第8章因特網(wǎng)上音頻視頻服務(wù)

第8章因特網(wǎng)上音頻視頻服務(wù)第一頁，共84頁。第8章因特網(wǎng)上的音頻/視頻服務(wù)主要內(nèi)容概述流式存儲(chǔ)音頻/視頻交互式音頻/視頻改進(jìn)“盡最大努力交付”的服務(wù)2第二頁，共84頁。8.1概述1、概述計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)最初是為傳送數(shù)據(jù)信息設(shè)計(jì)的提供的服務(wù)：因特網(wǎng)IP層提供的“盡最大努力交付”服務(wù)；每一個(gè)分組獨(dú)立交付的策略；對傳送數(shù)據(jù)信息是很合適的；上層（TCP協(xié)議）解決網(wǎng)絡(luò)不能提供可靠交付這一問題。多媒體信息：多媒體信息（包括聲音和圖像信息）與不包括聲音和圖像的數(shù)據(jù)信息有很大的區(qū)別3第三頁，共84頁。多媒體特點(diǎn)多媒體信息的信息量往往很大。時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)：對時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)均有較高的要求。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(realtimedata)：在發(fā)送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的同時(shí)，在接收端邊接收邊播放。4第四頁，共84頁。2、因特網(wǎng)的非等時(shí)性多媒體信號發(fā)送速率的恒定性（等時(shí)性）：模擬的多媒體信號經(jīng)過采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號；組裝成分組。這些分組發(fā)送速率是恒定性速率的（等時(shí)性）因特網(wǎng)本身是非等時(shí)的：因特網(wǎng)的分組傳輸是非恒定速率的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5第五頁，共84頁。接收端需設(shè)置適當(dāng)大小的緩存。當(dāng)緩存中的分組數(shù)達(dá)到一定的數(shù)量后再以恒定速率按順序把分組讀出進(jìn)行還原播放。緩存實(shí)際上就是一個(gè)先進(jìn)先出的隊(duì)列。圖中標(biāo)明的T叫做播放時(shí)延。3、解決辦法：在接收端設(shè)置緩存tT緩存（隊(duì)列）恒定速率t非恒定速率有可能發(fā)生分組丟失6第六頁，共84頁。緩存帶來的影響緩存使所有到達(dá)的分組都經(jīng)受了遲延早到達(dá)的分組在緩存中停留的時(shí)間較長，而晚到達(dá)的分組在緩存中停留的時(shí)間則較短。以非恒定速率到達(dá)的分組，經(jīng)過緩存后再以恒定速率讀出，就能夠在一定程度上消除了時(shí)延的抖動(dòng)，付出的代價(jià)是增加了時(shí)延。7第七頁，共84頁。分組發(fā)出1

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6t到達(dá)分組數(shù)6543211

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6t緩存時(shí)間緩存時(shí)間再推遲播放時(shí)間如果網(wǎng)絡(luò)無時(shí)延推遲播放分組遲到網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)時(shí)延分組1的時(shí)延分組到達(dá)1

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6t實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)8第八頁，共84頁。4、需要解決的問題時(shí)延與抖動(dòng)的限制：在傳送時(shí)延敏感(delaysensitive)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)，不僅傳輸時(shí)延不能太大，而且時(shí)延抖動(dòng)也必須受到限制。丟失容忍(losstolerant)：對于傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，很少量分組的丟失對播放效果的影響并不大（因?yàn)檫@是由人來進(jìn)行主觀評價(jià)的），因而是可以容忍的。9第九頁，共84頁。分組的按序：由于分組的到達(dá)可能不按序，但將分組還原和播放時(shí)又應(yīng)當(dāng)是按序的。因此在發(fā)送多媒體分組時(shí)還應(yīng)當(dāng)給每一個(gè)分組加上序號。這表明還應(yīng)當(dāng)有相應(yīng)的協(xié)議支持才行。時(shí)間戳(timestamp)：要使接收端能夠?qū)⒐?jié)目中本來就存在的正常的短時(shí)間停頓（如音樂中停頓幾拍）和因某些分組的較大遲延造成的“停頓”區(qū)分開來。這就需要增加一個(gè)時(shí)間戳，以便告訴接收端應(yīng)當(dāng)在什么時(shí)間播放哪個(gè)分組。10第十頁，共84頁。5、改造現(xiàn)有的因特網(wǎng)資源子網(wǎng)：大量使用光纜和高速路由器，使網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)就可以足夠小面向連接服務(wù)：把因特網(wǎng)改造為能夠?qū)Χ说蕉说膸拰?shí)現(xiàn)預(yù)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)。協(xié)議棧的改動(dòng)：部分改動(dòng)因特網(wǎng)的協(xié)議棧，使多媒體信息在因特網(wǎng)上的傳輸質(zhì)量得到改進(jìn)。11第十一頁，共84頁。6、因特網(wǎng)提供的音頻/視頻服務(wù)分類流式存儲(chǔ)音頻/視頻：壓縮文件存放在服務(wù)器；邊下載邊播放；如電影、電視節(jié)目、歌曲等。流式實(shí)況音頻/視頻：邊錄制邊發(fā)送。如廣播、視頻。交互式音頻/視頻：實(shí)時(shí)交互式通信。IP電話等。12第十二頁，共84頁。8.2流式存儲(chǔ)音頻/視頻1、使用WWW服務(wù)器傳統(tǒng)的瀏覽器從服務(wù)器下載音頻/視頻文件用戶從客戶機(jī)的瀏覽器上用HTTP協(xié)議向服務(wù)器請求下載某個(gè)音頻/視頻文件。服務(wù)器如有此文件就發(fā)送給瀏覽器。在響應(yīng)報(bào)文中就裝有用戶所要的音頻/視頻文件。整個(gè)下載過程可能會(huì)花費(fèi)很長的時(shí)間。當(dāng)瀏覽器完全收下這個(gè)文件后，就可以傳送給自己機(jī)器上的媒體播放器進(jìn)行解壓縮，然后播放。說明：不涉及流；下載后才能播放13第十三頁，共84頁。萬維網(wǎng)服務(wù)器客戶機(jī)服務(wù)器媒體播放器

GET:音頻/視頻文件

RESPONSE

音頻/視頻文件瀏覽器14第十四頁，共84頁。2、使用具有元文件的萬維網(wǎng)服務(wù)器元文件：是一種非常小的文件，它描述或指明其他文件的一些重要信息。萬維網(wǎng)服務(wù)器客戶機(jī)服務(wù)器媒體播放器

元文件瀏覽器

GET:元文件

RESPONSEGET:音頻/視頻文件RESPONSE15第十五頁，共84頁。使用元文件下載音頻/視頻文件

瀏覽器使用HTTP的GET報(bào)文接入到WWW服務(wù)器。這個(gè)超鏈指向一個(gè)元文件。這個(gè)元文件有實(shí)際的音頻/視頻文件的統(tǒng)一資源定位符URL。

WWW服務(wù)器把該元文件裝入HTTP響應(yīng)報(bào)文的主體，發(fā)回給瀏覽器?？蛻魴C(jī)瀏覽器調(diào)用相關(guān)的媒體播放器，把提取出的元文件傳送給媒體播放器。媒體播放器使用元文件中的URL，向萬維網(wǎng)服務(wù)器發(fā)送HTTP請求報(bào)文，要求下載音頻/視頻文件。

WWW服務(wù)器發(fā)送HTTP響應(yīng)報(bào)文，把該音頻/視頻文件發(fā)送給媒體播放器。媒體播放器邊下載、邊解壓縮、邊播16第十六頁，共84頁。3、媒體服務(wù)器流式服務(wù)器(streamingserver)：即媒體服務(wù)器也，它支持流式音頻和視頻的傳送。媒體播放器：媒體播放器與媒體服務(wù)器的關(guān)系是客戶與服務(wù)器的關(guān)系。媒體播放器：向媒體服務(wù)器（而不是向萬維網(wǎng)服務(wù)器）請求音頻/視頻文件。交互協(xié)議：媒體服務(wù)器和媒體播放器之間采用另外的協(xié)議進(jìn)行交互。17第十七頁，共84頁。使用媒體服務(wù)器萬維網(wǎng)服務(wù)器媒體播放器

元文件瀏覽器

GET:元文件

RESPONSEGET:音頻/視頻文件RESPONSE媒體服務(wù)器客戶機(jī)服務(wù)器18第十八頁，共84頁。采用媒體服務(wù)器下載音頻/視頻文件的步驟

瀏覽器使用HTTP的GET報(bào)文接入到WWW服務(wù)器。這個(gè)超鏈指向一個(gè)元文件。這個(gè)元文件有實(shí)際的音頻/視頻文件的統(tǒng)一資源定位符URL。萬維網(wǎng)服務(wù)器把該元文件裝入HTTP響應(yīng)報(bào)文的主體，發(fā)回給瀏覽器?？蛻魴C(jī)瀏覽器調(diào)用相關(guān)的媒體播放器，把提取出的元文件傳送給媒體播放器。媒體播放器使用元文件中的URL接入到媒體服務(wù)器，請求下載瀏覽器所請求的音頻/視頻文件。下載可以借助于使用UDP的任何協(xié)議，例如使用實(shí)時(shí)運(yùn)輸協(xié)議RTP。媒體服務(wù)器給出響應(yīng)，把該音頻/視頻文件發(fā)送給媒體播放器。媒體播放器遲延若干秒后，以流的形式邊下載、邊解壓、邊播放19第十九頁，共84頁。4、使用媒體服務(wù)器和實(shí)時(shí)流式協(xié)議RTSP實(shí)時(shí)流式協(xié)議RTSP(Real-TimeStreamingProtocol)：RTSP協(xié)議以客戶服務(wù)器方式工作，它是一個(gè)多媒體播放控制協(xié)議使用戶在播放從因特網(wǎng)下載的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)能夠進(jìn)行控制，如：暫停/繼續(xù)、后退、前進(jìn)等。又稱“因特網(wǎng)錄像機(jī)遙控協(xié)議”。要有專門的媒體播放器(mediaplayer)和媒體服務(wù)器(mediaserver)。20第二十頁，共84頁。萬維網(wǎng)服務(wù)器客戶機(jī)服務(wù)器媒體播放器

元文件瀏覽器媒體服務(wù)器音頻/視頻流

GET:元文件

RESPONSESETUPRESPONSEPLAYRESPONSE

RESPONSE

TEARDOWN

21第二十一頁，共84頁。使用RTSP的媒體服務(wù)器的工作過程

瀏覽器向萬維網(wǎng)服務(wù)器請求音頻/視頻文件。萬維網(wǎng)服務(wù)器從瀏覽器發(fā)送攜帶有元文件的響應(yīng)。瀏覽器把收到的元文件傳送給媒體播放器。

RTSP客戶與媒體服務(wù)器的RTSP服務(wù)器建立連接。

RTSP服務(wù)器發(fā)送響應(yīng)RESPONSE報(bào)文。

RTSP客戶發(fā)送PLAY報(bào)文，開始下載音頻/視頻文件。

RTSP服務(wù)器發(fā)送響應(yīng)RESPONSE報(bào)文。

RTSP客戶發(fā)送TEARDOWN報(bào)文斷開連接。

RTSP服務(wù)器發(fā)送響應(yīng)RESPONSE報(bào)文。22第二十二頁，共84頁。8.3交互式音頻/視頻8.3.1IP電話概述IP電話：VoIP（VoiceoverIP）、InternetTelephony、VON（VoiceOntheNet）狹義的IP電話：指在IP網(wǎng)絡(luò)上打電話（“IP網(wǎng)絡(luò)”指“使用IP協(xié)議的分組交換網(wǎng)”的簡稱）。廣義的IP電話：不僅僅是電話通信，而是在IP網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行交互式多媒體實(shí)時(shí)通信（包括話音、視像等），甚至還包括即時(shí)傳信IM(InstantMessaging)。IP網(wǎng)關(guān)：在電話呼叫階段和呼叫釋放階段進(jìn)行電話信令的轉(zhuǎn)換；在通話期間進(jìn)行話音編碼的轉(zhuǎn)換。23第二十三頁，共84頁。IP電話網(wǎng)關(guān)的幾種連接方法

因特網(wǎng)PC到PC分組交換電路交換電路交換公用電話網(wǎng)IP

電話網(wǎng)關(guān)

因特網(wǎng)PC到固定電話機(jī)公用電話網(wǎng)IP

電話網(wǎng)關(guān)公用電話網(wǎng)IP

電話網(wǎng)關(guān)因特網(wǎng)固定電話機(jī)到固定電話機(jī)24第二十四頁，共84頁。IP電話的通話質(zhì)量IP電話的通話質(zhì)量主要由兩個(gè)因素決定一個(gè)是通話雙方端到端的時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)另一個(gè)是話音分組的丟失率。但這兩個(gè)因素是不確定的，是取決于當(dāng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)上的通信量。經(jīng)驗(yàn)證明，在電話交談中，端到端的時(shí)延不應(yīng)超過250ms，否則交談?wù)呔湍芨械讲蛔匀弧?5第二十五頁，共84頁。IP電話的端到端時(shí)延(1)話音信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換要經(jīng)受時(shí)延。(2)話音比特流裝配成話音分組的時(shí)延。(3)話音分組的發(fā)送需要時(shí)間，此時(shí)間等于話音分組長度與通信線路的數(shù)據(jù)率之比。(4)話音分組在因特網(wǎng)中的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延。(5)話音分組在接收端緩存中暫存所引起的時(shí)延。(6)話音分組還原成模擬話音信號的時(shí)延。(7)話音信號在通信線路上的傳播時(shí)延。(8)終端設(shè)備的硬件和操作系統(tǒng)產(chǎn)生的接入時(shí)延。26第二十六頁，共84頁。低速率話音編碼的標(biāo)準(zhǔn)(1)G.729——速率為8kb/s的共軛結(jié)構(gòu)代數(shù)碼激勵(lì)線性預(yù)測聲碼器CS-ACELP(Conjugate-StructureAlgebraic-Code-ExcitedLinearPrediction)。(2)G.723.1——速率為5.3/6.3kb/s的為多媒體通信用的低速率聲碼器。27第二十七頁，共84頁。播放時(shí)延有一個(gè)最佳值D

分組丟失率端到端時(shí)延20%10%5%100ms150ms400msABCN良好基本可用不好長途電話質(zhì)量接收端播放時(shí)延增大28第二十八頁，共84頁。線速路由器提高路由器的轉(zhuǎn)發(fā)分組的速率對提高IP電話的質(zhì)量也是很重要的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一個(gè)跨大西洋的IP電話一般要經(jīng)過2030個(gè)路由器。若能改用吉比特路由器（又稱為線速路由器），則每秒可轉(zhuǎn)發(fā)5百萬至6千萬個(gè)分組（即交換速率達(dá)60Gb/s左右）。這樣還可進(jìn)一步減少由網(wǎng)絡(luò)造成的時(shí)延。29第二十九頁，共84頁。關(guān)于SkypeSkype采用了P2P和全球索引技術(shù)提供快速路由選擇機(jī)制，管理成本大大降低。由于用戶路由信息分布式存儲(chǔ)于因特網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)中，因此呼叫連接完成得很快。Skype采用了端對端加密方式，保證信息的安全性。Skype使用P2P的技術(shù)，用戶數(shù)據(jù)主要存儲(chǔ)在P2P網(wǎng)絡(luò)中，因此必須保證存儲(chǔ)在公共網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)是可靠的和沒有被篡改的。Skype對公共目錄中存儲(chǔ)的和用戶相關(guān)的數(shù)據(jù)都采用了數(shù)字簽名，保證了數(shù)據(jù)無法被篡改。Skype的問世給全球信息技術(shù)和通信產(chǎn)業(yè)帶來深遠(yuǎn)的影響，也給每一位網(wǎng)絡(luò)使用者帶來生活方式的改變。30第三十頁，共84頁。8.3.2IP電話所需要的幾種應(yīng)用協(xié)議TCPUDP信令服務(wù)質(zhì)量IPv4/IPv6RTSPRTCPRSVPH.323SIPRTP應(yīng)用層協(xié)議音頻/視頻SDP底層網(wǎng)絡(luò)31第三十一頁，共84頁。8.3.3實(shí)時(shí)運(yùn)輸協(xié)議RTP實(shí)時(shí)運(yùn)輸協(xié)議RTP(Real-timeTransportProtocol)RTP為實(shí)時(shí)應(yīng)用提供端到端的運(yùn)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(yùn)輸層的UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)，然后再交給IP層。RTP是一個(gè)協(xié)議框架，只包含了實(shí)時(shí)應(yīng)用的一些共同的功能。RTP自己并不對多媒體數(shù)據(jù)塊做任何處理，只是向應(yīng)用層提供一些附加的信息，讓應(yīng)用層知道應(yīng)當(dāng)如何進(jìn)行處理。32第三十二頁，共84頁。RTP的層次從應(yīng)用開發(fā)者的角度看，RTP應(yīng)當(dāng)是應(yīng)用層的一部分。在應(yīng)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(jìn)入應(yīng)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(yīng)用數(shù)據(jù)塊提取出來。33第三十三頁，共84頁。RTP也可看成是運(yùn)輸層的一個(gè)子層RTP封裝了多媒體應(yīng)用的數(shù)據(jù)塊。由于RTP向多媒體應(yīng)用程序提供了服務(wù)（如時(shí)間戳和序號），因此也可以將RTP看成是在UDP之上的一個(gè)運(yùn)輸層的子層。運(yùn)輸層應(yīng)用層IP數(shù)據(jù)鏈路層物理層RTPUDP34第三十四頁，共84頁。RTP分組的首部格式12字節(jié)序號位01381631有效載荷類型版本PXM參與源數(shù)時(shí)間戳同步源標(biāo)識符(SSRC)參與源標(biāo)識符(CSRC)[0..15]…發(fā)送RTP分組UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)IP數(shù)據(jù)報(bào)IP首部UDP首部RTP首部RTP數(shù)據(jù)部分（應(yīng)用層數(shù)據(jù)）35第三十五頁，共84頁。8.3.4實(shí)時(shí)運(yùn)輸控制協(xié)議RTCP實(shí)時(shí)運(yùn)輸控制協(xié)議RTCP(RTPControlProtocol)RTCP是與RTP配合使用的協(xié)議。RTCP協(xié)議的主要功能：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(biāo)識。RTCP分組也使用UDP傳送，但RTCP并不對聲音或視像分組進(jìn)行封裝?？蓪⒍鄠€(gè)RTCP分組封裝在一個(gè)UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)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(jì)信息報(bào)告。36第三十六頁，共84頁。RTCP使用的五種分組類型結(jié)束分組BYE表示關(guān)閉一個(gè)數(shù)據(jù)流。特定應(yīng)用分組APP使應(yīng)用程序能夠定義新的分組類型。接收端報(bào)告分組RR用來使接收端周期性地向所有的點(diǎn)用多播方式進(jìn)行報(bào)告。發(fā)送端報(bào)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(jìn)行報(bào)告。源點(diǎn)描述分組SDES給出會(huì)話中參加者的描述。37第三十七頁，共84頁。8.3.5H.323H.323是ITU-T于1996年制訂的一個(gè)名稱很長的建議書，1998年的第二個(gè)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(bào)文，復(fù)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。38第三十八頁，共84頁。H.323終端使用H.323協(xié)議進(jìn)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

39第三十九頁，共84頁。H.323標(biāo)準(zhǔn)指明的四種構(gòu)件(1)H.323終端(2)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(jìn)行通信。(3)網(wǎng)閘(gatekeeper)——所有的呼叫都要通過網(wǎng)閘，因?yàn)榫W(wǎng)閘提供地址轉(zhuǎn)換、授權(quán)、帶寬管理和計(jì)費(fèi)功能。(4)多點(diǎn)控制單元MCU(MultipointControlUnit)——MCU支持三個(gè)或更多的H.323終端的音頻或視頻會(huì)議。40第四十頁，共84頁。H.323網(wǎng)關(guān)用來和非H.323網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(diǎn)控制單元MCU41第四十一頁，共84頁。H.323的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)音頻/視頻應(yīng)用音頻編解碼視頻編解碼RTCPH.225.0登記信令H.225.0呼叫信令H.245控制信令RTPUDPTCPIP信令和控制數(shù)據(jù)應(yīng)用T.120數(shù)據(jù)42第四十二頁，共84頁。8.3.6會(huì)話發(fā)起協(xié)議SIP會(huì)話發(fā)起協(xié)議SIP(SessionInitiationProtocol)SIP是一套較為簡單且實(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)，目前已成為因特網(wǎng)的建議標(biāo)準(zhǔn)。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(yīng)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(shí)際上大家還是選用RTP和RTCP作為配合使用的協(xié)議。43第四十三頁，共84頁。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(yīng)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。44第四十四頁，共84頁。SIP的地址十分靈活可以是電話號碼，也可以是電子郵件地址、IP地址或其他類型的地址。但一定要使用SIP的地址格式，例如：電話號碼

sip:zhangsan@1IPv4地址sip:電子郵件地址sip:45第四十五頁，共84頁。一個(gè)簡單的SIP會(huì)話

主叫方被叫方OK:地址ACKINVITE:地址，選項(xiàng)建立會(huì)話BYE終止會(huì)話電話交談通信tt46第四十六頁，共84頁。SIP登記器的用途

——跟蹤被叫方——

主叫方被叫方INVITE查找回答電話交談ttSIP代理服務(wù)器SIP登記器INVITEOKOKACKACKBYEtt47第四十七頁，共84頁。會(huì)話描述協(xié)議SDP會(huì)話描述協(xié)議SDP(SessionDescriptionProtocol)SDP在電話會(huì)議的情況下特別重要，因?yàn)殡娫挄?huì)議的參加者是動(dòng)態(tài)地加入和退出。SDP詳細(xì)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(cuò)碼以及一些鑒別機(jī)制，它比H.323具有更好的可擴(kuò)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。48第四十八頁，共84頁。8.4改進(jìn)“盡最大努力交付”的服務(wù)8.4.1使因特網(wǎng)提供服務(wù)質(zhì)量服務(wù)質(zhì)量QoS：是服務(wù)性能的總效果，決定了一個(gè)用戶對服務(wù)的滿意程度。有服務(wù)質(zhì)量的服務(wù)就是能夠滿足用戶的應(yīng)用需求的服務(wù)。服務(wù)質(zhì)量的基本指標(biāo)：可用性、差錯(cuò)率、響應(yīng)時(shí)間、吞吐量、分組丟失率、連接建立時(shí)間、故障檢測和改正時(shí)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。49第四十九頁，共84頁。主機(jī)H1和H2分別向主機(jī)H3和H4發(fā)送數(shù)據(jù)1.5Mb/s鏈路H1H2H3H4R2R1H1H21.5Mb/s鏈路輸出隊(duì)列1Mb/s的實(shí)時(shí)音頻數(shù)據(jù)FTP文件數(shù)據(jù)需要給不同性質(zhì)的分組打上不同的標(biāo)記。當(dāng)H1和H2的分組進(jìn)入R1時(shí)，R1應(yīng)能識別實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分組，并使這些分組以高優(yōu)先級進(jìn)入輸出隊(duì)列，而僅在隊(duì)列有多余空間時(shí)才準(zhǔn)許低優(yōu)先級的FTP數(shù)據(jù)分組進(jìn)入。50第五十頁，共84頁。主機(jī)H1和H2分別向主機(jī)H3和H4發(fā)送數(shù)據(jù)1.5Mb/s鏈路H1H2H3H4R2R1H1H21.5Mb/s鏈路輸出隊(duì)列1Mb/s的實(shí)時(shí)音頻數(shù)據(jù)高優(yōu)先級的FTP文件數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)使路由器增加分類(classification)機(jī)制，即路由器根據(jù)某些準(zhǔn)則（例如，根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)的地址）對輸入分組進(jìn)行分類，然后對不同類別的通信量給予不同的優(yōu)先級。51第五十一頁，共84頁。主機(jī)H1和H2分別向主機(jī)H3和H4發(fā)送數(shù)據(jù)1.5Mb/s鏈路H1H2H3H4R2R1H1H21.5Mb/s鏈路輸出隊(duì)列數(shù)據(jù)率異常的實(shí)時(shí)音頻數(shù)據(jù)FTP文件數(shù)據(jù)路由器應(yīng)能將對數(shù)據(jù)流進(jìn)行通信量的管制(policing)，使該數(shù)據(jù)流不影響其他正常數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡(luò)中通過。例如，可將H1的數(shù)據(jù)率限定為1Mb/s。R1不停地監(jiān)視H1的數(shù)據(jù)率。只要其數(shù)據(jù)率超過規(guī)定的1Mb/s，R1就將其中的某些分組丟棄。52第五十二頁，共84頁。主機(jī)H1和H2分別向主機(jī)H3和H4發(fā)送數(shù)據(jù)1.5Mb/s鏈路H1H2H3H4R2R1H1H21.5Mb/s鏈路輸出隊(duì)列數(shù)據(jù)率異常的實(shí)時(shí)音頻數(shù)據(jù)FTP文件數(shù)據(jù)應(yīng)在路由器中再增加調(diào)度(scheduling)機(jī)制。利用調(diào)度功能給實(shí)時(shí)音頻分配1.0Mb/s的帶寬，給文件傳送分配0.5Mb/s的帶寬（相當(dāng)于在帶寬為1.5Mb/s的鏈路中劃分出兩個(gè)邏輯鏈路），因而對這兩種應(yīng)用都有相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量保證。53第五十三頁，共84頁。主機(jī)H1和H2分別向主機(jī)H3和H4發(fā)送數(shù)據(jù)1.5Mb/s鏈路H1H2H3H4R2R1H1H21.5Mb/s鏈路輸出隊(duì)列1Mb/s的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)總數(shù)據(jù)率已超過了1.5Mb/s鏈路的帶寬。比較合理的做法是讓一個(gè)數(shù)據(jù)流通過1.5Mb/s的鏈路，而阻止另一個(gè)數(shù)據(jù)流的通過。這就需要呼叫接納(calladmission)機(jī)制。數(shù)據(jù)流要預(yù)先聲明所需的服務(wù)質(zhì)量，然后或者被準(zhǔn)許進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，或者被拒絕進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)。54第五十四頁，共84頁。8.4.2調(diào)度和管制機(jī)制1.調(diào)度機(jī)制“調(diào)度”就是指排隊(duì)的規(guī)則。如不采用專門的調(diào)度機(jī)制，則默認(rèn)排隊(duì)規(guī)則就是先進(jìn)先出FIFO(FirstInFirstOut)。當(dāng)隊(duì)列已滿時(shí)，后到達(dá)的分組就被丟棄。先進(jìn)先出的最大缺點(diǎn)就是不能區(qū)分時(shí)間敏感分組和一般數(shù)據(jù)分組，并且也不公平。在先進(jìn)先出的基礎(chǔ)上增加按優(yōu)先級排隊(duì)，就能使優(yōu)先級高的分組優(yōu)先得到服務(wù)。55第五十五頁，共84頁。分組按優(yōu)先級排隊(duì)高優(yōu)先級隊(duì)列低優(yōu)先級隊(duì)列分組到達(dá)路由器調(diào)度分組離開路由器分類器（服務(wù)員）路由器高

高高低56第五十六頁，共84頁。高優(yōu)先級分組優(yōu)先接受服務(wù)t1235到達(dá)離開接受服務(wù)41325413254t高高高低低57第五十七頁，共84頁。分組離開路由器加權(quán)公平排隊(duì)WFQ(WeightedFairQueuing)分組到達(dá)路由器調(diào)度分類器w1w2w3123路由器58第五十八頁，共84頁。加權(quán)公平排隊(duì)WFQ分組到達(dá)后就將分組進(jìn)行分類，然后送交與其類別對應(yīng)的隊(duì)列。隊(duì)列按順序依次將隊(duì)首的分組發(fā)送到鏈路。遇到隊(duì)列空就跳過去。給隊(duì)列i

指派一個(gè)權(quán)重wi。隊(duì)列i

得到的平均服務(wù)時(shí)間為wi/(wj)，這里wj是對所有的非空隊(duì)列的權(quán)重求和。隊(duì)列i將得到的有保證的帶寬Ri

應(yīng)為

（8-1）

59第五十九頁，共84頁。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ttttt60第六十頁，共84頁。WFQ與FIFO的比較111111111112111234567891011111111111112345678910111111111111分組流1分組流2分組流11FIFOWFQ…ttttt(b)分組流1的分組斷續(xù)輸入61第六十一頁，共84頁。2.管制機(jī)制(1)平均速率：網(wǎng)絡(luò)需要控制一個(gè)數(shù)據(jù)流的平均速率。這里的平均速率是指在一定的時(shí)間間隔內(nèi)通過的分組數(shù)。(2)峰值速率：峰值速率限制了數(shù)據(jù)流在非常短的時(shí)間間隔內(nèi)的流量。(3)突發(fā)長度：網(wǎng)絡(luò)也限制在非常短的時(shí)間間隔內(nèi)連續(xù)注入到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)。62第六十二頁，共84頁。漏桶管制器(leakybucketpolicer)

分組到達(dá)漏桶中最多裝入b

個(gè)權(quán)標(biāo)拿走權(quán)標(biāo)準(zhǔn)許分組進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)等待權(quán)標(biāo)在任何時(shí)間間隔t

內(nèi)準(zhǔn)許進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的分組數(shù)=rt+b標(biāo)記注入漏桶的速率為每秒r

個(gè)權(quán)標(biāo)63第六十三頁，共84頁。漏桶機(jī)制與加權(quán)公平排隊(duì)相結(jié)合現(xiàn)假定有n個(gè)分組流輸入到一個(gè)路由器，復(fù)用后從一條鏈路輸出。每一個(gè)分組流使用漏桶機(jī)制進(jìn)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(gè)權(quán)標(biāo)。因此bi個(gè)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(gè)分組中的最后一個(gè)分組所經(jīng)受的時(shí)延最大，它等于傳輸這bi個(gè)分組所需的時(shí)間dmax，即bi除以公式(10-1)給出的傳輸速率：(8-2)64第六十四頁，共84頁。分組離開路由器分組到達(dá)路由器用漏桶機(jī)制進(jìn)行管制調(diào)度分類器w1wn隊(duì)列1…b1r1bnrn…隊(duì)列n路由器65第六十五頁，共84頁。8.4.3綜合服務(wù)IntServ與資源預(yù)留協(xié)議RSVPIntServ(IntegratedServices)可對單個(gè)的應(yīng)用會(huì)話提供服務(wù)質(zhì)量的保證，其主要特點(diǎn)有二，即：資源預(yù)留。路由器需要知道不斷出現(xiàn)的會(huì)話已預(yù)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(huì)話必須首先在源站到目的站的路徑上的每個(gè)路由器預(yù)留足夠的資源，以保證其端到端的服務(wù)質(zhì)量要求。66第六十六頁，共84頁。IntServ定義了兩類服務(wù)有保證的服務(wù)(guaranteedservice)，可保證一個(gè)分組在通過路由器時(shí)的排隊(duì)時(shí)延有一個(gè)嚴(yán)格的上限。受控負(fù)載的服務(wù)(controlled-loadservice)，可以使應(yīng)用程序得到比通常的“盡最大努力”更加可靠的服務(wù)。67第六十七頁，共84頁。IntServ由四個(gè)組成部分(1)資源預(yù)留協(xié)議RSVP，它是IntServ的信令協(xié)議。(2)接納控制(admissioncontrol)，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(jìn)入路由器的分組進(jìn)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(duì)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。68第六十八頁，共84頁。流(flow)“流”是在多媒體通信中的一個(gè)常用的名詞，一般定義為:具有同樣的源IP地址、源端口號、目的IP地址、目的端口號、協(xié)議標(biāo)識符以及服務(wù)質(zhì)量需求的一連串分組。69第六十九頁，共84頁。RSVP協(xié)議的工作原理H1H250kb/sR2R1H3100kb/sH43Mb/sR3R4H53Mb/s源站(a)源點(diǎn)用多播發(fā)送PATH報(bào)文

表示PATH報(bào)文3Mb/s3Mb/s3Mb/s100kb/sH1H250kb/sR2R1H3100kb/sH43Mb/sR3R4H53Mb/s源站(b)各終點(diǎn)向源點(diǎn)返回RESV報(bào)文

表示RESV報(bào)文70第七十頁，共84頁。IntServ體系結(jié)構(gòu)在路由器中的實(shí)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71第七十一頁，共84頁。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(gè)流進(jìn)行資源預(yù)留會(huì)產(chǎn)生很大的開銷。(2)IntServ體系結(jié)構(gòu)復(fù)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。72第七十二頁，共84頁。8.4.4區(qū)分服務(wù)DiffServ1.區(qū)分服務(wù)的基本概念區(qū)分服務(wù)DiffServ(DifferentiatedServices)由于綜合服務(wù)IntServ和資源預(yù)留協(xié)議RSVP都較復(fù)雜，很難在大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中實(shí)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(shí)也簡寫為DS。因此，具有區(qū)分服務(wù)功能的結(jié)點(diǎn)就稱為DS結(jié)點(diǎn)。73第七十三頁，共84頁。區(qū)分服務(wù)DiffServ的要點(diǎn)(1)DiffServ在路由器中增加區(qū)分服務(wù)的功能。DiffServ將IPv4協(xié)議中原有的服務(wù)類型字段和IPv6的通信量類字段定義為區(qū)分服務(wù)字段DS。路由器根據(jù)DS字段的值來轉(zhuǎn)發(fā)分組。利用DS字段可提供不同等級的服務(wù)質(zhì)量。DS字段現(xiàn)只使用前6bit，即區(qū)分服務(wù)碼點(diǎn)DSCP(DifferentiatedServicesCodePoint)