多媒体通信技术第6章多媒体通信协议

第6章多媒体通信协议第6章多媒体通信协议6.1引言6.2TCP/IP协议简介6.3IPv6协议6.4RSVP协议6.5STⅡ协议6.6RTP协议第6章多媒体通信协议6.1引言对于新协议的研究,有两种观点:一是采用全新的网络协议,以充分支持多媒体通信,但存在着和大量已有的网络应用程序相兼容的问题,在实际中很难推广应用;二是在原有传输协议的基础上增加新的协议,以弥补原有网络协议的缺陷。尽管这种方法在某些方面也存在一定的局限性,但可以保护用户大量已有的投资,容易得到广泛的支持。这也是目前增强网络对多媒体通信支持能力的主要方法。第6章多媒体通信协议6.2TCP/IP协议简介图6.1TCP/IP协议集及分层结构第6章多媒体通信协议6.2.1网络接口TCP/IP协议不包含物理层和数据链路层协议,只定义了TCP/IP与各种物理网络之间的网络接口规范。这些物理网络包括多种广域网,如ARPANET、MILNET和X.25公用数据网,以及各种局域网,如Ethernet、TokenRing、FDDI等各种局域网。由网际层中的地址解析协议提供专门的功能来解决IP地址与各种网络物理地址转换问题。第6章多媒体通信协议6.2.2网际层包含有四个协议:IP、ICMP、ARP和RARP。其中，IP是主协议,其它三个协议是辅助协议,以增强网际层的网络控制和地址解析能力。网际层的主要功能是提供基于数据报方式的数据传输、路由选择以及网络互连等服务。第6章多媒体通信协议6.2.2.1IP地址在互连网体系结构中,每一台主机都要预先分配一个惟一的32位地址作为该主机的标识,这个主机进行的所有通信都要使用这个地址来完成,这个地址称为IP地址。IP地址通常由网络标识(Net)和主机标识(Host)两部分组成,可标识一个互连网络中任何一个网络中的任何一个主机。IP地址是一种在网际层用来标识主机的逻辑地址。当数据报在物理网络传输时,还必须把IP地址转换成相应的物理地址,这种地址映射服务是由网际层的地址解析协议ARP提供的。第6章多媒体通信协议1.IPIP地址有二进制格式和十进制格式两种。十进制格式是由二进制翻译过去的,用十进制表示是为了便于使用和掌握。二进制的IP地址共有32位。例如:10000011,01101011,00000011,00011000。每八位组用一个十进制数表示,并用“．”进行分隔,上例的十进制IP地址是131.107.3.24。IP地址分为A、B、C、D、E五类。其一般格式如图6.2所示。MNETHOST031图6.2IP地址格式第6章多媒体通信协议IP地址格式中,M为类别号、NET为网络号、HOST为主机号(Internet中的计算机都称为主机)。类别不同,这三个字段的位数也不同,经常使用的是A、B、C三类IP地址。在A类地址中,M字段占1位,即第0位为0,表示是A类地址,第1～7位表示网络地址,第8～31位表示主机地址。它所能表示的范围为0.0.0.0～127.255.255.255,即能表示126个网络地址,16387064个主机地址。A类地址通常用于大型网络的场合。在B类地址中,M字段占2位,即第0、1位为“10”,表示是B类地址;第2～15位表示网络地址;第16～31位表示主机地址。它所能表示的范围为128.0.0.0～191.255.255.255,即能表示16256个网络地址,64576个主机地址。B类地址通常用于各地区的网管中心。第6章多媒体通信协议在C类地址中,M字段占3位,即第0、1、2位为“110”,表示是C类地址;第3～23位表示网络地址;第24～31位表示主机地址。它所表示的范围为192.0.0.0～223.255.255.255,即能表示2064512个网络地址,254个主机地址。C类地址通常用于校园网或企业网。此外,还有D类和E类IP地址。前者是多址广播地址,后者是实验性地址。在Internet中,IP地址是全局地址,不是任意分配的,必须由相应的管理机构统一分配。第6章多媒体通信协议2.IP屏蔽码主要用于说明在一个IP网络中是否有子网以及子网数量级,但它不能确切给出具体子网数,也不说明具体的子网号。在有子网的IP地址中,其子网号是用主机号字段的前几位表示的,所占的位数与子网的数量相对应,如1位可表示2个子网;2位可表示4个子网;3位可表示8个子网……具体地说,如果一个IP网络无子网,则屏蔽码中的网络号字段各位全为1,主机号字段各位全为0;如果有子网,则屏蔽码中的网络号字段各位全为1,主机号字段中的子网号各位全为1,而主机号各位全为0。例如:第6章多媒体通信协议①IP地址为202.114.80.5、屏蔽码为255.255.255.0,表示在该IP网络(网络号为202.114.80)中无子网。这个IP地址标识的是该IP网络中的第5号主机。②IP地址为202.114.80.5、屏蔽码为255.255.255.224(224为二进制的“11100000”),表示在该IP网络中最多有8个子网,每个子网可配置32台主机。这个IP地址标识的是该IP网络0号子网中的第5号主机。屏蔽码的作用就是屏蔽掉IP地址中的主机号,而保留其网络号和子网号,以便于路由器寻址。如果两个主机属于同一个子网,则它们之间可以直接进行信息交换,而不需要路由器;如果两个主机不在同一个子网,即子网号不同,则它们之间就要通过路由进行信息交换。第6章多媒体通信协议6.2.2.2ARP协议和RARP协议1.ARP当一个主机向另一个主机发送报文时,只有知道与对方IP地址相对应的物理地址后才能在物理网络上进行传输。这种地址解析服务是由ARP协议提供的。应当注意的是,ARP只用于解析对方的物理地址,而不用于解析本机的物理地址。第6章多媒体通信协议当一个主机需要解析另一个主机的物理地址时,通过ARP协议向网络中广播一个ARP请求报文,报文中包含有目的主机的IP地址,以请求与该IP地址相符合的目的主机物理地址。网络上所有的主机都能接收到这个ARP请求报文,但只有本机的IP地址与报文中目的IP地址相符合的主机,才回送一个ARP响应报文,报告该机的物理地址。这样,发送主机就得到了目的主机的物理地址了。在单一网络中,发送方的ARP请求报文可直接发送给网络中任何一个主机。在互连网络中,发送给另一网络中主机的数据报要由IP路由器节点转发。因此,发送方必须首先获取IP路由器节点的物理地址,即发送ARP请求报文给该路由器节点。第6章多媒体通信协议2.RARP如果一个主机初始化后,只有物理地址而没有IP地址,就可以通过RARP协议发送广播式请求报文来请求自己的IP地址,而RARP服务器负责对该请求作出应答。这样就使得无IP地址的主机可以通过RARP协议来获取自己的IP地址。RARP协议主要用于无盘工作站来获取自己的IP地址。第6章多媒体通信协议6.2.2.3IP协议IP(InternetProtocol)是TCP/IP协议集的核心协议之一,它提供了无连接的数据报传输和互连网路由服务。IP的主要任务是通过互连网传输数据报,各个IP数据报之间是互相独立的。主机上的IP层基于数据链路层服务向传输层提供服务,IP从源传输层实体获取数据,通过网络接口传送给目的主机的IP层。IP不保证传送的可靠性,在主机资源不足的情况下,它可能丢弃某些数据报,同时IP也不检查被数据链路层丢弃的报文。第6章多媒体通信协议1.IP数据报格式图6.3IP数据报格式第6章多媒体通信协议IP数据报格式中各个字段的简要说明如下:·版本:4位,IP协议的版本号,IPv4版本取值为4;·IP报头长度(IHL):4位,IP数据报的报头长度(以32位为单位);·服务级别:8位,用于规定优先级、传送速率、吞吐量和可靠性等参量;·报文长度:16位,包括报头和数据两部分的总长度(以字节为单位);·标识:16位,数据报惟一标识,以便于数据报的分段与重装;·标志:3位,数据报是否分段标志;第6章多媒体通信协议·分段偏移:13位,以64位为单位表示的分段偏移;·生存期:8位,允许数据报在网间传输的存活时间;·上层协议号:8位,指出发送数据报的上层协议;·报头检查和:16位,仅用于对报头的正确性检查;·源IP地址:32位,发送数据报的源主机IP地址;·目的IP地址:32位,接收数据报的目的主机IP地址;·任选项:可变长度,提供任选的服务,如时间戳、错误报告及特殊路由等;·填充:可变长度,保证IP报头以32位为边界对齐。第6章多媒体通信协议2.数据报的分段与重装(1)数据报分段在数据报分段时,每个段都要加上IP报头,形成IP数据报。与数据报分段相关的字段有:·标识(ID):数据报的惟一标识。被分段传送的IP数据报设有相同的标识。·报文长度:对每一个被分段的IP数据报都要重新计算其报文长度。·分段偏移:每一个被分段的IP数据报要表明它在原始数据报中的位置,用64位的倍数来表示。·标志:如果是无分段的IP数据报,该标志为0;如果是有分段的IP数据报,除了最后一个分段IP数据报将该标志置为0外,其它的都将该标志置为1。第6章多媒体通信协议(2)在互连网络中,被分段的各个IP数据报进行独立的传输,它们在经过中间路由器转发时可能选择不同的路由。这样,到达目的主机的IP数据报顺序与发送的顺序不一定相一致。因此,目的主机上的IP协议必须根据IP数据报中相关字段(标识、长度、偏移及标志等)将分段的各个IP数据报重新组装成完整的原始数据报,然后再提交上层协议。第6章多媒体通信协议在进行数据报重装时,各个IP数据报除应具有相同的标识外,还应具有相同的上层协议号、源IP地址和目的IP地址,并且在一定的时间内要全部到齐。IP协议将满足上述条件的IP数据报按分段偏移顺序排队,且只保留第1段IP数据报报头,而其它段的IP报头均删除,组装成一个完整的原始IP数据报,并重新计算其报文长度,填入IP报头相应的字段。最后将组装好的原始IP数据报按上层协议号提交给上层协议。第6章多媒体通信协议3.路由选择路由选择是IP协议最重要的功能之一。在IP协议中,采用的是源路由选择策略,由发送端指定发送路由。因此,每个主机和路由器(TCP/IP中称它为网关)都保持一个路由选择表,给出互连网络中各个网络所对应的路由器地址以及该路由器当前的忙闲程度。在路由选择表中,网络地址和路由器地址都是用IP地址表示的,路由器地址指向IP数据报应送往的下一个路由器。忙闲度是用这个路由器所发送的数据报数量来衡量的,当一个网络地址有多个路由时,IP协议总是选择忙闲度值最小的路由。为了提高路由查找速度,路由选择表通常采用散列表(Hash)结构。第6章多媒体通信协议(1)数据报发送当发送节点IP协议收到上层协议要求发送的数据报时,如果上层协议已指定了发送路由,则按指定的路由发送数据报;如果上层协议未指定发送路由,IP协议则以IP数据报中目的IP地址为关键字来搜索路由选择表中的路由。如果未找到任何路由,则说明目的不可达,向上层协议报告错误信息。对于已确定的发送路由,无论是由上层协议指定的,还是从路由选择表中找到的,如果该路由是直接可达的(源主机和目的地址在同一网络中),则将IP数据报中的目的IP地址通告给网络接口程序;如果该路由不是直接可达的,则将路由选择表中对应的路由器IP地址通告给网络接口程序。对于多路由场合,要通告忙闲度最小的路由器地址。第6章多媒体通信协议(2)数据报接收①当该节点为主机节点时,则比较IP数据报中的目的IP地址与本机IP地址是否相匹配。若匹配,则把IP数据报递交给对应的上层协议;否则丢弃该数据报。②当该节点为路由器节点时,需要转发该数据报,即用该数据报的目的IP地址从路由选择表中查找转发路由。如果找到路由,则按该路由转发数据报,其过程如前所述;否则,向发送该数据报的源主机发送ICMP报文,报告目的不可达。如果该节点是一个被配置成具有路由选择功能的主机,则先执行①。若不匹配,则是待转发的数据报,不能丢弃掉,而是转入执行②。第6章多媒体通信协议4.IP数据报选项在IP数据报的任选项字段中提供了若干选项:源