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1、第10章 网络多媒体应用技术,10.1 计算机网络上的多媒体应用概述,1VOD服务 2视频会议 3网络电话 4远程教学,10.1.1 网络上的多媒体应用实例,5产品广告及购物 6远程医疗 7娱乐和游戏,10.1.2 网络多媒体技术的发展方向,多媒体技术的发展趋势集中在以下几点： 高分辨率化，提高显示质量； 简单化，便于操作； 高维化，三维、四维或更高维； 智能化，提高信息识别能力； 标准化，便于信息交换和资源共享。 多媒体技术总的发展趋势是具有更好、更自然的交互性，更大范围的信息存取服务，为未来人类生活创造出一个在功能、空间、时间及人与人交互方面更完美崭新的世界,10.2 网络多媒体技术原理,
2、多媒体计算机网络是在网络协议的控制下，通过网络通信设备和线路将分布在不同地理位置，且具有独立功能的多个多媒体计算机系统进行连接，并通过多媒体网络操作系统等网络软件实现资源共享的多机系统。,10.2.1 FDDI网,FDDI是采用光纤分布式数据接口的一种高性能光纤标记环型局域网。FDDI的速率为100Mb/s，使用光纤传输介质，适用于各项指标要求比较严格的高数据流网络的主干部分。,FDDI和令牌环网一样使用令牌传递作为介质访问控制方法。不同的是，在令牌环网络中，令牌绕行整个环一周回到发送节点后才被释放，绕行期间的这段延迟时间被浪费掉了，发送节点释放前，其他任何节点都不能发送信息。而FDDI采用一
3、种称为早期令牌释放的技术，即发送节点在帧发送完毕后立刻释放令牌，这个令牌能够被环中一个要发送信息的节点捕获，此时环上将有不止一个令牌在同时传输数据。这种令牌释放技术使得每个节点平均等待时间减少，提高了网络利用率，从而达到提高速度的目的。,10.2.2 以太网,以太网（Ethernet）是一种以10Mb/s的速度传输数据的通信协议标准，是一种世界上应用最广泛、最为常见的网络技术。 20世纪90年代中期，出现了快速以太网（100 Mb/s），它在保持帧格式、MAC（介质存取控制）机制和MTU（最大传送单元）质量的前提下，其速率增加到原来的10倍。 千兆以太网是一种新型高速局域网，它可以提供1Gb/
4、s的通信带宽，采用和传统10M、100M以太网同样的CSMA/CD协议和帧格式，因此可以实现在原有低速以太网基础上平滑、连续性的网络升级。,1以太网具有的一般特征,(1)共享媒体。所有网络设备依次使用同一通信媒体。 (2)广播域。需要传输的帧被发送到所有节点，但只有寻找到的节点才会收到帧。 (3)CSMA/CD。以太网中利用载波监听多路访问冲突检测方法（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）以防止多节点同时发送。 (4)MAC地址。媒体访问控制层的所有Ethernet网络接口卡（NIC）都采用48位网络地址，这种地址全球唯一。,2以
5、太网基本网络组成,(1) 共享媒体和电缆 (2) 转发器或集线器 (3) 网桥 (4) 交换机,3以太网的传输速率,10Mb/s-10Base-T Ethernet（IEEE802.3） 100Mb/s-Fast Ethernet（IEEE802.3u） 1000Mb/s-Gigabit Ethernet（IEEE802.3z） 10Gigabit Ethernet（IEEE802.3ae）,10.2.3 ATM技术,ATM是异步传输模式的英文缩写。ATM技术是在电路交换方式和高速分组交换方式基础上发展起来的一种新技术，它继承了电路交换方式中速率的独立性和高速分组交换方式对任意速率的适应性，并
6、针对两者的缺点采取有效对策，以实现高速传送综合业务信息的能力。,在电路交换模式中，收发两端之间建立了一条传输速率固定的信息通路。在通信过程中，不论是否收发了信息，该通路均被某呼叫所独占，这种信息传送模式被称为同步传输模式。而在分组交换模式中，不对呼叫分配固定电路，仅当发送信息时才送出分组。 ATM技术所基于的工作原理是分解业务信号，把这些信号映射成固定长度的ATM信元，以异步方式多路复用这些ATM信元，从而组成连续传输的数据流，接着通过网络上的虚拟通信信道，使数据流实现高速交换和传输。 ATM信元的固定长度为53个字节，其中5个字节为头标，其余48字节为数据。,10.2.4 宽带IP网,新一代
7、宽带IP网络是建立在现有的网络技术及当前最先进的网络传输技术基础上。 典型的相关技术有IP over ATM、IP over SDH、IP over WDM等。,1IP over ATM,IP over ATM的基本原理和工作方式是将IP数据包在ATM层全部封装为ATM信元，以ATM信元形式在信道中传输。当网络中的交换机接收到一个数据包时，它首先根据IP数据包的IP地址通过某种机制进行路由地址的处理，按路由转发。随后按已计算的路由在ATM网上建立虚电路（VC）。以后的IP数据包将在此虚电路VC上以直通方式经过路由器传输。,IP over ATM具有以下优点： 由于ATM技术本身能提供QoS保证
8、，因此可利用此特点提高IP业务的服务质量。 具有良好的流量控制均衡能力以及故障恢复能力，网络可靠性高。 适应于多业务，具有良好的网络可扩展能力。 对其他几种网络协议如IPX等提供支持。,IP over ATM具有以下不足,目前，IP over ATM还不能提供完全的QoS保证。 对IP路由的支持一般，IP数据包分割加入大量头信息，造成很大的带宽浪费。 在复制多路广播方面缺乏高效率。 由于ATM本身技术复杂，导致管理复杂。,2IP over SDH,IP over SDH技术是将IP分组通过点到点协议PPP直接映射到SDH帧，省掉了中间的ATM层，从而保留了Internet的无连接特征，网络体系
9、结构简单，传输效率较高，技术较为成熟。,IP over SDH具有以下优点：,对IP路由的支持能力强，具有很高的IP传输效率。 符合Internet业务的特点，如有利于实施多路广播方式。 能利用SDH技术本身的环路，故可利用愈合能力达到链路纠错，同时又利用OSPF协议防备因链路故障造成的网络停顿，提高网络的稳定性。 省略了不必要的ATM层，简化了网络结构，降低了运行费用。,IP over SDH具有以下不足,仅对IP业务提供好的支持，不适于多业务平台。 不能像IP over ATM技术那样提供较好的服务质量保障（QoS）. 对IPX等其他主要网络技术支持有限。,3IP over WDM,IP
10、over WDM也称光因特网。其基本原理和工作方式是在发送端，将不同波长的光信号组合（复用）送入一根光纤中传输，在接收端，又将组合光信号分开（解复用）并送入不同终端。高性能路由器通过光ADM或WDM耦合器直接连至WDM光纤，由它控制波长接入、交换、选路和保护。,IP over WDM具有以下优点：,充分利用光纤的带宽资源，极大地提高了带宽和相对的传输速率。 传输码率、数据格式及调制方式透明。可以传送不同码率的ATM、SDH和千兆以太网格式的业务。 不仅可以与现有通信网络兼容，还可以支持未来的宽带业务网及网络升级，并具有可推广性、高度生存性等特点。,IP over WDM具有如下不足,目前波长标
11、准化还没有实现。一般取193.1THz为参考频率，间隔为100GHz。 WDM系统的网络管理应与其传输的信号的网管分离，由于光信号的处理技术还不完善，从而导致WDM系统的网络管理还不成熟。 目前WDM系统的网络拓朴结构只有基于点对点的方式，还没有形成“光网”。,10.3 网络多媒体的标准和通讯协议,10.3.1 Ipv6协议 Internet起源于1968年开始研究的ARPANET，当时的研究者过于保守地估计了网络的发展速度，因此他们将IP协议的地址长度设定为32个二进制位，其前8位标识网络，后24位标识主机。 随着网络需求和应用的快速发展，引发了地址不足的危机，为了彻底解决IPv4存在的问题
12、，IETF（互联网工程任务组）从1995年开始研究开发下一代IP协议，即IPv6。IPv6具有长达128位的地址空间，可以彻底解决IPv4地址不足的问题，除此之外，IPv6还采用分级地址模式、高效IP包头、主机地址自动配置、服务质量保证、认证和加密等许多技术。,1IPv6协议规范,IPv6数据报有一个40个字节的基本首部（Base Header）。其后可允许有0个或多个扩展首部（Extension Header），再后面是数据。基本首部具有固定的长度（40字节），放置所有路由器都需要处理的信息。IPv4的首部有15个域，而IPv6只有8个域，IPv4的首部长度是由IHL域来指定的，而IPv6的
13、首部长度是固定40个字节。这就使得路由器在处理IPv6报头时显得更为轻松。与此同时，IPv6还定义了多种扩展首部，这使得IPv6变得极其灵活，能提供对多种应用的强力支持，同时又为以后支持新的应用提供了可能。,IPv6的首部格式,IPv6首部字段说明,2IPv6的主要特点,（1）无限的地址空间 IPv6的地址是128字节的，可能的地址数是2128个。 （2）头部的简化和可扩展性 报头的简化是IPv6的另一个主要进步，IPv6仅包含8个字段。这使路由器处理分组的速度加快，提高了吞吐率。 （）安全性的提高 IPv6利用数据报头的扩展部分，可以提供路由器级的安全性。 （）高性能和高服务质量保证 加长的
14、Payload Length使数据包可以远远超过64KB，应用程序可以利用最大传输单元（MTU）特征获得更快、更可靠的数据传输。,3IPv4向IPv6的演进,(1)逐步演进：已有的IPv4网络节点可以随时演进，不受限于相关网络节点运行IP协议的版本； (2)逐步部署：新的IPv6网络节点可以随时增加到网络中； (3)地址兼容：当IPv4网络节点演进到IPv6时，IPv4的IP地址还可以继续使用； (4)降低费用：在演进时，只需很低的费用和很少的准备工作。 为了实现以上4个目标，IETF推荐了双协议栈、隧道技术以及网络地址转换等演进方案。,10.3.2 RTP和RTCP协议,RTP （实时传输协
15、议）是在点对点通信和多点广播网络上实时传输流媒体数据的实时传输协议,定义RTP协议的目的就是为了满足音频、视频和仿真这些连续媒体数据实时通信的要求，是Internet 上针对多媒体数据流的一种传输协议。RTP协议由RTP（数据协议）和RTCP（控制协议）两部分组成。,RTP数据报文头格式,位,V：表示版本号 P：如果消息中有附加的填充字节，填充标志打开。 E：指明12个字节后是否有扩展部分。 CC：指明紧跟在固定头后的CSRC的数目。,M：由应用规定其含义，典型地用于在数据流中（为不同意义的数据，如音频数据流中的静音帧和语音帧）建立划分边界。 PT：数据域中的业务类型和媒体的编码方式。 SN：
16、一个表示数据分组顺序的数字，每发送一个RTP数据分组，序列号就增加1。 时间戳：描述RTP数据报文第一个字节的采样时刻，主要用于同步和计算时延。 同步源标识：用于标识同步资源。 贡献源标识列表：0-15项，每项32bit。用于识别与RTP报文中负荷相关的源。标识的数量由CC段给出。由于CC段只有4位，当贡献源超过15个时，只能识别15个。,10.3.3 资源预订协议RSVP,RSVP（Resource Reserve Protocol资源预订协议）是用来为Internet中的一次会话预留资源（即带宽）的。由于音频和视频数据流比传统数据对网络的延时更敏感，为了在网络中传输高质量的音频、视频信息，除带宽满足要求之外，还应提供一种有效的资源预定机制，可以有效地描述应用程序对资源的需求。RSVP协议的目的是通过在参与支持业务（比如视频或音频会议）的每台机器上预留必要的资源来提供性能保证。,10.3.4 实时流协议RTSP,RTSP（Real-time Streaming Protocol，实时流协议）定义了一对多应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据。
