home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Handbook of Infosec Terms 2.0 / Handbook_of_Infosec_Terms_Version_2.0_ISSO.iso / text / rfcs / rfc1453.txt < prev    next >
Text File  |  1996-05-07  |  24KB  |  258 lines

  1.  
  2.  
  3.  
  4.  
  5.  
  6.  
  7. Network Working Group                                        W. Chimiak Request for Comments: 1453                                         BGSM                                                              April 1993 
  8.  
  9.           A Comment on Packet Video Remote Conferencing and the                         Transport/Network Layers 
  10.  
  11. Status of this Memo 
  12.  
  13.    This memo provides information for the Internet community.  It does    not specify an Internet standard.  Distribution of this memo is    unlimited. 
  14.  
  15. Abstract 
  16.  
  17.    The new generation of multimedia applications demands new features    and new mechanisms for proper performance.  ATM technology has moved    from concept to reality, delivering very high bandwidths and new    capabilities to the data link layer user.  In an effort to anticipate    the high bandwidth-delay data link layer, Delta-t [Delta-t], NETBLT    [RFC 988], and VMTP [RFC 1045] were developed.  The excellent    insights and mechanisms pioneered by the creators of these    experimental Internet protocols were used in the design of Xpress    Transfer Protocol (XTP) [XTP92] with the goal of eventually    delivering ATM bandwidths to a user process.  This RFC is a vehicle    to inform the Internet community about XTP as it benefits from past    Internet activity and targets general-purpose applications and    multimedia applications with the emerging ATM networks in mind. 
  18.  
  19. 1.  Introduction 
  20.  
  21.    Networking is no longer synonymous with analog telephony.  High-    performance lower-layer networks have made possible exciting new    applications: collaboratory environments, distributed client/server    computing, remote conferencing, teleclassrooms, and distributed    life-sciences imaging.  These applications normally demand a great    deal of bandwidth and often create operating system bottlenecks.    Enabling these new multimedia applications entails delivering    bandwidth to the applications, not just having bandwidth available on    the network.  This statement may appear obvious, but often solutions    at the transport layer are satisfied by having bandwidth at that    layer without sufficient sensitivity to higher-layer access to the    bandwidth.  The unavailability of bandwidth at upper layers is    becoming the real issue as the networks are becoming a high-    performance virtual backplane without concomitant high-performance    control schemes.  It appears that new services are needed that    require communication with all layers.  The ATM architecture calls 
  22.  
  23.  
  24.  
  25. Chimiak                                                         [Page 1] 
  26.  RFC 1453             Comments on Video Conferencing           April 1993 
  27.  
  28.     for such an integrated control scheme. 
  29.  
  30. 2.  Remote Conferencing 
  31.  
  32.    The challenges of remote conferencing is an application whose    challenges may be met at the data link layer by the emerging    broadband networks.  If so, important medical applications such as    medical imaging for diagnosis and treatment planning would be    possible [CHIM92].  Remote conferencing would permit imaging    applications for life sciences through the use of national resource    centers.  Collaboratory conferences in molecular modeling, design    efforts, and visualization of data in numerous disciplines could    become possible. 
  33.  
  34.    At the Second Packet Video Workshop, held December, 1992, at MCNC in    the Research Triangle Park, North Carolina, a recurrent theme was the    use of multimedia in remote conferencing.  Its applications included    the use of interactive, synchronized voice and video transmission,    multicast transmission, data transfer, graphics transmission,    noninteractive video and audio transmission, and data base query    within a virtually shared workspace.  A few participants doubted the    ability of current computer networks to handle these multimedia    applications and preferred only connection-oriented, circuit-switched    services.  Most participants, however, looked forward to using an    integrated network approach. 
  35.  
  36. 2.1.  Remote Conferencing Functions and Requirements 
  37.  
  38.    Remote conferencing as seen at the workshop requires a set of    functions.  It must provide session scheduling that deals with    initiating a session, joining in-progress sessions, leaving a session    without tearing it down if there are multiple participants, and    terminating a session. 
  39.  
  40.    The remote-conferencing session needs a control subsystem that is    either tightly controlled for an n-to-n connection for two to 15    participants, or loosely controlled for a 1-to-n connection for any    number of participants.  The Multipeer-Multicast Consortium is    working on defining the control requirements and the mechanisms for    control.  At the Packet Video Workshop, one participant presented a    conference control protocol (CCP) shown in Figure 1 [CCP92].  In this    architecture the CCP controls the Network Voice Protocol (NVP)    [RFC741] and the Packet Video Protocol (PVP) [PVP81] over the    experimental Internet Stream Protocol, Version 2 (ST-II) [RFC1190]    rather than IP. 
  41.  
  42.    Latency and intramedia synchronization and intermedia synchronization    (lip-sync) are critical for the interactive voice and video streams 
  43.  
  44.  
  45.  
  46. Chimiak                                                         [Page 2] 
  47.  RFC 1453             Comments on Video Conferencing           April 1993 
  48.  
  49.     of remote conferencing.  Client/server applications including data    base operations are equally important.  The ability to display    noninteractive video and high-resolution graphics is necessary. 
  50.  
  51.    As with most applications, security will eventually be an issue.  At    the very least, there must be a mechanism to determine who can find    out what about conference and who can join a conference.  This    determination will be part of an upper-layer protocol. 
  52.  
  53.       +--------------+ +--------+ +-----+ +------------+       |Teleconference| |  File  | |Email| |   Domain   |       |   (CCP)      | |Transfer| |     | |Name Service|       +----+-------+-+ +-----+--+ +-+---+ +-----+------+            |       |         |__  __|           |            |       |            ||              |      +-----+--+ +--+-----+    +-++-+       +----+---+      |Network | | Packet |    | T  |       |    U   |      | Voice  | | Video  |    | C  |       |    D   |      |Protocol| |Protocol|    | P  |       |    P   |      +---+----+ +--+-----+    +-+--+       +--+-----+          |__     __|            |__         __|             |   |                  |       |           +-+---+--+             +-+-------+-+           | Stream |             |     I     |           |Protocol|             |     P     |           +---+----+             +---+-------+               |                      |         +-----+----------------------+----+         |IEEE_802.X,FDDI,DARTnet,ATOMIC...|         +---------------------------------+ 
  54.  
  55.           Figure 1: The Connection Control Protocol Architecture 
  56.  
  57.    The solutions must range in geography from single machines through    LAN, CAN, MAN, WAN conferences, as well as in data content from PCs    to high-end workstations.  Implicit in the scaling is the notion of    product and application interoperability. 
  58.  
  59.    Remote conferencing applications should take advantage of future    network enhancements, as well as the functions provided by ATM, FDDI,    and SMDS.  Doing so should provide function versus resource trade-    offs such as cost versus error control and cost versus rate control.    As a result, the transport layer should be able to provide the    services offered by the data link layer. 
  60.  
  61.    Most of the presentation on remote conferencing indicated a need for    some degree of multicast functionality, ranging from the 1-to-n, with    conference membership completely known, to conferences for which 
  62.  
  63.  
  64.  
  65. Chimiak                                                         [Page 3] 
  66.  RFC 1453             Comments on Video Conferencing           April 1993 
  67.  
  68.     existence of a group is known, but exact membership is not. 
  69.  
  70.    In remote conferencing, it is preferable to use one network for all    information traffic.  This network should have an offered quality of    service (QOS) criteria to accommodate tradeoff metrics, which would    include guaranteed throughput, connection reliability, high call-    completion rate, few dropped calls, tolerable error rate, varying    degrees of compression on the video and audio streams, and tolerable    motion artifacts, flow control, and latency.  The QOS should be an    input to the transport layer from the application or transport    service user. 
  71.  
  72.    The compression/coding function should provide time-stamping and    packetizing information, as well as real-time echo cancellation.    These functions are usually at the presentation and session layer of    the Open System Interconnection (OSI) model or the at the application    in some Internet models, but not the transport layer. 
  73.  
  74. 3.  Potential Solutions 
  75.  
  76.    RFC 1193 deals with the requirements of real-time communications,    which include some of the same capabilities [RFC1193].  But the    requirements articulated create the necessity for new    transport/network protocols.  The new protocols under development by    the Audio Visual Transport [SCHU92] (RTC, RTCP), and other protocols    in this area (ST-II) suggest an architecture like that shown in    Figure 2. 
  77.  
  78.    These approaches may work.  However, they encourage a discipline that    creates a protocol for each new class of application.  Another    approach might be to unify the protocols.  It is felt that this is    one of the main goals of XTP (see Figure 3). 
  79.  
  80.    Other design considerations of XTP include the following: 
  81.  
  82.  
  83.  
  84.  
  85.  
  86.  
  87.  
  88.  
  89.  
  90.  
  91.  
  92.  
  93.  
  94.  
  95.  
  96.  
  97.  
  98. Chimiak                                                         [Page 4] 
  99.  RFC 1453             Comments on Video Conferencing           April 1993 
  100.  
  101.               +----------------------+              |          media       |              |       application    |              +--------+----+-+------+              |        |RTCP| |      |              |        +----+ |   T  |              |         RTP   |   C  |              +-----+-----+   |   P  |              |ST-II| UDP |   |      |              +     +-----+---+------|              |     |       IP       |              +-----+-------+--------+              |    Data Link Layer   |              +----------------------+ 
  102.  
  103.               Figure 2: One emerging multimedia architecture 
  104.  
  105.       +--------------+  +--------+ +-----+ +------------++-----------+      |Teleconference|  |  File  | |Email| |   Domain   ||   media   |      |              |  |Transfer| |     | |Name Service||application|      +------+-------+  +----+---+ +--+--+ +-----+------++-----+-----+             |               |        |          |             |             +---------------+--------+----------+-------------+                                      |                              +-------+--------+                              |Unified Protocol|                              +----------------+                              |Data Link Layer |                              +----------------+ 
  106.  
  107.            Figure 3: Another integrated multimedia architecture 
  108.  
  109.    (1)  Developing a protocol based on the work and experience of         the protocol groups such as IETF, which produced NETBLT,         VMTP, TCP, IP, and UDP. 
  110.  
  111.    (2)  Incorporating lessons from Delta-t. 
  112.  
  113.    (3)  Observing the design paradigm shift of ATM, SONET, and  VMTP         in the header, trailer, and information segment construction. 
  114.  
  115.    (4)  Targeting the real-time requirements articulated by the         Department of Defense SAFENET committee and the French         Ministry of Defense military real-time specification [GAM-T-103]. 
  116.  
  117.    Mechanisms in XTP allow an application to approach the performance    desired.  A session-scheduling mechanism for joining and leaving a 
  118.  
  119.  
  120.  
  121. Chimiak                                                         [Page 5] 
  122.  RFC 1453             Comments on Video Conferencing           April 1993 
  123.  
  124.     multicast conference exists.  The XTP mechanism for multicast    satisfies the loosely controlled session requirements.  The tightly    controlled session would require the use of multiple XTP    associations. 
  125.  
  126.    The priority mechanism that uses the 32-bit SORT field permits an    application to prioritize data.  Because XTP is a transport layer,    this priority mechanism follows through every node tranversed.  There    is also an out-of-band delivery mechanism.  However, XTP does not    offer latency control by itself; it just provides a priority    mechanism. 
  127.  
  128.    The selective acknowledgement, fast negative acknowledgement, and    selective retransmission permit an application to choose an    appropriate level of error control.  The combination of the priority    mechanism and these error-control mechanisms is likely to approach    the latency and synchronization requirements of remote conferencing. 
  129.  
  130.    Noninteractive audio and video, as well as graphics presentation, can    be accommodated in many ways by the application.  It is important    that the transport layer provides adequate mechanisms to deliver the    appropriate data streams in a manner compatible with the    applications.  These applications can probably be accomplished by    means of extant protocols, as well as XTP. 
  131.  
  132.    The scalability of the solution will be a function of the standards    used.  At the Packet Video Workshop, some of the applications    sacrificed computer network standards in favor of desired    performance.  This approach usually impedes scalability.  From the    explanation of the applications taking this approach, it appeared    that using XTP would have provided an adequate transport service for    the applications. 
  133.  
  134.    XTP was designed to provide mechanisms to accommodate application    requirements, that is, the ability to respond to QOS requests.  For    example, guaranteed throughput may be accomplished by using XTP's    rate and burst control together with flow control or no flow control.    Tolerable error rate can be accomplished with partially error    controlled connections (PECC), a service which can be placed in the    application or just above the transport layer [PECC92].  Motion    artifacts and varying degrees of compression should be done above the    transport layer in coordination with the transport layer or possibly    in a network management function. 
  135.  
  136. 3.1.  Synthesize the Hardware Fabrication Process into the Design 
  137.  
  138.    To produce an affordable solution, the hardware fabrication process    should be a design consideration.  Technologies are evolving too 
  139.  
  140.  
  141.  
  142. Chimiak                                                         [Page 6] 
  143.  RFC 1453             Comments on Video Conferencing           April 1993 
  144.  
  145.     rapidly to assume that a generic protocol design will anticipate all    fabrication advances, but this fact should not impede use of the    features of advanced hardware fabrication processes. 
  146.  
  147.    System interface problems and VLSI techniques should be considered in    the specification of the protocol.  An examination of the ATM and    SONET standards appears to support this philosophy.  Similarly,    NETBLT and VMTP design efforts seem to support this approach.  XTP    does use it. 
  148.  
  149.    It is very helpful to break down the protocol into parallel-state    machines for execution on more inexpensive hardware.  This procedure    reduces the context switching and interrupt handling requirements of    the hardware, thereby decreasing production costs while producing a    scalable protocol machine. 
  150.  
  151. 4.  Multimedia Applications over XTP 
  152.  
  153.    In parallel with the IETF efforts to enable multimedia applications    such as remote conferencing, the XTP forum members have been    experimenting with major elements of these applications. 
  154.  
  155.     (1)  At the University of Virginia, more than 100 simulated voice         channels were run on an FDDI network [UVAVOICE92].  The         purpose of this experiment was to test the limits of FDDI         and a software version of XTP in a simulated interactive         voice environment.  Multicasted, noninteractive video has         been supported there for several years. 
  156.  
  157.         UVa also has a video-mail demo over XTP/FDDI that uses         Fluent multimedia interface and standard JPEG compression.         This PC-based demo delivers full frame, full color, 30         frames/sec video from any network disk to a remote VGA         screen.  It is important that users could not discern any         difference  in  playback  between  a local disk and a remote         disk.  An Xpress File System (XFS) is used on server and         client systems. 
  158.  
  159.    (2)  The Technical University of Berlin, Germany, reports that         the coordination, implementation, and operation of         multimedia services (CIO) of the R&D in Advanced         Communications Technologies in Europe (RACE) is using XTP as         a starting point for design [XTPRACE]. 
  160.  
  161.    (3)  At the Naval Command, Control, and Ocean Surveillance Center         Research, Development, Test and Evaluation Division NRaD         (formerly the Naval Ocean Systems Command (NOSC)), voice is 
  162.  
  163.  
  164.  
  165. Chimiak                                                         [Page 7] 
  166.  RFC 1453             Comments on Video Conferencing           April 1993 
  167.  
  168.          multicasted over XTP/FDDI.  A simple multicast is         distributed to a group with a latency of around 25 ms, where         the latency represents delay from the voice signal from the         microphone to the audio signal to the speaker.  This group         is currently doing research on an n-party multicast of voice         (telephone conference-call paradigm [n x n multicast]). 
  169.  
  170.    (4)  Commercially, Starlight Networks Inc., migrated a subset of         XTP into the transport layer of its video application         server.  By using XTP rate control, full-motion, full-screen         compressed video is delivered at a constant 1.2 Mbps, over         switched-hub Ethernet to viewstations.  This network         delivers at least 10 simultaneous video streams. 
  171.  
  172.    Therefore, XTP has been used in applications that were previously    placed over IP or even a data link layer. 
  173.  
  174. 5.  Policy versus Mechanism 
  175.  
  176.    Separating protocol policies and mechanisms [XTPbk] permits adoption    of new policies without altering offered mechanisms.  An excellent    example is UVa's Partially Error Controlled Connections (PECC).  This    control system maximizes error control in such a way that receiving    FIFOs are never starved i.e., the application, driver, or operating    system buffer control, and not the transport layer becomes the    bottleneck. 
  177.  
  178.    Because XTP is mechanism-rich and policy-tolerant, this very dynamic    error control policy mechanism is possible.  Separating policy and    mechanism permits an error-control or flow-control policy to adapt to    the data link layer conditions without shutting down a connection and    rebuilding (or multiplexing) a new one on a different protocol stack.    This may also provide an easier way for a network management    subsystem to maintain a desired QOS. 
  179.  
  180. 6.  Summary 
  181.  
  182.    Remote conferencing presents new opportunities for research,    business, and administration.  Although some are proposing that only    classical circuit-switched mechanisms be used, most network engineers    are searching for ways to use the new features of FDDI, SMDS, and ATM    in multimedia applications such as remote conferencing.  Some new    applications have been placed directly on a data link layer.  New    Transport/Network layer combinations have been proposed and are being    tested.  It is believed that consideration should be given to XTP as    a possible solution because its forum membership includes commercial,    government, and research institutions, some of which have implemented    various applications that contribute to an overall remote- 
  183.  
  184.  
  185.  
  186. Chimiak                                                         [Page 8] 
  187.  RFC 1453             Comments on Video Conferencing           April 1993 
  188.  
  189.     conferencing application. 
  190.  
  191. 7.  References 
  192.  
  193.    [CCP92]     Schooler, E., "An Architecture for Multimedia Connection                Management", in Proceedings of the 4th IEEE ComSoc                International Workshop on Multimedia Communications,                Monterey, CA, April 1992. 
  194.  
  195.    [CHIM92]    Chimiak, W., "The Digital Radiology Environment", IEEE                JSAC, Vol. 10, No. 7, pp. 1133-1144, September 1992. 
  196.  
  197.    [Delta-t]   Watson, R. W., "Delta-t Protocols Specification",                Lawrence Livermore Laboratory, April 15, 1983. 
  198.  
  199.    [GAM-T-103] French Ministry of Defense, "GAM-T-103 Military                Real-Time Local Area Network Reference Model                (Transfer Layer)", February 7, 1987. 
  200.  
  201.    [PECC92]    Dempsey, B., Strayer, T.  and Weaver A., "Adaptive Error                Control for Multimedia Data Transfer", in Proceedings                of the IWACA 92, Munich, Germany, pp. 279-288, March                1992. 
  202.  
  203.    [PVP81]     Cole, R., "PVP - A Packet Video Protocol", W-Note 28,                Information Sciences institute, University of                California, Los Angeles, CA, August 1981. 
  204.  
  205.    [RFC1045]   Cheriton, D., "VMTP: Versatile Message Transaction                Protocol Specification", RFC 1045, Stanford                University, February 1988. 
  206.  
  207.    [RFC998]    Clark, D., Lambert, M., and L. Zhang, "NETBLT: A Bulk                Data Transfer Protocol", RFC 998, MIT, March 1987. 
  208.  
  209.    [RFC1193]   Ferrari, D., "Client Requirements For Real-Time                Communication Services", RFC 1193, UC Berkeley,                November 1990. 
  210.  
  211.    [RFC1190]   Topolcic, C., Editor, "Experimental Internet Stream                Protocol: Version 2 (ST-II)", RFC 1190, CIP Working                Group, October 1990. 
  212.  
  213.    [SCHU92]    Schulzrinne, H., "A Transport Protocol for Audio and                Video Conferences and other Multiparticipant                Real-Time Applications", Internet Engineering Task                Force, Internet-Draft, October 1992. 
  214.  
  215.  
  216.  
  217.  Chimiak                                                         [Page 9] 
  218.  RFC 1453             Comments on Video Conferencing           April 1993 
  219.  
  220.     [UVAVOICE92] Weaver, A. C. and McNabb, J.F., "Digitized Voice                 Distribution Using XTP and FDDI", Transfer, Vol. 5,                 No.  6, pp. 2-7 (November/December 1992). 
  221.  
  222.    [XTP92]     Xpress Transfer Protocol, version 3.6, XTP Forum,                1900 State Street, Suite D, Santa Barbara, California                93101 USA, January 11, 1992. 
  223.  
  224.    [XTPbk]     Strayer, W.T., Dempsey, B.J., and Weaver, A.C., "XTP:                The Xpress Transfer Protocol", Addison-Wesley                Publishing Company, Inc., 1992. 
  225.  
  226.    [XTPRACE]   Rebensburg, K. and Miloucheva, I., "The Use of XTP in a                Large European Communication Project", XTP Forum                Research Affiliate Annual Report, Document 92-183,                pp. 105-112, 1992. 
  227.  
  228. Security Considerations 
  229.  
  230.    Security issues are discussed in section 2.1. 
  231.  
  232. Author's Address 
  233.  
  234.    William J. Chimiak    Department of Radiology    Bowman Gray School of Medicine    Medical Center Boulevard    Winston-Salem, NC 27157-1022 
  235.  
  236.    Phone: 919-716-2815    EMail: chim@relito.medeng.wfu.edu 
  237.  
  238.  
  239.  
  240.  
  241.  
  242.  
  243.  
  244.  
  245.  
  246.  
  247.  
  248.  
  249.  
  250.  
  251.  
  252.  
  253.  
  254.  
  255.  
  256.  Chimiak                                                        [Page 10] 
  257.  
  258.