第8章多媒体通信网络技术.ppt

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1、第 八章 多媒体通信网络技术 计算机网络计算机网络教学目标教学目标 掌握QoS的概念，了解多媒体网络系统必须提供QoS参数定义和相应的QoS管理机制。理解多媒体通信的体系结构和各种多媒体通信协议的概念、格式和原理。了解分布式多媒体应用系统，包括多媒体会议系统、远程教育系统、远程医疗系统。理解多媒体信息在Internet网上的传输技术。计算机网络计算机网络引言多媒体通信的网络技术是实现多媒体通信的重要基础，无论哪种多媒体应用系统都必须利用网络技术将处于不同地理位置的多媒体终端、服务器等设备连接起来，并使得这些设备相互之间能够进行所需要的多媒体信息的传输。由于多媒体通信的集成性，使网络所传输的信息

2、由传统的单一媒体信息(如语音、图象、数据等)转变成多种媒体信息。这些信息是语音、图象和数据等多种信息组成的综合信息，而且这些信息不是简单地组合在一起，它们之间存在着内在的联系，因此多媒体通信网络必须能够将这种有机结合于一体的多媒体信息进行有效的传输和交换，才能达到通信的目的。在多媒体通信网中，网络的带宽、信息的交换方式以及高层协议直接决定着信息传输和通信服务的质量。多媒体通信网并不是一个新建的专门用于多媒体通信的网络，目前绝大部分的多媒体业务都是在现有的各种网络上运行，多媒体通信网是按照多媒体通信的要求对现有的网络进行改造和重组后的网络。计算机网络计算机网络8.1 网络服务质量 服务质量（Qu

3、ality of Service,QoS）是一种抽象概念,用于说明网络服务的“良好”程度。由于不同的应用对网络性能的要求不同,对网络所提供的服务质量期望值也不同。这种期望值可以用一种统一的QoS概念来描述。在不同应用系统中,QoS参数集的定义方法可能是不同的,经常使用吞吐量、差错率、端到端延迟、延迟抖动等网络性能参数来定义QoS。对连续媒体传输来说,端到端延迟和延迟抖动是两个关键的性能参数。多媒体应用,特别是交互式多媒体应用对延迟有严格的限制,不能超过人所能容忍的极限,否则将会严重地影响服务质量。同样,延迟抖动也必须维持在严格的界限内,否则将会严重地影响人对语音和图像信息的识别。计算机网络计算

4、机网络8.1.1 QoS参数体系结构参数体系结构图 8.1 QoS参数体系结构 应用层QOS传输层网络层数据链路层计算机网络计算机网络 1.应用层应用层 QoS级 视频帧传输速率/(帧/秒)分辨率/%主观评价 损害程度 52530 65100 很好 细微41524 5064 好 可察觉 3614 3549 一般 可忍受 235 2034 较差 很难忍受 112 19 差 不可忍受 表 8.2 一个视频QoS分级的例子 计算机网络计算机网络2.传输层传输层 传输层协议主要提供端到端的、面向连接的数据传输服务。通常,这种面向连接的服务能够保证数据传输的正确性和顺序性,但以较大的网络带宽和延迟开销为

5、代价。传输层QoS必须由支持QoS的传输层协议提供可选择和定义的QoS参数。传输层QoS参数主要有:吞吐量、端到端延迟、端到端延迟抖动、分组差错率和传输优先级等。国际标准化组织(ISO)在1986年颁布的ISO/OSI 8072标准中明确地定义了传输层QoS参数:计算机网络计算机网络建立连接延迟:用户发出连接请求到接收到连接确认之间的时间间隔。建立连接失败率:在最大建立连接延迟内不能建立连接的可能性。吞吐量:每秒接收的用户数据字节数。传输延迟:发送方发出数据到接收方接收到该数据所经历的时间间隔。固有差错率:在取样时间段内丢失和出错的信息数占总信息数的比率。传输失败率:在数据传输阶段因各种原因所

6、造成失败的信息占总信息数的比率。释放连接延迟:一方发出释放请求到对方执行释放之间的时间间隔。保护:用于说明建立安全连接需求的参数,如没有窃听或修改。优先级:规定在该连接上传输的优先级。弹性:用于说明传输层自动终结的可能性。计算机网络计算机网络3.网络层网络层 网络层协议主要提供路由选择和数据报转发服务。通常,这种服务是无连接的,通过中间点（路由器）的“存储-转发”机制来实现。在数据报转发过程中,路由器将会产生延迟（如排队等待转发）、延迟抖动（选择不同的路由）、分组丢失及差错等。网络层QoS同样也要由支持QoS的网络层协议提供可选择和定义的QoS参数,如吞吐量、延迟、延迟抖动、分组丢失率和差错率

7、等。网络层协议主要是IP协议,其中IP v6可以通过报头中优先级和流标识字段支持QoS。一些连接型网络层协议,如RSVP和 ST等可以较好地支持QoS,其QoS参数通过保证服务(GS)和被控负载服务(CLS)两个QoS类来定义。它们都要求路由器也必须具有相应的支持能力,为所承诺的QoS保留资源（如带宽、缓冲区等）。计算机网络计算机网络4.数据链路层数据链路层 数据链路层协议主要实现对物理介质的访问控制功能,也就是解决如何利用介质传输数据问题,与网络类型密切相关,并不是所有网络都支持QoS,即使支持QoS的网络其支持程度也不尽相同。各种Ethernet都不支持QoS。TokenRing、FDDI

8、和100VG-AnyLAN等是通过介质访问优先级定义QoS参数的。ATM网络能够较充分地支持QoS,它是一种面向连接的网络,在建立虚连接时可以使用一组QoS参数来定义QoS。国际电信联合会(ITU)制定了有关ATM网络QoS参数,它允许用户指定如下的参数:峰值信元速率(PCR):用户发送信元的最大瞬间速率。长期承受信元速率(SCR):经过一个长时期测量到的平均信元速率。信元丢失率(CLR):在信元传输过程中丢失的信元所占的百分比。信元传输延迟(CTD):一个信元从进入网络到离去所经历的延迟。信元延迟变化范围(CDV):CTD的变化范围。突发容许(BT):允许以PCR发出的最大突发长度。最小信元

9、速率(MCR):用户期望至少要达到的最小信元速率。计算机网络计算机网络8.1.2 QoS管理机制管理机制QoS管理机制应当提供如下QoS管理特性:QoS管理应是可配置的。QoS管理应是可协商的。QoS管理应是动态的。QoS管理应是端到端的。QoS管理应是层次化的。计算机网络计算机网络8.2 因特网的多媒体体系结构 为了实现多媒体通信，需要使用一些新的协议。图8-2是因特网的多媒体体系结构。这些协议可分为三类，即直接传送声音或视频数据的协议、与服务质量有关的协议以及与信令有关的协议。按层次来看，应用层新增RSVP、DiffServ、RTP等协议，网络层新增MPLS等协议.计算机网络计算机网络8.

10、3 RSVP协议8.3.1 RSVP的基本概念 RSVP(Resource Reserve Protocol)是一个资源预约协议。提供一种有效的资源预约方式，可以有效地描述应用程序对资源的需求。l流(flow)：以单播或多播方式在源宿间传输的数据码流，它为不同服务提供类似连接的逻辑通道。l路径消息(Path message)：路径消息由源端定时发出，并沿流的方向传输，其主要目的是保证系统沿正确的路径预留资源。l预留消息：预留消息由接收端点定时发出，并沿路径消息建立的路由反向传输，其主要目的是接收端为保障通信服务质量，请求各级节点预留资源。计算机网络计算机网络RSVP协议的特点：RSVP为单播和

11、多点到多点组播应用进行资源预留，对多播组员关系的变化及路由的变更进行动态地适应。RSVP是单工的，即数据流的接收器为单向数据流进行预留。RSVP是面向接收器的，即由数据流接收器发起和维护用于该流的资源预留。RSVP在路由器和主机中维持软状态以对多播组员关系的变化提供合适的支持，并对路由器的变更进行自动的适应。RSVP本身不是路由协议，要通过现有的路由协议来工作，RSVP通过查询路由来获取信息的变化。RSVP传送和维护不透明的业务控制参数。RSVP提供几种预留模式或“类型”以适应各种应用。RSVP能够透明地通过不支持RSVP的节点，无须采用额外的隧道技术。不支持RSVP的路由器将通信信息包当作普

12、通的信息包传送给接收方。RSVP对IPv4和IPv6均支持。计算机网络计算机网络8.3.2 RSVP报文格式版本号标志报文类型报文校验和报文生存期保留报文长度图8-3 RSVP报文公共首部格式 l版本号：说明RSVP协议的版本号，占用4bit。l标志：目前尚未定义标志位，占用4bit。l报文类型：目前定义了7种报文：1=Path，2=Resv，3=PathErr，4=ResvErr，5=PathTear，6=ResvTear，7=ResvConf，占用8bit。l报文校验和：用于保证报文传输的正确性，占用16bit。l报文生存期：发送报文所使用的IP生存时间值，占用8bit。l报文长度：以字节

13、表示的RSVP报文总长度，占用16bit。计算机网络计算机网络l对象长度：以字节表示的对象长度，且必须是4的倍数，占用16bit。l对象类编号：标识对象类，每个对象类有一个对象名，且必须是大写，常用的对象类有：SEESION(会话)、RSVP_HOP(RSVP字段)、TIME_VALUES(时间值)、STYLE(风格)、FLOWSPEC(流说明)、FILTER(过滤器说明)、SENDER_TSPEC(发送者传送说明)、ERROR_SPEC(差错说明)、INTEGRITY(完整性)、SCOPE(作用范围)、RESV_CONFIRM(保留确认)等，占用8bit。l对象类型：通常和对象类编号一起使用

14、，定义了对象类型，占用8bit。l对象内容：定义了对象的内容，最大长度为65528字节。对象长度对象类编号对象类型 对象内容图8-4 RSVP对象格式 计算机网络计算机网络8.3.3 RSVP协议原理1RSVP协议基本框架数据RSVP主机应用分类控制分组调度接纳控制决策控制RSVP处理节点应用分类控制分组调度接纳控制决策控制RSVP处理图8-5 RSVP协议的相关组成 计算机网络计算机网络2RSVP协议工作原理 RSVP协议就是通过在中间节点间传输预留信息来创建和维护多播传输路径网的分布预留状态，从而实现资源的预约和释放的请求、最终依赖节点的资源管理机制，实现资源的配置和释放。3RSVP协议设

15、计原则 服务分类的原则 面向无连接的原则 面向接收端的预留思想 软状态的原则 分组过滤的原则 计算机网络计算机网络8.4 DiffServ协议 IETF提出了两种QoS保证机制，一是由RSVP提供的保证型服务；二是在区分服务(DiffServ，DS)中定义的区分型服务。保证型服务具有面向连接的特性，并通过QoS协商、接纳控制、保留带宽的实时调度等机制来实现。区分型服务具有无连接的特性，主要通过缓冲管理和优先级调度等机制来实现，而无需进行QoS协商和保留带宽等控制。IETF提出了两种QoS保证机制，一是由RSVP提供的保证型服务；二是在区分服务(DiffServ，DS)中定义的区分型服务。保证型

16、服务具有面向连接的特性，并通过QoS协商、接纳控制、保留带宽的实时调度等机制来实现。区分型服务具有无连接的特性，主要通过缓冲管理和优先级调度等机制来实现，而无需进行QoS协商和保留带宽等控制。区分服务规定了一个网络内部转发报文组的传输特性，这些特性可以用定时或静态项来指定，如吞吐量、丢失率、延时及延时抖动等；也可以用访问网络资源的相对优先级项来指定。实现一种区分服务的要素是：该服务是提供给一个流量聚集的；调节功能和PHB用于实现服务；DS字段用于标记报文分组，以选择一个PHB；特定节点实现PHB机制。计算机网络计算机网络1DS字段定义 DS CodePoint CU图8-6 DS字段lDS C

17、odePoint(DSCP)占6位，用于指定该报文分组在各个节点上的PHB；lCU(Currently Unused)占2位，为系统保留，支持DS的节点将忽略CU值。DSCP字段的基本特征：l从DSCP到PHB的映射是可配置的，每个支持DS的节点都要实现这种可配置的映射；lPHB规范空间必须包含一个推荐的缺省DSCP，且是唯一的，在节点所实现的缺省配置中应支持缺省DSCP到PHB的映射；l如果一个报文分组使用了不可识别的DSCP值，则节点应当原样转发该报文分组，无需改变DSCP值，并且不会引起节点故障；lDSCP字段必须与当前惯有方法保持向后兼容。计算机网络计算机网络2PHB 一个PHB是一个

18、节点为一个特定的DS行为集而采取的转发行为(如吞吐量、丢失率、延迟及抖动等)，一个DS行为集占用一个连接，其转发行为将取决于该连接上的负荷。当多个DS行为集竞争一个节点上的缓冲区和带宽资源时，该节点将根据不同的PHB来分配网络资源。区分服务采用基于逐跳(hop-by-hop)的资源分配机制。PHB可以用下列项目定义：相对资源(如缓冲区和带宽)优先级，或者相对流量特性(如延迟、丢失率)。遵守共同约束(例如分组调度和缓冲区管理策略)的PHB可以组成一个PHB组，组内的PHB之间的关系可以使用绝对或相对优先级来表示，例如采用固定或随机阈值的丢弃优先级，但这种关系不是必须的。单独定义的单一PHB是一个

19、PHB 组的特例。计算机网络计算机网络IETF已定义的三个标准PHB：l快速转发 能够充分满足流量对带宽、延迟和丢失包的要求，严格保证所承诺的QoS。快速转发基于ATM CBR的交通机制，它将入口处违反合同的IP分组丢弃，并对出口处的IP分组进行整理。为了保证服务质量，快速转发还能提供虚拟租用线路服务，并且服务成本比较低廉。l保证转发 能够容忍流量速率在一定范围的波动，并对产生突发速率和违反合同的流量进行标记，一旦发生网络阻塞，将会丢弃这些分组。对于突发的流量，可以使用统计多路复用技术进行处理。保证转发并不具有严格意义上的端对端的带宽与延迟保证机制。l尽力服务 系统缺省的QoS服务，它不提供任

20、何的QoS保证，只能使用其它PHB处理完成后所剩余的宽带。计算机网络计算机网络3DS域模型 分组流分组流分组流分组流源节点标记/调节调节边界路由器InternetDS域网络核心网络边界网络边界边界路由器图8-7 区分服务工作模型计算机网络计算机网络4流量分类 通过在上游网络和下游DS域之间建立了一个SLA而将区分服务引入到一个DS域边界。SLA可以定义报文分组的分类和重标记规则，并为流量指定流量脚本(Traffic Profile)和动作。域间的流量调节合同(TCA)是从这个SLA导出的。流量分类策略标识了一个DS域内通过流量调节可以获得区分服务的流量子集。流量分类是实现区分服务的首要条件，其

21、基本原理是根据IP报首部中某些字段的内容来选择标记分组流中的报文分组。流量分类可以采用两种分类器来实现：一是BA(Behavior Aggregate)分类器，它仅基于DSCP字段对报文分组进行分类；二是MF(Multi-Field)分类器，它基于一个或多个字段的组合值(如源地址、目的地址、DS、协议号以及源和目的端口号等)对报文分组进行分类。计算机网络计算机网络5流量调节 流量调节将执行测量、成形、策略以及重标记等操作，以确保进入DS域的流量与TCA规定的规则相一致。分组输入分组输出测量器分类器标记器成形器/丢弃器图8-8 分组分类器和流量调节器框图 计算机网络计算机网络8.5 MPLS协议

22、 Internet核心网中的路由/转发技术的最新发展是多协议标签交换MPLS(Multi Protocol Label Switching)。MPLS起源于IP交换和标记交换技术，它将IP路由控制和第二层交换的简单性无缝地集成起来，是ATM与IP技术的有机结合。在不改变用户现有网络的情况下，MPLS能提供高速、安全、多业务统一的网络平台，将在下一代网络中的选路、交换和分组转发中扮演非常重要的角色，满足网络用户的多种多样的需求。MPLS的最大特点是：同时可以支持多协议，也就是说它不仅可以支持多种上层网络协议，包括IP、IPX等，而且可以运行于不同底层的网络之上。计算机网络计算机网络8.5.1 M

23、PLS的基本原理 1MPLS基础 MPLS协议的关键是引入了标记(Label)的概念。标记是一个包含在每个包中的短的具有固定长度的数值，用于通过网络转发包。MPLS网络由核心部分的标记交换路由器(Lable Switching Router，LSR)和边缘部分的标记边缘路由器(Lable Edge Router，LER)组成。LSR是MPLS网络的核心设备，提供标记交换、标记分发功能，具有第三层转发分组和第二层交换分组的能力；LER是MPLS网络同其他网络相连的边缘设备，它提供流量分类、标记的映射和标记的移除等功能。由于MPLS技术隔绝了标记分发机制与数据流的关系，因此，它的实现并不依赖于特定

24、的数据链路层协议，它可支持多种物理和链路层技术(如IP/ATM、以太网、PPP、帧中继、光传输等)。计算机网络计算机网络标记：20bitCoS：业务等级，3bitS：堆栈底标志，1bitTTL：生存周期，8 bit数据 IP头部 PLS Shim 第二层帧头部标记 CoS S TTL图8-9 MPLS标记格式计算机网络计算机网络 在MPLS网络入口LSR处，分组按照不同转发要求划分成不同转发等价类(Forwarding Equivalence Class，FEC)。FEC是在转发过程中以等效的方式处理的一组数据包，例如目的地址前缀相同的数据包。LSR将每个特定FEC映射到下一跳，即进入网络的每

25、一特定分组都被指定到某个特定的FEC中。每一特定FEC都被编码为一个短而定长的值，称为标记，标记加在分组前成为标记分组，再转发到下一跳。在后续的每一跳上，不再需要分析分组首部，而是用标记作为指针，指向下一跳的输出端口和一个新的标记，标记分组用新标记替代旧标记后经指定的输出端口转发。在出口LSR上，去除标记，使用IP路由机制将分组向目的地转发。选择下一跳的工作可分为两部分：将分组分成FEC和将FEC映射到下一跳。在面向非连接的网络中，每个路由器通过分析分组首部来独立地选择下一跳，而分组首部中包含有比用来判断下一跳丰富得多的信息。传统IP转发中，每个路由器对相同FEC的每个分组都要进行分类和选择下

26、一跳；而在MPLS中，分组只在进入网络时进行FEC分类，并分配一个相应的标记，网络中后续LSR则不再分析分组首部，所有转发直接根据定长的标记转发。有些传统路由器在分析分组首部的同时，不但决定分组的下一跳，而且要决定分组的业务类型CoS(Class of Service)，以给予不同的服务规则。计算机网络计算机网络2标记栈操作与标记交换路径 MPLS分组上承载一系列按照“后进先出”方式组织起来的标记，该结构称作标记栈，从栈顶开始处理标记。若一个分组的标记栈深度为m，则位于栈底的标记为1级标记，位于栈顶的标记为m级标记。未打标记的分组可看作标记栈为空(即标记栈深度为零)的分组。标记分组到达LSR通

27、常先执行标记栈顶的出栈(pop)操作，然后将一个或多个特定的新标记压入(push)标记栈顶。如果分组的下一跳为某个LSR自身，则该LSR将栈顶标记弹出并将由此得到的分组“转发”给自己。此后，如果标记弹出后标记栈不空，则LSR根据标记栈保留信息做出后续转发决定；如果标记弹出后标记栈为空，则LSR根据IP分组首部路由转发该分组。LSR是MPLS网络的基本单元，主要由控制单元与转发单元两部分构成，这种功能上的分离有利于控制算法的升级。其中，控制单元负责路由的选择，MPLS控制协议的执行、标记的分配与发布以及标记信息库(LIB)的形成。转发单元只负责依据标记信息库建立标记转发表(LFIB)，对标记分组

28、进行简单的转发操作。其中，LFIB是MPLS转发的关键。LFIB使用标记来进行索引，相当于IP网络中的路由表。LFIB表项的内容包括：入标记、转发等价类、出标记、出接口、出封装方式等。计算机网络计算机网络 MPLS功能的本质是将分组业务划分为FEC，相同FEC的业务流在标记交换路径(Lable Switching Path，LSP)上交换。MPLS实际上是一个面向连接的系统，标记的分发实际上就是一个建立连接的过程，也即建立了一条LSP。LSP可以是动态的，也可以是静态的。动态LSP是通过路由信息自动生成，静态LSP是被明确提供的。一般来说，由下游节点向上游节点分发标记，连成一串的标记和路由器序

29、列就构成了LSP。LSP的建立可以使用两种方式：独立方式(Independent)和有序方式(Ordered)。在独立方式中，任何LSR可以在任何时候为每个可识别的FEC流进行标记分发，并将该绑定分发给标记分发对等体；而在有序方式中，一个流的标记分发从这个FEC流所属的出口节点开始，由下游向上游逐级绑定，这样可以保证整个网络内标记与流的映射一一对应。LSP有序控制方式和独立控制方式应能够相互操作。一条LSP中，如果并非所有LSR均使用有序控制，则控制方式的整体效果为独立控制。LSR应支持两种控制方式之一，控制方式由LSR本地选择。计算机网络计算机网络3MPLS路由选择 这里的路由选择是指为特定

30、FEC选择LSP的选路方法。MPLS使用两种路由方法：逐跳路由和显式路由。逐跳路由使用传统的动态路由算法来决定LSP的下一跳，每个节点独立地为FEC选择下一跳，对于下一跳的改变由本地决定，发生故障时路径的修复也由本地完成。显式路由则使用流量工程技术或者手工制定路由，不受动态路由影响，路由计算中可以考虑各种约束条件(如策略、CoS等级)，每个LSR不能独立地选择下一跳，而是由LSP的入口/出口LSR规定位于LSP上的LSR。逐跳路由实现上比较简单，可以利用传统路由协议(如OSPF、IS-IS)以及现有设备中的路由功能，但对于故障路径的恢复有赖于路由协议的汇聚时间，并且不具备流量工程能力。显式路由

31、可以根据各种约束参数来计算路径，可以赋予不同LSP以不同的服务等级，可以为故障的LSP进行快速重路由，适于实现流量工程与QoS业务，能够更好的满足ISP的特定要求。计算机网络计算机网络8.5.2标记分发协议 LSP实质上是一个MPLS隧道，而隧道建立过程则是通过标记分发协议的工作实现的。标记分发协议是LSR将它所做的标记/FEC绑定通知到另一个LSR的协议族，使用标记分发协议交换标记/FEC绑定信息的两个LSR被称为对应于相应绑定信息的标记分发对等实体。标记分发协议还包括标记分发对等实体为了获知彼此的MPLS能力而进行的任何协商。计算机网络计算机网络三种标记分发协议：l基本的标记分发协议(LD

32、P)LDP是基本的MPLS信令与控制协议，它规定了各种消息格式以及操作规程，LDP与传统路由算法相结合，通过在TCP连接上传送各种消息、分配标记、发布映射、建立维护标记转发表和标记交换路径。但如果需要支持显式路由、流量工程和QoS等业务时，就必须使用后两种标记分发协议。l基于约束的LDP(CR-LDP)CR-LDP是LDP协议的扩展，它仍然采用标准的LDP消息，与LDP共享TCP连接。CR-LDP的特征在于通过网管制定或是在路由计算中引入约束参数的方法建立显式路由，从而实现流量工程等功能。l扩展RSVP(RSVP-TE)。RSVP本来就是为了解决TCP/IP网络服务质量问题而设计的协议。将该协

33、议进行扩展得到的RSVP-TE也能够实现各种所需功能，在该协议实现中将RSVP作用对象从流转变为FEC，降低了颗粒度，也就提高了网络的扩展性。计算机网络计算机网络8.5.3 MPLS技术的应用 1流量工程 将业务流从由IGP计算得到的最短路径转移到网络中可能的、无阻塞的物理路径上去，通过控制IP包在网络中所走过的路径，避免业务流向已经拥塞的节点，实现网络资源的合理利用。2服务等级 MPLS的QoS是由LER和LSR共同实现的在LER上对IP包进行分类，将IP包的业务类型映射到LSP的服务等级上；在LER和LSR上同时进行带宽管理和业务量控制，从而保证每种业务的服务质量得到满足，改变了传统IP网

34、“尽力而为”的状况。3虚拟专网 为给客户提供一个可行的VPN服务，ISP要解决数据保密及VPN内专用IP地址重复使用问题。由于MPLS的转发是基于标签的值，并不依赖于分组报首部内所包含的目的地址，因此有效地解决了这两个问题。计算机网络计算机网络8.6 RTP协议 实时传输协议(Real-time Transport Protocol，RTP)是一种独立于应用程序的协议规范，是用来解决IP网上为传送实时数据包的一种IETF标准协议。开发RTP的目的就是为了满足用于音频和视频这类连续媒体数据的实时通信的要求，在会话中提供协同工作和控制的能力，为具有实时特性的数据传送提供服务。RTP由两个紧密相关的

35、部分组成：实时传输协议(RTP)和实时传输控制协议(RTCP)。RTP主要用于承载多媒体数据，并通过包首部时间参数的配置使其具有实时的特征。RTCP主要用于周期地传送RTCP包，监视RTP传输的服务质量。计算机网络计算机网络8.6.1 实时传输协议(RTP)图8-10 RTP数据报文首部格式计算机网络计算机网络l版本(V)：RTP协议版本号，占用2bit。l填充(P)：指明负载区最后是否有填充数据。如果有填充数据，则负载区的最后一个字节中装载填充数据的长度，占用1bit。l扩展(X)：指明12个字节后是否存在扩展部分，占用1bit。lCSRC计数(CC)：指明CSRC的个数，占用4bit。l标

36、记(M)：根据装载数据类型的不同而不同，例如，对于视频信号表示一帧数据结束，对于音频信号表示两个静默区之间的通话开始，占用1bit。l负载类型(PT)：表示负载类型和媒体的编码方式，占用7bit。l序列号(Sequence Number，SN)：接收端可通过序列号检测数据包传输过程中的丢包情况以及失序情况。序列号的初始值是随机分配的。每发送一个RTP数据包，序列号就加1。为了通信过程中的安全性，第一次生成RTP包时，序列号的初始值是一随机数，而不是0。SN占用16bit。计算机网络计算机网络l时间戳(Timestamp)：描述RTP包中数据的采样时刻，主要用于同步和计算时延。时钟频率和数据格式

37、有关，不能使用系统时钟。对固定速率的音频来说，每次取样时戳时钟增1。与包序列号一样，时间戳的初始值也是一随机数。如果多个连续RTP包在逻辑上是同时产生的，那么它们的时间戳相同。时间戳占用4byte。l同步源标识(Synchronization Source Identifier，SSRC)：用于标识同步资源。SSRC是随机选取的。在一个RTP会话中，两个SSRC不能有相同的值。SSRC占用4byte。l贡献源标识(Contributing Source Identifiers，CSRC)：用以识别与RTP包中负荷相关(提供负荷)的源。由于CC项只有4位长，当贡献源超过15个时，只能识别15个。

38、CSRC由混合器(Mixer)通过贡献源的SSRC识别符插入到RTP包中。CSRC包含015项、每项占4byte。计算机网络计算机网络8.6.2实时传输控制协议(RTCP)RTP本身并不能为按顺序传送的数据包提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，这些控制是由RTCP(Real-time Transport Control Protocol)提供的。RTP的RTCP通过在会话用户之间周期性地递交控制报文来完成监听服务质量和交换会话用户信息等功能。根据用户间的数据传输反馈信息，可以制定流量控制的策略，而会话用户信息的交互，可以制定会话控制的策略。RTCP将控制包周期发送给所有连接者，应用

39、与数据报文相同的分布机制。底层协议提供数据与控制包的复用，如使用单独的UDP端口号。计算机网络计算机网络RTCP执行下列四大功能：提供数据发布的质量反馈，这是RTCP最主要的功能。发送带有称作规范名字(CNAME)的RTP源持久传输层标识。用于控制RTCP包数量的数量用语。传送最小连接控制信息。RTCP报文的类型：lSR(Sender Report)：发送报告，当前活动发送者发送、接收统计。lRR(Receiver Report)接收报告，非活动发送者接收统计。lSDES(Source Description)：源描述项，包括CNAME。lBYE(Goodbye)：表示结束。lAPP(Appl

40、ication-defined)：特定应用函数。计算机网络计算机网络8.6.3 RTP的实现 控制平面数据平面压缩打包后的音频、视频数据RTP层RTCP层RTSP/SIP层UDP/TCP层IP层Internet图8-11 服务器端的RTP实现框图计算机网络计算机网络8.7分布式多媒体应用系统 分布式多媒体应用是指在计算机网络支持下的多媒体应用技术，它比单机环境下的多媒体应用要复杂得多，对计算机支撑环境，尤其是网络支撑环境要求高。近年来，随着高速网络技术的发展，大大改善了分布式多媒体应用环境，推动了分布式多媒体应用的发展，出现了很多分布式多媒体应用系统，如多媒体会议系统、远程教育系统、远程医疗系

41、统、远程监控系统等等。计算机网络计算机网络8.7.1 多媒体会议系统 1多媒体会议系统概述 2多媒体会议系统发展的趋势 lH.320和传统会议电视lH.323 和宽带网络lInternet视频通信计算机网络计算机网络8.7.2 远程教育系统 1远程教育系统的网络平台 2远程教育系统软件技术平台 l教学软件平台l支撑软件平台：Internet应用技术；虚拟现实技术；超媒体技术；信息检索技术。计算机网络计算机网络8.7.3 远程医疗系统 远程医疗系统是指利用通信和信息技术来实现异地疾病诊断、治疗和健康护理等多种医学功能的医疗模式。远程医疗可分两种基本操作模式：实时处理与“存储后用”。远程医疗系统所

42、涉及的技术与端到端的多媒体会议系统有很多相同之处。目前，远程医疗的应用主要集中在两个方面：l远程专家会诊l医学资料的计算机管理和网络化计算机网络计算机网络8.8多媒体信息在因特网上的传输8.8.1音频信息在因特网上的传输VoIP及IP电话 VoIP是一种以IP电话为主，并推出相应的增值业务的技术。它最大的优势是能广泛地采用Internet和全球IP互连的环境，提供比传统业务更多、更好的服务。VoIP可以在IP网络上便宜的传送语音、传真、视频、和数据等业务，如统一消息、虚拟电话、虚拟语音/传真邮箱、查号业务、Internet呼叫中心、Internet呼叫管理、电视会议、电子商务、传真存储转发和各

43、种信息的存储转发等。VoIP是以IP分组交换网络为传输平台，对模拟的语音信号进行压缩、打包等一系列的特殊处理，使之可以采用无连接的UDP协议进行传输。计算机网络计算机网络模拟语音数字语音分组语音模拟语音数字语音分组语音模拟语音数字语音分组语音IP分组网络语音代理语音代理语音代理图8-12 VoIP的模型结构计算机网络计算机网络1语音-数据转换 语音信号是模拟波形，通过IP方式来传输语音，不管是实时应用业务还是非实时应用业务，首先要对语音信号进行模拟数据转换，也就是对模拟语音信号进行8位或6位的量化，然后送入到缓冲存储区中。缓冲器的大小可以根据延迟和编码的要求选择。2原数据到IP转换 语音信号进

44、行数字编码后，下一步就是对语音包以特定的帧长进行压缩编码。大部份的编码器都有特定的帧长，若一个编码器使用15ms的帧，则把接收到的60ms的包分成4帧，并按顺序进行编码。每个帧120个语音样点(抽样率为8kHz)。编码后，将4个压缩的帧合成一个压缩的语音包送入网络处理器。网络处理器为语音添加包首部、时戳和其它信息后通过网络传送到另一端点。3传送 在这个通道中，全部网络被看成一个从输入端接收语音包，然后在一定时间(t)内将其传送到网络输出端。t可以在某全范围内变化，反映了网络传输中的抖动。网络中的中间节点检查每个IP数据附带的寻址信息，并使用这个信息把该数据报转发到目的地路径上的下一站。计算机网

45、络计算机网络4IP包-数据的转换 目的地VoIP设备接收IP数据并开始处理。网络提供一个可变长度的缓冲器，用来调节网络产生的抖动。其次，解码器将经过编码的语音包解压缩，产生新的语音包，这个模块也可以按帧进行操作，完全和解码器的长度相同。若帧长度为15ms，则60ms的语音包被分成4帧，然后它们被解码还原成60ms的语音数据流送入解码缓冲器。在数据报的处理过程中，去掉寻址和控制信息，保留原始的原数据，然后把这个原数据提供给解码器。5 数字语音转换为模拟语音 播放驱动器将缓冲器中的语音样点(480个)取出送入声卡，通过扬声器按预定的频率(例如8kHz)播出。计算机网络计算机网络接收器解压缩解码器播

46、放器模数转换器IP封装/发 送器压缩编码器数模转换器接收器IP解包分组网络图8-13 VoIP传输的基本过程 计算机网络计算机网络VoIP的关键技术：信令技术。包括ITU-TH.323和IETF会话初始化协议SIP(SessionInitationProtocol)两套标准体系，还涉及到进行实时同步连续媒体流传输控制的实时流协议TRSP。媒体编码技术。包括流行的G.723.1、G.729，G.729A话音压缩编码算法和MPEG-II多媒体压缩技术。媒体实时传输技术。主要采用实时传输协议RTP。业务质量保障技术。采用资源预留协议RSVP和用于业务质量监控的实时传输控制协议RTCP来避免网络拥塞，

47、保障通话质量。网络传输技术。主要是TCP和UDP。计算机网络计算机网络8.8.2视频点播 VOD(Video On Demand)即视频点播技术，也称交互式电视点播系统，即按需要的视频流播放。用户不必遵守传统的时间表，而是根据自己的意思随时点播希望收看的节目，从根本上改变了过去被子动式收看电视的不足，形象地说，使用视频点播业务就如同在自己的录像机或影碟机上看节目一样方便，用户不仅可以自由调用节目，还可以对节目实现编辑与处理(如暂停、快/慢进、搜索等等)，获得与节目相关的详细信息，系统甚至可以通过记忆和存储用户选择来向用户推荐节目。计算机网络计算机网络1视频服务器的功能 请求处理：接收用户的访问

48、请求。许可控制：检查用户的权限，考虑新请求的加入是否影响已有服务的性能。数据检索：从服务器的存储系统中检索数据的存放位置。可靠的流传输：向用户提供一个实时的数据流。支持类似VCR的操作功能。2VOD系统的应用领域 影视歌曲点播教育和培训多媒体信息发布交互式多媒体展示计算机网络计算机网络8.9 小结 多媒体通信网络技术总的发展趋势是信息传输的超高速和网络功能的高度智能化。随着网络体系结构的演变和宽带技术的发展，传统网络向下一代网络(NGN)的演进是不可避免的大趋势，基于软交换(Soft Switch)的下一代网络开展的传统的语音业务和多媒体业务的商业应用已逐步出现。从发展的角度来看，NGN是传统基于时分复用(TDM)的PSTN逐步向基于IP/ATM的分组网络的演进，是PSTN与分组网融合的产物。从网络的角度看，以软交换为核心，结合媒体网关、信令网关、互联电路交换网和分组网，逐步实现业务层的融合和网络的统一管理。从技术层面上看，融合将体现在语音技术与数据技术的融合、电路交换与分组交换的融合、传输与交换的融合、电与光的融合。计算机网络计算机网络