第11章计算机网络

计算机网络教程第11章结束语第11章因特网的演进11.1概述多媒体信息不仅对传送时延一般都要求较短，而且对时延抖动(即时延的偏差)也有较严格的限制。现在的IP协议并不能满足这一要求。多媒体信息容许(实际上是人的眼睛和耳朵容许)在传输过程中出现少量的差错，这样就不必也不能使用TCP协议(否则因重传造成的时延会太大)。退出计算机网络教程第11章结束语对如何改造现有因特网这一问题，目前有着多种不同的见解。一种极端的意见认为，因特网主干网已大量使用光纤技术，其带宽增长的速率非常快，平均每6至9个月就翻一番。这称为吉尔德(Gilder)定律，比著名的穆尔定律(Moore’slaw)给出的速率还要快。计算机网络教程第11章结束语这种观点认为只要采用光纤技术，特别是密集波分复用DWDM，就可以极大地提高网络的带宽，因而不会发生网络的拥塞和分组的丢失，因此将来在因特网上传送多媒体信息是不成问题的。计算机网络教程第11章结束语另一种极端的看法认为必须从根本上改造因特网，使得在因特网上传送多媒体信息之前就要预留足够的带宽，即从主叫到被叫的整个路径上的每一段链路的带宽都要预留。这就要求对网络进行多方面的改造，从根本上改造因特网需要付出的代价是很大的。计算机网络教程第11章结束语关于多媒体信息在因特网上传送的问题：（1）多媒体信息的信息量往往很大例如，要传送不压缩的彩色电视信号，则数据率超过了250Mbit/s（2）在传输多媒体信息时，对时延和时延抖动均有较高的要求数据的实时性，分组是等时的(isochronous)但因特网本身是非等时的计算机网络教程第11章结束语11.2因特网的多媒体体系结构在因特网上进行多媒体通信，要一些新的协议实时传输协议（RTP）：将经压缩的多媒体数据进行封装后在UDP上传送。实时传输控制协议（RTCP）：服务质量的监视与反馈，媒体间的同步，多播组成员的标识计算机网络教程第11章结束语H.323：局域网和企业网的多媒体通信标准。运行在无QoS保证的分组网络上。是一个协议族。包括系统和构件的描述，呼叫模型，呼叫信令过程，控制报文，复用，话音编解码器，视频编解码器等。该协议非常复杂。计算机网络教程第11章结束语11.2.1实时传输协议RTPRTP为实时应用提供端到端的传输，但不提供任何服务质量的保证。需要发送的多媒体数据块经过压缩编码处理后，先送给RTP封装成为RTP分组，RTP分组再装入UDP用户数据报，然后再向下递交给IP层。从应用开发者的角度看，RTP应当是应用层的一部分。在应用的发送端，必须编写用RTP封装分组的程序代码，然后将RTP分组交给UDP插口接口。计算机网络教程第11章结束语然而RTP的名称又隐含地表示它是一个传输层协议，这样划分也是可以的，因为RTP封装了多媒体应用的数据块，并且由于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之上的一个传输层的子层。计算机网络教程第11章结束语RTP分组只包含RTP数据，而控制是由RTCP协议提供。RTP在1025~65535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则使用下一个奇数UDP端口号。端口号5004和5005则分别是RTP和RTCP的默认端口号。在RTP分组的首部中，前12字节是必须的，而12字节后的是可选的。下面介绍各个字段：计算机网络教程第11章结束语（1）载荷类型(payloadtype)：7比特，例如μ律PCM（0），GSM（3），A律PCM（8），G.722(9)，G.728(15);JPEG(26)，MPEG1(32)，MPEG2(33)等（2）序号：16比特，（3）时间戳：32比特，反映了RTP分组中的数据的第一个字节的采样时刻。在RTP协议中没有规定时间戳的粒度(granularity)，这取决于载荷类型。例如，对于8kHz采样的话音信号，若每隔20ms构成一个数据块，则一个数据块中包含160个样本(0.02×8000=160)。因此发送端每发送一个RTP分组，其时间戳的值就增加160。计算机网络教程第11章结束语（4）同步源标识符：32比特，SSRC(SynchronousSouRCeidentifier)是一个数，用来标志RTP流(stream)的来源。SSRC与IP地址无关。（5）参与源标识符：选项，最多可有15个。CSRC(ContributingSouRCeidentifier)也是一个32比特的数，但它是用来标志来源于不同地点的RTP流。在多播环境中，可以用中间站将多个发往同一个地点的RTP流混合成一个流。在目的站再根据CSRC的数值将不同的RTP流分开。计算机网络教程第11章结束语（6）参与源数：4比特（7）版本：2比特当前是2（8）填充P：1比特，在某些特殊情况下需要对应用数据块加密，这往往要求每以各数据块有确定的长度。否则就要进行填充，将P置为1。在数据部分的最后一个字节用来表示所填充的字节数。（9）扩展X：1比特，当M=1时，则表示在此RTP首部后面还有扩展首部。（10）标记M：1比特，为“1‘时，表RTP分组有特殊意义。例如，在传送视频流时用来表示每一帧的开始。计算机网络教程第11章结束语11.2.2实时传输控制协议RTCPRTCP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。RTCP有五种分组类型，它们使用同样的格式：结束分组BYE表示关闭一个数据流。特定应用分组APP使应用程序能够定义新的分组类型。接收端报告分组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。计算机网络教程第11章结束语发送RR分组有两个目的：（1）可以使所有的接收端和发送端了解当前网络的状态；（2）可以使所有发送RTCP分组的站点自适应地调整自己发送RTCP分组的速率（通信量的5%）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。源点描述分组SDES给出会话中参加者的描述，它包含参加者的规范名（电子邮件地址的字符串）。计算机网络教程第11章结束语11.2.3实时流式协议RTSPRTSP以C/S方式工作，是一个多媒体播放控制协议，用来使用户在播放从网上下载的实时数据时能够进行控制，如：暂停/继续，后退，前进等。要实现控制还要有专门的媒体播放器和媒体服务器。媒体播放器的主要功能：解压缩、消除时延抖动、纠正差错以及具有良好的用户界面。媒体服务器支持流式音频和视频的传送。计算机网络教程第11章结束语RTSP是一种带外协议，而多媒体流是使用RTP在带内传送的。可见RTSP信道有点像FTP的控制信道。RTSP的语法和操作与HTTP协议的相似。RTSP控制分组可以在TCP/UDP上传送。计算机网络教程第11章结束语11.3IP电话11.3.1IP电话概述IP电话（InternetPhone）又称为VoIP(VoiceoverIP)：由专门的设备或软件将呼叫方的话音信号采样并数字化，压缩，打包，经过IP网络传输到对方，对方的专门设备或软件接收到话音包后，解压，还原成模拟信号送给话机。计算机网络教程第11章结束语1．桌面方式（desktop）PC多媒体方式，在桌面电脑上安装VoIP软件和硬件，在因特网上实现端对端的实时通话。（双方的软件和硬件应一样）目前，这种方式的通话效果比较差，但只付市话费和上网费，打国际长途成本低。计算机网络教程第11章结束语2VoIP网关方式它是传统电话与IP电话的接口设备，完成用户话音信号采样并数字化，压缩，打包及其逆变换。有两种类型的VoIP网关1）路由器+话音板：局域网端口（连接本地网），广域网端口（连接广域网另一端的路由器，话音端口（连接电话或程控交换设备）。计算机网络教程第11章结束语2）单独的VoIP网关：局域网端口连接集线器；话音端口连电话或程控交换设备。比较而言，1）如果直接连广域网则不经本网时延会少一些，弱点是有单点故障和模数转换负荷较重，配置复杂。2）设备安装灵活，且无单点故障。计算机网络教程第11章结束语IP电话网关的作用：（1）在电话呼叫阶段和呼叫释放阶段进行电话信令的转换。（2）在通话期间进行话音编码的转换。现在IP电话有两套标准：ITU-T定义的H.323协议IETF提出的会话发起协议SIP(SessionInitiationProtocol)计算机网络教程第11章结束语11.3.2H.323协议名称“基于分组的多媒体通信系统”。基于分组的网络包括因特网、局域网、企业网、城域网和广域网。H.323协议是因特网的端系统之间进行实时声音和视像会议的标准。H.323协议标准指明了4种构件，使用这些构件连网就可以进行点对点或一点对多点的多媒体通信。计算机网络教程第11章结束语（1）H.323终端：PC机，或运行H.323程序的单个设备（2）网关：网关连接到两种不同的网络，使得H.323网络可以和非H.323网络（如公用电话网）进行通信。（3）网闸(gatekeeper)：相当于整个H.323网络的大脑。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。计算机网络教程第11章结束语（4）多点控制单元MCU(MultipointControlUnit)：MCU支持三个或更多的H.323终端的音频或视频会议。MCU管理会议资源、确定使用的音频或视频编解码器。网关、网闸和MCU在逻辑上是分开的构件，但它们可实现在一个物理设备中。在H.323标准中将H.323终端、网关和MCU都称为H.323端点(endpoint)。计算机网络教程第11章结束语H.323的组成：（1）音频编解码器：要求至少要支持G.711(64kbit/s的PCM)。建议支持如G.722,G.723.1,G.728和G.729等。（2）视频编解码器：要求必须支持视频压缩标准H.261（3）H.255.0注册信令：注册/接纳/状态（RAS）（4）H.255.0呼叫信令：用来在两个H.323端点之间建立连接（5）H.245控制信令：用来交换端到端的控制报文（6）RTP和RTCP计算机网络教程第11章结束语11.3.3会话发起协议SIPH.323过于复杂(736页)，不便于发展基本于IP的新业务，IETF在1999年制定了SIP（128页）。只涉及到IP电话所需的信令和有关服务质量的问题。SIP使用文本方式的C/S协议。SIP系统只有两种构件：用户代理：发起呼叫网络服务器：代理服务器，重定向服务器代理服务器接受来自主叫用户的呼叫请求转发给被叫。重定向服务器通过响应告诉客户下一跳代理服务器的地址。计算机网络教程第11章结束语11.3.4IP电话的通话质量决定通话质量的两个主要因素：端到端的时延；话音分组的丢失率。这两者是相互关联的。正常通话的端到端时延不应超过250ms（一般是50—70ms）但IP电话的时延通常超过该值。计算机网络教程第11章结束语提高话音质量的关键技术：1）话音压缩技术：话音的编码方法对时延有影响，话音信号的数据率应尽可能低。ITU-T的标准有两个：●G.729：8kbit/s的CS-ACELP(共轭结构代数码激励线性预测声码器)，其话音质量与32kbit/s的ADPCM相同。●G.723.1：5.3/6.3kbit/s的为多媒体通信用的低速率声码器计算机网络教程第11章结束语今天的技术已经做到：每天平均每条话音中继线的通信量仅占1k-2kbit/s,为64kbit/s广域网带宽的3%（一路传统的话音要占64kbit/s），这就是为什么IP电话省费用的原因。2）静噪抑制技术：指检测到通话过程中的安静时段，在这些时段停发话音包。（全双工话音中，只有36%—40%是活动态）大量的网络带宽节省（用于其他话音或数据传输）。计算机网络教程第11章结束语3）回声消除技术：在处理器中有特殊的软件代码监听回声信号，并将它从听话人的话音信号中消除。（10ms以上的时延就有感觉）4）话音抖动处理技术：抖动是指话音分组传输时延的长短变化。超过200ms的时延，就应采用半双工的通话方式；严重时会造成分组被丢弃，在接收方设缓