CH10因特网的演进2知识课件

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1、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式1计算机网络n第 10 章 因特网的演进第 10 章 因特网的演进 *10.1 概述 10.2 因特网的多媒体体系结构 10.2.1 实时运输协议 RTP 10.2.2 实时运输控制协议 RTCP 10.2.3 实时流式协议 RTSP第 10 章 因特网的演进（续）10.3 IP 电话 *10.3.1 IP 电话概述 10.3.2 H.323 10.3.3 会话发起协议 SIP 10.3.4 IP 电话的通话质量第 10 章 因特网的演进（续）10.6 居民接入网 RAN 10.6.1 xDSL 技术 10.6.2 光纤同轴混合网（HFC 网）

2、 10.6.3 FTTx 技术 10.6.4 以太网接入10.7 关于三网融合10.1 概述 n计算机网络最初是为传送数据信息设计的。因特网 IP 层提供的“尽最大努力交付”服务对传送数据信息也是很合适的。n当我们从因特网下载文件时，过长的网络响应时间虽然令人颇为烦恼，但这至少不会对我们产生有害的结果。n因特网使用的 TCP 协议可以很好地解决网络不能提供可靠交付这一问题。多媒体信息的特点n多媒体信息（包括声音和图像信息）与不包括声音和图像的数据信息有很大的区别。n多媒体信息的信息量往往很大。n在传输多媒体数据时，对时延和时延抖动均有较高的要求。n多媒体数据往往是实时数据(real time

3、data)，它的含义是：在发送实时数据的同时，在接收端边接收边播放。 因特网是非等时的 n模拟的多媒体信号经过采样和模数转换变为数字信号，再组装成分组。这些分组的发送速率是恒定的（等时的）。n传统的因特网本身是非等时的。因此经过因特网的分组变成了非恒定速率的分组。 tt因特网t模拟信号t采样后的信号构成分组恒定速率非恒定速率n接收端需设置适当大小的缓存。当缓存中的分组数达到一定的数量后再以恒定速率按顺序把分组读出进行还原播放。n缓存实际上就是一个先进先出的队列。图中标明的 T 叫做播放时延。 在接收端设置缓存 tT缓存（队列）恒定速率t非恒定速率有可能发生分组丢失n缓存使所有到达的分组都经受了

4、迟延。n早到达的分组在缓存中停留的时间较长，而晚到达的分组在缓存中停留的时间则较短。n以非恒定速率到达的分组，经过缓存后再以恒定速率读出，就能够在一定程度上消除了时延的抖动。但我们付出的代价是增加了时延。 缓存的影响 需要解决的问题 n在传送时延敏感(delay sensitive)的实时数据时，不仅传输时延不能太大，而且时延抖动也必须受到限制。n对于传送实时数据，很少量分组的丢失对播放效果的影响并不大（因为这是由人来进行主观评价的），因而是可以容忍的。丢失容忍(loss tolerant)也是实时数据的另一个重要特点。 如何改造现有的因特网 n大量使用光缆和高速路由器，网络的时延和时延抖动就

5、可以足够小，在因特网上传送实时数据就不会有问题。n把因特网改造为能够对端到端的带宽实现预留(reservation)，把使用无连接协议的因特网转变为面向连接的网络。 n部分改动因特网的协议栈所付出的代价较小，而这也能够使多媒体信息在因特网上的传输质量得到改进。 10.2 因特网的多媒体体系结构TCPUDPAAL 3/4AAL 5PPPSDH/SONETATM以太网调制解调器信令服务质量IPv4/IPv6RTSPRTCPRSVPH.323SIPRTPPPP应用层协议声音/视像SDP10.2.1 实时运输协议 RTP (Real-time Transport Protocol) nRTP 为实时应

6、用提供端到端的运输，但不提供任何服务质量的保证。n多媒体数据块经压缩编码处理后，先送给 RTP 封装成为 RTP 分组，再装入运输层的 UDP 用户数据报，然后再交给 IP 层。nRTP 是一个协议框架，只包含了实时应用的一些共同的功能。nRTP 自己并不对多媒体数据块做任何处理，而只是向应用层提供一些附加的信息，让应用层知道应当如何进行处理。 RTP 的层次 n从应用开发者的角度看，RTP 应当是应用层的一部分。n在应用的发送端，开发者必须编写用 RTP 封装分组的程序代码，然后把 RTP 分组交给 UDP 插口接口。n在接收端，RTP 分组通过 UDP 插口接口进入应用层后，还要利用开发者

7、编写的程序代码从 RTP 分组中把应用数据块提取出来。RTP 也可看成是运输层的一个子层 nRTP 封装了多媒体应用的数据块。由于 RTP 向多媒体应用程序提供了服务（如时间戳和序号），因此也可以将 RTP 看成是在 UDP 之上的一个运输层的子层。 运输层应用层IP数据链路层物理层RTPUDPRTP 分组的首部格式 12 字节序 号比特 0 1 3 8 16 31有效载荷类型版本 P XM参与源数时 间 戳同 步 源 标 识 符 (SSRC)参 与 源 标 识 符 (CSRC) 0.15发送RTP 分组UDP 用户数据报IP 数据报IP 首部 UDP 首部 RTP 首部 RTP 数据部分（应

8、用层数据）10.2.2 实时运输控制协议 RTCP (RTP Control Protocol) nRTCP 是与 RTP 配合使用的协议。nRTCP 协议的主要功能是：服务质量的监视与反馈、媒体间的同步，以及多播组中成员的标识。nRTCP 分组也使用 UDP 传送，但 RTCP 并不对声音或视像分组进行封装。n可将多个 RTCP 分组封装在一个 UDP 用户数据报中。nRTCP 分组周期性地在网上传送，它带有发送端和接收端对服务质量的统计信息报告。 RTCP 使用的五种分组类型 n结束分组 BYE 表示关闭一个数据流。n特定应用分组 APP 使应用程序能够定义新的分组类型。n接收端报告分组

9、RR 用来使接收端周期性地向所有的点用多播方式进行报告。 n发送端报告分组 SR 用来使发送端周期性地向所有接收端用多播方式进行报告。n源点描述分组 SDES 给出会话中参加者的描述。 10.2.3实时流式协议RTSP(Real-Time Streaming Protocol) nRTSP 协议以客户服务器方式工作，它是一个多媒体播放控制协议，用来使用户在播放从因特网下载的实时数据时能够进行控制，如：暂停/继续、后退、前进等。因此 RTSP 又称为“因特网录像机遥控协议”。n要实现 RTSP 的控制功能，我们不仅要有协议，而且要有专门的媒体播放器(media player)和媒体服务器(med

10、ia server)。 流式(streaming)音频和视频n媒体服务器与媒体播放器的关系是服务器与客户的关系。 n媒体服务器与普通的万维网服务器的最大区别就是媒体服务器支持流式音频和视频的传送，因而在客户端的媒体播放器可以边下载边播放（当然需要先将节目存储一小段时间）。n但从普通万维网服务器下载多媒体节目时，是先将整个文件下载完毕，然后再进行播放。 RTSP 与 RTP 和 RTCP 的关系 RTSP播放器RTSP服务器RTSP 控制分组（TCP）RTP 数据分组（UDP）RTCP 分组（UDP）客户服务器RTSP 仅仅是使媒体播放器能控制多媒体流的传送。因此，RTSP 又称为带外协议，而多

11、媒体流是使用 RTP 在带内传送的。 10.3 IP 电话10.3.1 IP 电话概述n狭义的 IP 电话就是指在 IP 网络上打电话。所谓“IP 网络”就是“使用 IP 协议的分组交换网”的简称。n广义的 IP 电话则不仅仅是电话通信，而且还可以是在IP网络上进行交互式多媒体实时通信（包括话音、视像等），甚至还包括即时通知 IM (Instant Messaging)。 IP 电话网关的几种连接方法 分组交换电路交换电路交换 因特网PC 到 PC公用电话网IP 电话网关 因特网PC 到普通电话机公用电话网IP 电话 网关公用电话网IP 电话 网关因特网普通电话机到普通电话机10.3.2 H.

12、323nH.323 是 ITU-T 于 1996 年制订的一个名称很长的建议书，1998 年的第二个版本改用的名称是“基于分组的多媒体通信系统”。nH.323 包括系统和构件的描述，呼叫模型的描述，呼叫信令过程，控制报文，复用，话音编解码器，视像编解码器，以及数据协议等，但不保证服务质量 QoS。 H.323 终端使用 H.323 协议进行多媒体通信 分组交换网（例如，因特网）H.323H.323 终端H.323 终端 H.323 标准指明的四种构件 (1) H.323 终端(2) 网关网关连接到两种不同的网络，使 H.323 网络可以和非 H.323 网络进行通信。(3) 网闸(gateke

13、eper)所有的呼叫都要通过网闸，因为网闸提供地址转换、授权、带宽管理和计费功能。(4) 多点控制单元 MCU (Multipoint Control Unit)MCU 支持三个或更多的 H.323 终端的音频或视频会议。 H.323 网关用来和非 H.323 网络进行连接 因特网公用电话网网关网闸H.323 终端 多点控制单元MCUH.323 的协议体系结构 音频/视频应用音频编解码视频编解码RTCPH.225.0注册信令H.225.0呼叫信令H.245控制信令RTPUDPTCPIP信令和控制10.3.3 会话发起协议 SIP (Session Initiation Protocol) nS

14、IP 是一套较为简单且实用的标准，目前已成为因特网的建议标准。nSIP 协议以因特网为基础，把 IP 电话视为因特网上的新应用。nSIP 协议只涉及到 IP 电话的信令和有关服务质量问题，而没有提供像H.323那样多的功能。nSIP没有指定使用 RTP 协议，但实际上大家还是选用 RTP 和 RTCP 作为配合使用的协议。 SIP 系统的构件nSIP 系统的两种构件是用户代理和网络服务器。n用户代理包括用户代理客户和用户代理服务器，前者用来发起呼叫，而后者用来接受呼叫。n网络服务器分为代理服务器和重定向服务器。n代理服务器接受来自主叫用户的呼叫请求，并将其转发给下一跳代理服务器，最后将呼叫请求

15、转发给被叫用户。n重定向服务器不接受呼叫，它通过响应告诉客户下一跳代理服务器的地址，由客户按此地址向下一跳代理服务器重新发送呼叫请求。会话描述协议SDP (Session Description Protocol) nSDP 在电话会议的情况下特别重要，因为电话会议的参加者是动态地加入和退出。nSDP 详细地指明了媒体编码、协议的端口号以及多播地址。nSIP 使用了 HTTP 的许多首部、编码规则、差错码以及一些鉴别机制，它比 H.323 具有更好的可扩缩性。n由于 SIP 问世较晚，因此它现在比 H.323 占有的市场份额要小。 10.3.4 IP 电话的通话质量nIP 电话的通话质量主要由

16、两个因素决定。一个是通话双方端到端的时延和时延抖动，另一个是话音分组的丢失率。但这两个因素是不确定的，是取决于当时网络上的通信量。n经验证明，在电话交谈中，端到端的时延不应超过 250 ms，否则交谈者就能感到不自然。 IP 电话的端到端时延 (1) 话音信号进行模数转换要经受时延。(2) 话音比特流装配成话音分组的时延。(3) 话音分组的发送需要时间，此时间等于话音分 组长度与通信线路的数据率之比。(4) 话音分组在因特网中的存储转发时延。(5) 话音分组在接收端缓存中暂存所引起的时延。(6) 话音分组还原成模拟话音信号的时延。(7) 话音信号在通信线路上的传播时延。(8) 终端设备的硬件和操作系统产生的接入时延。 低速率话音编码的标准 (1) G.729速率为 8 kb/s 的共轭结构代数码激励线性预测声码器 CS-ACELP (Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear Prediction)。(2) G.723.1速率为 5.3/6.3 kb/s 的为多媒体通信用的低速率声码器。 播放时延有一个最佳值 分组丢失率端到端时延