多媒体编码通信17-多媒体的传输-2

多媒体编码与通信

第4章多媒体的传输赵海武上海大学通信与信息工程学院networkmultimedia@126.com2014年2月第4章多媒体的传输目录4.1多媒体应用协议套4.1.1多媒体应用协议套4.1.2多媒体应用相关协议摘要4.2实时传输和控制协议4.2.1实时传输协议(RTP)4.2.2实时控制协议(RTCP)4.3实时流播协议4.3.1RTSP协议概要4.3.2RTSP协议原理4.4资源保留协议4.4.1RSVP协议概要4.4.2RSVP协议原理4.4.3RSVP文件4.5会话启动协议4.5.1SIP概要4.5.2SIP的请求和响应4.5.3SIP服务器4.5.4SIP的消息结构4.6会话描述和会话通告协议4.6.1会话描述协议(SDP)4.6.2会话通告协议(SAP)4.7多目标广播4.7.1多目标广播的概念4.7.2多目标广播地址4.7.3网际机组管理协议(IGMP)4.7.4多目标广播路径选择简介4.4资源保留协议RSVP=ResourceReSerVationSetupProtocol保留的网络资源链路带宽路由器缓存RSVP协议需要在接收端主机、发送端主机、以及沿途所有路由器上执行RFC22054.4.1资源保留协议4.4.1资源保留协议4.4.1资源保留协议RSVP是接收端启动的协议接收端向发送端发送QoS请求，这个请求逆向传送给沿途的所有路由器直到发送端接收端通过其他途径获得会话所需的资源情况HTTPSAP/SDPRSVP是信令协议RSVP利用本地的路由表获取路径4.4.1RSVP的工作过程RSVP的处理对象是会话RSVPsession=(DestAddress,ProtocolId[,DstPort])DestAddress是数据流的目的地址，可能是单播地址或多播地址ProtocolId是IP协议的IDDstPort是可选参数，应当是通用的目的端口号DstPort可以是UDP/TCP端口，也可以是其他传输层协议的等价域或者应用程序规定的域RSVP认为会话之间是相互独立的4.4.1资源保留协议RSVP的资源保留状态由于用户可能随时加入或退出会话，因此传送路径可能随时发生变化，这就需要发送端周期性地发送路径消息，接收端周期性的发送资源保留消息，用于维护沿途路由器的资源保留状态在没有刷新消息时，路由器将自动删除资源保留状态这种资源保留状态称为“交换状态(switchstate)”，又称为‘软状态’4.4.2RSVP的消息公共头：8字节，7个域Vers：4位，协议版本号，RFC2205的版本号是1Flags：4位，未定义MsgType：8位，RSVPChecksum：16位，0表示没有检查和Send_TTL：8位，携带此RSVP消息的IP包的TTL值RSVPLength：16位，本消息的长度（单位：字节），包括公共头和消息体4.4.2RSVP的工作过程RSVP的消息有7种PathmessageResvmessagePathErrorMessagesResvErrorMessagesPathTeardownMessagesResvTeardownMessagesResvConfirmationMessages4.4.2RSVP的消息4.4.2RSVP的消息Path消息<PathMessage>::=<CommonHeader> [<INTEGRITY>] <SESSION> <RSVP_HOP> <TIME_VALUES> [<POLICY_DATA>...] [<senderdescriptor>]<senderdescriptor>::=<SENDER_TEMPLATE> <SENDER_TSPEC> [<ADSPEC>]4.4.2RSVP的消息Path消息的主要内容previoushopaddress：上一跳的地址SenderTemplate：发送端所发数据流的格式，用于筛选SenderTspec：发送端所发数据流的码率规格Adspec：可选的域，收集数据流传送沿途的信息直到接收端，接收端可根据此信息构建或动态调整QoS请求4.4.2RSVP的消息Rsev消息<ResvMessage>::=<CommonHeader> [<INTEGRITY>] <SESSION> <RSVP_HOP> <TIME_VALUES> [<RESV_CONFIRM>][<SCOPE>] [<POLICY_DATA>...] <STYLE><flowdescriptorlist><flowdescriptorlist>::=<empty>| <flowdescriptorlist><flowdescriptor>4.4.3RSVP资源保留方式资源保留方式FF类型：为指定的发送端保留独占的资源SE类型：为一组指定的发送端保留组内共享资源WF类型：为所有发送端保留共享资源WF和SE适用于广播且不同的发送端通常不会同时发送数据的应用，而FF类型适用于单播4.4.3RSVP资源保留方式资源需求量和参与者数量之间的关系FF类型的请求不能合并，资源总的需求量是各个请求的算术和，和参与者数量是线性关系WF和SE类型的资源请求，可以在每个节点处进行合并，即节点需保留的带宽等于下游申请保留带宽的最大值，和参与者数量是对数关系4.4.3RSVP资源保留方式图4-7RSVP的资源请求合并4.4.4RSVP的工作过程典型的RSVP会话过程如图4-7所示，包含如下事件(1)发送端周期性地向session发送PATH消息，通告视听数据流的规范，在路由器中建立逆向路径，如图4-7(a)所示(1.5)在某些应用中，如果想加入会话，接收端主机需要先注册(2)接收端周期性地向发送端发送RESERVE消息，如图4-7(b)所示，建立或刷新资源保留状态4.4.4RSVP的工作过程(3)路由器根据PATH消息和RESERVE消息，修改资源保留状态和视听数据流的传送路径，尽量合并RESERVE消息，把合并后的RESERVE消息传送到下一个节点，如图4-7(c)所示(4)发送端收到最终的RESERVE消息后就开始发送视听数据4.4.4RSVP微观工作过程在资源申请建立的过程中，RSVP请求被传送到两个本地模块：接纳控制模块和策略控制模块接纳控制模块：决定该节点是否有足够的资源可以满足该RSVP请求策略控制模块：决定用户是否有权限申请这类服务。如果全部通过，那么RSVP请求的QoS参数就会输入到包分类器和包调度器（链路层接口）完成资源预留。如果任一模块的检测没有通过，那么提出该RSVP请求的应用程序进程将会得到一个错误的返回。RSVP并没有规定接纳控制模块和策略控制模块的算法，也没有规定包分类器和包调度器的算法2023年2月3日4.4.4RSVP微观工作过程4.4.5一个问题发送端的数据速率问题接入因特网的用户是多种多样的，有的使用28.8kbps速率接收数据，有的使用128kbps速率接收数据，而有的使用10Mbps甚至更高的速率接收数据。发送端到底用什么样的数据速率向这些接收数据速率不同的用户传送数据？才能使所有用户接收到？4.4.5一个问题问题的解决方案解决这个问题的一种方案是在发送端对声音或电视进行分层编码，每层声音或影视的数据速率各不相同，把它们都发送到网上，以此来满足各种不同用户的要求。发送端不一定要知道每个接收端接收数据的速率，只需要知道这些用户使用哪几种接收速率即可4.5SIP概述SIP=SessionInitiationProtocolSIP的功能SIP用于创建、管理和终止任何形式的互动会话，如IP电话、多媒体会议、软件发行、互动游戏和聊天等SIP是应用层上的协议SIP是信令协议SIP需要和很多其他协议一起工作，例如HTTP、SMTP、SDP、RTSP等4.5SIP概述历史回顾源于90年代中期，IETF组织编写MMUSIC标准1996年他向IETF提交了一个草案，其中包含了SIP的概念，主要针对电子邮件和文字聊天等文本应用1999年3月再次提交，删除了关于媒体内容方面的部分，随后IETF把它作为SIP规范第一版发布，编号RFC2543当时关于多媒体会话控制已经有了H.323和MGCP1999年9月SIP工作组从MMUSIC工作组中分离出来2002年IETF发布RFC3261，标志着SIP的基础确立4.5.1SIP概述——相关协议SIP相关文件可在/sip/drafts.html上找到。RFC3261(2002)：SIP协议的核心规范RFC2327(1998)：会话描述协议(SDP)RFC1889(1996)：实时传输协议(RTP)RFC2326(1998)：实时流播协议(RTSP)RFC3262(2002)：SIP协议中100~199消息的可靠性RFC3263(2002)：使用DNS查找SIP服务器RFC3264(2002)：使用会话描述协议(SDP)的方法RFC3265(2002)：SIP事件通告RFC3266(2002)：SDP协议对IPv6的支持RFC3311(2002)：SIP修改方法RFC3361(2002)：使用DHCP查找外向SIP代理服务器RFC3428(2002)：用于即时通的SIP RFC3515(2003)：SIP调用(REFER)方法，如呼叫转移

4.5.1SIP概述SIP已得到广泛认可和采纳SIP已经被用于3G移动通信网络的会话控制微软已经在WindowsXP、PocketPC和MSN中采用了SIP，并计划在CE.net中使用基于SIP的VoIP接口层SunMicrosystems在JAVA语言中定义了支持SIP的应用编程接口QQ等网络通信工具也使用了SIPSIP已成为继HTTP和SMTP之后的最重要的协议之一4.5.1SIP概述——特性(1)易读性强：用文本来描述SIP消息(2)相对简单：只有6种基本方法，把它们组合在一起就可完成多媒体会话呼叫的控制，减少了复杂性(3)独立于传输层：SIP可以使用UDP,TCP和定义在RFC4346(2006)的传输层安全(TransportLayerSecurity，TLS)等协议4.5.1SIP概述——特性(4)客户机/服务机结构：SIP共享HTTP和SMTP的设计原理，共享HTTP的状态码(5)移动性强：可用统一资源标识符(URI)查找用户(6)需要其他协议辅助：如使用会话描述协议(SDP)来描述会话(7)不提供服务质量(QoS)保障方法，但可与RSVP等协议联用(8)灵活可扩展：SIP能够连接任何IP网络：有线LAN/WAN、3G、WiFiSIP能够连接任何IP设备：电话、PC、PDA、手机4.5.2SIP的请求和响应图4-8IP电话使用SIP的基本呼叫方法4.5.2SIP的请求和响应在IP电话系统中，用SIP的基本呼叫方法，如图4-8所示(1)SIP代理服务器(SIPproxyserver)：用于来回传递SIP消息的服务器(2)SIP用户代理(SIPuseragent)：通信双方使用的收发SIP消息的设备，如电话机、安装有SIP客户软件的电脑、手机、PDA等4.5.2SIP的请求和响应(1)A通过代理服务器向B发出通话INVITE(邀请)，①和②；(2)代理服务器用代码100(试试看)回应A，③；(3)B用代码180(响铃)通过代理服务器回应A，④和⑤；(4)B用代码200(OK)通过代理服务器响应A，⑥和⑦；(5)A通过代理服务器向B发送ACK(确认)，⑧和⑨；(6)A和B通过RTP通话；(7)B通过代理服务器向A发送BYE(再见)，⑩和；(8)A通过代理服务器向B发送OK，和；(9)整个过程结束4.5.2SIP的请求和响应SIP请求用文字表示，SIP响应用3位数字表示SIP的请求和响应统称为消息SIP请求说明INVITE(邀请)邀请用户参加会话ACK(响应)确认INVITE得到响应OPTIONS(选项)请求提供服务器能力的消息CANCEL(取消)终止请求BYE(再见)终止用户之间的连接REGISTER(注册)登记用户当前所在地INFO(消息)会话期间的信令表4-4SIP命令(方法)4.5.2SIP的请求和响应代码类型说明100~199信息告诉接收者相关请求已经收到，但处理结果还不知道，如100表示试试看，180表示响铃200~299成功请求或接收成功，如200表示OK,202表示接收到300~399重定位表示用户所在地已经变动，如302表示临时移动400~499客户端有错请求有错，如404表示没有找到,480表示暂时不能响应，486表示忙500~599服务器有错服务器故障，如501不执行600~699不成功请求不能完成，如603表示拒绝表4-5SIP响应4.5.3SIP服务器图4-9使用梯形排列的SIP会话4.5.3SIP服务器A发出INVITE(邀请)由于A不知道B在网上的位置，于是就将邀请发送给代理服务器1代理服务器1也不知道B的具体位置，于是告诉用户A试试看的同时，通过DNS服务器查找用户B查找的结果是B不在本地，于是代理服务器1将A的邀请发送给代理服务器2代理服务器2找到了B，把A的邀请转发给B余下的过程与前一节介绍的过程类似4.5.3SIP服务器在互联网上建立多媒体会话需要多种服务器才能完成例如，大多数情况下，会话邀请人不知道被叫方的IP地址，但往往知道对方的电子邮件地址，在这种情况下就需要使用附加服务器来完成地址转换服务器是软件，不同的服务器可以位于同一台机器上4.5.3SIP服务器(1)SIP代理服务器(SIPProxyServer)主要解决SIP消息的传输路径，既担当服务器的角色又担当客户器的角色。它接收SIP消息，在需要时将SIP消息转发到另一个SIP代理服务器其他功能：可包括称为AAA的认证(authentication)、授权(authorization)和计费(accounting)处理的SIP请求可能是域内的，也可能是通过地址变换等处理后转发到域外的4.5.3SIP服务器(2)SIP注册服务器(SIPRegistrar)包含本域中所有用户代理的位置的数据库。它接收用户的注册请求，并更新数据库中用户的位置信息(3)SIP位置服务器(SIPLocationServer)存储用户注册地址的数据库，提供详细的用户地址信息，它的数据库可能是全局的(4)SIP重定向服务器(SIPRedirectServer)用于为呼叫方返回被叫方的地址。它将请求消息返回给呼叫方，表示需要尝试不同的路径才能联系上被叫方，因为被叫方可能已暂时或永久性地移到其他地方4.5.3SIP服务器图4-10SIP服务器4.5.4SIP的消息结构SIP消息分成请求和响应消息，这两类消息的结构类似图4-12表示请求和响应消息的结构和示例如要深入了解请求和响应中各个域的含义和用法，请阅读RFC3261(SIP:SessionInitiationProtocol)RFC4566(SDP:SessionDescriptionProtocol)4.5.4SIP的消息结构1.SIPURISIP的实体用统一资源标识符(UniformResourceIdentifier，URI)来标识。形式为“SIP：用户名@域名”4.5.4SIP的消息结构图4-11SIP请求格式4.5.4SIP的消息结构(1)起始行：由方法(Method)、请求地址(Request-URI)和SIP版本(SIP-Version)组成本例中的方法为INVITE请求地址为sip:bob@SIP版本为2.04.5.4SIP的消息结构(2)消息头由下列部分组成：Via：呼叫方期待接收响应的地址(如)，以及标识呼叫的分支参数Max-Forward：本请求到达被叫方所历经的最大路由段数To：被叫方的名字和SIPURIFrom：呼叫方的名字和SIPURI，以及一个标签参数。标签参数是软电话添加的随机字符串(如1928301774)，作为对话的标识符4.5.4SIP的消息结构Call-ID：标识这个呼叫的全局唯一标识符，它是由随机字符串和安装“软电话”的主机名或IP地址组合生成的。Call-ID与To域中的标签(本例未列出)和From域中的标签相结合可完