多媒體應用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

1、第六章 多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)多媒體不但要解決單機上的問題，也要解決多媒體網(wǎng)絡(luò)通信問題。多媒體信息的傳輸對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提出了較高的要求學習重點：分布式多媒體應用對通信網(wǎng)絡(luò)的需求多媒體通信的服務(wù)質(zhì)量QOS多媒體通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境多媒體通信協(xié)議,IPv6 、 RTP、RTCP、RTSP、RSVP等因特網(wǎng)的改造方案流媒體技術(shù)組播技術(shù)下一代網(wǎng)絡(luò)NGN及軟交換 6.1 多媒體網(wǎng)絡(luò)需求和性能高網(wǎng)絡(luò)帶寬低傳輸延遲網(wǎng)絡(luò)帶寬穩(wěn)定對傳輸可靠性要求相對較低支持組播技術(shù)支持服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service）機制6.1.1分布式多媒體應用近年來，數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)都日益向分布式信息領(lǐng)域發(fā)展，如圖所示列舉了幾個這方面

2、的例子。自然的自然的電子的電子的網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化內(nèi)容數(shù)字網(wǎng)絡(luò)辦公室工作方式戶外游戲圖書館檢索商店購物家庭PC 工作方式電子游戲CD檢索CD購物遠程工作臺合作方式多對手交互式游戲在線服務(wù)形式的檢索因特網(wǎng)上購物方式6.1.2 對等(peer-to-peer)及不 對等(multipeer)通信多媒體通信涉及兩種基本模式： 單站點傳送：有兩個對等通信方，或稱對手 (peers)，因而把這種通信方式稱作是一對一的。 多站點傳送：一對多或一對全部，或者稱作為廣播 方式(broadcast)。支持可用的廣播技術(shù)和多站點傳送技術(shù)。單站點方式的應用涉及客戶/服務(wù)應用系統(tǒng)，諸如電子購物在線(電子)銀行點播電視(vi

3、deo-on-demand)多媒體電子郵件之類的應用多站點傳送方式 一對多的遠程教學(distance learning)或電視報告會 多對多的電視會議多對手通信模式，稱作MIM(Multiparty Interactive Multimedia)即群體交互式多媒體。 CSCW即計算機支持的協(xié)同工作(Computer Supported Collaborative Work)。MIM交互式有兩種：動態(tài)交互：允許所有參加者在任何時刻都能進行信息交流。靜態(tài)交互：只允許事先指定好的一部份人發(fā)表意見。 多站點方式中，信息是從中心源站點傳送給多個接收者監(jiān)控場合(Monitoring Scenario)，

4、其中從多個源點來的信息被傳送給同一個接收者。動態(tài)交互的應用實例：多媒體電視會議CSCWVirtual Cafe(虛擬咖啡廳)CSCW與Virtual Cafe的不同在于，對CSCW的訪問是受控制，而Virtral Cafe則不同。類型說明交互方式數(shù)據(jù)流向訪問控制CSCW所有人動態(tài)多對多可控制Virtual Cafe所有人動態(tài)多對多不可控制Broadcasting一發(fā)多收靜態(tài)1對多可控制Monitoring一接多發(fā)靜態(tài)多對1可控制6.1.3 適用于多媒體的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)1.吞吐量網(wǎng)絡(luò)的吞吐量：有效比特率或有效帶寬-網(wǎng)絡(luò)的吞吐量隨時間變化而變化吞吐量=物理鏈路的比特率各種傳輸技術(shù)帶來的額外開銷 多媒

5、體通信對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境要求較高，除了傳輸速率，還有其他一些關(guān)鍵性的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)影響吞吐量的其他因素: 網(wǎng)絡(luò)擁塞、瓶頸、線路故障、緩沖區(qū)容量和流量控制等許多情況下，直接把吞吐量看成與系統(tǒng)的比特率相等。如：ISDN系統(tǒng)的基本速率64kbps(盡管由于額外開銷的緣故，實際吞吐量可能多少要比這個值小一些)例，某高速網(wǎng)在SONET(同步光纜)光纖傳輸系統(tǒng)上使用ATM技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)載波所提供的比特率為155.52Mbps。相關(guān)的主要開銷有： 約3%開銷用于SONET 約9.5%的開銷用于ATM實際的最大吞吐量為:136Mbps=155.52x(1-3%-9.5%)2.差錯率（error rate）現(xiàn)今許多網(wǎng)絡(luò)的位

6、差錯率極低光纖傳輸網(wǎng)：它的BER取值范圍在10-9至10-12之間衛(wèi)星傳輸網(wǎng)：它的BER取值為10-7不同應用對差錯率的要求不一樣-音頻比視頻的可靠性要求要高一些，這是因為人類的聽覺比視覺更敏感一些，容忍的程度要相對低一些。視頻傳輸，一幀圖出了一點小錯，人眼可能感覺不出來銀行間電子轉(zhuǎn)帳業(yè)務(wù)，10000.15元=00000.15元有時僅僅一個二進制位(bit)出錯就可能引起整個系統(tǒng)的崩潰是一重要的性能指標，反映網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃?，用三種方法定義:位差錯率(BER):出錯的平均比特數(shù)與所傳輸?shù)腷it總數(shù)之比。分組差錯率(PER):出錯或損壞的平均packet數(shù)與所傳輸?shù)膒acket總數(shù)之比。幀差錯率

7、(適用于ATM網(wǎng)絡(luò)):出錯幀數(shù)與所傳輸?shù)目値瑪?shù)之比。-分別用于不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層次上計算差錯率。3. 延遲(delay)發(fā)送方接口端到端延遲接口接收方接口延遲傳輸延遲轉(zhuǎn)發(fā)延遲接口延遲網(wǎng)絡(luò)延遲Time端到端延遲(end-to-end delay)：從發(fā)送端發(fā)送一數(shù)據(jù)塊到接收端所花的時間包含四部分：轉(zhuǎn)送(發(fā))延遲、 (塊)傳輸延遲、網(wǎng)絡(luò)延遲、接口延遲（1）.轉(zhuǎn)送(發(fā))延遲(transit delay)：用來表示兩地這間發(fā)送一個二進制位(bit)所需的傳播時間，該時間受光速限制。該參數(shù)僅僅與所經(jīng)過的距離有關(guān)，同時在使衛(wèi)星鏈路時該參數(shù)意義重大。（2）.(塊)傳輸延遲(transmission delay

8、)：定義成端到端之間傳輸一個數(shù)據(jù)塊所需的時間。該參數(shù)與網(wǎng)絡(luò)的比特率和中繼節(jié)點的處理延遲有關(guān)。中繼點的處理延遲包括路由延遲及緩沖延遲。（3）.網(wǎng)絡(luò)延遲(network delay)：由轉(zhuǎn)送延遲及傳輸延遲組件組成。（4）.接口延遲(interface delay)：定義成發(fā)送方開始準備發(fā)送數(shù)據(jù)塊和網(wǎng)絡(luò)準備傳輸該數(shù)據(jù)塊這段時間內(nèi)出現(xiàn)的延遲。發(fā)送方接口端到端延遲接口接收方接口延遲傳輸延遲轉(zhuǎn)發(fā)延遲接口延遲網(wǎng)絡(luò)延遲Time4 往返(round-trip)延遲 往返延遲指發(fā)送方經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送一數(shù)據(jù)塊并且收到該數(shù)塊已被正確接收的答復后所花的全部時間。 往返延遲也可出現(xiàn)在無連接IP網(wǎng)上層的TCP網(wǎng)中。當網(wǎng)絡(luò)極度擁塞

9、時，這個參數(shù)有時比端到端延遲更能描述網(wǎng)絡(luò)性能。5.延遲波動(delay jitter)或延遲抖動(delay variation)延遲波動：如果網(wǎng)絡(luò)能在相同的執(zhí)行時間內(nèi)傳送所有這些數(shù)據(jù)塊，而各數(shù)據(jù)塊不能在相同的延遲后到達目的地。延遲抖動是指網(wǎng)絡(luò)傳輸延時的變化量，即端到端延遲的最大值與最小值之差。6.1.4 多媒體數(shù)據(jù)流的基本特征多媒體信息由五種信息形式組成：音頻視頻數(shù)據(jù)位映像圖圖形音頻和視頻信息源實際上多半是連續(xù)的，而其他信息源通常是離散的。1.比特率的可變性(throughput varition with time)2.時間依賴性(time dependency)3.雙向?qū)ΨQ(bidire

10、ctional symmetry),信道的對稱性1.比特率的可變性 (時變吞吐)多媒體傳輸按特點分類為：（1）. 恒定比特率傳輸(constant bit-rate traffic)CD-ROM應用，以恒定比特率產(chǎn)生輸出。一些涉及CBR數(shù)據(jù)流的實時應用，也必須按恒定比特率來傳送這些數(shù)據(jù)流。許多像ISDN之類的網(wǎng)絡(luò)必須采用CBR數(shù)據(jù)傳輸方式。 否則，各個端系統(tǒng)就需要大量的緩沖開銷。 （2）. 可變比特率傳輸指數(shù)據(jù)速率隨時間變化而變化，這種傳輸常常以突變或跳變的形式出現(xiàn)。這種突變傳輸?shù)奶攸c是在相對空閑的隨機時段中散布著突變數(shù)據(jù)。突變信息源在各個不同的時間周期內(nèi)產(chǎn)生數(shù)目不定的數(shù)據(jù)。測量突變的一種好方

11、法是求出給定周期內(nèi)最大傳輸率與平均傳輸率比。 VBR視頻流由兩種主要因素引起：壓縮算法畫面內(nèi)容 在慢速移動的場景中，對于其中的靜態(tài)部分，比如背景，各幀之間幾乎不需要重復傳送這部分內(nèi)容。而在一運動的視頻畫面里，壓縮算法將為各幀產(chǎn)生新數(shù)據(jù)用來表示物體的運動。VBR既可用來節(jié)省傳輸又可用于控制顯示質(zhì)量。 2.時間依賴性(time dependency) 在視頻會議之類的應用里，所傳輸?shù)男畔⑹菍崟r的。所以必須把端到端的等待控制在很短的時間片內(nèi)。視頻會議經(jīng)驗表明，為了使會議參加者不受影響，延遲最多只能為150ms。其他應用中，如多媒體電子郵件，所傳輸?shù)男畔⒉灰笫菍崟r的。 3. 雙向?qū)ΨQ(bidirec

12、tional symmetry)視頻點播(video-on-demand)：當二個端系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)連接起來時，該網(wǎng)絡(luò)的傳輸量本身是不對稱的。對等性(peer-to-peer)電視會議：信息流是雙向?qū)ΨQ的。6.1.5 多媒體傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)需求1.吞吐需求高傳輸帶寬需求 大存儲帶寬的需求 流(量)需求兩個視頻壓縮標準:ISO MPEG吞吐量定在1.2Mbps到80Mbps之間ITU H.261其吞吐量定在64kbps到2Mbps之間多媒體應用的吞吐量需求大約在0.4到1.4Mbps之間(單工通信)：音頻和視頻合用1.4Mbps的吞吐量 廣域傳輸開銷，H. 261使用664kbps，即384kbps的吞吐

13、能力2. 可靠性(reliability，差錯控制)需求 容許錯誤存在的原因是源于人類感知能力的局限。 音頻流中的組塊被節(jié)流比視頻流中的組塊被節(jié)流更容易被發(fā)覺。文本流中的節(jié)流組塊又比視頻或音頻流中的節(jié)流組塊更容易發(fā)覺。 3.延遲需求端到端延遲必須低于0.3s， 交互視頻應用的端到端最大總延遲不得大于150ms。具有延遲上限的通信屬于同步通信的范疇。4. 同步需求 多媒體技術(shù)需要同時處理聲音、文字、圖像等多種媒體信息，在多媒體系統(tǒng)所處理的信息中，各個媒體都與時間有著或多或少的關(guān)系。例如：語音是時間的函數(shù)，聲音和視頻圖像要求實時處理同步進行，使得聲音和視頻具有協(xié)同性.多媒體通信的兩種類型： 流內(nèi)同

14、步：是保持單個媒體流內(nèi)部時間關(guān)系，即按照一定的延遲和抖動約束傳送媒體分組流，以滿足感觀上的需要 流間同步：是不同媒體間的同步，當音頻和視頻以及其他數(shù)據(jù)流經(jīng)過不同的路徑或不同信源傳送過來時，需要在目的地對媒體進行同步，才能達到媒體的正確表現(xiàn)。5 . 多點通信 6. 信道同步性同步化技術(shù)：時間戳技術(shù)(time stamping)播放緩沖技術(shù)除了點對點通信外，還需支持：廣播（Broadcast）：是把相同的數(shù)據(jù)傳送到其他所有站點多播：即當群體中的一 個成員傳送數(shù)據(jù)時，群體中的每一個成員都收到該份數(shù)據(jù)，而不屬于這個群體成員的則不能收到該數(shù)據(jù)，使用的是組地址，是網(wǎng)絡(luò)上與多個站點相關(guān)的多目的地址。6.2多

15、媒體通信的服務(wù)質(zhì)量服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service，Qos)用來衡量涉及多媒體應用時網(wǎng)絡(luò)的工作質(zhì)量。 服務(wù)質(zhì)量：用于說明網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的“好壞”程度。在開放系統(tǒng)互連模型OSI中，用一組QoS參數(shù)來描述傳輸速率和可靠性等特性不同的分布式多媒體應用對網(wǎng)絡(luò)性能的要求不同，對網(wǎng)絡(luò)能提供的服務(wù)質(zhì)量的期望值也不同，可以用統(tǒng)一的QoS參數(shù)來描述這種不同的期望值1. QoS的基本概念QoS參數(shù)：用一組網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)來表示，典型的有吞吐量，延遲，延遲抖動和可靠性，即QoS=吞吐量，差錯率，端到端延遲，延遲抖動不同的多媒體應用系統(tǒng)，QoS參數(shù)集的定義方法可能是不同的，如下圖所示的五種類型的QOS參數(shù)分類方法

16、舉例參數(shù)按性能分端到端延遲，比特率等按格式分視頻分辨率，幀率，存儲格式，壓縮方法等按同步分音頻和視頻序列起始點之間的時滯按費用分連接和數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁M用和版權(quán)費按用戶可接受性分主觀視覺和聽覺質(zhì)量對于交互式多媒體應用來說，對延遲有嚴格的限制，不能超過人所能容忍的限度。否則會嚴重影響對語言和圖像的理解和識別。多媒體對象最大延遲/ms最大延遲抖動/ms平均吞吐量Mb/s可接受的比特差錯率語音0.25100.06410-1視頻（TV）0.251010010-2壓縮視頻0.25121010-6數(shù)據(jù)1-11000實時數(shù)據(jù)0.001-1-100圖像1-21010-92. 常見媒體的QoS參數(shù)要求資源預訂和規(guī)劃

17、如果某個應用事先“知道”它需要從網(wǎng)絡(luò)獲得哪些資源，比如要求某種具體的帶寬分布，那么網(wǎng)絡(luò)和應用就可以為此作相應的預訂。網(wǎng)絡(luò)要么否認這一請求要么進行資源規(guī)劃并執(zhí)行相應的資源預訂資源協(xié)商 如果網(wǎng)絡(luò)管理器覺得所要求的資源可能超出了網(wǎng)絡(luò)自身的能力，那么它就可以與請求方協(xié)商而提供較低的QoS參數(shù)。通過協(xié)商獲得雙方都能接收的QoS參數(shù)。進入控制 如果具體應用QoS要求過高，以致網(wǎng)絡(luò)不可能滿足這些需求，那么網(wǎng)絡(luò)有權(quán)決定不讓該應用進入到本網(wǎng)絡(luò)上。這種功能稱作是進入控制。QoS承諾 假設(shè)網(wǎng)絡(luò)希望吸引某個特殊用戶接受它的服務(wù)，它就會對潛在用戶承諾一些服務(wù)質(zhì)量方面的保證。這類承諾以下面形式出現(xiàn)：有效帶寬，端到端延遲的

18、上限，可容許的最大差錯率等。這種方式意味著用戶可以得到來自網(wǎng)絡(luò)的對服務(wù)質(zhì)量的承諾。這些承諾無論是統(tǒng)計來的或是無條件的，取決于用戶與網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)商。-用戶根據(jù)應用的需求來定義所需要的QoS參數(shù)對于視頻編碼，如果只采用幀內(nèi)壓縮編碼，可以采取丟幀的方法允許QoS變化，還可以利用各種顯示抖動算法，通過降低顯示質(zhì)量來保證原幀率不變。如果采用幀間和幀內(nèi)編碼，如MPEG編碼，則可以通過建立不同的優(yōu)先級來發(fā)送視頻的I,P和B幀，達到調(diào)節(jié)QoS的目的。其中I幀包含幀內(nèi)編碼，具有最高的優(yōu)先級別，以保證獲得良好的QoS服務(wù)。還可以利用分層壓縮法將重要信息，如運動矢量，DCT的低頻分量或基本的信息，用高質(zhì)量的信道傳輸，

19、標以高優(yōu)先級別。當信道擁塞時，扔掉低優(yōu)先級的分組，接受端仍然可以從主要的信息中回復一定質(zhì)量的圖像。3. 壓縮編碼對QoS參數(shù)的影響 4. QoS參數(shù)的體系結(jié)構(gòu)在分布式多媒體應用中通常采用層次化的QoS參數(shù)體系結(jié)構(gòu)對等層之間表現(xiàn)為對等協(xié)商關(guān)系，雙方按照承諾的QoS參數(shù)提供服務(wù)；同一方的不同層之間表現(xiàn)為一種映射關(guān)系不同的應用系統(tǒng)中，QoS參數(shù)集的定義方法不同，通常使用吞吐量，差錯率，端到端延遲，延遲抖動等網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)來定義QoSQoS參數(shù)體系結(jié)構(gòu)應用層：面向端用戶，采用直觀，形象的表達描述不同的QoS,供用戶選擇傳輸層：須由支持QoS的傳輸層協(xié)議提供可選擇和定義的QoS參數(shù)網(wǎng)絡(luò)層：通過支持QoS的

20、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議提供可選擇和定義的QoS參數(shù),如RSVP和ST網(wǎng)絡(luò)協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層：實現(xiàn)對物理介質(zhì)的訪問控制能力，與網(wǎng)絡(luò)類型有關(guān)。如ATM網(wǎng)絡(luò)能構(gòu)較充分的支持QoS應用層QoS傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層5. QoS的管理（1）QoS服務(wù)的分類 在數(shù)據(jù)傳輸過程中，網(wǎng)絡(luò)應該履行所承諾的QoS參數(shù)服務(wù)，但是由于網(wǎng)絡(luò)負載是動態(tài)變化的，會引起QoS的動態(tài)波動，結(jié)果如何主要取決于QoS類型確定型QoS：即必須履行所承諾的QoS參數(shù)服務(wù)統(tǒng)計型QoS：即對承諾的QoS運行在一定范圍內(nèi)波動，而且不會造成不良后果盡力型QoS：最佳效果傳輸，網(wǎng)絡(luò)不提供任何QoS保證，網(wǎng)絡(luò)性能隨負載的增加而明顯下降（2） QoS管理機制為了標準

21、化QoS參數(shù)定義，國際組織提供了以系列相關(guān)的協(xié)議,如IEEE 802.1p,資源保留協(xié)議RSVP和區(qū)分服務(wù)DiffServ 以及ATM等，都是從不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層提供QoS定義，分類和保證機制QoS管理機制應該提供的QoS管理特性如下： QoS管理是可配置的 QoS管理是可協(xié)商的 QoS管理是動態(tài)的 QoS管理是端到端的 QoS管理應是層次化的6.3 多媒體通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相關(guān)標準幾種高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)多媒體通信協(xié)議6.3.1 相關(guān)標準IEEE ：LAN/MAN 的物理和數(shù)據(jù)鏈路層ANSI：物理媒體IETF： 上層法律上的國際標準 OSI/RM 并沒有得到市場的認可。TCP/IP 四層協(xié)議 應用層運輸層網(wǎng)際

22、層網(wǎng)絡(luò)接口層主機A主機B路由器網(wǎng)絡(luò) 2網(wǎng)絡(luò) 1應用層運輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層4321TCP/IP 事實上的國際標準。獲得了最廣泛的應用。沙漏計時器形狀的TCP/IP協(xié)議族 HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層運輸層應用層網(wǎng)絡(luò)接口 1網(wǎng)絡(luò)接口 2網(wǎng)絡(luò)接口 3Everything over IP IP 可為各式各樣的應用程序提供服務(wù)IP over Everything IP 可應用到各式各樣的網(wǎng)絡(luò)上 OSI 與 TCP/IP體系結(jié)構(gòu)的比較 應用層運輸層網(wǎng)絡(luò)層表示層會話層數(shù)據(jù)鏈路層物理層7654321OSI 的體系結(jié)構(gòu)應用層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層 IP (各種應用層協(xié)

23、議如TELNET, FTP, SMTP 等)運輸層(TCP 或 UDP)TCP/IP 的體系結(jié)構(gòu)無連接分組交付服務(wù)運輸服務(wù) (可靠或不可靠)各種應用服務(wù)TCP/IP 的三個服務(wù)層次88888888 IEEE 802 IEEE EthernetIEEE Ethernet Standards/Working Groups10base-T10base-510base-210broad-36802.3Ethernet100base-TX100base-FX100base-T4Autonegotiaton802.3uFast EthernetFlow ControlControl FramesPause

24、 FramesType Field802.3xFull Duplex Ops1000base-SX1000base-LX1000base-CX802.3zGigabit Ethernet802.3CSMA/CD(1)1980年1990年，局域網(wǎng)(10Mbps)，以Ethernet、Novell、Token Ring為代表，傳輸線路以雙絞線和同軸電纜為主，傳送的信息媒體以正文為主。廣域網(wǎng)Internet傳送正文，提供文件和Email服務(wù)。(2)1990年2000年，高速局域網(wǎng)(100Mbps)， 窄帶ISDN光纖網(wǎng)絡(luò)， 提供瀏覽、圖形、聲音、電子郵件和靜止圖像傳送。(3)2000年2010年，

25、B-ISDN，寬帶IP，高速光纖網(wǎng)絡(luò)， 提供視頻圖像傳輸和實時多媒體服務(wù)。6.3.2 高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 一些傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不適合作為多媒體的傳送載體, 從多媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅懻撘幌聨追N高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù):1.以太網(wǎng)10BASE-T以太網(wǎng)1978年提出，傳輸速率為10Mbps， 最大站間距離為1500米， 可通過中繼器擴展網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，速度有限，不能完全適應多媒體通信實時性要求和媒體種類變換的要求，但對靜態(tài)媒體的傳輸效果還可以。100BASE-T快速以太網(wǎng)是由快速以太網(wǎng)聯(lián)盟開發(fā)的100Mbps高速以太網(wǎng)， 組成的LAN較好地支持多媒體通信，IEEE已將100BASE-T確定為IEEE 802.3u標準

26、。千兆以太網(wǎng)聯(lián)盟開發(fā)的1000Mbps以太網(wǎng)技術(shù)，已作為IEEE 802.3z和802.3ab標準，千兆以太網(wǎng)技術(shù)顯著地提高了網(wǎng)絡(luò)的可用帶寬， 可用在任何規(guī)模的局域網(wǎng)的通信中。10 吉比特（ 10000Mbps ）以太網(wǎng)的出現(xiàn)，以太網(wǎng)的工作范圍已經(jīng)從局域網(wǎng)（校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)）擴大到城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，從而實現(xiàn)了端到端的以太網(wǎng)傳輸。但以太網(wǎng)沒有提供QoS的支持，這對多媒體通信來說是一種缺陷。 載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)方法的缺點是其行為的不確定性。在大負載情況下，它對各應用的訪問延遲或可用帶寬不加控制。 由于不能確保延遲范圍，對于分布式多媒體來說，以太網(wǎng)不是一種好選擇。但是，它可以為

27、少量數(shù)據(jù)提供足夠的帶寬并具有多站點傳播功能，當站點數(shù)有限時，可以把太網(wǎng)作為一種試驗性配置來使用。以太網(wǎng)FDDI實際上是以光纖為傳輸媒介的、速率為100Mbps的令牌環(huán)局域網(wǎng)的ANSI標準。IEEE已將FDDI確定為IEEE 802.8標準。 它既可用于主機與外圍設(shè)備之間、各主機之間的互連， 又可作為主干網(wǎng)，實現(xiàn)了多個LAN連接。FDDI是一種提供面向連接傳輸服務(wù)的高速局域網(wǎng)，固定分配通信信道帶寬。16個面向連接服務(wù)，每個6.144Mbps。由于它專用于數(shù)據(jù)傳輸， 不能為不同媒體選擇不同協(xié)議、不能動態(tài)分配帶寬， 所以對多媒體通信支持有局限性。2. FDDI(光纖分布式數(shù)據(jù)接口)3. 綜合業(yè)務(wù)數(shù)字

28、網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）是以提供端到端連接的電話網(wǎng)IDN為基礎(chǔ)發(fā)展而成的通信網(wǎng)， 用以支持電話及非話的多種業(yè)務(wù)。它能提供具有等時性的、高達2Mbps的信道帶寬，是目前交互式廣域多媒體通信中用得最多的。B-ISDN的寬帶業(yè)務(wù)常指其傳輸速率超過一次群速率的業(yè)務(wù)， B-ISDN中交換主要是高速分組交換、高速電路交換、異步傳輸模式(ATM)和光交換技術(shù)。4. ATM基于分組交換的異步傳輸模（Asynchronous Transfer mode, ATM）ATM網(wǎng)為多媒體流提供了足夠的帶寬。常規(guī)負載下的延遲和延遲抖動已相當小，它還提供多站點方式。因此ATM是符合前述多媒體需求的一種較好網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。最近

29、幾年來，ATM商品(路由器等）有很大的發(fā)展ATM的特點 面向連接的傳輸機制 以信元(Cell)為信息傳輸單位 基于ATM交換機的交換式網(wǎng)絡(luò) 多種速率接口 多種服務(wù)類型 高層進行差錯控制和流量控制 5IP寬帶網(wǎng)絡(luò) 寬帶Internet骨干網(wǎng)是以寬帶IP網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，其物理網(wǎng)絡(luò)采用ATM、SONET、SDH和DWDM等高速網(wǎng)絡(luò)，通過IP Over ATM、IP Over SONET、IP Over SDH以及IP Over DWDM等技術(shù)構(gòu)成基于IP協(xié)議的集成平臺，在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上解決數(shù)據(jù)、話音和視頻流的綜合傳輸和網(wǎng)絡(luò)帶寬問題，實現(xiàn)各種應用的有機集成。再通過IP v6、RSVP和區(qū)分服務(wù)等協(xié)議協(xié)調(diào)網(wǎng)

30、絡(luò)資源，提供QoS保證和特性化服務(wù)，以滿足應用對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的需求。這種寬帶IP網(wǎng)絡(luò)也是下一代Internet(如Internet 2)的核心技術(shù)。 6.幀中繼網(wǎng)絡(luò) 為了給用戶提供高質(zhì)量、低成本的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，在90年代初推出了一種新型的WAN技術(shù)：幀中繼（Frame Relay）。幀中繼是一種支持HDLC規(guī)程的寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)標準，并已獲得ANSI和ITU的批準。 幀中繼實質(zhì)上是由X.25分組交換技術(shù)演變而來的：它一方面繼承了X.25的優(yōu)點，如提供統(tǒng)計復用功能、永久虛電路、交換虛電路等；另一方面又改進了X.25的性能。6.3.3 多媒體通信協(xié)議1. IP v6協(xié)議與IPv4兼容.128位的地址空

31、間.“流標志符”用以鑒別屬于同一流的所有組塊，可以確定優(yōu)先級等,IP層使用流標志來進行資源預留和QoS承諾改進的多站點尋址方案。用于完整性及數(shù)據(jù)加密性的機制。IP v6通過優(yōu)先級和流標志符字段提供QoS支持機制，同時要求數(shù)據(jù)傳輸路徑上的各個路由器也應具備QoS支持能力。 隨著分布多媒體廣泛應用，對網(wǎng)絡(luò)支持多媒體通信的能力提出越來越高的要求，原來的協(xié)議顯示出明顯的不足,近幾年來提出一些基于TCP/IP的多媒體通信協(xié)議2. ST 協(xié)議 ST 協(xié)議是面向發(fā)送方的，由發(fā)送方規(guī)定QoS和接收組。如果新成員要加入接收組，必須首先使用常規(guī)的IP數(shù)據(jù)報向發(fā)送方提出請求，然后由發(fā)送方重新定義接收組并發(fā)布出去。這

32、種方法的優(yōu)點是發(fā)送方總知道誰是接收者，并控制接收組新成員的加入，這對于某些需要限制多媒體信息傳播范圍的應用系統(tǒng)(如視頻會議內(nèi)容不便公開廣播，僅限少數(shù)有關(guān)人員收看)來說是必要的，但也會帶來一些不便之處，還會增加網(wǎng)絡(luò)流量負擔。此外，由于QoS是發(fā)送方規(guī)定的，對所有接收者都是相同的，這意味著每個接收者不能根據(jù)各自的需要選擇相應的QoS，缺乏靈活性。 3. RSVP協(xié)議（Resource reSerVation Protocol）是一種基于網(wǎng)絡(luò)資源保留的多媒體通信協(xié)議，通過建立連接，為特定的媒體保留資源，提供QoS服務(wù)。4.區(qū)分服務(wù)(DS) 由于RSVP實現(xiàn)起來比較復雜，IETF建議另一種QoS的保障

33、機制即區(qū)分服務(wù)。5.RTP協(xié)議 RTP協(xié)議提供了一種端到端的強制性同步控制機制，以滿足多媒體流內(nèi)和流間的同步控制需求?；赗TP的帶寬調(diào)節(jié)控制算法可以將報文丟失率限制在某一范圍內(nèi)，使基于無連接協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量的不穩(wěn)定性得到了一定的補償。6.4 因特網(wǎng)的演進計算機網(wǎng)絡(luò)最初是為傳送數(shù)據(jù)信息設(shè)計的。因特網(wǎng) IP 層提供的“盡最大努力交付”服務(wù)對傳送數(shù)據(jù)信息也是很合適的。當我們從因特網(wǎng)下載文件時，過長的網(wǎng)絡(luò)響應時間雖然令人頗為煩惱，但這至少不會對我們產(chǎn)生有害的結(jié)果。因特網(wǎng)使用的 TCP 協(xié)議可以很好地解決網(wǎng)絡(luò)不能提供可靠交付這一問題。因特網(wǎng)是非等時的 模擬的多媒體信號經(jīng)過采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號，

34、再組裝成分組。這些分組的發(fā)送速率是恒定的（等時的）。傳統(tǒng)的因特網(wǎng)本身是非等時的。因此經(jīng)過因特網(wǎng)的分組變成了非恒定速率的分組。 tt因特網(wǎng)t模擬信號t采樣后的信號構(gòu)成分組恒定速率非恒定速率多媒體數(shù)據(jù)往往是實時數(shù)據(jù)(real time data)，它的含義是：在發(fā)送實時數(shù)據(jù)的同時，在接收端邊接收邊播放。如果直接邊接收邊播放，就會產(chǎn)生很大的失真。接收端需設(shè)置適當大小的緩存，當緩存中的分組數(shù)達到一定的數(shù)量后再以恒定速率按順序把分組讀出進行還原播放，可以減小失真。如下圖緩存實際上就是一個先進先出的隊列。圖中標明的 T 叫做播放時延。 在接收端設(shè)置緩存 tT緩存（隊列）恒定速率t非恒定速率有可能發(fā)生分組丟

35、失 在傳輸多媒體數(shù)據(jù)時，對時延和時延抖動均有較高的要求。緩存使所有到達的分組都經(jīng)受了遲延。早到達的分組在緩存中停留的時間較長，而晚到達的分組在緩存中停留的時間則較短。以非恒定速率到達的分組，經(jīng)過緩存后再以恒定速率讀出，能夠在一定程度上消除了時延的抖動。但我們付出的代價是增加了時延。在傳送時延敏感(delay sensitive)的實時數(shù)據(jù)時，不僅傳輸時延不能太大，而且時延抖動也必須受到限制。對于傳送實時多媒體數(shù)據(jù)，很少量分組的丟失對播放效果的影響并不大（因為這是由人來進行主觀評價的），因而是可以容忍的。丟失容忍(loss tolerant)也是實時數(shù)據(jù)的另一個重要特點。 需要解決的問題針對現(xiàn)有

36、因特網(wǎng)的措施盡量利用UDP來傳送音頻和視頻。在客戶端采用推遲播放和緩沖區(qū)技術(shù)以減弱傳輸延遲和傳輸抖動的影響。在各個分組上加上順序號、時間戳和同步標記，使客戶端能夠正確播放。針對分組丟失可以采用冗余糾錯技術(shù)、交錯傳輸技術(shù)和插值技術(shù)進行修復。如何改造現(xiàn)有的因特網(wǎng) 大量使用光纜和高速路由器，網(wǎng)絡(luò)的時延和時延抖動就可以足夠小，在因特網(wǎng)上傳送實時數(shù)據(jù)就不會有問題。對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進行徹底改造，制定新的適合多媒體通信的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（B-ISDN、ATM、IPv6、RSVP），把因特網(wǎng)改造為能夠?qū)Χ说蕉说膸拰崿F(xiàn)預留(reservation)，把使用無連接協(xié)議的因特網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蜻B接的網(wǎng)絡(luò)。 對網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層進行

37、很小的改變，且在網(wǎng)絡(luò)邊緣（用戶與ISP之間）引入簡單的記價和規(guī)劃策略（DiffServ）.部分改動因特網(wǎng)的協(xié)議棧所付出的代價較小，而這也能夠使多媒體信息在因特網(wǎng)上的傳輸質(zhì)量得到改進。 在現(xiàn)有的基于TCP/IP協(xié)議的因特網(wǎng)基礎(chǔ)上增加鏈路帶寬,并使用一些輔助手段（FEC、RTP、RTCP、IGMP、H.323）.6.4.1 因特網(wǎng)的多媒體體系結(jié)構(gòu)TCPUDPAAL 3/4AAL 5PPPSDH/SONETATM以太網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器信令服務(wù)質(zhì)量IPv4/IPv6RTSPRTCPRSVPH.323SIPRTPPPP應用層協(xié)議聲音/視像SDP背景：用戶已不再滿足在網(wǎng)絡(luò)資源中僅有文本、圖片和聲音這一類簡單的信

38、息，而是希望得到音頻、視頻并茂的實時媒體。 目前在網(wǎng)絡(luò)上傳播多媒體信息主要有兩種方式：下載和流式傳輸。 流媒體是相對于傳統(tǒng)的下載回放（Download-Playback）方式而言的一種媒體格式，它能從Internet上獲取音頻和視頻等連續(xù)的多媒體流，客戶端可以邊接收邊播放，使時延大大減少，而不用等到完全下載完畢再播放。1.流媒體（Streaming Media）技術(shù)流媒體系統(tǒng)技術(shù)：壓縮技術(shù)、流格式編碼技術(shù)、媒體發(fā)布技術(shù)、多媒體傳輸技術(shù)、緩存技術(shù)、高性能計算機技術(shù)等協(xié)議：RTP、RTCP、實時流協(xié)議RTSP、MMS（Microsoft Media Service）等軟件：（1）編碼工具（2）流媒

39、體服務(wù)器（3）播放器（4）Web服務(wù)器/瀏覽器RTSP傳送播放、快進、快退、暫停等控制信息RTP/UDP傳送媒體數(shù)據(jù)5555Internet音視頻流體系結(jié)構(gòu) 包括6個關(guān)鍵的部分：音頻和視頻壓縮,應用層QoS控制,連續(xù)的媒體分發(fā)服務(wù)流服務(wù)器,媒體同步機制,流媒體協(xié)議 實時運輸協(xié)議 RTP (Real-time Transport Protocol) RTP 為實時應用提供端到端的運輸，但不提供任何服務(wù)質(zhì)量的保證。多媒體數(shù)據(jù)塊經(jīng)壓縮編碼處理后，先送給 RTP 封裝成為 RTP 分組，再裝入運輸層的 UDP 用戶數(shù)據(jù)報，然后再交給 IP 層。RTP 自己并不對多媒體數(shù)據(jù)塊做任何處理，而只是向應用層提

40、供一些附加的信息，讓應用層知道應當如何進行處理。 發(fā)送RTP 分組UDP 用戶數(shù)據(jù)報IP 數(shù)據(jù)報IP 首部 UDP 首部 RTP 首部 RTP 數(shù)據(jù)部分（應用層數(shù)據(jù)）實時傳輸協(xié)議RTPRTP是一個應用層協(xié)議，它規(guī)定了音頻和視頻數(shù)據(jù)、順序號和時間戳等信息如何封裝在傳輸層（UDP）分組中。RTP 是一個協(xié)議框架，只包含了實時應用的一些共同的功能。RTP本身不提供任何機制來確保數(shù)據(jù)的按時發(fā)送或保證服務(wù)的質(zhì)量，甚至不能保證分組的順序遞交。服務(wù)質(zhì)量的保證由RTCP協(xié)議來完成，而數(shù)據(jù)傳輸功能是由底層的傳輸協(xié)議完成，一般情況下，利用UDP進行。 RTP 的層次 從應用開發(fā)者的角度看，RTP 應當是應用層的一

41、部分。在應用的發(fā)送端，開發(fā)者必須編寫用 RTP 封裝分組的程序代碼，然后把 RTP 分組交給 UDP 插口接口。在接收端，RTP 分組通過 UDP 插口接口進入應用層后，還要利用開發(fā)者編寫的程序代碼從 RTP 分組中把應用數(shù)據(jù)塊提取出來。RTP 分組的首部格式 12 字節(jié)序 號 SN比特 0 1 3 8 16 31有效載荷類型版本PXM參與源數(shù)時 間 戳TS同 步 源 標 識 符 (SSRC)參 與 源 標 識 符 (CSRC) 0.15 前12 個字節(jié)為固定的頭部，其后的CSRC標志符為任選部分。有效負荷可以是音頻或視頻數(shù)據(jù)。分組頭部第1 個字節(jié)包含2位的V（版本號，置2）、1位的P（填充位

42、，置0）、1位的X（擴展位，置0）、4位的CC（CSRC 計數(shù)，置0）。因此，常見的RTP 分組以十六進制數(shù)0 x80 開頭 M（marker，標志）凈荷類型（payload type， PT ） SN（sequence number，序列號）：每發(fā)送一個RTP 分組，序號加1。接收端以此判定分組丟失及恢復順序。 TS（timestamp，時間戳）：指示RTP 數(shù)據(jù)分組第1 個字節(jié)的取樣時刻 SSRC（synchronization source identifiers，同步源標識） 實時運輸控制協(xié)議 RTCP (RTP Control Protocol) RTCP 是與 RTP 配合使用的協(xié)

43、議。RTCP 協(xié)議的主要功能是：服務(wù)質(zhì)量的監(jiān)視與反饋、媒體間的同步，以及多播組中成員的標識。RTCP 分組也使用 UDP 傳送，但 RTCP 并不對聲音或視像分組進行封裝?？蓪⒍鄠€ RTCP 分組封裝在一個 UDP 用戶數(shù)據(jù)報中。RTCP 分組周期性地在網(wǎng)上傳送，它帶有發(fā)送端和接收端對服務(wù)質(zhì)量的統(tǒng)計信息報告。 RTCP 使用的五種分組類型 結(jié)束分組 BYE 表示關(guān)閉一個數(shù)據(jù)流。特定應用分組 APP 使應用程序能夠定義新的分組類型。接收端報告分組 RR 用來使接收端周期性地向所有的點用多播方式進行報告。 發(fā)送端報告分組 SR 用來使發(fā)送端周期性地向所有接收端用多播方式進行報告。源點描述分組 SD

44、ES 給出會話中參加者的描述。 實時流式協(xié)議RTSP(Real-Time Streaming Protocol) RTSP 協(xié)議以客戶服務(wù)器方式工作，它是一個多媒體播放控制協(xié)議，用來使用戶在播放從因特網(wǎng)下載的實時數(shù)據(jù)時能夠進行控制，如：暫停/繼續(xù)、后退、前進等。因此 RTSP 又稱為“因特網(wǎng)錄像機遙控協(xié)議”。要實現(xiàn) RTSP 的控制功能，我們不僅要有協(xié)議，而且要有專門的媒體播放器(media player)和媒體服務(wù)器(media server)。 RTSP 與 RTP 和 RTCP 的關(guān)系 RTSP播放器RTSP服務(wù)器RTSP 控制分組（TCP）RTP 數(shù)據(jù)分組（UDP）RTCP 分組（UD

45、P）客戶服務(wù)器RTSP 僅僅是使媒體播放器能控制多媒體流的傳送。因此，RTSP 又稱為帶外協(xié)議，而多媒體流是使用 RTP 在帶內(nèi)傳送的。 2. IP 電話狹義的 IP 電話就是指在 IP 網(wǎng)絡(luò)上打電話。所謂“IP 網(wǎng)絡(luò)”就是“使用 IP 協(xié)議的分組交換網(wǎng)”的簡稱。廣義的 IP 電話則不僅僅是電話通信，而且還可以是在IP網(wǎng)絡(luò)上進行交互式多媒體實時通信（包括話音、視像等），甚至還包括即時通知 IM (Instant Messaging)。 IP 電話網(wǎng)關(guān)的幾種連接方法 分組交換電路交換電路交換 因特網(wǎng)PC 到 PC公用電話網(wǎng)IP 電話網(wǎng)關(guān) 因特網(wǎng)PC 到普通電話機公用電話網(wǎng)IP 電話 網(wǎng)關(guān)公用電話

46、網(wǎng)IP 電話 網(wǎng)關(guān)因特網(wǎng)普通電話機到普通電話機 (1) H.323H.323 是 ITU-T 于 1996 年制訂的一個名稱很長的建議書，1998 年的第二個版本改用的名稱是“基于分組的多媒體通信系統(tǒng)”。H.323 包括系統(tǒng)和構(gòu)件的描述，呼叫模型的描述，呼叫信令過程，控制報文，復用，話音編解碼器，視像編解碼器，以及數(shù)據(jù)協(xié)議等，但不保證服務(wù)質(zhì)量 QoS。 H.323 標準指明的四種構(gòu)件 H.323 終端 網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)連接到兩種不同的網(wǎng)絡(luò)，使 H.323 網(wǎng)絡(luò)可以和非 H.323 網(wǎng)絡(luò)進行通信。 網(wǎng)閘(gatekeeper)所有的呼叫都要通過網(wǎng)閘，因為網(wǎng)閘提供地址轉(zhuǎn)換、授權(quán)、帶寬管理和計費功能。 多點

47、控制單元 MCU (Multipoint Control Unit)MCU 支持三個或更多的 H.323 終端的音頻或視頻會議。 H.323 終端使用 H.323 協(xié)議進行多媒體通信 分組交換網(wǎng)（例如，因特網(wǎng)）H.323H.323 終端H.323 終端 H.323 網(wǎng)關(guān)用來和非 H.323 網(wǎng)絡(luò)進行連接 因特網(wǎng)公用電話網(wǎng)網(wǎng)關(guān)網(wǎng)閘H.323 終端 多點控制單元MCUH.323 的協(xié)議體系結(jié)構(gòu) 音頻/視頻應用音頻編解碼視頻編解碼RTCPH.225.0注冊信令H.225.0呼叫信令H.245控制信令RTPUDPTCPIP信令和控制 (2) 會話發(fā)起協(xié)議 SIP (Session Initiation

48、 Protocol) SIP 是一套較為簡單且實用的標準，目前已成為因特網(wǎng)的建議標準。SIP 協(xié)議以因特網(wǎng)為基礎(chǔ)，把 IP 電話視為因特網(wǎng)上的新應用。SIP 協(xié)議只涉及到 IP 電話的信令和有關(guān)服務(wù)質(zhì)量問題，而沒有提供像H.323那樣多的功能。SIP沒有指定使用 RTP 協(xié)議，但實際上大家還是選用 RTP 和 RTCP 作為配合使用的協(xié)議。 SIP 系統(tǒng)的構(gòu)件SIP系統(tǒng)的兩種構(gòu)件是用戶代理和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。用戶代理包括用戶代理客戶和用戶代理服務(wù)器，前者用來發(fā)起呼叫，而后者用來接受呼叫。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器分為代理服務(wù)器和重定向服務(wù)器。代理服務(wù)器接受來自主叫用戶的呼叫請求，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳代理服務(wù)器，最后將

49、呼叫請求轉(zhuǎn)發(fā)給被叫用戶。重定向服務(wù)器不接受呼叫，它通過響應告訴客戶下一跳代理服務(wù)器的地址，由客戶按此地址向下一跳代理服務(wù)器重新發(fā)送呼叫請求。會話描述協(xié)議SDP (Session Description Protocol) SDP 在電話會議的情況下特別重要，因為電話會議的參加者是動態(tài)地加入和退出。SDP 詳細地指明了媒體編碼、協(xié)議的端口號以及多播地址。SIP 使用了 HTTP 的許多首部、編碼規(guī)則、差錯碼以及一些鑒別機制，它比 H.323 具有更好的可擴縮性。由于 SIP 問世較晚，因此它現(xiàn)在比 H.323 占有的市場份額要小。 RTSP與SDP、RTP、RTCP、RDT、UDP、TCP等協(xié)議

50、一起提供基于Internet的整套流化服務(wù)。 實時流協(xié)議(RTSP)6.4.2 改進“盡最大努力交付”的服務(wù) - 使因特網(wǎng)提供服務(wù)質(zhì)量改變因特網(wǎng)平等對待所有數(shù)據(jù)包的思想，使對時延有較嚴格要求的實時話音或視像數(shù)據(jù)包能夠從網(wǎng)絡(luò)得到更好的服務(wù)質(zhì)量（QoS，Quality of Service）。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的服務(wù)質(zhì)量可用若干基本的性能指標來描述，包括可用性、差錯率、響應時間、吞吐量、數(shù)據(jù)包丟失率、連接建立時間、故障檢測和改正時間等。服務(wù)提供者可向其用戶保證某一種等級的服務(wù)質(zhì)量。 為了使因特網(wǎng)能夠提供一定的服務(wù)質(zhì)量，應當設(shè)法增加一些機制，即數(shù)據(jù)包的分類、管制、調(diào)度以及呼叫接納。 1. 調(diào)度機制 “調(diào)度

51、”就是指排隊的規(guī)則。如不采用專門的調(diào)度機制，則默認排隊規(guī)則就是先進先出 FIFO (First In First Out)。當隊列已滿時，后到達的分組就被丟棄。先進先出的最大缺點就是不能區(qū)分時間敏感分組和一般數(shù)據(jù)分組，并且也不公平。在先進先出的基礎(chǔ)上增加按優(yōu)先級排隊，就能使優(yōu)先級高的分組優(yōu)先得到服務(wù)。 按優(yōu)先級排隊的例子 高優(yōu)先級隊列低優(yōu)先級隊列分組到達路由器調(diào)度分組離開路由器分類器（服務(wù)員）路由器低低低低高高高高高高t分組到達路由器分組離開路由器路由器高 高 高高低 低 低 低加權(quán)公平排隊 WFQ(Weighted Fair Queuing) 分組到達路由器調(diào)度分組離開路由器分類器w1w2w

52、3123路由器加權(quán)公平排隊 WFQ 分組到達后就將分組進行分類，然后送交與其類別對應的隊列。隊列按順序依次將隊首的分組發(fā)送到鏈路。遇到隊列空就跳過去。給隊列 i 指派一個權(quán)重 wi。隊列 i 得到的平均服務(wù)時間為 wi /(wj)，這里wj 是對所有的非空隊列的權(quán)重求和。隊列 i 將得到的有保證的帶寬 Ri 應為 WFQ 與 FIFO 的比較 111111111112111234567891011111111111112345678910111111111111分組流 1分組流 2分組流 11FIFOWFQ(a) 分組流 1 的分組連續(xù)輸入tttttWFQ 與 FIFO 的比較 1111111

53、11112111234567891011111111111112345678910111111111111分組流 1分組流 2分組流 11FIFOWFQttttt(b) 分組流 1 的分組斷續(xù)輸入2. 管制機制 平均速率 網(wǎng)絡(luò)需要控制一個數(shù)據(jù)流的平均速率。這里的平均速率是指在一定的時間間隔內(nèi)通過的分組數(shù)。 峰值速率 峰值速率限制了數(shù)據(jù)流在非常短的時間間隔內(nèi)的流量。 突發(fā)長度 網(wǎng)絡(luò)也限制在非常短的時間間隔內(nèi)連續(xù)注入到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)。 漏桶管制器(leaky bucket policer) 分組到達漏桶中最多裝入 b 個權(quán)標拿走權(quán)標準許分組進入網(wǎng)絡(luò)等待權(quán)標在任何時間間隔 t 內(nèi)準許進入網(wǎng)絡(luò)的分組數(shù)

54、 = r t + b標記注入漏桶的速率為每秒 r 個權(quán)標漏桶機制與加權(quán)公平排隊相結(jié)合 現(xiàn)假定有 n 個分組流輸入到一個路由器，復用后從一條鏈路輸出。每一個分組流使用漏桶機制進行管制，漏桶參數(shù)為 bi 和 ri，i = 1, 2, , n。設(shè)漏桶 I 已裝滿了 bi 個權(quán)標。因此 bi 個分組可馬上從路由器輸出。但分組流 I 得到的帶寬是由公式(10-1)給出。這 bi 個分組中的最后一個分組所經(jīng)受的時延最大，它等于傳輸這 bi 個分組所需的時間 dmax，即 bi 除以公式(10-1)給出的傳輸速率： 3 綜合服務(wù) IntServ 與資源預留協(xié)議 RSVPIntServ (Integrated

55、 Services)可對單個的應用會話提供服務(wù)質(zhì)量的保證，其主要特點有二，即：資源預留。路由器需要知道不斷出現(xiàn)的會話已預留了多少資源（即鏈路帶寬和緩存空間）。呼叫建立。需要服務(wù)質(zhì)量保證的會話必須首先在源站到目的站的路徑上的每個路由器預留足夠的資源，以保證其端到端的服務(wù)質(zhì)量要求。 IntServ 定義了兩類服務(wù) 有保證的服務(wù)(guaranteed service)，可保證一個分組在通過路由器時的排隊時延有一個嚴格的上限。受控負載的服務(wù)(controlled-load service)，可以使應用程序得到比通常的“盡最大努力”更加可靠的服務(wù)。IntServ 由四個組成部分(1) 資源預留協(xié)議 RS

56、VP，它是 IntServ 的信令協(xié)議。(2) 接納控制(admission control)，用來決定是否同意對某一資源的請求。(3) 分類器(classifier)，用來將進入路由器的分組進行分類，并根據(jù)分類的結(jié)果將不同類別的分組放入特定的隊列。(4) 調(diào)度器(scheduler)，根據(jù)服務(wù)質(zhì)量要求決定分組發(fā)送的前后順序。 RSVP協(xié)議 RSVP協(xié)議（Resource reSerVation Protocol）是一種基于網(wǎng)絡(luò)資源保留的多媒體通信協(xié)議，通過建立連接，為特定的媒體保留資源，提供QoS服務(wù)。 RSVP允許應用程序為它們的數(shù)據(jù)流保留帶寬。主機根據(jù)數(shù)據(jù)流的特性使用這個協(xié)議向網(wǎng)絡(luò)請求保

57、留一個特定量的帶寬，路由器也使用RSVP轉(zhuǎn)發(fā)帶寬請求。為執(zhí)行RSVP，在接收端、發(fā)送端和路由器中都必須要有執(zhí)行RSVP的軟件。RSVP協(xié)議RSVP的2個主要特征是： 保留組播樹的帶寬，單播是一特殊情況； 接收端驅(qū)動，即接收端啟動和維護資源的保留實現(xiàn)RSVP的關(guān)鍵技術(shù)是路由器對RSVP的支持能力，包括路由器的QoS編碼方案，資源調(diào)度策略，可提供的RSVP連接數(shù)量等。RSVP協(xié)議RESV消息沿著PATH消息的反向路徑到達源端,在沿途路由器上預留資源Path報文Resv報文：對發(fā)送者的保留請求給予確認，并與到達同一端口的其他Resv報文合并，再傳送給上游路由器，直至到達發(fā)送者RSVP協(xié)議當應用需要Q

58、oS保證的服務(wù)時，發(fā)送端要向接收端發(fā)送一個稱之為路徑的組播包說明所要求的服務(wù)類型和業(yè)務(wù)流特點，沿途的路由器將路徑消息逐段傳遞至接收端，接收端返回一個稱之為預留的消息來請求資源，在此消息中給出接收端所要求的服務(wù)質(zhì)量。網(wǎng)絡(luò)在回傳這消息時，沿途的每個路由器可接受或拒絕預留消息的請求。如果拒絕，則返回一個錯誤給接收端，呼叫被終止，如果接受，則為該業(yè)務(wù)流分配帶寬資源，并將該流的狀態(tài)信息記錄下來。另外，在組播中由各終端聲明自己所要求的服務(wù)質(zhì)量，比由發(fā)送端來向網(wǎng)絡(luò)提出QoS要求更為合理一些。RSVP 協(xié)議的工作原理 H1H2 50 kb/sR2R1H3 100 kb/sH4 3 Mb/sR3R4H5 3 M

59、b/s源站(a) 源點用多播發(fā)送PATH報文 表示 PATH 報文3 Mb/s3 Mb/s3 Mb/s100 kb/sH1H2 50 kb/sR2R1H3 100 kb/sH4 3 Mb/sR3R4H5 3 Mb/s源站(b) 各終點向源點返回 RESV 報文 表示 RESV 報文IntServ 體系結(jié)構(gòu)在路由器中的實現(xiàn) 路由選擇協(xié)議路由選擇數(shù)據(jù)庫RSVP接納控制管理代理通信量控制數(shù)據(jù)庫分類器與分組轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度器分組入分組出綜合服務(wù) IntServ 體系結(jié)構(gòu)存在的主要問題 (1) 狀態(tài)信息的數(shù)量與流的數(shù)目成正比。因此在大型網(wǎng)絡(luò)中，按每個流進行資源預留會產(chǎn)生很大的開銷。(2) IntServ 體系結(jié)

60、構(gòu)復雜。若要得到有保證的服務(wù)，所有的路由器都必須裝有 RSVP、接納控制、分類器和調(diào)度器。(3) 綜合服務(wù) IntServ 所定義的服務(wù)質(zhì)量等級數(shù)量太少，不夠靈活。 4 區(qū)分服務(wù) DiffServ (Differentiated Services) 區(qū)分服務(wù)的基本概念由于綜合服務(wù) IntServ 和資源預留協(xié)議 RSVP 都較復雜，很難在大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)，因此 IETF 提出了新的策略，即區(qū)分服務(wù) DiffServ 。區(qū)分服務(wù)有時也簡寫為 DS。因此，具有區(qū)分服務(wù)功能的結(jié)點就稱為 DS 結(jié)點。 區(qū)分服務(wù) DiffServ 的要點 (1) DiffServ 在路由器中增加區(qū)分服務(wù)的功能。Dif