多媒体技术原理及应用马华东第二第十章

第十章基于Internet的多媒体技术概念与问题IP组播IPQoS保障机制IP多媒体网络的相关问题10.1概念与问题

Internet网起源于1969年美国国防部高级研究计划署研制的ARPANET网;1975年ARPANET从实验网络变成可运行的网络;1983年,TCP/IP成为ARPANET标准通信协议,并在UNIX实现;1985年,美国NSF采用TCP/IP组建新的Internet骨干网即NSFNET,来连接当时的6个超级计算中心和高校与科研机构;1987年,NSFNET实现,采用T1线路(1.54Mbps);1989年,ARPANET退役,NSFNET对公众开放,成为Internet最重要的通信骨干网络;

1991年,采用T3线路(45Mbps)；1995年,NSF宣布与MCI合作建设高速数据通道计划,提供155Mbps的主干网络服务,取代原来的NSFNET,Internet网开始大规模商业应用。到2001年,高速通信网络将150多个国家3000多万台计算机连入Internet,几亿用户每天在使用Internet网提供的服务。目前,Internet主要业务仍是正文和静态图象方式发布信息、传递电子邮件以实现通信和资源共享以IP电话、音乐点播、视频点播、实时视频广播等多媒体业务在Internet网业务中逐渐上升,并将成为其主要的业务。Internet网由许多子网连接在一起,通信协议TCP/IP协议。

TCP/IP是一个协议组,主要包括TCP、UDP和IP,其制定的是传输层和网络层的标准。其中：(1)TCP称为传输控制协议,其作用是保证命令或数据能正确无误地到达目的地。TCP是可靠的;(2)UDP称为用户数据报协议,它和TCP一样都是传输层协议。与TCP不同,它是不可靠的,不对发出的报文进行跟踪,也就不能保证每个UDP报文达到目的地址。但由于它减少了网络开销,因此效率很高;(3)IP称为互联网协议,它位于TCP的下一层,负责完成互联网中包的路由选择,并跟踪这些包到达不同目的端的路径。IP还要对一些可能出现的情形,如不同传输介质间的不一致性等进行处理。

现场声音和视频广播这类似于普通的无线电和电视广播，不同的是传输网络为Internet网。目前产品如RealNetworksBroadcasters;声音点播客户在任何时间任何地点从声音点播服务器读声音文件。许多产品也为用户提供交互功能。典型产品RealNetworksRealPlayer和VocalTec的InternetWave;视频点播

这是一类典型的交互式多媒体服务系统。视频点播系统一般运行在宽带网中。目前已有很多运行于Internet网上的视频点播产品;IP电话

是在IP网络上进行呼叫和通话,这种应用支持人们在Internet网上进行通话。目前IP电话价格便宜,但质量较差。

Internet网上的典型多媒体应用

分组实时视频会议

这类应用系统与IP电话类似，但可传输视频图象并允许多人参加。目前已有许多此类产品。从多媒体信息传输来讲,

Internet提供两种类型的服务：(1)可靠的面向连接服务,用TCP协议,对信息包时延要求不高;(2)不可靠的无连接服务,使用UDP协议,不保证不丢包也不保证时延满足需求。Internet网现在对多媒体包的传送中,各包平等,无优先之分,是尽力传输机制，难以保证多媒体实时应用的需求。目前应该解决问题：提高网络带宽,减少时延;减少抖动。

解决问题的思路一般从2个方面考虑：(1)扩大链路带宽费用太大,且易被多媒体业务吃掉;(2)改进Internet协议采用这种方法对网络系统做较大的变更,对多媒体应用保证端对端带宽,如对IP电话途中每个链路预留带宽。10.2IP组播

10.2.1基本概念IP地址分5类：(1)A类、B类、C类是基本的因特网地址；(2)D类(224.0.0.0-239.255.255.255)用于组播的地址;(3)E类是保留地址。发送端和接收端及其之间的网络设施都必须具备多播功能。对本地的IP组播,主机节点所需要的环境是:

TCP/IP协议栈中可支持IP组播；软件支持Internet组管理协议(IGMP),这样就可以申请参加组播组和接收组播；要有IP组播应用软件。10.2.2组播路由选择算法

目标—建立一个组播树使组播包传送到目标站点。1.泛洪法(Flooding)当路由器收到一个组播包时它首先会检查是否是第一次收到此包,若是把该包转发给所有相连节点;否则简单地丢弃该包。利用这种方式我们可保证所有互连的路由器会至少接到包的一个拷贝。该算法已经用在OSPF协议中。简单,但效率不高。

2.支撑树(SpanningTree)算法。这个算法已被IEEE-820MAC采用,它有效且容易实现。该算法利用求图的最优支撑树算法,选择一个互连链路的集合组成一个树结构使任何两个路由器之间只有一条路径。因为树连接了网中所有节点,所以被称为支撑树。支撑树算法的缺点是:它把所有流量集中在一个小的链路集合,且没有考虑组成员特点。

3.反向路径广播（ReversePathBroadcasting,RPB）该方法不是建立一个全网络的支撑树,而是为每个源节点构造一个隐含的支撑树。

4.修剪的反向路径广播(TruncatedReversePathBroadcasting,TRPB)算法克服了RPB算法的局限性。我们知道通过使用IGMP协议,路由器可决定一个已知的组播组的成员是否在该路由器子网中。如果这个子网是一个叶子子网(不存在连到它的任何其它路由器),该路由器将从支撑树中剪除。这个过程一直到多余的分支被剪除掉为止。

5.Steiner树在RPB和TRPB算法中,

源节点和每个目的节点的最短路径被用来传输组播包,保证组播包尽可能快地传递。然而,它们没有最小化网络资源的使用。利用Steiner树可以为构造传输树最优地使用链路的数目。Steiner树是不稳定的。

6.基于核心树的组播(Core-BasedTree,CBT)CBT为每个组建立单一的传输树。一个路由器或一组路由器被选做传输树的核心。所有到指定组的信息被作为单播信息向核心路由器转发直到它们到达属于相应传输树的某个路由器。然后,信息包被转发到除了进入接口之外属于传输树的所有接口。上述几种算法被用来开发组播路由选择协议。

10键.2播.3丙组港播路姐由选票择协召议距离鬼矢量亚组播迟路由伐协议(DV勤MR哪P)最初唯是在IE载TF晚R芝FC觉10驶75中定决义,它已脆广泛粱用在MB夏on日e网络穷上。鸦其早弄期版幕本中家基于TR巧PB算法泛构造疗传输些树。配后来诸被使查用加找强TR蹦PB算法若(称薯为反怕向路厦径组蜘播算浓法RP屠M)来改芒进。组播呈开放闻最短掘路径栗路由湾优先秀协议(ＭOS稻PF窄)鼠O谁SP寺F在RF像C1寻58霉3中定宇义。MO列SP饱F建立悠在OS捞PF的基邻础上绝,它醒沿最咽低成雅本路闯径传危递信时息,允而皆最低尾成本柜则使头用链博路状粮态来慕衡量和。协议唇独立惯的组埋播路陈由协司议由IE剪TF季I换DM猪R工作管组开隶发的纤。ID循MR计划扮开发银一系牙列组答播路抖由协庄议,窝能吉提供吼可伸麦缩的In帜te极rn嫌et范围由的组加播路她由选太择。PI坐M采用际2种送协议六,即PI于M-驻DM雨(据De剪ns鼻e逼Mo碰de冲)和PI编M-SM秧(S握pa耽rs浊eMo敢de劣),它们冷分别在在组排成员样密集睁分布也和稀裂疏分携布时易更有女效。DM类似得于DV医MR辩P也使羊用RP己M算法纱来构保造传受输树.搅SM基于CB英T方法回。10工.3流媒凤体技迎术所谓叫流媒度体是悠指采奋用流罗式传帐输的膨方式蚕在网佛络上肉传输考的媒斯体格鼻式。流媒熟体在荐播放扰前并触不下壁载整深个文参件，逼只将圾开始妻部分治内容建存入驱内存慎，流盘媒体艳的数魄据流抗随时甚传送城随时丈播放10之.3粱.1流式附传输论协议(1和)实时饥传输恳协议RT桂P提供响实时添信息轿和实势现流茎同步翁。RT狱P通常宾使用UD劈燕P,不能避提供洽可靠指的传虑送机沉制，赴也不笑提供集流量振控制流或拥件塞控救制，晓它依谎靠RT失CP提供狱这些裕服务辉。(2门)实时饱传输料控制安协议RT区CPRT厌CP和RT茧P一起猫提供景流量己控制统和拥请塞控涂制服圾务,它们难能以格有效未反馈垂和最牙小开亿销使劫传输岔效率吉最佳贿化,特别香适合荐实时钟数据阴。(3局)实时龄流协秘议RT泛SPRT扬SP位于RT报P和RT窄CP之上东，它血使用TC会P或RT蕉P完成俘数据铃传输惧。使粘用RT骗SP时，万客户孙机和厌服务像器都马可以污发出内请求扬，即RT贩SP可以致是双芽向的蜡。10枯.3依.2流媒航体的状传输昌过程流媒晒体的贩传输腾过程丧主要毙分下卷述几钉个步畜骤。(1扫)预处庸理主要左采用萌先进仍高效端的压扒缩算犬法，续将多亚媒体兼信息泽进行净压缩框。(2羡)缓存流式闻传输漏的实声现需呀要缓鸣存。晌来弥时补延剑迟和萝抖动威的影漫响，狐并保辉证数贴据包银的顺嗽序正疑确，卡使媒犯体数乓据能免连续厌输出便。(3忽)传输用户突选择怠流媒际体服仅务后轰，We误b浏览津器与摩服务利器间勺使用HT酬TP哄/T戚CP交换枪控制痛信息范，以侄便把色需要岗传输驻的实拼时数每据从刃原始王信息析中检厨索出构来;然后界客户达机上樱浏览豆器启穿动客证户程属序.客户掘程序剧及服案务器向运行仙实时抬流协音议RT物SP响,提供舌操纵洽播放夜、快该进、偏快倒奔、暂甚停及连录制缓等命之令的松方法概。服垒务器忙使用RT扫P/梦UD利P协议裤将数东据传锐输给初客户辛程序井播放联输出痛。10活.3核.3流媒筋体系讯统的店主要悉解决丧方案Re姨al钱S导ys歌te朴m。由Re找al贤P径ro堵du驱ce翻r、Re对al丘S握er岁ve魔r、客饺户端造软件匠组成宁。其娱流媒满体文乏件包籍括Re谨al伐A颤ud树io谣(业RA早)、Re筐alVi辣de德o(端RM)、Re裁al企P羽re含se欲nt柿at拳io英n和Re渗al膀F锤la摆sh四类堵文件蠢。采侮用Su昼re吩St态re喝am技术道，自饶动地荐并持拢续地刷调整耽数据汉流量位以适部应各减种不价同网执络带挣宽需驴求，康客户稳端可掉通过Re点al跟P使la殿ye哀r实现她音频前、视喂频和杂三维义动画魂回放清。Wi导nd用ow躬s浇Me街di叛a纤Te朋ch五no箭lo亮gy。Mi势cr机os钳of帅t方案,其核痕心AS炭F是一轮种包祝含音堆频、喉视频朝、图示像以文及控艰制命塔令、亲脚本冬等在援内数淹据格功式，训通过捉分成坐网络访数据书包传己输，睛实现衡流式氧多媒驼体内训容发唱布.由Me误di狭a塘To做ol骆s、Me蔬di统a汤Se环rv啊er和Me晌di验a扔Pl盒ay索er工具避构成Qu馒ic坏kT烈im侵e。Ap药pl颤e发布.几乎央支持业所有服格式缓的静终态图载像文膝件、钥视频蓬和动堡画格刑式，壮具有禁内置We者b浏览家器插倚件技涛术,支持IE火TF流标抛准以与及RT虾P、RT西SP、SD顾P、FT虽P和HT睬TP等网烘络协纲议。10谊.4汗I拉P义Qo毛S保障裤机制10蒙.4若.1竖Q桥oS路由惨选择选择展一条册符合Qo央S需求彩的路久由。常用Qo文S参数:带宽哑、时东延、鸣错误池率、痒费用圣等多播Qo幻玉S路由星选择爱(单本播是额其特让例)路径P(啊u,席v)盲=(u,雹i,斯j,械..床.,沾k,吓v)三类表约束:(1便)可加计的树冬约束m(刻u,详v)著=m宰(u菜,i伙)+展m(殿i,允j)亲+.页..域+m支(k农,v择)(端到坚端的雅时延)(2选)可乘貌的树愉约束m(垃u,剩v)夺=m券(u阔,i膝)*求m(义i,主j)喘*.遵..宜*m型(k锹,v血)(错误涨率)(3程)凸约诸束m(蓝u,雹v)怨=m恋in[m(妻u,吐i)结,竭m(碗i,悉j)之,饲..愁.,延m(建k,梁v)](带宽惠)针对乌单个推约束迎的多奇播Qo傻S路由钓选择叉可以欲用图央论的美算法理解决氧。基本勾算法:(1锄)Di骨jk浅st子ra最短陷路径身算法;(2棕)今最小壳支撑衣树算情法;(3象)划St恭ei哨ne壮r树邻最小益化多健播树岁总的健网络狮费用.In慈te戚rn神et一种胆有效蛙的Qo粱S保障咬机制议是为夫应用罢预留呢网络沟资源糕(主狗要指穴网络锋带宽骡),望其间核心塑是一巩个资锄源预姐留协找议RS虏VP图,它定川义在IE演TF荷R萍FC突22削05中。RS党VP允许励应用剩程序组为它牛们数眠据流父保留绢带宽非。主底机根差据数亏据流简的特竹性使带用这抽个协仁议向脾网络颈请求舰保留布一个侨特定幻玉量的郑带宽物,兔路由小器也辈使用RS殊VP转发丛带宽垃请求佳。为执枣行RS望VP誉,在接欠收端净、发马送端载和路册由器叮中都篮必须稿要有赚执行RS狼VP的软引件。RS仪VP的2佣个主颠要特芬征是乏:①保即留组翻播树竿的带凉宽,桑单脉播是骑一特疯殊情浙况;②接袜收端篮驱动羞,泊即接铅收端财启动肺和维表护资倾源的岛保留置。10熊.4.搞2资源填预留反协议当应井用需枝要Qo袍S保证道的服泼务时览,发非送端获要向酬接收寺端发栋送一低个称互之为泼路径扭的组栗播包继说明辣所要野求的往服务机类型焰和业累务流腔特点顺,沿总途的冒路由翻器将拜路径历消息厕逐段厚传递朽至接乖收端挽,匙接收捷端返来回一明个称弱之为筛预留国的消乔息来坝请求摧资源盒,恐在此巩消息袄中给汽出接糟收端馅所要是求的揉服务蚂质量传。网络践在回后传这土消息葵时,握沿途宝的每见个路哥由器浑可接写受或畅拒绝宁预留胖消息呢的请尺求。攀如果闭拒绝手,则打返回届一个禽错误拜给接柿收端娃,呼至叫被羊终止蜜;逮如果碗接受刺,则觉为该日业务除流分货配带庭宽资卵源,模并将锐该流划的状鉴态信糠息记雅录下广来。公接收田端驱议动的阴方式母适合冤无连相接的斧网络新。另外特,钻在组料播中讽由各鸡终端辰声明磁自己碰所要罚求的艇服务恋质量扮,比缺由发纪送端贤来向悲网络偏提出Qo荷S要求博更为赔合理旅一些顾。10纤.4尽.3区分位服务由于RS仔VP实现杠起来娇比较朽复杂跟,IE妥TF建议报另一仿种Qo凝S的保怠障机拨制即必区分静服务葱(DS抱)。DS通过IP数据静报中贿的服芹务类桨型域队来区德别服繁务类倡型,在IP羞v4中,塘位悼于报端头中波该域茫可由闻用户退设定外。DS中服盐务类远型域涉称为DS域,粗根械据DS域不劣同类染型,划将俯数据槽报以刺不同挣方式严传递充,幕这便涂是区扎分服籍务由毫来,其实撑际上忙是一栋种相饶对优蚀先级罢的服湿务。DS域中瘦可定忙义的绘服务拿有:低延迎时低翠抖动袭的最努高服猎务;比尽吃力服狭务有蹈更高切可靠刃性的帆确保誓服务借;具有骨金、颈银、之铜3圣种质驻量的源奥林再匹克东服务。用户盾要获肿得区慰分服乎务须恳先与IS射P协商蜡取得晚服务永水平是协定牛(SL壁A)造,规定俘给用税户的夜服务冻等级厚和每奇个等兴级所柄允许俱的流捕量。SL仪A可是范静态吃或动停态的拨。静半态SL扶A是用灭户和IS荣P协商缘瑞好的内,在烈一定贿期限皇有效绩的协萄定,介用尺户在权此期永间可夸随时经享受察区分柄服务蹦;笛而动央态SL车A是用嚼户需超要区柄分服团务时诸,承通过洁信令浓协议急(如RS严VP梳)建立钥起来喝的。如果临链路加上有榆的路爸由器扣不支猜持区其分服叶务,犁它遥会忽以视数萄据报芳中DS域的轿内容宵而给谢予尽纠力服笛务。吨由于煮支持墙区分泻服务竭的路吓由器哥对确誉保服逮务的见包会听给予丧应有税的服胀务,气因细此从训整体帖性能位上,傍用响户得稍到了勤比尽朽力服朴务更柳好的饮服务。多协跃议标切识交胖换(MP场LS牺)是一无种新冈的Qo份S保障届机制活,高它是陶在标营签交谊换技匙术上室发展坐的一冲种包驾传递俱机制脖。MP快LS通过驾一个踢协议按来建除立标开识交坡换路言径(LS井P)遭。一个LS导P是一泊个从独发送饱者到迎接收惭者的轮单向讲逻辑树通道焰,泪具有染相同浪服务粥等级驳的多事个数迎据流炕可以撕会聚垦一起艳使用唯一个LS削P。LS月P的建滴立可逝以是闭控制检驱动疑的,贸例圾如由异寻径腹更新译信号姻所激榜发;诞也可伐以是婶数据做驱动女的,互例法如由候要传碰输某置个数叔据流浓的请签求所墨激发仆。当极建立LS愈P的过格程激零发起烈来之里后,记支励持MP菌LS的标德识交蔬换路桶由器常(LS眠R)之间域利用凑协议仅对每翻个标缩慧识的网语义当进行剖进行蝴协商,即协炸商对田带有宫某种葬标识独的包畅的处跌理方杏法,LS万R中就税形成妖了一香张以诞标识说为索确引的皮传送跳表说偿明每陷种包络的处隔理方环法。10晴.4.穗4多协成议标买识交裂换10爹.5SI现P协议SI扬P（Se智ss你io踩n魔In肯it纸ia翼l旗Pr誓ot估oc版ol，会轧话初歼始化化协议瘦）是送由IE以TF于19哈99年提模出的票一个睛基于IP网络毫的实淘时通永信应拴用信浙令协咱议；是下扁一代狼网络夫中的倍核心收协议团之一买，用陕来解伯决IP网上过的信赶令控唤制；是端唤到端崖的、尸基于樱请求/响应主事务诊模型勒的应袍用层屯控制胃协议诉。10待.5达.1充S牧IP协议并框架SI歌P协议肠相当冤于一肃个组镰件，化可以盐与IE固TF的其历它协养议一谣起构迫建一用个完裳整的惊通信摊系统撇，这冶些协扩议如不：会话绍描述德协议(S高DP农)：描撕述终但端设管备的庸特点较；实时孩传输稼协议(R器TP禁/R桐TC榨P)：实猫时传寒输媒拖体数耽据；资源暂保留晶设置码协议(R及SV汉P)：提但供服则务质鱼量；轻型捐目录滋访问府协议(L宿DA印P)：负离责定油位用够户的沃确切缓地址叨；远程述身份矮验证亭拨入据用户凯服务(R议AD永IU摧S)：进疗行身成份验注证。10坚.5圾.2SI乔P实体按逻兆辑功桃能区断分，SI做P系统裹由四吓种元锄素组什成：SI纸P用户伙代理,又称SI姿P终端苦。可萄分为出用户换代理芹客户锯端(U列AC殿)和用垮户代逃理服击务器(U后AS慎)两种睡。其烟中前偿者用危于发歉起呼愁叫请幸求，枪后者斥用于稍响应双呼叫绸请求字。SI硬P代理彼服务卡器,中间舍元素,它既饺是客浸户机蚀又是娇服务重器，取具有矿解析窄名字寄的能导力,能够国代理牧前面落的用屈户向栋下一区跳服石务器芒发出细呼叫眯请求,然后宿服务沙器决丙定下便一跳愉的地较址。重定羊向服唤务器,是规能划SI索P呼叫幼路径吓的服艺务器叫，在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