Tema 1: Introducción a las Redes IP (2024/25)

Máster de Formación Permanente en Ingeniería de Producción y Explotación de Contenidos Módulo 5: Redes de ordenadores - Fundamentos de Redes IP Tema 1: Introducción David Fernández Curso 2024/25...

Máster de Formación Permanente en Ingeniería de Producción y Explotación de Contenidos Módulo 5: Redes de ordenadores - Fundamentos de Redes IP Tema 1: Introducción David Fernández Curso 2024/25 1  Contenido Motivación Matrices AV tradicionales AV sobre redes IP Introducción a las Redes IP Introducción 2 Máster de Formación Permanente en Ingeniería de Producción y Explotación de Contenidos Motivación Introducción 3  Motivación Gestión y distribución de flujos de audio/video en entornos de producción y explotación de contenidos basada tradicionalmente en el uso de matrices de conmutación de AV Limitaciones: debidas a la falta de flexibilidad, distancia, coste, etc. Fuerte tendencia a migrar al transporte de flujos sobre redes IP Audio-Visual over Internet Protocol (AVoverIP o AVoIP) Necesidad de comprender el funcionamiento de las tecnologías y funcionalidades de equipos utilizados en las redes IP (routers, switches) Introducción 4  Configuración tradicional vs. AVoIP Fuente: Matrox. https://tinyurl.com/299g6nlx Introducción 5  Matrices tradicionales Capacidades básicas: Conmutar entre entradas Difundir una entrada a varias salidas Entradas AV Salidas AV Conversión de formatos (Ej: DisplayPort a HDMI) Capacidades avanzadas: Recorte de video (cropping), escalado de video, mezcla de fuentes, etc. Matriz AV Número fijo de entradas y salidas Requisitos de calidad y baja latencia Basadas en conmutación de circuitos Introducción 6  Ejemplos de matrices (I) https://www.a-neuvideo.com/shop/product_info.php?products_id=234 Introducción 7  Ejemplos de matrices (II) https://www.iseevy.com/product/hdmi-matrix-switch-16x16/ Introducción 9  Ejemplos Matrices (III) Iniciativa HDBaseT para simplificar el cableado utilizando cables Ethernet (Cat5e/Cat6) Fuente: https://avproedge.com/products/ac-mx-88hdbt Introducción 10  Ejemplos de matrices (IV) https://www1.kramerav.com/Product/VS-34FD Introducción 11  Conmutación de flujos AVoverIP Los flujos de AV se codifican y encapsulan en paquetes IP que se transmiten a través de una red IP AV sobre conmutación de paquetes En el destino se descodifican y convierten a formatos estándar Ej: Red IP HDMI) o se reproducen directamente en el destino La codificación puede basarse en formatos propietarios o estándar (Ej: IPMX and SMPTE ST 2110) Fuente: Fundamentals of AV over IP—Matrox Technical Guide Introducción 12 Conmutación de circuitos vs. paquetes 1. Establecimiento de Conexión/Llamada (Orientado a conexión) → Reserva física de recursos 2. Transferencia de información Conmutación → Caudal fijo, la transmisión es continua (bitstream) de circuitos 3. Desconexión 1. No requiere establecimiento de conexión Conmutación 2. Almacenamiento y reenvío de paquetes → “Packet Stream” → caudal variable (“elástico”) → colas de paquetes 3. Eficiente, no hay reserva de recursos → sólo se gastan los “recursos” cuando se envían paquetes  Ventajas AVoIP Escalabilidad: frente a número de puertos limitado de las matrices tradicionales Flexibilidad: frente al número fijo de puertos de entrada y salida, los puertos de un nodo de red pueden actuar indistintamente como entrada o salida Distancia: alcance de las redes IP mucho mayor, sin degradación de las señales Infraestructura más simple: menor complejidad y heterogeneidad del cableado. Utilización de cableados de red estándar existentes Control centralizado: gestión más simple y dinámica (basada en software) Introducción 14  Matrices AVoverIP Capacidades básicas: Conmutar entre entradas - SI Difundir una entrada a varias salidas -> SI Entradas Salidas (multicast) Conversión de formatos -> NO Capacidades avanzadas: Recorte de video (cropping), escalado de video, mezcla de fuentes, etc. -> NO Red IP La conversión de formatos y las capacidades avanzadas deben realizarse en equipos externos a la red. Introducción 15  Caso de estudio AVoIP: Sport Bar https://tinyurl.com/27t5zksd Introducción 16  Caso de estudio AVoIP: Sport Bar Aplicación de control Introducción 17  Requisitos AVoverIP Ancho de Banda de vídeo sin compresión Fuente: SDVoE Alliance - https://sdvoe.org/ Bandwidth calculator: https://www.kramerav.com/bandwidth-calculator/ Introducción 18  Requisitos AVoverIP El ancho de banda requerido para transmitir vídeo se puede reducir mediante algoritmos de compresión: Ej: H264, HEVC (H.265), MPEG-4, MPEG-2, etc. Reducen de forma importante el ancho de banda requerido: Ej: IPTV requiere unos 30 Mbps para vídeo 4K Problema: retardo requerido para ejecutar los algoritmos de compresión No aceptable en entornos de producción con requisitos de tiempo real Introducción 19  Compromiso Calidad-Latencia-Ancho de Banda Ej: SDVoE -> compresión 1,3 a 1 Ej: H.264 -> compresión 200 a 1 Fuente: NetGear. https://www.netgear.academy/course/index.php?categoryid=2 Introducción 20 Máster de Formación Permanente en Ingeniería de Producción y Explotación de Contenidos Introducción a las Redes IP Introducción 21  Redes IP Red IP: red de comunicaciones que utiliza el protocolo IP (Internet Protocol) para enviar y recibir paquetes (datagramas) entre sistemas finales (hosts) Internet es la mayor y más conocida de las redes que utilizan el protocolo IP Una red IP está formada por Host Subred Router Subred Router Subred Host nodos (routers) interconectados … mediante subredes basadas en tecnologías de red heterogéneas Red IP Ej: Ethernet, WiFi, 4G/5G, etc. Los nodos de la red (routers) se encargan de reenviar los datagramas hacia su destino Cada nodo es responsable de entregar el datagrama al siguiente nodo en el camino, transmitiéndolo a través de la subred que las une (encaminamiento salto a salto) Redes de Ordenadores. Tema 4 22 Arquitectura TCP/IP Aplicación: proporciona servicios de aplicación (FTP, SMTP, HTTP, etc.) Aplicación Transporte: transferencia de datos entre procesos Transporte de aplicación (TCP, UDP) Red: encaminamiento de datagramas (IP, Red protocolos de encaminamiento) Enlace: transferencia de datos entre elementos de Enlace red conectados directamente (Ethernet, WiFi, etc.) Físico Físico: transferencia de bits de un elemento de red al siguiente por un medio físico 23  Modelo de red IP Sin establecimiento de llamada Los routers no mantienen estado de las conexiones extremo a extremo Los paquetes se encaminan en función de la dirección IP del sistema destino Los paquetes entre un mismo par pueden seguir rutas distintas Modelo de servicio “best-effort”: la red puede perder o desordenar los datagramas enviados Origen Destino aplicación aplicación desorden transporte transporte a red red b enlace enlace b físico físico c a X Fuente: Kurose pérdida Redes de Ordenadores. Tema 4 24 Funcionamiento: encapsulado origen mensaje M aplicación segmento Ht M transporte datagrama Hn Ht M red trama Hl Hn Ht M enlace físico Hl Hn Ht M enlace Hl Hn Ht M físico conmutador Ethernet destino Hn Ht M red Hn Ht M M aplicación Hl Hn Ht M enlace Hl Hn Ht M Ht M transporte físico Hn Ht M red Hl Hn Ht M enlace router físico Fuente: Kurose 25  Encapsulación de AV sobre IP HDMI AVoverIP Codificador Audio/Vídeo/Datos Cabecera TCP/UDP Datos Cabecera IP Datos Cabecera Ethernet Datos Introducción 26  Switches y Routers Router Switch Internet Servidor Correo Switch Servidor Web Switch Switch Subred IP CCN-SIR XII: 19-23 Temafebrero 1: Introducción 2024 a la Seguridad en Infraestructuras de Redes 27  Arquitectura de un Switch SWITCH Dispositivo de Tablas de Procesador(es) almacenamiento y Filtrado reenvío de nivel 2 MEMORIA Cab. MAC Datos Cab. MAC Datos MAC MAC Físico Físico Puerto i Puerto j MAC Datos MAC Datos 28 Arquitectura TCP/IP  Arquitectura de un Router Dispositivo de ROUTER Procesador(es) Tabla de almacenamiento y Encaminamiento reenvío de nivel 3 MEMORIA Cab. IP Datos Cab. IP Datos Red Red Enlace Enlace Físico Físico Cabeceras de niveles inferiores Puerto i Puerto j Cab. IP Datos Cab. IP Datos 29 Arquitectura TCP/IP  Switches y routers: arquitectura de red Sistema final Sistema final (host) (host) Encaminador (router) Mensajes Aplicación Conmutador Aplicación (switch) Segmentos Transporte Transporte Paquetes Red Red Red Tramas Enlace Enlace Enlace Enlace Bits Físico Físico Físico Físico Tema 1: Introducción a la Seguridad en CCN-SIR XII: 19-23 febreroInfraestructuras 2024 de Redes 30  Requisitos redes IP para AVoverIP Ancho de banda alto Puertos finales de 10Gbps, 25 Gbps Puertos troncales de alta velocidad >= 100 Gbps Arquitecturas de red de altas prestaciones con balanceo de tráfico Soporte de calidad de servicio (QoS) Garantía de ancho de banda Priorización de flujos Envío multidestino Distribución de flujos a multiples destinatarios Fiabilidad Redundancia de equipos Introducción 31  Resumen Las redes IP basadas principalmente en conmutadores Ethernet de altas prestaciones son la base de los futuros (presentes) sistemas audiovisuales El despliegue, configuración y gestión de los entornos basados en AVoverIP requiere un conocimiento mínimo de las tecnologías de red subyacentes Introducción 32  Referencias Fundamentals of AV over IP. Matrox. https://video.matrox.com/en/media/guides-articles/fundamentals- av-over-ip AV over IP and complex enterprise networks. ICT Today. https://www.panduit.com/content/dam/panduit/en/solutions/soluti on-pdf/ICTToday_AVoverIP.pdf Introducción 33  Máster de Formación Permanente en Ingeniería de Producción y Explotación de Contenidos Módulo 5: Redes de ordenadores - Fundamentos de Redes IP Tema 1: Introducción David Fernández Curso 2024/25 34