多媒体通信协议

多媒体通信协议第一页，共二十八页，编辑于2023年，星期五内容提要TCP/IP协议

IPv6协议

IGMP协议

RSVP协议

STⅡ协议

RTP协议

RTCP协议

RTSP协议第二页，共二十八页，编辑于2023年，星期五TCP/IP协议

网络传输协议是在网路基础结构上提供面向连接或无连接的数据传输服务，以支持各种网络应用。TCP／IP作为Internet的核心协议，在Internet上的多媒体应用都是以TCP／IP为基础。然而TCP／IP本身并没有考虑支持多媒体通信的问题．没有提供多媒体通信所必须的同步控制机制和QoS保证能力。从体系结构来看，TCP／IP是1S0／OSI七层参考模型的简化，它只分为四层：应用层,传送层，网际层和物理网络接口层。第三页，共二十八页，编辑于2023年，星期五

网络接口：TCP／IP协议不包含物理层和数据链路层协议，只定义了与各种物理网络之间的网络接口规范。IP地址与各种网络物理地址转换问题由网际层的地址解析协议提供专门功能来解决。网际层：提供基于数据报方式的数据传输、路由选择以及网络互连等服务的功能。包含四个协议中IP是主协议，ICMP、ARP和RARP是辅助协议，以增强网际层的网络控制和地址解析能力。

IP地址：它是一种在网际层用来标识主机的逻辑地址。每一台主机都要预先分配一个惟一的32位地址作为该主机的标识，称为IP地址。在Internet中，IP地址是全局地址，必须由相应的管理机构统一分配。IP地址通常由网络标识(Net)和主机标识(Host)两部分组成。第四页，共二十八页，编辑于2023年，星期五IP地址格式：IP地址有二进制格式和十进制格式两种。二进制的IP地址共有32位。例10000011，01101011，00000011，00011000——十进制ＩP地址是131．107．3．24（每八位组用一个十进制数表示，用“．”进行分隔）。地址分为A、B、C、D、E五类。M：类别号；NET：网络号;Host:主机号。根据三个字段的位数不同类别也不同。经常使用是A、B、C三类IP地址，见表。

IP地址屏蔽码屏蔽码主要用于说明在一个IP网络中是否有子网以及子网数量级，但它不能确切给出具体子网数，也不说明具体酌子网号。屏蔽码作用是屏蔽掉IP地址中的主机号，保留其网络号和子网号，以便于路由器寻址。第五页，共二十八页，编辑于2023年，星期五类别号（M）网络地址主机地址应用范围A类地址占1位，即第0位为‘0’第1～7位即表示126个网络地址第8～31位，表示范围0.0.0.0～127.255.255.255，即16387064个主机大型网络B类地址占2位，即第0，1位为‘10’第2～15位即表示16256个网络地址第16～31位，表示范围128.0.0.0～191.255.255.255，即64576个主机地址网管中心C类地址占3位，即第0，1，2位为‘110’第3～23位即表示2064512个网络地址第24～31位，表示范围192.0.0.0～223.255.255.255，即254个主机地址校园网或企业网第六页，共二十八页，编辑于2023年，星期五

在有子网的IP地址中，其子网号是用主机号字段的前几位表示的，所占的位数与子网的数量相对应，如1位可表示2个子网，2位可表示4个子网；3位可表示8个子网……

如果一个IP网络无子网，则屏蔽码中的NET字段各位全为1，HOST字段各位全为0；如果有子网，则屏蔽码中的NET字段各位全为1、HOST字段中的子网号各位全为1，而主机号各位全为0。例：①IP地址为202.114.80.5、屏蔽码为255.255.255.0，表示在该IP网络(网络号为202.114.80)中无子网，标识的是该IP网络中的第5号主机。②IP地址为202.114.80.5、屏蔽码为255.255.255.224(224为二进制的“11100000”)，表示在该IP网络中最多有8个子网，每个子网可配置32台主机。此IP地址标识的是该IP网络0号子网中的第5号主机。第七页，共二十八页，编辑于2023年，星期五IP数据格式：基本传输单元是IP数据包，在网络中传输时要封装到网络帧中。

MTU（最大数据单元）:物理网络中可以传输的最大数据。数据包封装图第八页，共二十八页，编辑于2023年，星期五IP数据包格式版本包头长度服务类型总长度标识标志片偏移生存时间协议包头校验和源IP地址目的IP地址选项填充数据…第九页，共二十八页，编辑于2023年，星期五

路由选择——要求路由器根据路由选择协议（算法）确定到达目的地网络最佳的路径，并将信息存储在路由表中。数据包转发时，路由器根据路由表决定传递路径。路由选择算法：距离矢量路由选择算法链路状态路由选择算法两种算法的比较：

获得拓扑信息的方式不同确定最佳路径的原则不同收敛速度不同第十页，共二十八页，编辑于2023年，星期五路由表A网络地址距离方向10.0.0.00PA020.0.0.00PA1路由表B网络地址距离方向20.0.0.00PB030.0.0.00PB1路由表C网络地址距离方向30.0.0.00PC040.0.0.00PC1第十一页，共二十八页，编辑于2023年，星期五路由表A网络地址距离方向10.0.0.00PA020.0.0.00PA130.0.0.01PA140.0.0.02PA1路由表B网络地址距离方向20.0.0.00PB030.0.0.00PB110.0.0.01PB040.0.0.01PB1路由表A网络地址距离方向30.0.0.00PC040.0.0.00PC130.0.0.01PC010.0.0.02PC0第十二页，共二十八页，编辑于2023年，星期五IP协议——IP(InternetProtocol)是TCP／IP协议集的核心协议之一，它提供了无连接的数据报传输的互连网路由服务。

ARP和RARP协议——地址解析协议ARP(AddressResolutionProtocol)，在网际层提供从IP地址到物理地址映射服务的协议，逆向地址解析协议RARP(ReverseARP)提供从物理地址到IP地址映射服务。

ICMP协议——ICMP协议(InternetworkControlMessageProtocol)提供差错报告服务，它作为IP协议的一部分，必须包含在每一个IP实现中。第十三页，共二十八页，编辑于2023年，星期五

传送层：主要功能是在站点间建立端到端的连接和事务处理，在进程之间提供可靠的和有效的传输服务。

TCP／IP的传送层提供了两个主要的协议：传输控制协议TCP(TransmissionControlProtocol),主要功能是在高层协议ULP(UpperLevelProtocol)之间提供面向连接的传输服务，来提供一种可靠的进程间通信机制。一次数据传输分为三个阶段：建立连接、数据传输和终止连接。用户数据报协议UDP(UserDatagramProtocol),提供一种面向进程的无连接传输服务，不确认报文是否到达，不对报文排序，不进行流控制，因此UDP报文可能会出现丢失、重复及失序等现象。与TCP相同的是，UDP协议也是通过端口号支持多路复用功能，多个ULP可以通过端口号共享单一UDP实体。由于UDP是一种简单的协议机制，通信开销很小，效率比较高，适合多媒体通信。第十四页，共二十八页，编辑于2023年，星期五IPv6协议地址空间：128位的地址空间允许更多的主机被寻址，允许地址上有更多的层次；改进的多站点寻址方案允许将多站点路由限制在指定的范围内；组块头新定义的“流标志字段”，允许鉴别属于同一数据流的所有组块。地址格式：单播、多播和任播。QoS支持：报头中的优先级和流标识字段提供QoS支持机制。IPv6协议作为下一代IP协议，支持多媒体通信。在地址空间、路由协议、安全性、移动性以及支持QoS支持方面做了较大的改进，与IPv4兼容：第十五页，共二十八页，编辑于2023年，星期五

数据格式：简化了报头格式；增加了扩展包头路由选择：基于地址前缀概念来实现，很方便地建立层次化的路由选择关系，服务提供者可以根据网络规模来汇聚IP地址，充分利用IP地址空间。安全机制：数据报安全认证和数据加密传输。移动性：IETF提出了支持移动主机在Internet上进行无缝漫游的动态IP技术。在移动IP业务中，移动主机需要两个地址：基地地址和转交地址。共存技术：双栈技术、隧道技术、转换技术第十六页，共二十八页，编辑于2023年，星期五IPv6数据包格式版本流量类别流标签净负荷长度下一包头跳数限制源IP地址目的IP地址第十七页，共二十八页，编辑于2023年，星期五因特网组管理协议（IGMP）IGMP：InternetGroupManagementProtocol，支持组播协议IP的D类地址为组播地址，224.0.0.0-230.255.255.255,一个地址代表一个组播组，只用作目的地址。IGMP报文封装在IP数据报中，由报头中的协议字段“2”指示。封装了IGMP报文的IP数据报IP首部IGMP报文第十八页，共二十八页，编辑于2023年，星期五用户使用无连接协议来传输数据流的各个数据报，在通过中间节点（即路由器）转发时可能会产生两个问题：由于数据报转发路径不同导致有些数据报可能会延迟到达；由于数据报在中间节点排队等待的转发时间不确定，并且中间节点发生拥塞时，将会采取丢包策略来疏导交通，而导致端到端通信的传输延迟和延迟抖动。解决方法：端点和中间节点要密切合作，基于无连接协议，为特定的效据流建立固定的传输路径，并为其保留系统资源，将传输延迟限制在指定的范围内，从而保证了端到端多媒体通信的服务质量。IETF提出了基于上述方法的RSVP(ResourceReservationProtocol)协议和STⅡ(InternetStreamProtocolversion2)协议。第十九页，共二十八页，编辑于2023年，星期五RSVP协议RSVP是一种基于网络资源保留的多媒体通信协议，它在无连接协议上提供端到端的实时传输服务，为特定的多媒体流提供端到端的QoS协商和控制功能，以减小网络传输延迟。RSVP的工作机理如图。RSVP工作原理第二十页，共二十八页，编辑于2023年，星期五通过目的地址、传输层协议类型和目的端口号的组合来标识一个会话。RSVP消息可以使用原始IP数据报发送，也可使用UDP数据报发送。通过建立连接为特定的媒体流保留资源，提供QoS保证，定义了GS和CLS两个QoS类,主要用于支持Internet视频会议之类的多媒体应用。资源保留方案由接收方根据发送方所通告网络资源状况确定，每个接收方可以选择不同的资源保留策略、其保留方案可以是异构的。并且加入或退出多播组也是由接收方控制的，因此具有较好的伸缩性和灵活性。第二十一页，共二十八页，编辑于2023年，星期五实现RSVP的关键技术：路由器对RSVP的支持能力，包括路由器的QoS编码方案、资源调度策略、可提供的RSVP连接数量等。目前，支持RSVP应用开发接口和工具：WinSockv2、RSVPProshare、RSVPAnnounce等。

RSVP会话与ATM虚路径概念相吻合，意味着RSVP可以改变目前LAN—ATM体系结构中不支持QoS的状况，使采用LAN—ATM体系结构的企业网或园区网能够充分支持多媒体应用。第二十二页，共二十八页，编辑于2023年，星期五STⅡ协议STII协议(InternetStreamProtocolVersion2)是由IETF提出的一种面向连接的网络层协议，代表了Internet早期开发的多媒体通信协议和方法，主要用于支持多媒体通信。两个组成协议：流控制报文协议（SCMP）和流协议（ST）要求发送方、路由器和接收方必须协同工作，在传输路径上的各路由器都必须支持STⅡ协议。第二十三页，共二十八页，编辑于2023年，星期五（与RSVP类似）STII在无连接协议上为特定的数据流建立固定的传输路径，并为其保留系统资源，将传输延迟限制在指定范围内，从而保证端到端多媒体服务的质量；

（与RSVP不同）STII协议是面向发送方的，由发送方规定QoS和接收组。优点是发送方总知道谁是接收者，并控制接收组新成员的加入；缺点是增加流量负担，并且由于QoS是发送方规定的，对接收者而言意味着不能根据需要选择QoS，缺乏灵活性。第二十四页，共二十八页，编辑于2023年，星期五RTP协议RTP(Real-timeTransportProtocol)是由IETF开发的一种实时传输协议,可以在面向连接或无连接的下层协议上工作，通常和UDP协议一起使用。RTP工作机理是实现一种端到端的多媒体流同步控制机制。与RSVP协议不同，它不需要事先建立连接和中间节点的参与为其保留资源。ITU的视频会议标准H.323采用了RTP协议。RTP定义两种报文：RTP报文和RTCP报文。RTP报文用于传送媒体数据(如音频和视频)；RTCP报文用于传送控制信息，以实现协议控制功能。第二十五页，共二十八页，编辑于2023年，星期五

基于RTP的传输控制机制

RTP利用简单而快捷的UDP协议实现网络实时数据传输。UDP协议是一种无连接传输协议，不保证报文传输的正确性和有序性，也不提供流量控制功能。而且在多媒体通信中，由于多媒体数据的特殊性，不宜采用通常的重传纠错法提供正确性，而是采用控制传送带宽方式来减少报文丢失，以满足多媒体应用所需