多媒體通信協(xié)議

多媒體通信協(xié)議第1頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)容提要

TCP/IP協(xié)議

IPv6協(xié)議IGMP協(xié)議

RSVP協(xié)議

STⅡ協(xié)議

RTP協(xié)議

RTCP協(xié)議

RTSP協(xié)議第2頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月TCP/IP協(xié)議

網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議是在網(wǎng)路基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上提供面向連接或無連接的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，以支持各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。TCP／IP作為Internet的核心協(xié)議，在Internet上的多媒體應(yīng)用都是以TCP／IP為基礎(chǔ)。然而TCP／IP本身并沒有考慮支持多媒體通信的問題．沒有提供多媒體通信所必須的同步控制機制和QoS保證能力。從體系結(jié)構(gòu)來看，TCP／IP是1S0／OSI七層參考模型的簡化，它只分為四層：應(yīng)用層,傳送層，網(wǎng)際層和物理網(wǎng)絡(luò)接口層。第3頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月

網(wǎng)絡(luò)接口：TCP／IP協(xié)議不包含物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，只定義了與各種物理網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)絡(luò)接口規(guī)范。IP地址與各種網(wǎng)絡(luò)物理地址轉(zhuǎn)換問題由網(wǎng)際層的地址解析協(xié)議提供專門功能來解決。網(wǎng)際層：提供基于數(shù)據(jù)報方式的數(shù)據(jù)傳輸、路由選擇以及網(wǎng)絡(luò)互連等服務(wù)的功能。包含四個協(xié)議中IP是主協(xié)議，ICMP、ARP和RARP是輔助協(xié)議，以增強網(wǎng)際層的網(wǎng)絡(luò)控制和地址解析能力。

IP地址：它是一種在網(wǎng)際層用來標(biāo)識主機的邏輯地址。每一臺主機都要預(yù)先分配一個惟一的32位地址作為該主機的標(biāo)識，稱為IP地址。在Internet中，IP地址是全局地址，必須由相應(yīng)的管理機構(gòu)統(tǒng)一分配。IP地址通常由網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(Net)和主機標(biāo)識(Host)兩部分組成。第4頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月IP地址格式：IP地址有二進制格式和十進制格式兩種。二進制的IP地址共有32位。例10000011，01101011，00000011，00011000——十進制ＩP地址是131．107．3．24（每八位組用一個十進制數(shù)表示，用“．”進行分隔）。地址分為A、B、C、D、E五類。M：類別號；NET：網(wǎng)絡(luò)號;Host:主機號。根據(jù)三個字段的位數(shù)不同類別也不同。經(jīng)常使用是A、B、C三類IP地址，見表。

IP地址屏蔽碼屏蔽碼主要用于說明在一個IP網(wǎng)絡(luò)中是否有子網(wǎng)以及子網(wǎng)數(shù)量級，但它不能確切給出具體子網(wǎng)數(shù)，也不說明具體酌子網(wǎng)號。屏蔽碼作用是屏蔽掉IP地址中的主機號，保留其網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號，以便于路由器尋址。第5頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月類別號（M）網(wǎng)絡(luò)地址主機地址應(yīng)用范圍A類地址占1位，即第0位為‘0’第1～7位即表示126個網(wǎng)絡(luò)地址第8～31位，表示范圍0.0.0.0～127.255.255.255，即16387064個主機大型網(wǎng)絡(luò)B類地址占2位，即第0，1位為‘10’第2～15位即表示16256個網(wǎng)絡(luò)地址第16～31位，表示范圍128.0.0.0～191.255.255.255，即64576個主機地址網(wǎng)管中心C類地址占3位，即第0，1，2位為‘110’第3～23位即表示2064512個網(wǎng)絡(luò)地址第24～31位，表示范圍192.0.0.0～223.255.255.255，即254個主機地址校園網(wǎng)或企業(yè)網(wǎng)第6頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月

在有子網(wǎng)的IP地址中，其子網(wǎng)號是用主機號字段的前幾位表示的，所占的位數(shù)與子網(wǎng)的數(shù)量相對應(yīng)，如1位可表示2個子網(wǎng)，2位可表示4個子網(wǎng)；3位可表示8個子網(wǎng)……

如果一個IP網(wǎng)絡(luò)無子網(wǎng)，則屏蔽碼中的NET字段各位全為1，HOST字段各位全為0；如果有子網(wǎng)，則屏蔽碼中的NET字段各位全為1、HOST字段中的子網(wǎng)號各位全為1，而主機號各位全為0。例：①IP地址為202.114.80.5、屏蔽碼為255.255.255.0，表示在該IP網(wǎng)絡(luò)(網(wǎng)絡(luò)號為202.114.80)中無子網(wǎng)，標(biāo)識的是該IP網(wǎng)絡(luò)中的第5號主機。②IP地址為202.114.80.5、屏蔽碼為255.255.255.224(224為二進制的“11100000”)，表示在該IP網(wǎng)絡(luò)中最多有8個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)可配置32臺主機。此IP地址標(biāo)識的是該IP網(wǎng)絡(luò)0號子網(wǎng)中的第5號主機。第7頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月IP數(shù)據(jù)格式：基本傳輸單元是IP數(shù)據(jù)包，在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時要封裝到網(wǎng)絡(luò)幀中。

MTU（最大數(shù)據(jù)單元）:物理網(wǎng)絡(luò)中可以傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包封裝圖第8頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月IP數(shù)據(jù)包格式版本包頭長度服務(wù)類型總長度標(biāo)識標(biāo)志片偏移生存時間協(xié)議包頭校驗和源IP地址目的IP地址選項填充數(shù)據(jù)…第9頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月

路由選擇——要求路由器根據(jù)路由選擇協(xié)議（算法）確定到達(dá)目的地網(wǎng)絡(luò)最佳的路徑，并將信息存儲在路由表中。數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時，路由器根據(jù)路由表決定傳遞路徑。路由選擇算法：距離矢量路由選擇算法鏈路狀態(tài)路由選擇算法兩種算法的比較：

獲得拓?fù)湫畔⒌姆绞讲煌_定最佳路徑的原則不同收斂速度不同第10頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月路由表A網(wǎng)絡(luò)地址距離方向10.0.0.00PA020.0.0.00PA1路由表B網(wǎng)絡(luò)地址距離方向20.0.0.00PB030.0.0.00PB1路由表C網(wǎng)絡(luò)地址距離方向30.0.0.00PC040.0.0.00PC1第11頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月路由表A網(wǎng)絡(luò)地址距離方向10.0.0.00PA020.0.0.00PA130.0.0.01PA140.0.0.02PA1路由表B網(wǎng)絡(luò)地址距離方向20.0.0.00PB030.0.0.00PB110.0.0.01PB040.0.0.01PB1路由表A網(wǎng)絡(luò)地址距離方向30.0.0.00PC040.0.0.00PC130.0.0.01PC010.0.0.02PC0第12頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月IP協(xié)議——IP(InternetProtocol)是TCP／IP協(xié)議集的核心協(xié)議之一，它提供了無連接的數(shù)據(jù)報傳輸?shù)幕ミB網(wǎng)路由服務(wù)。

ARP和RARP協(xié)議——地址解析協(xié)議ARP(AddressResolutionProtocol)，在網(wǎng)際層提供從IP地址到物理地址映射服務(wù)的協(xié)議，逆向地址解析協(xié)議RARP(ReverseARP)提供從物理地址到IP地址映射服務(wù)。

ICMP協(xié)議——ICMP協(xié)議(InternetworkControlMessageProtocol)提供差錯報告服務(wù)，它作為IP協(xié)議的一部分，必須包含在每一個IP實現(xiàn)中。第13頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月

傳送層：主要功能是在站點間建立端到端的連接和事務(wù)處理，在進程之間提供可靠的和有效的傳輸服務(wù)。

TCP／IP的傳送層提供了兩個主要的協(xié)議：傳輸控制協(xié)議TCP(TransmissionControlProtocol),主要功能是在高層協(xié)議ULP(UpperLevelProtocol)之間提供面向連接的傳輸服務(wù)，來提供一種可靠的進程間通信機制。一次數(shù)據(jù)傳輸分為三個階段：建立連接、數(shù)據(jù)傳輸和終止連接。用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP(UserDatagramProtocol),提供一種面向進程的無連接傳輸服務(wù)，不確認(rèn)報文是否到達(dá)，不對報文排序，不進行流控制，因此UDP報文可能會出現(xiàn)丟失、重復(fù)及失序等現(xiàn)象。與TCP相同的是，UDP協(xié)議也是通過端口號支持多路復(fù)用功能，多個ULP可以通過端口號共享單一UDP實體。由于UDP是一種簡單的協(xié)議機制，通信開銷很小，效率比較高，適合多媒體通信。第14頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月IPv6協(xié)議地址空間：128位的地址空間允許更多的主機被尋址，允許地址上有更多的層次；改進的多站點尋址方案允許將多站點路由限制在指定的范圍內(nèi)；組塊頭新定義的“流標(biāo)志字段”，允許鑒別屬于同一數(shù)據(jù)流的所有組塊。地址格式：單播、多播和任播。QoS支持：報頭中的優(yōu)先級和流標(biāo)識字段提供QoS支持機制。IPv6協(xié)議作為下一代IP協(xié)議，支持多媒體通信。在地址空間、路由協(xié)議、安全性、移動性以及支持QoS支持方面做了較大的改進，與IPv4兼容：第15頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月

數(shù)據(jù)格式：簡化了報頭格式；增加了擴展包頭路由選擇：基于地址前綴概念來實現(xiàn)，很方便地建立層次化的路由選擇關(guān)系，服務(wù)提供者可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模來匯聚IP地址，充分利用IP地址空間。安全機制：數(shù)據(jù)報安全認(rèn)證和數(shù)據(jù)加密傳輸。移動性：IETF提出了支持移動主機在Internet上進行無縫漫游的動態(tài)IP技術(shù)。在移動IP業(yè)務(wù)中，移動主機需要兩個地址：基地地址和轉(zhuǎn)交地址。共存技術(shù)：雙棧技術(shù)、隧道技術(shù)、轉(zhuǎn)換技術(shù)第16頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月IPv6數(shù)據(jù)包格式版本流量類別流標(biāo)簽凈負(fù)荷長度下一包頭跳數(shù)限制源IP地址目的IP地址第17頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月因特網(wǎng)組管理協(xié)議（IGMP）IGMP：InternetGroupManagementProtocol，支持組播協(xié)議IP的D類地址為組播地址，224.0.0.0-230.255.255.255,一個地址代表一個組播組，只用作目的地址。IGMP報文封裝在IP數(shù)據(jù)報中，由報頭中的協(xié)議字段“2”指示。封裝了IGMP報文的IP數(shù)據(jù)報IP首部IGMP報文第18頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月用戶使用無連接協(xié)議來傳輸數(shù)據(jù)流的各個數(shù)據(jù)報，在通過中間節(jié)點（即路由器）轉(zhuǎn)發(fā)時可能會產(chǎn)生兩個問題：由于數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)路徑不同導(dǎo)致有些數(shù)據(jù)報可能會延遲到達(dá)；由于數(shù)據(jù)報在中間節(jié)點排隊等待的轉(zhuǎn)發(fā)時間不確定，并且中間節(jié)點發(fā)生擁塞時，將會采取丟包策略來疏導(dǎo)交通，而導(dǎo)致端到端通信的傳輸延遲和延遲抖動。解決方法：端點和中間節(jié)點要密切合作，基于無連接協(xié)議，為特定的效據(jù)流建立固定的傳輸路徑，并為其保留系統(tǒng)資源，將傳輸延遲限制在指定的范圍內(nèi)，從而保證了端到端多媒體通信的服務(wù)質(zhì)量。IETF提出了基于上述方法的RSVP(ResourceReservationProtocol)協(xié)議和STⅡ(InternetStreamProtocolversion2)協(xié)議。第19頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月RSVP協(xié)議RSVP是一種基于網(wǎng)絡(luò)資源保留的多媒體通信協(xié)議，它在無連接協(xié)議上提供端到端的實時傳輸服務(wù)，為特定的多媒體流提供端到端的QoS協(xié)商和控制功能，以減小網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲。RSVP的工作機理如圖。RSVP工作原理第20頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月通過目的地址、傳輸層協(xié)議類型和目的端口號的組合來標(biāo)識一個會話。RSVP消息可以使用原始IP數(shù)據(jù)報發(fā)送，也可使用UDP數(shù)據(jù)報發(fā)送。通過建立連接為特定的媒體流保留資源，提供QoS保證，定義了GS和CLS兩個QoS類,主要用于支持Internet視頻會議之類的多媒體應(yīng)用。資源保留方案由接收方根據(jù)發(fā)送方所通告網(wǎng)絡(luò)資源狀況確定，每個接收方可以選擇不同的資源保留策略、其保留方案可以是異構(gòu)的。并且加入或退出多播組也是由接收方控制的，因此具有較好的伸縮性和靈活性。第21頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月實現(xiàn)RSVP的關(guān)鍵技術(shù)：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。目前，支持RSVP應(yīng)用開發(fā)接口和工具：WinSockv2、RSVPProshare、RSVPAnnounce等。

RSVP會話與ATM虛路徑概念相吻合，意味著RSVP可以改變目前LAN—ATM體系結(jié)構(gòu)中不支持QoS的狀況，使采用LAN—ATM體系結(jié)構(gòu)的企業(yè)網(wǎng)或園區(qū)網(wǎng)能夠充分支持多媒體應(yīng)用。第22頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月STⅡ協(xié)議STII協(xié)議(InternetStreamProtocolVersion2)是由IETF提出的一種面向連接的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，代表了Internet早期開發(fā)的多媒體通信協(xié)議和方法，主要用于支持多媒體通信。兩個組成協(xié)議：流控制報文協(xié)議（SCMP）和流協(xié)議（ST）要求發(fā)送方、路由器和接收方必須協(xié)同工作，在傳輸路徑上的各路由器都必須支持STⅡ協(xié)議。第23頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月（與RSVP類似）STII在無連接協(xié)議上為特定的數(shù)據(jù)流建立固定的傳輸路徑，并為其保留系統(tǒng)資源，將傳輸延遲限制在指定范圍內(nèi)，從而保證端到端多媒體服務(wù)的質(zhì)量；

（與RSVP不同）STII協(xié)議是面向發(fā)送方的，由發(fā)送方規(guī)定QoS和接收組。優(yōu)點是發(fā)送方總知道誰是接收者，并控制接收組新成員的加入；缺點是增加流量負(fù)擔(dān)，并且由于QoS是發(fā)送方規(guī)定的，對接收者而言意味著不能根據(jù)需要選擇QoS，缺乏靈活性。第24頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月RTP協(xié)議RTP(Real-timeTransportProtocol)是由IETF開發(fā)的一種實時傳輸協(xié)議,可以在面向連接或無連接的下層協(xié)議上工作，通常和UDP協(xié)議一起使用。RTP工作機理是實現(xiàn)一種端到端的多媒體流同步控制機制。與RSVP協(xié)議不同，它不需要事先建立連接和中間節(jié)點的參與為其保留資源。ITU的視頻會議標(biāo)準(zhǔn)H.323采用了RTP協(xié)議。RTP定義兩種報文：RTP報文和RTCP報文。RTP報文用于傳送媒體數(shù)據(jù)(如音頻和視頻)；RTCP報文用于傳送控制信息，以實現(xiàn)協(xié)議控制功能。第25頁，課件共28頁，創(chuàng)作于2023年2月

基于RTP的傳輸控制機制

RTP利用簡單而快捷的UDP協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實時數(shù)據(jù)傳輸。UDP協(xié)議是一種無連接傳輸協(xié)議，不保證報文傳輸?shù)恼_性和有序性，也不提供流量控制功能。而且在多媒體通信中，由于多媒體數(shù)據(jù)的特殊性，不宜采用通常的重傳糾錯法提供正確性，而是采用控制傳送帶寬方式來減少報文丟失，以滿足多媒體應(yīng)