計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課件第8章

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),計(jì)算機(jī)學(xué)院,本章主要講述內(nèi)容,概述 流式存儲(chǔ)音頻/視頻 交互式音頻/視頻 改進(jìn)“盡最大努力交付”的服務(wù),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(wèn)題。,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

2、區(qū)別。多媒體信息的信息量往往很大。在傳輸多媒體數(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。,因特網(wǎng)是非等時(shí)的,模擬的多媒體信號(hào)經(jīng)過(guò)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(guò)因特網(wǎng)的分組變成了非恒定速率的分組。,接收端需設(shè)置適當(dāng)大小的緩存。當(dāng)緩存中的

3、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 T 叫做播放時(shí)延。,在接收端設(shè)置緩存,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(guò)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,需要解決的問(wèn)題,在傳送時(shí)延敏感(delay

4、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(lái)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)。,需要解決的問(wèn)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

5、收端能夠?qū)⒐?jié)目中本來(lái)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(lái)。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。,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(wèn)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(wú)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

6、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)。,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 。交互式音頻/視頻——實(shí)時(shí)交互式通信。,“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

7、/視頻。流媒體特點(diǎn)就是“邊下載邊播放” (streaming and playing) 。,8.2 流式存儲(chǔ)音頻/視頻,傳統(tǒng)的下載文件方法,,萬(wàn)維網(wǎng)服務(wù)器,客戶機(jī),服務(wù)器,媒體播放器,瀏覽器,傳統(tǒng)的瀏覽器從服務(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)

8、下載過(guò)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。,8.2.1 具有元文件的萬(wàn)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(wàn)維網(wǎng)服務(wù)器,客戶機(jī),服務(wù)器,媒體播放器,瀏覽器,使用元文件下載音頻/視頻文件,? 瀏覽器用戶使用 HTTP 的 GET 報(bào)文接入到萬(wàn)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)

9、一資源定位符 URL。? 萬(wàn)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(wàn)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(wàn)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。,8.2.2 媒體服務(wù)器,媒體服務(wù)器也稱為流式服務(wù)

10、器(streaming 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(wàn)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。,使用媒體服務(wù)器,,萬(wàn)維網(wǎng)服務(wù)器,媒體播放器,瀏覽器,媒體服務(wù)器,客戶機(jī),服務(wù)器,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。?

11、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。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。,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

12、協(xié)議，用來(lái)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)和媒體服務(wù)器(media server)。,,萬(wàn)維網(wǎng)服務(wù)器,客戶機(jī),服務(wù)器,媒體播放器,瀏覽器,媒體服務(wù)器,音頻/視頻流,使用 RTSP 的媒體服務(wù)器的工作過(guò)程,? 瀏覽器向萬(wàn)維網(wǎng)服務(wù)器請(qǐng)求音

13、頻/視頻文件。? 萬(wàn)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) R

14、ESPONSE 報(bào)文。,8.3 交互式音頻/視頻 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)。,IP 電話網(wǎng)關(guān)的幾種連接方法,IP 電話的通話質(zhì)量,IP 電話的通話質(zhì)

15、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)超過(guò) 250 ms，否則交談?wù)呔湍芨械讲蛔匀弧?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

16、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。,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-ACELP (Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear Predi

17、ction)。(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。,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(guò) 20?30 個(gè)路由器。若能改用吉比特路由器（又稱為線速路由器），則每秒可轉(zhuǎn)發(fā) 5 百萬(wàn)至 6 千萬(wàn)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。,關(guān)于 Skype,Sk

18、ype 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(wú)法被篡改。Skype的問(wèn)世給全球

19、信息技術(shù)和通信產(chǎn)業(yè)帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響，也給每一位網(wǎng)絡(luò)使用者帶來(lái)生活方式的改變。,8.3.2 IP電話所需要的幾種應(yīng)用協(xié)議,,TCP,UDP,,,,,,,,,,信令,服務(wù)質(zhì)量,IPv4/IPv6,RTSP,RTCP,RSVP,H.323,SIP,RTP,,,,應(yīng)用層協(xié)議,,,音頻/視頻,,SDP,,底層網(wǎng)絡(luò),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

20、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。,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

21、 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(guò) 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(lái)。,,,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 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,

22、數(shù)據(jù)鏈路層,物理層,,,RTP,UDP,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,P,X,M,參與源數(shù),時(shí) 間 戳,同

23、 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)）,,,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

24、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(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?？蓪⒍鄠€(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。,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

25、用來(lái)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(lái)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)話中參加者的描述。,8.3.5 H.323,H.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(guò)程，控制報(bào)文，復(fù)用，話音編解碼器，

26、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 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.323,H.323 終端,H.323 終端,?,,?,,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 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(guò)網(wǎng)閘，因?yàn)榫W(wǎng)閘

27、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。,,,,,H.323 網(wǎng)關(guān)用來(lái)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,,,,,,,,,H.323 的協(xié)議體系結(jié)構(gòu),,,音頻/視頻應(yīng)用,音

28、頻編解碼,視頻編解碼,,,,,RTCP,H.225.0登記信令,H.225.0呼叫信令,H.245控制信令,,,,,RTP,UDP,TCP,IP,信令和控制,,,數(shù)據(jù) 應(yīng)用,T.120數(shù)據(jù),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。S

29、IP 協(xié)議只涉及到 IP 電話的信令和有關(guān)服務(wù)質(zhì)量問(wèn)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(lái)發(fā)起呼叫，而后者用來(lái)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(lái)自主叫用戶的呼叫請(qǐng)求，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳

30、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(guò)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。,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:zhangsan@8625-87654321IPv4 地址 sip:zhangsan@201.12.34.

31、56電子郵件地址 sip:zhangsan@public1.ptt.js.cn,一個(gè)簡(jiǎn)單的 SIP 會(huì)話,?,,?,,主叫方,被叫方,,,t,t,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

32、機(jī)制，它比 H.323 具有更好的可擴(kuò)縮性。由于 SIP 問(wèn)世較晚，因此它現(xiàn)在比 H.323 占有的市場(chǎng)份額要小。,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,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(lái)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

33、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。,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,,,,H1,H2,H3,H4,,,R2,R1,,,,,,,,,H1H2,,,,1.5 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)

34、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。,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,,,,H1,H2,H3,H4,,,R2,R1,,,,,,,,,H1H2,,,,1.5 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(classifica

35、tion)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)。,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,,,,H1,H2,H3,H4,,,R2,R1,,,,,,,,,H1H2,,,,1.5 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(poli

36、cing)，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(guò)。例如，可將 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(guò)規(guī)定的 1 Mb/s，R1 就將其中的某些分組丟棄。,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,,,,H1,H2,H3,H4,,,R2,R1,,,,,,,,,H1H2,,,,1.5 Mb/s 鏈路,,,,輸出隊(duì)列,,,,數(shù)據(jù)率異常的實(shí)

37、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。,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,,,,H1,H2,H3,H4,,,R2,R1,,,,,,,

38、,,H1H2,,,,1.5 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(guò)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(guò) 1.5 Mb/s 的鏈路，而阻止另一個(gè)數(shù)據(jù)流的通過(guò)。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)。,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。

39、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 FIFO (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)。,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

40、由器,高 高 高,,,低,高優(yōu)先級(jí)分組優(yōu)先接受服務(wù),t,1,2,3,5,,,,,,到達(dá),離開,接受服務(wù),4,,,,,,1,3,2,5,4,,,,,,1,3,2,5,4,,,t,高,高,高,低,低,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,,,,,,,,,,,,,w1,w2,w3,1,2,3,,路由器,加

41、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(guò)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

42、 （8-1）,,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(guò)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)。,分組到達(dá),漏桶管制器(leaky bucket policer),,,,,,,,,,,漏桶中最多裝入 b 個(gè)權(quán)標(biāo),,,,,,

43、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),,,,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

44、(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 除以公式(10-1)給出的傳輸速率：,,(8-2),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,,,,,,,,,,,,w1,wn,隊(duì)列 1,…,,,,,,,,,b1,r1,,,,,,,,,,,bn,rn,…,隊(duì)列 n,,路由器,,8.4.3 綜合服務(wù)

45、 IntServ 與資源預(yù)留協(xié)議 RSVP,IntServ (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。,IntServ 定義了兩類服務(wù),有保證的服務(wù)(guaranteed se

46、rvice)，可保證一個(gè)分組在通過(guò)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)。,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(lái)決定是否同意對(duì)某一資源的請(qǐng)求。(3) 分類器(classifier)，用來(lái)將進(jìn)入路

47、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(scheduler)，根據(jù)服務(wù)質(zhì)量要求決定分組發(fā)送的前后順序。,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。,,RSVP 協(xié)議的工作原理,,,,,,,,,,H1,H2 50 kb/s,R2,R1,,,,,,H3 10

48、0 kb/s,H4 3 Mb/s,,R3,R4,H5 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,,,,,,,,,,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(kù),RSVP,接納控制,管理代理,通信量控制數(shù)據(jù)庫(kù),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(wèn)題,

49、(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。,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) Int

50、Serv 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)。,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

51、段的值來(lái)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,,暫不使用,服務(wù)等級(jí)協(xié)定SLA(Service Level Agreement),在使用 DS 字段之前，因特網(wǎng)的 I

52、SP 要和用戶商定一個(gè)服務(wù)等級(jí)協(xié)定 SLA 。在 SLA 中指明了被支持的服務(wù)類別（可包括吞吐量、分組丟失率、時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)的可用性等）和每一類所容許的通信量。,DS 域 (DS Domain) (2) 網(wǎng)絡(luò)被劃分為許多個(gè) DS 域,DiffServ 將所有的復(fù)雜性放在 DS 域的邊界結(jié)點(diǎn)(boundary node)中，而使 DS 域內(nèi)部路由器工作得盡可能地簡(jiǎn)單。,,,,,內(nèi)部路由器,邊界路由器,,內(nèi)部路由器,B,B,B,B,

53、DS 域,DS 域,,,(3) 邊界路由器中的功能,邊界路由器中的功能較多，可分為：分類器(classifier)通信量調(diào)節(jié)器(conditioner)兩大部分。調(diào)節(jié)器的組成：標(biāo)記器(marker)整形器(shaper)測(cè)定器(meter),邊界路由器中的各功能塊的關(guān)系,,,,,,內(nèi)部路由器,邊界路由器（入口）,邊界路由器（出口）,分類器,標(biāo)記器,整形器,測(cè)定器,,,,,,,,,根據(jù) DS 值進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),調(diào)節(jié)器,分組入,分

54、組出,,丟棄,,(4) 聚合(aggregation),DiffServ 提供了一種聚合功能。DiffServ 不是為網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)流維持供轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)使用的狀態(tài)信息，而是將若干個(gè)流根據(jù)其 DS 值聚合成少量的流。路由器對(duì)相同 DS 值的流都按相同的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。這就大大簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的路由器的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。區(qū)分服務(wù) DiffServ 不需要使用 RSVP 信令。,每跳行為 PHB(Per-Hop Behavior),“行為”就是指在

55、轉(zhuǎn)發(fā)分組時(shí)路由器對(duì)分組是怎樣處理的?！懊刻笔菑?qiáng)調(diào)這里所說(shuō)的行為只涉及到本路由器轉(zhuǎn)發(fā)的這一跳的行為，而下一個(gè)路由器再怎樣處理則與本路由器的處理無(wú)關(guān)。這和 IntServ/RSVP 考慮的服務(wù)質(zhì)量是“端到端”的很不一樣。,DiffServ 定義的兩種 PHB,迅速轉(zhuǎn)發(fā) PBH 即 EF PHB，或 EF。EF 指明離開一個(gè)路由器的通信量的數(shù)據(jù)率必須等于或大于某一數(shù)值。因此 EF PHB 用來(lái)構(gòu)造通過(guò) DS 域的低丟失率、低時(shí)延、低時(shí)

56、延抖動(dòng)、確保帶寬的端到端服務(wù)。像點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接或“虛擬租用線”，又稱為 Premium 服務(wù)。,DiffServ 定義的兩種 PHB,確保轉(zhuǎn)發(fā) PHB 即 AF PHB，或 AF。AF 用 DSCP 的比特 0~2 將通信量劃分為四個(gè)等級(jí)，并給每一種等級(jí)提供最低數(shù)量的帶寬和緩存空間。對(duì)于其中的每一個(gè)等級(jí)再用 DSCP 的比特 3~5劃分出三個(gè)“丟棄優(yōu)先級(jí)”。當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，對(duì)于每個(gè)等級(jí)的 AF，路由器首先把“丟棄優(yōu)先級(jí)”較高的分組丟