NGI-第5章-高层宽带协议2010-4-27.ppt

下一代互连网技术（NGI),第1章 NGI概述 第2章 NGI主要传输技术 第3章 宽带IP交换技术 第4章 IPv6协议 第5章 高层网络协议 第6章 无线网络技术 第7章 宽带接入技术,第5章 高层网络协议,主要内容： 5.1 网络服务质量 5.2 资源预约协议（RSVP） 5.3 流传输协议（RTP和RTCP） 5.4 会话发起协议SIP 5.5 H.323协议,1.网络服务质量（QoS）：是指IP网络按照应用的要求成功传输IP数据包的能力。端到端的 QoS则是关心的重点。网络QoS有： “保证型”：保证按应用要求完成端到端的数据传输。具体实现是通信前按要求预留资源，确保带宽。如ATM、RSVP等。保证型的QoS可靠但利用率低且协议复杂，难于实现。 “尽力型”：尽量按应用要求将数据包送到目的端点，不轻易丢掉。 IP网络中的QoS往往采用“尽力型”，利用优先级等抢占策略处理轻重缓急。,5.1.1 IP网中的QoS,5.1 网络服务质量,2.描述QoS的主要参数： 吞吐量（Throughput） 包丢失率（Packet loss） 时延（ Delay） 时延抖动(Jitter） 吞吐量反映了网络的处理能力，对用户表现为带宽资源；包丢失率则反映出了网络传输的能力；时延反映出了网络的传输速度；而时延抖动则是视音频等实时流媒体传输特别的关注对象。,5.1.1 IP网中的QoS（续）,5.1 网络服务质量,5.1.1 IP网中的QoS（续）,5.1 网络服务质量,不同应用对服务质量的要求,3. QoS解决方案： （IETF建议） 综合服务模型（IntServ，Integrates Services） 区分服务模型（DiffServ，Differentiated Services） 多协议标记交换（MPLS） 业务流量工程(Traffic Engineering) 综合服务模型IntServ 是利用资源预留（RSVP）作为信令建立通道和资源预留；区分服务模型（DiffServ）是利用改写帧中字段作为标记区分类别以提供不同服务；MPLS是一种转发方案，利用标签进行分类、转发和服务；而业务流量工程的目的是让网络流量更加均匀。,5.1.1 IP网中的QoS（续）,5.1 网络服务质量,1ISA的概念 （Integrates Services Architecture，ISA） 综合服务体系或（InterServ）是IETF正在开发的一套标准，总体定义参见RFC1633和相关文档。综合服务体系ISA的目标是在基于IP的互联网上提供对QoS支持。主要涉及的问题是在发生拥塞时如何共享可用的网络容量。 ISA提供了保证型、受控负载型及“尽力而为”三种服务。通过路由选择算法、准许控制、分类排队规则等功能加以实现。,5.1.2 QoS 综合服务体系（ISA）,5.1 网络服务质量,2ISA提供的QoS服务 保证型服务：保证QoS的容量或数据传输速率，时延上限（包括传输时延和排队时延）及分组丢失率按用户要求满足。适用于有预期保证的端到端服务业务。例如网络视频会议。 受控负载型服务：提供虽没有明显时延上限，但可以保证相当大比例的分组传输时延不超过某个最小时延，且绝大部分分组可实现成功提交。 “尽力而为”服务：是一般IP网络支持的服务。,5.1.2 QoS 综合服务体系（ISA）,5.1 网络服务质量,3. ISA对QoS服务实现的技术途径 （1）准许控制：对于有QoS要求的服务，ISA利用资源预约协议（RSVP）为新的流建立通道，并进行资源预留。如果沿途路由器经综合考虑，认为没有足够的资源来保证所要求的QoS，则这个流就不允许进入网络。 （2）路由选择算法:ISA基于多个不同的QoS参数来判决路由，而不仅仅基于最小时延。例如用OSPF根据QoS来选择路由。 （3）排队规则:ISA考虑了不同流的不同需求，提出了一种高效的按流排队，多队分时服务的排队机制，简单、公平。,5.1.2 QoS 综合服务体系（ISA）,5.1 网络服务质量,4ISA的工作原理,ISA是一种面向流服务基于节点的网络模型，它由一系列网元组成，网元包括主机、路由器、底层链路等。下图是ISA在一个路由器内的实现。,5.1 网络服务质量,图中，粗线以下为是路由器的转发功能，对每个分组在进入后，经分类及优化路由选择后，根据调度规则实现分类排队输出；粗线以上为是用来创建转发功能所需的一些数据库及控制机制。 为了实现转发和通信量控制，每一个进入的分组在入口处，首先由分类程序映射到不同的类，一个类可以对应一个流，或一组具有相同QoS需求的流。类的选择基于IP头部中的流类型字段值。路由选择程序由分组的类和它的目的地址，决定下一跳地址。 资源预约协议（RSVP）在给定QoS级别上为新的流在路由器间或路由器与端系统间申请资源预留，建立和维持转发通道，更新通信量控制数据库，并调用准许控制功能，根据承诺水平和当前网络负荷状态，给予是否准入许可。由管理代理修改通信量控制数据库，并指导准许控制模块设置准许控制策略。 分组调度程序根据分组流类型、通信量控制规则以及输出端口过去和现在的活跃度，决定分组的排队类型，队列的发送顺序及对超量流的管制。,4ISA的工作原理（续）,5.1 网络服务质量,ISA的最大优点是：它能为用户提供有保证的QoS保证及支持组播实现实时多媒体的资源共享，RSVP其最大缺点是可扩展性差，即当网络中流的数目很大时，路由器的性能急剧下降，其原因很简单：维护每个流的状态和信令的开销使得这种模型极不利于扩展，另外，对路由器要求高，对节点影响大，实现庞大而复杂。因此，一般认为，InterServ模型适应于网络规模较小，对QoS要求较高的边缘网络（如企业网、校园网等）。当网络规模进一步扩大，如骨干网，为解决QoS问题，应采用区分服务DiffServ模型。,5ISA的应用,5.1 网络服务质量,5.1.2 QoS 综合服务体系（ISA）（续）,区分服务（DS，DiffServ）是一种面向网络的解决方案。它采用分组标记和按类排队的方法为用户提供有级别区分、支持优先级的网络服务模型，它已经成为了一个十分活跃的技术研究及标准开发的领域。 区分服务的基本思想是：将IP网络中的主要组件分为边缘组件和核心组件，让边缘组件负责按一定的QoS要求，实现分组的分类、标记、整形、调度等复杂功能，让核心组件仅按简短的标记进行高速转发，在核心组件中不再需要象ISA那样保留大量“软状态”信息。,5.1 网络服务质量,5.1.3 区分服务模型（DS）,5.1.3 区分服务模型（DS）,1. 区分服务模型原理,边缘组件：为一个主机、防火墙、路由器或其他可能的边缘设备，位于DiffServ网络的入口和出口处。它们负责对分组进行分类、标记和调整（如管制、整形等)。 内部组件：为核心交换机或路由器，它们根据DS字节的内容提供每个跳的服务。这些组件采用队列管理技术来控制队列的深度，采用一定策略对出口发送过程进行调度(如加权公平排队WFQ、基于类的排队或优先权排队等)。 服务策略管理：由网络工作人员和一定的工具完成。有时还需要在网络和终端用户之间指定或强制某些服务级别的协定。,1. 区分服务模型原理（续）,5.1.3 区分服务模型（DS）,（1）DS边缘组件的组成及功能：DS的边缘组件由分类器Classifier、标记器Marker、测量器Meter、流量整形器Shaper和丢弃器Dropper等功能模块组成，这些组件不仅要决定下一跳的转发机制即确定PHB，还有一些复杂的通信量调节功能。,2. 区分服务模型原理（续）,5.1.3 区分服务模型（DS）,当分组到达DS网络的入口处时，首先由分类器根据分组头部的多个域如IP地址、端口号、协议类型等对其进行分类，确定转发等级即DSCP域的PHB值，再转发给标记器；与此同时，分类器将该分组传送给与流量整形器相适应的测量器；测量器测量分组流的特性是否相符一个特性参数设置，判断该分组流是否在保证的服务级别内，给出状态报告，反馈给标记器。由标记器根据需要和测量器返回的状态为不同码点的分组重新标记，以便管制通信量，通过重新标记使其获得较低的服务质量。整形器根据需要延迟分组，使得某个给定类别的分组流不会超出该类别特性参数中所规定的通信量速率范围。丢弃器对某个给定类别的分组流速率超出该类别特性参数中所规定的分组实施丢弃。,1. 区分服务模型原理（续）,5.1.3 区分服务模型（DS）,DS服务类型在DS域内提供，在服务级别协约（Service Level Agreement，SLA）中定义。 （1）DS域:为因特网中相互连接的一个区域，该区域由一系列相同的DS策略管理。通常一个DS域应当在一个管理实体的控制之下。 （2）服务级别协约（Service Level Agreement，SLA）：它是客户和服务提供者之间达成的服务合约，定义了客户不同类别分组应当享受何种转发服务。SLA一旦建立，客户提交的分组就要在DS的八位组上作标记以指示该分组的类别，服务提供者必须确保与客户商定的QoS，必须在每个路由器上配置适当的转发策略（基于DS的八位位组值），并根据测量提供给每个类别的性能。,2DS提供的服务,5.1.3 区分服务模型（DS）,若源与目的在同一DS域，应由这个DS域提供商定的服务。如果终点超出了客户所在的DS域，则该DS域将通过其它域转发与原请求相近的服务。 DS框架结构的一些SLA的详细参数： 预期的吞吐量、丢弃率、等待时间 在服务的入口和出口处进行约束，以指示服务范围。 为了提供所请求的服务而必须坚持的通信量特性参数，如令牌桶参数。 对已提交但却超出规定特性参数的那些通信量进行处理。,2DS提供的服务（续）,5.1.3 区分服务模型（DS）,在RFC2475中，把利用区分服务机制提供边到边服务的网络称为DiffServ域或DS域。在DS域的边缘路由器被称为DS边界结点，而DS域中的核心路由器被称为内部结点。 区分服务（DS）将具有相似QoS等要求的一组业务归为一类，分配一种标记，采用同样的处理方式，不同类别使用不同标记，通过标记进行转发。这样，每次转发中，不需要像RSVP那样存储大量的“软状态”信息。 DS区分服务用8bit的DS字段的前6位比特定义类标记，后两位备用，DS字段实际上是对IPv4 ToS字段的重新定义，类似于新的IPv6 中定义的Triffic class字段。在该字段中的值指明了分组希望获得的服务。,3DS域,5.1.3 区分服务模型（DS）,码点000000（默认分组类别）：对应“尽力而为”的转发行为。 码点101110：为加速转发行为。这种转发具有低延时、低抖动、低分组丢失率以及带宽保证的最高优先级。 码点xxx000：是为了向下提供与IPv4优先服务的兼容而保留的，体现在路由选择、网络服务和排队处理规则等方面。码点xxx000提供的服务至少等同IPv4优先级所提供的服务。,3DS域（续）,5.1.3 区分服务模型（DS）,在DS域的核心路由器中，只需根据DS的值，即区分服务编码点DSCP（标记值），进行标准化处理组合，如排队、丢弃、转发等，实现简单、快速的转发。 PHB代表了不同的快速转发行为，PHB组值对具有相同DSCP值的分组的转发行为。 已定义了4种PHB，即尽力而为PHB（默认的PHB），加速转发PHB（EF PHB），可靠转发PHB（AF PHB），类别选择PHB（Class Selector PHB）。,4PHB组,5.1.3 区分服务模型（DS）,（1）尽力而为PHB（默认的PHB）：RFC2474规定，当DSCP为全零时，其对应的PHB为尽力而为PHB，核心路由器即按尽力而为方式转发，这是默认的QoS转发方式。 （2）加速转发PHB（EF PHB）：这是DS中最高优先级QoS的转发方式，DSCP值为101110。这种转发具有低延时、低抖动、低分组丢失率以及带宽保证。 （3）可靠转发PHB（AF PHB）：这种转发方式主要关注分组丢失率，它将相同业务中的不同分组按不同的丢失优先级处理，优先级越高的分组，被丢失的概率就越高。,4PHB组,5.1.3 区分服务模型（DS）,（4）类别选择PHB（Class Selector PHB） DS的这种转发方式采用DSCP域的前三位提供8个业务等级，后三位保留IPv4ToS字段的8个优先级，使DS的业务登记可与传统的IP优先级同时并存于网络中。,4PHB组（续）,5.1.3 区分服务模型（DS）,可靠转发PHB的12种DSCP值，如下表所示。,第5章 高层网络协议,主要内容： 5.1 网络服务质量 5.2 资源预约协议（RSVP） 5.3 流传输协议（RTP和RTCP） 5.4 会话发起协议SIP 5.5 H.323协议,1RSVP的基本概念 RSVP（Resource Reserve Protocol）是一个资源预约协议。提供一种有效的资源预约方式，可以有效地描述应用程序对资源的需求。RSVP是一个单工协议，只在一个方向上预订资源。通过信令，在非连接IP网的端到端之间建立一条预约带宽的路径，确保数据的传输带宽，尽量减少实时多媒体通信中的传输延迟和数据到达时间间隔的抖动。RSVP处于传输层。RSVP协议的相关组成如下：,5.2.1 RSVP简介,5.2 资源预约协议（RSVP）,两个主要概念: （1）资源预留：接收者一旦得知路径消息，就要负责对资源作出实际预留，资源指路由器或三层交换机等设备的队列空间、出口容量等影响带宽的参数。RSVP采用“软状态”存储和更新修改有关信息。当路由器接受资源预约时，资源被预留备用，但若一段时间内没有收到预留资源的流，路由器就会释放资源。通过“软状态”的方法，发送者周期性的发送路径消息，接收者则继续发送资源预约请求来刷新任何可能出现的超时或变化。 （2）数据流（Data Flow）：一个发送者到多个接收者的业务数据流。在IPv6报头中已“流标识”标明。在发送一个流之前，发送者发送一个以接收者为目的地的“路径消息”，此消息包含源IP地址、目的IP地址、流特性（流的比特率、时延要求）等。流特性是业务的服务质量要求。“路径消息”沿着流路径上的主机和路由器传送到接收者。,5.2 资源预约协议（RSVP）,5.2.1 RSVP简介,流的描述和标记处理过程如图所示：,5.2 资源预约协议（RSVP）,5.2.1 RSVP简介,2资源预留方式 根据应用不同，资源预留分为以下三种方式： 通配符过滤器方式WF（WildCardFilter）：接收方不选择特定的发送方，即所有发送方可以共享预留的资源，它适用于电话会议等只有少数发送方同时发送的情况。 固定过滤方式FF（FixedFilter）：接收方选择特定发送方进行资源预留，即被选中的发送方才能享受预留资源。如为每个视频流的源端申请独立的保留资源。 共享确定方式SE（Shared Explicit）：接收方可以选择多个发送方，即预留的资源可以被多个发送方使用 (如远程教学) 。,5.2 资源预约协议（RSVP）,5.2.1 RSVP简介,3RSVP的特点 RSVP是由接收者初始化的，即面向接收方的单向数据流。接收者可根据占有的网络容量，自己决定自己的QoS能力，然后生成合适的资源预留请求。 RSVP是软状态（Soft State）的。在一条固定通路上的预留状态如果不刷新，就会超时。预留资源状态过时，则被释放。 RSVP通过调节QoS参数，支持媒体缩放。 RSVP可提供不同形态的预订。不同的接收方有不同的QoS需求，RSVP可以根据不同的要求进行不同的资源预订。,5.2 资源预约协议（RSVP）,5.2.1 RSVP简介,3RSVP的特点（续） RSVP支持组播（Multicast）。 独立于路由协议：QoS的建立与路径建立相独立，RSVP适用于任何路由协议。 RSVP存在的问题，RSVP申请的网络带宽达不到要求时，路由器可能拒绝预留，造成不能通信。,5.2 资源预约协议（RSVP）,5.2.1 RSVP简介,RSVP是通过信令报文，在非连接IP网的源端和目的端之间建立一条预约带宽路径,5.2 资源预约协议（RSVP）,5.2.2 RSVP工作原理RSVP报文,0 3 4 8 9 15 16 24 31,其中：版本字段为4bit，目前值为1：报文类型字段为8bit，有两类RSVP报文，即Path（路径）与Resv（预留）报文。,RSVP协议字段值与报文类型对照表, 字段值与报文类型对应如下表所示。, RSVP报头部格式如图所示。,5.2 资源预约协议（RSVP）,5.2.2 RSVP工作原理 RSVP报文,（1）Pah报文 Pah报文主要用来支持OPWA（One PassWith Advertising）服务。即发送者将Path报文发送给下游，并沿着数据传送的路径收集各网络元素的资源信息，最后将这些信息传送给数据接收端用户，以便他们做出是否进行资源预约的选择。 Path报文包含两个参数： Tspec和ADSpec。 Tspec （Traffic Specifier）是发送端用于描述业务流特征的参数； ADSpec是描述沿途节点QoS控制能力与需求信息的参数。 TSpec将业务量看成一个令牌桶模型，为一个五元组结构，即（r，b，p，m，M）。其中r为令牌桶令牌产生速率(bps)；b为桶的容量（Bits）；p为突发业务进入网络的最大速率（bps）；m为最小分组长度（bit）；M为最大分组长度。,5.2 资源预约协议（RSVP）,（ Pah报文-续）在Path报文传输过程中，当ADSpec到达一个节点，就被RSVP模块送到业务量控制模块，由后者更新ADSpec。若该参数描述的QoS不能在该节点实现时，就在ADSpec上设一标记，再传递到下一中继点，当到达接收端时，这些参数用来确定预约参数。 （2） RESV报文 Resv报文由接收端发至源端，以预约资源。Resv报文中包含描述接收端所要求的流量和期望预留资源的参数：FLOWSpec。该参数有业务量描述参数TSpec和服务要求描述参数RSpec组成。 支持RSVP的节点在选择路由时必须寻找支持RSVP并满足QoS需求的路由器及带宽宽、负载轻的路由。当链路出错时，用有资源预留的方式在新寻到的路径RSVP的“软状态”方式预留资源，实现自愈。,5.2.2 RSVP工作原理 RSVP报文,5.2 资源预约协议（RSVP）,5.2.2 RSVP工作原理,2. RSVP的工作流程 RSVP安装在主机和路由器中，运用Path和Resv报文在主机和路由器间传送资源预留请求和状态信息，其建立会话过程如下图所示。,5.2 资源预约协议（RSVP）,5.2.2 RSVP工作原理-预约资源的工作流程,当需要建立会话并要沿途路由器预留资源时，源端向每个接收方发出Path报文，包含需预留资源、会话类型、数据分组格式和流量特性等参数，按确定的数据路由传送，在经过的路由器中建立“Path状态”，并转发Path消息。 Path消息到达接收方后，接收终端（一个或多个）根据自己的需要向发送方发送Resv报文，Resv报文确定了资源的预留方式和对应的发送方式。Resv消息经过的每个路由器对RSVP的资源预留请求要进行“接纳控制”和“监督控制”。如果预约请求成功，则由分类器确定路由和能提供的业务质量；由调度器确定转发策略。 由发送方确认此会话的资源预留成功，等待数据流的发送。,5.2 资源预约协议（RSVP）,5.2.2 RSVP工作原理-预约资源的工作流程,RSVP的预留方式有以下几种： 通配符过滤器方式（WF：WildCardFilter）：接收方不选择特定的发送方，即所有发送方可以共享预留的资源，它适用于电话会议等只有少数发送方同时发送的情况。 固定过滤方式（FF：FixedFilter）: 接收方选择特定发送方进行资源预留，即被选中的发送方独占资源。 共享确定方式（SE：Shared Explicit）：接收方可以选择多个发送方，即预留的资源可以为多个发送使用。,第5章 高层网络协议,主要内容： 5.1 网络服务质量 5.2 资源预约协议（RSVP） 5.3 流传输协议（RTP和RTCP） 5.4 会话发起协议SIP 5.5 H.323协议,1流媒体 流媒体指在Internet/Intranet中使用流式传输技术的连续即时媒体，如：音频、视频或多媒体文件。现在网上传输音/视频主要有下载(download)式和流式传输(streaming)两种方式。 2顺序流式传输和实时流式传输（流式传输的两种方式） 顺序流式传输：利用内存缓冲器，保存顺序下载的文件，用户可边下载边播放。使用标准的HTTP服务器就可发送这种形式的文件，这种方式称作HTTP流式传输。此方式可保证播放的最终质量。 实时流式传输：是指保证媒体信号带宽与网络连接匹配，使媒体可被实时观看到。实时流与HTTP流式传输不同，它需要专用的流媒体服务器与传输协议。“实时”的概念是指在一个应用中数据的交付必须与数据的产生保持精确的时间关系。,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.1 流媒体技术概述,3流媒体系统 流媒体系统一般报文含下面三个组件： 播放器(Player) 在客户端接收播放流媒体格式文件的软件; 服务器(Server) 管理并向客户发送流媒体数据的软件; 编码器(Encoder) 用于压缩和整合多媒体数据，将其转换为适合在网上传输的流媒体格式。流媒体文件一般要经过特殊编码。使其适合在网络上一边下载一边播放，压缩媒体文件编码成流式文件，必须加入一些附加信息，如计时、压缩和版权信息。 流媒体技术的研究内容包括流媒体的编解码技术、流媒体服务器技术、端到端(end to end)流媒体技术和流媒体系统技术等。,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.1 流媒体技术概述（续）,4流媒体传输的相关协议 实时传输协议/实时传输控制协议（RTP/RTCP)族。该协议族是流媒体的应用层协议，为媒体的流化技术提供了网络承载平台，早在1996年就成为Internet的国际标准(RFC 1889)，最新的版本(RFC3550)于2003年7月发布。 IETF还针对具体的应用制订了RTP与特定媒体相结合的标准，如H.263 over RTP, General Audio over RTP,MPEG over RTP,FEC over RTP等。 位于RTP和RTCP之上的另一实时流协议是RTSP (Real Time Streaming Protocol)是由Real Networks和Netscape共同提出的，该协议定义了一对多应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据。它使用TCP或RTP完成数据传输。与HTTP相比，RTSP传送的是多媒体数据，而HTTP传送HTML；HTTP请求由客户机发出，服务器做出响应，而RTSP是双向的，客户机和服务器都可以发出请求。,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.1 流媒体技术概述（续）,实时传输协议（RTP）和实时传输控制协议（RTCP）是两个紧密相关的协议。为了可靠、高效地传送实时数据，RTP和RTCP必须配合使用。 RTP主要用于承载多媒体数据，并通过包头时间参数如时间戳等配置使其具有实时的特征。RTCP主要用于周期地传送包含有发包量、丢失量等统计资料的RTCP包，以监视RTP传输的服务质量。RTCP包的数量占传输量的5。,5.3.2 流传输协议（RTP和RTCP）,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,1 实时传输协议（RTP） RTP提供端对端网络传输功能，适合通过组播和点播传送实时数据，如视频、音频和仿真数据。RTP没有涉及资源预订和质量保证等实时服务。 RTP报文格式中包括固定的RTP报文头、可选用的作用标识（CSRC）和负载数据。如果RTP所依赖的底层协议对RTP报文的格式有所要求，必须对RTP报文的格式进行修改或重新定义。通常，单一的底层数据报文仅包含单一的RTP报文。 ,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.2 流传输协议（RTP和RTCP）（续）,RTP数据报头格式如下：,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.2 流传输协议（RTP和RTCP）（续）,各项含义为： （1） 版本（V，2 位） ：RTP协议版本号，现版本号为2 （2） 填充（P， 1 位）：指明负载区最后是否有填充数据。 如果有，则负载区的最后一字节中装载填充数据的长度。（加密用）,（3）扩展（X，1位）：指明12个字节后是否存在扩展部分。 （4）CSRC计数（CC，4位）：指明作用源标识CSRC的个数。 （5）标记（M，1位）：根据装载数据类型的不同而不同，例如，对于视频信号表示一帧数据结束，对于音频信号表示两个静默区之间的通话开始。 （6）负载类型（PT，7位）：表示负载类型和媒体编码方式。 （7）序列号（SN，16位），接收端用以检测数据包传输中丢包情况及失序情况。序列号的初始值是随机分配的且不可预知的。每发送一个RTP数据包，SN增l。为了通信过程中的安全性，第一次生成RTP包时，序列号的初始值是一随机数，而不是0。,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.2 流传输协议（RTP和RTCP）RTP报头,（8）时间戳（Timestamp，32位）：描述RTP包中数据的采样时刻，主要用于同步和计算时延抖动。时钟频率和数据格式有关，不能使用系统时钟。对固定速率的音频来说，每次取样时戳时钟增1。与包序列号一样，时间戳的初始值也是一随机数。如果多个连续的RTP包在逻辑上是同时产生的，那么它们的时间戳相同。采样时刻必须来自一个单调、线性增加的时钟。 （9）同步源标识（Synchronization Source Identifier, SSRC）（32位）：用于标识RTP报文流的源点，来自同一个同步源的所有报文具有相同的计时和序列号空间，以方便各接收者组进行回放。 SSRC是随机选取的。在一个RTP会话中，两个SSRC不能有相同的值。,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.2 流传输协议（RTP和RTCP）RTP报头,（10）作用源标识（Contributing Source Identifiers, CSRC）：用以标识来源于不同地点，对RTP报文中负荷起作用（提供负荷）的源点。有015项，每项32位，分别标识一个作用源。作用源指接收到一个或多个SSRC的RTP报文后,经过混合处理产生的一个新组合的RTP报文的SSRC。例如，电话会议中多个具有SSRC的发言者的音频报文，经混合形成一个报文，这时的同步源是混合器，而产生音频报文原来的那些SSRC，被填进CSRC表中，变成了作用源。接收者可以根据CSRC表中的这些参与源，分辨出正确的发言者。 在所有RTP报文中，开始12个字节的格式完全按照RTP报文头定义的格式，而 CSRC标识列表仅出现在混合器插入时。,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.2 流传输协议（RTP和RTCP）RTP报头,2实时传输控制协议（RTCP） 实时传输控制协议（Real-time Transport Control Protocol ，RTCP）是与RTP协同工作的控制协议，用于在RTP会话用户间周期性地递交有关传输质量、统计流量及阻塞信息等控制信息，完成监听服务质量、交换会话用户信息等功能。RTCP有下列四大功能： （1）提供数据发布的质量反馈，这是RTCP最主要的功能。作为RTP的一部分，与其他传输协议的流和阻塞控制有关。反馈对自适应编码控制直接起作用。反馈功能由RTCP发送者和接收者报告执行。 （2）为RTP源提供一个永久性的规范名字CNAME，这是参加者得电子邮件地址。因为当发现冲突或者程序重启时，SSRC会发生变化。使用CNAME，会话接收者就能在一系列相关RTP会话中，将给定参与者的多个数据流联系，如同步音频和视频。,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.2 流传输协议（RTP和RTCP）RTCP,（3）实现阻塞控制。通过发送控制报文，使每个参与者都能了解参与者的数量。该数量可被用来计算报文发送的速度，以便在拥塞时，调低报文的发送速度。 （4）传送会话控制信息，如可在用户接口处显示参与者的标识符。 RTCP报文格式与RTP报文类似，包括固定的报文头部分和可变长结构元素，结构元素的意义由RTCP报文的类型决定，因为通常RTCP包非常小，一般把多个RTCP包合并为一个RTCP包，然后利用一个底层协议所定义的报文格式进行发送。,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.2 流传输协议（RTP/RTCP）RTCP,RTCP定义了五种报文，报文头部参数首先要区别携带不同控制信息的RTCP报文的类型，RTCP报文的类型主要有以下几种： （l）SR（Sender Report）：发送报告，当前活动发送者发送、接收统计。 （2）RR（Receiver Report）：接收报告，非活动发送者接收统计。 （3）SDES（Source Description）：源描述项，包括CNAME。 （4）BYE（Goodbye）：表示结束。 （5）APP（Application-defined）：特定应用函数。,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.2 流传输协议（RTP/RTCP）RTCP的五种报文,RTCP定义的五种报文中，最主要的是SR和RR。通常SR报文占总RTCP包数量的25，RR报文占75。类似于RTP数据包，每个RTCP报文以固定的包头部分开始，紧接着的是可变长结构元素，但是以32位长度为结束边界。在RTCP报文中，不需要插入任何分隔符就可以将多个RTCP报文连接起来形成一个RTCP组合报文。由于需要底层协议提供整体长度来决定组合报文的结尾，所以在组合报文中没有单个RTCP报文的显式计数。 RTCP控制报文的发送周期是变化的，与报文长度L、用户数N和控制报文带宽B相关。,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.2 流传输协议（RTP/RTCP）RTCP的五种报文,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.2 流传输协议（RTP/RTCP）RTCP的SR报文,发送者报告报文由头部、发送者信息、接收报告三部分组成。,3. RTP的实现 RTP仅仅实现了网络传输层的功能，要真正实现流媒体的网络传输，网络层和会话层协议也必不可少，下图中描述的是典型的服务器端RTP的实现方式，在会话层， RTSP（Real-Time Streaming Protocol）和 SIP（Session Initiation Protocol）协议完成会话控制；在传输层，为实现真正的端对端传输，RTP还必须以UDP或TCP为底层协议；在网络层，IP完成网络寻址等最基本的网络层功能。 ,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.2 流传输协议（RTP/RTCP）RTP的实现,服务器端的RTP实现框图,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.2 流传输协议（RTP/RTCP）RTP的实现,在控制平面，RTCP和RTSP报文通过UDP/TCP层后，同样由IP层负责发送。RTSP的主要功能是实现停滞、暂停、快进等VCR控制操作，SIP与RTSP功能类似，RTCP仅负责控制RTP报文的传输。,在数据平面，服务器端将压缩打包后的音视频数据按照RTP的报文格式装入RTP报文的数据负载段，同时配置RTP报文头部的时间截、同步信息、序列号等重要参数，此时的数据报文已经具有典型的时间特征，即被“流化”了。在UDP/TCP层，RTP报文作为负载数据装入UDP/TCP报文中，最后，由IP层负责最后的报文头部配置，实现网络传输。在客户端，实现方式相反，各网络层依次去除报文头部，并读取相关的控制参数和时间参数，最终获取可以实时播放的音视频数据。,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.2 流传输协议（RTP/RTCP）RTP的的实现,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.2 流传输协议（RTP/RTCP）RTP的的实现,用UDP/IP封装RTP数据的过程,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.2 流传输协议（RTP/RTCP）RTP的的实现,IP地址,RTP程序,端口,端口,UDP,RTP程序,端口,UDP,RTP程序,端口,主服务器,UDP 连接,用于接受服务请求的端口,创建,RTP从属服务器,主服务器有时又称为父服务器，而从属服务器又称为子服务器。,传输地址=IP地址+端口,UDP,一个RTP传输服务示例：,1. RTSP （Real Time Streaming Protocol）简介 实时流协议RTSP是由RealNetworks和Netscape以及哥伦比亚大学共同提出的。它是从RealNetworks的“RealAudio”和 Netscape的“LiveMedia”的实践和经验发展来的。该协议定义了一对多应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据。 RTSP是一个应用层协议,在体系结构上位于RTP和RTCP之上，使用TCP或RTP完成数据传输。与HTTP不同的是，RTSP使用RTP传送的是多媒体数据，且客户机和服务器都可以发出请求，即RTSP的请求可以是双向的；而HTTP传送的是HTML文件，它的请求只能由客户机发出，服务器只作响应。,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.3 实时流协议RTSP,RTSP此协议可以用来控制多个传送会话，实现传送通道如UDP的选择，TCP或UDP的组播，可以使用基于RTP的传送机制。建立并控制一个或几个时间同步的连续流媒体。尽管连续媒体流与控制流是可以交叉的，但是通常它本身并不发送连续流。也就是说，它通常是充当媒体服务器的网络远程控制的角色。RTSP的连接没有绑定到传输层连接。在RTSP连接期间，用户可以打开或关闭多个对服务器的可靠传输连接，用来发送RTSP请求。此外，可使用无连接传输协议，如UDP。RTSP控制的数据流可以使用RTP，但是RTSP的操作并不依赖于这种传送连续媒体的机制。此协议在语法和操作上与HTTP/1.1类似，所以很多HTTP的扩展机制通常都可以被加到RTSP上。 ,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.3 实时流协议RTSP (续）,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.3 实时流协议RTSP (续）,2. RTSP的报文格式 RTSP是基于文本的协议，以CRLF为行终止符。RTSP报文可以用脚本语言（如：Tcl、VB与Perl）来书写，报文语法与HTTP/1.1类似。RTSP报文一般由开始行、首部行和实体主体三部分组成，RTSP请求报文和响应结构如图所示：,（a）请求报文的结构 （b）响应报文的结构,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.3 实时流协议RTSP (续）,3. RTSP交互过程 C表示RTSP客户端，S表示RTSP服务端 C-S: OPTION request /询问S有哪些方法可用 S-C: OPTION response /S回应信息中包括提供的所有可用方法 C-S: DESCRIBE request /要求得到S提供的媒体初始化描述信息 S-C: DESCRIBE response /S回应媒体初始化描述信息，主要是sdp C-S: SETUP request /设置会话属性，以及传输模式，提醒S建 立会话 S-C: SETUP response /S建立会话，返回会话标识符及会话相关 信息 C-S: PLAY request /C请求播放 S-C: PLAY response /S回应请求信息 S-C: 发送流媒体数据 C-S: TEARDOWN request /C请求关闭会话 S-C: TEARDOWN response /S回应请求 上述的过程是标准的RTSP流程，其中第3步和第4步是必需的。,4. RTSP支持以下三种操作。 l）从媒体服务器上检索媒体 用户可以通过HTTP或其他方法提交一个演示描述。如演示是多播，演示描述就包含用于连接媒体的多播地址和端口。如演示仅通过单播发送给用户，用户为了安全应提供目的地址。 2）邀请媒体服务器进入会议 媒体服务器可被邀请参加正进行的会议，或回放媒体，或记录其中的一部分，或全部。这种模式在分布式远程教育应用上很有用处，会议中几方可轮流远程控制按钮。 3）将媒体加到现成讲座中 服务器告诉用户可获得附加媒体内容，这对现场讲座显得尤其有用。如 HTTP/1.1中类似，RTSP请求可由代理、通道与缓存处理。,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.3 实时流协议RTSP (续）,5RTSP的特点 RTSP是应用层协议，与RTP、RSVP一起设计来完成流式服务。RTSP有很大的灵活性，可被用在多种操作系统上，它允许客户端和不同厂商的服务平台交互。 RTSP可以保持用户计算机与传输流业务服务器之间的固定连接，用于观看者与单播（Unicast）服务器通信并且还允许双向通信，观看者可以同流媒体服务器通信。提供类似“VCR”形式的例如暂停、快进、倒转、跳转等操作。操作的资源对象可以是直播流也可以是存储片段。 RTSP还提供选择传输通道，如使用UDP还是多点UDP或是TCP。,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,5.3.3 实时流协议RTSP (续）,RTSP 与 RTP 和 RTCP 的关系,RTSP 播放器,RTSP 服务器,RTSP 控制分组（TCP）,RTP 数据分组（UDP）,RTCP 分组（UDP）,客户,服务器,RTSP 仅仅是使媒体播放器能控制多媒体流的传送。因此，RTSP 又称为带外协议，而多媒体流是使用 RTP 在带内传送的。,5.3 流媒体传输协议（RTP/RTCP）,第5章 高层网络协议,主要内容： 5.1 网络服务质量 5.2 资源预约协议（RSVP） 5.3 流传输协议（RTP和RTCP） 5.4 会话发起协议SIP 5.5 H.323协议,为了进行多媒体通信，IETF、ITU-T等制订了一系列的建议，包括SIP（Session Initiation Protocol）和H.323标准等。 SIP是IETF于1999年提出来的一个应用控制（信令）协议-会话发起协议。它可用来创建、修改以及终结多个参与者参加的多媒体会话进程。参与会话的成员可以通过组播方式、单播连网或者两者结合的形式进行通信。 它是文本格式的客户一服务器协议，由客户机发起请求，服务器进行响应，非常类似于SMTP协议和HTTP协议。与SMTP和HTTP不同的是；SIP即可以用TCP也可以用UDP传送。H.323协议和SIP都可用于IP多媒体通信，但在网络结构和信令协议的构思上有很大区别。,5.4 会话发起协议SIP,5.4.1 会话发起协议SIP简介,SIP协议的特点： （1）网络体系：SIP协议采用IP网络的客户机/服务器（C/S）结构，通过客户机和服务之间的请求和响应完成呼叫控制和信息传送任务； （2）协议方式：SIP是基于文本的协议，其消息的语法基本与HTTP相同，易于用Java等面向对象语言实现，易于调试排错，结构灵活，便于扩展； （3）控制信令：SIP中呼叫和媒体控制信息同时传送，SIP在传送呼叫信令的同时，还可在消息本体中传送媒体类型等信息，从而加快呼叫速度（利用SDP完成）。,5.4.1 会话发起协议SIP简介（续）,5.4 会话发起协议SIP,SIP具有简单、易扩展，且与现有Internet应用紧密结合的优点 。其协议栈如图所示。,5.4.1 会话发起协议SIP简介（续）,5.4 会话发起协议SIP,SIP网络采用客户机/服务器工作方式，其网络体系结构如图所示。,5.4.2 SIP协议的网络体系,5.4 会话发起协议SIP,SIP网络中包含两类网元：用户带理（User Agent）和网络服务器（Network Server）。 用户代理（即SIP终端）即可以发出呼叫，也可以接收呼叫。一个用户代理应包含用户代理客户（UAC）和用户代理服务器（UAS）两部分。 网络服务器的功能是为用户代理提供注册、认证、鉴权、路由等服务。因此网络服务器可分为代理服务器（Proxy Server）、重定向服务器和注册服务器三种。,5.4.2 SIP协议的网络体系（续）,5.4 会话发起协议SIP,三种网络服务器： 代理服务器：提供路由功能，负责将用户请求转发给下一个跳服务器。它又分成有状态和无状态两类。有状态的代理服务器记录经其转发的呼叫的状态信息，通常位于SIP网的边缘；无状态的代理服务器在消息转发后立即丢弃状态信息，通常位于网络的核心。 重定向服务器：提供地址解析服务，通过响应告诉客户下一跳服务器的地址，由客户根据此地址向下一跳服务器重新发送请求。 注册服务器：接受终端的注册请求，记录终端的SIP地址（SIP URL）和IP地址。,5.4.2 SIP协议的网络体系（续）,5.4 会话发起协议SIP,1. 功能 SIP的主要用途是发起会话、建立和终结合会话。会话可以是IP电话，也可以是Interner多媒体会议等。 SIP定义了会议的建立、终结和修改等消息。,5.4.3 SIP协议的功能和消息格式,5.4 会话发起协议SIP,SIP请求消息中最重要的一个操作为“邀请”(Invite)，发出“邀请”的请求消息后，服务器应回送响应。 SIP的主要功能为： a.用户定位：确定用户端的位置； b.用户能力交换：确定所用的媒体类型和媒体参数； c.用户可用性判定：判定被叫方是否空闲，是否愿意加入通信 d.呼叫建立：邀请和提示被叫，在主被叫之间传递呼叫参数； e.呼叫处理：呼叫终结、呼叫转移等。,5.4.3 SIP协议的功能和消息格式功能,5.4 会话发起协议SIP,SIP请求消息中最重要的一个操作为“邀请”(Invite)，发出“邀请”的请求消息后，服务器应回送响应。SIP响应消息分成中间响应和最终响应两类，前者报告呼叫正在进展的情况（如正在振铃。用户空闲等）；后者包括成功响应、异常失败等响应。所谓一个SIP事务就是从第一个请求至最终响应为止的所有消息。 SIP协议只定义会议的建立、终结和修改等消息，至于媒体类型、编码格式、收发地址等媒体的控制信息作为SIP的消息体,由SDP编写后，和其SIP的消息头部一起传送。,5.4.3 SIP协议的功能和消息格式- 功能,5.4 会话发起协议SIP,2. 消息格式 SIP共规定了六种信令：INV