多媒體應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

1、第六章 多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)多媒體不但要解決單機(jī)上的問題，也要解決多媒體網(wǎng)絡(luò)通信問題。多媒體信息的傳輸對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提出了較高的要求學(xué)習(xí)重點(diǎn)：分布式多媒體應(yīng)用對通信網(wǎng)絡(luò)的需求多媒體通信的服務(wù)質(zhì)量QOS多媒體通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境多媒體通信協(xié)議,IPv6 、 RTP、RTCP、RTSP、RSVP等因特網(wǎng)的改造方案流媒體技術(shù)組播技術(shù)下一代網(wǎng)絡(luò)NGN及軟交換 6.1 多媒體網(wǎng)絡(luò)需求和性能高網(wǎng)絡(luò)帶寬低傳輸延遲網(wǎng)絡(luò)帶寬穩(wěn)定對傳輸可靠性要求相對較低支持組播技術(shù)支持服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service）機(jī)制6.1.1分布式多媒體應(yīng)用近年來，數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)都日益向分布式信息領(lǐng)域發(fā)展，如圖所示列舉了幾個這方面

2、的例子。自然的自然的電子的電子的網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化內(nèi)容數(shù)字網(wǎng)絡(luò)辦公室工作方式戶外游戲圖書館檢索商店購物家庭PC 工作方式電子游戲CD檢索CD購物遠(yuǎn)程工作臺合作方式多對手交互式游戲在線服務(wù)形式的檢索因特網(wǎng)上購物方式6.1.2 對等(peer-to-peer)及不 對等(multipeer)通信多媒體通信涉及兩種基本模式： 單站點(diǎn)傳送：有兩個對等通信方，或稱對手 (peers)，因而把這種通信方式稱作是一對一的。 多站點(diǎn)傳送：一對多或一對全部，或者稱作為廣播 方式(broadcast)。支持可用的廣播技術(shù)和多站點(diǎn)傳送技術(shù)。單站點(diǎn)方式的應(yīng)用涉及客戶/服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，諸如電子購物在線(電子)銀行點(diǎn)播電視(vi

3、deo-on-demand)多媒體電子郵件之類的應(yīng)用多站點(diǎn)傳送方式 一對多的遠(yuǎn)程教學(xué)(distance learning)或電視報告會 多對多的電視會議多對手通信模式，稱作MIM(Multiparty Interactive Multimedia)即群體交互式多媒體。 CSCW即計算機(jī)支持的協(xié)同工作(Computer Supported Collaborative Work)。MIM交互式有兩種：動態(tài)交互：允許所有參加者在任何時刻都能進(jìn)行信息交流。靜態(tài)交互：只允許事先指定好的一部份人發(fā)表意見。 多站點(diǎn)方式中，信息是從中心源站點(diǎn)傳送給多個接收者監(jiān)控場合(Monitoring Scenario)，

4、其中從多個源點(diǎn)來的信息被傳送給同一個接收者。動態(tài)交互的應(yīng)用實(shí)例：多媒體電視會議CSCWVirtual Cafe(虛擬咖啡廳)CSCW與Virtual Cafe的不同在于，對CSCW的訪問是受控制，而Virtral Cafe則不同。類型說明交互方式數(shù)據(jù)流向訪問控制CSCW所有人動態(tài)多對多可控制Virtual Cafe所有人動態(tài)多對多不可控制Broadcasting一發(fā)多收靜態(tài)1對多可控制Monitoring一接多發(fā)靜態(tài)多對1可控制6.1.3 適用于多媒體的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)1.吞吐量網(wǎng)絡(luò)的吞吐量：有效比特率或有效帶寬-網(wǎng)絡(luò)的吞吐量隨時間變化而變化吞吐量=物理鏈路的比特率各種傳輸技術(shù)帶來的額外開銷 多媒

5、體通信對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境要求較高，除了傳輸速率，還有其他一些關(guān)鍵性的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)影響吞吐量的其他因素: 網(wǎng)絡(luò)擁塞、瓶頸、線路故障、緩沖區(qū)容量和流量控制等許多情況下，直接把吞吐量看成與系統(tǒng)的比特率相等。如：ISDN系統(tǒng)的基本速率64kbps(盡管由于額外開銷的緣故，實(shí)際吞吐量可能多少要比這個值小一些)例，某高速網(wǎng)在SONET(同步光纜)光纖傳輸系統(tǒng)上使用ATM技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)載波所提供的比特率為155.52Mbps。相關(guān)的主要開銷有： 約3%開銷用于SONET 約9.5%的開銷用于ATM實(shí)際的最大吞吐量為:136Mbps=155.52x(1-3%-9.5%)2.差錯率（error rate）現(xiàn)今許多網(wǎng)絡(luò)的位

6、差錯率極低光纖傳輸網(wǎng)：它的BER取值范圍在10-9至10-12之間衛(wèi)星傳輸網(wǎng)：它的BER取值為10-7不同應(yīng)用對差錯率的要求不一樣-音頻比視頻的可靠性要求要高一些，這是因?yàn)槿祟惖穆犛X比視覺更敏感一些，容忍的程度要相對低一些。視頻傳輸，一幀圖出了一點(diǎn)小錯，人眼可能感覺不出來銀行間電子轉(zhuǎn)帳業(yè)務(wù)，10000.15元=00000.15元有時僅僅一個二進(jìn)制位(bit)出錯就可能引起整個系統(tǒng)的崩潰是一重要的性能指標(biāo)，反映網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃?，用三種方法定義:位差錯率(BER):出錯的平均比特數(shù)與所傳輸?shù)腷it總數(shù)之比。分組差錯率(PER):出錯或損壞的平均packet數(shù)與所傳輸?shù)膒acket總數(shù)之比。幀差錯率

7、(適用于ATM網(wǎng)絡(luò)):出錯幀數(shù)與所傳輸?shù)目値瑪?shù)之比。-分別用于不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層次上計算差錯率。3. 延遲(delay)發(fā)送方接口端到端延遲接口接收方接口延遲傳輸延遲轉(zhuǎn)發(fā)延遲接口延遲網(wǎng)絡(luò)延遲Time端到端延遲(end-to-end delay)：從發(fā)送端發(fā)送一數(shù)據(jù)塊到接收端所花的時間包含四部分：轉(zhuǎn)送(發(fā))延遲、 (塊)傳輸延遲、網(wǎng)絡(luò)延遲、接口延遲（1）.轉(zhuǎn)送(發(fā))延遲(transit delay)：用來表示兩地這間發(fā)送一個二進(jìn)制位(bit)所需的傳播時間，該時間受光速限制。該參數(shù)僅僅與所經(jīng)過的距離有關(guān)，同時在使衛(wèi)星鏈路時該參數(shù)意義重大。（2）.(塊)傳輸延遲(transmission delay

8、)：定義成端到端之間傳輸一個數(shù)據(jù)塊所需的時間。該參數(shù)與網(wǎng)絡(luò)的比特率和中繼節(jié)點(diǎn)的處理延遲有關(guān)。中繼點(diǎn)的處理延遲包括路由延遲及緩沖延遲。（3）.網(wǎng)絡(luò)延遲(network delay)：由轉(zhuǎn)送延遲及傳輸延遲組件組成。（4）.接口延遲(interface delay)：定義成發(fā)送方開始準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)塊和網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)備傳輸該數(shù)據(jù)塊這段時間內(nèi)出現(xiàn)的延遲。發(fā)送方接口端到端延遲接口接收方接口延遲傳輸延遲轉(zhuǎn)發(fā)延遲接口延遲網(wǎng)絡(luò)延遲Time4 往返(round-trip)延遲 往返延遲指發(fā)送方經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一數(shù)據(jù)塊并且收到該數(shù)塊已被正確接收的答復(fù)后所花的全部時間。 往返延遲也可出現(xiàn)在無連接IP網(wǎng)上層的TCP網(wǎng)中。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)極度擁塞

9、時，這個參數(shù)有時比端到端延遲更能描述網(wǎng)絡(luò)性能。5.延遲波動(delay jitter)或延遲抖動(delay variation)延遲波動：如果網(wǎng)絡(luò)能在相同的執(zhí)行時間內(nèi)傳送所有這些數(shù)據(jù)塊，而各數(shù)據(jù)塊不能在相同的延遲后到達(dá)目的地。延遲抖動是指網(wǎng)絡(luò)傳輸延時的變化量，即端到端延遲的最大值與最小值之差。6.1.4 多媒體數(shù)據(jù)流的基本特征多媒體信息由五種信息形式組成：音頻視頻數(shù)據(jù)位映像圖圖形音頻和視頻信息源實(shí)際上多半是連續(xù)的，而其他信息源通常是離散的。1.比特率的可變性(throughput varition with time)2.時間依賴性(time dependency)3.雙向?qū)ΨQ(bidire

10、ctional symmetry),信道的對稱性1.比特率的可變性 (時變吞吐)多媒體傳輸按特點(diǎn)分類為：（1）. 恒定比特率傳輸(constant bit-rate traffic)CD-ROM應(yīng)用，以恒定比特率產(chǎn)生輸出。一些涉及CBR數(shù)據(jù)流的實(shí)時應(yīng)用，也必須按恒定比特率來傳送這些數(shù)據(jù)流。許多像ISDN之類的網(wǎng)絡(luò)必須采用CBR數(shù)據(jù)傳輸方式。 否則，各個端系統(tǒng)就需要大量的緩沖開銷。 （2）. 可變比特率傳輸指數(shù)據(jù)速率隨時間變化而變化，這種傳輸常常以突變或跳變的形式出現(xiàn)。這種突變傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是在相對空閑的隨機(jī)時段中散布著突變數(shù)據(jù)。突變信息源在各個不同的時間周期內(nèi)產(chǎn)生數(shù)目不定的數(shù)據(jù)。測量突變的一種好方

11、法是求出給定周期內(nèi)最大傳輸率與平均傳輸率比。 VBR視頻流由兩種主要因素引起：壓縮算法畫面內(nèi)容 在慢速移動的場景中，對于其中的靜態(tài)部分，比如背景，各幀之間幾乎不需要重復(fù)傳送這部分內(nèi)容。而在一運(yùn)動的視頻畫面里，壓縮算法將為各幀產(chǎn)生新數(shù)據(jù)用來表示物體的運(yùn)動。VBR既可用來節(jié)省傳輸又可用于控制顯示質(zhì)量。 2.時間依賴性(time dependency) 在視頻會議之類的應(yīng)用里，所傳輸?shù)男畔⑹菍?shí)時的。所以必須把端到端的等待控制在很短的時間片內(nèi)。視頻會議經(jīng)驗(yàn)表明，為了使會議參加者不受影響，延遲最多只能為150ms。其他應(yīng)用中，如多媒體電子郵件，所傳輸?shù)男畔⒉灰笫菍?shí)時的。 3. 雙向?qū)ΨQ(bidirec

12、tional symmetry)視頻點(diǎn)播(video-on-demand)：當(dāng)二個端系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)連接起來時，該網(wǎng)絡(luò)的傳輸量本身是不對稱的。對等性(peer-to-peer)電視會議：信息流是雙向?qū)ΨQ的。6.1.5 多媒體傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)需求1.吞吐需求高傳輸帶寬需求 大存儲帶寬的需求 流(量)需求兩個視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn):ISO MPEG吞吐量定在1.2Mbps到80Mbps之間ITU H.261其吞吐量定在64kbps到2Mbps之間多媒體應(yīng)用的吞吐量需求大約在0.4到1.4Mbps之間(單工通信)：音頻和視頻合用1.4Mbps的吞吐量 廣域傳輸開銷，H. 261使用664kbps，即384kbps的吞吐

13、能力2. 可靠性(reliability，差錯控制)需求 容許錯誤存在的原因是源于人類感知能力的局限。 音頻流中的組塊被節(jié)流比視頻流中的組塊被節(jié)流更容易被發(fā)覺。文本流中的節(jié)流組塊又比視頻或音頻流中的節(jié)流組塊更容易發(fā)覺。 3.延遲需求端到端延遲必須低于0.3s， 交互視頻應(yīng)用的端到端最大總延遲不得大于150ms。具有延遲上限的通信屬于同步通信的范疇。4. 同步需求 多媒體技術(shù)需要同時處理聲音、文字、圖像等多種媒體信息，在多媒體系統(tǒng)所處理的信息中，各個媒體都與時間有著或多或少的關(guān)系。例如：語音是時間的函數(shù)，聲音和視頻圖像要求實(shí)時處理同步進(jìn)行，使得聲音和視頻具有協(xié)同性.多媒體通信的兩種類型： 流內(nèi)同

14、步：是保持單個媒體流內(nèi)部時間關(guān)系，即按照一定的延遲和抖動約束傳送媒體分組流，以滿足感觀上的需要 流間同步：是不同媒體間的同步，當(dāng)音頻和視頻以及其他數(shù)據(jù)流經(jīng)過不同的路徑或不同信源傳送過來時，需要在目的地對媒體進(jìn)行同步，才能達(dá)到媒體的正確表現(xiàn)。5 . 多點(diǎn)通信 6. 信道同步性同步化技術(shù)：時間戳技術(shù)(time stamping)播放緩沖技術(shù)除了點(diǎn)對點(diǎn)通信外，還需支持：廣播（Broadcast）：是把相同的數(shù)據(jù)傳送到其他所有站點(diǎn)多播：即當(dāng)群體中的一 個成員傳送數(shù)據(jù)時，群體中的每一個成員都收到該份數(shù)據(jù)，而不屬于這個群體成員的則不能收到該數(shù)據(jù)，使用的是組地址，是網(wǎng)絡(luò)上與多個站點(diǎn)相關(guān)的多目的地址。6.2多

15、媒體通信的服務(wù)質(zhì)量服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service，Qos)用來衡量涉及多媒體應(yīng)用時網(wǎng)絡(luò)的工作質(zhì)量。 服務(wù)質(zhì)量：用于說明網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的“好壞”程度。在開放系統(tǒng)互連模型OSI中，用一組QoS參數(shù)來描述傳輸速率和可靠性等特性不同的分布式多媒體應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)性能的要求不同，對網(wǎng)絡(luò)能提供的服務(wù)質(zhì)量的期望值也不同，可以用統(tǒng)一的QoS參數(shù)來描述這種不同的期望值1. QoS的基本概念QoS參數(shù)：用一組網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)來表示，典型的有吞吐量，延遲，延遲抖動和可靠性，即QoS=吞吐量，差錯率，端到端延遲，延遲抖動不同的多媒體應(yīng)用系統(tǒng)，QoS參數(shù)集的定義方法可能是不同的，如下圖所示的五種類型的QOS參數(shù)分類方法

16、舉例參數(shù)按性能分端到端延遲，比特率等按格式分視頻分辨率，幀率，存儲格式，壓縮方法等按同步分音頻和視頻序列起始點(diǎn)之間的時滯按費(fèi)用分連接和數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁M(fèi)用和版權(quán)費(fèi)按用戶可接受性分主觀視覺和聽覺質(zhì)量對于交互式多媒體應(yīng)用來說，對延遲有嚴(yán)格的限制，不能超過人所能容忍的限度。否則會嚴(yán)重影響對語言和圖像的理解和識別。多媒體對象最大延遲/ms最大延遲抖動/ms平均吞吐量Mb/s可接受的比特差錯率語音0.25100.06410-1視頻（TV）0.251010010-2壓縮視頻0.25121010-6數(shù)據(jù)1-11000實(shí)時數(shù)據(jù)0.001-1-100圖像1-21010-92. 常見媒體的QoS參數(shù)要求資源預(yù)訂和規(guī)劃

17、如果某個應(yīng)用事先“知道”它需要從網(wǎng)絡(luò)獲得哪些資源，比如要求某種具體的帶寬分布，那么網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用就可以為此作相應(yīng)的預(yù)訂。網(wǎng)絡(luò)要么否認(rèn)這一請求要么進(jìn)行資源規(guī)劃并執(zhí)行相應(yīng)的資源預(yù)訂資源協(xié)商 如果網(wǎng)絡(luò)管理器覺得所要求的資源可能超出了網(wǎng)絡(luò)自身的能力，那么它就可以與請求方協(xié)商而提供較低的QoS參數(shù)。通過協(xié)商獲得雙方都能接收的QoS參數(shù)。進(jìn)入控制 如果具體應(yīng)用QoS要求過高，以致網(wǎng)絡(luò)不可能滿足這些需求，那么網(wǎng)絡(luò)有權(quán)決定不讓該應(yīng)用進(jìn)入到本網(wǎng)絡(luò)上。這種功能稱作是進(jìn)入控制。QoS承諾 假設(shè)網(wǎng)絡(luò)希望吸引某個特殊用戶接受它的服務(wù)，它就會對潛在用戶承諾一些服務(wù)質(zhì)量方面的保證。這類承諾以下面形式出現(xiàn)：有效帶寬，端到端延遲的

18、上限，可容許的最大差錯率等。這種方式意味著用戶可以得到來自網(wǎng)絡(luò)的對服務(wù)質(zhì)量的承諾。這些承諾無論是統(tǒng)計來的或是無條件的，取決于用戶與網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)商。-用戶根據(jù)應(yīng)用的需求來定義所需要的QoS參數(shù)對于視頻編碼，如果只采用幀內(nèi)壓縮編碼，可以采取丟幀的方法允許QoS變化，還可以利用各種顯示抖動算法，通過降低顯示質(zhì)量來保證原幀率不變。如果采用幀間和幀內(nèi)編碼，如MPEG編碼，則可以通過建立不同的優(yōu)先級來發(fā)送視頻的I,P和B幀，達(dá)到調(diào)節(jié)QoS的目的。其中I幀包含幀內(nèi)編碼，具有最高的優(yōu)先級別，以保證獲得良好的QoS服務(wù)。還可以利用分層壓縮法將重要信息，如運(yùn)動矢量，DCT的低頻分量或基本的信息，用高質(zhì)量的信道傳輸，

19、標(biāo)以高優(yōu)先級別。當(dāng)信道擁塞時，扔掉低優(yōu)先級的分組，接受端仍然可以從主要的信息中回復(fù)一定質(zhì)量的圖像。3. 壓縮編碼對QoS參數(shù)的影響 4. QoS參數(shù)的體系結(jié)構(gòu)在分布式多媒體應(yīng)用中通常采用層次化的QoS參數(shù)體系結(jié)構(gòu)對等層之間表現(xiàn)為對等協(xié)商關(guān)系，雙方按照承諾的QoS參數(shù)提供服務(wù)；同一方的不同層之間表現(xiàn)為一種映射關(guān)系不同的應(yīng)用系統(tǒng)中，QoS參數(shù)集的定義方法不同，通常使用吞吐量，差錯率，端到端延遲，延遲抖動等網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)來定義QoSQoS參數(shù)體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層：面向端用戶，采用直觀，形象的表達(dá)描述不同的QoS,供用戶選擇傳輸層：須由支持QoS的傳輸層協(xié)議提供可選擇和定義的QoS參數(shù)網(wǎng)絡(luò)層：通過支持QoS的

20、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議提供可選擇和定義的QoS參數(shù),如RSVP和ST網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層：實(shí)現(xiàn)對物理介質(zhì)的訪問控制能力，與網(wǎng)絡(luò)類型有關(guān)。如ATM網(wǎng)絡(luò)能構(gòu)較充分的支持QoS應(yīng)用層QoS傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層5. QoS的管理（1）QoS服務(wù)的分類 在數(shù)據(jù)傳輸過程中，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該履行所承諾的QoS參數(shù)服務(wù)，但是由于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載是動態(tài)變化的，會引起QoS的動態(tài)波動，結(jié)果如何主要取決于QoS類型確定型QoS：即必須履行所承諾的QoS參數(shù)服務(wù)統(tǒng)計型QoS：即對承諾的QoS運(yùn)行在一定范圍內(nèi)波動，而且不會造成不良后果盡力型QoS：最佳效果傳輸，網(wǎng)絡(luò)不提供任何QoS保證，網(wǎng)絡(luò)性能隨負(fù)載的增加而明顯下降（2） QoS管理機(jī)制為了標(biāo)準(zhǔn)

21、化QoS參數(shù)定義，國際組織提供了以系列相關(guān)的協(xié)議,如IEEE 802.1p,資源保留協(xié)議RSVP和區(qū)分服務(wù)DiffServ 以及ATM等，都是從不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層提供QoS定義，分類和保證機(jī)制QoS管理機(jī)制應(yīng)該提供的QoS管理特性如下： QoS管理是可配置的 QoS管理是可協(xié)商的 QoS管理是動態(tài)的 QoS管理是端到端的 QoS管理應(yīng)是層次化的6.3 多媒體通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)幾種高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)多媒體通信協(xié)議6.3.1 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEEE ：LAN/MAN 的物理和數(shù)據(jù)鏈路層ANSI：物理媒體IETF： 上層法律上的國際標(biāo)準(zhǔn) OSI/RM 并沒有得到市場的認(rèn)可。TCP/IP 四層協(xié)議 應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)際

22、層網(wǎng)絡(luò)接口層主機(jī)A主機(jī)B路由器網(wǎng)絡(luò) 2網(wǎng)絡(luò) 1應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層4321TCP/IP 事實(shí)上的國際標(biāo)準(zhǔn)。獲得了最廣泛的應(yīng)用。沙漏計時器形狀的TCP/IP協(xié)議族 HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層運(yùn)輸層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)接口 1網(wǎng)絡(luò)接口 2網(wǎng)絡(luò)接口 3Everything over IP IP 可為各式各樣的應(yīng)用程序提供服務(wù)IP over Everything IP 可應(yīng)用到各式各樣的網(wǎng)絡(luò)上 OSI 與 TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的比較 應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層表示層會話層數(shù)據(jù)鏈路層物理層7654321OSI 的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層 IP (各種應(yīng)用層協(xié)

23、議如TELNET, FTP, SMTP 等)運(yùn)輸層(TCP 或 UDP)TCP/IP 的體系結(jié)構(gòu)無連接分組交付服務(wù)運(yùn)輸服務(wù) (可靠或不可靠)各種應(yīng)用服務(wù)TCP/IP 的三個服務(wù)層次88888888 IEEE 802 IEEE EthernetIEEE Ethernet Standards/Working Groups10base-T10base-510base-210broad-36802.3Ethernet100base-TX100base-FX100base-T4Autonegotiaton802.3uFast EthernetFlow ControlControl FramesPause

24、 FramesType Field802.3xFull Duplex Ops1000base-SX1000base-LX1000base-CX802.3zGigabit Ethernet802.3CSMA/CD(1)1980年1990年，局域網(wǎng)(10Mbps)，以Ethernet、Novell、Token Ring為代表，傳輸線路以雙絞線和同軸電纜為主，傳送的信息媒體以正文為主。廣域網(wǎng)Internet傳送正文，提供文件和Email服務(wù)。(2)1990年2000年，高速局域網(wǎng)(100Mbps)， 窄帶ISDN光纖網(wǎng)絡(luò)， 提供瀏覽、圖形、聲音、電子郵件和靜止圖像傳送。(3)2000年2010年，

25、B-ISDN，寬帶IP，高速光纖網(wǎng)絡(luò)， 提供視頻圖像傳輸和實(shí)時多媒體服務(wù)。6.3.2 高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 一些傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不適合作為多媒體的傳送載體, 從多媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，討論一下幾種高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù):1.以太網(wǎng)10BASE-T以太網(wǎng)1978年提出，傳輸速率為10Mbps， 最大站間距離為1500米， 可通過中繼器擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，速度有限，不能完全適應(yīng)多媒體通信實(shí)時性要求和媒體種類變換的要求，但對靜態(tài)媒體的傳輸效果還可以。100BASE-T快速以太網(wǎng)是由快速以太網(wǎng)聯(lián)盟開發(fā)的100Mbps高速以太網(wǎng)， 組成的LAN較好地支持多媒體通信，IEEE已將100BASE-T確定為IEEE 802.3u標(biāo)準(zhǔn)

26、。千兆以太網(wǎng)聯(lián)盟開發(fā)的1000Mbps以太網(wǎng)技術(shù)，已作為IEEE 802.3z和802.3ab標(biāo)準(zhǔn)，千兆以太網(wǎng)技術(shù)顯著地提高了網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬， 可用在任何規(guī)模的局域網(wǎng)的通信中。10 吉比特（ 10000Mbps ）以太網(wǎng)的出現(xiàn)，以太網(wǎng)的工作范圍已經(jīng)從局域網(wǎng)（校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)）擴(kuò)大到城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)了端到端的以太網(wǎng)傳輸。但以太網(wǎng)沒有提供QoS的支持，這對多媒體通信來說是一種缺陷。 載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)方法的缺點(diǎn)是其行為的不確定性。在大負(fù)載情況下，它對各應(yīng)用的訪問延遲或可用帶寬不加控制。 由于不能確保延遲范圍，對于分布式多媒體來說，以太網(wǎng)不是一種好選擇。但是，它可以為

27、少量數(shù)據(jù)提供足夠的帶寬并具有多站點(diǎn)傳播功能，當(dāng)站點(diǎn)數(shù)有限時，可以把太網(wǎng)作為一種試驗(yàn)性配置來使用。以太網(wǎng)FDDI實(shí)際上是以光纖為傳輸媒介的、速率為100Mbps的令牌環(huán)局域網(wǎng)的ANSI標(biāo)準(zhǔn)。IEEE已將FDDI確定為IEEE 802.8標(biāo)準(zhǔn)。 它既可用于主機(jī)與外圍設(shè)備之間、各主機(jī)之間的互連， 又可作為主干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了多個LAN連接。FDDI是一種提供面向連接傳輸服務(wù)的高速局域網(wǎng)，固定分配通信信道帶寬。16個面向連接服務(wù)，每個6.144Mbps。由于它專用于數(shù)據(jù)傳輸， 不能為不同媒體選擇不同協(xié)議、不能動態(tài)分配帶寬， 所以對多媒體通信支持有局限性。2. FDDI(光纖分布式數(shù)據(jù)接口)3. 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字

28、網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）是以提供端到端連接的電話網(wǎng)IDN為基礎(chǔ)發(fā)展而成的通信網(wǎng)， 用以支持電話及非話的多種業(yè)務(wù)。它能提供具有等時性的、高達(dá)2Mbps的信道帶寬，是目前交互式廣域多媒體通信中用得最多的。B-ISDN的寬帶業(yè)務(wù)常指其傳輸速率超過一次群速率的業(yè)務(wù)， B-ISDN中交換主要是高速分組交換、高速電路交換、異步傳輸模式(ATM)和光交換技術(shù)。4. ATM基于分組交換的異步傳輸模（Asynchronous Transfer mode, ATM）ATM網(wǎng)為多媒體流提供了足夠的帶寬。常規(guī)負(fù)載下的延遲和延遲抖動已相當(dāng)小，它還提供多站點(diǎn)方式。因此ATM是符合前述多媒體需求的一種較好網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。最近

29、幾年來，ATM商品(路由器等）有很大的發(fā)展ATM的特點(diǎn) 面向連接的傳輸機(jī)制 以信元(Cell)為信息傳輸單位 基于ATM交換機(jī)的交換式網(wǎng)絡(luò) 多種速率接口 多種服務(wù)類型 高層進(jìn)行差錯控制和流量控制 5IP寬帶網(wǎng)絡(luò) 寬帶Internet骨干網(wǎng)是以寬帶IP網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，其物理網(wǎng)絡(luò)采用ATM、SONET、SDH和DWDM等高速網(wǎng)絡(luò)，通過IP Over ATM、IP Over SONET、IP Over SDH以及IP Over DWDM等技術(shù)構(gòu)成基于IP協(xié)議的集成平臺，在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上解決數(shù)據(jù)、話音和視頻流的綜合傳輸和網(wǎng)絡(luò)帶寬問題，實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用的有機(jī)集成。再通過IP v6、RSVP和區(qū)分服務(wù)等協(xié)議協(xié)調(diào)網(wǎng)

30、絡(luò)資源，提供QoS保證和特性化服務(wù)，以滿足應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的需求。這種寬帶IP網(wǎng)絡(luò)也是下一代Internet(如Internet 2)的核心技術(shù)。 6.幀中繼網(wǎng)絡(luò) 為了給用戶提供高質(zhì)量、低成本的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，在90年代初推出了一種新型的WAN技術(shù)：幀中繼（Frame Relay）。幀中繼是一種支持HDLC規(guī)程的寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，并已獲得ANSI和ITU的批準(zhǔn)。 幀中繼實(shí)質(zhì)上是由X.25分組交換技術(shù)演變而來的：它一方面繼承了X.25的優(yōu)點(diǎn)，如提供統(tǒng)計復(fù)用功能、永久虛電路、交換虛電路等；另一方面又改進(jìn)了X.25的性能。6.3.3 多媒體通信協(xié)議1. IP v6協(xié)議與IPv4兼容.128位的地址空

31、間.“流標(biāo)志符”用以鑒別屬于同一流的所有組塊，可以確定優(yōu)先級等,IP層使用流標(biāo)志來進(jìn)行資源預(yù)留和QoS承諾改進(jìn)的多站點(diǎn)尋址方案。用于完整性及數(shù)據(jù)加密性的機(jī)制。IP v6通過優(yōu)先級和流標(biāo)志符字段提供QoS支持機(jī)制，同時要求數(shù)據(jù)傳輸路徑上的各個路由器也應(yīng)具備QoS支持能力。 隨著分布多媒體廣泛應(yīng)用，對網(wǎng)絡(luò)支持多媒體通信的能力提出越來越高的要求，原來的協(xié)議顯示出明顯的不足,近幾年來提出一些基于TCP/IP的多媒體通信協(xié)議2. ST 協(xié)議 ST 協(xié)議是面向發(fā)送方的，由發(fā)送方規(guī)定QoS和接收組。如果新成員要加入接收組，必須首先使用常規(guī)的IP數(shù)據(jù)報向發(fā)送方提出請求，然后由發(fā)送方重新定義接收組并發(fā)布出去。這

32、種方法的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)送方總知道誰是接收者，并控制接收組新成員的加入，這對于某些需要限制多媒體信息傳播范圍的應(yīng)用系統(tǒng)(如視頻會議內(nèi)容不便公開廣播，僅限少數(shù)有關(guān)人員收看)來說是必要的，但也會帶來一些不便之處，還會增加網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)擔(dān)。此外，由于QoS是發(fā)送方規(guī)定的，對所有接收者都是相同的，這意味著每個接收者不能根據(jù)各自的需要選擇相應(yīng)的QoS，缺乏靈活性。 3. RSVP協(xié)議（Resource reSerVation Protocol）是一種基于網(wǎng)絡(luò)資源保留的多媒體通信協(xié)議，通過建立連接，為特定的媒體保留資源，提供QoS服務(wù)。4.區(qū)分服務(wù)(DS) 由于RSVP實(shí)現(xiàn)起來比較復(fù)雜，IETF建議另一種QoS的保障

33、機(jī)制即區(qū)分服務(wù)。5.RTP協(xié)議 RTP協(xié)議提供了一種端到端的強(qiáng)制性同步控制機(jī)制，以滿足多媒體流內(nèi)和流間的同步控制需求?；赗TP的帶寬調(diào)節(jié)控制算法可以將報文丟失率限制在某一范圍內(nèi)，使基于無連接協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的不穩(wěn)定性得到了一定的補(bǔ)償。6.4 因特網(wǎng)的演進(jìn)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最初是為傳送數(shù)據(jù)信息設(shè)計的。因特網(wǎng) IP 層提供的“盡最大努力交付”服務(wù)對傳送數(shù)據(jù)信息也是很合適的。當(dāng)我們從因特網(wǎng)下載文件時，過長的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時間雖然令人頗為煩惱，但這至少不會對我們產(chǎn)生有害的結(jié)果。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。因特網(wǎng)是非等時的 模擬的多媒體信號經(jīng)過采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號，

34、再組裝成分組。這些分組的發(fā)送速率是恒定的（等時的）。傳統(tǒng)的因特網(wǎng)本身是非等時的。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t采樣后的信號構(gòu)成分組恒定速率非恒定速率多媒體數(shù)據(jù)往往是實(shí)時數(shù)據(jù)(real time data)，它的含義是：在發(fā)送實(shí)時數(shù)據(jù)的同時，在接收端邊接收邊播放。如果直接邊接收邊播放，就會產(chǎn)生很大的失真。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，可以減小失真。如下圖緩存實(shí)際上就是一個先進(jìn)先出的隊列。圖中標(biāo)明的 T 叫做播放時延。 在接收端設(shè)置緩存 tT緩存（隊列）恒定速率t非恒定速率有可能發(fā)生分組丟

35、失 在傳輸多媒體數(shù)據(jù)時，對時延和時延抖動均有較高的要求。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間較長，而晚到達(dá)的分組在緩存中停留的時間則較短。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，能夠在一定程度上消除了時延的抖動。但我們付出的代價是增加了時延。在傳送時延敏感(delay sensitive)的實(shí)時數(shù)據(jù)時，不僅傳輸時延不能太大，而且時延抖動也必須受到限制。對于傳送實(shí)時多媒體數(shù)據(jù)，很少量分組的丟失對播放效果的影響并不大（因?yàn)檫@是由人來進(jìn)行主觀評價的），因而是可以容忍的。丟失容忍(loss tolerant)也是實(shí)時數(shù)據(jù)的另一個重要特點(diǎn)。 需要解決的問題針對現(xiàn)有

36、因特網(wǎng)的措施盡量利用UDP來傳送音頻和視頻。在客戶端采用推遲播放和緩沖區(qū)技術(shù)以減弱傳輸延遲和傳輸抖動的影響。在各個分組上加上順序號、時間戳和同步標(biāo)記，使客戶端能夠正確播放。針對分組丟失可以采用冗余糾錯技術(shù)、交錯傳輸技術(shù)和插值技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。如何改造現(xiàn)有的因特網(wǎng) 大量使用光纜和高速路由器，網(wǎng)絡(luò)的時延和時延抖動就可以足夠小，在因特網(wǎng)上傳送實(shí)時數(shù)據(jù)就不會有問題。對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行徹底改造，制定新的適合多媒體通信的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（B-ISDN、ATM、IPv6、RSVP），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)。 對網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層進(jìn)行

37、很小的改變，且在網(wǎng)絡(luò)邊緣（用戶與ISP之間）引入簡單的記價和規(guī)劃策略（DiffServ）.部分改動因特網(wǎng)的協(xié)議棧所付出的代價較小，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)。 在現(xiàn)有的基于TCP/IP協(xié)議的因特網(wǎng)基礎(chǔ)上增加鏈路帶寬,并使用一些輔助手段（FEC、RTP、RTCP、IGMP、H.323）.6.4.1 因特網(wǎng)的多媒體體系結(jié)構(gòu)TCPUDPAAL 3/4AAL 5PPPSDH/SONETATM以太網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器信令服務(wù)質(zhì)量IPv4/IPv6RTSPRTCPRSVPH.323SIPRTPPPP應(yīng)用層協(xié)議聲音/視像SDP背景：用戶已不再滿足在網(wǎng)絡(luò)資源中僅有文本、圖片和聲音這一類簡單的信

38、息，而是希望得到音頻、視頻并茂的實(shí)時媒體。 目前在網(wǎng)絡(luò)上傳播多媒體信息主要有兩種方式：下載和流式傳輸。 流媒體是相對于傳統(tǒng)的下載回放（Download-Playback）方式而言的一種媒體格式，它能從Internet上獲取音頻和視頻等連續(xù)的多媒體流，客戶端可以邊接收邊播放，使時延大大減少，而不用等到完全下載完畢再播放。1.流媒體（Streaming Media）技術(shù)流媒體系統(tǒng)技術(shù)：壓縮技術(shù)、流格式編碼技術(shù)、媒體發(fā)布技術(shù)、多媒體傳輸技術(shù)、緩存技術(shù)、高性能計算機(jī)技術(shù)等協(xié)議：RTP、RTCP、實(shí)時流協(xié)議RTSP、MMS（Microsoft Media Service）等軟件：（1）編碼工具（2）流媒

39、體服務(wù)器（3）播放器（4）Web服務(wù)器/瀏覽器RTSP傳送播放、快進(jìn)、快退、暫停等控制信息RTP/UDP傳送媒體數(shù)據(jù)5555Internet音視頻流體系結(jié)構(gòu) 包括6個關(guān)鍵的部分：音頻和視頻壓縮,應(yīng)用層QoS控制,連續(xù)的媒體分發(fā)服務(wù)流服務(wù)器,媒體同步機(jī)制,流媒體協(xié)議 實(shí)時運(yùn)輸協(xié)議 RTP (Real-time Transport Protocol) RTP 為實(shí)時應(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，然后再交給 IP 層。RTP 自己并不對多媒體數(shù)據(jù)塊做任何處理，而只是向應(yīng)用層提

40、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。 發(fā)送RTP 分組UDP 用戶數(shù)據(jù)報IP 數(shù)據(jù)報IP 首部 UDP 首部 RTP 首部 RTP 數(shù)據(jù)部分（應(yīng)用層數(shù)據(jù)）實(shí)時傳輸協(xié)議RTPRTP是一個應(yīng)用層協(xié)議，它規(guī)定了音頻和視頻數(shù)據(jù)、順序號和時間戳等信息如何封裝在傳輸層（UDP）分組中。RTP 是一個協(xié)議框架，只包含了實(shí)時應(yīng)用的一些共同的功能。RTP本身不提供任何機(jī)制來確保數(shù)據(jù)的按時發(fā)送或保證服務(wù)的質(zhì)量，甚至不能保證分組的順序遞交。服務(wù)質(zhì)量的保證由RTCP協(xié)議來完成，而數(shù)據(jù)傳輸功能是由底層的傳輸協(xié)議完成，一般情況下，利用UDP進(jìn)行。 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

41、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。RTP 分組的首部格式 12 字節(jié)序 號 SN比特 0 1 3 8 16 31有效載荷類型版本PXM參與源數(shù)時 間 戳TS同 步 源 標(biāo) 識 符 (SSRC)參 與 源 標(biāo) 識 符 (CSRC) 0.15 前12 個字節(jié)為固定的頭部，其后的CSRC標(biāo)志符為任選部分。有效負(fù)荷可以是音頻或視頻數(shù)據(jù)。分組頭部第1 個字節(jié)包含2位的V（版本號，置2）、1位的P（填充位

42、，置0）、1位的X（擴(kuò)展位，置0）、4位的CC（CSRC 計數(shù)，置0）。因此，常見的RTP 分組以十六進(jìn)制數(shù)0 x80 開頭 M（marker，標(biāo)志）凈荷類型（payload type， PT ） SN（sequence number，序列號）：每發(fā)送一個RTP 分組，序號加1。接收端以此判定分組丟失及恢復(fù)順序。 TS（timestamp，時間戳）：指示RTP 數(shù)據(jù)分組第1 個字節(jié)的取樣時刻 SSRC（synchronization source identifiers，同步源標(biāo)識） 實(shí)時運(yùn)輸控制協(xié)議 RTCP (RTP Control Protocol) RTCP 是與 RTP 配合使用的協(xié)

43、議。RTCP 協(xié)議的主要功能是：服務(wù)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。RTCP 分組也使用 UDP 傳送，但 RTCP 并不對聲音或視像分組進(jìn)行封裝?？蓪⒍鄠€ RTCP 分組封裝在一個 UDP 用戶數(shù)據(jù)報中。RTCP 分組周期性地在網(wǎng)上傳送，它帶有發(fā)送端和接收端對服務(wù)質(zhì)量的統(tǒng)計信息報告。 RTCP 使用的五種分組類型 結(jié)束分組 BYE 表示關(guān)閉一個數(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)行報告。 發(fā)送端報告分組 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)行報告。源點(diǎn)描述分組 SD

44、ES 給出會話中參加者的描述。 實(shí)時流式協(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)時數(shù)據(jù)時能夠進(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)和媒體服務(wù)器(media server)。 RTSP 與 RTP 和 RTCP 的關(guān)系 RTSP播放器RTSP服務(wù)器RTSP 控制分組（TCP）RTP 數(shù)據(jù)分組（UDP）RTCP 分組（UD

45、P）客戶服務(wù)器RTSP 僅僅是使媒體播放器能控制多媒體流的傳送。因此，RTSP 又稱為帶外協(xié)議，而多媒體流是使用 RTP 在帶內(nèi)傳送的。 2. IP 電話狹義的 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)”的簡稱。廣義的 IP 電話則不僅僅是電話通信，而且還可以是在IP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行交互式多媒體實(shí)時通信（包括話音、視像等），甚至還包括即時通知 IM (Instant Messaging)。 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 到普通電話機(jī)公用電話網(wǎng)IP 電話 網(wǎng)關(guān)公用電話

46、網(wǎng)IP 電話 網(wǎng)關(guān)因特網(wǎng)普通電話機(jī)到普通電話機(jī) (1) H.323H.323 是 ITU-T 于 1996 年制訂的一個名稱很長的建議書，1998 年的第二個版本改用的名稱是“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。 H.323 標(biāo)準(zhǔn)指明的四種構(gòu)件 H.323 終端 網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)連接到兩種不同的網(wǎng)絡(luò)，使 H.323 網(wǎng)絡(luò)可以和非 H.323 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。 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)、帶寬管理和計費(fèi)功能。 多點(diǎn)

47、控制單元 MCU (Multipoint Control Unit)MCU 支持三個或更多的 H.323 終端的音頻或視頻會議。 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 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MCUH.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注冊信令H.225.0呼叫信令H.245控制信令RTPUDPTCPIP信令和控制 (2) 會話發(fā)起協(xié)議 SIP (Session Initiation

48、 Protocol) SIP 是一套較為簡單且實(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。 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求，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳代理服務(wù)器，最后將

49、呼叫請求轉(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)送呼叫請求。會話描述協(xié)議SDP (Session Description Protocol) SDP 在電話會議的情況下特別重要，因?yàn)殡娫挄h的參加者是動態(tài)地加入和退出。SDP 詳細(xì)地指明了媒體編碼、協(xié)議的端口號以及多播地址。SIP 使用了 HTTP 的許多首部、編碼規(guī)則、差錯碼以及一些鑒別機(jī)制，它比 H.323 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 占有的市場份額要小。 RTSP與SDP、RTP、RTCP、RDT、UDP、TCP等協(xié)議

50、一起提供基于Internet的整套流化服務(wù)。 實(shí)時流協(xié)議(RTSP)6.4.2 改進(jìn)“盡最大努力交付”的服務(wù) - 使因特網(wǎng)提供服務(wù)質(zhì)量改變因特網(wǎng)平等對待所有數(shù)據(jù)包的思想，使對時延有較嚴(yán)格要求的實(shí)時話音或視像數(shù)據(jù)包能夠從網(wǎng)絡(luò)得到更好的服務(wù)質(zhì)量（QoS，Quality of Service）。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的服務(wù)質(zhì)量可用若干基本的性能指標(biāo)來描述，包括可用性、差錯率、響應(yīng)時間、吞吐量、數(shù)據(jù)包丟失率、連接建立時間、故障檢測和改正時間等。服務(wù)提供者可向其用戶保證某一種等級的服務(wù)質(zhì)量。 為了使因特網(wǎng)能夠提供一定的服務(wù)質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)設(shè)法增加一些機(jī)制，即數(shù)據(jù)包的分類、管制、調(diào)度以及呼叫接納。 1. 調(diào)度機(jī)制 “調(diào)度

51、”就是指排隊的規(guī)則。如不采用專門的調(diào)度機(jī)制，則默認(rèn)排隊規(guī)則就是先進(jìn)先出 FIFO (First In First Out)。當(dāng)隊列已滿時，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)先級排隊，就能使優(yōu)先級高的分組優(yōu)先得到服務(wù)。 按優(yōu)先級排隊的例子 高優(yōu)先級隊列低優(yōu)先級隊列分組到達(dá)路由器調(diào)度分組離開路由器分類器（服務(wù)員）路由器低低低低高高高高高高t分組到達(dá)路由器分組離開路由器路由器高 高 高高低 低 低 低加權(quán)公平排隊 WFQ(Weighted Fair Queuing) 分組到達(dá)路由器調(diào)度分組離開路由器分類器w1w2w

52、3123路由器加權(quán)公平排隊 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應(yīng)的隊列。隊列按順序依次將隊首的分組發(fā)送到鏈路。遇到隊列空就跳過去。給隊列 i 指派一個權(quán)重 wi。隊列 i 得到的平均服務(wù)時間為 wi /(wj)，這里wj 是對所有的非空隊列的權(quán)重求和。隊列 i 將得到的有保證的帶寬 Ri 應(yīng)為 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tttttWFQ 與 FIFO 的比較 1111111

53、11112111234567891011111111111112345678910111111111111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2. 管制機(jī)制 平均速率 網(wǎng)絡(luò)需要控制一個數(shù)據(jù)流的平均速率。這里的平均速率是指在一定的時間間隔內(nèi)通過的分組數(shù)。 峰值速率 峰值速率限制了數(shù)據(jù)流在非常短的時間間隔內(nèi)的流量。 突發(fā)長度 網(wǎng)絡(luò)也限制在非常短的時間間隔內(nèi)連續(xù)注入到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)。 漏桶管制器(leaky bucket policer) 分組到達(dá)漏桶中最多裝入 b 個權(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)在任何時間間隔 t 內(nèi)準(zhǔn)許進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的分組數(shù)

54、 = r t + b標(biāo)記注入漏桶的速率為每秒 r 個權(quán)標(biāo)漏桶機(jī)制與加權(quán)公平排隊相結(jié)合 現(xiàn)假定有 n 個分組流輸入到一個路由器，復(fù)用后從一條鏈路輸出。每一個分組流使用漏桶機(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 個權(quán)標(biāo)。因此 bi 個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 個分組中的最后一個分組所經(jīng)受的時延最大，它等于傳輸這 bi 個分組所需的時間 dmax，即 bi 除以公式(10-1)給出的傳輸速率： 3 綜合服務(wù) IntServ 與資源預(yù)留協(xié)議 RSVPIntServ (Integrated

55、 Services)可對單個的應(yīng)用會話提供服務(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)量保證的會話必須首先在源站到目的站的路徑上的每個路由器預(yù)留足夠的資源，以保證其端到端的服務(wù)質(zhì)量要求。 IntServ 定義了兩類服務(wù) 有保證的服務(wù)(guaranteed service)，可保證一個分組在通過路由器時的排隊時延有一個嚴(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)。IntServ 由四個組成部分(1) 資源預(yù)留協(xié)議 RS

56、VP，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某一資源的請求。(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列。(4) 調(diào)度器(scheduler)，根據(jù)服務(wù)質(zhì)量要求決定分組發(fā)送的前后順序。 RSVP協(xié)議 RSVP協(xié)議（Resource reSerVation Protocol）是一種基于網(wǎng)絡(luò)資源保留的多媒體通信協(xié)議，通過建立連接，為特定的媒體保留資源，提供QoS服務(wù)。 RSVP允許應(yīng)用程序?yàn)樗鼈兊臄?shù)據(jù)流保留帶寬。主機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)流的特性使用這個協(xié)議向網(wǎng)絡(luò)請求保

57、留一個特定量的帶寬，路由器也使用RSVP轉(zhuǎn)發(fā)帶寬請求。為執(zhí)行RSVP，在接收端、發(fā)送端和路由器中都必須要有執(zhí)行RSVP的軟件。RSVP協(xié)議RSVP的2個主要特征是： 保留組播樹的帶寬，單播是一特殊情況； 接收端驅(qū)動，即接收端啟動和維護(hù)資源的保留實(shí)現(xiàn)RSVP的關(guān)鍵技術(shù)是路由器對RSVP的支持能力，包括路由器的QoS編碼方案，資源調(diào)度策略，可提供的RSVP連接數(shù)量等。RSVP協(xié)議RESV消息沿著PATH消息的反向路徑到達(dá)源端,在沿途路由器上預(yù)留資源Path報文Resv報文：對發(fā)送者的保留請求給予確認(rèn)，并與到達(dá)同一端口的其他Resv報文合并，再傳送給上游路由器，直至到達(dá)發(fā)送者RSVP協(xié)議當(dāng)應(yīng)用需要Q

58、oS保證的服務(wù)時，發(fā)送端要向接收端發(fā)送一個稱之為路徑的組播包說明所要求的服務(wù)類型和業(yè)務(wù)流特點(diǎn)，沿途的路由器將路徑消息逐段傳遞至接收端，接收端返回一個稱之為預(yù)留的消息來請求資源，在此消息中給出接收端所要求的服務(wù)質(zhì)量。網(wǎng)絡(luò)在回傳這消息時，沿途的每個路由器可接受或拒絕預(yù)留消息的請求。如果拒絕，則返回一個錯誤給接收端，呼叫被終止，如果接受，則為該業(yè)務(wù)流分配帶寬資源，并將該流的狀態(tài)信息記錄下來。另外，在組播中由各終端聲明自己所要求的服務(wù)質(zhì)量，比由發(fā)送端來向網(wǎng)絡(luò)提出QoS要求更為合理一些。RSVP 協(xié)議的工作原理 H1H2 50 kb/sR2R1H3 100 kb/sH4 3 Mb/sR3R4H5 3 M

59、b/s源站(a) 源點(diǎn)用多播發(fā)送PATH報文 表示 PATH 報文3 Mb/s3 Mb/s3 Mb/s100 kb/sH1H2 50 kb/sR2R1H3 100 kb/sH4 3 Mb/sR3R4H5 3 Mb/s源站(b) 各終點(diǎn)向源點(diǎn)返回 RESV 報文 表示 RESV 報文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，按每個流進(jìn)行資源預(yù)留會產(chǎn)生很大的開銷。(2) IntServ 體系結(jié)

60、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)量等級數(shù)量太少，不夠靈活。 4 區(qū)分服務(wù) DiffServ (Differentiated Services) 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)有時也簡寫為 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)。 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。Dif