多媒体网络应用与服务质量

第17多媒体网络第17多媒体网络应用与服务质量多媒体网络技术是什么网上数据的交换方法关于packetswitching的中文术流媒体的传输方法边流边播—用Web多媒体网络的典型应用IP电视IP影视IP远程教育系统多媒体服务质量综合服务(IntServ)2第17多媒体网络应用第17多媒体网络应用与服务质量多媒体网络多媒体网络技术多媒体网络技术应用(multimedianetworking在网络上的多媒体应用和数据通信应用的差别像要同步，因此对网络的时延和带宽要求很高后者则要把可靠性放在第一位，对网络的时延和带宽的3多媒体网络技多媒体网络技术是什么17.1.1网络是什么多媒体网络是什么多媒体网络技术是什么417.1.1网络17.1.1网络是什么人与人之间或设备之间进行通信的系统；从计算机角度看，通过有线或无线传输媒体把计算机和相关设备连接在一起构成的通信系统。见图17-1(1)因特网(Internet)：全世界的计算机网络组成(2)公共电话交换网(PSTN)：由电话机、电话交517.1.1网络是什么(3)家庭网络(homenetwork)：17.1.1网络是什么(3)家庭网络(homenetwork)：在家中的多台计(4)无线局域网(wirelessLAN，WLAN)：使用电磁波或其他技术收发数据的局域网，传输距移动即兴网络network)：某种目的但又无事先准备情况下构成的临时线网络，也称自组网617.1.1网络是什么蜂窝接入网络17.1.1网络是什么蜂窝接入网络network)：线通信网络，它把通信区域划分成许多称面通信线路或微波与交换机相连，可将终端用信717.1.1网络是什么传感器网络17.1.1网络是什么传感器网络network)：用于连接传器和执行器的低速工业网络，没有控制功能控制功能有8互连网络系蜂窝接入网络公众电话网络(移动即兴网络9互连网络系蜂窝接入网络公众电话网络(移动即兴网络9网关连接网关连接多个物理网络的计算机，用于管理和选择数据传输的路径，实际上是指路由器。此处的网关用于连接传统的电话网络和现代的因特网多媒体网络技多媒体网络技术是什么17.1.1网络是什么多媒体网络是什么多媒体网络技术是什么多媒体网多媒体网络是什么“多媒体网络”至今还未看到严格的定义，可定义为用传输媒体把计算机和相关设备连接在一起的高速计算机网络，用于为用户提供包括数据、声音和影视在内的多媒体内容服务(1)“多媒体网络是计算机网络”，因为计算机网络才有多媒体的存储和互动功能，而传统的(2)“多媒体网络是高速计算机网络”，因为只有高速的计算机网络才能支持包括声音和影视多媒体网络多媒体网络是什么多媒体网络包括网络操作系统(networkoperatingsystem)、传输媒体(如电缆和无线电)和网络设备(如计算机、多媒体网络可小到只包括几台计算机和其他设多媒体网络技多媒体网络技术是什么17.1.1网络是什么多媒体网络是什么多媒体网络技术是什么多媒体网络技术是什么定义：多媒体网络技术是什么定义：网上实时传输多媒体数据的方法，以便不同用户在不同设备上能够共享图像、声音、影视等多媒体资源，以及进行“面对面”的交流。多媒体网络技术多媒体网络技术是什么(1)“多媒体数据(multimediadata)”指组合文字、图像、声音和视像的数据，尤指声音和影视数据(2)“实时传输”可简单理解为接收数据几乎与发送数据同时完成，如现场实况广播就属于这种“集中体现在协议中（协议是为各种功能部件的行为制定的一系列规则和标准，以实现计算机间的互连和数据交换网上数据网上数据的交换方法数据的概念17.2.1线路交换17.2.2数据包交换17.2.3消息的类型17.2.4关于packetswitching的中文术语网上数据的交换方法数据的概念网上数据的交换方法数据的概念现有的通信网络可分成两类线路交换网络(circuit-数据包交换网络(packet-待可用资源。也称数据网络(datanetwork)网上数据网上数据的交换方法17.2.1线路交换17.2.2数据包交换17.2.3消息的类型线路交换线路交换(circuit在发送者和接收者之间交换信息之前通信线路需要建立物理连接的通信方法连接在交换中心实现；在连接期间，用户占用典型应用是拨号电话网络，见图17-交换机是电话交换机或称线路交换机，其主要传输线路相当于有N条，通过时分多路复用技术(TDM)或频分多路复用技术(FDM)获得(详见第3线路交甲乙电话交换机电话交换机传输线甲乙线路交甲乙电话交换机电话交换机传输线甲乙图17-2线路交换的概时分多路时分多路复用时分多路时分多路复用在同一条通信线路上划分多个传输信道的技术。把时间分割成许多固定的帧(frame)，每一帧又划分成固定数目的时间槽(timeslot)，见图17-3(a)当用户与用户B进行通信时，系统为这对用户指定一个时间槽，仅在这个时间槽里建立连接，每对用户连续占用的资源只是一个时间槽的带宽，这样就可以使许多用户共用一条传输线路频分多路频分多路复用频分多路频分多路复用在一条通信线路上使用不同频段同时传送多个独立信号的技术，见图17-3(b)，每个频带作为一个独立的传输信道使用，因此一对传输线上也可同时有若干对用户进行通信每对用户连续占用资源的一个频段。采用频分多路复用技术的通信又称为载波通信。电话网络使用FDM时，每个链接使用4kHz带宽。在调频广播中使用FDM共享微波频谱网上数据网上数据的交换方法17.2.1线路交换17.2.2数据包交换17.2.3消息的类型1.数据包1.数据包数据包作为一个独立的整体在网络上传输的数据单元一块应用数据通常被称为消息(message)，如一个ASCII文件、Web页面、声音或影视文件。发送端把整个消息数据包包含用户的数据和按照协议规定加入的“包头(header)”datagram是packet的同义词2.数据2.数据包交换(packet把数据包作为传输单元的传输技术，简称为“包交换”通过中间站点转2.数据包2.数据包交换(packet不必同时到达目的地，到达目的地的次序也不送，接收端的计算机可正确重组成原始消使用数据包交换技术传输数据的网络叫做数据包交换网络(packetswitchingnetwork，PSN)，网络(packet-switcheddatanetwork，PSDN)数据包交换的数据包交换的概念假设主机和正在向主机发送数据包，数据包和数据包B首先通过以太网链路传送到路由器，然后把它们传送到链路上。如果在这条链路上出现拥挤，数据包就在路由器中排队待输出到链路上图17-4数据包交换的概30of3.数据包的延迟数3.数据包的延迟数据包从发送端传输到接收端将产生延迟，延迟时间包括传输延迟(transmissiondelay)，也称“存储转发延迟(storeandforwarddelay)”交换设备必须接收到完整的数据包并经检验后，才能把数据包的第1位(bit)转发到输出链路上。从接收数据包的第1位到最后1位的时处理延迟数据包数据包的延迟排队延迟(queuing传播延迟(propagation4.消息4.消息交换(message在现代数据包交换网络中，消息从一端传送到另一端时，把一条消息分成标准大小的信息包，以提高路径选择和数据传输效率，接收端把接收到的数据包拆包之后重新拼接成原来的消息。如果发送端不把消息分成小的数据包，而是把整个原始消息发送到网络，数据包交换就变成消息交换，这是数据包交换的一种特殊情况。4.消息4.消息交换(message消息交换与数据包交换相比，端与端之间的传输延迟要大得多消息交换的另一个缺点是处理错误的时间较长。例如，在消息交换中，当消息中仅有1位数据出错时，整个消息都要重新发送，而在数据包交换中，当出现同样错误时，只需重新传送那个包含错误数据的数据包，因此传送整个消息的时间要比传送单个数据包的时间长得多网上数据网上数据的交换方法17.2.1线路交换17.2.2数据包交换17.2.3消息的类型消息的类1.单消息的类1.单目标广播消息一个用户(设备)发送到网络上但只能由有名有姓的用户(设备)接收的消息。为避免被人窃听，要采取许多安全措施消息的类消息的类2.广播消息(broadcast他的地消息的类3.多消息的类3.多目标广播消息流媒体的流媒体的传输方法在网络上传送流媒体的方法主要有两种1.使用标准的Web服务器，把声音数据和电视2.使用单独的流媒体服务器，把声音数据和电流媒体的传流媒体的传输方法流媒体与媒体流播先下载后播放—用Web服务器实现边流边播—用Web服务器实现边流边播—用流媒体服务器实现媒体播放器的主要功能流媒体与媒流媒体与媒体流播人们习惯了“广播电视(broadcasttelevision)”和“电视广播(televisionbroadcast)”的说法，因此用“流媒体”表示streamingmedia，而用“媒体流播”表示mediastreaming。最早推出多媒体流播技术的公司是美国的RealNetworks1995年8月推出声音流播，1997年2月推出影视流播。其后推出多媒体流播的公司是微软公司(1997年)和Apple公司(1998年)1.流媒1.流媒体是什么一边发送一边接收的多媒体，通常是指电视媒体和声音媒体流媒体格流媒体格流媒体与广播电视都要通过摄像、压缩和编码，最后生成媒体文件。但为适应带宽不同的传输通道，最后的文件需用流媒体格式，如MPEG4标准格式，生成的文件扩展名为.mp4。流媒体文件可用其他专有格式，如RealNetworks：影视文件扩展名为.rm，声音文件Apple：影视文件扩展名为Microsoft：ASF(AdvancedStreamingFormat)，文件2.媒体2.媒体流播(streaming)是什使多媒体数据能够稳定和连续传输的数据传输技术流媒体的流媒体的流播原理网络的层次传输流媒体协议控制流媒体传输的协议流播系统示流播系统示意图图17-5流播系统示意流播过流播过流媒体从流媒体服务器流到网络之前“层层打包流媒体在传输过程中流媒体通过网络之后到达媒体播放器之前执行IP、UDP和RTP协议的软件负责层层拆4.IP是4.IP是关键协议IPInternetProtocol)称为“网际协议”络上的所有数据传输都要使用执行IP协议软件的任把来自TCP或UDP协议装配的消息转换成数据4.IP是关键协议4.IP是关键协议名称不同含义相同network)”或“TCP/IP网络(TCP/IPnetwork)”“互联网(internet)”和“因特网(Internet)”都是行IP协议的网络可以说：“IP“TCP/IP网络”、“互联网(internet)”和“因网(Internet)”是同义5.流播5.流播方式“推”和“拉”两种方式推送(push)方式：将流媒体直接发送给接收者的传输方式，就像常规的电视频道那样，这种方式就是现场直播(livestreaming)”下拉pull)方式：接收者请求发送者将流媒体发送给自己的传输方式，就像我们到图书馆借书那样，这种方式就是“点播(on-demand)”方式流媒体的传流媒体的传输方法流媒体与媒体流播先下载后播放—用Web服务器实现边流边播—用Web服务器实现边流边播—用流媒体服务器实现媒体播放器的主要功能先下载后播放—用Web服先下载后播放—用Web服务器实现重要术语Web服务器：执行HTTP协议的服务软件，也HTTP服务器。HTTP是Web服务器和Web浏览器之间的通信协议。当Web浏览器向Web服务器发出请求时，Web服务器就向其提供HTML文档和其他相关文件；最常用的Web服务器是和Microsoft的Internet信息服务（InternetInformationWeb服务机：安装有Web服务器软件的计算机包括硬件系统、操作系统、Web网页和其他应先下载后先下载后播放—用Web服务器实现客户机获取多媒体文件的最简单方法把声音或影视文件放到Web服务机上在Web服务机上创建包含媒体文件所在地址的网页，媒体文件所在地址称为“统一资源地址通过Web浏览器把媒体文件下载到先下载后播先下载后播放的多媒体播放过程示意图先下载后播放的先下载后播放的多媒体播放工作过程Web浏览器通过激活网页上含有URL地址的媒体文件(如animal.mpg)，向Web服务器发出传送这个媒体文件的请求，这个请求被称为“HTTP请求”Web服务器收到HTTP请求后，从存储器中读取媒体文件，然后向Web浏览器回送包含媒体文件的HTTP响应消息Wb浏览器检查HTTP响应消息中的内容，调用相应的媒体播放器，并把媒体文件或在客户机上存放媒体文件的地址消息送给媒体播放器，然后播放器开始播放先下载后播先下载后播放分方法虽简单，但延迟时间长因为媒体播放器必须通过第三者——Web浏览器才能从Web服务器上得到媒体文件，而且需要把整个文件下载到客户机后，才把它传送给流媒体的传流媒体的传输方法流媒体与媒体流播先下载后播放—用Web服务器实现边流边播—用Web服务器实现边流边播—用流媒体服务器实现媒体播放器的主要功能预先要做的事情预先要做的事情将声音和影视数据压缩成适合特定网络带宽的单个媒体文件(mediafile)，如适合使用28.8kbps调制解调器连网的媒体文件(2)将媒体文件和它的播放说明文件(presentationdescriptionfile)放到Web服务机上(3在Web服务机上创建包含媒体文件所在地址(URL)的网页。这就要用到本书第四部分介绍的HTML和XML语言使用Web服务使用Web服务器的流媒体播放过程图17-7使用Web使用Web服务器边流边使用Web服务器边流边播的工作过程1.通过激活Web网页上含有URL地址的媒体文件，Web浏览器向Web服务器发出传送这个媒体文件的HTTP请求2Web服务器收到HTTP请求后，向Web览器回送HTTP响应消息。这个消息不包含声音或影视媒体文件，但包含播放说明文件，其中含有媒体文件所在的实际地址使用Web服务器使用Web服务器边流边播的工作过程3.Web浏览器检查HTTP响应消息中的内容类型，然后调用相应的媒体播放器，并把HTTP响应消息中的播放说明文件传送给媒体播放器4媒体播放器向Web服务器发出传送媒体文件的HTTP请求消息5Web服务器通过HTTP响应消息把媒体文件传给媒体播放器，然后就边流边播使用Web服务使用Web服务器边流边播的分析虽无中间环节，但依然要用Web服务器流媒体的传流媒体的传输方法流媒体与媒体流播先下载后播放—用Web服务器实现边流边播—用Web服务器实现边流边播—用流媒体服务器实现媒体播放器的主要功能边流边播—用流边流边播—用流媒体服务器实现开始几个步骤与使用Web服务器的步骤类似，不同的是不把媒体文件放在安装有Wb服务器的服务机上，而是放在安装有流媒体服务器的服务机上，但包含媒体文件所在地址(URL)的网页仍然要放到Wb服务机上流媒体服务器是用于传输声音和影视文件的专用软件，如RealSystemServersQuickTimeStreamingServer和Windows200XSever中的WindowsMediaServices附注Web服务器和流媒体服务器可放在同一服务机上。边流边播边流边播—用流媒体服务器实现媒体播放器接到Web浏览器的播放说明文件后，直接与流媒体服务器打交道，媒体播放器和流媒体服务器之间建立连接后就可边流边播边流边播—边流边播—用流媒体服务器实现图17-8使用流媒体服务器的流媒体播放过流媒体的传流媒体的传输方法流媒体与媒体流播先下载后播放—用Web服务器实现边流边播—用Web服务器实现边流边播—用流媒体服务器实现媒体播放器的主要功能媒体播放媒媒体播放媒体播放器player)是用于播放声音、影视或动画文件的软件。媒体播放媒体播放器的主要功能解压缩：几乎所有声音和视像都是经过压缩去抖动：由于到达接收端的每个声音和视像数据包的时延不固定，可用缓冲存储技术延时后再播放媒体播放媒体播放器的主要功能错误处理：由于互联网上路况难于预测，传输过程中可能丢失部分数据包，补救办法是重传用户可控接口：用户直接控制媒体播放器播放行为的实际接口。提供的控制功能包括音量大小、声音或视像的暂停、快播、慢播、跳转和重新开始等17.4多媒体网17.4多媒体网络的典型应用在网络上人们已经发明了许多非常富有创造性的和奇妙的应用，如万维网、文件传输、电子邮件、网络广播、远程访问、远程教学、远程医疗、电视会议、因特网电话、网上聊天、即时通信、网络游戏、音乐点播、影视点播等，这些仅仅是网络应用中的冰山一角。这些应用都有一个共同点，就是按照IP协议规定的格式把多媒体数据“打包”后传送。17.4多媒体17.4多媒体网络的典型应用多媒体网络应用的蓬勃发展归功于两种技术的汇聚17.4.1多媒体广播多媒体广播(multimedia17.4.1多媒体广播多媒体广播(multimediabroadcast)主要是指一个广播源向多个用户的广播，称为“多媒体多目标广播(multimediamulticast)”许多人把它称为“多媒体组播”。多媒体广播是最流行的多媒体网络应用之一，在每日新闻、影视播放、报刊发行和软件销售等与内容分发相关的应用中都有广阔的应用前景多媒体广播在概念上非常吸引人，IP多目标广播技术(IPmulticasting)的研究、实验和应用开发也有将近20年的历程，但要达到实用还要付出巨大的努力把服务范围缩小的应用开发已经取得很大成功，如电视会议、远程教育系统、小范围内的影视点播(VOD)和音乐点播(AOD)数字网络数字网络IP广播系17.4.2IP电话IP电话telephony)是用IP17.4.2IP电话IP电话telephony)是用IP协议在数据包交换网络上进的通话，就像人们在传统的线路交换电话网络上相互通话一样可近距离通话可长途通话IP电话可提供的通话形式：(1)计算机与计算机之间;(2)计算机与电话机之间;(3)电话机与电话机之间IP电话需要将模拟声音信号转换成数字声音信号，然后将它们封装成数据包以便在IP网络上传输在英语中，IP电话是技术性较强的术语，而它的同义词VoIP(VoiceoverInternetProtocol)和Internettelephony是服务性较强的术语IP电话IP电话17.4.3IP电17.4.3IP电视会议IP电视会议(IPvideo模拟电视和数字电视会议和声音信号来实17.4.3IP电17.4.3IP电视会议(续国际电信联盟(ITU)曾经为电视会议制定了许多标准，分成三种类型的电视会议系统20世纪90年代开发的电视会议采用H.320标准，定义了在综合业务数字网(ISDN)上，在56kbps传输率的通信信在局域网上的桌面电视会议，采用H.323标准，它是使用H.324标准IP电视会IP电视会议(续IP电视会IP电视会议(续17.4.4IP电视17.4.4IP电视使用IP协议在数据包交换网络上传输的电提供两种服务方式广播方式：使用IP多目标广播技术向用户传输实况点播方式：也称VoD方式，使用与unicasting类似的技术向用户传使用MPEG-1，-2，-4或其他视像数据压缩技可向使用调制解调器、通过有线电视网或局域网接入因特网的用户，提供包括IP电视在内的多种服务用户在家中用计算机或机顶盒把普通电视机连接到宽带网络，就可观看影视节目IP电视IP电视17.4.5IP影17.4.5IP影视点播IP影视点播(videoon点播内VoD的播放控制和操作方影视时，VoD系统就把影视节目传送给用户的接收和显示装置，用VoD也称交互电视(interactivetelevision)IP影视点IP影视点17.4.6IP声17.4.6IP声音点播IP声音点播(audioon使用IP协议在数据包交换网络上提供的语音服点播内边下载边播交互功如播放、暂停、快进、快退、重新开始和跳转IP声音点IP声音点17.4.7IP远17.4.7IP远程教育系统远程教育(distanceeducation)或远程学习(distance远程教育技术已经历好几代IP远程教IP远程教育系统(续当代的远程教育当代的远程教育系统育(IPdistanceeducation)”和“IP远程学习(IPdistance综合使用IP电视、IP电视会议、IP电话、IP影视点播IP声音点播提供的服务，尤其是IPIP远程教IP远程教育系统多媒体服务质量多媒体服务质量网络为多媒体应用提供的服务质量主要体现在包括时延、抖动、丢包率和吞吐量在内的参数上。如果网上资源是无限的，那么时延、抖动和丢包率不会成问题，带宽贪婪的单靠增加网络资源和数据压缩技术来保障和提高服务质量也有限度，这就需要有一套好的资源控制方法，使这些不可预测的网络传输参数变成在某种程度上可预测的传输参比较成熟的多媒体服务质量保障技术是IETF推荐的两种方综合服务(IntServ)和区分服务(DffServ)。区分服务优于综合服务，故它已开始取代综合服务服务质量的概念服务质量的概念服务质量(qualityofQoS的两种QoS的两种解释1从服务角度来看参照ITU推荐标准X.902，QoS是指媒体应用(如IP电话)对网络的交通管理和传输性能提出的需交通管理主要体现在管理软件上，传输性能主不同的应用对服务质量有不同的要求，需要不QoS的两QoS的两种解释2从技术角度来看能够保障要求的服务称为保障服务(guaranteedservice)，不能保障但可预测的服务称为预测服务(predictableservice)，不能完全保障但可达到部分要求的服务称为“尽力服务(besteffort17.5.2服务质量的衡量虽17.5.2服务质量的衡量虽然对QoS有不同的解释和要求，但衡量QoS的参数却是大同小异服务质量服务质量的衡量参数主要是网络的5个传输特性参数1）时延1）时延之间消息的往返时间，也就是从发送者开始发消息到收到第一个反馈消息之间的时(2)从技术角度来看：时延是指通过给定路径把数时延也称为等待时间2)抖动2)抖动3)丢包率3)丢包率(packetloss4)吞吐率4)吞吐率(throughput)/带宽吞吐率和带宽是吞吐率和带宽是两个不同的概念吞吐率1)在数据通信中的定义：在给定的时间周期里，传输系统实际传输的数据量，单位为bps，kbps.Mbps,Gbps；(2)在计算机中的定义：每秒钟执行的指令条数、带宽:通信通道传送信号的频率范围，用于衡量线路的数最高频率和最低频率之差来衡量，用赫兹(Hz)度量；(2)在网络的带宽，而不是吞吐率，如ISP为你提供的网络带宽是10/100Mbps，或者下行是512kbps而上行是256/128kbps5)服务可5)服务可用性(service各种应用所要求的服务质量应可靠时抖吞吐率/带宽IP电视会议低小小高IP电话低小小低IP电视低-各种应用所要求的服务质量应可靠时抖吞吐率/带宽IP电视会议低小小高IP电话低小小低IP电视低-小高影视点播低-小高音乐点播低-小中Web访问高中-中文件传输高--中电子邮件高--低多媒体的服务多媒体的服务质量多媒体服务质量QoS)主要体现在网络为声音应用提供的服务质量在很大程度上取决于声音通过网络产生的时延1.ITU-T的对话1.ITU-T的对话时延要求声音在多媒体网络应用中的核心问题是传输时延。ITU-T标准G.114(One-wayTransmissionTime，E-model，文章“AssessingVoIPCallQualityUsingtheE-model”(/library/)对ITU-T的对话时延要求ITU-T为对话应用提出了单向传输时延的具体数值，ITU-T的对话时延要求ITU-T为对话应用提出了单向传输时延的具体数值，见图17-9，其要点如下：可以接受的对话质量：时延<150可以容忍的对话质量：时延<400不可接受的对话质量：时延>400ms这是感知模型，可作为应用设计和质量评估的依用户很满意用户满意一些用户不满意许多用户不满意几乎都不满意时延图17-9传输时延与E-Model的质量等105ofE-Model等级声音应用声音应用的服务质量要求不同应用场合对时延有不同要求，对抖动、丢包率和吞吐率也有不同程度的要求。按互动频繁程度可将时延要求分成三类声音应用的服务声音应用的服务质量要求现场交互应用(liveinteractive交互应用(interactive非实时交互应用(non-视像应用的服务质量要求视像应用的服务质量要求除了对时延、抖动和丢包率有要求外，视像应用对网络的吞吐率或带宽有特定的要求，这是因为人对视像的分辨率有最低的要求视像分辨率包括空间分辨率(spatialresolution)：组成一幅图像的像素数目，通常用水平方向上的像素数每行×垂直方向上的行时间分辨率resolution)视觉系统区分图像或运动物体的清晰程度，以每秒帧(fps)图17-10表示普通人能够接受的最低分辨率视像应用的服务质量要求最低图像分最高图像分最高最低视像应用的服务质量要求最低图像分最高图像分最高最低08064080图像分辨率(像素图17-10普通人对视像分辨率的要(引自RalfSteinmetz，ResourcesandQualityofService,www.kom.tu-darmstadt.de/mm-book)帧速率分辨率可接多媒体服务质量参考值为对多媒体服务质量中的时延、抖动、丢包率和吞吐率有一个定量的概念,请看表17-2。对不同的应用(如实况转播和互动游戏)多媒体服务质量参考值为对多媒体服务质量中的时延、抖动、丢包率和吞吐率有一个定量的概念,请看表17-2。对不同的应用(如实况转播和互动游戏)，服务质量的参考值可在此基础上做修改表17-2视听应用的服务质量参数(参考值110of4～324～323030提高服务提高服务质量的技术由于在网络上开发的多媒体应用越来越多，依靠单项技术来提高服务质量是有限的，需要综合各种技术来提高服务质量，现选择几种技术做简单介绍1.超量配2.缓冲存3.交通整4.调度技1.超量1.超量配置超量配置(over-provisioning)：提供的网络带宽、路由器和缓存空间等资源比实际需要还多的技术，使数据包能够毫无障碍地从源端到达接收端举例：超高速网络举例：超高速网络我们曾经畅想1bps超高速网络对我们意味云计算，脱离本地存储，在线高甚至让人脊背发凉的在后台快速交换数据的实验室中甚至已经出现了101Tbps的恐怖速度约需要半分钟，而使用超高速Internet2可只需几秒2.缓冲2.缓冲存储缓冲存储(buffering)：维持数据包传输速率的有效方法，转发设备将接收到的数据包先存放在存储器中，适当延迟后再转发出去3.交通整形3.交通整形如果数据包到达接口的速率超过它转发数据包的速率，就会出现网络拥挤(congestion)。拥挤是数据通信网络上的交通超过它本身容3.交通3.交通整形在数据包传输过程中，为降低因网络拥挤而造成的服务质量下降，行之有效的一种技术是“交通整形(trafficshaping)”。漏桶算技术，如漏桶算法(leaky输入数据包流bucketalgorithm)和漏桶算技术，如漏桶算法(leaky输入数据包流bucketalgorithm)和标记漏桶算法(tokenbucket输出数据包流图17-11漏桶算法118of4.调度技术管理数据包流通过网络设备的方法。现仅对几种算法作简单介绍，目的是对数据流的管理有个概念。循环调度法(round-robinscheduling)4.调度技术管理数据包流通过网络设备的方法。现仅对几种算法作简单介绍，目的是对数据流的管理有个概念。循环调度法(round-robinscheduling)：在支持循环调度法的多路复公平排队法(fairqueuingalgorithm)：20世纪80年代开始使用的管合理加权排队法(weightedfairqueuing,WFQ)：这是在公平排队算17.5.5综合17.5.5综合服务(IntServ)保障法综合服务(Integrated保障方法，定义在RFC1633文件中；用于综合服务的传输信令(signaling)是1997年发布的资源保留协议(ResourceReservationProtocol，RSVP)，定义在RFC2205文件中；RSVP也可用作其他类综合服务的综合服务的结构和工作原理图17-12综合服务的结构和工作原综合服务的综合服务的结构和工作原理假设主机A要向主机B传送有QoS要求的数据，数据从主机A发出，途经边缘路由器A、核心路由器和边缘路由器B到达主机B核心路由器(corerouter)：两个路由器之间传送数据的边缘路由器(edgerouter)：将客户机连接到互联网的路综合服务的工作过程综合服务的工作过程PATHTear消息，告诉沿途的设备释放资源综合服务综合服务分综合服务是以每个数据包流为对象的QoS保障方法，称为基于流(flow-based)的QoS保障方法，它要为数据包流预先建立保留资源的传输通道综合服务的确可以起到QoS保障作用，但这种保障机制的额外开销大，可扩展性差。因此IEFT又开发了比较简单的“区分服务”保障方法17.5.6区分服务17.5.6区分服务(DiffServ)保障法1.区分服务是什么区分服务(differentiatedservice，DS)或简写为障方法，RFC2475文件首次介绍了区分服务的基本工作流程：根据服务等级协议(ServiceLevelAgreement，SLA)，发送主机对数据包进区分服务与综合区分服务与综合服务相比区分服务是基于数据包分类(class-based)的交通管理方法即按照不同类型的数据包提供不同等级的服务；综合服务是基于媒体流(flow-based)的交通管理方法，即按特定数据包流来保障服务质量区分服务是粗粒度的(coarse-grained)交通管理方法，实现服务质量保障比较简单，使用该方法时需定义一定数量的服务类型，根据服务类型使用排队技术可实现；综合服务是精细的(fine-grained)交通管理方法，实现质量保障比较2.服务类型的标记服务类型使用段行为2.服务类型的标记服务类型使用段行为(per-hopbehavior，PHB，一般翻译为逐跳行为)定义段(hop)：路由段，通常是指两个路由器之间的链路。行为(behavior)：转发数据包的行为，包括对数据包的段行为(PHB)根据服务等级协议(SLA)进行设置。不2.服务类型的标记段行为(PBH)使用称为“区分服务码点(DScodepoint，DSCP)”的6位代码表示Service,ToS)字节，2.服务类型的标记段行为(PBH)使用称为“区分服务码点(DScodepoint，DSCP)”的6位代码表示Service,ToS)字节，如图17-13所示图17-13(b)所示的区分服务码点(DSCP)域是使用图17-13(a)所示的3位优先(precedence)位和4位服务类型(ToS)在区分服务(DS)域中，原IPv4的前3位(precedence)被称为类型选择器码点(classselectorcodepoints)域，服务类型(ToS)的名称和含110234567位0234567位优服务类(TypeofTOS字区分服务码点(DiffServCodePointDS类型选择器码DTR(时延-吞吐率-可靠性)为目前不RFCRFC区分服务码点(DSCP)RFC(a)原IPv4ToS字(b)区分服务码点图17-13区分服务码点(DSCP)域的结3.服务类型的分类段行3.服务类型的分类段行为(PHB)使用6位区分服务码点(DSCP)表示IETF已经定义的段行为(PBH)有如下4默认型PHB(定义在RFC2474中急转(expeditedforwarding,EF)型PBH(定义在RFC3246中3.服务类型的分类急转型的交通可以这样理解假设网络只提供常规和急转两个等级3.服务类型的分类急转型的交通可以这样理解假设网络只提供常规和急转两个等级(3)保障转发型(assuredforwarding,AF)(LowDrop)、中(MedDrop)和高(HighDrop)。因此服务质量等级3.服务类型的分类在表17-3Class#1使用的资源较多级别就较Class#2使用的资3.服务类型的分类在表17-3Class#1使用的资源较多级别就较Class#2使用的资源较少级别就较在Class1中，AF11的丢包概率低，表示它的级别比表17-3区分服务保障转发码点ClassClassClassClassLowDropMedDropHighDrop3.服务类型的分类保障转发数据包的过程见图17-14使用分类3.服务类型的分类保障转发数据包的过程见图17-14使用分类器(classifier)将数据包分到4个等级中的一整形器用于“交通整形(trafficshaping)”，目的是将速删除器用于“交通维持(trafficpolicing)”，检查数据包3.服务类型的分类边缘路1234输出4图17-14保障转发的执行过级排队3.服务类型的分类边缘路1234输出4图17-14保障转发的执行过级排队数(4)类选择器(ClassSelector)PHB(定义在RFC2474中Class#1，…，Class#4。如果收到来自不支持区分服务的路由器4.区分服务的结构区分服务的4.区分服务的结构区分服务的目标是为服务质量提供某种程度的预测和控制区分服务的基本思想是把复杂的服务类型的“区分”工作交给网络的边缘设备，而核心路由器基本上就是转发各种服务类型的数据包。根据这种设计思想，区分服务在边缘4.区分服务的结构区分服务的工作过程归纳如下4.区分服务的结构区分服务的工作过程归纳如下类型(ToS/DS(Type-of-Service/DifferentiatedService))，使用分类器(classifier)对输入数据包进行分类数据包进行标记(6位DSCP)，使用等级度量器和交通整形器/删除器(shaper/dropper)对交通进行整形和调整在边缘路由器上排队后，最终生成符合服务质量等级要求的数据包流在核心网络(corenetwork)中，网络设备按照用码点标识的“段行为(PHB)”转发数据包区分服务在区分服务在边缘路由器上的概念模型图17-15区分服务在边缘路由器上的概念模第17多媒体网络应用与服务质量——参考文献参考文献和站点ShyamChakraborty,第17多媒体网络应用与服务质量——参考文献参考文献和站点ShyamChakraborty,JannePeisa,TomasFrankkila,PerSynnergren,IMSMultimediaTelephonyoverCellularSystems:VoIPEvolutioninaConvergedTelecommunicationWorld,Copyright@2007,JohnWiley&SonsLtd,TheAtrium,SouthernGate,Chichester,EnglandMiikkaPoikselka,AkiNiemi,HishamKhartabil,GeorgMayer,TheIMS:IPMultimediaConceptsandServices.2ndEdition,Copyright@2006，JohnWiley&SonsLtd,Chichester,EnglandKamisettyRao,ZoranBojkovic,DragoradMilovanovic,IntroductiontoMultimediaCommunications:Applications,Middleware,Networking，Copyright@2006byJohnWiley&Sons,IncDavidAusterberry,TheTechnologyofVideoandAudioStreaming,SecondEdition，Copyright©2005,DavidAusterberry.ISBN:0240805801，Fo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