第2章下一代网络中采用的主要协议

第二章下一代网络中采用的主要协议学习要求掌握：会话启动协议SIP、会话描述协议SDP、媒体网关控制协议H.248、与业务承载无关的呼叫控制协议BICC、信令传输协议SIGTRAN的协议栈结构、协议的主要功能和典型的信令流程。了解：下一代网络中传输媒体信息的协议。下一代网络中各节点之间使用的协议本章学习的协议本章主要内容2.1下一代网络中传输媒体信息的协议2.2SIP协议和SDP协议2.3H.248协议2.4BICC协议2.5信令传输协议SIGTRAN2.1下一代网络中传输媒体信息的协议IP网络中传输媒体信息的协议栈1.IP协议IP协议负责IP网络中各节点之间的连接，它将两个终端系统经过网络中的节点用数据链路连接起来，实现两个终端系统之间数据帧的透明传输。IP协议位于网络层。网络层的主要功能是寻址和路由选择。它将数据包封装成IP数据报，并运行必要的路由算法。在IP数据报的包头中包含源主机IP地址和目的主机IP地址，IP网络中的路由器利用目的主机IP地址来寻址选路，路由器每收到一个IP数据报，就根据目的IP地址查询路由表，找到匹配网络号及下一跳路由器，完成数据转发。IP网络互联协议IP网络层协议包括：IP、ARP、ICMP、IGMP。IP协议的特征IP协议是无连接的IP协议的特征IP协议的数据报传送服务是不可靠的不能保证IP数据报能成功地到达目的地。省略了复杂的可靠性传输机制，所以IP协议能尽量高效率地进行传送，减轻了网关的负担，提高了网关的吞吐率。有可靠性方面的要求，必须使用上层的协议（如TCP）或自己编写软件去完成。IP数据包以太网祯IP互联网的工作机理IP协议规定了IP地址分为A-E五类地址分类类别最大可指派网络数网络地址长度最大的主机数目适用的网络规模A1~126（27-2）1B16777214大型网络B16383(214-1)2B65534中型网络C2097151(221-1)3B254小型网络2.用户数据报协议(UDP)用户数据报协议(UDP)建立在IP协议之上，提供无连接的数据包传输。相对于IP协议，它唯一增加的能力是提供协议端口号码以保证进程通信。UDP的优点在于高效性。UDP数据包的包头中包含目的端口号和源端口号。目的端口号用来标识目的主机中的接收进程，源端口号用来标识发送主机中的进程。在IP网络中传送媒体信息的端口号码都是动态分配的，所以在下一代网络中传送多媒体信息前必须通过信令协议将接收端分配的接收媒体信息的端口号码通知对端主机。传输层为相互通信的应用进程提供了逻辑通信54321传输层提供应用进程间的逻辑通信应用进程应用进程IP层AP1AP2AP4端口端口54321AP3应用进程之间的通信两个主机进行通信实际上就是两个主机中的应用进程互相通信。应用进程之间的通信又称为端到端的通信。“传输层提供应用进程间的逻辑通信”。“逻辑通信”指：传输层之间的通信好像是沿水平方向传送数据。但事实上这两个传输层之间并没有一条水平方向的物理连接。传输层协议和网络层协议的主要区别应用进程…应用进程…IP协议的作用范围（提供主机之间的逻辑通信）TCP和UDP协议的作用范围（提供进程之间的逻辑通信）因特网传输层与上下层之间的关系传输实体传输实体传输协议传输层层接口传输服务用户（应用层实体）传输服务用户（应用层实体）层接口网络层（或网际层）应用层主机A主机B传输层服务访问点TSAP网络层服务访问点NSAP传输层中的TCP和UDP协议UDP和TCP都使用IP传输。硬件应用层TCPUDPIP操作系统外部软件操作系统内部软件用IP地址用物理地址传输层向上提供可靠的和不可靠的逻辑通信信道？应用层传输层发送进程接收进程接收进程数据数据全双工可靠信道数据数据使用TCP协议使用UDP协议不可靠信道发送进程传输控制协议TCP是面向连接的协议提供高可靠性服务用于一次传输要交换大量报文的情形。TCP报文段是在传输层抽象的端到端逻辑信道中传送。但这样的信道却不知道究竟经过了哪些路由器,路由器也不知道上面的传输层是否建立了TCP连接。用户数据报协议UDP是无连接的；其可靠性由应用程序提供；提供高效率服务；用于一次传输交换少量报文的情形。UDP与IP有很大区别:IP数据报要经过互连网中许多路由器的存储转发，但UDP是在传输层的端到端抽象的逻辑信道中传送的。3.RTP协议为解决实时业务顺序传送和提供时戳等一系列问题，IETF提出了实时传输协议(RTP)。RTP协议实际上包含两个相关的协议：RTP协议和RTCP协议。RTP协议用于传送实时数据，如语音和图像数据。RTCP协议用来传送监视实时数据传送质量的统计数据，同时可以在会议业务中传送与会者的信息。RTP和UDP一同完成传输层的功能。一般用偶数的UDP端口来传送RTP数据包，用比RTP端口号大1的奇数端口号来传送相应的RTCP控制包。RTP协议背景及概述RTP全名：Real-timeTransportProtocol（实时传输协议）。它是IETF提出的一个标准，对应的RFC文档为RFC3550。RFC3550定义了RTP，也定义了配套的实时传输控制协议RTCP（Real-timeTransportControlProtocol）。RTP用来为IP网上的语音、图像、传真等多种需要实时传输的多媒体数据提供端到端的实时传输服务。RTP为Internet上端到端的实时传输提供时间信息和流同步，但并不保证服务质量，服务质量由RTCP来提供。RTP协议背景及概述RTP协议原理：较简单，负责对流媒体数据进行封包并实现媒体流的实时传输，即它按照RPT数据包格式来封装流媒体数据，并利用与它绑定的协议进行数据包的传输。RTCP原理：向会话中的所有成员周期性地发送控制包来实现的，应用程序通过接收这些控制数据包，从中获取会话参与者的相关资料，以及网络状况、分组丢失概率等反馈信息，从而能够对服务质量进行控制或者对网络状况进行诊断。RTP协议背景及概述RTP在端口号1025到65535之间选择一个未使用的偶数UDP端口号，而在同一次会话中的RTCP则使用下一个基数UDP端口号。默认端口号：RTP：5004RTCP：5005RTP协议背景及概述从下图可看出RTP被划分在传输层，它建立在UDP上。同UDP协议一样，为了实现其实时传输功能，RTP也有固定的封装形式。RTP用来为端到端的实时传输提供时间信息和流同步，但并不保证服务质量。服务质量由RTCP来提供。图1网络层次关系RTP/RTCP工作原理RTP协议背景及概述因特网ACB发送端接收端接收端RTPRTCPRTCPRTCP如果网络情况好,可以减少语音的延迟时间，也可以增大视频的发送帧率或质量。若网络状况不好，可以增大语音延迟时间以保证语音连续，也可减少视频的发送帧率或质量，以减少网络的阻塞。RTP协议封装压缩编码送入运输层从开发者的角度看，RTP应当是应用层的一部分。RTP实现者在发送RTP数据时，需先将数据封装成RTP包，而在接收到RTP数据包，需要将数据从RTP包中提取出来。下图为RTP头部格式RTP协议封装版本号填充位（1bit）若p=1则在该报文的尾部填充一个或多个额外的八位组，它们不是有效载荷的一部分。填充可能用于某些具有固定长度的加密算法或者用在底层数据单元中传输多个RTP包扩展（X）：1个比特，置“1”表示RTP报头后紧随一个扩展报头CSRC计数(CC):4比特CSRC计数包含了跟在固定头后面CSRC识别符的数目标记（M）：1个比特，其具体解释由应用文档来定义。例如，对于视频流，它表示一帧的结束，而对于音频，则表示一次谈话的开始7个比特，它指示在用户数据字段中承载数据的载荷类别序列号16比特每发送一个RTP数据包,序列号加一,接收机可以据此检测包损和重建包序列.序列号的初始值是随机的(不可预测),以使即便在源本身不加密时(有时包要通过翻译器,它会这样做),对加密算法泛知的普通文本攻击也会更加困难有效载荷类型：7位，指出后面的RTP数据属于何种格式的应用。应用层可根据次类型进行处理。音频：μ律PCM(0),GMS(3)A律PCM(8),G.722(9),G728(1)视频：活动JPEG(26)、H.261(31)、MPEG1(32)、MPEG2(33)等RTCP的主要功能功能1功能2功能3功能4提供数据传输质量的反馈为每个RTP源传输一个固定的识别符CNAME知晓成员数目，控制包的发送速率传输最小连接控制信息，如参加者标识4.语音编码PCM（G.711编码）比特率为64kb/s，在传统电话中得到广泛使用。G.729编码比特率为8kbit/sG.723.1编码为双速率话音编码标准：5.3kbit/s和6.3kbit/s是PSTN上可视电话标准系列中的话音编码标准自适应多速率AMR编码支持8种速率：12.2Kbit/s，10.2Kbit/s，7.95Kbit/s，7.40Kbit/s，6.70Kbit/s，5.90Kbit/s，5.15Kbit/s和4.75Kbit/s在移动通信网中采用标准编码速率(kb/s)算法MOS得分应用G.71164u律或a律PCM4.3公用网G.72132ADPCM4.1公用网G.723.15.3ACELP3.2无线网G.7298CS-ACELP3.8无线网GSM13RPE-LTP3.9无线网(5)RPE-LTP：长时预测的规则脉冲激励的线性预测Regular-PulseExcitedLPCwithaLong-TermPredictor(1)ADPCM：自适应差分脉冲编码adaptivedifferencepulsecodemodulation(2)CELP：码本激励线性预测（codeexcitedlinearprediction）(3)ACELP：代数码本激励线性预测Algebraic-Code-ExcitedLinear-Prediction(4)CS-ACELP：共轭结构的代数码本激励线性预测ConjugateStructureAlgebraic-Code-ExcitedLinear-Prediction5.多媒体数据在IP网络中传送时所占带宽的计算多媒体编码数据在IP网络中传送时的封装结构多媒体编码数据在IP网络中传送时所占的带宽不仅包含多媒体编码所占的带宽，还包含RTP头部、UDP头部、IP头部和数据链路层头部所占的带宽例：在不考虑静音压缩和数据链路层头部所占的带宽的情况下，G.729编码数据每20ms传送一次，则每秒需传送50个语音包，每个语音包都包含12字节的RTP头部、8字节的UDP头部和20字节的IP头部，则每1路G．729话音所占的带宽为（20+8+12）*8*50+8000=24000bit/s=24kbit/s如果考虑Ethernet头部所占带宽，Ethernet头部为304bit(38byte)。则每1路G.729话音所占的带宽为（20+8+12+38）*8*50+8000=39200bit/s=39.2kbit/s如果考虑到静音压缩的因素，所占带宽可减少一部分。从以上计算可看出，各级报头所占的带宽的开销远大于话音编码本身所占的带宽。第二章2.1下一代网络中传输媒体信息的协议2.2SIP协议和SDP协议2.3H.248协议2.4BICC协议2.5信令传输协议SIGTRAN2.2SIP协议和SDP协议SIP(SessionInitiationProtocal)称为会话启动协议，是由Internet工程任务组IETF于1999年提出的一个在基于IP网络中，特别是在Internet这样一种结构的网络环境中，实现多媒体实时通讯应用的一种信令协议。SIP协议的主要功能是：用户定位：确定用于通信的终端系统的位置；用户能力：确定通信媒体和媒体的使用参数；用户可达性：确定被叫加入通信的意愿；呼叫建立：建立主叫和被叫的呼叫参数；呼叫处理：包括呼叫转移和呼叫终止。SIP协议主要应用于软交换设备与应用服务器间、不同的软交换设备之间、SIP智能终端与SIP服务器之间、不同的SI