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第八章网络应用技术8.1组播技术38.1.1IP组播的概念与特点单播单播的特点是一对一地传输数据，数据发送方发出的信息包只能传送到一个接收方。服务器针对每个客户机不同的请求发送不同的数据，容易实现个性化服务，如网络浏览。若发送方同时给多个接收方传输相同的数据包，发送方必须发送多份的相同数据包。当客户机数量大、单机流量也大时，服务器将不堪重负，发生延迟长、网络拥塞现象。服务器路由器组成员非组成员48.1.1IP组播的概念与特点（续）广播广播的特点是路由器和交换机将同一个信息包无条件地发往每一条分支路径，由接收方自行决定接下来还是将其丢弃。服务器不用向每个用户单独发送数据，流量负载低，如有线电视网。但这种方式对于路由器而言，有多少分支就要重复发送多少次，而不论这些主机是否乐于接收该数据包，无法针对每个用户的要求和时间及时提供个性化服务。58.1.1IP组播的概念与特点（续）组播组播是一种允许一个或者多个发送方发送单一数据包到多个接收方的网络传输方式，它采用组播地址，只向需要数据包的主机和网络发送数据包。采用这种方式，需要相同数据流的客户端可以加入相同的组，共享一条数据流，节省了服务器的负载，提高了网络传输速率，如视频点播和视频会议。与单播协议相比，组播协议可根据接收者的需要对数据流进行复制转发，服务器端的服务总带宽不受客户机接入带宽的限制，但组播协议没有纠错机制，发生丢包、错包后难以弥补。68.1.1IP组播的概念与特点（续）IP组播的特点使用组地址。在组播网中，每个组播组拥有唯一的组播地址（D类IP地址），组播数据包可以送到标识目的主机的组地址，而不必关心有哪些成员，对组成员中主机的数目和位置也没有限制。动态的组地址。组播组中的成员是动态的，一个主机可以参加某个特定的组，也可以在任意时间退出该组。底层硬件支持。Internet中的有些网络可能是以太网，这些以太网本身就具有硬件组播能力。78.1.2组播技术基础Ipv4地址有5类，其中A、B、C三种类型地址为单播地址，E类地址为保留地址，IP组播使用的是D类IP地址。D类型IP地址的最高位规定为1110，其余28位作为组播地址。组播地址的范围是224.0.0.0~239.255.255.255，并不是所有的D类地址都可以分配给用户。IANA（Internet号码指派管理局）控制着IP组播地址的分配。8组播相关协议根据协议的作用范围，组播协议分为组播组管理协议和组播路由协议。组播管理协议是主机和路由器之间的协议，又包括Internet组管理协议（IGMP）和Cisco专用的组管理协议（CGMP）；组播路由协议是路由器与路由器之间的协议，又分为域内组播路由协议以及域间组播路由协议。9IP组播组管理协议IGMP协议运行于主机和主机直接连接的组播路由器之间，其功能是：一方面通过该协议，主机通知本地路由器希望加入并接收某个特定组播组的消息；另一方面，路由器通过IGMP协议周期性地查询局域网内某个已知组的成员是否处于活动状态，实现所连接网络组成员关系的收集与维护。IGMP协议的发展经过了IGMPv1、IGMPv2和IGMPv3，目前通用的是IGMPv3。IGMPv1定义了基本的组成员查询和报告过程；IGMPv2在IGMPv1的基本上添加了组成员快速离开的机制；IGMPv3中增加的主要功能是成员可以指定接收或指定不接收某些组播源的报文。10IP组播路由协议组播路由协议是IP组播协议体系中最核心的功能。组播路由由源地址、组地址、入接口列表和出接口列表4部分组成。组播路由协议分为域内组播路由协议以及域间组播路由协议。域内组播路由协议又分为密集模型和稀疏模型。网络上使用较多的域内组播协议有DVMRP、MOSPF协议和PIM协议。用于域间组播路由的协议主要有多协议边界网关协议（MBGP）和组播源发现协议（MSDP）。8.2P2P网络128.2.1P2P网络的概念PeertoPeer，对等网计算机都处于对等地位整个网络一般不依赖于专用的集中服务器P2P网络的特点主要表现在如下3个方面：P2P网络以扩大互联网网络资源共享的范围与深度，使信息共享达到最大化为目标，是一种“非集中式”的网络结构。P2P网络不依赖于互联网域名服务，具有适应网络拓扑动态变化的独立路由寻址能力。P2P网络的“非集中式”共享网络资源与服务，与互联网中已有的“集中式”共享网络资源的结构是共存互补的。138.2.2P2P网络的基本结构目前P2P网络主要有4种结构：集中目录式结构。分布式非结构化P2P网络结构。分布式结构化P2P网络结构。混合式P2P网络结构14集中式拓扑结构的P2P网络网上提供的所有资料都分别存放在客户机上，服务器只保留索引信息，并且服务器与对等实体以及对等实体之间都具有交互能力。Napster是一种典型的代表软件要求服务器要持续运转查询流下载流查询流中心服务器客户机15分布式非结构化拓扑结构的P2P网络采用随机图的组织方式形成一个松散的网络有较好的容错能力，支持复杂结构多采用洪泛方式查询和定位资源可扩展性差。网络结点查询流下载流16分布式结构化拓扑结构的P2P网络络采用基于分布式散列表（DHT）的分布式发现和路由算法DHT是由广域范围的大量结点共同维护的巨大散列表DHT的结点是动态的，且数量巨大，非中心化和自组织成为两个重要的设计目标。DHT类结构能够自适应结点的动态加入和退出，有着良好的可扩展性、健壮性、结点ID分配的均匀性和自组织能力。DHT的维护机制较为复杂，尤其是结点的频繁加入和退出造成的网络波动会极大地增加DHT的维护代价。17混合式结构的P2P网络在分布式模式的基础上，将用户结点按能力进行分类，包括用户结点、搜索结点和索引结点，使某些结点担任特殊的任务查询流下载流索引结点搜索结点用户结点1用户结点2用户结点3用户结点4①②③188.2.3P2P网络的应用分布式科学计算文件共享协同工作分布式搜索引擎流媒体直播8.3即时通信系统208.3.1即时通信系统概述定义即时通信（IM）是一种基于Internet的通信服务，它提供近实时的信息交换和用户状态跟踪。RFC2778文件描述了即时通信息系统的功能，正式为通信系统勾勒出了模型框架。在RFC2778中，即时消息系统被定义为：允许用户相互订阅并获取彼此的状态变更信息，以便用户间相互收发短信。功能除了提供实时消息交换和状态跟踪服务外，即时通信系统一般还包括以下附加功能：音频/视频聊天、应用共享、文件传输、文件共享、游戏邀请、远程助理、白板。应用软件目前，使用较多的IM软件有QQ、网易泡泡、新浪UC、MSNMessenger和YahooMessenger等。218.3.2即时通信系统的基础通信模式P2P通信模式客户端1客户端2③①②①向服务器询问客户端2的远程地址和端口②服务器返回客户端2的远程地址和端口③和客户端2通信服务器228.3.2即时通信系统的基础通信模式（续）中转通信模式①向DNS服务器查询IM服务器②DNS服务器返回IM服务器的信息③与IM服务器建立连接,并登录④IM服务器返回通过验证信息和一些附加消息⑤客户端与中转服务器建立连接⑥通过中转服务器与客户端2进行通信①②③④⑤DNS服务器DNS服务器IM服务器中转服务器⑥客户端1客户端2238.3.3即时通信系统的通信协议基于SIP协议框架的SIMPLE协议集SIMPLE协议集是对SIP协议的扩展基于JABBER协议框架的XMPP协议集XMPP协议集是基于XML语言定义描述的IM协议。241．SIP协议会话初始化协议IETF在1999年提出的一个在IP网络上实现实时通信的应用层的控制协议。会话可以使不同的数据：文本数据，数字化的音频、视频数据，游戏等应用的数据。按逻辑功能区分，SIP系统由用户代理、代理服务器、重定向服务器和注册服务器4种元素组成。SIP消息包括从客户机到服务器的请求消息和从服务器到客户机的响应消息。SIP消息由一个起始行、消息头、一个标志消息头结束的空行以及作为可选项的消息体组成。252．SIMPLE对SIP协议的扩展支持IM服务增加了MESSAGE、SUBSCRIBE和NOTIFY方法新增了一些逻辑实体，包括呈现用户代理（PUA）、呈现代理（PA）、呈现服务器（PS）和申请者。263．XMPP由4个RFC文档组成：称为核心协议的RFC3920负责即时通信的RFC3921负责XMPP与CPIM映射的RFC3922负责安全的RFC3923XMPP系统框架主要有用户客户端、XMPP服务器和XMPP协议网管3种实体。采用了客户机/服务器的系统构架XML是XMPP系统构架的核心部分8.4IPTV288.4.1IPTV系统定义IPTV为互联网电视，简称网络电视。它利用宽带网的基础设施，以家用电视机或计算机作为主要终端设备，集Internet、多媒体和通信等多种技术于一体，通过Internet协议向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式数字媒体服务。使用方式用户在家中可以有两种方式享受IPTV服务：计算机方式网络机顶盒+普通电视机方式特点IPTV的主要特点在于交互性和实时性，由于使用的是TCP/IP协议，IPTV可以非常容易地将电视服务和Internet浏览、电子邮件收发以及在线娱乐、教育、商务功能结合起来。298.4.1IPTV系统（续）IPTV提供的服务种类主要包括电视类服务、通信类服务以及各种增值服务。电视类服务是指与电视有关的服务，如视频点播、直播电视和时移电视等。通信类服务主要是指基于IP的语音业务、即时通信服务和电视短信等。增值业务则是指电视购物、互动广告和在线游戏等。在诸多业务中，视频点播、直播电视和时移电视是3个基本业务。视频点播简称VOD，包括5个主要部分：节目制作中心、专业视频服务器、视频节目库、VOD管理服务器和客户端播放设备。网上直播系统包括节目源、数据捕获和编码、媒体播放服务器和用户几个部分。RealNetworks公司是网上流式视/音频解决方案的提供者。时移电视和直播电视的基本原理相同，主要的差别在于传输方式的差异。308.4.2IPTV系统的关键技术IPTV的基本技术形态可以概括为：视频数字化、传输IP化和播放流媒体化，它包括音/视频编解码技术、音/视频服务器与存储阵列技术、IP单播与组播技术、IPQoS技术、IP信令技术、内容分送网络技术、流媒体传输技术、数字版权管理技术、IP机顶盒与EPG技术以及用户管理与收费系统技术。8.5VoIP32定义VoIP俗称IP电话，是利用IP网络实现语音通信的一种先进通信手段，它利用电话网关服务器之类的设备将电话语音数字化，将数据压缩后打包成数据包，通过IP网络传输到目的地；目的地收到这一串数据包后，将数据重组、解压缩后再还原成声音。338.5.1VoIP实现方法PC-to-PC通话双方要通过计算机登录到网络上，还要有全双工声卡、话筒等设备，并安装相同的电话软件。代表产品有InternetPhone。PC-to-Phone作为主叫方的计算机必须上网，被叫方使用普通电话即可。主叫方的呼叫信号通过Internet到达服务器后，自动转接到被叫方的电话上，建立链路后，双方可以像普通电话一样交谈。Phone-to-Phone这种方式的产品种类较多，大致可以分为3种类型：双方通过电话各配置一个类似调制解调器的设备，通话双方通过它登录到Internet上，用户不必直接操作计算机。两端都没有计算机和电话连接，而是通过称为“桥接器”的设备进行通话。利用IP电话网关服务器进行通话。348.5.2VoIP系统组成终端设备是一个IP电话客户端，可以是软件，也可以是硬件。网关是通过IP网络提供语音通信的关键设备，是IP网络和PSTN网络之间的接口设备。IP电话网关的基本功能包括：号码查询、建立通信连接