第11讲-TCPIP协议(二)和VoIP概述

网络协议和VoIP概述TCP协议与应用层协议VoIP的基本概况VoIP涉及的技术内容VoIP通信协议的基本特点TCP(1)TCP的消息格式SOURCEPORT,DESTINATIONPORT,CHECKSUM与UDP中的概念一致HLEN指示TCP头数据的长度，因为TCPHeader存在Option域SOURCEPORTDESTINATIONPORTSEQUENCENUMBERACKNOWLEDGEMENTNUMBERHLENRESERVEDCODEBITSWINDOWCHECKSUMURGENTPOINTEROPTIONS(IFANY)PADDINGDATA…TCP(2)TCP中的消息确认与重传机制(SEQNUM和ACK)。TCP将要传送的整个报文看成是一个字节流，为每个字节编号，建立TCP的时候确定初始序号。SEQNUM是TCP数据中第一个字节的编号。ACK是收端收到的数据最后的数据的最高序号+1，也就是发端下次要发的序号。如果没有收到对应的ACK，则发端要重发该字段。通过这种方式，可以保证发端的所有数据都能被收端所收到，这也就是TCP能保证服务质量的原因。当然也会存在收端的ACK丢掉，导致发端重复发送了同一数据段的情况，这种情况下，收端抛弃掉第二次发的数据即可。TCP(3)TCP中的流量控制（滑动窗口协议与WINDOW域）WINDOW域指示窗口范围，在建立TCP时由双方商定，在通信过程中，收端可以随时调整发端的窗口大小。流量控制：发端除了根据收端的指示调节窗口大小外，还可以根据自己判断出的网络拥塞情况，去调整窗口大小。调整算法包括“慢启动”与“加速递减”。其核心思想是当发生分组丢失或超时重法，则减小窗口大小，使网络上数据负载降低123456789已发送并确认已发送未确认还可继续发送不可发送TCP(4)TCP的建立与释放(CODEBITS)建立TCP连接—SYN发端SYN收端SYN,ACK发端ACKURGUrgentpointerfieldisvalidACKAcknowledgementfieldisvalidPSHThissegmentrequestsapushRSTResettheconnectionSYNSynchronizesequencenumbersFINSenderhasreachedendofitsbytestream释放TCP连接—FIN或RST发端FIN收端ACK收端FIN,ACK发端ACKURG—传输紧急数据，不再按流的顺序去传输。应用层协议基于TCP：HTTP,TELNET,FTP等。基于UDP：DNS,TFTP,SNTP，RTP等。RTP(1)RFC1889，RealTimeProtocol，用于传送实时媒体数据，包括定时信息，媒体包顺序和抖动等参数。V表示版本，当前是第2版；P是填充；X是扩展。CC是CSID的个数，在点对点通信中始终为0，在多播会话中，最大值为15个。VPXCCMPayloadTypeSequenceNumberTimeStampSynchronizationSourceIDContributingSourceID1……ContributingSourceIDNPayloadDataRTP(2)PayloadType：净荷类型，用于表示后面Payload对于的音视频编码算法。SequenceNumber：序列号，代表发出去的RTP包的顺序号，每发一个包加1。TimeStamp：时间戳，相邻两个时间戳的差值，是该RTP包所包含的采样点数。TimeStamp是相对值。SSRC：端点标识符，表示RTP从那个端点来。CSID：端点标识符，表示多播会话里，这个RTP到底包含哪几个端点的信息。G711u0G711A8GSM3G.72918G.723.14iLBC98RTCPRealTimeControlProtocolRTCP与RTP是成对的，每个RTP有一个对应的RTCP，其端口号差1。RTCP用于在会话中涉及的所有系统间周期性的交换信息，包括集成媒体同步，服务质量报告，参与者报告，参与者详细情况等内容。RTP和RTCP都是基于UDP的，主要目的是提供一些信息便于终端进行QoS控制，但实际上，很多终端并没有利用协议中所蕴含的信息，只是简单的把语音数据得到。DNSDomainNameSystem，完成从域名到IP地址的转换。域名系统,edu,com,org,gov,cn,us,uk…DNS属于UDP域名服务器完成域名解析。终端域名服务器，包含域名的IP包域名服务器终端，包含对应该域名的IP地址的IP包若域名服务器没有该域名信息，就像上一级域名服务器查询。FTP两个TCP连接：数据连接和控制连接。控制连接在连到FTPserver后始终存在，数据连结只在文件或目录传输时建立，传输结束后立刻释放。VoIP的基本概况VoIP的概念VoiceOverIP。在不能保证服务质量的分组交换网中，实现语音的传输与通信。和传统的语音业务比较，特殊性在于两点：分组交换、不保证服务质量。而这两点正是IP网络的特点由于上面的两个特殊性，VoIP有很多优点（3网合一，网络的高利用率，多业务），也有很多问题（QoS，稳定性，接通率）有很多相关的国际协议，来完善VoIP，解决存在的问题。VoIP的基本概况VoIP的历史PCcallPC.第一阶段，在PC上软件，实现通话功能而已PCcallPSTN第二阶段，开始一部分商务业务，涉及到了计费、运营的相关HardwarePhone第三阶段，全面的商业运营开始，客户使用和PSTN电话类似的IP电话，使用传统PSTN的号码，呼叫和接听电话。此时,IP电话和PSTN电话已经完全融合。VoIP的基本概况VoIP的现状语音业务已经大范围的展开大运营商的VoIP网络，179xx业务。中小型运营商的虚拟运营，利用Internet作为接入方式，有合法的E.164号码，可以与PSTN电话互通。大量的国际长途业务流量，是基于IP网络的。视频业务逐步发展在传统PSTN网络上的可视电话，低码率，低帧率。企业内部的视频会议系统，会议型，良好的网络环境基于公众网的，点对点的视频通信，联通的宝视通业务VoIP的基本概况VoIP的发展与传统电话的进一步融合。在美国，已经有大的传统PSTN运营商在推广VoIP业务，依靠更廉价的资费吸引客户。企业内部电话系统的升级。传统的PBX已经逐渐减产，IPBX销售逐渐增长，未来的终端的智能化。视频业务的进一步发展。随着相关元器件价格的下降，一旦音频电话的运营形成规模，视频业务会很容易的切入（看看手机的发展）向WiFi发展，和GSM，3G结合，形成多模手机VoIP的基本概况VoIP业务面对的困难网络带宽。伴随着宽带接入在大城市的普及，这个方面的影响现在已经很小了，很多运营商直接用G711做语音编码，上网传输。IP地址。由于IPv4的地址分配方式，造成publicip数量的限制，很多地方使用NAT介入网络。造成寻址的困难。协议标准。由于VoIP正在发展的过程中，因此相关的协议标准较多，如H323,SIP,MGCP，IAX2，还有很多公司自行定义的私有标准。这造成了一定程度上的互联互通的困难。VoIP涉及的技术内容语音处理低速率语音编解码，VAD/CNG，AEC,AGC;QoS,MediaStream网络技术Ethernet,modem,ADSL,Fiber,WiFi通信协议H323,SIP,MGCP,IAX2,PrivateProtocols系统应用语音处理语音压缩—由于网络的限制，原始语音不能直接上网传输，必须经过压缩。回声抵消—IP电话的延时比较大，必须使用回声抵消，以去除回声的影响。VAD/CNG—减小网络流量的重要方法，一般的通话，都是一方说而另一方听，通过VAD，可以减小一半的网络流量。自动增益控制—对于免提通话，自动增益控制能动态检测输入语音的能量，并调节该能量，使得对端听到的声音始终平稳。QoS—采用JitterBuffer，去抖动。视频流的控制。主要克服随机干扰，提高质量网络技术网络技术主要指物理层的不同技术，因为网络层都是采用TCP/IP协议的。不同的物理层，对于VoIP终端的特点和要求有所不同：Ethernet：企业应用中，最常见的物理层技术，对于VoIP应用有足够的带宽，应用最广Modem：一些家庭用户的上网方式，在东南亚比较普及，带宽较窄(33.6kbps)，对语音流量比较敏感，应注意QoSADSL：国内很普及的宽带接入方式，一般用户希望这种接入下，VoIP终端能同时完成Router功能WiFi：很热门的新接入方式，目前和VoIP配合应用不多通信协议通信协议指应用层的不同技术。应用层的主要作用，是定义对终端的寻址、管理，以及终端之间握手和信息交换的方式。现在主流的通信协议包括：H.323:definedbyITU-Tin1997SIP:definedbyIETFin1999MGCP:definedbyIETFinIAX2:opensource系统应用系统应用是指VoIP协议的实现平台的相关技术。现在VoIP终端，已经不满足于基于PC的softphone。对于运营商的业务，一定要有相应的硬件终端配合。这方面涉及的技术包括：嵌入式系统OperationSystemChipDesignVoIP技术小结从上面可以看出，VoIP涉及的技术领域是全方面的，从操作系统、物理层等底层，一直到应用层等高层业务。VoIP技术的核心和特色是通信协议部分，这也是我们所要研究的重点。其他技术方面的配合，是VoIP产业发展的重要支持。很早就有各种softphone，但是只有hardwarephone成熟以后，整个产业才能迅速发展。这方面，语音处理和应用层的功能，是最主要的。VoIP通信协议的基本特点Server-terminal结构：server完成对client的状态管理、呼叫寻址、连接维护等功能。Terminal则完成拨号、媒体消息的采集与播放、用户界面等工作。Terminal之间，完成媒体能力的交换协商，然后按经过协商后确定的编码类型，发送RTP消息。由于是IP网上的语音通信，是没有服务质量保证的，因此需要考虑语音的QoS。在VoIP中，可以通过以下方式，提高QoS:TypeofService低速率语音编码，更少的占用带宽对于丢帧的语音处理其他VoIP与PSTN的比较VoIPPSTN语音编码速率中低速率64k带宽占用30k左右/264kQoS无有管理方式相对集中非常集中综合业务能力强弱号码资源非常灵活有限灵活当前主流的VoIP通信协议（1）H.323:ITU-T;v2,Oct.1997;v4,July,2000.第一个基于TCP/IP的多媒体通信协议最早有产品面世支持video,data等业务使用asn1编码，TCP传送信令，占用资源较多，比较复杂MGCP:IETF,rfc2705,rfc3435,v1.0参考PSTN的信令结构，用sillytermianl组织系统UDP传输信令，明文编码国内和欧洲有一部分应用，占VoIP产业的比重较小当前主流的VoIP通信协议（2）SIP:IETF,rfc2543,rfc3261,UDP传输信令，明文编码美国和日本的VoIP产业，全部使用SIP标准，中国和欧洲，也有一部分使用SIP，是发展的方向IAX2:Ver.2ofInter-AsteriskeXchangeOpenSource，自由软件，类似Linux的开发方式简单，软终端较多使用，商务应用较少。PrivateProtocols:以Net2phone为代表，在VoIP产业发展的早期，使用私有协议，构筑运营网络，现在有一定规模。正在向标准协议转移。作业5局域网内终端A与公网中的FTP服务器ftp.university.ed