definitu zen, askoz seguruagoa eta bideratzen errazagoa. Dena dela, oraindik ere, multicast-teknologiak testuinguru itxietan izan du soilik arrakasta, hau da, sare korporatiboen barruko aplikazioetan edo ISPen saretik atera gabe. Internet irekian, oraindik, ikusteke dugu SSM multicast-trafikoa. Domeinuen arteko multicast-trafikoaren hedapenaren arazoa IPv6 bertsioaren arazo bera da: biak dira «dena edo ezer ez» erako teknologiak (all-ornothing); hau da, ibili ahal izateko, iturriaren eta hartzailearen arteko bidean dauden bideratzaile guzti-guztiek onartu behar dute erabilitako teknologia; bestela, ez dago zer eginik, multicastahalmenik ez duen bideratzaile bat agertzen bada multicast-datagrama baten bidean, bideratzaile horrek datagramarekin zer egin jakin ez, eta baztertu egingo du. Multicasten kasuan, ez du ezertarako balio iturri baten ISPk multicast eskaintzeak bere zerbitzuen artean, ezin baitu bermatu bere saretik kanpo dauden bideratzaileek multicast-trafikoa onartuko duten. Gainera, ISPek ez dute garbi ikusten zer onura ekar liezaiekeen kanpoko iturri batetik etorritako multicast-trafikoa onartzeak, baina bai, ordea, zer kalte: beren konpetentzia diren OTT operadoreei erraztasun teknologikoak eta ekonomikoak emango lizkiekete. Hartzaileen ikuspuntutik, multicast erabiltzeak ez dakar bistako onurarik, bere Internet konexioaren banda-zabaleraren kontsumoa bera baita, unicast zein multicast erabili. 4.8 irudia. Multicast-domeinuen arteko hutsunea. Berez, egun, multicast-teknologia guztiz hedatuta dago Interneteko handizkarien sareetan, Tier1 eta Tier2 erakoetan; baina sareko bazterrak osatzen dituzten ISPen sare gutxitan topatuko dugu multicast-ahalmena bideratzaileetan. Masiboki publikoarenganaino heltzeko bideko azken kilometroan dago tapoia, ISPen sareetan. Erabiltzaileen eta multicast Interneten arteko hutsune hori da 4.8 irudiak azaltzen duena. Multicast hutsune hori gainditzeko, proposamen bat egin du IETFk, AMT izenekoa (Automatic Multicast Tunneling, RFC 7450). Izenak dioenez, ideia tunelak erabiltzean datza: multicast-trafikoa unicast-datagrametan kapsulatzen da multicast-sareko mugan dauden bideratzeetatik, hartzailera arteko multicast-hutsunea zeharkatzeko. AMT guztiz multicast den Internet izan arteko trantsiziozko teknologia da. Nahiz eta 2015. urtera arte ez argitaratu Internet estandarra izateko moduan, gutxienez 2011. urtetik egon da inplementatuta merkatuan dauden zenbait bideratzailetan. Hala eta guztiz ere, oraingoz, AMTk ere ez dio eman multicastteknologiari behar duen bultzadarik. 4 Multimediarakosare-teknologiak133 2. QoS mekanismoak QoS akronimoa (Quality of Service), orokorrean, sareko erabiltzaileek jasotako zerbitzuaren pertzepzioari dagokio, zerbitzu horren kalitatea zenbait parametroren bidez neurtuta: atzerapena, atzerapenaren aldakortasuna, galera-tasa, emandako banda-zabalera, eta erabilgarritasuna, batez ere. IP sareetan, haatik, termino hori lotuta dago parametro horiek hobetzeko erabiltzen diren teknikekin, eta, berez, egokiagoa da QoS teknikei edo mekanismoei buruz hitz egitea. Jarraian, QoS teknika nagusiak aurkeztuko ditugu. 2.1. Traffic Management Besterik ezean, bideratzaile batek irteerako ilara bakarra esleitzen dio bere linea bakoitzari; datagramak ilara horretatik atera, eta ilaran sartu diren ordena berean birbidaltzen ditu. Hau da, FIFO eran kudeatzen da ilara hori (First input First Out). Horietako ilara batean datagramak atera baino azkarrago sartzen badira, buxadura sortzen da. Epe batean, ilaran toki librea gelditzen den bitartean, bideratzaileak datagramarik galdu gabe eutsiko dio; baina, ilara bete baino lehen buxadura arintzen ez bada, azkenean, bideratzaileak datagramak baztertzen hasi beharko du. AQM (Active Queue Management) teknikarik erabiltzen ez duen bideratzaile batean zein datagrama baztertu aukeratzeko, Tail Drop irizpidea erabiltzen da; hau da, ilara beteta aurkitu duen datagrama heldu berri hori baztertu egingo da. Portaera horrek sarearen neutraltasuna definitzen du: trafiko guztiak jasotzen du tratamendu bera. Hala ere, ikusi dugunez, horrelako portaerak ez die kalte bera egiten aplikazio guztiei. Datu-aplikazioek galdutako datagrama berreskura dezakete birtransmisioen bidez, emandako zerbitzuaren kalitatean eraginik izan gabe, edo eragin txikiarekin. Gure multimedia-aplikazioetan, aldiz, denbora errealekoak direnez, galdutako datagramak ezin dira birtransmititu, eta galdutako informazioak eragin zuzena izango du jasotako zerbitzuaren kalitatean. Are okerrago, kalte handiena ez dute galerek eragiten denbora errealeko aplikazioetan, ilaretan emandako itxaronaldi ezegonkorrek suertatzen duten atzerapen-aldakortasunak baizik. Horregatik, zilegi da datagrama guztiei tratu bera ez ematea ilaretan, baizik eta garraiatzen duten trafikoaren arabera (beste kontu bat da tratu berezi hori beste parametroen araberakoa balitz). Hori da, funtsean, Traffic Management izenarekin ezagunak diren teknikek egiten dutena: datagrama batzuei lehentasuna eman bideratzaile edota kommutagailuen ilaretan. Edozein datagrama izan daiteke lehentasunezkoa, baina teknika horiek IP telefoniaren eta bideo-transmisioen kalitatea bermatzeko erabiltzen dira nagusiki. Kontuan hartu behar dugu Traffic Management terminoaren esanahia testuinguruaren araberakoa izaten dela. IP sareez ari garenean, terminoak buxadurak kudeatzeko eta datagramen sailkapenetan oinarritutako teknikak biltzen ditu (ikusi RFC 7640). Horregatik, IP sareen zerbitzuaren kalitatea bermatzeko Traffic Management erabiltzen denean, QoS helburua CoS bilakatzen dela esaten da (Classes of Service). Orokorrean, Traffic Management ahalmena duen gailu batek honako lan hauek bete ditzake: — Trafikoa sailkatzea, hau da, datagramak markatzea beren edukiaren arabera. — Trafikoa mugatzea, hau da, sarean sartzen den trafiko kantitatea kontrolatzea, sailkapenaren edota banda-zabaleraren arabera. — Ilarak kudeatzea, hau da, bere sailkapenaren arabera datagramak ilaratan banatzea, transmititzeko ilaretatik ateratzea, ilaren egoera zelatatzea eta, beharrezkoa denean, zein baztertu erabakitzea. Sailkapena Datagramen arteko lehentasunak bereizteko Interneteko proposamena DiffServ da (RFC 2475). DiffServ hizkeran, datagramak PHB (per-Hop Behavior) izeneko kategorietan eta azpikategorietan bereizten dira, jaso behar duten zerbitzuaren arabera. DiffServ proposamenak zehazten ditu kategoriak, baina ez ditu zehazten kategoria bakoitzeko zerbitzuaren parametroen 134Multimedia-Internet balioak (galera-tasa, atzerapena...), ezta inongo mekanismorik ere zerbitzu hori lortzeko. Praktikan, horrek zera dakar: sare bakoitzeko kudeatzaileak definituko duela zer egin kategoria bakoitzeko datagramekin. Hortik sortzen da DiffServ domeinua kontzeptua (DS Domain); hau da, sare multzo bat non DiffServ kategorien tratamendua homogeneoa den. DS domeinua izendatzeko ingelesezko beste era QoS domain edo QoS trust boundary da; QoS domeinua edo QoS konfiantzamuga, alegia. Datagramen sailkapena QoS domeinuan sartzeko bideratzaileak egiten du, eta ez da aldatzen QoS domeinu osoan zehar. QoS domeinu batetik bestera igarotzean, aldiz, gerta daiteke sailkapena aldatzea, edo datagramako kategoriak jasoko duen tratamendua desberdina izatea QoS domeinu berrian, edo baita inongo kasurik ez egitea ere datagramen sailkapenari. IPv4 eta IPv6 datagramek 6 biteko eremu bat dute beren goiburukoan sailkapena egiteko, DSCP izenekoa (Differentiated Services Code point). IPv4ren kasuan, DS eremuko (DS field) hasierako 6 bit dira DSCPkoak, eta, IPv6 goiburukoan, Traffic Class izeneko eremuko aurreko 6 bitak, 4.9 irudian agertzen den moduan. Teorian, sailkapen hori datagrama sortu duen makinak berak egin dezake, baina, praktikan, normalean, Traffic Management egiten duen sarerako sarbidearena egiten duen bideratzaileak emango dio balioa DSCP eremuari. Hau da, DS domeinu baten sarbideko bideratzaileak sailkatzen ditu DS domeinu horretan sartzen diren datagramak. 4.9 irudia. DS eremuaren egitura, datagramen goiburukoan. Datagramako goiburuko DSCP eremuari balioa emateko irizpidea DS domeinuko kudeatzaileak erabaki behar du, eta, horretarako, sailkapena egingo duen bideratzailea konfiguratu behar du. Horretarako, bide hauek hartzen dira gehienetan: — IP eta garraio-mailako goiburukoetan agertzen den informazioa erabiltzea aplikazioa identifikatzeko, eta, horren arabera, datagrama sailkatzea. Erabiltzen diren goiburukoen eremuak IP helbideak (helburukoa zein jatorrizkoa), portuak, edota protokoloa (TCP edo UDP) dira. Adibidez, sare korporatiboetan ohikoa da VLAN bat definitzea IP telefonoentzat; horrela, IP telefonia daramaten datagramak identifikatzen dira beren jatorrizko eta helburuko helbideen bidez (eta, normalean, UDP protokoloa garraiatzeagatik). — Datagramak daraman aplikazio-mailako informazioari ere begiratu dakioke, hau da, DPI egin (Deep packet inspection). DPI oso teknika polemikoa da, sareko neutraltasunari, konpetentziari edota pribatutasunari egin diezaiokeen kalteagatik. Baina ilarak eta buxadurak ez dira IP bideratzaileetan bakarrik gertatzen; Ethernet switchetan, 802.11 (wifi) sarbideetan, ATM kommutagailu zaharretan edota MPLS gailuetan ere ilarak agertzen dira. Teknologia horietan guztietan ere trafiko-lehentasunak kudeatzeko ahalmena dugu. QoS ahalmena duten Ethernet kommutagailuek berezitu ditzakete tramak, eta horren arabera birbidali. Horretarako, Ethernet sareetarako VLAN arauan (IEEE 802.1Q) definitzen da 3 biteko eremu bat sailkapena egiteko. Eremu hori Ethernet goiburukoan txertatutako VLAN etiketan dago, PCP izenarekin jasota estandarrean (priority Code point). DS domeinu baten barruan sare batetik bestera igarotzeko, Ethernet goiburuko PCP eremua mapatu egiten da datagrametako 4 Multimediarakosare-teknologiak135 DSCP eremuan. Mapatze hori errazteko, IEEE 802.1Q estandarrak definitzen dituen zortzi kategoria edo zerbitzu-klaseetatik (Classes of Service, CoS), hasierako seiak eta DiffServ estandarrak definitzen dituen sei trafiko-kategoria berdinak dira. Haririk gabeko sare lokaletan (802.11 edo wifi-sareak) tramen arteko lehentasunak bereizteko ahalmena 802.11e estandarrak gehitu zuen. Bere erabilera ohikoa da 802.11n estandarretik aurrera, eta nabaria da bere onura streaming eta VoIP aplikazioen funtzionamenduan. Lehentasun horiek MAC protokoloan erabilitako parametro batzuk eraldatzen dituzte, partekatutako kanala nodo batek errazago bereganatzeko. 802.11 sareetan AC izena (Access Categories) jasotzen dute lehentasunek, eta horietako lau lehentasun maila ditugu definituta estandarrean. ATM eta MPLS distantzia handiko sareetarako definitutako teknologiak dira (WAN sareak). ATM zaharkitutako teknologia da jadanik, baina MPLS oso erabilia da operadoreen sareetan. MPLS sareetan etiketa bat txertatzen da IP datagramen goiburukoan, trafikoa elkartzeko eta beraren etiketaren arabera kommutatzeko. MPLS etiketan ere, lehentasunerako 3 bit daude definituta; kasu horretan, Traffic Class izenekoak. Etherneten kasuan bezala, DiffServ eta MPLS kategorien artean badago mapatze-sistema bat definituta (RFC 3270). Trafikoa mugatzea: policinga eta traffic shapinga Trafikoa mugatzeko teknikek (traffic metering edo rate limiting ere deituak) epe batean interfaze batetik zenbat byte ari diren jasotzen edo igortzen zelatatzen dute, aurretik konfiguratutako muga bat ez dela gainditzen bermatzeko. Horrela, QoS domeinu batean sartzen den trafikoa kontrolpean edukita, domeinu horren barneko kongestioak ekiditen ditugu, eta, horrekin batera, beren QoS-rako ondorio txarrak, hau da, datagramen galerak eta atzerapenaren aldakortasuna. Bi eratako kontrola egin daiteke: — policinga: ezarritako muga gainditzen duen trafikoa baztertzen da, edo birsailkatzen, haren lehentasuna jaisteko. — Traffic shapinga edo trafikoa moldatzea: muga gainditzen duen trafikoa ez da baztertzen, baizik eta buffer batean gordetzen da, geroxeago birtransmititzeko. Bere helburua da trafikoa konfiguratutako abiadurara egokitzea, segida bateko datagramak bakanduz azkarregi heltzen ari badira. 4.10 irudia. policing eta Traffic shaping kontrolen arteko aldea. Bi teknikak oso antzekoak dira, eta, askotan, nahastu egiten dira. Bien arteko aldea 4.10 irudian azaltzen da. Biak erabiltzen dira QoS domeinuan sartzeko bideratzaileetan, QoS domeinu horretan trafikoa txertatzen duten erabiltzaileekin hitzartutako fluxuak kontrolatzeko. 136Multimedia-Internet policinga inplementatzeko, token-pertza izeneko algoritmoa erabiltzen da (token bucket), eta, Traffic shapinga egiteko, oso antzekoa den zulatutako pertzarena (leaky bucket). Token-pertzaren algoritmoa kontagailu baten bidez inplementatzen da. Hona hemen haren bertsioetako bat: E hasieratu; while (beti) Itxaron: (Datagrama berri bat heldu arte kontagailua := kontagailua + X; if (kontagailua > MUGA), then datagrama bota (edo birsailkatu eta birbidali); else birbidali datagrama; if (E denbora igaro da) then kontagailua := kontagailua – E*R; E hasieratu; end while; X heltzen den datagramaren tamaina da. R parametroa interfaze horri dagokion batez besteko abiadura da. E trafikoa kontrolatzeko epea da. MUGA parametroa segidan bidal daitekeen bit kopurua da, hau da, gehienez zenbat bit bidal daitezkeen E denbora-epe batean. Kontagailua ezin da balio negatiboa izan. Adibidez, demagun kontrolatu behar dugula erabiltzaile batek sarean sartzen duen trafikoa (goranzko trafikoa) ez izatea 50 Mb/s baino handiagoa, nahiz eta haren sare-txartela 100 Mb/s abiadurakoa izan. Aldi berean, 100 ms-ko epe batean onartuko diogu segida bat abiadura fisikoan transmititzea. Erabiltzaile horren sarrera den interfazean, honelako konfigurazioa egin behar genuke: R = 50 Mb/s E = 0,1 s MUGA = 10 Mb Trafikorik gabeko epe baten ondoren, kontagailuaren balioa zero izango da. Orduan segida bat hasten bada, bideratzaileak 10 Mb-era arte onartuko du hasierako epean, nahiz eta 50 Mb/s- -ko abiaduran 5 Mb besterik ezin duen bidali 100 ms irauten duen epean. Hurrengo epeetan, aldiz, soilik 5 Mb onartuko ditu bideratzaileak, epearen hasieran kontagailua 5 Mb balioan egongo delako. Horrela, azkenean, batez besteko abiadura izango da, gehienez, hitzartutako 50 Mb/s hori. E segundoko epe batean baino luzeagoan erabiltzaileak igortzen baditu 50 Mb/s baino gehiago, azkenean, interfaze horren sarrerako bufferrak gainezka egingo du, eta datagramak baztertzen hasiko da. Hori ekiditeko, erabiltzaileak sareko administratzailearekin hitzartutako gehienezko abiadura handitu behar luke, edo sortzen duen trafiko kantitatea jaitsi. Sistema horretan, jasotzen den datagramaren tamaina maximoko buffer bat behar da lineako sarreran, gehiago ez.Zulatutako pertza izeneko algoritmoa buffer baten kudeaketan datza. Hona hemen haren funtzionamendua: E hasieratu; while (beti) Itxaron: (Datagrama berri bat heldu arte edo (E agortu arte); if (datagrama berri bat heldu da) if (bufferrean tokia dago) then onartu; else baztertu; if (E denbora igaro da) then atera bufferretik datagrama bat eta bidali; E hasieratu; end while; 4 Multimediarakosare-teknologiak137 Kasu horretan, bufferraren tamaina eta E parametroa konfiguratu behar dira. Orain, bufferraren tamainak mugatzen du zenbatekoa izango den gehienez onartuko den segidaren tamaina. Adibidez, demagun erabiltzaile batek kontratatu duela saretik 50 Mb/s jasotzea (beheranzko trafikoa), baina haren sareko konexioaren abiadura fisikoa 100 Mb/s dela. Erabiltzaile horrekiko konexioa egiten duen bideratzailearen konfigurazioan trafikoa mugatzeko epea 0,1 segundo bada, erabiltzaile horri dagokion lineako irteerako bufferraren tamainak ez luke 5 Mb baino handiagoa izan behar. Hala ere, 10 Mb tamainako bufferra konfigura dezakegu, eta, horrela, 100 Mb/s-ko abiaduran 0,1 segundoko segidak onartuko ditu bideratzaileak, saretik erabiltzaileari birbidali baino lehen. Denbora luzeagoan saretik datagramak sartzen badira bideratzailean 100 Mb/s-ko abiaduran, bufferrak gainezka egingo du. Informazioa saretik bideratzailean sartzen den abiadura edozein izanda ere, bideratzailetik beti ateratzen da, batez beste, kontratatutako abiaduran. Algoritmoak, berriz, jasotako fluxua kontratatutako abiadurara moldatzen du. Hau da, Traffic shapinga egiten du. Ohartu token-pertza algoritmoak ez duela abiadura moldatzen; muga ez gainditzea (policing) kontrolatzen du soilik, baina jasotako abiadura berberean birbidaltzen du onartzen duen trafikoa. AQM teknikak: schedulinga eta ilaren kudeaketa (queue management) Atal honen hasieran aipatu dugunez, Internet irekian dauden bideratzaile gehienak neutralak dira, hau da, datagrama guztiek jasotzen dute best effort tratu bera, FIFO eta Tail Drop estrategiak jarraituz. Ilarak kudeatzeko horren alternatiba AQM teknikak dira. Ilaretatik atera eta datagrama bidaltzeko, scheduling edo dispatching izenekin biltzen diren estrategiak dira FIFOren AQM alternatiba. Ilaren betetze-maila kudeatzeko, Tail Drop egitearen ordez, ilaren kudeaketa (queue management) egitea proposatzen du AQMk. Dagoen banda-zabalera trafiko mota desberdinen artean banatzeko erabiltzen dira dispatching algoritmoak. Beren oinarria da bidaliko den hurrengo datagrama aukeratzea kontuan hartuta datagramen sailkapena. Kategoria bakoitzeko trafikoa ilara berezitu batean sartzen da, eta, gero, bideratzailea ilaren artean txandaka ibiltzen da datagramak ateratzen. Txandak uniformeki banatuta badaude ilara guztien artean, Fair Queuing izena hartzen du dispatching era horrek. Bere erabilerak ekiditen du trafiko mota batek banda-zabalera gehiena bereganatzea, beste trafiko moten kalterako. Edo beste era batean ikusita, trafiko mota guztiei bermatzen die banda-zabaleraren gutxieneko bat. Adibidez, kopuru absolutuan gutxi izan daitekeen VoIP trafikoari berma diezaiokegu behar duen banda-zabalera, beste kategorien gehiegizko datu-trafikoak kongestio bat eragiten duen uneetan. Kasu horretan, datu-trafikoak bakarrik pairatu beharko luke berak eragindako buxaduraren eragina. 4.11 irudia. Weighted Fair Queuing. Patroia 111-22-3 da. Txandak ez badira uniformeki banatzen ilaren artean, WFQ (Weighted Fair Queuing) izeneko dispatching estrategia erabiltzen dela diogu. Fair Queuing eta WFQ arteko aldea ikusteko, demagun hiru trafiko mota ditugula; hiruren artean Fair Queuing eran banatzen bada linea, 1-2-3 patroia erabiltzen da; hau da, lehenengo kategoriako datagrama bat hartzen da, gero bigarren kategoriako beste bat, gero hirugarren kategoriako beste bat, eta, gero, berriz hasten da zikloa. Beste 144Multimedia-Internet HFC sareak Hego Euskal Herriko herri askotan, kable bidezko telebista-sareak (CATV, Community Antenna TV) hedapen nabaria lortu zuen xx. mendearen amaieran. Munduko beste herrialde batzuetan bezala, sarbide-sare hori zerbitzu telefonikorako eta Interneterako bide gisa ere erabili izan da, bere HFC bilakaeran (Hybrid Fiber Coaxial). ADSLk bezala indarra galdu badu ere zuntz optiko hutsaren bidezko sareen hedapenaren aurrean, haren presentzia nabaria da oraindik gure auzoetan. Hasierako CATV sareak nahiko sinpleak ziren. Alde batetik, iturburua zegoen, hau da, sateliterako antena bat, eta, bestetik, antena hori partekatu nahi zuten bizilagunak. Bien artean, kable ardazkide bat, adar batekin bizilagun bakoitzeko. Seinalea iturburutik etxeetara zihoan, noranzko bakarrean. Egungo kable bidezko sareak konplexuagoak dira, helburuak aldatu direlako eta horrek aldaketa teknologikoak eragin dituelako sare horietan. Helburua, orain, ez da satelite bidezko antena bat partekatzea, baizik eta era guztietako zerbitzuak atzitzea, tartean telebista-zerbitzua, baina telefonia eta Interneterako sarbidea ere bai. Egungo HFC sareak 4.15 irudian agertzen diren bi zatitan banatzen dira: alde batetik, etxeen eta konpainiaren zuntz-nodoen (fiber node) arteko zatia dago, eta, bestetik, zuntz-nodoen eta operadorearen banaketarako guneen artekoa. Banaketarako gune horiek TDM sareko telefonoguneen baliokideak dira (zentralitak, Hegoaldean). Lehenengo zatian kable ardazkidea erabiltzen da, eta, bigarrenean, zuntz optikoa. Zuntz-nodotik kable ardazkide bakarra ateratzen da etxeen aldera, eta etxe bakoitzerako adar bat ateratzen da kable horretatik. Zuntz-nodo bakoitzak 125-500 etxeri ematen die zerbitzua. 4.15 irudia. HFC sarbide baten ohiko egitura. Etxeetan kable ardazkiderako modem berezi bat instalatu beharko da. Halako modemek DOCSIS (Data Over Cable Service interface Specification) estandarra bete behar dute, edo, Europan, EuroDOCSIS. Gailu horiek, DOCSIS modemarena eta IP bideratzailearena egiteaz gain, telebistarako kodetzaile-deskodetzailearena (set-top-box) eta IP telefoniarako egokigailuarena ere egiten dute. Banaketarako nodoetan, goranzko IP trafikoa jasotzeko, CMTS izeneko gailua erabiltzen da (Cable Modem Termination System). Gainera, operadorearen IP saretik jasotzen dituzte erabiltzaile guztientzako diren telebista-seinaleak eta erabiltzaile bakoitzaren beste IP trafikoak, tartean IP telefoniarena edota bideoarenak. Operadoreak telefonia-zerbitzua TDM eran mantendu nahi badu, TDM telefonia-sareko konexioa ere izan beharko dute banaketarako nodoek (4.15 irudian ez da agertzen aukera hori). Jatorrizko CATV sareetan, trafikoa beheranzkoa zen bakarrik, eta fluxu bakarra zegoen erabiltzaile guztientzat, une bakoitzean jasotzaile kopurua edozein izanda ere (broadcast trafikoa). Kablea Interneten ibiltzeko ere erabiltzen denetik, aldiz, trafikoaren mugimendua oso bestelakoa da, erabiltzaile bakoi- 4 Multimediarakosare-teknologiak145 tzak bere beheranzko eta goranzko kanalak behar baititu, besteen trafikoetatik bereiz. Egoera horretan, kable berean dagoen erabiltzaile kopuruak garrantzi handia du, bakoitzak banda-zabaleraren zati bat kontsumitzen duelako. Ondorioz, mugatuta dago kable berean konekta daitekeen etxe kopurua. Kableak garraia ditzakeen seinaleen espektroa kanaletan banatzen da FDM erabiliz (Frequency Division Multiplexing). Kanal batzuk goranzko trafikorako gordeko dira, datuak eta telefonia igotzeko, eta beste guztiak beheranzko trafikorako, hau da, erabiltzaileen datuez eta ahotsaz gain, telebistaedota irratibanaketarako. Kanalak erabiltzaileen artean partekatzeko, TDM eta CDMA (Code-Division Multiple Access) tekniken konbinazioak erabiltzen dira. Transmisio-bidea partekatua denez, erabiltzaile bakoitzak lor dezakeen abiadura kable berean lotuta dagoen erabiltzaileen kopuruaren araberakoa da, baita une bakoitzeko erabiltzaile horien jarduera-mailaren araberakoa ere. Kable ardazkidearen eta zuntzaren arteko muga den zuntz-nodoaren kokapenaren arabera badago HFC sareak izendatzeko beste sistema bat, segituan aztertuko ditugun zuntz optiko bidezko sareen nomenklatura bera erabiltzen duena. Ingelesezko terminoak erabiliz, eta zuntza noraino heltzen denaren arabera, HFC sareak izan daitezke, besteak beste, FTTP, FTTB, FTTC edo FTTN: etxeko lursaileraino (Fiber To The premises), atariraino (Building), baliokidea den fatxadaraino (Curb) edo, era orokor batean eta kokapena zehaztu gabe, zuntz-nodoraino (Node). Sigla horien esanahia eta erabilera ez dago estandarizatuta; ondorioz, aukera bat baino gehiago agertu dira, hemen aipatu ditugunez gain, eta nahaspila sortu da. Horregatik, testu honetan, guztiak izendatzeko HFC terminoa erabiltzea aukeratu dugu. Zuntz optiko bidezko sarbidea FTTH (Fiber To The Home) sareetan, etxeen eta telefonoguneen arteko kobrezko kable zaharra zuntz optikoarekin ordezkatzen da, askoz abiadura altuagoak lortzeko asmoz. Telefonogunearen eta etxeen artean ezarritako sare-azpiegiturari banaketarako sare optikoa edo ODN deritzo (Optical Distribution Network). Sare horren izaeraren arabera, FTTH sareak pasiboak (PON, passive Optical Network) edo aktiboak (AON, Active Optical Network) izan daitezke; baina soilik sare pasiboak erabiltzen dira, beren ahalmena nahikoa delako ditugun beharrak asetzeko, eta sare aktiboak baina dezente merkeagoak direlako eraikitzeko eta mantentzeko. Sare pasiboetan, telefonogunetik ateratzen den zuntz bakoitza zenbait etxeren artean partekatzen dute, banatzaileak (splitter) erabiliz. Izenak dioen bezala, banatzaileak zenbait zuntzetan ugaltzen du zuntz bakar batean datorren argia, beheranzko bidean, eta kontrakoa egiten du goranzkoan: zuntz desberdinetan zenbait etxetatik datozen seinale optikoak elkartzen ditu telefonogunerantz doan zuntz optiko bakar batean. Horretarako ez du elektronikarik behar, ezta, berez, argindarrik ere; hortik datorkio pasibo hitza PON sareen izendapenari. 4.16 irudian duzu horrelako sare baten egitura. 4.16 irudia. PON sare baten egitura. 146Multimedia-Internet Telefonogunearen eta etxeen artean, puntu bakarretik puntu anitzetara doan linea bat (point-tomultipoint link) osatzen da banatzaileak erabiliz. Irudian, banatzaile bakarra agertzen da telefonogunearen eta etxeen artean, baina gehiago izaten dira. PON sareetako telefonogunean zuntzak jasotzen dituen gailuak OLT izena du (Optical Line Termination). Haren lana da ISPren sarearen eta haren bezeroentzako sarbide-sarearen arteko zubiarena egitea. Banaketarako sare pasiboaren beste muturrean, etxeetan, seinale optikoaren eta etxeko sareko seinale elektrikoaren arteko bihurketa egiten duen gailua dugu. Gailu horretarako bi izen erabiltzen dira: ONU (Optical Network Unit) edo ONT (Optical Network Terminal). ITUk egindako G.987 agirian gomendatzen da ONT terminoa erabiltzea erabiltzaile bakarreko gailua izendatzeko. Hori da ohiko kasua, 4.16 irudiko goiko etxean agertzen dena. Beste kasu bat, ezohikoa Euskal Herrian, hainbat etxeren artean zuntzaren muturrean dagoen gailua partekatzea da (4.16 irudiko beheko etxean agertzen dena); kasu horretan, gailuari ONU izena ematea da gomendioa. ONU/ONT ekipo aktiboa da, hau da, argindarra behar du bere lana betetzeko. ONT etxeko routerrarekin lotuta egongo da Ethernet kable baten bidez, edo, gero eta gehiagotan, routerrarekin batera agertzen da, gailu bakar batean integratuta (4.16 irudiko goiko etxeko kasua). PON teknologien estandarizazioari dagokionez, bi dira egile nagusiak. Alde batetik, badago betiko telekomunikazio-konpainien inguruan ITUk egindako estandar sorta, GPON akronimoan bildua (Gigabit pON). Beste alde batetik, Ethernet sareen estandarizazioaz arduratzen den IEEE institutuak ateratako estandarrak daude, EPON izenez ezagunak (Ethernet pON). Mundu mailan, eta Euskal Herrian ere bai, GPON sortako estandarrak dira nagusi. GPON agirietan definitzen dira nolakoak izango diren transmititutako tramak eta nola txertatuko diren beren barnean Ethernet tramak, nola banatuko den zuntzaren erabilera erabiltzaileen artean, nola zifratuko den transmititutako informazioa, eta nola kontrolatuko dituen OLT batek berari lotutako ONT/ONU gailuak. Edozein PON estandar erabilita ere, WDM (Wavelength Division Multiplexing) banaketa erabiltzen da beheranzko eta goranzko norabideetako seinaleak zuntz bakar batean bereizteko. Hasierako GPON estandarrean (G.984), 2,4 Gb/s-ko kanala da beheranzkoa, eta 1,2 Gb/s-koa goranzkoa; estandarreko geroko berrikuspenetan abiadura horiek igo dira. Beheranzko kanalean, igorle bakarra telefonogunea da (OLTa, alegia), baina seinalea zuntz horretan konektatuta dauden etxe guztietara hedatzen da, eta, berez, mekanismoren bat behar da norberak soilik dagozkion datagramak jasotzeko, eta ez bizilagunarenak. Hori bermatzeko, igorritako tramaren helburua zein den identifikatzen da, eta edukia zifratzen da, soilik hartzaileak dezifratu ahal izateko bere seinalea. Goranzkoan, konplikatuagoa da kanal bakarra partekatzea, igorle asko baitaude. Beren artean talka ez egiteko TDMA erabiltzen da (Time Division Multiple Access); hau da, goranzko kanala txandaka erabiltzen dute etxeek. Txanden esleipena OLTk kontrolatzen du. Etxeetako batek igorri ahal izateko, txanda eskatu behar dio telefonogunean dagoen OLTri, hark eslei diezaion. Bigarren aukera da goranzko kanalaren erabilera antolatzeko WDM erabiltzea, etxeen artean kanala azpibanatzeko. Sare optiko pasiboek abiadura handia eman diezaiokete etxe bakoitzari, telefonogunetik 20 km-ko distantziara arte. Konpainiek 100 Mb/s-tik gora eskaintzen dute bi noranzkoetan, gero eta gehiagotan era simetrikoan. Baina, OLT-tik ateratzen den zuntz bakoitza hainbat erabiltzaileren artean partekatua denez, lortuko den benetako abiadura, HFC sareetan bezala, zuntz bakoitzeko dagoen erabiltzaile kopuruaren araberakoa izango da, baita erabiltzaile horiek une bakoitzean sortzen ari diren trafiko kopuruaren araberakoa ere. Horregatik, operadoreek eskaintzen dutena gehienezko abiadura bat da; benetan lortzen dena askoz baxuagoa da sarritan, baina, hala eta guztiz ere, nahikoa eta soberan etxeetako erabiltzaile gehienentzat. Sare pasiboen zuntz partekatua nahikoa ez denean, bermatutako FTTH konfigura daiteke OLT eta ONT baten artean, behar diren TDMA txandak gordetzeko ONT horretarako. Bermatutako FTTH zerbitzua enpresei bakarrik eskaintzen zaie, beren beharrek soilik justifika baitezakete bere kostua. Sare pasiboen balizko alternatiba sare optiko aktiboak dira. Aktibotasun hori, berriz, banaketarako sare optikoan datza. PON sareen kasuan banatzaile pasiboak ditugun tokian, Ethernet kommutagailu bat topatuko dugu sare aktiboetan. Beraz, banaketarako sarea ez da izango linea 4 Multimediarakosare-teknologiak147 puntuanitzez osatutako sare bat, baizik eta Ethernet sare bat, non etxe bakoitzak ez baitu inorekin partekatu behar bere kommutagailuarekiko zuntza. 4.17 irudian dugu AON sare baten egitura. 4.17 irudia. AON sare baten egitura. Balizko alternatiba aktibo hori, haatik, ez da gauzatu, eta FTTH sarbidea emateko erabiltzen dira sare pasiboak, arrazoi sendo batengatik: ekonomia. Inbertsio txikiagoa behar du gailu elektrikorik ez duen sare pasibo batek, tartean kommutagailuak dituen sare aktibo batek baino. Baina ez da abantaila bakarra, matxura gutxiago ere izaten baitituzte sare pasiboek, elektronika gutxiago erabiltzen delako. Behin sarea ezarrita, haren mantenua sinpleagoa da, eta, berez, merkeagoa. Hala ere, sare aktiboek badituzte aldeko ezaugarriak. Batetik, lineak partekatzen ez direnez, banda-zabalera bermatuta dago erabiltzaile bakoitzarentzat, besteek zer egiten duten kontuan hartu gabe. Sare pasiboek garai bateko Ethernet kontzentragailuen portaera dute (hub), eta aktiboek, aldiz, kommutagailuarena egiten dute. Izaera kommutatu horrek bigarren abantaila bat dakar: arazoak isolatzen laguntzen du, erabiltzaile bakar baten seinalea baitugu linea bakoitzean. Sare aktiboen hirugarren abantaila distantzia da. Sare pasiboetan, zuntza partekatzeak telefonogunearen eta erabiltzaileen arteko distantzia 20 km baino handiagoa ez izatea dakar. Sare aktiboetan, muga hori 90 km ingurukoa da. Laburrean, esan dezakegu sare aktiboak hobeak direla, baina garestiagoak; pasiboak, aldiz, nahikoak dira erabilera gehienetan, eta merkeagoak. Ondorioz, sare pasiboak gailendu dira FTTH sareetan, etxeei zein enpresa txiki eta tamaina ertainekoei Interneterako sarbidea emateko. Sare aktiboek, aldiz, esparru metropolitarreko sare pribatuak eraikitzeko erabiltzen dira (adibidez, zenbait udal-sare) eta sarbide-sare publikoen atzealdeko sarea osatzeko (backhaul). Atzealdeko sare hori da telefonoguneak eta operadorearen ardatz-sarea lotzen dituena. 3.2. Kablerik gabeko sarbide-sareak Betiko kable bidezko sarbideak ez dira nahikoak Internetera edozein tokitan eta edozein gailu erabiliz konektatzen diren erabiltzaileentzat. Gero eta gehiago dira halako erabiltzaileak, eta, haientzat, kablerik gabeko sareak ditugu, horiek ere telefono-zerbitzurako garatutako sareetatik eratorriak, kasu gehienetan. Kablerik gabeko sareek beti izan duten handicap handia banda-zabalera eskasa izan da. Oztopo hori gainditu ez den arte, kablea lortzerik ez zegoenerako mugatu da erabilera. Sare zelularrak Orain dela ez asko arte, halako sareei telefono-sare zelularrak izena ematea zen zuzena, telefonozerbitzurako garatu baitziren. Alta, egungo sare zelularrak, telefono-.zerbitzua ematen badute ere, ez daude soilik horretarako diseinatuta. Izan ere, proportzionalki, gero eta ahots trafiko txikiagoa garraiatzen dute, eta gero eta gehiago beste zerbitzuei dagokiena. Ahotsetik beste trafikoetarako ibil- 148Multimedia-Internet bide teknologikoa halako sareen bilakaeran atzematen da. Bilakaera hori belaunalditan antolatzen da, 1Gtik hasita (1. Generation) egun dugun 5G belaunaldira arte. Belaunaldien artean 10 urte igarotzen dira, gutxi gorabehera. Sare zelularren 1G belaunaldiaren ezaugarri nagusiak honako hauek dira: soilik telefono-zerbitzua emateko diseinatu zen, transmisio analogikoa erabiltzen zen, zirkuitu-kommutazioa zen oinarria, eta, tokian-tokian, estandar ugari eta bateraezinak zeuden. 2G izeneko bigarren belaunaldiaren ezaugarri nagusia digitalizazioa izan zen. Baina hori ez zen berrikuntza bakarra: lehen aldiz, datu-zerbitzuak kontuan hartu ziren diseinuan, nahiz eta, oraindik, bigarren mailakoak izan telefoniaren ondoan. Baina datuetarako eskaintzen zuen abiadura urriak (9,6 kb/s) baliogabetu zuen arrakastarako edozein aukera datu-zerbitzuetan, kanal horren bidez behintzat. Hala ere, kontrolerako sarearen bidez emandako SMS zerbitzuaren arrakastak (Short Message Service) erakutsi zien telekomunikazio-operadoreei datuzerbitzuek zuten ikaragarrizko eskaria, eta, berez, negozio-aukera. Estandarizazioa izan zen 2G belaunaldiak ekarri zuen beste aurrerapauso garrantzitsu bat. Ez zen estandar bakarra lortu, baina bai sorta txiki bat; horietatik batek, Europako GSMk, nagusitasuna lortu zuen mundu mailan. 2G belaunaldiaren datu-zerbitzuetarako gabeziak agerian gelditu ziren segituan, eta, berez, eskaria asetzeko tarteko 2,5G bat sortu behar izan zuten, 3Gren zain egon gabe. 2,5Gren ikurra GPRS estandarra izan zen, GSMren osagarria. GPRSn pakete-kommutazioa agertzen da lehenengo aldiz sare zelularretan, datuetarako kanaletan, zirkuitu-kommutazioa ahots-kanaletarako gordetzen den bitartean. Orduan hasi ziren telefono mugikorrak, bai eta beste gailu mugikor batzuk ere, Interneten ibiltzeko erabiltzen. Baina, abiadurari dagokionez, nahiz eta GSMk ematen zuena baino hamar aldiz handiagoa izan GPRSk emandakoa, ez zen nahikoa. Gainera, Interneten ibiltzeko terminal mugikorren mugak ere bistan zeuden: pantaila eskasak, teklatu deserosoak eta bateria ahulak. Argi zegoen hitz egiteko diseinatutako terminalek ez zutela balio beste gauzetarako; baina, aldi berean, agerian geratu zen Interneten eskainitako zerbitzuak ez zeudela prestatuta betiko konputagailuak ez ziren terminalen bidez jasotzeko. Komunikazioen aro berri bat sortzen ari zen, eta paradigmak aldatu beharra zegoen. Sarearen aldetik, 3G belaunaldiak datuen aldeko jauzia egin zuen; hala, sare zelularretik Interneten ibiltzeko benetako aukera gauzatu zen. UMTS da 3G estandar nagusia, GSMtik eratorria. Oso abiadura aldakorra lortzen da, sarearen egoeraren eta erabilitako teknologiaren arabera. Hasierako UMTS estandarrak 384 kb/s-ko abiadura lortzen du beheranzko trafikoan, baina, errealitatean, gutxiago izaten da. 2G belaunaldian gertatu zen bezala, tarteko teknologiak aurreratu ziren, 3,5G eta 3,75G izenpean, transmisio-abiadurak Mb/s eskalara ekarri arte. Baina, 3. belaunaldia, oraindik, motz gelditu zen zenbait aplikaziorentzat, zehazki bandazabalera handia eta atzerapen urria exijitzen duten multimedia-aplikazioentzat. Beste alde batetik, 3G sarean zirkuitueta pakete-kommutazioa erabiltzen dira aldi berean, datuetarako eta ahotserako hurrenez hurren, sarearen ustiaketa zailduz eta garestituz. Dikotomia hori irrati bidezko sarbidean dago (zeluletako antenetan, alegia), baina baita kontrol-sarean ere: alde batetik, SS7 seinalizaziorako sare bati eutsi behar zaio zerbitzu telefonikoetarako, eta IP sarea beste guztietarako. 4G belaunaldian, telefono-zerbitzuak beste zerbitzu guztiekin integratu dira IP sarean, eta zirkuitukommutazioa irrati bidezko sarbidean ere desagertu da. Laugarren belaunaldia multimediaren belaunaldia da, lortzen diren abiadurei esker, orain bai, edozein aplikazio erabil baitaiteke sare zelularraren bidez Internetera konektatuz gero. 4G izena erabili ahal izateko baldintzak IMT-Advanced estandarrak definitzen ditu. Hor ezartzen dira abiadura minimoak: 100 Mb/s azkar mugitzen direnentzat, eta 1 Gb/s erabiltzaile estatiko edo ia estatikoentzat. Baldintza horiek bi teknologiak betetzen dituzte: LTE Advanced eta WirelessMAN-Advanced (IEEE 802.16m estandarra, WiMax2 izenez ere ezaguna). Azken hori segituan aztertuko dugu, WLL sareei buruzko atalean. Hau idazten ari garela, 5G sarea hedatzen ari da. Zerbitzuei dagokienez, belaunaldi berriaren helburua ez da, aurreko belaunaldietan bezala, zerbitzu berriak eskaintzea erabiltzaileei, dagoeneko ematen direnak hobetzea baizik. Zehazki, sare zelularrak eragindako atzerapena minimizatzea, eta askoz gailu gehiagori zerbitzua ematea, bai internet of Things (IoT) deritzotena ahalbi- 4 Multimediarakosare-teknologiak149 detzeko, baita jendetza elkartzen denean (ekitaldi masiboak, merkataritza-guneak, geltokiak, eta abar) zerbitzua mantentzeko ere, erabiltzaile guztien konexioari eutsita eta, gainera, bakoitzak lortzen duen abiadura jaitsi gabe. Helburu horiek lortzeko gako teknologikoak bi dira, bata bestearekin oso lotuta. Alde batetik, espektroaren banda altuak erabil daitezke, eta, bestetik, oso tamaina txikiko zelulak agertzen dira, pikozelula deituak. Aurreko belaunaldiek baino banda altuagoak erabilita, banda-zabalera handiagoa dago erabiltzaileen artean banatzeko, nahikoa zelula batean gailu asko badago ere. Banda altuak erabiltzeak, ordea, pikozelulen beharra dakar, banda horietan transmititutako uhinak oso distantzia motzetara besterik ez baitira heltzen. Hala eta guztiz ere, luzatzen ari den trantsizio-epe batean, operadore gehien-gehienak ezartzen ari diren 5G sareek ez dute oraindik lan egiten banda altu horietan, milaka pikozelula ezartzeak duen kostuengatik. Kasu batzuetan, telebista digitalak erabiltzen zituen beheko bandak bereganatu dituzte, Hegoaldean 2. dibidendu digitala izendutako prozesuan. Besteetan, 4G sarea bera egokitu dute antena eta banda horien bidez 5G zerbitzua ere emateko DSS teknologia erabiliz (Dynamic Spectrum Sharing). Kablerik gabeko sarbidea (WLL - Wireless Local Loop) Europan eta mundu osoko herri askotan, telekomunikazioen liberalizazioak konpetentzia ekarri nahi zuen telefono-sareen bidez ematen diren zerbitzuen merkatuetara, non, telefoniaz gain, Interneterako sarbide-zerbitzua ere bai baitago. Merkatu batean sartu nahi zuten konpainiek bazuten arazo bat: betiko sarbide-sare publikoa, kobrezko kableekin egina, pribatizatutako konpainia baten eskuetan gelditu zen herri askotan, tartean Euskal Herrian. Gauzak horrela, merkatuan sartu nahi izanez gero, sarbide berri bat eraiki behar al du konpainia batek, telefonogune eta milioika etxeetarako kanalizazio eta guzti? Hori ekonomikoki bideraezina eta baliabideen erabilerari dagokionez absurdoa denez, telekomunikazioen liberalizazioaren konpetentziarako helburu hori teoria hutsa da, baldin eta beste aukerarik zabaltzen ez bada konpainia berriak bezeroen etxeetaraino heltzeko. Horregatik, liberalizazioak berak konpainia nagusiak (incumbent) derrigortu zituen ondare publikotik jaso zituzten sarbideak konpetentziako beste konpainiei erabiltzen uztera, araututako alokairuen bidez. Konpainia baten sarbidea konpetentziako beste konpainia batek erabiltzeari linearen bereizketa deritzo (local-loop unbundling). Hala ere, sarbidearen liberalizazioaren zain egon gabe, beste bide bat agertu zen merkatuan sartzeko: kablerik gabeko sarbide-sarea eraikitzea. Herri baten kanpoaldeko mendixka batean antena bat jartzea askoz merkeagoa da etxe guztietara kableak eramatea baino. XX. mendearen amaieran hasi ziren horrelako kablerik gabeko teknologiak garatzen, LMDS izenarekin (Local Multipoint Distribution Service), hasiera batean kable bidezko telebistaren alternatiba gisa. Gero, IEEE institutuak horren estandarizazioa hartu, edozein zerbitzutarako, eta 802.16 seriea argitaratu zuen kablerik gabeko abiadura handiko sarbideetan erabiltzeko (wireless broadband). Haren izen komertziala WiMAX da. 4.18 irudia. WLL sareen egitura. 150Multimedia-Internet WLL sareen egitura 4.18 irudian dugu. Betiko sare kableatuarekin alderatuta, telefonogunearen ordez antena bat dugu, eta telefonogunearen eta etxeen arteko kablearen edo zuntzaren ordez, uhinak. Sare zelularrekin erkatuz, sare-egitura oso antzekoa dute WLL sareek: antena bakoitzaren hedatze-esparruan dauden erabiltzaileak mikrouhinen bidez konektatzen dira antena horrekin, eta antenak telekomunikazio-operadorearen ardatz-sarearekin daude lotuta, normalean kable bidez. Badaude bi motatako WiMAXak: estatikoa, etxe baten barruan eta motel mugitzen diren ekipoentzat, eta mugikorra, kanpoaldean eta azkar mugitzen direnentzat. Estatikoan, 3,5 GHz-eko eta 5,8 GHz-eko bandak erabiltzen dira, 70 Mb/s arteko abiadura emateko, zenbait baldintza teknikoren arabera. Hala ere, Euskal Herrian, 512 kb/s eta 4 Mb/s arteko abiadura eman ohi dute zerbitzu hori eskaintzen duten operadoreek. Antenek badute 50 km-ra arte hedatzea. WiMAX estatikoa sare kableatua heltzen ez den tokietan erabiltzen da, telefono-zerbitzua eta Interneterako sarbidea emateko. Aipatu behar da zenbat eta mikrouhinen banda altuagoa erabili, orduan eta errazago xurgatzen duela atmosferako urak uhin horren energia. Horren ondorioz, euria denean, gerta daiteke WiMAX zerbitzua nahiko gaizki ibiltzea. Hori handicap bat da WiMAX aukerarentzat beraren konpetentzia diren sare zelularrekin alderatuta, azken horiek, Europan, 2,1 GHz-eko eta 2,6 GHz-eko bandak erabiltzen baitituzte 3G eta 4G zerbitzuentzat, hurrenez hurren; hau da, WiMAX erabiltzen dutenak baino baxuagoak, eta, ondorioz, gertaera atmosferikoekin horrenbesteko arazorik ez dutenak. WiMAX mugikorra estatikoaren bilakaera da, eta 4G zerbitzuak emateko erabiltzen da. Europan WiMAXentzat baimendutako bandak 2,3 GHz-ekoa (Hego Euskal Herrian ezin da erabili), 2,5 GHz-ekoa (LTE bidezko beste 4G aukerentzat erabiltzen ari da gehienetan, eta ez WiMAXentzat) eta 3,5 GHz-ekoa dira. Orokorrean, WiMAX mugikorrak estatikoak baino hedadura eta abiadura txikiagoak lortzen ditu. Hala ere, WiMAX2 bertsioan, teorian, 300 Mb/s-ko abiadura lor daiteke. Zerbitzu hori ez dute eskaini, oraingoz behintzat, Euskal Herrian lan egiten duten konpainiek. Testu hau idaztean, WiMAX mugikorraren etorkizuna nahiko iluna da; LTE teknologiak partida irabazi dio 4G teknologien lehian. WiMAX mugikorra erabiltzen zuten konpainia gehienek LTErekin ordezkatu zuten teknologia hori 2015. eta 2016. urteetan. WiMAX teknologiaren beste erabilera atzealdeko sarea osatzekoa da (backhaul). Erabilera hori, berriz, landa-esparruetan agertzen da, hau da, telefonoguneak ardatz-saretik urruti dauden tokietan, eta, ondorioz, oso garestia da kablea haraino eramatea. Wifi bidezko sarbidea Wifi teknologia kablerik gabeko sare lokalak eratzeko sortu zen, hau da, gehienez ehunka metrora dauden ekipoak Ethernet sare bati konektatzeko. Haren estandarizazioa IEEE institutuak egiten du, 802.11 izeneko agirietan. Haren erabilera nagusia etxe edo enpresen barrualdeko edozein tokitan Interneterako konexioa atzigarri egitea da, hormetako sare-hargune baten menpe egon gabe. Sare lokalez harago joanda, wifi teknologia erabiliz, sarbide-sareak ere sortu dira. Kable bidezko konexio bat bizilagunen artean partekatzeko hasi zen erabiltzen wifia. Gero, wifi-sarguneen arteko konexio zuzenak erabili izan dira operadoreen kable bidezko sarbideak saihesteko, 4.19 irudian ikus daitekeen moduan. Wifi sarbide-sare batean, bi motatako antenak erabiltzen dira. Alde batetik, erabiltzaileak konektatzeko erabiltzen direnak sarguneak dira. Bere seinalea inguruan barreiatzen dute, erabiltzaileen ekipoen bila. Berez, sare zelularren antenak bezalakoak dira, baina txikiagoak dira, eta sare zelularretan erabiltzen diren teknologien ordez 802.11 estandarrak jarraitzen dituzte transmisiorako. Beste alde batetik, sarguneak eta ardatz-sarea lotzeko erabiltzen diren antenak daude. Antena horien arteko konexioak zuzenak dira, binakakoak. Seinalea elkarri zuzentzen diote gertu dauden antena bikoteek, inguruan barreiatu gabe, eta, horrela, jauzika, distantzia handiko lineak osatzen dira. 4 Multimediarakosare-teknologiak151 4.19 irudia. WiFi bidezko sarbidea. Sare zelularrekin eta WLL sareekin erkatuz, badaude alde teknologikoak, baina baita, batez ere, kudeatzeko erari dagozkion aldeak ere. Teknologiari dagokionez, ISM bandak erabiltzen dira (industrial, Scientific and Medical). Zehazki, wifi-sareetan, 2,4 GHz-eko eta 5,8 GHz-eko bandak erabiltzen dira. Banda horiek erabilera librerako esleituta daude, betiere esparru lokaletan. Banda librea izateak esan nahi du edonork erabil dezakeela, estatuak kudeatutako lizentzia baten beharrik gabe. Haren erabilera oso lokala denez, hau da, seinalea ezin denez oso urrutira hedatu, erabiltzaileen artean talka egiteko arriskua maila bideragarri batera jaisten da. Gainera, banda horiek zenbait azpibandatan banatzen dira estandarretan, esparru berean aritzen diren sareek talka egin ez dezaten. Kudeaketari dagokionez, wifi bidezko sarbideak eratzen eta kudeatzen dituztenak ez dira telekomunikazio-operadoreak izaten. Wifi sarbide-sareak instituzio publiko txikiek —adibidez, udal batzuek— edo erabiltzaile talde antolatuek eratzen dituzte, era kolektiboan. Horrela, erabiltzaileak berak dira sare-azpiegituren jabeak, eta haiek berek kudeatzen dituzte, zuzenean. Ondorioz, normalean, zerbitzua jasotzeagatik ordaindu beharrekoa baxuagoa da, betiko operadoreekin alderatuta. Dena dela, horrelako iniziatiben motibazioa ez da, normalean, soilik ekonomikoa, zerbitzu merkeagoa lortzearren. Sustraian dagoena Internet eskubide gisa hartzea da, eta ez negozio gisa. Munduan gehien zabaldu den horrelako sarea Guifi.net izenekoa da, Herrialde Katalanetan sortua baina egun bost kontinenteetan hedatua, baita Euskal Herrian ere. Haren konexio gehien-gehienak wifi bidezkoak badira ere, gero eta gehiagotan ari dira zuntz optikoa erabiltzen, bai sarguneekin konektatzeko, baita Guifi.net ardatz-sarea osatzeko ere. Satelite bidezko sarbidea Komunikazio-satelite bat zeruan dagoen errepikagailu bat da. Mikrouhinak jasotzen ditu goranzko bandan, garbitzen ditu, eta Lurrerantz itzultzen ditu beheranzko bandan. Altueraren arabera, hiru taldetan sailkatzen dira: geoegonkorrak (GEO - Geostationary Earth Orbit), tarteko orbitakoak (MEO - Medium-Earth Orbit) eta baxuak (LEO - Low-Earth Orbit). GEO sateliteak distantzia handienean kokatzen direnak dira, ia 36.000 km-ko altueran. Interesgarrienak dira telekomunikazioetarako, orbita horretan satelitea geldirik baitago lurrazaletik ikusita (hortik datorkio geoegonkorra izendapena). Horrela, badago aukera antena batekin satelitea seinalatzeko eta, gehiago mugitu gabe, seinalea bidali eta jasotzeko. Erabiltzen dira oraindik telebista hedatzeko, eta, iraganean, oso erabiliak izan dira kontinenteen arteko telekomunikazio-loturak gauzatzeko. Egun, aldiz, kontinenteen arteko komunikazio gehienak itsas azpiko zuntz optikoko kableen bidez egiten dira, transmisiorako ezaugarriak askoz hobeak direlako. Sateliteen erakargarritasuna 152Multimedia-Internet edozein tokitatik atzitu ahal izatean datza. Horregatik, GEO sateliteak badira alternatiba bat beste inongo sarbiderik ez dagoen tokietan. Horretarako, VSAT teknologia erabiltzen da (Very Small Aperture Terminal), hau da, antena txikiak10 (metro baten diametroa baino txikiagoa dutenak) erabiltzen dituena. GEO sateliteen bidezko Interneterako sarbidean lortzen diren abiadurak ez dira ikaragarriak, baina askotan nahikoak etxe edo enpresa txiki baterako. Gutxi gorabehera, eta faktore askoren arabera, beheranzkoan 30 Mb/s izan daiteke abiadura hori, eta 5 Mb/s goranzkoan. Teknologia berrienak erabiliz, 100 Mb/s arte eman daitezke beheranzkoan. GEO sateliteen bidezko komunikazioak duen arazorik handiena da eragindako latentzia. Nahiz eta mikrouhinak argiaren abiaduratik gertu hedatu, ia 300.000 km/s-ko abiaduran, seinaleak igaro behar duen distantzia hain handia denez, txangoak hartzen duen denbora esanguratsua da, bereziki multimedia-aplikazioentzat. Horrelako VSAT linea batean, atzerapena 250 ms-koa izaten da gutxienez; IP telefonia-aplikazio batentzat, onartezina. Erabiltzaileen egoitzan VSAT sistemek behar duten instalazioa merkea da, baina, horren truke, atzerapen handi horri eutsi behar diote. Pentsatu, egun, arraroa dela 100 ms baino gehiago behar izatea Internet osoa zeharkatzeko lurreko lineak erabiliz. MEO eta LEO orbitetan kokatutako sateliteak askoz gertuago daude lurrazaletik, eta, ondorioz, beren latentzia eta behar duten igortze-potentzia ere askoz baxuagoak dira. Adibidez, MEO orbitan dagoen O3B satelite sarea 8.000 km-ko altueran dago, eta haren RTT 125 ms-koa da. LEO orbitan dauden Iridium eta Globalstar sateliteak 670 eta 1.420 km-an daude, hurrenez hurren, eta beren atzerapena 40 ms ingurukoa da. Horrek erakargarri egiten ditu Internet sarbiderako; baina orbita baxuagoetan dauden sateliteek ere badute, ordea, beren handicapa: lurrazaletik ikusita, mugitzen ari dira, eta tarte batean soilik daude ikusgarri. Horrek asko zailtzen du haiekiko komunikazioa; satelite bakoitza zeruan aldiro agertu eta desagertu egiten da, eta, hortaz, ezin diogu komunikazioari eutsi. Horregatik, LEO eta MEO orbitetan, satelite-sareak behar dira, bermatu ahal izateko gure antenaren bistatik satelite bat desagertu baino lehen beste bat agertuko dela. Komunikazioa eten baino lehen, sare bereko bi sateliteren arteko trantsizioa (roaming) egin beharko da. Horrek guztiak sistema zaildu eta garestitu egiten du. Ondorioz, LEO sistemak telefoniarako erabili izan dira gehien, eta ez Internet-sarbiderako. Zerbitzu hori emateko hainbat egitasmok porrot egin badute ere, hau idaztean badaude LEO sateliteen bidezko Internet-zerbitzua ematen duten operadore pare bat. MEO sateliteen erabilera nagusia geokokapen-zerbitzuak dira (Galileo eta GPS), baina O3B sarea telefoniaeta datu-zerbitzuak eskaintzen hasi zen 2014. urtean. Haren merkatua, hala ere, ez da zuzenean erabiltzailea, baizik eta ISPak eta telefonia mugikorrerako operadoreak. Haren loturak erabiltzen dira, adibidez, atzealdeko sarea osatzeko beste sareak heltzen ez diren tokietan (adibidez, itsasontzietan). Gb/s mailako abiadura emateraino hel daiteke. Laburpena Aurreko kapituluetan ikasi dugu nola egokitzen diren multimedia-aplikazioak Internetek ematen duen IP zerbitzuan; best effort zerbitzuan, alegia. Multimedia-aplikazioek IP sareetan dituzten arazoak konpontzeko bide alternatiboa sarean bertan ekiditea da, hau da, sare-azpiegiturak hobetzea eta bideratzaileetan teknika berriak erabiltzea, multimedia-trafikoa arazorik gabe garraiatzeko IP sareetan. Funtsean, IP sareetan suertatzen den datagramen arteko atzerapenaren aldakortasuna eta datagrama-galerak minimoetan uztea da helburua. Horretarako, badaude zenbait estrategia. 10 Txikitasun hori erlatiboa da. VSAT teknologia garatu arte satelite bidezko komunikazioetarako erabiltzen ziren antenekin alderatuta, oso txikiak dira VSAT antenak. Etxeko wifi-sareko antenarekin alderatuta, erraldoiak dira. 4 Multimediarakosare-teknologiak153 Lehenengo estrategia sarean sartzen dugun trafiko kantitatea murriztea da, banda-zabaleraren beharrak eta bideratzaileetan sortzen diren ilarak gutxitzeko, eta, horrekin batera, buxaduraren arriskua eta haren ondorio negatibo guztiak ere murrizteko. Hori bilatzen du aztertu dugun lehenengo teknikak: multicast-teknologia. Multicasten erabilera masiboak asko jaitsiko luke Interneten broadcast moduan bidalitako trafikoa. Teknologia heldua da aspalditik; multicast-helbideak araututa daude, eta erabili egiten dira. Multicast erabiltzeko protokoloak ere, IGMP eta MLD, inplementatuta daude erabiltzaileen egungo sistema eragileetan. Eta bideratzaileetan prest dugun multicast bideratze-protokoloa, PIM, nahikoa da erabiltzen diren multicast-aplikazio nagusiek sortzen duten trafikorako (SSM motako trafikoa). Baina teknologikoak ez diren arazoek geldiarazi dute multicast ISP sareetan hedatzea. Horri multicast-hutsune deritzo (multicast gap). Ikusteke dugu zer gertatuko den etorkizunean, baina, oraingoz, multicast-teknologiak dakarren onura ez dugu ikusi Internet irekian; soilik multicast-domeinu baten mugak gainditu gabe da ohikoa haren erabilera. Bigarren estrategia buxaduren kudeaketan datza, buxadura bera eragozteko edo, hala eta guztiz ere buxadura suertatzen bada, eragindako kalteak (hau da, datagrama-galerak) multimedia ez diren aplikazioei egozteko. Estrategia hori bilatzen duten teknikak QoS epigrafean bildu ditugu. Hor daude Traffic Management eta trafiko-ingeniaritza. Traffic Management funtsean CoS egitea da, hau da, datagramak tratatzea beren sailkapenaren arabera. Horrela, galerak daudenean, hobe da kaltea konpon dezaketen aplikazioei egoztea galera horiek; denbora errealekoak ez direnei, alegia. Traffic Management barruan, sarerako sarreran trafikoa mugatzeko eta ilarak kudeatzeko teknikak ere aztertu ditugu. Trafiko-ingeniaritzan, sareko baliabideak —hau da, lineak— ahal den modurik onenean erabiltzea bilatzen da. Trafikoa bide alternatiboetan banatzea da ideia, bide laburrenean datagramak metatzea saihestuz. Horretarako, datagramak fluxuetan elkartu behar dira, eta, gero, fluxuen arabera mugitu trafikoa sarean, eta ez datagramak banan-banan. Trafiko-ingeniaritzarako oso egokiak suertatu dira MPLS eta RSVP-TE protokoloak, biak beste helburu batzuekin sortu baziren ere. Hirugarren estrategia gaindimentsionamendua da: bideratzaileetan sortzen diren ilarak desagerrarazteko, lineen transmisio-abiadura eta bideratzaileen ahalmena handitzea hasierako beharrek eskatzen dutena baino gehiago. Bide horretik, Interneterako sarbide-sareetako banda-zabalera handitzea izan da multimediaren hedapenaren gakoa Interneten. Izan ere, banda zabaleko sareak izena erabiltzen da edozein aplikaziok sortutako trafikoa xurgatzeko ahalmena duten sarbideak izendatzeko. Sare horiek kable bidezkoak edo kablerik gabekoak izan daitezke; bigarren horiek ezinbestekoak dira gero eta garrantzitsuagoak diren gailu eramangarriei sarbidea emateko. Kable bidezko sarbideetan, kable ardazkideko eta zuntz optikoko sareak ditugu, ADSL sareak desagertzear daudela. Kablerik gabeko sarbideetan, multimediarako bereziki diseinatutako 4G eta 5G sare zelularrak, WLL sarbideak eta wifi bidezko sarbideak ditugu. Sateliteak ere hor daude, beste inongo sarerik heltzen ez denerako. [Document text truncated for crawler view.]