多媒體網絡應用與服務質量

第17多媒體網絡第17多媒體網絡應用與服務質量多媒體網絡技術是什么網上數據的交換方法關于packetswitching的中文術流媒體的傳輸方法邊流邊播—用Web多媒體網絡的典型應用IP電視IP影視IP遠程教育系統(tǒng)多媒體服務質量綜合服務(IntServ)2第17多媒體網絡應用第17多媒體網絡應用與服務質量多媒體網絡多媒體網絡技術多媒體網絡技術應用(multimedianetworking在網絡上的多媒體應用和數據通信應用的差別像要同步，因此對網絡的時延和帶寬要求很高后者則要把可靠性放在第一位，對網絡的時延和帶寬的3多媒體網絡技多媒體網絡技術是什么17.1.1網絡是什么多媒體網絡是什么多媒體網絡技術是什么417.1.1網絡17.1.1網絡是什么人與人之間或設備之間進行通信的系統(tǒng)；從計算機角度看，通過有線或無線傳輸媒體把計算機和相關設備連接在一起構成的通信系統(tǒng)。見圖17-1(1)因特網(Internet)：全世界的計算機網絡組成(2)公共電話交換網(PSTN)：由電話機、電話交517.1.1網絡是什么(3)家庭網絡(homenetwork)：17.1.1網絡是什么(3)家庭網絡(homenetwork)：在家中的多臺計(4)無線局域網(wirelessLAN，WLAN)：使用電磁波或其他技術收發(fā)數據的局域網，傳輸距移動即興網絡network)：某種目的但又無事先準備情況下構成的臨時線網絡，也稱自組網617.1.1網絡是什么蜂窩接入網絡17.1.1網絡是什么蜂窩接入網絡network)：線通信網絡，它把通信區(qū)域劃分成許多稱面通信線路或微波與交換機相連，可將終端用信717.1.1網絡是什么傳感器網絡17.1.1網絡是什么傳感器網絡network)：用于連接傳器和執(zhí)行器的低速工業(yè)網絡，沒有控制功能控制功能有8互連網絡系蜂窩接入網絡公眾電話網絡(移動即興網絡9互連網絡系蜂窩接入網絡公眾電話網絡(移動即興網絡9網關連接網關連接多個物理網絡的計算機，用于管理和選擇數據傳輸的路徑，實際上是指路由器。此處的網關用于連接傳統(tǒng)的電話網絡和現代的因特網多媒體網絡技多媒體網絡技術是什么17.1.1網絡是什么多媒體網絡是什么多媒體網絡技術是什么多媒體網多媒體網絡是什么“多媒體網絡”至今還未看到嚴格的定義，可定義為用傳輸媒體把計算機和相關設備連接在一起的高速計算機網絡，用于為用戶提供包括數據、聲音和影視在內的多媒體內容服務(1)“多媒體網絡是計算機網絡”，因為計算機網絡才有多媒體的存儲和互動功能，而傳統(tǒng)的(2)“多媒體網絡是高速計算機網絡”，因為只有高速的計算機網絡才能支持包括聲音和影視多媒體網絡多媒體網絡是什么多媒體網絡包括網絡操作系統(tǒng)(networkoperatingsystem)、傳輸媒體(如電纜和無線電)和網絡設備(如計算機、多媒體網絡可小到只包括幾臺計算機和其他設多媒體網絡技多媒體網絡技術是什么17.1.1網絡是什么多媒體網絡是什么多媒體網絡技術是什么多媒體網絡技術是什么定義：多媒體網絡技術是什么定義：網上實時傳輸多媒體數據的方法，以便不同用戶在不同設備上能夠共享圖像、聲音、影視等多媒體資源，以及進行“面對面”的交流。多媒體網絡技術多媒體網絡技術是什么(1)“多媒體數據(multimediadata)”指組合文字、圖像、聲音和視像的數據，尤指聲音和影視數據(2)“實時傳輸”可簡單理解為接收數據幾乎與發(fā)送數據同時完成，如現場實況廣播就屬于這種“集中體現在協(xié)議中（協(xié)議是為各種功能部件的行為制定的一系列規(guī)則和標準，以實現計算機間的互連和數據交換網上數據網上數據的交換方法數據的概念17.2.1線路交換17.2.2數據包交換17.2.3消息的類型17.2.4關于packetswitching的中文術語網上數據的交換方法數據的概念網上數據的交換方法數據的概念現有的通信網絡可分成兩類線路交換網絡(circuit-數據包交換網絡(packet-待可用資源。也稱數據網絡(datanetwork)網上數據網上數據的交換方法17.2.1線路交換17.2.2數據包交換17.2.3消息的類型線路交換線路交換(circuit在發(fā)送者和接收者之間交換信息之前通信線路需要建立物理連接的通信方法連接在交換中心實現；在連接期間，用戶占用典型應用是撥號電話網絡，見圖17-交換機是電話交換機或稱線路交換機，其主要傳輸線路相當于有N條，通過時分多路復用技術(TDM)或頻分多路復用技術(FDM)獲得(詳見第3線路交甲乙電話交換機電話交換機傳輸線甲乙線路交甲乙電話交換機電話交換機傳輸線甲乙圖17-2線路交換的概時分多路時分多路復用時分多路時分多路復用在同一條通信線路上劃分多個傳輸信道的技術。把時間分割成許多固定的幀(frame)，每一幀又劃分成固定數目的時間槽(timeslot)，見圖17-3(a)當用戶與用戶B進行通信時，系統(tǒng)為這對用戶指定一個時間槽，僅在這個時間槽里建立連接，每對用戶連續(xù)占用的資源只是一個時間槽的帶寬，這樣就可以使許多用戶共用一條傳輸線路頻分多路頻分多路復用頻分多路頻分多路復用在一條通信線路上使用不同頻段同時傳送多個獨立信號的技術，見圖17-3(b)，每個頻帶作為一個獨立的傳輸信道使用，因此一對傳輸線上也可同時有若干對用戶進行通信每對用戶連續(xù)占用資源的一個頻段。采用頻分多路復用技術的通信又稱為載波通信。電話網絡使用FDM時，每個鏈接使用4kHz帶寬。在調頻廣播中使用FDM共享微波頻譜網上數據網上數據的交換方法17.2.1線路交換17.2.2數據包交換17.2.3消息的類型1.數據包1.數據包數據包作為一個獨立的整體在網絡上傳輸的數據單元一塊應用數據通常被稱為消息(message)，如一個ASCII文件、Web頁面、聲音或影視文件。發(fā)送端把整個消息數據包包含用戶的數據和按照協(xié)議規(guī)定加入的“包頭(header)”datagram是packet的同義詞2.數據2.數據包交換(packet把數據包作為傳輸單元的傳輸技術，簡稱為“包交換”通過中間站點轉2.數據包2.數據包交換(packet不必同時到達目的地，到達目的地的次序也不送，接收端的計算機可正確重組成原始消使用數據包交換技術傳輸數據的網絡叫做數據包交換網絡(packetswitchingnetwork，PSN)，網絡(packet-switcheddatanetwork，PSDN)數據包交換的數據包交換的概念假設主機和正在向主機發(fā)送數據包，數據包和數據包B首先通過以太網鏈路傳送到路由器，然后把它們傳送到鏈路上。如果在這條鏈路上出現擁擠，數據包就在路由器中排隊待輸出到鏈路上圖17-4數據包交換的概30of3.數據包的延遲數3.數據包的延遲數據包從發(fā)送端傳輸到接收端將產生延遲，延遲時間包括傳輸延遲(transmissiondelay)，也稱“存儲轉發(fā)延遲(storeandforwarddelay)”交換設備必須接收到完整的數據包并經檢驗后，才能把數據包的第1位(bit)轉發(fā)到輸出鏈路上。從接收數據包的第1位到最后1位的時處理延遲數據包數據包的延遲排隊延遲(queuing傳播延遲(propagation4.消息4.消息交換(message在現代數據包交換網絡中，消息從一端傳送到另一端時，把一條消息分成標準大小的信息包，以提高路徑選擇和數據傳輸效率，接收端把接收到的數據包拆包之后重新拼接成原來的消息。如果發(fā)送端不把消息分成小的數據包，而是把整個原始消息發(fā)送到網絡，數據包交換就變成消息交換，這是數據包交換的一種特殊情況。4.消息4.消息交換(message消息交換與數據包交換相比，端與端之間的傳輸延遲要大得多消息交換的另一個缺點是處理錯誤的時間較長。例如，在消息交換中，當消息中僅有1位數據出錯時，整個消息都要重新發(fā)送，而在數據包交換中，當出現同樣錯誤時，只需重新傳送那個包含錯誤數據的數據包，因此傳送整個消息的時間要比傳送單個數據包的時間長得多網上數據網上數據的交換方法17.2.1線路交換17.2.2數據包交換17.2.3消息的類型消息的類1.單消息的類1.單目標廣播消息一個用戶(設備)發(fā)送到網絡上但只能由有名有姓的用戶(設備)接收的消息。為避免被人竊聽，要采取許多安全措施消息的類消息的類2.廣播消息(broadcast他的地消息的類3.多消息的類3.多目標廣播消息流媒體的流媒體的傳輸方法在網絡上傳送流媒體的方法主要有兩種1.使用標準的Web服務器，把聲音數據和電視2.使用單獨的流媒體服務器，把聲音數據和電流媒體的傳流媒體的傳輸方法流媒體與媒體流播先下載后播放—用Web服務器實現邊流邊播—用Web服務器實現邊流邊播—用流媒體服務器實現媒體播放器的主要功能流媒體與媒流媒體與媒體流播人們習慣了“廣播電視(broadcasttelevision)”和“電視廣播(televisionbroadcast)”的說法，因此用“流媒體”表示streamingmedia，而用“媒體流播”表示mediastreaming。最早推出多媒體流播技術的公司是美國的RealNetworks1995年8月推出聲音流播，1997年2月推出影視流播。其后推出多媒體流播的公司是微軟公司(1997年)和Apple公司(1998年)1.流媒1.流媒體是什么一邊發(fā)送一邊接收的多媒體，通常是指電視媒體和聲音媒體流媒體格流媒體格流媒體與廣播電視都要通過攝像、壓縮和編碼，最后生成媒體文件。但為適應帶寬不同的傳輸通道，最后的文件需用流媒體格式，如MPEG4標準格式，生成的文件擴展名為.mp4。流媒體文件可用其他專有格式，如RealNetworks：影視文件擴展名為.rm，聲音文件Apple：影視文件擴展名為Microsoft：ASF(AdvancedStreamingFormat)，文件2.媒體2.媒體流播(streaming)是什使多媒體數據能夠穩(wěn)定和連續(xù)傳輸的數據傳輸技術流媒體的流媒體的流播原理網絡的層次傳輸流媒體協(xié)議控制流媒體傳輸的協(xié)議流播系統(tǒng)示流播系統(tǒng)示意圖圖17-5流播系統(tǒng)示意流播過流播過流媒體從流媒體服務器流到網絡之前“層層打包流媒體在傳輸過程中流媒體通過網絡之后到達媒體播放器之前執(zhí)行IP、UDP和RTP協(xié)議的軟件負責層層拆4.IP是4.IP是關鍵協(xié)議IPInternetProtocol)稱為“網際協(xié)議”絡上的所有數據傳輸都要使用執(zhí)行IP協(xié)議軟件的任把來自TCP或UDP協(xié)議裝配的消息轉換成數據4.IP是關鍵協(xié)議4.IP是關鍵協(xié)議名稱不同含義相同network)”或“TCP/IP網絡(TCP/IPnetwork)”“互聯網(internet)”和“因特網(Internet)”都是行IP協(xié)議的網絡可以說：“IP“TCP/IP網絡”、“互聯網(internet)”和“因網(Internet)”是同義5.流播5.流播方式“推”和“拉”兩種方式推送(push)方式：將流媒體直接發(fā)送給接收者的傳輸方式，就像常規(guī)的電視頻道那樣，這種方式就是現場直播(livestreaming)”下拉pull)方式：接收者請求發(fā)送者將流媒體發(fā)送給自己的傳輸方式，就像我們到圖書館借書那樣，這種方式就是“點播(on-demand)”方式流媒體的傳流媒體的傳輸方法流媒體與媒體流播先下載后播放—用Web服務器實現邊流邊播—用Web服務器實現邊流邊播—用流媒體服務器實現媒體播放器的主要功能先下載后播放—用Web服先下載后播放—用Web服務器實現重要術語Web服務器：執(zhí)行HTTP協(xié)議的服務軟件，也HTTP服務器。HTTP是Web服務器和Web瀏覽器之間的通信協(xié)議。當Web瀏覽器向Web服務器發(fā)出請求時，Web服務器就向其提供HTML文檔和其他相關文件；最常用的Web服務器是和Microsoft的Internet信息服務（InternetInformationWeb服務機：安裝有Web服務器軟件的計算機包括硬件系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、Web網頁和其他應先下載后先下載后播放—用Web服務器實現客戶機獲取多媒體文件的最簡單方法把聲音或影視文件放到Web服務機上在Web服務機上創(chuàng)建包含媒體文件所在地址的網頁，媒體文件所在地址稱為“統(tǒng)一資源地址通過Web瀏覽器把媒體文件下載到先下載后播先下載后播放的多媒體播放過程示意圖先下載后播放的先下載后播放的多媒體播放工作過程Web瀏覽器通過激活網頁上含有URL地址的媒體文件(如animal.mpg)，向Web服務器發(fā)出傳送這個媒體文件的請求，這個請求被稱為“HTTP請求”Web服務器收到HTTP請求后，從存儲器中讀取媒體文件，然后向Web瀏覽器回送包含媒體文件的HTTP響應消息Wb瀏覽器檢查HTTP響應消息中的內容，調用相應的媒體播放器，并把媒體文件或在客戶機上存放媒體文件的地址消息送給媒體播放器，然后播放器開始播放先下載后播先下載后播放分方法雖簡單，但延遲時間長因為媒體播放器必須通過第三者——Web瀏覽器才能從Web服務器上得到媒體文件，而且需要把整個文件下載到客戶機后，才把它傳送給流媒體的傳流媒體的傳輸方法流媒體與媒體流播先下載后播放—用Web服務器實現邊流邊播—用Web服務器實現邊流邊播—用流媒體服務器實現媒體播放器的主要功能預先要做的事情預先要做的事情將聲音和影視數據壓縮成適合特定網絡帶寬的單個媒體文件(mediafile)，如適合使用28.8kbps調制解調器連網的媒體文件(2)將媒體文件和它的播放說明文件(presentationdescriptionfile)放到Web服務機上(3在Web服務機上創(chuàng)建包含媒體文件所在地址(URL)的網頁。這就要用到本書第四部分介紹的HTML和XML語言使用Web服務使用Web服務器的流媒體播放過程圖17-7使用Web使用Web服務器邊流邊使用Web服務器邊流邊播的工作過程1.通過激活Web網頁上含有URL地址的媒體文件，Web瀏覽器向Web服務器發(fā)出傳送這個媒體文件的HTTP請求2Web服務器收到HTTP請求后，向Web覽器回送HTTP響應消息。這個消息不包含聲音或影視媒體文件，但包含播放說明文件，其中含有媒體文件所在的實際地址使用Web服務器使用Web服務器邊流邊播的工作過程3.Web瀏覽器檢查HTTP響應消息中的內容類型，然后調用相應的媒體播放器，并把HTTP響應消息中的播放說明文件傳送給媒體播放器4媒體播放器向Web服務器發(fā)出傳送媒體文件的HTTP請求消息5Web服務器通過HTTP響應消息把媒體文件傳給媒體播放器，然后就邊流邊播使用Web服務使用Web服務器邊流邊播的分析雖無中間環(huán)節(jié)，但依然要用Web服務器流媒體的傳流媒體的傳輸方法流媒體與媒體流播先下載后播放—用Web服務器實現邊流邊播—用Web服務器實現邊流邊播—用流媒體服務器實現媒體播放器的主要功能邊流邊播—用流邊流邊播—用流媒體服務器實現開始幾個步驟與使用Web服務器的步驟類似，不同的是不把媒體文件放在安裝有Wb服務器的服務機上，而是放在安裝有流媒體服務器的服務機上，但包含媒體文件所在地址(URL)的網頁仍然要放到Wb服務機上流媒體服務器是用于傳輸聲音和影視文件的專用軟件，如RealSystemServersQuickTimeStreamingServer和Windows200XSever中的WindowsMediaServices附注Web服務器和流媒體服務器可放在同一服務機上。邊流邊播邊流邊播—用流媒體服務器實現媒體播放器接到Web瀏覽器的播放說明文件后，直接與流媒體服務器打交道，媒體播放器和流媒體服務器之間建立連接后就可邊流邊播邊流邊播—邊流邊播—用流媒體服務器實現圖17-8使用流媒體服務器的流媒體播放過流媒體的傳流媒體的傳輸方法流媒體與媒體流播先下載后播放—用Web服務器實現邊流邊播—用Web服務器實現邊流邊播—用流媒體服務器實現媒體播放器的主要功能媒體播放媒媒體播放媒體播放器player)是用于播放聲音、影視或動畫文件的軟件。媒體播放媒體播放器的主要功能解壓縮：幾乎所有聲音和視像都是經過壓縮去抖動：由于到達接收端的每個聲音和視像數據包的時延不固定，可用緩沖存儲技術延時后再播放媒體播放媒體播放器的主要功能錯誤處理：由于互聯網上路況難于預測，傳輸過程中可能丟失部分數據包，補救辦法是重傳用戶可控接口：用戶直接控制媒體播放器播放行為的實際接口。提供的控制功能包括音量大小、聲音或視像的暫停、快播、慢播、跳轉和重新開始等17.4多媒體網17.4多媒體網絡的典型應用在網絡上人們已經發(fā)明了許多非常富有創(chuàng)造性的和奇妙的應用，如萬維網、文件傳輸、電子郵件、網絡廣播、遠程訪問、遠程教學、遠程醫(yī)療、電視會議、因特網電話、網上聊天、即時通信、網絡游戲、音樂點播、影視點播等，這些僅僅是網絡應用中的冰山一角。這些應用都有一個共同點，就是按照IP協(xié)議規(guī)定的格式把多媒體數據“打包”后傳送。17.4多媒體17.4多媒體網絡的典型應用多媒體網絡應用的蓬勃發(fā)展歸功于兩種技術的匯聚17.4.1多媒體廣播多媒體廣播(multimedia17.4.1多媒體廣播多媒體廣播(multimediabroadcast)主要是指一個廣播源向多個用戶的廣播，稱為“多媒體多目標廣播(multimediamulticast)”許多人把它稱為“多媒體組播”。多媒體廣播是最流行的多媒體網絡應用之一，在每日新聞、影視播放、報刊發(fā)行和軟件銷售等與內容分發(fā)相關的應用中都有廣闊的應用前景多媒體廣播在概念上非常吸引人，IP多目標廣播技術(IPmulticasting)的研究、實驗和應用開發(fā)也有將近20年的歷程，但要達到實用還要付出巨大的努力把服務范圍縮小的應用開發(fā)已經取得很大成功，如電視會議、遠程教育系統(tǒng)、小范圍內的影視點播(VOD)和音樂點播(AOD)數字網絡數字網絡IP廣播系17.4.2IP電話IP電話telephony)是用IP17.4.2IP電話IP電話telephony)是用IP協(xié)議在數據包交換網絡上進的通話，就像人們在傳統(tǒng)的線路交換電話網絡上相互通話一樣可近距離通話可長途通話IP電話可提供的通話形式：(1)計算機與計算機之間;(2)計算機與電話機之間;(3)電話機與電話機之間IP電話需要將模擬聲音信號轉換成數字聲音信號，然后將它們封裝成數據包以便在IP網絡上傳輸在英語中，IP電話是技術性較強的術語，而它的同義詞VoIP(VoiceoverInternetProtocol)和Internettelephony是服務性較強的術語IP電話IP電話17.4.3IP電17.4.3IP電視會議IP電視會議(IPvideo模擬電視和數字電視會議和聲音信號來實17.4.3IP電17.4.3IP電視會議(續(xù)國際電信聯盟(ITU)曾經為電視會議制定了許多標準，分成三種類型的電視會議系統(tǒng)20世紀90年代開發(fā)的電視會議采用H.320標準，定義了在綜合業(yè)務數字網(ISDN)上，在56kbps傳輸率的通信信在局域網上的桌面電視會議，采用H.323標準，它是使用H.324標準IP電視會IP電視會議(續(xù)IP電視會IP電視會議(續(xù)17.4.4IP電視17.4.4IP電視使用IP協(xié)議在數據包交換網絡上傳輸的電提供兩種服務方式廣播方式：使用IP多目標廣播技術向用戶傳輸實況點播方式：也稱VoD方式，使用與unicasting類似的技術向用戶傳使用MPEG-1，-2，-4或其他視像數據壓縮技可向使用調制解調器、通過有線電視網或局域網接入因特網的用戶，提供包括IP電視在內的多種服務用戶在家中用計算機或機頂盒把普通電視機連接到寬帶網絡，就可觀看影視節(jié)目IP電視IP電視17.4.5IP影17.4.5IP影視點播IP影視點播(videoon點播內VoD的播放控制和操作方影視時，VoD系統(tǒng)就把影視節(jié)目傳送給用戶的接收和顯示裝置，用VoD也稱交互電視(interactivetelevision)IP影視點IP影視點17.4.6IP聲17.4.6IP聲音點播IP聲音點播(audioon使用IP協(xié)議在數據包交換網絡上提供的語音服點播內邊下載邊播交互功如播放、暫停、快進、快退、重新開始和跳轉IP聲音點IP聲音點17.4.7IP遠17.4.7IP遠程教育系統(tǒng)遠程教育(distanceeducation)或遠程學習(distance遠程教育技術已經歷好幾代IP遠程教IP遠程教育系統(tǒng)(續(xù)當代的遠程教育當代的遠程教育系統(tǒng)育(IPdistanceeducation)”和“IP遠程學習(IPdistance綜合使用IP電視、IP電視會議、IP電話、IP影視點播IP聲音點播提供的服務，尤其是IPIP遠程教IP遠程教育系統(tǒng)多媒體服務質量多媒體服務質量網絡為多媒體應用提供的服務質量主要體現在包括時延、抖動、丟包率和吞吐量在內的參數上。如果網上資源是無限的，那么時延、抖動和丟包率不會成問題，帶寬貪婪的單靠增加網絡資源和數據壓縮技術來保障和提高服務質量也有限度，這就需要有一套好的資源控制方法，使這些不可預測的網絡傳輸參數變成在某種程度上可預測的傳輸參比較成熟的多媒體服務質量保障技術是IETF推薦的兩種方綜合服務(IntServ)和區(qū)分服務(DffServ)。區(qū)分服務優(yōu)于綜合服務，故它已開始取代綜合服務服務質量的概念服務質量的概念服務質量(qualityofQoS的兩種QoS的兩種解釋1從服務角度來看參照ITU推薦標準X.902，QoS是指媒體應用(如IP電話)對網絡的交通管理和傳輸性能提出的需交通管理主要體現在管理軟件上，傳輸性能主不同的應用對服務質量有不同的要求，需要不QoS的兩QoS的兩種解釋2從技術角度來看能夠保障要求的服務稱為保障服務(guaranteedservice)，不能保障但可預測的服務稱為預測服務(predictableservice)，不能完全保障但可達到部分要求的服務稱為“盡力服務(besteffort17.5.2服務質量的衡量雖17.5.2服務質量的衡量雖然對QoS有不同的解釋和要求，但衡量QoS的參數卻是大同小異服務質量服務質量的衡量參數主要是網絡的5個傳輸特性參數1）時延1）時延之間消息的往返時間，也就是從發(fā)送者開始發(fā)消息到收到第一個反饋消息之間的時(2)從技術角度來看：時延是指通過給定路徑把數時延也稱為等待時間2)抖動2)抖動3)丟包率3)丟包率(packetloss4)吞吐率4)吞吐率(throughput)/帶寬吞吐率和帶寬是吞吐率和帶寬是兩個不同的概念吞吐率1)在數據通信中的定義：在給定的時間周期里，傳輸系統(tǒng)實際傳輸的數據量，單位為bps，kbps.Mbps,Gbps；(2)在計算機中的定義：每秒鐘執(zhí)行的指令條數、帶寬:通信通道傳送信號的頻率范圍，用于衡量線路的數最高頻率和最低頻率之差來衡量，用赫茲(Hz)度量；(2)在網絡的帶寬，而不是吞吐率，如ISP為你提供的網絡帶寬是10/100Mbps，或者下行是512kbps而上行是256/128kbps5)服務可5)服務可用性(service各種應用所要求的服務質量應可靠時抖吞吐率/帶寬IP電視會議低小小高IP電話低小小低IP電視低-各種應用所要求的服務質量應可靠時抖吞吐率/帶寬IP電視會議低小小高IP電話低小小低IP電視低-小高影視點播低-小高音樂點播低-小中Web訪問高中-中文件傳輸高--中電子郵件高--低多媒體的服務多媒體的服務質量多媒體服務質量QoS)主要體現在網絡為聲音應用提供的服務質量在很大程度上取決于聲音通過網絡產生的時延1.ITU-T的對話1.ITU-T的對話時延要求聲音在多媒體網絡應用中的核心問題是傳輸時延。ITU-T標準G.114(One-wayTransmissionTime，E-model，文章“AssessingVoIPCallQualityUsingtheE-model”(/library/)對ITU-T的對話時延要求ITU-T為對話應用提出了單向傳輸時延的具體數值，ITU-T的對話時延要求ITU-T為對話應用提出了單向傳輸時延的具體數值，見圖17-9，其要點如下：可以接受的對話質量：時延<150可以容忍的對話質量：時延<400不可接受的對話質量：時延>400ms這是感知模型，可作為應用設計和質量評估的依用戶很滿意用戶滿意一些用戶不滿意許多用戶不滿意幾乎都不滿意時延圖17-9傳輸時延與E-Model的質量等105ofE-Model等級聲音應用聲音應用的服務質量要求不同應用場合對時延有不同要求，對抖動、丟包率和吞吐率也有不同程度的要求。按互動頻繁程度可將時延要求分成三類聲音應用的服務聲音應用的服務質量要求現場交互應用(liveinteractive交互應用(interactive非實時交互應用(non-視像應用的服務質量要求視像應用的服務質量要求除了對時延、抖動和丟包率有要求外，視像應用對網絡的吞吐率或帶寬有特定的要求，這是因為人對視像的分辨率有最低的要求視像分辨率包括空間分辨率(spatialresolution)：組成一幅圖像的像素數目，通常用水平方向上的像素數每行×垂直方向上的行時間分辨率resolution)視覺系統(tǒng)區(qū)分圖像或運動物體的清晰程度，以每秒幀(fps)圖17-10表示普通人能夠接受的最低分辨率視像應用的服務質量要求最低圖像分最高圖像分最高最低視像應用的服務質量要求最低圖像分最高圖像分最高最低08064080圖像分辨率(像素圖17-10普通人對視像分辨率的要(引自RalfSteinmetz，ResourcesandQualityofService,www.kom.tu-darmstadt.de/mm-book)幀速率分辨率可接多媒體服務質量參考值為對多媒體服務質量中的時延、抖動、丟包率和吞吐率有一個定量的概念,請看表17-2。對不同的應用(如實況轉播和互動游戲)多媒體服務質量參考值為對多媒體服務質量中的時延、抖動、丟包率和吞吐率有一個定量的概念,請看表17-2。對不同的應用(如實況轉播和互動游戲)，服務質量的參考值可在此基礎上做修改表17-2視聽應用的服務質量參數(參考值110of4～324～323030提高服務提高服務質量的技術由于在網絡上開發(fā)的多媒體應用越來越多，依靠單項技術來提高服務質量是有限的，需要綜合各種技術來提高服務質量，現選擇幾種技術做簡單介紹1.超量配2.緩沖存3.交通整4.調度技1.超量1.超量配置超量配置(over-provisioning)：提供的網絡帶寬、路由器和緩存空間等資源比實際需要還多的技術，使數據包能夠毫無障礙地從源端到達接收端舉例：超高速網絡舉例：超高速網絡我們曾經暢想1bps超高速網絡對我們意味云計算，脫離本地存儲，在線高甚至讓人脊背發(fā)涼的在后臺快速交換數據的實驗室中甚至已經出現了101Tbps的恐怖速度約需要半分鐘，而使用超高速Internet2可只需幾秒2.緩沖2.緩沖存儲緩沖存儲(buffering)：維持數據包傳輸速率的有效方法，轉發(fā)設備將接收到的數據包先存放在存儲器中，適當延遲后再轉發(fā)出去3.交通整形3.交通整形如果數據包到達接口的速率超過它轉發(fā)數據包的速率，就會出現網絡擁擠(congestion)。擁擠是數據通信網絡上的交通超過它本身容3.交通3.交通整形在數據包傳輸過程中，為降低因網絡擁擠而造成的服務質量下降，行之有效的一種技術是“交通整形(trafficshaping)”。漏桶算技術，如漏桶算法(leaky輸入數據包流bucketalgorithm)和漏桶算技術，如漏桶算法(leaky輸入數據包流bucketalgorithm)和標記漏桶算法(tokenbucket輸出數據包流圖17-11漏桶算法118of4.調度技術管理數據包流通過網絡設備的方法。現僅對幾種算法作簡單介紹，目的是對數據流的管理有個概念。循環(huán)調度法(round-robinscheduling)4.調度技術管理數據包流通過網絡設備的方法。現僅對幾種算法作簡單介紹，目的是對數據流的管理有個概念。循環(huán)調度法(round-robinscheduling)：在支持循環(huán)調度法的多路復公平排隊法(fairqueuingalgorithm)：20世紀80年代開始使用的管合理加權排隊法(weightedfairqueuing,WFQ)：這是在公平排隊算17.5.5綜合17.5.5綜合服務(IntServ)保障法綜合服務(Integrated保障方法，定義在RFC1633文件中；用于綜合服務的傳輸信令(signaling)是1997年發(fā)布的資源保留協(xié)議(ResourceReservationProtocol，RSVP)，定義在RFC2205文件中；RSVP也可用作其他類綜合服務的綜合服務的結構和工作原理圖17-12綜合服務的結構和工作原綜合服務的綜合服務的結構和工作原理假設主機A要向主機B傳送有QoS要求的數據，數據從主機A發(fā)出，途經邊緣路由器A、核心路由器和邊緣路由器B到達主機B核心路由器(corerouter)：兩個路由器之間傳送數據的邊緣路由器(edgerouter)：將客戶機連接到互聯網的路綜合服務的工作過程綜合服務的工作過程PATHTear消息，告訴沿途的設備釋放資源綜合服務綜合服務分綜合服務是以每個數據包流為對象的QoS保障方法，稱為基于流(flow-based)的QoS保障方法，它要為數據包流預先建立保留資源的傳輸通道綜合服務的確可以起到QoS保障作用，但這種保障機制的額外開銷大，可擴展性差。因此IEFT又開發(fā)了比較簡單的“區(qū)分服務”保障方法17.5.6區(qū)分服務17.5.6區(qū)分服務(DiffServ)保障法1.區(qū)分服務是什么區(qū)分服務(differentiatedservice，DS)或簡寫為障方法，RFC2475文件首次介紹了區(qū)分服務的基本工作流程：根據服務等級協(xié)議(ServiceLevelAgreement，SLA)，發(fā)送主機對數據包進區(qū)分服務與綜合區(qū)分服務與綜合服務相比區(qū)分服務是基于數據包分類(class-based)的交通管理方法即按照不同類型的數據包提供不同等級的服務；綜合服務是基于媒體流(flow-based)的交通管理方法，即按特定數據包流來保障服務質量區(qū)分服務是粗粒度的(coarse-grained)交通管理方法，實現服務質量保障比較簡單，使用該方法時需定義一定數量的服務類型，根據服務類型使用排隊技術可實現；綜合服務是精細的(fine-grained)交通管理方法，實現質量保障比較2.服務類型的標記服務類型使用段行為2.服務類型的標記服務類型使用段行為(per-hopbehavior，PHB，一般翻譯為逐跳行為)定義段(hop)：路由段，通常是指兩個路由器之間的鏈路。行為(behavior)：轉發(fā)數據包的行為，包括對數據包的段行為(PHB)根據服務等級協(xié)議(SLA)進行設置。不2.服務類型的標記段行為(PBH)使用稱為“區(qū)分服務碼點(DScodepoint，DSCP)”的6位代碼表示Service,ToS)字節(jié)，2.服務類型的標記段行為(PBH)使用稱為“區(qū)分服務碼點(DScodepoint，DSCP)”的6位代碼表示Service,ToS)字節(jié)，如圖17-13所示圖17-13(b)所示的區(qū)分服務碼點(DSCP)域是使用圖17-13(a)所示的3位優(yōu)先(precedence)位和4位服務類型(ToS)在區(qū)分服務(DS)域中，原IPv4的前3位(precedence)被稱為類型選擇器碼點(classselectorcodepoints)域，服務類型(ToS)的名稱和含110234567位0234567位優(yōu)服務類(TypeofTOS字區(qū)分服務碼點(DiffServCodePointDS類型選擇器碼DTR(時延-吞吐率-可靠性)為目前不RFCRFC區(qū)分服務碼點(DSCP)RFC(a)原IPv4ToS字(b)區(qū)分服務碼點圖17-13區(qū)分服務碼點(DSCP)域的結3.服務類型的分類段行3.服務類型的分類段行為(PHB)使用6位區(qū)分服務碼點(DSCP)表示IETF已經定義的段行為(PBH)有如下4默認型PHB(定義在RFC2474中急轉(expeditedforwarding,EF)型PBH(定義在RFC3246中3.服務類型的分類急轉型的交通可以這樣理解假設網絡只提供常規(guī)和急轉兩個等級3.服務類型的分類急轉型的交通可以這樣理解假設網絡只提供常規(guī)和急轉兩個等級(3)保障轉發(fā)型(assuredforwarding,AF)(LowDrop)、中(MedDrop)和高(HighDrop)。因此服務質量等級3.服務類型的分類在表17-3Class#1使用的資源較多級別就較Class#2使用的資3.服務類型的分類在表17-3Class#1使用的資源較多級別就較Class#2使用的資源較少級別就較在Class1中，AF11的丟包概率低，表示它的級別比表17-3區(qū)分服務保障轉發(fā)碼點ClassClassClassClassLowDropMedDropHighDrop3.服務類型的分類保障轉發(fā)數據包的過程見圖17-14使用分類3.服務類型的分類保障轉發(fā)數據包的過程見圖17-14使用分類器(classifier)將數據包分到4個等級中的一整形器用于“交通整形(trafficshaping)”，目的是將速刪除器用于“交通維持(trafficpolicing)”，檢查數據包3.服務類型的分類邊緣路1234輸出4圖17-14保障轉發(fā)的執(zhí)行過級排隊3.服務類型的分類邊緣路1234輸出4圖17-14保障轉發(fā)的執(zhí)行過級排隊數(4)類選擇器(ClassSelector)PHB(定義在RFC2474中Class#1，…，Class#4。如果收到來自不支持區(qū)分服務的路由器4.區(qū)分服務的結構區(qū)分服務的4.區(qū)分服務的結構區(qū)分服務的目標是為服務質量提供某種程度的預測和控制區(qū)分服務的基本思想是把復雜的服務類型的“區(qū)分”工作交給網絡的邊緣設備，而核心路由器基本上就是轉發(fā)各種服務類型的數據包。根據這種設計思想，區(qū)分服務在邊緣4.區(qū)分服務的結構區(qū)分服務的工作過程歸納如下4.區(qū)分服務的結構區(qū)分服務的工作過程歸納如下類型(ToS/DS(Type-of-Service/DifferentiatedService))，使用分類器(classifier)對輸入數據包進行分類數據包進行標記(6位DSCP)，使用等級度量器和交通整形器/刪除器(shaper/dropper)對交通進行整形和調整在邊緣路由器上排隊后，最終生成符合服務質量等級要求的數據包流在核心網絡(corenetwork)中，網絡設備按照用碼點標識的“段行為(PHB)”轉發(fā)數據包區(qū)分服務在區(qū)分服務在邊緣路由器上的概念模型圖17-15區(qū)分服務在邊緣路由器上的概念模第17多媒體網絡應用與服務質量——參考文獻參考文獻和站點ShyamChakraborty,第17多媒體網絡應用與服務質量——參考文獻參考文獻和站點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，FocalJamesF.KuroseandKeithW.Ros,ComputerNetworking:ATop-DownApproachFeaturingtheInternet,SecondEdition,20043GPP第17多媒體網絡應用與第17多媒體網絡應用與服務質量——參考文獻(續(xù)RFC1193,Clientrequirementsforreal-timecommunicationservices.D.Ferrari.November1990(Status:INFORMATIONAL)RFC1633,IntegratedServicesintheInternetArchitecture:anOv