实用计算机网络教程第7章-网络多媒体技术

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1、实用计算机网络教程实用计算机网络教程第第7 7章章 网络多网络多 媒体技术媒体技术Date1实用计算机网络教程实用计算机网络教程目 录7.1 网络多媒体概述7.2 因特网服务质量保证技术 7.2.1 网络多媒体数据传输对网络性能的要求 7.2.2 分组网络服务质量保证的理论基础 7.2.3 集成服务(IntServ)模型 7.2.4 区分服务（Diff-Serv）模型7.1.1 多媒体的概念 7.1.2 网络多媒体 7.1.3 网络多媒体应用 7.1.4 网络多媒体的关键技术7.3 网络多媒体服务质量自适应控制机制 7.3.1 端到端的QoS层次模型 7.3.2 端到端的QoS保证机制 7.3

2、.3 端到端服务质量保证的自适应控制机制Date2实用计算机网络教程实用计算机网络教程目 录7.4 网络多媒体相关协议7.5 内容分发网络与网络多媒体7.5.1 内容分发网络技术概述 7.5.2 CDN 的体系结构与工作原理 7.5.3 CDN的关键技术 7.5.4 CDN与网络多媒体应用 7.4.1 实时传输协议RTP 7.4.2 实时流协议RTSP 7.4.3 会话发起协议SIP 7.6 P2P流媒体系统 7.6.1 P2P技术概述 7.6.2 P2P流媒体系统结构与工作原理 7.6.3 P2P流媒体系统关键技术 7.6.4 基于P2P技术的流媒体系统实例 7.6.5 CDN和P2P技术的

3、融合Date3实用计算机网络教程实用计算机网络教程 7.1 网络多媒体概述v7.1.1 多媒体的概念媒体（Media）就是信息的载体，是人与人之间、人与 机器之间以及机器与机器之间实现信息交流的中介， 也称为媒介或媒质。 多媒体指的是感觉媒体，即在多媒体应用中呈现给用 户的媒体形式，它主要包括：文本、图形、图像、音 频、视频、动画等。 计算机领域的所谓多媒体技术，是指能够同时采集、 处理、存储、传输和展现两个或以上不同类型信息媒 体、且这些信息可以在人机之间进行交互的技术。 Date4实用计算机网络教程实用计算机网络教程 7.1.2 网络多媒体v单个计算机进行多媒体信息处理有很大的缺点：一是不

4、能 及时获取多媒体信息，很难保证信息的及时性；二是难以 共享多媒体信息。 v多媒体内容数据量大,具有严格的处理时间要求。v为网络多媒体（networked multimedia），指的是由地理 上处于不同位置的多方构成，相互之间通过网络进行通信 和信息交换的多媒体应用。v由于因特网的普遍性，网络多媒体主要是构建在因特网或 IP网络上。 v流媒体(streaming media)，即流式音频/视频。它是网络 多媒体的一种形式，现阶段已经成为主要形式。 Date5实用计算机网络教程实用计算机网络教程 7.1.3 网络多媒体应用v网络多媒体技术利用通信网络，特别是Internet传送多媒 体数据，从

5、而满足各种应用需求。当前，以网络多媒体为基本 组成部分的应用有很多，比如多媒体远程教育、可视电话、视频会议 、视频网络及IPTV等。v基于下一代因特网的网络多媒体应用更加复杂，功能也更加强大，与 传输的多媒体应用相比，具有以下的发展趋势或基本特点： 宽带化，视频、音频成分增加，具有很高的比特率，需要更高的网络带 宽； 交互性增强，改变了过去使用者被动接受的状况，可以更多地参与其中 ，如交互式电视，网络游戏等； 普及程度高，使用广泛，具有无所不在的特点，与人们的工作、学习和 生活紧密相关。Date6实用计算机网络教程实用计算机网络教程 7.1.4 网络多媒体的关键技术v网络多媒体系统与一般的数据

6、传输系统的根本区别在于传输的对象是 多媒体数据。相比于普通数据，多媒体数据具有特殊的传输质量要求 。多媒体数据具有严格的时间要求。 v网络多媒体的支撑技术主要包括信号处理技术、多媒体终端实现技术 和计算机网络技术。 v网络多媒体涉及的关键技术包括： 多媒体通信网络必须有足够的带宽。 网络必须满足多媒体通信的实时性和可靠性要求，以保证服务质量。 媒体同步要求，包括媒体间同步和媒体内同步。 v压缩编码是数字信号处理中最具挑战性的技术 。 v新型的多媒体终端是具有智能、体积小的便携式终端，可方便用于移 动场合。对于流媒体应用，还需要终端和网络密切配合以保证较好的 应用性能。 Date7实用计算机网络

7、教程实用计算机网络教程 7.2 因特网服务质量保证技术v服务质量 (Quality of Service，QoS)是指为决定用户对 服务的满意程度的一组服务性能参数。网络的吞吐能力、 传输延时、延时抖动和差错率是常用的QoS参数。v从服务质量保证的角度，因特网目前存在以下不足： 在发生瞬时拥塞时，路由器提供的时间响应不可预测。 对不同的业务流类型不能提供优先级的服务，不能动态地请求（或修改 ）端到端的服务质量。 缺乏完善的机制可用于审计网络资源使用情况。v目前大部分的信道带宽有限，而未来则可能出现带宽要求 更高的多媒体应用，所以QoS的研究还是必要的。Date8实用计算机网络教程实用计算机网络

8、教程 7.2.1 网络多媒体数据传输对网络性能的要求v为支持多媒体数据传输，网络必须满足一定的性 能指标：吞吐量、传输延时 、延时抖动 、差错率 。 吞吐量是指网络传送二进制信号的速率，也称比特率，或 网络的传输延时(Transmission delay)定义为信源发送出第1个比 特到信宿接收到第1个之间的时间差,它包括电(或光)信号在物理 介质中的传播延时(Propagation delay)和数据在网中的处理延时 （如复用/解复用时间，在网络节点中排队交换的时间等）。 网络传输延时的变化称为网络的延时抖动(Delay jitter)。 在传输系统中产生的差错由以下几种方式度量：误码率BRE

9、 、分 组差错率PER、分组丢失率PLR 。 Date9实用计算机网络教程实用计算机网络教程 7.2.2 分组网络服务质量保证的理论基础v早在1992年，D.Clark等人的论文描述了在分组数据网络上支持实 时业务流的体系结构。他们提议的两种算法在当今支持QoS的路 由器中被大量采用：令牌桶过滤器，用以刻划某类服务的业务流 特征；加权公平队列（weighted fair queuing, WFQ）算法，用以 实现离开路由器的分组调度。 一个令牌桶过滤器可由两个参数完全描述：B表示令牌桶的最大深度 ，R表示令牌连续注入令牌桶的速率。当长度为P 字节的分组通过时 ，将消耗桶内P个令牌。除非令牌桶内

10、有足够的令牌，否则分组将不 被发送。如果发送源在发送分组时，若令牌桶内始终有足够的令牌供 其使用（不会因没有令牌而等待），则称发送源的流量符合令牌桶过 滤器（R，B）。考虑到R对B的影响，对于给定的流量产生过程，可定 义一个非递增的函数B（R），使得该过程符合令牌桶（R，B（R） 。 为了得到可预期的时延信息，研究者们提出了一些基于时间戳（time stamp） 算法。这些算法将预先确定的各链路速率集R作为输入，每个流最终的时延取 决于其对应的令牌桶深度B（R），各流的时延相互独立。公平队列算法4是 这些算法中较早的一个，它的本质是路由器的每个出口链路有多个独立的队列 ，每个队列用于服务一个数

11、据流。Date10实用计算机网络教程实用计算机网络教程 7.2.2 分组网络服务质量保证的理论基础令牌桶分组过滤器的工作原理图 分组到达漏桶中最多 装入B个令牌消费 令牌准许分组进入网络等待令牌在任何时间间隔 t 内准许进入网络的分组数 = R t + B标记注入漏桶的速率为每秒 R 个令牌Date11实用计算机网络教程实用计算机网络教程 7.2.2 分组网络服务质量保证的理论基础加权公平队列工作原理图分组离开 路由器分组到达 路由器调度分类器w1w2w3123路由器Date12实用计算机网络教程实用计算机网络教程 7.2.3 集成服务(IntServ)模型v提供QoS保证最关键的两个因素如下

12、： 为了提高网络负载的可预测性，如何规范和限制进入网络中的流 量； 在发生瞬时网络拥塞时，路由器如何处理汇聚流量中不同种类的 分组。 v集成服务致力于扩展现有的IP服务模型以同时支持实时应用和原来尽 力而为的传送模式。集成服务模型是一个综合的服务质量保证模型， 它可以满足多种QoS需求。它的一个重要特点是借鉴了电信网中的信 令（signaling）机制。集成服务提出了一个重要的概念：“流”（ flow）。所谓流指的一个类似于TCP连接的分组流（stream）。 vIntegrated service可以提供以下两种服务：保证服务（Guaranteed service）、受控负载服务（Contr

13、olled-Load service） 。 Date13实用计算机网络教程实用计算机网络教程 7.2.3 集成服务(IntServ)模型vIntServ 体系结构主要由四个组成部分： 资源预留协议 RSVP，它是 IntServ 的信令协议，它与路径中的路由器协商应用 的QoS和相应的资源需求。 接纳控制(admission control)，用来决定是否同意对某一资源的请求。 分类器(classifier)，用来将进入路由器的分组进行分类，并根据分类的结果将 不同类别的分组放入特定的队列。 调度器(scheduler)，根据服务质量要求决定分组发送的前后顺序。IntServ模型体系结构 v在

14、多媒体实时通信业务中，组播技术是简便而又有效的实现资源共享的重要 技术。RSVP协议是为组播业务而设计的。 路由选择协议路由选择数据库RSVP接纳控制管理代理流量控制 数据库分类器与 分组转发调度器 分组入分组出Date14实用计算机网络教程实用计算机网络教程 7.2.4 区分服务（Diff-Serv）模型 v区分服务模型的基本思想是在网络的入口处为分组标记一个码点（ code point），码点用于指示分组在网络转发路径的中间结点上应该 被处理的方式。这样对每个分组进行的复杂处理被推到了网络边缘， 核心网的主要任务只是根据分组首部的码点对其采用相应的转发措施 。 区分服务模型是在网络的边缘对

15、个别的流进行分类，分组被标记为属于特定的服务类后注入网 络，在网络的中间结点上针对不同的服务类进行转发处理。转发分组的核心路由器将检查分组 首部的码点判别其所属的服务类，决定如何对其处理（例如，将其置于哪个传输队列）。为了 实现这些功能，区分服务定义了一些组件。 区分服务的工作原理 ：区分服务建立在一个简单的模型之上，其主要机制是流量调节和基于 PHB的转发。 区分服务的工作原理框图内部路由器边界路由器 （入口）边界路由器 （出口）分类器标记器整形器测定器根据 DS 值 进行转发调节器分组入分组出丢弃Date15实用计算机网络教程实用计算机网络教程 7.2.4 区分服务（Diff-Serv）模

16、型v Intserv与Diffserv之间的互通 一般来讲，在IP网络中提供QoS 保证时，为了实现规模适应性，在IP骨干 网往往需要采用Diffserv体系结构，在IP边缘网可以有两种选择：采用 Diffserv体系结构或采用Intserv体系结构。目前在IP边缘网络采用哪一 种QoS体系结构还没有定论，也许这两种会同时并存于IP边缘网中。在IP 边缘网采用Diffserv体系结构的情况下，IP骨干网与IP边缘网之间的互通 没有问题。在IP边缘网采用Intserv体系结构的情况下，需要解决Intserv 与Diffserv之间的互通问题，包括RSVP在Diffserv域的处理方式、 Intserv支持的业务与Diffserv支持的PHB （Per Hop Behavior）之间的 映射。Date16实用计算机网络教程实用计算机网络教程 7.3 网络多媒体服务质量自适应控制机制v网络多媒体技术的核心问题是传输多媒体数据流 的服务质量QoS控制 。v多媒体数据的最终接受者是终端用