因特网的演进课件

计算机网络第10章因特网的演进计算机网络第10章因特网的演进1第10章因特网的演进

*10.1概述

10.2因特网的多媒体体系结构10.2.1实时运输协议RTP10.2.2实时运输控制协议RTCP10.2.3实时流式协议RTSP第10章因特网的演进*10.1概述2第10章因特网的演进（续）10.3IP电话*10.3.1IP电话概述10.3.2H.32310.3.3会话发起协议SIP10.3.4IP电话的通话质量第10章因特网的演进（续）10.3IP电话3第10章因特网的演进（续）10.4改进“尽最大努力交付”的服务*10.4.1使因特网提供服务质量10.4.2调度和管制机制10.4.3综合服务IntServ和资源预留协议RSVP10.4.4区分服务DiffServ10.5多协议标记交换MPLS10.5.1MPLS的产生背景10.5.2MPLS的工作原理第10章因特网的演进（续）10.4改进“尽最大努4第10章因特网的演进（续）10.6居民接入网RAN10.6.1xDSL技术10.6.2光纤同轴混合网（HFC网）10.6.3FTTx技术10.6.4以太网接入10.7关于三网融合第10章因特网的演进（续）10.6居民接入网R510.1概述计算机网络最初是为传送数据信息设计的。因特网IP层提供的“尽最大努力交付”服务对传送数据信息也是很合适的。当我们从因特网下载文件时，过长的网络响应时间虽然令人颇为烦恼，但这至少不会对我们产生有害的结果。因特网使用的TCP协议可以很好地解决网络不能提供可靠交付这一问题。10.1概述计算机网络最初是为传送数据信息设计的。因特6多媒体信息的特点多媒体信息（包括声音和图像信息）与不包括声音和图像的数据信息有很大的区别。多媒体信息的信息量往往很大。在传输多媒体数据时，对时延和时延抖动均有较高的要求。多媒体数据往往是实时数据(realtimedata)，它的含义是：在发送实时数据的同时，在接收端边接收边播放。多媒体信息的特点多媒体信息（包括声音和图像信息）与不包括声音7因特网是非等时的模拟的多媒体信号经过采样和模数转换变为数字信号，再组装成分组。这些分组的发送速率是恒定的（等时的）。传统的因特网本身是非等时的。因此经过因特网的分组变成了非恒定速率的分组。

tt因特网t模拟信号t采样后的信号构成分组恒定速率非恒定速率因特网是非等时的模拟的多媒体信号经过采样和模数转换变为数字8接收端需设置适当大小的缓存。当缓存中的分组数达到一定的数量后再以恒定速率按顺序把分组读出进行还原播放。缓存实际上就是一个先进先出的队列。图中标明的T叫做播放时延。在接收端设置缓存tT缓存（队列）恒定速率t非恒定速率有可能发生分组丢失接收端需设置适当大小的缓存。当缓存中的分组数达到一定的数量后9缓存使所有到达的分组都经受了迟延。早到达的分组在缓存中停留的时间较长，而晚到达的分组在缓存中停留的时间则较短。以非恒定速率到达的分组，经过缓存后再以恒定速率读出，就能够在一定程度上消除了时延的抖动。但我们付出的代价是增加了时延。缓存的影响缓存使所有到达的分组都经受了迟延。缓存的影响10需要解决的问题在传送时延敏感(delaysensitive)的实时数据时，不仅传输时延不能太大，而且时延抖动也必须受到限制。对于传送实时数据，很少量分组的丢失对播放效果的影响并不大（因为这是由人来进行主观评价的），因而是可以容忍的。丢失容忍(losstolerant)也是实时数据的另一个重要特点。需要解决的问题在传送时延敏感(delaysensitiv11如何改造现有的因特网大量使用光缆和高速路由器，网络的时延和时延抖动就可以足够小，在因特网上传送实时数据就不会有问题。把因特网改造为能够对端到端的带宽实现预留(reservation)，把使用无连接协议的因特网转变为面向连接的网络。部分改动因特网的协议栈所付出的代价较小，而这也能够使多媒体信息在因特网上的传输质量得到改进。如何改造现有的因特网大量使用光缆和高速路由器，网络的时延和1210.2因特网的多媒体体系结构TCPUDPAAL3/4AAL5PPPSDH/SONETATM以太网调制解调器信令服务质量IPv4/IPv6RTSPRTCPRSVPH.323SIPRTPPPP应用层协议声音/视像SDP10.2因特网的多媒体体系结构TCPUDPAAL3/41310.2.1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。10.2.1实时运输协议RTP

(Real-time14RTP的层次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，开发者必须编写用RTP封装分组的程序代码，然后把RTP分组交给UDP插口接口。在接收端，RTP分组通过UDP插口接口进入应用层后，还要利用开发者编写的程序代码从RTP分组中把应用数据块提取出来。RTP的层次从应用开发者的角度看，RTP应当是应用层的15RTP也可看成是

运输层的一个子层RTP封装了多媒体应用的数据块。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之上的一个运输层的子层。运输层应用层IP数据链路层物理层RTPUDPRTP也可看成是

运输层的一个子层RTP封装了多媒体应16RTP分组的首部格式12字节序号比特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）RTP分组的首部格式12序号比特1710.2.2实时运输控制协议RTCP(RTPControlProtocol)

RTCP是与RTP配合使用的协议。RTCP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分组也使用UDP传送，但RTCP并不对声音或视像分组进行封装。可将多个RTCP分组封装在一个UDP用户数据报中。RTCP分组周期性地在网上传送，它带有发送端和接收端对服务质量的统计信息报告。10.2.2实时运输控制协议RTCP(RTPCon18RTCP使用的五种分组类型结束分组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。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。RTCP使用的五种分组类型结束分组BYE表示关闭一个1910.2.3实时流式协议RTSP

(Real-TimeStreamingProtocol)

RTSP协议以客户服务器方式工作，它是一个多媒体播放控制协议，用来使用户在播放从因特网下载的实时数据时能够进行控制，如：暂停/继续、后退、前进等。因此RTSP又称为“因特网录像机遥控协议”。要实现RTSP的控制功能，我们不仅要有协议，而且要有专门的媒体播放器(mediaplayer)和媒体服务器(mediaserver)。10.2.3实时流式协议RTSP

(Real-TimeSt20流式(streaming)音频和视频媒体服务器与媒体播放器的关系是服务器与客户的关系。媒体服务器与普通的万维网服务器的最大区别就是媒体服务器支持流式音频和视频的传送，因而在客户端的媒体播放器可以边下载边播放（当然需要先将节目存储一小段时间）。但从普通万维网服务器下载多媒体节目时，是先将整个文件下载完毕，然后再进行播放。流式(streaming)音频和视频媒体服务器与媒体播放器的21RTSP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。RTSP与RTP和RTCP的关系RTSPRTSP2210.3IP电话

10.3.1IP电话概述狭义的IP电话就是指在IP网络上打电话。所谓“IP网络”就是“使用IP协议的分组交换网”的简称。广义的IP电话则不仅仅是电话通信，而且还可以是在IP网络上进行交互式多媒体实时通信（包括话音、视像等），甚至还包括即时通知IM(InstantMessaging)。10.3IP电话

10.3.1IP电话概述狭义的23IP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到普通电话机公用电话网IP

电话网关公用电话网IP

电话网关因特网普通电话机到普通电话机IP电话网关的几种连接方法分组交换电路交换电路交换2410.3.2H.323H.323是ITU-T于1996年制订的一个名称很长的建议书，1998年的第二个版本改用的名称是“基于分组的多媒体通信系统”。H.323包括系统和构件的描述，呼叫模型的描述，呼叫信令过程，控制报文，复用，话音编解码器，视像编解码器，以及数据协议等，但不保证服务质量QoS。10.3.2H.323H.323是ITU-T于125H.323终端使用H.323协议

进行多媒体通信分组交换网（例如，因特网）H.323H.323终端H.323终端

H.323终端使用H.323协议

进行多媒体通信分组26H.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。H.323标准指明的四种构件(1)H.323终端27H.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MCUH.323网关用来和

非H.323网络进行连接因特网28H.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注册信令H.225.0呼叫信令H.245控制信令RTPUDPTCPIP信令和控制H.323的协议体系结构音频/视频应用音频视频RTCPH2910.3.3会话发起协议SIP

(SessionInitiationProtocol)SIP是一套较为简单且实用的标准，目前已成为因特网的建议标准。SIP协议以因特网为基础，把IP电话视为因特网上的新应用。SIP协议只涉及到IP电话的信令和有关服务质量问题，而没有提供像H.323那样多的功能。SIP没有指定使用RTP协议，但实际上大家还是选用RTP和RTCP作为配合使用的协议。10.3.3会话发起协议SIP

(SessionI30SIP系统的构件SIP系统的两种构件是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。SIP系统的构件SIP系统的两种构件是用户代理和网络服务器31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。会话描述协议SDP

(SessionDescriptio3210.3.4IP电话的通话质量IP电话的通话质量主要由两个因素决定。一个是通话双方端到端的时延和时延抖动，另一个是话音分组的丢失率。但这两个因素是不确定的，是取决于当时网络上的通信量。经验证明，在电话交谈中，端到端的时延不应超过250ms，否则交谈者就能感到不自然。10.3.4IP电话的通话质量IP电话的通话质量主要33IP电话的端到端时延(1)话音信号进行模数转换要经受时延。(2)话音比特流装配成话音分组的时延。(3)话音分组的发送需要时间，此时间等于话音分组长度与通信线路的数据率之比。(4)话音分组在因特网中的存储转发时延。(5)话音分组在接收端缓存中暂存所引起的时延。(6)话音分组还原成模拟话音信号的时延。(7)话音信号在通信线路上的传播时延。(8)终端设备的硬件和操作系统产生的接入时延。IP电话的端到端时延(1)话音信号进行模数转换要经受时34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。低速率话音编码的标准(1)G.729——速率为8kb35播放时延有一个最佳值分组丢失率端到端时延20%10%5%100ms150ms400msABCDN良好基本可用不好长途电话质量接收端播放时延增大播放时延有一个最佳值分组端到端时延20%10%536线速路由器提高路由器的转发分组的速率对提高IP电话的质量也是很重要的。据统计，一个跨大西洋的IP电话一般要经过2030个路由器。若能改用吉比路由器（又称为线速路由器），则每秒可转发5百万至6千万个分组（即交换速率达60Gb/s左右）。这样还可进一步减少由网络造成的时延。线速路由器提高路由器的转发分组的速率对提高IP电话的质3710.4改进“尽最大努力交付”的服务

10.4.1使因特网提供服务质量服务质量QoS是服务性能的总效果，此效果决定了一个用户对服务的满意程度。因此在最简单的意义上，有服务质量的服务就是能够满足用户的应用需求的服务。服务质量可用若干基本的性能指标来描述，包括可用性、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。服务提供者可向其用户保证某一种等级的服务质量。10.4改进“尽最大努力交付”的服务

10.4.138主机H1和H2分别向主机H3和H4发送数据1.5Mb/s链路H1H2H3H4R2R1H1H21.5Mb/s链路输出队列1Mb/s的实时音频数据FTP文件数据需要给不同性质的分组打上不同的标记。当H1和H2的分组进入R1时，R1应能识别实时数据分组，并使这些分组以高优先级进入输出队列，而仅在队列有多余空间时才准许低优先级的FTP数据分组进入。主机H1和H2分别向主机H3和H4发送数据39主机H1和H2分别向主机H3和H4发送数据1.5Mb/s链路H1H2H3H4R2R1H1H21.5Mb/s链路输出队列1Mb/s的实时音频数据高优先级的FTP文件数据应当使路由器增加分类(classification)机制，即路由器根据某些准则（例如，根据发送数据的地址）对输入分组进行分类，然后对不同类别的通信量给予不同的优先级。主机H1和H2分别向主机H3和H4发送数据40主机H1和H2分别向主机H3和H4发送数据1.5Mb/s链路H1H2H3H4R2R1H1H21.5Mb/s链路输出队列数据率异常的实时音频数据FTP文件数据路由器应能将对数据流进行通信量的管制(policing)，使该数据流不影响其他正常数据流在网络中通过。例如，可将H1的数据率限定为1Mb/s。R1不停地监视H1的数据率。只要其数据率超过规定的1Mb/s，R1就将其中的某些分组丢弃。主机H1和H2分别向主机H3和H4发送数据41主机H1和H2分别向主机H3和H4发送数据1.5Mb/s链路H1H2H3H4R2R1H1H21.5Mb/s链路输出队列数据率异常的实时音频数据FTP文件数据应在路由器中再增加调度(scheduling)机制。利用调度功能给实时音频分配1.0Mb/s的带宽，给文件传送分配0.5Mb/s的带宽（相当于在带宽为1.5Mb/s的链路中划分出两个逻辑链路），因而对这两种应用都有相应的服务质量保证。主机H1和H2分别向主机H3和H4发送数据42主机H1和H2分别向主机H3和H4发送数据1.5Mb/s链路H1H2H3H4R2R1H1H21.5Mb/s链路输出队列1Mb/s的实时数据总数据率已超过了1.5Mb/s链路的带宽。比较合理的做法是让一个数据流通过1.5Mb/s的链路，而阻止另一个数据流的通过。这就需要呼叫接纳(calladmission)机制。数据流要预先声明所需的服务质量，然后或者被准许进入网络，或者被拒绝进入网络。主机H1和H2分别向主机H3和H4发送数据4310.4.2调度和管制机制

1.调度机制

“调度”就是指排队的规则。如不采用专门的调度机制，则默认排队规则就是先进先出FIFO(FirstInFirstOut)。当队列已满时，后到达的分组就被丢弃。先进先出的最大缺点就是不能区分时间敏感分组和一般数据分组，并且也不公平。在先进先出的基础上增加按优先级排队，就能使优先级高的分组优先得到服务。10.4.2调度和管制机制

1.调度机制“调度”就是44按优先级排队的例子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）路由器低低低低高高高高高高t分组到达路由器分组离开路由器路由器高

高

高高低

低

低

低按优先级排队的例子高优先级队列低优先级队列分组到达调度分组45加权公平排队WFQ

(WeightedFairQueuing)

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

(WeightedFairQueu46加权公平排队WFQ分组到达后就将分组进行分类，然后送交与其类别对应的队列。队列按顺序依次将队首的分组发送到链路。遇到队列空就跳过去。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（10-1）

加权公平排队WFQ分组到达后就将分组进行分类，然后送交与47WFQ与FIFO的比较111111111112111234567891011111111111112345678910111111111111分组流1分组流2分组流11FIFOWFQ…(a)分组流1的分组连续输入tttttWFQ与FIFO的比较11111111111211148WFQ与FIFO的比较111111111112111234567891011111111111112345678910111111111111分组流1分组流2分组流11FIFOWFQ…ttttt(b)分组流1的分组断续输入WFQ与FIFO的比较111111111112111492.管制机制(1)平均速率网络需要控制一个数据流的平均速率。这里的平均速率是指在一定的时间间隔内通过的分组数。(2)峰值速率峰值速率限制了数据流在非常短的时间间隔内的流量。(3)突发长度网络也限制在非常短的时间间隔内连续注入到网络中的分组数。2.管制机制(1)平均速率网络需要控制一个数50漏桶管制器

(leakybucketpolicer)

分组到达漏桶中最多装入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个权标漏桶管制器

(leakybucketpolicer)分51漏桶机制与加权公平排队相结合现假定有n个分组流输入到一个路由器，复用后从一条链路输出。每一个分组流使用漏桶机制进行管制，漏桶参数为bi和ri，i=1,2,…,n。设漏桶I已装满了bi个权标。因此bi个分组可马上从路由器输出。但分组流I得到的带宽是由公式(10-1)给出。这bi个分组中的最后一个分组所经受的时延最大，它等于传输这bi个分组所需的时间dmax，即bi除以公式(10-1)给出的传输速率：(10-2)漏桶机制与加权公平排队相结合现假定有n个分组流输入到一5210.4.3综合服务IntServ

与资源预留协议RSVPIntServ(IntegratedServices)可对单个的应用会话提供服务质量的保证，其主要特点有二，即：资源预留。路由器需要知道不断出现的会话已预留了多少资源（即链路带宽和缓存空间）。呼叫建立。需要服务质量保证的会话必须首先在源站到目的站的路径上的每个路由器预留足够的资源，以保证其端到端的服务质量要求。10.4.3综合服务IntServ

与资源预留协议53IntServ定义了两类服务有保证的服务(guaranteedservice)，可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)，可以使应用程序得到比通常的“尽最大努力”更加可靠的服务。IntServ定义了两类服务有保证的服务(guarant54IntServ由四个组成部分(1)资源预留协议RSVP，它是IntServ的信令协议。(2)接纳控制(admissioncontrol)，用来决定是否同意对某一资源的请求。(3)分类器(classifier)，用来将进入路由器的分组进行分类，并根据分类的结果将不同类别的分组放入特定的队列。(4)调度器(scheduler)，根据服务质量要求决定分组发送的前后顺序。IntServ由四个组成部分(1)资源预留协议RSVP55流(flow)“流”是在多媒体通信中的一个常用的名词，一般定义为“具有同样的源IP地址、源端口号、目的IP地址、目的端口号、协议标识符以及服务质量需求的一连串分组”。流(flow)“流”是在多媒体通信中的一个常用的名词，一般定56RSVP协议的工作原理H1H250kb/sR2R1H3100kb/sH43Mb/sR3R4H53Mb/s源站(a)源点用多播发送PATH报文

表示PATH报文3Mb/s3Mb/s3Mb/s100kb/sH1H250kb/sR2R1H3100kb/sH43Mb/sR3R4H53Mb/s源站(b)各终点向源点返回RESV报文

表示RESV报文RSVP协议的工作原理H1H250kb/sR2R57IntServ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IntServ体系结构

在路由器中的实现路由选择协议路由58综合服务IntServ体系结构

存在的主要问题(1)状态信息的数量与流的数目成正比。因此在大型网络中，按每个流进行资源预留会产生很大的开销。(2)IntServ体系结构复杂。若要得到有保证的服务，所有的路由器都必须装有RSVP、接纳控制、分类器和调度器。(3)综合服务IntServ所定义的服务质量等级数量太少，不够灵活。综合服务IntServ体系结构

存在的主要问题(1)5910.4.4区分服务DiffServ

(DifferentiatedServices)

1.区分服务的基本概念由于综合服务IntServ和资源预留协议RSVP都较复杂，很难在大规模的网络中实现，因此IETF提出了新的策略，即区分服务DiffServ。区分服务有时也简写为DS。因此，具有区分服务功能的结点就称为DS结点。10.4.4区分服务DiffServ

(Differ60区分服务DiffServ的要点(1)DiffServ在路由器中增加区分服务的功能。DiffServ将IPv4协议中原有的服务类型字段和IPv6的通信量类字段定义为区分服务字段DS。路由器根据DS字段的值来转发分组。利用DS字段可提供不同等级的服务质量。DS字段现只使用前6bit，即区分服务码点DSCP(DifferentiatedServicesCodePoint)。CUDSCP比特0567暂不使用区分服务DiffServ的要点(1)DiffSe61服务等级协定SLA

(ServiceLevelAgreement)

在使用DS字段之前，因特网的ISP要和用户商定一个服务等级协定SLA。在SLA中指明了被支持的服务类别（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。服务等级协定SLA

(ServiceLevelAgree62DS域(DSDomain)

(2)网络被划分为许多个DS域

DiffServ将所有的复杂性放在DS域的边界结点(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DS域(DSDomain)

(2)网络被划分为许多63(3)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)(3)边界路由器中的功能边界路由器中的功能较64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65(4)聚合(aggregation)DiffServ提供了一种聚合功能。DiffServ不是为网络中的每一个流维持供转发时使用的状态信息，而是将若干个流根据其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。这就大大简化了网络内部的路由器的转发机制。区分服务DiffServ不需要使用RSVP信令。(4)聚合(aggregation)DiffServ提66每跳行为PHB

(Per-HopBehavior)

“行为”就是指在转发分组时路由器对分组是怎样处理的。“每跳”是强调这里所说的行为只涉及到本路由器转发的这一跳的行为，而下一个路由器再怎样处理则与本路由器的处理无关。这和IntServ/RSVP考虑的服务质量是“端到端”的很不一样。每跳行为PHB

(Per-HopBehavior)“行67DiffServ定义的两种PHB迅速转发PBH即EFPHB，或EF。EF指明离开一个路由器的通信量的数据率必须等于或大于某一数值。因此EFPHB用来构造通过DS域的低丢失率、低时延、低时延抖动、确保带宽的端到端服务。像点对点连接或“虚拟租用线”，又称为Premium服务。DiffServ定义的两种PHB迅速转发PBH即68DiffServ定义的两种PHB确保转发PHB即AFPHB，或AF。AF用DSCP的比特0~2将通信量划分为四个等级，并给每一种等级提供最低数量的带宽和缓存空间。对于其中的每一个等级再用DSCP的比特3~5划分出三个“丢弃优先级”。当发生网络拥塞时，对于每个等级的AF，路由器首先把“丢弃优先级”较高的分组丢弃。DiffServ定义的两种PHB确保转发PHB即A6910.5多协议标记交换MPLS

10.5.1MPLS的产生背景

在20世纪90年代问世的面向连接的ATM技术在传送实时数据时能够保证服务质量QoS。但ATM网络未能取代现有的电信网络和计算机网络。这不仅是因为ATM网络价格昂贵，而且还因为ATM网络和上层的应用结合得很不好。相反，基于IP的因特网与各种应用已经结合得很好。因此ATM网络必须与IP网络相结合才有出路。在90年代中期ATM交换机已广泛地使用在宽带因特网的主干网中。10.5多协议标记交换MPLS

10.5.1MPL70ATM用作主干网PoPPoPPoPATM交换机ATM主干网PoP汇接点主干路由器PoP接入路由器ATM用作主干网PoPPoPPoPATM交换机AT71汇接点PoP

(PointofPresence)

由于ATM主干网的速率很高，因此大量的低速路由器需要通过一些汇接点PoP进行汇接后才能和ATM主干网相连接。汇接点PoP包含有两种路由器。接入路由器或边沿路由器，这类路由器数量较多且速率较低。主干路由器或核心路由器，这类路由器在一个汇接点中一般只有一个，且速率较高。在汇接点中这两种路由器常通过ATM交换机相连。

汇接点PoP

(PointofPresence)由于72ATM的永久虚通路PVC

相当于路由器间的直通链路PoPPoPPoPPoPPoPATM主干网PVCATM的永久虚通路PVC

相当于路由器间的直通链路P73覆盖模型很难协调IP和ATM网络的巨大差异IP是无连接的，而ATM是面向连接的；IP只提供尽最大努力交付的服务，而ATM能确保服务质量QoS。随着网络规模的不断扩大，和ATM主干网连接的主干路由器的数目就大大增多，以致需要建立非常多的永久虚通路，导致难以维持庞大的ATM地址到VCI的映射表。从分组转换为信元时每一个信元的5字节首部开销相当大，这常称为信元税(celltax)。同时维护两种体系结构完全不同的网络也很不方便。覆盖模型很难协调IP和ATM网络的巨大差异IP是无74多协议标记交换MPLS(MultiProtocolLabelSwitching)IETF于1997年成立了MPLS工作组。MPLS使用综合模型，它把第三层的路由选择功能与面向连接的第二层的交换功能综合在一起。多协议标记交换MPLS(MultiProtocolLa75MPLS的特殊功能(1)支持面向连接的服务质量。(2)支持流量工程，平衡网络负载。(3)有效地支持虚拟专用网VPN。(4)支持多种网络协议。MPLS的特殊功能(1)支持面向连接的服务质量。7610.5.2MPLS的工作原理

1.基本工作过程

MPLS对打上固定长度“标记”的分组用硬件进行转发，使分组转发过程中省去了每到达一个结点都要查找路由表的过程，因而分组转发的速率大大加快。采用硬件技术对打上标记的分组进行转发称为标记交换。“交换”也表示在转发分组时不再上升到第三层用软件分析IP首部和查找转发表，而是根据第二层的标记用硬件进行转发。10.5.2MPLS的工作原理

1.基本工作过程77MPLS协议的基本原理MPLS域普通IP分组LDPLDPLDPMPLS入口结点打上标记去除标记MPLS出口结点标记交换标记交换标记交换ABCD普通路由器标记交换路由器LSR打上标记的分组MPLS协议的基本原理MPLS域普通IP分组LDP78MPLS的基本工作过程(1)MPLS域中的各LSR使用专门的标记分配协议LDP交换报文，并找出标记交换路径LSP。各LSR根据这些路径构造出分组转发表。(2)分组进入到MPLS域时，MPLS入口结点把分组打上标记，并按照转发表将分组转发给下一个LSR。(3)以后的所有LSR都按照标记进行转发。每经过一个LSR，要换一个新的标记。(4)当分组离开MPLS域时，MPLS出口结点把分组的标记去除。再以后就按照一般分组的转发方法进行转发。MPLS的基本工作过程(1)MPLS域中的各LSR79转发等价类FEC

(ForwardingEquivalenceClass)

“转发等价类”就是路由器按照同样方式对待的分组的集合。划分FEC的方法不受什么限制，这都由网络管理员来控制，因此非常灵活。入口结点并不是给每一个分组指派一个不同的标记，而是将属于同样FEC的分组都指派同样的标记。FEC和标记是一一对应的关系。转发等价类FEC

(ForwardingEquivale80FEC用于负载平衡CBAH1EDH2H3H4(a)传统路由选择协议使最短路径A→B→C过载CBAH1H2H3H4DE(b)利用FEC使通信量分散

FEC用于负载平衡CBAH1EDH2H3H4(a)传统81栈底3.标记栈(labelstack)MPLS的一个重要功能就可以构成标记栈。MPLS标记的格式以及标记栈：栈顶链路层首部MPLS标记MPLS标记IP首部数据部分链路层尾部标记值生存时间TTL试验S比特20318MPLS标记栈MPLS帧…IP数据报栈底3.标记栈(labelstack)MPLS的一个82MPLS标记MPLS标记一旦产生就压入到标记栈中，而整个标记栈放在数据链路层首部和IP首部之间。栈是一种后进先出的数据结构。MPLS协议规定，标记栈的栈顶（最后进入栈的标记）最靠近数据链路层首部，而栈底最靠近IP首部。在最简单的情况下，标记栈中只有一个标记。MPLS标记MPLS标记一旦产生就压入到标记栈中，而整83MPLS标记栈的使用MPLS域2MPLS域1ABCDEFG压入压入弹出弹出分组入分组出MPLS标记栈的使用MPLS域2MPLS域1AB84数据数据数据数据44.标记对换(labelswapping)FEC输出输出

接口

标记a14b15………输入输入输出输出接口标记标记端口24812563…………121312数据入口结点LSR1LSR2LSR3出口结点数据数据586LSR4输入输入输出输出接口标记标记端口28—123—1…………168.74170.12数据数据数8510.6居民接入网RAN(ResidentialAccessNetwork)

居民接入网就是从居民住宅至某个ISP之间的一个中间网络，它起到接口作用，目的是使用户能够方便和经济地享用各种宽带多媒体信息。现在居民接入网RAN往往是宽带上网的一个瓶颈。居民接入网有多种实现方案，但居民接入网到底应采用何种技术方案，目前既无定论，也无统一的国际标准。10.6居民接入网RAN(ResidentialA8610.6.1xDSL技术xDSL技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。DSL是数字用户线(DigitalSubscriberLine)的缩写。而字母x表示DSL的前缀可以是多种不同字母，用不同的前缀表示在数字用户线上实现的不同宽带方案。10.6.1xDSL技术xDSL技术就是用数字技术87xDSL的几种类型ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine)：非对称数字用户线HDSL(HighspeedDSL)：高速数字用户线SDSL(Single-lineDSL)：1对线的数字用户线VDSL(VeryhighspeedDSL)：甚高速数字用户线DSL：ISDN用户线。RADSL(Rate-AdaptiveDSL)：速率自适应DSL，是ADSL的一个子集，可自动调节线路速率）。xDSL的几种类型ADSL(AsymmetricDi88ADSL调制解调器的

频谱利用的划分频谱频率(kHz)下行上行传统电话6.3Mb/s1.5Mb/s0420505001100140150ADSL调制解调器的

频谱利用的划分频谱频率(kHz)下89ADSL采用两种调制技术无载波振幅相位调制CAP(CarrierlessAmplitudePhase)，而另一种是离散多音调制DMT(DiscreteMulti-Tone)。CAP早就使用在第一代ADSL调制解调器中，在商品化方面更加成熟。DMT则被美国ANSI选择为ADSL的标准。ADSL采用两种调制技术无载波振幅相位调制CAP(C90离散多音调制DMTDMT将可用带宽划分为256个子信道（每个子信道带宽为4kHz），然后将数据自适应地动态分配给每个子信道，这就使得在约1MHz的可用频带内实现超过6Mb/s的数据率。ADSL技术还支持前向纠错FEC(ForwardErrorCorrection)。离散多音调制DMTDMT将可用带宽划分为256个子91ADSL的组成ATU-CATU-CATU-RATU-C用户线电话分路器区域宽带网至ISP居民家庭基于ADSL的接入网端局或远端站DSLAM至本地电话局PSPS数字用户线接入复用器DSLAM(DSLAccessMultiplexer)接入端接单元ATU(AccessTerminationUnit)ATU-C（C代表端局CentralOffice）ATU-R（R代表远端Remote）电话分路器PS(POTSSplitter)

ADSL的组成ATU-CATU-CATU-RATU-C用9210.6.2光纤同轴混合网

HFC(HybridFiberCoax)HFC网是在目前覆盖面很广的有线电视网CATV的基础上开发的一种居民宽带接入网。HFC网除可传送CATV外，还提供电话、数据和其他宽带交互型业务。现有的CATV网是树形拓扑结构的同轴电缆网络，它采用模拟技术的频分复用对电视节目进行单向传输。而HFC网则需要对CATV网进行改造，10.6.2光纤同轴混合网

HFC(HybridFi93HFC的主要特点(1)HFC网的主干线路采用光纤HFC网将原CATV网中的同轴电缆主干部分改换为光纤，并使用模拟光纤技术。在模拟光纤中采用光的振幅调制AM，这比使用数字光纤更为经济。模拟光纤从头端连接到光纤结点(fibernode)，即光分配结点ODN(OpticalDistributionNode)。在光纤结点光信号被转换为电信号。在光纤结点以下就是同轴电缆。HFC的主要特点(1)HFC网的94(2)HFC网采用结点体系结构同轴电缆头端模拟光纤放大器引入线分路器光纤结点服务区服务区服务区(2)HFC网采用结点体系结构同轴电缆头端模拟光纤放大95(3)HFC网具有比CATV网更宽的频谱，且具有双向传输功能下行信道上行信道540505507501000原有模拟电视数字信号频率(MHz)保留(3)HFC网具有比CATV网更宽的频谱，且具有双向96(4)每个家庭要安装一个用户接口盒用户接口盒UIB(UserInterfaceBox)要提供三种连接，即：使用同轴电缆连接到机顶盒(set-topbox)，然后再连接到用户的电视机。使用双绞线连接到用户的电话机。使用电缆调制解调器连接到用户的计算机。(4)每个家庭要安装一个用户接口盒用户接口盒UIB(97电缆调制解调器(cablemodem)电缆调制解调器是为HFC网而使用的调制解调器。电缆调制解调器最大的特点就是传输速率高。其下行速率一般在310Mb/s之间，最高可达30Mb/s，而上行速率一般为0.22Mb/s，最高可达10Mb/s。电缆调制解调器比在普通电话线上使用的调制解调器要复杂得多，并且不是成对使用，而是只安装在用户端。电缆调制解调器(cablemodem)电缆调制解调器是为98HFC网的最大优点具有很宽的频带，并且能够利用已经有相当大的覆盖面的有线电视网。要将现有的450MHz单向传输的有线电视网络改造为750MHz双向传输的HFC网（还要将所有的用户服务区互连起来而不是一个个HFC网的孤岛），也需要相当的资金和时间。在电信政策方面也有一些需要协调解决的问题。HFC网的最大优点具有很宽的频带，并且能够利用已经有相当9910.6.3FTTx技术FTTx（光纤到……）也是一种实现宽带居民接入网的方案。这里字母x可代表不同意思。光纤到家FTTH(FiberToTheHome)：光纤一直铺设到用户家庭可能是居民接入网最后的解决方法。光纤到大楼FTTB(FiberToTheBuilding)：光纤进入大楼后就转换为电信号，然后用电缆或双绞线分配到各用户。光纤到路边FTTC(FiberToTheCurb)：从路边到各用户可使用星形结构双绞线作为传输媒体。10.6.3FTTx技术FTTx（光纤到……）也是一10010.6.4以太网接入以太网已成功地把速率提高到1~10Gb/s，所覆盖的地理范围也扩展到了城域网和广域网，因此现在人们正在尝试使用以太网进行宽带接入。以太网接入的重要特点是它可提供双向的宽带通信，并且可根据用户对带宽的需求灵活地进行带宽升级。采用以太网接入可实现端到端的以太网传输，中间不需要再进行帧格式的转换。这就提高了数据的传输效率和降低了传输的成本。10.6.4以太网接入以太网已成功地把速率提高到1~101以太网接入举例：光纤到大楼FTTB100M10M10M100M吉比特以太网光结点汇接点1Gb/s1Gb/s高速光结点汇接点GigaPoP以太网接入举例：光纤到大楼FTTB100M10M1010210.7关于“三网融合”(convergence)

目前“融合”并无精确定义。通常人们是这样理解“融合”的意思：(1)“融合”表示不同的网络平台可以提供基本上相似的服务；(2)“融合”表示不同的消费设备（如电话、电视机、个人电脑）可以在一起工作。10.7关于“三网融合”(convergence)目103三种网络的演变方向双向通信交换或寻址计费、安全实时性宽带能力智能主要功能电话交谈数据传送电视传送电信网计算机网有线电视网箭头表示目前演变的方向三种网络的演变方向双向通信交换或寻址计费、安全实时性宽带能104计算机网络第10章因特网的演进计算机网络第10章因特网的演进105第10章因特网的演进

*10.1概述

10.2因特网的多媒体体系结构10.2.1实时运输协议RTP10.2.2实时运输控制协议RTCP10.2.3实时流式协议RTSP第10章因特网的演进*10.1概述106第10章因特网的演进（续）10.3IP电话*10.3.1IP电话概述10.3.2H.32310.3.3会话发起协议SIP10.3.4IP电话的通话质量第10章因特网的演进（续）10.3IP电话107第10章因特网的演进（续）10.4改进“尽最大努力交付”的服务*10.4.1使因特网提供服务质量10.4.2调度和管制机制10.4.3综合服务IntServ和资源预留协议RSVP10.4.4区分服务DiffServ10.5多协议标记交换MPLS10.5.1MPLS的产生背景10.5.2MPLS的工作原理第10章因特网的演进（续）10.4改进“尽最大努108第10章因特网的演进（续）10.6居民接入网RAN10.6.1xDSL技术10.6.2光纤同轴混合网（HFC网）10.6.3FTTx技术10.6.4以太网接入10.7关于三网融合第10章因特网的演进（续）10.6居民接入网R10910.1概述计算机网络最初是为传送数据信息设计的。因特网IP层提供的“尽最大努力交付”服务对传送数据信息也是很合适的。当我们从因特网下载文件时，过长的网络响应时间虽然令人颇为烦恼，但这至少不会对我们产生有害的结果。因特网使用的TCP协议可以很好地解决网络不能提供可靠交付这一问题。10.1概述计算机网络最初是为传送数据信息设计的。因特110多媒体信息的特点多媒体信息（包括声音和图像信息）与不包括声音和图像的数据信息有很大的区别。多媒体信息的信息量往往很大。在传输多媒体数据时，对时延和时延抖动均有较高的要求。多媒体数据往往是实时数据(realtimedata)，它的含义是：在发送实时数据的同时，在接收端边接收边播放。多媒体信息的特点多媒体信息（包括声音和图像信息）与不包括声音111因特网是非等时的模拟的多媒体信号经过采样和模数转换变为数字信号，再组装成分组。这些分组的发送速率是恒定的（等时的）。传统的因特网本身是非等时的。因此经过因特网的分组变成了非恒定速率的分组。

tt因特网t模拟信号t采样后的信号构成分组恒定速率非恒定速率因特网是非等时的模拟的多媒体信号经过采样和模数转换变为数字112接收端需设置适当大小的缓存。当缓存中的分组数达到一定的数量后再以恒定速率按顺序把分组读出进行还原播放。缓存实际上就是一个先进先出的队列。图中标明的T叫做播放时延。在接收端设置缓存tT缓存（队列）恒定速率t非恒定速率有可能发生分组丢失接收端需设置适当大小的缓存。当缓存中的分组数达到一定的数量后113缓存使所有到达的分组都经受了迟延。早到达的分组在缓存中停留的时间较长，而晚到达的分组在缓存中停留的时间则较短。以非恒定速率到达的分组，经过缓存后再以恒定速率读出，就能够在一定程度上消除了时延的抖动。但我们付出的代价是增加了时延。缓存的影响缓存使所有到达的分组都经受了迟延。缓存的影响114需要解决的问题在传送时延敏感(delaysensitive)的实时数据时，不仅传输时延不能太大，而且时延抖动也必须受到限制。对于传送实时数据，很少量分组的丢失对播放效果的影响并不大（因为这是由人来进行主观评价的），因而是可以容忍的。丢失容忍(losstolerant)也是实时数据的另一个重要特点。需要解决的问题在传送时延敏感(delaysensitiv115如何改造现有的因特网大量使用光缆和高速路由器，网络的时延和时延抖动就可以足够小，在因特网上传送实时数据就不会有问题。把因特网改造为能够对端到端的带宽实现预留(reservation)，把使用无连接协议的因特网转变为面向连接的网络。部分改动因特网的协议栈所付出的代价较小，而这也能够使多媒体信息在因特网上的传输质量得到改进。如何改造现有的因特网大量使用光缆和高速路由器，网络的时延和11610.2因特网的多媒体体系结构TCPUDPAAL3/4AAL5PPPSDH/SONETATM以太网调制解调器信令服务质量IPv4/IPv6RTSPRTCPRSVPH.323SIPRTPPPP应用层协议声音/视像SDP10.2因特网的多媒体体系结构TCPUDPAAL3/411710.2.1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。10.2.1实时运输协议RTP

(Real-time118RTP的层次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，开发者必须编写用RTP封装分组的程序代码，然后把RTP分组交给UDP插口接口。在接收端，RTP分组通过UDP插口接口进入应用层后，还要利用开发者编写的程序代码从RTP分组中把应用数据块提取出来。RTP的层次从应用开发者的角度看，RTP应当是应用层的119RTP也可看成是

运输层的一个子层RTP封装了多媒体应用的数据块。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之上的一个运输层的子层。运输层应用层IP数据链路层物理层RTPUDPRTP也可看成是

运输层的一个子层RTP封装了多媒体应120RTP分组的首部格式12字节序号比特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）RTP分组的首部格式12序号比特12110.2.2实时运输控制协议RTCP(RTPControlProtocol)

RTCP是与RTP配合使用的协议。RTCP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分组也使用UDP传送，但RTCP并不对声音或视像分组进行封装。可将多个RTCP分组封装在一个UDP用户数据报中。RTCP分组周期性地在网上传送，它带有发送端和接收端对服务质量的统计信息报告。10.2.2实时运输控制协议RTCP(RTPCon122RTCP使用的五种分组类型结束分组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。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。RTCP使用的五种分组类型结束分组BYE表示关闭一个12310.2.3实时流式协议RTSP

(Real-TimeStreamingProtocol)

RTSP协议以客户服务器方式工作，它是一个多媒体播放控制协议，用来使用户在播放从因特网下载的实时数据时能够进行控制，如：暂停/继续、后退、前进等。因此RTSP又称为“因特网录像机遥控协议”。要实现RTSP的控制功能，我们不仅要有协议，而且要有专门的媒体播放器(mediaplayer)和媒体服务器(mediaserver)。10.2.3实时流式协议RTSP

(Real-TimeSt124流式(streaming)音频和视频媒体服务器与媒体播放器的关系是服务器与客户的关系。媒体服务器与普通的万维网服务器的最大区别就是媒体服务器支持流式音频和视频的传送，因而在客户端的媒体播放器可以边下载边播放（当然需要先将节目存储一小段时间）。但从普通万维网服务器下载多媒体节目时，是先将整个文件下载完毕，然后再进行播放。流式(streaming)音频和视频媒体服务器与媒体播放器的125RTSP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。RTSP与RTP和RTCP的关系RTSPRTSP12610.3IP电话

10.3.1IP电话概述狭义的IP电话就是指在IP网络上打电话。所谓“IP网络”就是“使用IP协议的分组交换网”的简称。广义的IP电话则不仅仅是电话通信，而且还可以是在IP网络上进行交互式多媒体实时通信（包括话音、视像等），甚至还包括即时通知IM(InstantMessaging)。10.3IP电话

10.3.1IP电话概述狭义的127IP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到普通电话机公用电话网IP

电话网关公用电话网IP

电话网关因特网普通电话机到普通电话机IP电话网关的几种连接方法分组交换电路交换电路交换12810.3.2H.323H.323是ITU-T于1996年制订的一个名称很长的建议书，1998年的第二个版本改用的名称是“基于分组的多媒体通信系统”。H.323包括系统和构件的描述，呼叫模型的描述，呼叫信令过程，控制报文，复用，话音编解码器，视像编解码器，以及数据协议等，但不保证服务质量QoS。10.3.2H.323H.323是ITU-T于1129H.323终端使用H.323协议

进行多媒体通信分组交换网（例如，因特网）H.323H.323终端H.323终端

H.323终端使用H.323协议

进行多媒体通信分组130H.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。H.323标准指明的四种构件(1)H.323终端131H.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MCUH.323网关用来和

非H.323网络进行连接因特网132H.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注册信令H.225.0呼叫信令H.245控制信令RTPUDPTCPIP信令和控制H.323的协议体系结构音频/视频应用音频视频RTCPH13310.3.3会话发起协议SIP

(SessionI