《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》課件第8章因特網(wǎng)上的音頻視頻服務(wù)

1、第8章 因特網(wǎng)上的音頻/視頻服務(wù)知識(shí)要點(diǎn)服務(wù)類型流式交互式第3章 數(shù)據(jù)鏈路層（標(biāo)注 的標(biāo)題表示最基礎(chǔ)的內(nèi)容） 8.1 概述8.2 流式存儲(chǔ)音頻/視頻8.3 交互式音頻/視頻8.4 改進(jìn)“盡最大努力交付”的服務(wù)內(nèi)容導(dǎo)航第3章 數(shù)據(jù)鏈路層8.1 概述 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最初是為傳送數(shù)據(jù)信息設(shè)計(jì)的。因特網(wǎng) IP 層提供的“盡最大努力交付”服務(wù)，以及每一個(gè)分組獨(dú)立交付的策略，對(duì)傳送數(shù)據(jù)信息也是很合適的。因特網(wǎng)使用的 TCP 協(xié)議可以很好地解決網(wǎng)絡(luò)不能提供可靠交付這一問題。第3章 數(shù)據(jù)鏈路層多媒體信息的特點(diǎn)多媒體信息（包括聲音和圖像信息）與不包括聲音和圖像的數(shù)據(jù)信息有很大的區(qū)別。多媒體信息的信息量往往很大。在傳

2、輸多媒體數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)均有較高的要求。多媒體數(shù)據(jù)往往是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(real time data)，它的含義是：在發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的同時(shí)，在接收端邊接收邊播放。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層因特網(wǎng)是非等時(shí)的 模擬的多媒體信號(hào)經(jīng)過采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，再組裝成分組。這些分組的發(fā)送速率是恒定的（等時(shí)的）。傳統(tǒng)的因特網(wǎng)本身是非等時(shí)的。因此經(jīng)過因特網(wǎng)的分組變成了非恒定速率的分組。 tt因特網(wǎng)t模擬信號(hào)t采樣后的信號(hào)構(gòu)成分組恒定速率非恒定速率第3章 數(shù)據(jù)鏈路層接收端需設(shè)置適當(dāng)大小的緩存。當(dāng)緩存中的分組數(shù)達(dá)到一定的數(shù)量后再以恒定速率按順序把分組讀出進(jìn)行還原播放。緩存實(shí)際上就是一個(gè)先進(jìn)先出的隊(duì)列。圖中標(biāo)明的

3、T 叫做播放時(shí)延。 在接收端設(shè)置緩存 tT緩存（隊(duì)列）恒定速率t非恒定速率有可能發(fā)生分組丟失第3章 數(shù)據(jù)鏈路層緩存使所有到達(dá)的分組都經(jīng)受了遲延。早到達(dá)的分組在緩存中停留的時(shí)間較長(zhǎng)，而晚到達(dá)的分組在緩存中停留的時(shí)間則較短。以非恒定速率到達(dá)的分組，經(jīng)過緩存后再以恒定速率讀出，就能夠在一定程度上消除了時(shí)延的抖動(dòng)。但我們付出的代價(jià)是增加了時(shí)延。 緩存的影響 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層分組發(fā)出1 2 3 4 5 6t到達(dá)分組數(shù)6543211 2 3 4 5 6t緩存時(shí)間緩存時(shí)間再推遲播放時(shí)間如果網(wǎng)絡(luò)無時(shí)延推遲播放分組遲到網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)時(shí)延分組 1 的時(shí)延分組到達(dá)1 2 3 4 5 6t實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)第3章 數(shù)據(jù)鏈路層需要

4、解決的問題 在傳送時(shí)延敏感(delay sensitive)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，不僅傳輸時(shí)延不能太大，而且時(shí)延抖動(dòng)也必須受到限制。對(duì)于傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，很少量分組的丟失對(duì)播放效果的影響并不大（因?yàn)檫@是由人來進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)的），因而是可以容忍的。丟失容忍(loss tolerant)也是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的另一個(gè)重要特點(diǎn)。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層需要解決的問題（續(xù)）由于分組的到達(dá)可能不按序，但將分組還原和播放時(shí)又應(yīng)當(dāng)是按序的。因此在發(fā)送多媒體分組時(shí)還應(yīng)當(dāng)給每一個(gè)分組加上序號(hào)。這表明還應(yīng)當(dāng)有相應(yīng)的協(xié)議支持才行。要使接收端能夠?qū)⒐?jié)目中本來就存在的正常的短時(shí)間停頓（如音樂中停頓幾拍）和因某些分組的較大遲延造成的“停頓”區(qū)分開來

5、。這就需要增加一個(gè)時(shí)間戳(timestamp)，以便告訴接收端應(yīng)當(dāng)在什么時(shí)間播放哪個(gè)分組。第3章 數(shù)據(jù)鏈路層必須改造現(xiàn)有的因特網(wǎng) 大量使用光纜和高速路由器，網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)就可以足夠小，在因特網(wǎng)上傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)就不會(huì)有問題。把因特網(wǎng)改造為能夠?qū)Χ说蕉说膸拰?shí)現(xiàn)預(yù)留(reservation)，把使用無連接協(xié)議的因特網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蜻B接的網(wǎng)絡(luò)。 部分改動(dòng)因特網(wǎng)的協(xié)議棧所付出的代價(jià)較小，而這也能夠使多媒體信息在因特網(wǎng)上的傳輸質(zhì)量得到改進(jìn)。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層目前因特網(wǎng)提供的音頻/視頻服務(wù)大體上可分為三種類型 流式(streaming)存儲(chǔ)音頻/視頻 邊下載邊播放。流式實(shí)況音頻/視頻 邊錄制邊發(fā)送 。交

6、互式音頻/視頻實(shí)時(shí)交互式通信。第3章 數(shù)據(jù)鏈路層“邊下載邊播放”中的“下載” “邊下載邊播放”結(jié)束后，在用戶的硬盤上沒有留下有關(guān)播放內(nèi)容的任何痕跡。流媒體(streaming media)，即流式音頻/視頻。流媒體特點(diǎn)就是“邊下載邊播放” (streaming and playing) 。第3章 數(shù)據(jù)鏈路層8.2 流式存儲(chǔ)音頻/視頻8.2.1 具有元文件的萬維網(wǎng)服務(wù)器 8.2.2 媒體服務(wù)器 8.2.3 實(shí)時(shí)流式協(xié)議 RTSP第3章 數(shù)據(jù)鏈路層萬維網(wǎng)服務(wù)器客戶機(jī)服務(wù)器媒體播放器 GET: 音頻/視頻文件 RESPONSE 音頻/視頻文件瀏覽器傳統(tǒng)的下載文件方法第3章 數(shù)據(jù)鏈路層傳統(tǒng)的瀏覽器從服

7、務(wù)器下載音頻/視頻文件 用戶從客戶機(jī)(client machine)的瀏覽器上用 HTTP 協(xié)議向服務(wù)器請(qǐng)求下載某個(gè)音頻/視頻文件。 服務(wù)器如有此文件就發(fā)送給瀏覽器。在響應(yīng)報(bào)文中就裝有用戶所要的音頻/視頻文件。整個(gè)下載過程可能會(huì)花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。 當(dāng)瀏覽器完全收下這個(gè)文件后，就可以傳送給自己機(jī)器上的媒體播放器進(jìn)行解壓縮，然后播放。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層8.2.1 具有元文件的萬維網(wǎng)服務(wù)器 元文件就是一種非常小的文件，它描述或指明其他文件的一些重要信息。 萬維網(wǎng)服務(wù)器客戶機(jī)服務(wù)器媒體播放器 元文件瀏覽器 GET: 元文件 RESPONSEGET: 音頻/視頻文件 RESPONSE第3章 數(shù)據(jù)鏈路層使

8、用元文件下載音頻/視頻文件 瀏覽器用戶使用 HTTP 的 GET 報(bào)文接入到萬維網(wǎng)服務(wù)器。這個(gè)超鏈指向一個(gè)元文件。這個(gè)元文件有實(shí)際的音頻/視頻文件的統(tǒng)一資源定位符 URL。 萬維網(wǎng)服務(wù)器把該元文件裝入 HTTP 響應(yīng)報(bào)文的主體，發(fā)回給瀏覽器。 客戶機(jī)瀏覽器調(diào)用相關(guān)的媒體播放器，把提取出的元文件傳送給媒體播放器。 媒體播放器使用元文件中的 URL ，向萬維網(wǎng)服務(wù)器發(fā)送 HTTP 請(qǐng)求報(bào)文，要求下載音頻/視頻文件。 萬維網(wǎng)服務(wù)器發(fā)送 HTTP 響應(yīng)報(bào)文，把該音頻/視頻文件發(fā)送給媒體播放器。媒體播放器邊下載邊解壓縮邊播放。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層8.2.2 媒體服務(wù)器 媒體服務(wù)器也稱為流式服務(wù)器(str

9、eaming server) ，它支持流式音頻和視頻的傳送。媒體播放器與媒體服務(wù)器的關(guān)系是客戶與服務(wù)器的關(guān)系。 媒體播放器不是向萬維網(wǎng)服務(wù)器而是向媒體服務(wù)器請(qǐng)求音頻/視頻文件。媒體服務(wù)器和媒體播放器之間采用另外的協(xié)議進(jìn)行交互。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層使用媒體服務(wù)器 萬維網(wǎng)服務(wù)器媒體播放器 元文件瀏覽器 GET: 元文件 RESPONSEGET: 音頻/視頻文件 RESPONSE媒體服務(wù)器客戶機(jī)服務(wù)器第3章 數(shù)據(jù)鏈路層采用媒體服務(wù)器下載音頻/視頻文件的步驟 前三個(gè)步驟仍然和上一節(jié)的一樣，區(qū)別就是后面兩個(gè)步驟。 媒體播放器使用元文件中的 URL 接入到媒體服務(wù)器，請(qǐng)求下載瀏覽器所請(qǐng)求的音頻/視頻文件。

10、下載可以借助于使用 UDP 的任何協(xié)議，例如使用實(shí)時(shí)運(yùn)輸協(xié)議 RTP。 媒體服務(wù)器給出響應(yīng)，把該音頻/視頻文件發(fā)送給媒體播放器。媒體播放器在遲延了若干秒后，以流的形式邊下載邊解壓縮邊播放。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層8.2.3 實(shí)時(shí)流式協(xié)議 RTSP(Real-Time Streaming Protocol) RTSP 協(xié)議以客戶服務(wù)器方式工作，它是一個(gè)多媒體播放控制協(xié)議，用來使用戶在播放從因特網(wǎng)下載的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)能夠進(jìn)行控制，如：暫停/繼續(xù)、后退、前進(jìn)等。因此 RTSP 又稱為“因特網(wǎng)錄像機(jī)遙控協(xié)議”。要實(shí)現(xiàn) RTSP 的控制功能，我們不僅要有協(xié)議，而且要有專門的媒體播放器(media player)

11、和媒體服務(wù)器(media server)。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層萬維網(wǎng)服務(wù)器客戶機(jī)服務(wù)器媒體播放器 元文件瀏覽器媒體服務(wù)器音頻/視頻流 GET: 元文件 RESPONSESETUP RESPONSEPLAY RESPONSE RESPONSE TEARDOWN 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層使用 RTSP 的媒體服務(wù)器的工作過程 瀏覽器向萬維網(wǎng)服務(wù)器請(qǐng)求音頻/視頻文件。 萬維網(wǎng)服務(wù)器從瀏覽器發(fā)送攜帶有元文件的響應(yīng)。 瀏覽器把收到的元文件傳送給媒體播放器。 RTSP 客戶與媒體服務(wù)器的 RTSP 服務(wù)器建立連接。 RTSP 服務(wù)器發(fā)送響應(yīng) RESPONSE 報(bào)文。 RTSP 客戶發(fā)送 PLAY 報(bào)文，開始下載

12、音頻/視頻文件。 RTSP 服務(wù)器發(fā)送響應(yīng) RESPONSE 報(bào)文。 RTSP 客戶發(fā)送 TEARDOWN 報(bào)文斷開連接。 RTSP 服務(wù)器發(fā)送響應(yīng) RESPONSE 報(bào)文。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層8.3 交互式音頻/視頻 8.3.1 IP 電話概述8.3.2 IP 電話所需要的幾種應(yīng)用協(xié)議 8.3.3 實(shí)時(shí)運(yùn)輸協(xié)議 RTP8.3.4 實(shí)時(shí)運(yùn)輸控制協(xié)議 RTCP8.3.5 H.323 8.3.6 會(huì)話發(fā)起協(xié)議 SIP第3章 數(shù)據(jù)鏈路層8.3.1 IP 電話概述狹義的 IP 電話就是指在 IP 網(wǎng)絡(luò)上打電話。所謂“IP 網(wǎng)絡(luò)”就是“使用 IP 協(xié)議的分組交換網(wǎng)”的簡(jiǎn)稱。廣義的 IP 電話則不僅僅是電

13、話通信，而且還可以是在IP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行交互式多媒體實(shí)時(shí)通信（包括話音、視像等），甚至還包括即時(shí)傳信IM (Instant Messaging)。第3章 數(shù)據(jù)鏈路層IP 電話網(wǎng)關(guān)的幾種連接方法 分組交換電路交換電路交換 因特網(wǎng)PC 到 PC公用電話網(wǎng)IP 電話網(wǎng)關(guān) 因特網(wǎng)PC 到固定電話機(jī)公用電話網(wǎng)IP 電話 網(wǎng)關(guān)公用電話網(wǎng)IP 電話 網(wǎng)關(guān)因特網(wǎng)固定電話機(jī)到固定電話機(jī)第3章 數(shù)據(jù)鏈路層IP 電話的通話質(zhì)量IP 電話的通話質(zhì)量主要由兩個(gè)因素決定。一個(gè)是通話雙方端到端的時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)，另一個(gè)是話音分組的丟失率。但這兩個(gè)因素是不確定的，是取決于當(dāng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)上的通信量。經(jīng)驗(yàn)證明，在電話交談中，端到端的時(shí)延不應(yīng)

14、超過 250 ms，否則交談?wù)呔湍芨械讲蛔匀弧?第3章 數(shù)據(jù)鏈路層IP 電話的端到端時(shí)延 (1) 話音信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換要經(jīng)受時(shí)延。(2) 話音比特流裝配成話音分組的時(shí)延。(3) 話音分組的發(fā)送需要時(shí)間，此時(shí)間等于話音分 組長(zhǎng)度與通信線路的數(shù)據(jù)率之比。(4) 話音分組在因特網(wǎng)中的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延。(5) 話音分組在接收端緩存中暫存所引起的時(shí)延。(6) 話音分組還原成模擬話音信號(hào)的時(shí)延。(7) 話音信號(hào)在通信線路上的傳播時(shí)延。(8) 終端設(shè)備的硬件和操作系統(tǒng)產(chǎn)生的接入時(shí)延。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層低速率話音編碼的標(biāo)準(zhǔn) (1) G.729速率為 8 kb/s 的共軛結(jié)構(gòu)代數(shù)碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)聲碼器 CS-ACE

15、LP (Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear Prediction)。(2) G.723.1速率為 5.3/6.3 kb/s 的為多媒體通信用的低速率聲碼器。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層D播放時(shí)延有一個(gè)最佳值 分組丟失率端到端時(shí)延20 %10 %5 %100 ms150 ms400 msABCN良好基本可用不好長(zhǎng)途電話 質(zhì)量接收端播放 時(shí)延增大第3章 數(shù)據(jù)鏈路層線速路由器 提高路由器的轉(zhuǎn)發(fā)分組的速率對(duì)提高 IP 電話的質(zhì)量也是很重要的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一個(gè)跨大西洋的 IP 電話一般要經(jīng)過 2030 個(gè)路由器。若能改用吉比特路由器（又稱為線速路由器）

16、，則每秒可轉(zhuǎn)發(fā) 5 百萬至 6 千萬個(gè)分組（即交換速率達(dá) 60 Gb/s 左右）。這樣還可進(jìn)一步減少由網(wǎng)絡(luò)造成的時(shí)延。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層關(guān)于 SkypeSkype 采用了 P2P 和全球索引技術(shù)提供快速路由選擇機(jī)制，管理成本大大降低。由于用戶路由信息分布式存儲(chǔ)于因特網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)中，因此呼叫連接完成得很快。Skype 采用了端對(duì)端加密方式，保證信息的安全性。Skype 使用 P2P 的技術(shù)，用戶數(shù)據(jù)主要存儲(chǔ)在 P2P 網(wǎng)絡(luò)中，因此必須保證存儲(chǔ)在公共網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)是可靠的和沒有被篡改的。Skype 對(duì)公共目錄中存儲(chǔ)的和用戶相關(guān)的數(shù)據(jù)都采用了數(shù)字簽名，保證了數(shù)據(jù)無法被篡改。Skype的問世給全球信息技術(shù)

17、和通信產(chǎn)業(yè)帶來深遠(yuǎn)的影響，也給每一位網(wǎng)絡(luò)使用者帶來生活方式的改變。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層8.3.2 IP電話所需要的幾種應(yīng)用協(xié)議 TCPUDP信令服務(wù)質(zhì)量IPv4/IPv6RTSPRTCPRSVPH.323SIPRTP應(yīng)用層協(xié)議音頻/視頻SDP底層網(wǎng)絡(luò)第3章 數(shù)據(jù)鏈路層8.3.3 實(shí)時(shí)運(yùn)輸協(xié)議 RTP (Real-time Transport Protocol) RTP 為實(shí)時(shí)應(yīng)用提供端到端的運(yùn)輸，但不提供任何服務(wù)質(zhì)量的保證。多媒體數(shù)據(jù)塊經(jīng)壓縮編碼處理后，先送給 RTP 封裝成為 RTP 分組，再裝入運(yùn)輸層的 UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)，然后再交給 IP 層。RTP 是一個(gè)協(xié)議框架，只包含了實(shí)時(shí)應(yīng)用的一

18、些共同的功能。RTP 自己并不對(duì)多媒體數(shù)據(jù)塊做任何處理，而只是向應(yīng)用層提供一些附加的信息，讓應(yīng)用層知道應(yīng)當(dāng)如何進(jìn)行處理。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層RTP 的層次 從應(yīng)用開發(fā)者的角度看，RTP 應(yīng)當(dāng)是應(yīng)用層的一部分。在應(yīng)用的發(fā)送端，開發(fā)者必須編寫用 RTP 封裝分組的程序代碼，然后把 RTP 分組交給 UDP 插口接口。在接收端，RTP 分組通過 UDP 插口接口進(jìn)入應(yīng)用層后，還要利用開發(fā)者編寫的程序代碼從 RTP 分組中把應(yīng)用數(shù)據(jù)塊提取出來。第3章 數(shù)據(jù)鏈路層RTP 也可看成是運(yùn)輸層的一個(gè)子層 RTP 封裝了多媒體應(yīng)用的數(shù)據(jù)塊。由于 RTP 向多媒體應(yīng)用程序提供了服務(wù)（如時(shí)間戳和序號(hào)），因此也可以將

19、 RTP 看成是在 UDP 之上的一個(gè)運(yùn)輸層的子層。 運(yùn)輸層應(yīng)用層IP數(shù)據(jù)鏈路層物理層RTPUDP第3章 數(shù)據(jù)鏈路層RTP 分組的首部格式 12 字節(jié)序 號(hào)位 0 1 3 8 16 31有效載荷類型版本PXM參與源數(shù)時(shí) 間 戳同 步 源 標(biāo) 識(shí) 符 (SSRC)參 與 源 標(biāo) 識(shí) 符 (CSRC) 0.15發(fā)送RTP 分組UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)IP 數(shù)據(jù)報(bào)IP 首部 UDP 首部 RTP 首部 RTP 數(shù)據(jù)部分（應(yīng)用層數(shù)據(jù)）第3章 數(shù)據(jù)鏈路層8.3.4 實(shí)時(shí)運(yùn)輸控制協(xié)議 RTCP (RTP Control Protocol) RTCP 是與 RTP 配合使用的協(xié)議。RTCP 協(xié)議的主要功能是：服務(wù)

20、質(zhì)量的監(jiān)視與反饋、媒體間的同步，以及多播組中成員的標(biāo)識(shí)。RTCP 分組也使用 UDP 傳送，但 RTCP 并不對(duì)聲音或視像分組進(jìn)行封裝。可將多個(gè) RTCP 分組封裝在一個(gè) UDP 用戶數(shù)據(jù)報(bào)中。RTCP 分組周期性地在網(wǎng)上傳送，它帶有發(fā)送端和接收端對(duì)服務(wù)質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)信息報(bào)告。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層RTCP 使用的五種分組類型 結(jié)束分組 BYE 表示關(guān)閉一個(gè)數(shù)據(jù)流。特定應(yīng)用分組 APP 使應(yīng)用程序能夠定義新的分組類型。接收端報(bào)告分組 RR 用來使接收端周期性地向所有的點(diǎn)用多播方式進(jìn)行報(bào)告。 發(fā)送端報(bào)告分組 SR 用來使發(fā)送端周期性地向所有接收端用多播方式進(jìn)行報(bào)告。源點(diǎn)描述分組 SDES 給出會(huì)話中參

21、加者的描述。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層8.3.5 H.323H.323 是 ITU-T 于 1996 年制訂的一個(gè)名稱很長(zhǎng)的建議書，1998 年的第二個(gè)版本改用的名稱是“基于分組的多媒體通信系統(tǒng)”。H.323 包括系統(tǒng)和構(gòu)件的描述，呼叫模型的描述，呼叫信令過程，控制報(bào)文，復(fù)用，話音編解碼器，視像編解碼器，以及數(shù)據(jù)協(xié)議等，但不保證服務(wù)質(zhì)量 QoS。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層H.323 終端使用 H.323 協(xié)議進(jìn)行多媒體通信 分組交換網(wǎng)（例如，因特網(wǎng)）H.323H.323 終端H.323 終端 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層H.323 標(biāo)準(zhǔn)指明的四種構(gòu)件 (1) H.323 終端(2) 網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)連接到兩種不同的網(wǎng)絡(luò)，使

22、 H.323 網(wǎng)絡(luò)可以和非 H.323 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。(3) 網(wǎng)閘(gatekeeper)所有的呼叫都要通過網(wǎng)閘，因?yàn)榫W(wǎng)閘提供地址轉(zhuǎn)換、授權(quán)、帶寬管理和計(jì)費(fèi)功能。(4) 多點(diǎn)控制單元 MCU (Multipoint Control Unit)MCU 支持三個(gè)或更多的 H.323 終端的音頻或視頻會(huì)議。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層H.323 網(wǎng)關(guān)用來和非 H.323 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接 因特網(wǎng)公用電話網(wǎng)網(wǎng)關(guān)網(wǎng)閘H.323 終端 多點(diǎn)控制單元MCU第3章 數(shù)據(jù)鏈路層H.323 的協(xié)議體系結(jié)構(gòu) 音頻/視頻應(yīng)用音頻編解碼視頻編解碼RTCPH.225.0登記信令H.225.0呼叫信令H.245控制信令RTPUDPTC

23、PIP信令和控制數(shù)據(jù) 應(yīng)用T.120數(shù)據(jù)第3章 數(shù)據(jù)鏈路層8.3.6 會(huì)話發(fā)起協(xié)議 SIP (Session Initiation Protocol) SIP 是一套較為簡(jiǎn)單且實(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)，目前已成為因特網(wǎng)的建議標(biāo)準(zhǔn)。SIP 協(xié)議以因特網(wǎng)為基礎(chǔ)，把 IP 電話視為因特網(wǎng)上的新應(yīng)用。SIP 協(xié)議只涉及到 IP 電話的信令和有關(guān)服務(wù)質(zhì)量問題，而沒有提供像H.323那樣多的功能。SIP沒有指定使用 RTP 協(xié)議，但實(shí)際上大家還是選用 RTP 和 RTCP 作為配合使用的協(xié)議。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層SIP 系統(tǒng)的構(gòu)件SIP系統(tǒng)的兩種構(gòu)件是用戶代理和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。用戶代理包括用戶代理客戶和用戶代理服務(wù)器，前者

24、用來發(fā)起呼叫，而后者用來接受呼叫。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器分為代理服務(wù)器和重定向服務(wù)器。代理服務(wù)器接受來自主叫用戶的呼叫請(qǐng)求，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳代理服務(wù)器，最后將呼叫請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給被叫用戶。重定向服務(wù)器不接受呼叫，它通過響應(yīng)告訴客戶下一跳代理服務(wù)器的地址，由客戶按此地址向下一跳代理服務(wù)器重新發(fā)送呼叫請(qǐng)求。第3章 數(shù)據(jù)鏈路層SIP 的地址十分靈活可以是電話號(hào)碼，也可以是電子郵件地址、IP 地址或其他類型的地址。但一定要使用 SIP 的地址格式，例如：電話號(hào)碼 sip:zhangsan8625-87654321IPv4 地址 sip:zhangsan6電子郵件地址 sip:zhangsan第3章 數(shù)據(jù)鏈路層一個(gè)簡(jiǎn)單

25、的 SIP 會(huì)話 主叫方被叫方OK: 地址ACKINVITE: 地址，選項(xiàng)建立會(huì)話BYE終止會(huì)話電話交談通信tt第3章 數(shù)據(jù)鏈路層SIP 登記器的用途 跟蹤被叫方 主叫方被叫方INVITE查找回答電話交談ttSIP 代理服務(wù)器SIP 登記器INVITEOKOKACKACKBYEtt第3章 數(shù)據(jù)鏈路層會(huì)話描述協(xié)議SDP (Session Description Protocol) SDP 在電話會(huì)議的情況下特別重要，因?yàn)殡娫挄?huì)議的參加者是動(dòng)態(tài)地加入和退出。SDP 詳細(xì)地指明了媒體編碼、協(xié)議的端口號(hào)以及多播地址。SIP 使用了 HTTP 的許多首部、編碼規(guī)則、差錯(cuò)碼以及一些鑒別機(jī)制，它比 H.32

26、3 具有更好的可擴(kuò)縮性。由于 SIP 問世較晚，因此它現(xiàn)在比 H.323 占有的市場(chǎng)份額要小。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層8.4 改進(jìn)“盡最大努力交付”的服務(wù)8.4.1 使因特網(wǎng)提供服務(wù)質(zhì)量8.4.2 調(diào)度和管制機(jī)制8.4.3 綜合服務(wù) IntServ 和資源預(yù)留協(xié)議 RSVP8.4.4 區(qū)分服務(wù) DiffServ第3章 數(shù)據(jù)鏈路層8.4.1 使因特網(wǎng)提供服務(wù)質(zhì)量服務(wù)質(zhì)量 QoS 是服務(wù)性能的總效果，此效果決定了一個(gè)用戶對(duì)服務(wù)的滿意程度。因此在最簡(jiǎn)單的意義上，有服務(wù)質(zhì)量的服務(wù)就是能夠滿足用戶的應(yīng)用需求的服務(wù)。服務(wù)質(zhì)量可用若干基本的性能指標(biāo)來描述，包括可用性、差錯(cuò)率、響應(yīng)時(shí)間、吞吐量、分組丟失率、連接建

27、立時(shí)間、故障檢測(cè)和改正時(shí)間等。服務(wù)提供者可向其用戶保證某一種等級(jí)的服務(wù)質(zhì)量。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層主機(jī) H1 和 H2 分別向主機(jī) H3 和 H4 發(fā)送數(shù)據(jù) 1.5 Mb/s 鏈路H1H2H3H4R2R1H1H21.5 Mb/s 鏈路輸出隊(duì)列1 Mb/s的實(shí)時(shí)音頻數(shù)據(jù) FTP 文件數(shù)據(jù) 需要給不同性質(zhì)的分組打上不同的標(biāo)記。當(dāng) H1 和 H2 的分組進(jìn)入 R1 時(shí)， R1 應(yīng)能識(shí)別實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分組，并使這些分組以高優(yōu)先級(jí)進(jìn)入輸出隊(duì)列，而僅在隊(duì)列有多余空間時(shí)才準(zhǔn)許低優(yōu)先級(jí)的 FTP 數(shù)據(jù)分組進(jìn)入。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層主機(jī) H1 和 H2 分別向主機(jī) H3 和 H4 發(fā)送數(shù)據(jù) 1.5 Mb/s 鏈路H1H

28、2H3H4R2R1H1H21.5 Mb/s 鏈路輸出隊(duì)列1 Mb/s的實(shí)時(shí)音頻數(shù)據(jù) 高優(yōu)先級(jí)的 FTP 文件數(shù)據(jù) 應(yīng)當(dāng)使路由器增加分類(classification)機(jī)制，即路由器根據(jù)某些準(zhǔn)則（例如，根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)的地址）對(duì)輸入分組進(jìn)行分類，然后對(duì)不同類別的通信量給予不同的優(yōu)先級(jí)。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層主機(jī) H1 和 H2 分別向主機(jī) H3 和 H4 發(fā)送數(shù)據(jù) 1.5 Mb/s 鏈路H1H2H3H4R2R1H1H21.5 Mb/s 鏈路輸出隊(duì)列數(shù)據(jù)率異常的實(shí)時(shí)音頻數(shù)據(jù) FTP 文件數(shù)據(jù) 路由器應(yīng)能將對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行通信量的管制(policing)，使該數(shù)據(jù)流不影響其他正常數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡(luò)中通過。例如，可將

29、 H1 的數(shù)據(jù)率限定為 1 Mb/s。R1 不停地監(jiān)視 H1 的數(shù)據(jù)率。只要其數(shù)據(jù)率超過規(guī)定的 1 Mb/s，R1 就將其中的某些分組丟棄。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層主機(jī) H1 和 H2 分別向主機(jī) H3 和 H4 發(fā)送數(shù)據(jù) 1.5 Mb/s 鏈路H1H2H3H4R2R1H1H21.5 Mb/s 鏈路輸出隊(duì)列數(shù)據(jù)率異常的實(shí)時(shí)音頻數(shù)據(jù) FTP 文件數(shù)據(jù) 應(yīng)在路由器中再增加調(diào)度(scheduling)機(jī)制。利用調(diào)度功能給實(shí)時(shí)音頻分配 1.0 Mb/s 的帶寬，給文件傳送分配 0.5 Mb/s 的帶寬（相當(dāng)于在帶寬為 1.5 Mb/s 的鏈路中劃分出兩個(gè)邏輯鏈路），因而對(duì)這兩種應(yīng)用都有相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量保證。

30、 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層主機(jī) H1 和 H2 分別向主機(jī) H3 和 H4 發(fā)送數(shù)據(jù) 1.5 Mb/s 鏈路H1H2H3H4R2R1H1H21.5 Mb/s 鏈路輸出隊(duì)列1 Mb/s 的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) 總數(shù)據(jù)率已超過了 1.5 Mb/s 鏈路的帶寬。比較合理的做法是讓一個(gè)數(shù)據(jù)流通過 1.5 Mb/s 的鏈路，而阻止另一個(gè)數(shù)據(jù)流的通過。這就需要呼叫接納(call admission)機(jī)制。數(shù)據(jù)流要預(yù)先聲明所需的服務(wù)質(zhì)量，然后或者被準(zhǔn)許進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，或者被拒絕進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層8.4.2 調(diào)度和管制機(jī)制1. 調(diào)度機(jī)制 “調(diào)度”就是指排隊(duì)的規(guī)則。如不采用專門的調(diào)度機(jī)制，則默認(rèn)排隊(duì)規(guī)則就是先進(jìn)先出 FIF

31、O (First In First Out)。當(dāng)隊(duì)列已滿時(shí)，后到達(dá)的分組就被丟棄。先進(jìn)先出的最大缺點(diǎn)就是不能區(qū)分時(shí)間敏感分組和一般數(shù)據(jù)分組，并且也不公平。在先進(jìn)先出的基礎(chǔ)上增加按優(yōu)先級(jí)排隊(duì)，就能使優(yōu)先級(jí)高的分組優(yōu)先得到服務(wù)。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層分組按優(yōu)先級(jí)排隊(duì)高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列分組到達(dá)路由器調(diào)度分組離開路由器分類器（服務(wù)員）路由器高 高 高低第3章 數(shù)據(jù)鏈路層高優(yōu)先級(jí)分組優(yōu)先接受服務(wù)t1235到達(dá)離開接受服務(wù)41325413254t高高高低低第3章 數(shù)據(jù)鏈路層分組離開路由器加權(quán)公平排隊(duì) WFQ(Weighted Fair Queuing) 分組到達(dá)路由器調(diào)度分類器w1w2w3123路由器

32、第3章 數(shù)據(jù)鏈路層加權(quán)公平排隊(duì) WFQ 分組到達(dá)后就將分組進(jìn)行分類，然后送交與其類別對(duì)應(yīng)的隊(duì)列。隊(duì)列按順序依次將隊(duì)首的分組發(fā)送到鏈路。遇到隊(duì)列空就跳過去。給隊(duì)列 i 指派一個(gè)權(quán)重 wi。隊(duì)列 i 得到的平均服務(wù)時(shí)間為 wi /(wj)，這里wj 是對(duì)所有的非空隊(duì)列的權(quán)重求和。隊(duì)列 i 將得到的有保證的帶寬 Ri 應(yīng)為 （8-1） 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層WFQ 與 FIFO 的比較 111111111112111234567891011111111111112345678910111111111111分組流 1分組流 2分組流 11FIFOWFQ(a) 分組流 1 的分組連續(xù)輸入ttttt第3章 數(shù)

33、據(jù)鏈路層WFQ 與 FIFO 的比較 111111111112111234567891011111111111112345678910111111111111分組流 1分組流 2分組流 11FIFOWFQttttt(b) 分組流 1 的分組斷續(xù)輸入第3章 數(shù)據(jù)鏈路層2. 管制機(jī)制 (1) 平均速率 網(wǎng)絡(luò)需要控制一個(gè)數(shù)據(jù)流的平均速率。這里的平均速率是指在一定的時(shí)間間隔內(nèi)通過的分組數(shù)。 (2) 峰值速率 峰值速率限制了數(shù)據(jù)流在非常短的時(shí)間間隔內(nèi)的流量。 (3) 突發(fā)長(zhǎng)度 網(wǎng)絡(luò)也限制在非常短的時(shí)間間隔內(nèi)連續(xù)注入到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層分組到達(dá)漏桶管制器(leaky bucket pol

34、icer) 漏桶中最多裝入 b 個(gè)權(quán)標(biāo)拿走權(quán)標(biāo)準(zhǔn)許分組進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)等待權(quán)標(biāo)在任何時(shí)間間隔 t 內(nèi)準(zhǔn)許進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的分組數(shù) = r t + b標(biāo)記注入漏桶的速率為每秒 r 個(gè)權(quán)標(biāo)第3章 數(shù)據(jù)鏈路層漏桶機(jī)制與加權(quán)公平排隊(duì)相結(jié)合 現(xiàn)假定有 n 個(gè)分組流輸入到一個(gè)路由器，復(fù)用后從一條鏈路輸出。每一個(gè)分組流使用漏桶機(jī)制進(jìn)行管制，漏桶參數(shù)為 bi 和 ri，i = 1, 2, , n。設(shè)漏桶 I 已裝滿了 bi 個(gè)權(quán)標(biāo)。因此 bi 個(gè)分組可馬上從路由器輸出。但分組流 I 得到的帶寬是由公式(10-1)給出。這 bi 個(gè)分組中的最后一個(gè)分組所經(jīng)受的時(shí)延最大，它等于傳輸這 bi 個(gè)分組所需的時(shí)間 dmax，即 bi

35、除以公式(10-1)給出的傳輸速率： (8-2)第3章 數(shù)據(jù)鏈路層分組離開路由器分組到達(dá)路由器用漏桶機(jī)制進(jìn)行管制 調(diào)度分類器w1wn隊(duì)列 1b1r1bnrn隊(duì)列 n路由器第3章 數(shù)據(jù)鏈路層8.4.3 綜合服務(wù) IntServ 與資源預(yù)留協(xié)議 RSVPIntServ (Integrated Services)可對(duì)單個(gè)的應(yīng)用會(huì)話提供服務(wù)質(zhì)量的保證，其主要特點(diǎn)有二，即：資源預(yù)留。路由器需要知道不斷出現(xiàn)的會(huì)話已預(yù)留了多少資源（即鏈路帶寬和緩存空間）。呼叫建立。需要服務(wù)質(zhì)量保證的會(huì)話必須首先在源站到目的站的路徑上的每個(gè)路由器預(yù)留足夠的資源，以保證其端到端的服務(wù)質(zhì)量要求。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層IntServ

36、 定義了兩類服務(wù) 有保證的服務(wù)(guaranteed service)，可保證一個(gè)分組在通過路由器時(shí)的排隊(duì)時(shí)延有一個(gè)嚴(yán)格的上限。受控負(fù)載的服務(wù)(controlled-load service)，可以使應(yīng)用程序得到比通常的“盡最大努力”更加可靠的服務(wù)。第3章 數(shù)據(jù)鏈路層IntServ 由四個(gè)組成部分(1) 資源預(yù)留協(xié)議 RSVP，它是 IntServ 的信令協(xié)議。(2) 接納控制(admission control)，用來決定是否同意對(duì)某一資源的請(qǐng)求。(3) 分類器(classifier)，用來將進(jìn)入路由器的分組進(jìn)行分類，并根據(jù)分類的結(jié)果將不同類別的分組放入特定的隊(duì)列。(4) 調(diào)度器(sched

37、uler)，根據(jù)服務(wù)質(zhì)量要求決定分組發(fā)送的前后順序。第3章 數(shù)據(jù)鏈路層流(flow)“流”是在多媒體通信中的一個(gè)常用的名詞，一般定義為:具有同樣的源 IP 地址、源端口號(hào)、目的 IP 地址、目的端口號(hào)、協(xié)議標(biāo)識(shí)符以及服務(wù)質(zhì)量需求的一連串分組。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層RSVP 協(xié)議的工作原理 H1H2 50 kb/sR2R1H3 100 kb/sH4 3 Mb/sR3R4H5 3 Mb/s源站(a) 源點(diǎn)用多播發(fā)送PATH報(bào)文 表示 PATH 報(bào)文3 Mb/s3 Mb/s3 Mb/s100 kb/sH1H2 50 kb/sR2R1H3 100 kb/sH4 3 Mb/sR3R4H5 3 Mb/s源站

38、(b) 各終點(diǎn)向源點(diǎn)返回 RESV 報(bào)文 表示 RESV 報(bào)文第3章 數(shù)據(jù)鏈路層IntServ 體系結(jié)構(gòu)在路由器中的實(shí)現(xiàn) 路由選擇協(xié)議路由選擇數(shù)據(jù)庫RSVP接納控制管理代理通信量控制數(shù)據(jù)庫分類器與分組轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度器分組入分組出第3章 數(shù)據(jù)鏈路層綜合服務(wù) IntServ 體系結(jié)構(gòu)存在的主要問題 (1) 狀態(tài)信息的數(shù)量與流的數(shù)目成正比。因此在大型網(wǎng)絡(luò)中，按每個(gè)流進(jìn)行資源預(yù)留會(huì)產(chǎn)生很大的開銷。(2) IntServ 體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜。若要得到有保證的服務(wù)，所有的路由器都必須裝有 RSVP、接納控制、分類器和調(diào)度器。(3) 綜合服務(wù) IntServ 所定義的服務(wù)質(zhì)量等級(jí)數(shù)量太少，不夠靈活。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層

39、8.4.4 區(qū)分服務(wù) DiffServ (Differentiated Services) 1. 區(qū)分服務(wù)的基本概念由于綜合服務(wù) IntServ 和資源預(yù)留協(xié)議 RSVP 都較復(fù)雜，很難在大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)，因此 IETF 提出了新的策略，即區(qū)分服務(wù) DiffServ 。區(qū)分服務(wù)有時(shí)也簡(jiǎn)寫為 DS。因此，具有區(qū)分服務(wù)功能的結(jié)點(diǎn)就稱為 DS 結(jié)點(diǎn)。 第3章 數(shù)據(jù)鏈路層區(qū)分服務(wù) DiffServ 的要點(diǎn) (1) DiffServ 在路由器中增加區(qū)分服務(wù)的功能。DiffServ 將 IPv4 協(xié)議中原有的服務(wù)類型字段和 IPv6 的通信量類字段定義為區(qū)分服務(wù)字段 DS。路由器根據(jù) DS 字段的值來轉(zhuǎn)發(fā)分組。利用 DS 字段可提供不同等級(jí)的服務(wù)質(zhì)量。DS 字段現(xiàn)只使用前 6 bit，即區(qū)分服務(wù)碼點(diǎn) DSCP (Differentiated Services CodePoint)。 CU DSCP 比特 0 5 6 7