局域网与广域网的设计与实现06_图文

1、 第6章语音与数据集成:优化带宽如果读者是在公司里工作,也许会参加过桌面P C的视频会议。如果是学生,那么可能通过网络或Internet 上的应用程序进行过计算机培训。这些应用程序只不过是网络提供的语音、声频和数据技术综合的开端。未来的应用程序将综合P C、电视、音频、电话或其他通信技术,完全地集成本地及全球通信,这在今天对我们来言几乎是难以想像的。其实,语音、视频及数据通信技术已在L A N和WA N中得到了很大发展,本章将对此进行介绍,如视频和音频如何打包来在网络上传输等,还将介绍实时收看网络和Internet 上的视频流。网络管理员面临着语音、视频和数据集成的巨大挑战,包括如何快速传输大

2、型文件以及那些包含着需精确定时以精确“登场”的数据的文件。本章我们还将学习到为迎接挑战,需要使用数据压缩的方法来快速及时地集成通信,并需要对L A N和WA N进行设计以适应各种语音、视频和数据应用程序。这些技术激发着优秀的应用不断涌现,必将激发L A N与W A N的潜能。阅读完本章并完成练习后,您将能够: 解释视频和音频如何在网络上传输。 理解视频与音频的采样。 讨论语音、视频和数据的集成。 解释多媒体数据传输的工作原理。 为集成的语音、视频和数据传输设计L A N和WA N。 讨论销售商和电信公司面临的风起云涌的集成问题。6.1 视频技术历史上,视频传输主要与电视相关,传输的是模拟信号。

3、早期的电视是由黑白图像组成的,其传输需符合美国通信委员会4 0年代初建立的标准。到5 0年代初,电视风行起来,人们对广播彩色电视信号的兴趣越来越大,这时,国家电视制式委员会(National Te l e v i s i o n Standards Committee,简写为N T S C成立了,其宗旨是为电视广播确立标准,并于1 954年建成了彩色电视标准。加拿大、中美洲、日本和美国都遵循着N T S C制式,而且N T S C在设计时是以6 0H z交流电的电力标准相匹配的。运动图像实际上是由一系列单个的图像组成的,只不过是以非常快的速度连续发送,通过位置的变化使它们看起来是运动着的。一幅

4、图像组成了一个电视帧。根据N T S C制式,在单通道(或频率范围上传输彩色电视信号时为每帧5 25条垂直扫描线,传输速度为每秒3 0帧。扫描线是用以在电视显示器上构造一幅图像或帧的从上到下的线的数目。除N T S C制式外,另外还有两个常用的电视广播制式:逐行倒相(Phase Alteranation Li n e, PA L和顺序与存储彩色电视系统(Systeme Electronique Couleur Avec Memoire,S E C A M。有些图像的主线路频率为5 0H z,就主要使用这两种标准。非洲、欧洲、中东和南美洲常采用PA L制式,PA L制式采用6 25条垂直扫描线(

5、而非5 25条,每秒发送2 5帧。S E C A M中扫描线也是6 25条,每秒传输速度为2 5帧,但S E C A M兼容的电视接收器所用的基准场定时信号源不同。基准场定 时信号与数据帧起始位置的帧标识符相似。法国、俄国和有些非洲国家使用S E C A M。模拟电视信号技术现在已经被数字电视代替。数字电视可进行远距离发送,产生的图像也更尖锐。这是因为,由E M I/R F I引起的传输错误可由与数字信号一同发送的错误校验信息中和掉。错误校验信息使得电视接收器立即检验到由干扰引起的变形并进行修正,信号无须进行模拟/数字转换便可传输,速度可达2 0M b p s。数字电视与网络视频采用的都是数字

6、化影像,因此可谓是“姊妹花”,二者之间的一个重要差别在于,网络视频传输通常要经过压缩方可进行,而数字电视主要在某些特定时候如通过租用电话线传输时方可进行压缩。计算机和网络的视频压缩形式通常有三种:音频视频交错(Audio Video Interleave,AV I、运动图像专家组(Moving Pictures Experts Group,M P E G压缩,以及不规则图像压缩(fractal image compression。音频视频交错AV I是一种组合了音频和视频的文件格式化技术,由Microsoft 开发,运行在Windows 3.1或更高级的操作系统上。Microsoft 和I B

7、 M曾共同创建了资源互换文件格式(Resource Interchange File Format,R I F F,以播放短小的音频与视频文件,AV I实际上就是R I F F的子集。在文件中音频和视频数据被隔行地扫描,先是视频片,然后是其相应的音频片,再是视频片,又是音频片等等循环下去。AV I的应用会受网络上复制及传输质量的限制,而且文件相对较大。运动图像专家组M P E G是I S O的成员,它发展了视频压缩标准并逐渐应用于计算机多媒体和网络中。M P E G综合使用了三种技术来压缩视频。其一是有失真压缩(lossy compression,其工作原理是,人眼并不能检测出颜色的轻微变化,

8、因此压缩年帧时可以忽略其中的某些位,解压缩产生的图像与原图像足够相似,人眼不会发现二者间微小的变化。有失真压缩的问题在于,忽略的位越多,在帧解压缩后越容易观察到颜色的变化。使用这种技术时,压缩的数量有一定的限制,大约为 2 41。I S O和I T U - T建立的广为流行的联合图像专家组( J o i n t Photographic Experts Group,J P E G压缩标准采用的就是有失真压缩。同时J P E G采用了哈夫曼编码技术。在这种技术中,最常使用的图像部分编码最短,而不常使用到的图像部分编码则较长,因此可以从总体上减少占用的位。J P E G压缩主要用于静态图像,在网络

9、或经由调制解调器传输一系列帧时,J P E G就不能提供所需的压缩水平了。M P E G综合了J P E G和另外的两种压缩技术预测编码和双向插补(也称双向预测,以获得比单独的J P E G更高的压缩水平。预测编码(Predicted encoding的前提是当前帧的大部分包含着与前一帧相同的图像,这里没有在整个帧上应用J P E G压缩,而是创建一个指向前一帧的指针,从而避免那部分未变的图像再次复制。预测编码将帧划分为1 6×1 6的像素块,以便可以方便地创建指向相应块的指针(见图6 -1。双向插补(bidirectional interpolation是一种与预测编码技术相似的编

10、码技术,但它创建的指针指向的是与前一个帧和下一个帧中有相同图像的部分(见图6 -2。M P E G压缩将J P E G压缩、预测编码和双向插补融为一体来压缩视频帧,获得1 .5M b p s的传输速度。这种速度很能给人深刻的印象,因为发送的信息非常复杂,而且压缩和解压缩的算法也很复杂。不规则图像压缩技术正处在发展阶段,这种技术也是要发现帧中的重复样式,但这里的重复样式的方向和大小常常是不同的。数学家们称此为“仿射变换( a f fine transformation”。我们常用数学上的收缩映像来减小仿射变换的尺寸。不规则图像压缩技术很有前途,但尚未达到预先估计的高压缩比例。 图6-1 预测编码

11、图 6-2 双向插补6.2 MPEG 视频重放以M P E G 格式运行视频的方法之一是将其存储在服务器上,客户可以从中下载。整个视频序列作为一个文件下载,并通过M P E G 播放软件播放。以这种方式执行视频播放可以很好地控制视频再现的质量以及从头到尾播放视频的时间。这种技术与从C D -R O M 上播放影碟很相似。播放M P E G 文件的另一种方法是在网络链路上获取视频流。获取视频流意指在一接收到视频时就立即播放,无需等到整个文件都到达后再播放。当进行由许多M P E G 文件组成的视频会议时,视频流特别有用。视频流的局限性在于,由于网络环境的改变(如网络流量的变化,视频再现时会出现不

12、均匀的现象,在网络环境改变时,有可能会要删除帧来试图均匀重现定时视频,但需要以质量和连续性为代价。视频流应用程序是贯彻Q o S 的原因之一。例如在网络设计和集成中应用AT M (参见第9章。使用前一帧中相同的像素块使用前一帧和后一帧中相同的像素块前一帧前一帧当前帧后一帧当前帧 6.3 音频技术与视频技术相比,音频文件技术更是变幻多端,即传输文件可以较小也可以非常大。表6 -1总结了各种不同的音频技术。表6-1 音频标准技术说明应用标准化组织 如表6 -1所示,PCM U-law ,尤其是其Microsoft /IBM 版本,是在Internet 上应用最广泛的音频传输格式。PCM U-law

13、 最初是为单声道系统或基本立体声的计算机重放音频而开发的,而多媒体、D V D 、增强声卡和结构缜密的音箱的引入使得计算机和网络上的M P E G - 1和M P E G -2应用日见增加。做一下项目练习6 -1来处理音频和视频文件,再做一下项目练习6 -2在I n t e r n e t 上播放一段M P E G 视频流。由于MPEG-2 音频所提供的声音比WAV 要精确,而且声音与视频的组合应用得 越来越广,所以M P E G -2可作为最常使用的声音编码格式代替U -l a w 和WAV 。6.4 视频与音频采样在许多视频和音频技术中,当信号进行模拟/数字转换时,都要用到采样技术,这就是

14、说,我们将对以H z 为单位的模拟信号以指定的时间间隔进行采样,以构造数字信号。采样速度越快,信号质量就越高因此,8 K H z 采样速率产生的信号当然要比2 K H z 产生的结果好。多信道介质的真实采样频率等于信道数与采样频率的乘积。例如,对于以 2 K H z 采样的一个单信道音频信号,其总的采样速度为2 K H z ,而对于两信道的立体声系统来说,以2 K H z 的速度采样时,其总的采样速度就是4 K H z 。6.5 语音、视频与数据集成及传输在同一个L A N 或WA N 上集成的语音、视频与数据,如多媒体应用程序,提出了一些很复杂的问题。其中最关键、最突出的问题就是传输信号所需

15、的带宽。M P E G 文件通常要包含视频和语音,或Internet 超文本标记语言(Hypertext Markup Language文件,这些文件通常组合了数据、声音片段、语音/视频、表和窗体等等,因此体积很大,而WAV 文件则相对较小。多媒体更广泛的应用其实就意味着需要更大的带宽(做一下项目练习6 -3,看看一个多媒体应用程序可利用的带宽有多大。早期的计算机只有很小的内存和存储空间,如几百个K B 的R A M 、1 0M B 或2 0M B的硬盘等,但现在的计算机需要1 6M B 至3 2M B 以上的R A M ,几个G B 的硬盘和 C D -R O M 等设备。在人们对资源的需求

16、不断扩大的同时,对带宽的需求也不断增长。在从前的网络中,1 0M b p s 的速度就足够了,但是目前即使是小型的网络也需要至少1 00M b p s 的速度才能处理集成语音、视频和数据产生的越来越多的负载。当设计综合语音、视频和数据的网络系统时,除了要确保有足够的带宽外,还要注意以下传输需要: 压缩和文件格式。 同步。 延迟。 抖动。6.5.1 压缩和文件格式绝大多数压缩技术和文件格式需要的位都比在网络上传输的只有数据的文件要多,所以 多媒体流,尤其是视频流,使用的带宽是很高的。同样,由于多媒体数据常常是经过压缩的,所以与仅有数据的文件相比,其在传输时对时间更为敏感。如果带宽不足或网络出现延

17、迟,那么就很可能会丢失一部分多媒体通信信息。采用预测编码和双向插补技术的M P E G 传输尤为如此。如果前一帧或下一帧丢失了,当前帧的指针就失去了指向,也就是说,一个或多个帧的丢失可能使得许多帧都失去用途。语音、视频与数据集成的这种特性使得网络带宽成为一个非常重要的概念,即使现在多媒体软件可以补偿部分丢失的帧,带宽的重要性也要引起足够的重视。随着M P E G 应用日益广泛,对带宽的需要也渐渐增长,因为M P E G 要求的带宽比其他文件要大,而M P E G 也未辜负其使用的带宽,它为用户再现了高质量且可编 辑的视频与声音。6.5.2 同步当集成的语音、视频和数据文件通过网络发送时,客户端

18、接收器的软件需要对其进行同步化处理,以确保组成部分正确地集成在一起,并以正确的顺序播放。由于信息中有些部分或者整个信息通常是压缩的,所以同时要进行解压缩和同步两项工作,因此同步化接收信息越来越复杂了。在多媒体应用中,信息一经接收便需要立即完成解压缩和同步处理。在有些情况下,音频声音是从几个不同源混合而成的,这种混合音频对同步化的要求更高(见图6 -3。图6-3 客户端接收器的活动6.5.3 延迟集成的应用程序如视频音频会议,要依赖于网络传输速度的恒定性,使得图像运动与语音响应可以同步,不会在播放时出现结巴或不均匀的现象。从传输设备上将信息发送到接收设备所需的时间称为延迟。一个设计合理的集成多媒

19、体应用的网络的目的是使延迟时间最短,多媒体服务器多媒体流压缩文件同步信息播放混合音频播放流模式多媒体客户机 延迟变化最小。例如,基于电信的WA N的设计可将延迟限制在4 00m s之内,大多数L A N的设计均可达到这一标准。网络上的延迟受以下因素的影响: 传输延迟。传输延迟是包在网络介质如1 0B a s e-T布线(最高速度为1 0M b p s或1 00B a s e-T X布线(最高速度为1 00M b p s中传输所用的时间。除了受介质速度的影响外,传输延迟还受包的大小的影响。 传播延迟。传播延迟是包从端到端沿网络传输所用的时间,通常与光纤介质和介质上的光速有关。 处理停留。处理停留

20、是网桥、交换机或路由器将帧或包的内容与其表信息相比、改变帧或表头、并提供其他特定服务如包交换、重新封装或增加总跳数所用的时间。 存储转发延迟或交换延迟。存储转发延迟是网桥、交换机或路由器对帧或包进行检查、处理并重新传输所用的时间。6.5.4 抖动抖动是网络延迟不同的具体表现,这在多媒体传递过程中会引起严重的问题,如音频再现时的杂音或是视频的不平稳或响应滞后。抖动是以最大延迟和最小延迟之差来衡量的。例如,如果最小延迟为2 00m s,最大延迟为5 20m s,那么抖动就是3 20m s。多媒体应用可进行一番设计,通过在发送计算机和接收计算机的缓存中存储数据以及在播放时调节同步来补偿一定数量的抖动

21、。网络互连设备如交换机上的缓冲区也有助于在抖动很高时降低帧的损失。当经常出现过度抖动的问题时,就要检查多媒体应用的设计问题了,而且还要检查网络互连设备的配置问题(做一下项目练习6 -4研究抖动的问题。在网络上安装多媒体应用以供一般访问之前,应在可控的环境中测试一下,建立测试程序。同时,要咨询销售商了解应用程序所需的带宽。测试程序可以使我们能够比较应用程序所需的资源与当前网络的配置,尤其是: 服务器大小和速度,包括总线和N I C。 客户端工作站的大小和速度,包括总线和N I C。 特殊的连接需要,如中继。 网络互连设备的配置,如缓冲并创建子网和V L A N。 Internet 和i n t

22、r a n e t带宽需要,如I S D N、帧中继和AT M能力。6.6 LAN和WA N中多媒体的传输多媒体传输一般发生在L A N和WA N中两台设备发送端和接收端之间,或者接收端和发送端可分别位于L A N和WA N上。多媒体发展领域之一是文档及视频会议。例如,I n t e l的P r o S h a r e软件使得文档或图形可以交互检验,如预报天气的不同位置的用户可以共享一幅天气图。在P r o S h a r e上可进行生动的视频会议,因此纽约的一个课件开发小组可以与波士顿的管理部门通过计算机召开会议。召开会议的另一种手段就是 C i s c o的I P/T V,使得桌面、全体广

23、播和协同计算的会议成为可能。I P/T V是经设备组间的协调通信、由称为多点通信的过程而实现的。在L A N和WA N中采用多媒体应用时,非常重要的一点是要确定信息流量是由单点传送、 广播传送还是多点传送组成。有些应用只使用其中一种类型,而另一些则综合使用这三类传送。表6 -2列出了各种类型的传送并进行了说明,同时图6 -4给出了各类传送的图示。表6-2 多媒体传送方法传送类型说明限制 以流模式向客户端播放文件的基于M P E G的视频服务器大约需要每客户端1 .5M b p s的带宽。如果应用程序是根据单点传送设计的,那么服务器传送带宽为1 .5M b p s与客户端数量的乘积,例如对5个客

24、户端而言,就是7 .5M b p s。在通过1 0M b p s链路连接的服务器上,仅6个或7个客户端便可以完全占据网络带宽。使用广播传送,带宽的利用至少与单点传送相等,或者更大。而同一个应用程序使用多点传送来设计时,不管有多少客户端,带宽利用都可降低到1 .5M b p s。在第2层和第3层上能使用多点传送组编址的能力意味着我们可以使用这种传输技术与网络拓扑结构匹配。例如,在受限于某个L A N的拓扑结构中,MAC Layer 2编址有可能就足够了,对于包含着几个段、路由和WA N连接的网络拓扑结构而言,第3层的编址能力可使我们充分利用路由功能,这对于扩展企业内部网以及综合使用以太网、令牌环

25、网、 F D D I和AT M的网络连接而言尤其重要。如第5章所述,I G M P是在多媒体服务器、客户端以及路由器、交换机上建立的。I G M P可通过预订请求和取消预订请求也称为加入( j o i n和退出( l e a v e请求使客户端开发或停止参与多媒体应用。客户端可在任意时刻撤消请求,对同一组或不同组中的其他客户端的传输没有任何影响。路由器周期性地向每一客户端发送I G M P查询,以确定此客户端是否仍被预订,如果客户端没有响应,那么路由器将其表更新,说明客户端不再是接收组中的成员。路由器使用以下三种路由协议之一来适应多点传送:距离向量广播路由协议( D i s t a n c e

26、 3个单独的传输到达3个单独的工作站多媒体服务器单点传送至3个客户端无论工作站是否接收,广播传送将包发送给所有的工作站多媒体服务器广播传送给所有客户端只传送给接收组接收组多媒体服务器多点传送给3个客户端图6-4 单点传送、广播传送和多点传送Vector Multicast Routing Protocol,D V M R P、广播开放最短路径优先协议(Multicast Open Shortest Path First Protocol,M O S P F和协议无关广播(Protocol Independent Multicast,P I M。D V M R P与路由信息协议(Routing

27、Information Protocol,R I P,参见第4章协同工作,以查看哪个工作站属于多点传送组。其运作时假设所有工作站都被预订,然后逐渐从组中删除没有响应的工作站。如果它发现整个段都没有成员,那么将终止向这个段路由多点传送。 D V M R F每6 0秒检查一次,以确定是否有新的预订。M O S P F与O S P F(参见第4章的工作方式相仿。M O S P F根据服务器和预订客户端之间的I G M P传递的信息可确定哪个工作站是多点传送组的成员。M O S P F时时监控着网络以决定服务器和每个组成员之间最短的路径。M O S P F与R I P不兼容,而且在O S P F作为主

28、要路由协议的网络上,必须要使用M O S P F。P I M有两种密集式P I M和稀疏式P I M。密集式P I M与R I P和O S P F均兼容。与D V M R P 相似,密集式P I M通过查询所有网络工作站再将没有响应的工作站逐步删除来建立有关预订工作站的信息。密集式P I M主要用于组成员在给定区域中很密集地排在一起并且有足够的带宽的情况下。稀疏式P I M建立了路由器作为检查者以确定多媒体服务器和组成员之间的最短路径。它只向指定为检查点的路由器发送多点广播,之后会依靠这些路由器向预订的工作站 提交包。稀疏式P I M 倾向于用在组用户比较分散的情况下,如通过Internet

29、订阅等。网络上使用交换机又没有路由器的多点传送要依赖于I G M P 。根据I G M P 包的显示,在每个交换机上将创建过滤器。如果交换机在一个出站端口上检测到了一个I G M P 包,那么它将向过滤器添加其信息,之后简单地将多点传送信息流通过端口提交便可以了。多点传送的交换过滤器需要根据特定的交换机能力手工地创建。如果交换机没有过滤功能,那么通常情况下,多点传送包会流经每一个端口。 实时协议( R e a l -T ime Protocol ,RT P 是由RFC 1889定义的一种新型协议,其开发是为了更好地处理视频会议以及相近应用程序中的实时多点传送流。RT P 包的头是通过U D P

30、 (而不是T C P /I P 中的T C P 来运行的。以U D P 运行是指U D P 包会被识别为具有RT P 头信息和有效载荷。头带有许多信息,以将包序列化、同步视频和声频帧的播放、并指明包是如何编码或压缩来进行网络传输的(负载类型。RFC 1890中定义了1 20多种声频和视频的负载类型。另外还开发了一种协议实时传输控制协议( R e a l -T ime Transport Control Protocol ,RT C P ,使得当网络问题干扰了实时多媒体应用程序的质量时,网络管理员和开发人员可以利用一些技术来对此进行补偿。RT C P 利用多点传送包协助为RT P 传输会话建立Q

31、 o S 。RT C P 收集接收客户端的报表信息,以为发送端就Q o S 和网络环境(如阻塞或抖动方面提供反馈。现举例说明:假设有一个应用程序需要基于T- 1的WA N 的带宽来传输彩色视频和立体声声频。如果T- 1链路中断,使用备份的5 6K b p s 的线路传输,那么RT C P 则提供了工具来用单色的视频和单声道的声频代替原来的彩色视频和立体声声频。RT C P 还给网络管理员提供了工具来研究多点传送网络的性能,并可以确定哪个工作站是订阅者。在Internet 或企业网络中,多媒体应用程序必须能够穿过以不同方式配置的不同网络互连设备,以处理各种各样的网络流量。对于需要一定最小资源分配

32、的多媒体传输而言,不同的网络设置将会引起一些问题。一种端到端的网络互连协议资源预订协议( R e s o u r c e Reservation Protocol ,R S V P 就是处理这类问题的。R S V P 允许应用程序预订所需要的带宽、缓冲、服务类别等资源(见图6 -5。利用R S V P,流式多媒体应用程序可以与突发性的数据应用并存,但由于流式多媒体应用程序对时间的敏感性更高,所以它的传输优先级别就较高。随着越来越多的工作站加入到多点传送组中,R S V P 将有助于动态地分配资源,并且在一些应用中,可以使预订者简单地利用已经分配给现有预订组的资源就可以加入到组中,而无须再增加用

33、于分配的资源。进一步,组中单独的客户工作站可以请求不同级别的资源,例如,客户可以选择抑制传输的视频或声频部分。根据命令的增加或减少,R S V P 可以动态地分配资源;然而,R S V P 要谨慎地参考网络管理员设计的数据,以确保分配的带宽和其他资源不会超过规定的范围限制。多媒体服务器通过R S V P 请求6 M b p s 的带宽公司总裁的优先级要比其他董事会成员的优先级高图6-5 使用R S V P 6.7 传统L A N设计与多点传送问题许多现有的校园局域网的设计都不具备足够的带宽来运行要求很高的多媒体应用程序,如视频会议或交互式多媒体课堂等。这类问题通常并不是L A N介质的问题,而

34、是因为L A N的硬件实施和分段的效率很低造成的。如第5章所述,用交换机替代集线器、并用双绞线电缆和交换机替代细同轴电缆和中继器可以获得大量的带宽(见图6 -6和6 -7。在多媒体服务器和工作站冲突域之间放置路由器也是将信息流分段并提供网络安全性的有效手段,这种方法还提供了调整多点传送中的不同协议的能力。多媒体服务器集线器集线器图6-6 基于集线器的网络多媒体服务器交换机用交换机代替集线器交换机图6-7 用交换机替代集线器提高现有多媒体网络的性能当为网络选择L A N 交换机时,一定要选择具有过滤功能、缓冲功能和低延迟的交换机, 如那些使用A S I C 技术和开通式交换技术的交换机。过滤功能

35、尤其重要,因为没有了过滤功能,多点传送包就会像广播包一样充斥整个网络。同时,L A N 交换机应该为V L A N 进行配置,以协助控制多点传送域的大小和范围。作为提高网络性能和安全性的手段,与多点传送路由协议兼容的路由器(兼容是强制的也可以添加到多媒体网络设计中。路由器可以用来将信息流分段并隔离冲突域。在需要V L A N 的情况下,路由器可以使得分离的V L A N 彼此间能进行通信,以进一步控制多点传送包。随着网络的膨胀和多媒体流量的增加,路由器成为控制流量模式的重要资源,如图 6 -8所示。路由器之间的链路应该是高速的,或者需要额外的带宽时,可以被截断。图6-8 在多点传送网络中使用路

36、由器6.8 LAN 设计解决方案快速以太网对于许多部署多媒体应用程序的网络来说,最节省成本且可靠的拓扑结构是快速以太网。快速以太网为在网络上同时传输多媒体和其他类型的数据提供了必要的带宽。如果速度低于1 00M b p s ,则不能完全满足传输组合数据类型的需要,不能达到可靠性能的标准。F D D I (参见第2章利用双环冗余结构,也提供1 00M b p s 传输。通常F D D I 要比快速以太网成本高,但它的确是一种可替代快速以太网的方案,尤其是对于已经在主 干实施和服务器组中部署了F D D I 的公司来说,更是如此。快速以太网在Category 5非屏蔽双绞线( U T P 或单模、

37、多模光纤电缆上的传输带宽最小可达1 00M b p s 。根据网络设备厂商不同,用全双工操作时,带宽可达 2 00M b p s 。与1 0M b p s 的以太网相同,快速以太网利用了带有冲突检测的载波多路侦听存取( C S M A /C D 网络访问方法(参见第11章。快速以太网的两个最强大的优点在于,有了Category 5 UTP 后,安装快速以太网相对来说就很便宜了,而且从传统的1 0M b p s 到1 00M b p s 以太网进行转变非常直接。如果已经在服务器和工作站上安装了1 0/100M b p s 的N I C ,那么由于不需要再取代N I C 了,所以从1 0M b p

38、 s 向1 00M b p s转变就更容易、也更便宜了。高速主干交换机交换机交换机多媒体服务器多媒体服务器多媒体服务器通过路由器的分段主干流量分段冲突域分段冲突域 快速以太网提供的带宽可以充分利用各种不同的网络设计的特点,包括高速客户机/服务器连接、高速互换通信和全双工能力(无冲突等,这些网络设计特点极大增加了带宽并显著增加了输入输出总量。高速服务器连接已经在快速以太网中流行开来。快速以太网服务器连接在服务器需要传递多个多媒体流的视频服务器实施中工作得特别出色。利用高速连接的能力与服务器的C P U 和总线结构以及运行的操作系统密切相关。例如,Novell NetWa r e 中具有I /O

39、高速缓存,使得可以进行高速转换。还有其他的拓扑结构可以代替快速以太网,如AT M 等,但就比较昂贵了,而且实施起来也比较困难。例如,可以用AT M 作为L A N 网络的主干。同样,两个频繁使用流式视频的AT M L A N 可以用AT M 或基于S O N E T 的WA N 来连接。在令牌环网上与快速以太网等价的是快速令牌环,其速度可达到1 00M b p s 。从令牌环到快速令牌环的转变要比从以太网向快速以太网转变用的成本高,因为此时 很可能需要取代N I C 甚至还要更换网络电缆。快速令牌环组件很可能也很贵,因为它们不能像快速以太网组件那样大批量生产。6.9 WA N 设计与多点传送问

40、题为远距离的语音、视频和数据传输通过WA N 连接两个L A N 时,要涉及到WA N 与所连接L A N 的速度和应用程序相匹配的问题。当考虑选择WA N 服务时,应: 使WA N 的带宽与L A N 和软件应用程序的带宽相匹配。 选择与语音、视频、数据、会议和多媒体应用程序兼容的WA N 服务。 找一个可提供S L A (服务标准协议的服务提供商,以保证WA N 与贵公司的要求匹配。 对那些要求高的WA N 通信,应该使用可提供Q o S 的WA N 服务。非常符合这些标准的WA N 服务包括AT M 、B r o a d b a n d 、I S D N 和S O N E T 等所有能超

41、过1 00M b p s 并与多媒体兼容的高速WA N 服务。AT M 也包含了Q o S ,也就是说它可以根据不同应用程序(如多媒体,请参见第9章的需要来专门分配带宽。可提供高速光纤通信的物理WA N 线路中采用了电路交换技术,包括交换5 6K b p s 、交换T- 1、T- 3和B -I S D N 。虽然连接到T- 3的帧中继只能提供4 5M k p s 的带宽,但仍不失为一种WA N 选择。目前通过WA N 连接到L A N 上来访问多媒体的个人或小公司可以选用I S D N 和电缆调制解调器。其他选择有逐渐涌现的电信技术和卫星技术,如低轨道卫星可以提供的访问速度超过了5 0M b

42、p s 。图6-9使用备份链路WA N 上被访问的多媒体服务器以太网以太网T-1链路56 Kpbs 的备份链路 第1步是要仔细调查当地可用的WA N 技术,并比较它们的服务和成本。成本的差异并不单单因为服务,而还在于服务、Q o S 和S L A 使用的电路类型。而且,在某些情况下,需要使用多种类型的服务,尤其是那些关键的WA N 通信的备份服务更是如此。例如,主服务可以在T- 1线路上,而备份可以是用交换5 6K b p s 通信技术或微波通信技术(见图6 -9。6.9.1 降低成本、提高性能降低成本并提高WA N 连接利用率的一条途径是在应用程序使用期间对WA N 的使用进行规划。视频会议

43、等要求高的应用程序通常在高网络消耗的白天使用,而用于培训或课堂的视频服务应用程序等其他应用则可以规划在下班以后。另一种方法是在L A N /W A N 中将几个视频服务器部署在不同的位置(图6 -10。用户可在白天访问本地视频服务器的多媒体应用程序,在晚上,当WA N 上的信息流量减少时,视频服务器再接收新的视频内容的更新,从而,当在服务器上安装新的课程或培训时,可以通过WA N 复制到其他的服务器上。例如,M i c r o s o f t Windows NT Server 上就有软件可以自动从一台服务器向另一台服务器复制文件和文件夹。 图6-10 在WA N 中分布的多媒体服务器6.9.

44、2 提高WA N 性能的厂商及产品特点有些厂商可以通过贯彻其他特殊的技术来提高WA N性能,如快照路由技术、I P X /S P X 电子欺骗法和请求式带宽等。在快照路由技术中,路由器接口是脱机离线的,直到接口上有流量了才会联机。一旦有了信息流,路由器将于在线路上发送包之前与远程路由器联系或拨号到远程路由器以更新路由表。快照路由技术用来保存线路使用,以便线路上的信道可以由其他载波服务或客户使用。如果在WA N 连接中,路由器是通过拨号线路和调制解调器连接的,那么路由器将启动拨号进程。分布式多媒体服务器分布式多媒体服务器分布式多媒体服务器以太网以太网以太网T-1链路 I P X/S P X电子欺

45、骗技术用在传输N e t W a r e服务器信息流量的WA N上。N e t W a r e服务器常会向客户端发送“保持活动”的包,以在一定时期内让一个连接保持活动。当客户端处于不活动状态时,这些包就会每隔几分钟发送一次。例如,一个客户端登录到了服务器上,但当前又不处理任何业务时,N e t W a r e服务器就会向它发送这种包。当在服务器上连接着许多网络客户端时,这种包会大大地增加L A N和WA N的信息流量。I P X/S P X电子欺骗技术是WA N路由器的一大特点,可使路由器向服务器发送一个响应来维护连接,从而减少了来自所有连接的客户端的信息流量。对于运行Windows 95、W

46、indows 98和Windows NT的客户端,另一种途径是在这些操作系统的R e g i s t r y软件中增大I P X的包保持活动的定时参数。为提高WA N输入输出总和性能,另一种可替代I P X/S P X电子欺骗技术的方法是 实施N e t W a r e的新版本,这种新版的N e t W a r e与T C P/I P兼容,在WA N上取消了I P X/S P X的使用。WA N提供商们提供的另一种选择是根据当前应用程序或信息流量的需要来设置带宽,这也称为“请求式带宽”。例如,有些WA N服务提供商的设备可以根据当前信息流量的需要增加或减少所使用的资源。另一些提供商则对WA N

47、路由器进行部署,使路由器可以根据谁在访问WA N来维护设置WA N资源用的访问列表。客户端的地址决定了将要使用的资源的类型和数量。还有一种请求式带宽技术,即基于策略的路由,当有多个WA N链路或有备份WA N链路时常会用到。资源使用策略可以进行设置以便低优先级的流量如文件传输等可以在 5 6K b p s链路等速度较慢的链路上发送。而高优先级或对时间敏感的信息流量如多媒体等,则在快速的T- 1或宽带I S D N链路上发送。除带宽优化外,该技术还应用于安全防护上,例如,一所以研究为主的大学与国家大气研究中心(National Center for Atmospheric Research,N

48、C A R之间有WA N 链接,该大学可以用低优先级的T- 3链路来发送非研究性的和安全性较低的信息流量,如 E -m a i l等,而用高优先级的AT M链路来向超级计算机发送研究信息。6.10 销售商、标准以及电话技术的热点在几年之后,多媒体应用将变得更为高级,视频和音频可以在传统的数据传输中无缝融合。同样,电话、电视和计算机技术也可能更好地融合。在下面的技术中我们很多人已经遇到了这些技术: 音频和视频会议。 基于计算机的培训( C B T。 数字和交互电视。 工业机器人和机械控制。 信息站中的计算机所提供的信息服务。 交互式游戏。将来有一天,普通的电话交谈会变得像一个小型的视频会议一样,

49、通过一种结合了计算机、电视和电话服务的设备进行。这些技术正在通过语音消息、P C/T V、I P/T V和Internet TV 以及I n t e r n e t电话和其他媒体迅速地融合。为了迎接这些令人振奋的技术,厂商和标准化组织必须能够做到以下几点: 在市场上推出新的更具有价格优势的设备。 开发一种新的协议来传输和控制信息。 提高压缩和同步技术。 向每一个家庭和企业提供可以负担得起的高速链路。 开发一种新的网络互连设备和物理介质,紧跟高速连接方面的需求。 开发结合P C、T V和音频以及电信设备功能的设备(和透明软件,每个人用起来都非常简单。 继续制定全球和国际标准,以确保互连性。 训练

50、安装人员和用户。6 .11 本章小结视频会议、流式多媒体和其他L A N、WA N复合应用在所有类型的公司中都取得了长足的进步,甚至已经步入了家庭。通过J P E G压缩在I n t e r n e t上传输图像已经十分常见。通过L A N和WA N连接甚至可以提供伴以立体声或者环绕立体声和高质量图像的M P E G和其他视频和音频应用。在本章中,我们学习了许多音频文件传输格式,包括A I F F、M I D I和P C M。结合了音频和视频的传输格式要少一些,M P E G正在成为一种稳定的多媒体传输。在同一个网络上提供集成的语音、视频和数据引入了一些独特的设计问题。其中最为重要的是设计出具

51、有足够带宽的网络,以传输这些多媒体应用导致大流量。通过安装交换机和路由器可以对现有的L A N进行改造。作为一种不算昂贵的即时解决方案,现在许多的网络管理员都转向了交换式的快速以太网。其他的网络管理员,尤其是必须考虑WA N连接的人们,一般都选择了AT M作为快速的解决方案。对于音频、视频和数据来说,WA N设计上的问题包括选择可以提供足够带宽的技术,以便具有与L A N相似的传输能力,支持以上所有三种通信。WA N实现也应该使用一些可行的技术来提高性能,并且根据可变的需求分配资源。在未来的几年中,在多媒体和集成化网络服务上将取得长足的进步。这些进步在诸如基于网络的计算机教育、文档会议、视频会

52、议以及流应用等应用上得到了一定的体现。现在,多媒体应用使得P C和网络真正地显示了它们的潜力,主要表现在对通信的影响、跨长距离的交互、支持学习和使用集体力量解决问题等方面。6 .11.1 复习题1 在I P X电子欺骗技术中:a. 路由器响应对工作站的“保持活动”的查询b. 一个工作站响应段上所有工作站,来发送连接消息c. TCP/IP被封装以看上去像I P Xd. SPX执行那些通常由I P X执行的功能2 实时协议( R T P在哪个协议上运行?a. IPXb. UDP d. MOSPF3 哪一项音频格式化技术可以在1 6个信道上传输声音?a. 杜比声系统b. 全球移动通信系统( G S

53、Mc. 波形音频文件格式( W AV d. 乐器数字接口( M I D I4 假设您在Microsoft Windows 95环境下用浏览器在Internet 上播放最喜欢的音乐大师的音带演示教程,您最有可能使用哪种音频文件格式?a. 环绕声b. 压缩T I Fc. PCM U-Lawd. Apple AIFF5 对于一网络上的应用程序,其最小延迟为5 0m s,最大延迟为7 40m s,下列哪项是正确的?a. 总延迟为7 90m sb. 抖动为6 90m sc. 最大延迟可能会超过7 90m s,但不会影响对时间敏感的应用程序d. 网络运行为10 Mbps,但可以升级到1 00M b p s

54、6 网络上的路由器使用的是路由信息协议( R I P,那么应该使用哪种多点传送协议?a. PIMb. MOSPFc. DVMRPd. 以上都可以用e. a和b都可以用f. a和c都可以用7 下列哪项使用有失真压缩?a. JPEGb. MPEGc. GSMd. 以上都是e. 只有a和bf. 只有b和c8 简单的脉冲编码调制( P C M:a. 以6 4K b p s的速度传送数字信号b. 将数字信号转化为光信号c. 当网络中出现噪音时,将数字信号的传输速率降低到8 Kbpsd. 以上都对e. 只有a和b 9 下列哪项用于M P E G中?a. 双向插补b. 信号发生编码c. 预测编码d. 以上都

55、是e. 只有a和bf. 只有a和c10 NTSC压缩使用:a. 625扫描线b. 扫描指针,而不是扫描线c. 525扫描线d. 当图片的图像因为延迟而失去色彩时,使用信号再生11 运动视频图像:a. 以高达0.2 Mbps的速度发送b. 是一系列帧c. 是一个分成了许多子图像的大位图图像d. 在网络上以脉冲串的形式发送12 升级网络以处理多媒体的最优方法是:a. 用交换机代替集线器b. 给WA N链路增加转发器c. 在L A N及WA N上部署T- 1d. 升级到1 0B a s e-T13 有失真压缩基于:a. 眼睛不能检测到色彩的微小变化b. 删除平滑的色彩c. 创建不规则显示d. 取消图

56、像的规范化的边界14 下列哪项音频采样速度产生的播放效果最好?a. 2KHzb. 19KHzc. 10KHzd. 512KHz15 下列哪项使用的带宽可能最大?a. JPEG文件b. 流式音频文件c. 流式视频文件d. E-mail16 由交换机引起的时延数称为: b. 端到端延迟c. 处理延迟d. 传输延迟17 有5台从服务器中接收多媒体应用程序的工作站,因此这个服务器要将每个包传送5次(一个工作站一次。这个过程称为:a. 广播b. 多点传送c. 单点传送d. 域传送18 下列哪项在被多媒体应用程序使用时,会潜在地产生最大的网络信息流量?a. 广播b. 多点传送c. 单点传送d. 域传送19

57、 MPEG-1音频可以以什么样的比例压缩?a. 24:1b. 75:1c. 2:1d. 6:120 下列哪一层用于多点传送编址?a. 第4层b. 第3层c. 第2层d. 以上都是e. 只有a和bf. 只有b和c21 当使用多点传送时,IGMP (Internet Group Management Protocol 应设置在:a. 多媒体服务器b. 可以看到多点传送的网络路由器c. 客户端接收器d. 以上都是e. 只有a和bf. 只有a和c22 除带宽外,下列哪项是多媒体应用程序所关注的?a. 压缩类型b. 抖动c. 同步d. 以上都是 f. 只有b和c23 一M P E G传输大约需要多大的带宽?a. 10 Mbpsb. 1.5 Mbpsc. 0.5 Mbpsd. 64 Kbps24 假设您计划在网络上部署两台多媒体服务器,并想升级到快速以太网。所有的计算机都