计算机网络与通信课件(8-音视频)

第8章因特网上的音频/视频服务音视频存储音视频传输服务质量保证（QoS）1第8章因特网上的音频/视频服务音视频存储1多媒体信息的特点信息量很大（字节数）在传输时，对时延和时延抖动均有较高的要求往往是实时数据(realtimedata)（在发送实时数据的同时，在接收端边接收边播放）2多媒体信息的特点信息量很大（字节数）2接收端需设置缓存播放时延

解决延迟抖动的措施tT缓存（队列）恒定速率t非恒定速率有可能发生分组丢失3接收端需设置缓存解决延迟抖动的措施tT缓存（队列）恒定速率需要解决的问题延迟、延迟抖动的控制丢失的控制分组排序4需要解决的问题延迟、延迟抖动的控制4音频/视频服务分类流式(streaming)存储音频/视频——边下载边播放。流式实况音频/视频——边录制边发送。交互式音频/视频——实时交互式通信。5音频/视频服务分类流式(streaming)存储音频/视频8.2流式存储音频/视频传统的下载文件方法万维网服务器客户机服务器媒体播放器

GET:音频/视频文件

RESPONSE

音频/视频文件浏览器68.2流式存储音频/视频传统的下载文件方法万维网客户8.2.1具有元文件的万维网服务器元文件就是一种非常小的文件，它描述或指明其他文件的一些重要信息。万维网服务器客户机服务器媒体播放器

元文件浏览器

GET:元文件

RESPONSEGET:音频/视频文件RESPONSE78.2.1具有元文件的万维网服务器元文件就是一种非常小8.2.2媒体服务器媒体服务器（也称为流式服务器streamingserver)：支持流式音频和视频的传送的服务器媒体播放器不是向万维网服务器而是向媒体服务器请求音频/视频文件媒体服务器和媒体播放器之间UDP、RTP等协议进行交互88.2.2媒体服务器媒体服务器（也称为流式服务器str使用媒体服务器万维网服务器媒体播放器

元文件浏览器

GET:元文件

RESPONSEGET:音频/视频文件RESPONSE媒体服务器客户机服务器9使用媒体服务器万维网媒体元文件浏览器GET:元文8.2.3实时流式协议RTSP

(Real-TimeStreamingProtocol)

RTSP是一个多媒体播放控制协议，可暂停/继续、后退、前进等——“因特网录像机遥控协议”。要有专门的媒体播放器(mediaplayer)和媒体服务器(mediaserver)。108.2.3实时流式协议RTSP

(Real-TimeS万维网服务器客户机服务器媒体播放器

元文件浏览器媒体服务器音频/视频流

GET:元文件

RESPONSESETUPRESPONSEPLAYRESPONSE

RESPONSE

TEARDOWN

8.2.3实时流式协议RTSP11万维网客户机服务器媒体元文件浏览器媒体音频/视频流G8.3交互式音频/视频

8.3.1IP电话概述狭义的IP电话：在IP网络上打电话广义的IP电话：在IP网络上进行交互式多媒体实时通信（包括话音、视像等），包括IM(InstantMessaging)。128.3交互式音频/视频

8.3.1IP电话概述狭IP电话网关的几种连接方法分组交换电路交换电路交换

因特网PC到PC公用电话网IP

电话网关

因特网PC到固定电话机公用电话网IP

电话网关公用电话网IP

电话网关因特网固定电话机到固定电话机13IP电话网关的几种连接方法分组交换电路交换电路交换低速率话音编码的标准(1)G.729——速率为8kb/s的共轭结构代数码激励线性预测声码器CS-ACELP(Conjugate-StructureAlgebraic-Code-ExcitedLinearPrediction)。(2)G.723.1——速率为5.3/6.3kb/s的为多媒体通信用的低速率声码器。14低速率话音编码的标准(1)G.729——速率为8kbD播放时延有一个最佳值分组丢失率端到端时延20%10%5%100ms150ms400msABCN良好基本可用不好长途电话质量接收端播放时延增大15D播放时延有一个最佳值分组端到端时延20%10%58.3.2IP电话所需要的几种应用协议TCPUDP信令服务质量IPv4/IPv6RTSPRTCPRSVPH.323SIPRTP应用层协议音频/视频SDP底层网络168.3.2IP电话所需要的几种应用协议TCPUDP信令8.3.3实时运输协议RTP

(Real-timeTransportProtocol)

RTP为实时应用提供端到端的运输，但不提供任何服务质量的保证。多媒体数据块经压缩编码处理后，先送给RTP封装成为RTP分组，再装入运输层的UDP用户数据报，然后再交给IP层。RTP是一个协议框架，只包含了实时应用的一些共同的功能。RTP自己并不对多媒体数据块做任何处理，而只是向应用层提供一些附加的信息，让应用层知道应当如何进行处理。178.3.3实时运输协议RTP

(Real-time8.3.3实时运输协议RTP12字节序号位01381631有效载荷类型版本PXM参与源数时间戳同步源标识符(SSRC)参与源标识符(CSRC)[0..15]…发送RTP分组UDP用户数据报IP数据报IP首部UDP首部RTP首部RTP数据部分（应用层数据）188.3.3实时运输协议RTP12序8.3.5H.323H.323：ITU-T于1996年制订的“基于分组的多媒体通信系统”H.323不保证服务质量QoS198.3.5H.323H.323：ITU-T于19H.323标准指明的四种构件(1)H.323终端(2)网关——网关连接到两种不同的网络，使H.323网络可以和非H.323网络进行通信。(3)网闸(gatekeeper)——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。(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。20H.323标准指明的四种构件(1)H.323终端20H.323网关用来和

非H.323网络进行连接因特网公用电话网网关网闸H.323终端

多点控制单元MCU21H.323网关用来和

非H.323网络进行连接因特网H.323的协议体系结构音频/视频应用音频编解码视频编解码RTCPH.225.0登记信令H.225.0呼叫信令H.245控制信令RTPUDPTCPIP信令和控制数据应用T.120数据22H.323的协议体系结构音频/视频应用音频视频RTCPH8.3.6会话发起协议SIPSIP系统的两种构件：用户代理和网络服务器。用户代理包括用户代理客户和用户代理服务器，前者用来发起呼叫，而后者用来接受呼叫。网络服务器分为代理服务器和重定向服务器。代理服务器接受来自主叫用户的呼叫请求，并将其转发给下一跳代理服务器，最后将呼叫请求转发给被叫用户。重定向服务器不接受呼叫，它通过响应告诉客户下一跳代理服务器的地址，由客户按此地址向下一跳代理服务器重新发送呼叫请求。238.3.6会话发起协议SIPSIP系统的两种构件：用户SIP的地址十分灵活可以是电话号码，也可以是电子邮件地址、IP地址或其他类型的地址。但一定要使用SIP的地址格式，例如：电话号码sip:zhangsan@8625-87654321IPv4地址sip:zhangsan@6电子邮件地址sip:zhangsan@24SIP的地址十分灵活可以是电话号码，也可以是电子邮件地址、一个简单的SIP会话

主叫方被叫方OK:地址ACKINVITE:地址，选项建立会话BYE终止会话电话交谈通信tt25一个简单的SIP会话主叫方被叫方OK:地址ASIP登记器的用途

——跟踪被叫方——

主叫方被叫方INVITE查找回答电话交谈ttSIP代理服务器SIP登记器INVITEOKOKACKACKBYEtt26SIP登记器的用途

——跟踪被叫方——主叫方会话描述协议SDP

(SessionDescriptionProtocol)

SDP在电话会议的情况下特别重要，因为电话会议的参加者是动态地加入和退出。SDP详细地指明了媒体编码、协议的端口号以及多播地址。SIP使用了HTTP的许多首部、编码规则、差错码以及一些鉴别机制，它比H.323具有更好的可扩缩性。由于SIP问世较晚，因此它现在比H.323占有的市场份额要小。27会话描述协议SDP

(SessionDescriptio8.4服务器质量（QoS）8.4.1QoS概念服务质量QoS：服务性能的总效果性能指标：可用性、差错率、响应时间、吞吐量、分组丢失率、连接建立时间、故障检测和改正时间等。288.4服务器质量（QoS）8.4.1QoS概念288.4.2调度和管制机制按优先级排队，使优先级高的分组优先得到服务。298.4.2调度和管制机制按优先级排队，使优先级高的分组优分组按优先级排队高优先级队列低优先级队列分组到达路由器调度分组离开路由器分类器（服务员）路由器高

高高低30分组按优先级排队高优先级队列低优先级队列分组到达调度分组离开高优先级分组优先接受服务t1235到达离开接受服务41325413254t高高高低低31高优先级分组优先接受服务t1235到达离开接受4132541分组离开路由器加权公平排队WFQ

(WeightedFairQueuing)

分组到达路由器调度分类器w1w2w3123路由器32分组离开加权公平排队WFQ

(WeightedFair加权公平排队WFQ分组分类排队给队列i指派一个权重wi。队列i得到的平均服务时间为wi/(wj)，这里wj是对所有的非空队列的权重求和。队列i将得到的有保证的带宽Ri

应为

33加权公平排队WFQ分组分类排队33分组到达2.管制机制——漏桶管制器漏桶中最多装入b个权标拿走权标准许分组进入网络等待权标在任何时间间隔t内准许进入网络的分组数=rt+b标记注入漏桶的速率为每秒r个权标34分组到达2.管制机制——漏桶管制器漏桶中最多拿走准许分组8.4.3综合服务IntServ

与资源预留协议RSVPIntServ的思想：满足Internet多媒体应用实时传输的需求从端到端行为开始，网络中各元素的控制考虑的主要要素：延迟（传输延迟、等待延迟）358.4.3综合服务IntServ

与资源预留协议RIntServ定义了两类服务有保证的服务(guaranteedservice)，保证一个分组在通过路由器时的排队时延有一个严格的上限。受控负载的服务(controlled-loadservice)，使应用程序得到比通常的“尽力而为”更加可靠的服务。36IntServ定义了两类服务有保证的服务(guarantIntServ由四个组成部分(1)资源预留协议RSVP(2)接纳控制(admissioncontrol)：决定是否同意对某一资源的请求(3)分类器(classifier)：将进入路由器的分组进行分类并放入相应队列(4)调度器(scheduler)：决定分组发送的先后顺序37IntServ由四个组成部分(1)资源预留协议RSVPIntServ体系结构

在路由器中的实现路由选择协议路由选择数据库RSVP接纳控制管理代理通信量控制数据库分类器与分组转发调度器分组入分组出38IntServ体系结构

在路由器中的实现路由选择协议路由IntServ的主要问题(1)状态信息的数量与流的数目成正比：按每个流进行资源预留会产生很大的开销。(2)体系结构复杂：所有的路由器都必须装有RSVP、接纳控制、分类器和调度器。(3)所定义的服务质量等级数量太少，不够灵活。39IntServ的主要问题(1)状态信息的数量与流的数目成8.4.4区分服务DiffServ(DifferentiatedServices)1.DiffServ的基本思想将数据进行区分，区别对待。（DS标志）在IP包头中增加区分标志；路由器解释简化内部节点的服务机制：流状态的保存、控制在边界节点实现，内部节点与状态无关内部节点实现流聚集，而非单个流不影响路由（仅影响队列调度与缓冲管理）408.4.4区分服务DiffServ(Differen区分标志IPv4中原有的服务类型字段IPv6通信量类字段DS字段现只使用前6bit，即区分服务码点DSCP(DifferentiatedServicesCodePoint)。CUDSCP比特0567暂不使用41区分标志IPv4中原有的服务类型字段CUDSC服务等级协定SLA

(ServiceLevelAgreement)

指明被支持的服务类别（可包括吞吐量、分组丢失率、时延和时延抖动、网络的可用性等）和每一类所容许的通信量。42服务等级协定SLA

(ServiceLevelAgreeDS域(DSDomain)网络被划分为许多个DS域DiffServ将所有的复杂性放在DS域的边界节点(boundarynode)中，而使DS域内部路由器工作得尽可能地简单。内部路由器边界路由器内部路由器BBBBDS域DS域43DS域(DSDomain)网络被划分为许多个DS域边界路由器中的功能边界路由器中的功能较多，可分为：分类器(classifier)通信量调节器(conditioner)两大部分。调节器的组成：标记器(marker)整形器(shaper)测定器(meter)44边界路由器中的功能边界路由器中的功能较多，可分边界路由器中的各功能块的关系内部路由器边界路由器（入口）边界路由器（出口）分类器标记器整形器测定器根据DS值进行转发调节器分组入分组出丢弃45边界路由器中的各功能块的关系内部路由器边界路由器边界路由器聚合(aggregation)将若干个流根据其DS值聚合成少量的流路由器对相同DS值的流都按相同的优先级进行转发——简化网络内部的路由器的转发机制不需要使用RSVP46聚合(aggregation)将若干个流根据其DS值聚作业3，23，30，3247作业3，23，30，3247第8章因特网上的音频/视频服务音视频存储音视频传输服务质量保证（QoS）48第8章因特网上的音频/视频服务音视频存储1多媒体信息的特点信息量很大（字节数）在传输时，对时延和时延抖动均有较高的要求往往是实时数据(realtimedata)（在发送实时数据的同时，在接收端边接收边播放）49多媒体信息的特点信息量很大（字节数）2接收端需设置缓存播放时延

解决延迟抖动的措施tT缓存（队列）恒定速率t非恒定速率有可能发生分组丢失50接收端需设置缓存解决延迟抖动的措施tT缓存（队列）恒定速率需要解决的问题延迟、延迟抖动的控制丢失的控制分组排序51需要解决的问题延迟、延迟抖动的控制4音频/视频服务分类流式(streaming)存储音频/视频——边下载边播放。流式实况音频/视频——边录制边发送。交互式音频/视频——实时交互式通信。52音频/视频服务分类流式(streaming)存储音频/视频8.2流式存储音频/视频传统的下载文件方法万维网服务器客户机服务器媒体播放器

GET:音频/视频文件

RESPONSE

音频/视频文件浏览器538.2流式存储音频/视频传统的下载文件方法万维网客户8.2.1具有元文件的万维网服务器元文件就是一种非常小的文件，它描述或指明其他文件的一些重要信息。万维网服务器客户机服务器媒体播放器

元文件浏览器

GET:元文件

RESPONSEGET:音频/视频文件RESPONSE548.2.1具有元文件的万维网服务器元文件就是一种非常小8.2.2媒体服务器媒体服务器（也称为流式服务器streamingserver)：支持流式音频和视频的传送的服务器媒体播放器不是向万维网服务器而是向媒体服务器请求音频/视频文件媒体服务器和媒体播放器之间UDP、RTP等协议进行交互558.2.2媒体服务器媒体服务器（也称为流式服务器str使用媒体服务器万维网服务器媒体播放器

元文件浏览器

GET:元文件

RESPONSEGET:音频/视频文件RESPONSE媒体服务器客户机服务器56使用媒体服务器万维网媒体元文件浏览器GET:元文8.2.3实时流式协议RTSP

(Real-TimeStreamingProtocol)

RTSP是一个多媒体播放控制协议，可暂停/继续、后退、前进等——“因特网录像机遥控协议”。要有专门的媒体播放器(mediaplayer)和媒体服务器(mediaserver)。578.2.3实时流式协议RTSP

(Real-TimeS万维网服务器客户机服务器媒体播放器

元文件浏览器媒体服务器音频/视频流

GET:元文件

RESPONSESETUPRESPONSEPLAYRESPONSE

RESPONSE

TEARDOWN

8.2.3实时流式协议RTSP58万维网客户机服务器媒体元文件浏览器媒体音频/视频流G8.3交互式音频/视频

8.3.1IP电话概述狭义的IP电话：在IP网络上打电话广义的IP电话：在IP网络上进行交互式多媒体实时通信（包括话音、视像等），包括IM(InstantMessaging)。598.3交互式音频/视频

8.3.1IP电话概述狭IP电话网关的几种连接方法分组交换电路交换电路交换

因特网PC到PC公用电话网IP

电话网关

因特网PC到固定电话机公用电话网IP

电话网关公用电话网IP

电话网关因特网固定电话机到固定电话机60IP电话网关的几种连接方法分组交换电路交换电路交换低速率话音编码的标准(1)G.729——速率为8kb/s的共轭结构代数码激励线性预测声码器CS-ACELP(Conjugate-StructureAlgebraic-Code-ExcitedLinearPrediction)。(2)G.723.1——速率为5.3/6.3kb/s的为多媒体通信用的低速率声码器。61低速率话音编码的标准(1)G.729——速率为8kbD播放时延有一个最佳值分组丢失率端到端时延20%10%5%100ms150ms400msABCN良好基本可用不好长途电话质量接收端播放时延增大62D播放时延有一个最佳值分组端到端时延20%10%58.3.2IP电话所需要的几种应用协议TCPUDP信令服务质量IPv4/IPv6RTSPRTCPRSVPH.323SIPRTP应用层协议音频/视频SDP底层网络638.3.2IP电话所需要的几种应用协议TCPUDP信令8.3.3实时运输协议RTP

(Real-timeTransportProtocol)

RTP为实时应用提供端到端的运输，但不提供任何服务质量的保证。多媒体数据块经压缩编码处理后，先送给RTP封装成为RTP分组，再装入运输层的UDP用户数据报，然后再交给IP层。RTP是一个协议框架，只包含了实时应用的一些共同的功能。RTP自己并不对多媒体数据块做任何处理，而只是向应用层提供一些附加的信息，让应用层知道应当如何进行处理。648.3.3实时运输协议RTP

(Real-time8.3.3实时运输协议RTP12字节序号位01381631有效载荷类型版本PXM参与源数时间戳同步源标识符(SSRC)参与源标识符(CSRC)[0..15]…发送RTP分组UDP用户数据报IP数据报IP首部UDP首部RTP首部RTP数据部分（应用层数据）658.3.3实时运输协议RTP12序8.3.5H.323H.323：ITU-T于1996年制订的“基于分组的多媒体通信系统”H.323不保证服务质量QoS668.3.5H.323H.323：ITU-T于19H.323标准指明的四种构件(1)H.323终端(2)网关——网关连接到两种不同的网络，使H.323网络可以和非H.323网络进行通信。(3)网闸(gatekeeper)——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。(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。67H.323标准指明的四种构件(1)H.323终端20H.323网关用来和

非H.323网络进行连接因特网公用电话网网关网闸H.323终端

多点控制单元MCU68H.323网关用来和

非H.323网络进行连接因特网H.323的协议体系结构音频/视频应用音频编解码视频编解码RTCPH.225.0登记信令H.225.0呼叫信令H.245控制信令RTPUDPTCPIP信令和控制数据应用T.120数据69H.323的协议体系结构音频/视频应用音频视频RTCPH8.3.6会话发起协议SIPSIP系统的两种构件：用户代理和网络服务器。用户代理包括用户代理客户和用户代理服务器，前者用来发起呼叫，而后者用来接受呼叫。网络服务器分为代理服务器和重定向服务器。代理服务器接受来自主叫用户的呼叫请求，并将其转发给下一跳代理服务器，最后将呼叫请求转发给被叫用户。重定向服务器不接受呼叫，它通过响应告诉客户下一跳代理服务器的地址，由客户按此地址向下一跳代理服务器重新发送呼叫请求。708.3.6会话发起协议SIPSIP系统的两种构件：用户SIP的地址十分灵活可以是电话号码，也可以是电子邮件地址、IP地址或其他类型的地址。但一定要使用SIP的地址格式，例如：电话号码sip:zhangsan@8625-87654321IPv4地址sip:zhangsan@6电子邮件地址sip:zhangsan@71SIP的地址十分灵活可以是电话号码，也可以是电子邮件地址、一个简单的SIP会话

主叫方被叫方OK:地址ACKINVITE:地址，选项建立会话BYE终止会话电话交谈通信tt72一个简单的SIP会话主叫方被叫方OK:地址ASIP登记器的用途

——跟踪被叫方——

主叫方被叫方INVITE查找回答电话交谈ttSIP代理服务器SIP登记器INVITEOKOKACKACKBYEtt73SIP登记器的用途

——跟踪被叫方——主叫方会话描述协议SDP

(SessionDescriptionProtocol)

SDP在电话会议的情况下特别重要，因为电话会议的参加者是动态地加入和退出。SDP详细地指明了媒体编码、协议的端口号以及多播地址。SIP使用了HTTP的许多首部、编码规则、差错码以及一些鉴别机制，它比H.323具有更好的可扩缩性。由于SIP问世较晚，因此它现在比H.323占有的市场份额要小。74会话描述协议SDP

(SessionDescriptio8.4服务器质量（QoS）8.4.1QoS概念服务质量QoS：服务性能的总效果性能指标：可用性、差错率、响应时间、吞吐量、分组丢失率、连接建立时间、故障检测和改正时间等。758.4服务器质量（QoS）8.4.1QoS概念288.4.2调度和管制机制按优先级排队，使优先级高的分组优先得到服务。768.4.2调度和管制机制按优先级排队，使优先级高的分组优分组按优先级排队高优先级队列低优先级队列分组到达路由器调度分组离开路由器分类器（服务员）路由器高

高高低77分组按优先级排队高优先级队列低优先级队列分组到达调度分组离开高优先级分组优先接受服务t1235到达离开接受服务41325413254t高高高低低78高优先级分组优先接受服务t1235到达离开接受4132541分组离开路由器加权公平排队WFQ

(WeightedFairQueuing)

分组到达路由器调度分类器w1w2w3123路由器79分组离开加权公平排队WFQ

(WeightedFair加权公平排队WFQ分组分类排队给队列i指派一个权重wi。队列i得到的平均服务时间为wi/(wj)，这里wj是对所有的非空队列的权重求和。队列i将得到的有保证的带宽Ri

应为

80加权公平排队WFQ分组分类排队33分组到达2.管制机制——漏桶管制器漏桶中最多装入b个权标拿走权标准许分组进入网络等待权标在任何时间间隔t内准许进入网络的分组数=rt+b标记注入漏桶的速率为每秒r个权标81分组到达2.管制机制——漏桶管制器漏桶中最多拿走准许分组8.4.3综合服务IntServ

与资源预留协议RSVPIntServ的思想：满足Internet多媒体应用实时传输的需求从端到端行为开始，网络中各元素的控制考虑的主要要素：延迟（传输延迟、等待延迟）828.4.3综合服务IntServ

与资源预留协议RIntServ定义了两类服务有保证的服务(guaranteedservice)，保证一个分组在通过路由器时的排队时延有一个严格的上限。受控负载的服务(controlled-loadservice)，使应用程序得到比通常的“尽力而为”更加可靠的服务。83IntServ定义了两类服务有保证的服务(guarantIntServ由四个组成部分(1)资源预留协议RSVP(2)接纳控制(admissioncontrol)：决定是否同意对某一资源的请求(3)分类器(classifier)：将进入路由器的分组进行分类并放入相应队列(4)调度器(scheduler)：决定分组发送的先后顺序84IntSe