多媒体通信---第5章-多媒体通信的实时通信协议课件

1第第5 5章章 多媒体通信的实时通信协议多媒体通信的实时通信协议 5.1 5.1 概述概述 5.2 5.2 实时传输协议实时传输协议 5.3 5.3 实时传输控制协议实时传输控制协议 5.4 5.4 实时流协议实时流协议 5.5 5.5 资源预留协议资源预留协议25.1 5.1 概述概述InternetInternet原本并不是用于实时通信的，原本并不是用于实时通信的，由由于于TCP/IPTCP/IP协议不能确保实时通信所需要协议不能确保实时通信所需要的带宽，的带宽，传输延迟所造成的时间抖动将传输延迟所造成的时间抖动将使实时通信的质量严重下降。使实时通信的质量严重下降。另外，另外，TCPTCP协议负责数据的流量控制，协议负责数据的流量控制，保证传输的正确性，保证传输的正确性，具有数据重发功能，具有数据重发功能，这一点也不适合于实时通信。这一点也不适合于实时通信。3 概概 述述为了解决这个问题，为了解决这个问题，IETFIETF提出了多种实时通信提出了多种实时通信协议，协议，这里主要介绍这里主要介绍应用比较广泛的实时传应用比较广泛的实时传输协议（输协议（RTPRTP）、）、实时流协议（实时流协议（RTSPRTSP）和资源）和资源预留协议预留协议 （RSVPRSVP）。）。45.2 5.2 实时传输协议实时传输协议1.RTP和RTCPRTP是一种提供端对端传输服务的实时传输协议，用来支持在单目标广播和多目标广播网络服务中传输实时数据，而实时数据的传输则由RTCP协议来监视和控制。为了可靠、高效地传送实时数据，RTP和RTCP必须配合使用，通常，RTCP包的数量占所有传输量的5。52.RTP 2.RTP 的实现的实现 RTP RTP 封装了多媒体应用的封装了多媒体应用的数据块。由于数据块。由于 RTP RTP 向多向多媒体应用程序提供了服务媒体应用程序提供了服务（如时间戳和序号），因（如时间戳和序号），因此也可以将此也可以将 RTP RTP 看成是看成是在在 UDP UDP 之上的一个传输之上的一个传输层的子层。层的子层。传输层应用层IP数据链路层物理层RTPUDP6从应用开发人员的角度来看，可把从应用开发人员的角度来看，可把RTP执执行程序看成是应用程序的一部分，因为行程序看成是应用程序的一部分，因为开发人员必需把开发人员必需把RTP集成到应用程序中。集成到应用程序中。在发送端，开发人员必需把执行在发送端，开发人员必需把执行RTP协协议的程序写入到创建议的程序写入到创建RTP信息包的应用信息包的应用程序中，然后应用程序把程序中，然后应用程序把RTP信息包发信息包发送到送到UDP的套接接口的套接接口(socket interface)；同样，在接收端，同样，在接收端，RTP信息包通过信息包通过UDP套接接口输入到应用程序，因此开发人套接接口输入到应用程序，因此开发人员必需把执行员必需把执行RTP协议的程序写入到从协议的程序写入到从RTP信息包中抽出媒体数据的应用程序。信息包中抽出媒体数据的应用程序。7现以用现以用RTP传输声音为例来说明它的工作过程。传输声音为例来说明它的工作过程。假设音源的声音是假设音源的声音是64 kb/s的的PCM编码声音，编码声音，并假设应用程序取并假设应用程序取20毫秒的编码数据为一个数毫秒的编码数据为一个数据块据块(chunk)，即在一个数据块中有，即在一个数据块中有160个字节个字节的声音数据。应用程序需要为这块声音数据添的声音数据。应用程序需要为这块声音数据添加加RTP标题生成标题生成RTP信息包，这个标题包括声信息包，这个标题包括声音数据的类型、顺序号和时间戳。然后音数据的类型、顺序号和时间戳。然后RTP信信息包被送到息包被送到UDP套接接口，在那里再被封装在套接接口，在那里再被封装在UDP信息包中。在接收端，应用程序从套接接信息包中。在接收端，应用程序从套接接口处接收口处接收RTP信息包，并从信息包，并从RTP信息包中抽出信息包中抽出声音数据块，然后使用声音数据块，然后使用RTP信息包的标题域中信息包的标题域中的信息正确地译码和播放声音。的信息正确地译码和播放声音。83.RTP信息包标题域 RTP信息包的标题域的结构如下：Payload Type(有效载荷类型)Sequence Number(顺序号)Timestamp(时间戳)Synchronization Source Identifier(同步源标识符)Miscellaneous Fields(其他)9（1）有效载荷类型 RTP信息包中的有效载荷域(Payload Type Field)的长度为7位，因此RTP可支持128种不同的有效载荷类型。对于声音流，这个域用来指示声音使用的编码类型，例如PCM、自适应增量调制或线性预测编码等等。如果发送端在会话或者广播的中途决定改变编码方法，发送端可通过这个域来通知接收端。表16-01列出了目前RTP所能支持的声音有效载荷类型。10RTP所能支持的声音有效载荷类型 有效载荷号声音类型采样率(kHz)数据率(kb/s)0PCM mu-law8641101684.82G.7218323GSM8326DVI16647LPC82.49G.7228486414MPEG Audio90-15G.72881611RTP所能支持的视频有效载荷类型 有效载荷号电视格式26Motion JPEG28-31H.26132MPEG-1 video33MPEG-2 video12（2）顺序号 顺序号(Sequence Number Field)域的长度为16位。每发送一个RTP信息包顺序号就加1，接收端可以用它来检查信息包是否有丢失以及按顺序号处理信息包。例如，接收端的应用程序接收到一个RTP信息包流，这个RTP信息包在顺序号86和89之间有一个间隔，接收端就知道信息包87和88已经丢失，并且采取措施来处理丢失的数据。13（3）时间戳 时间戳(Timestamp)域的长度为32字节。它反映RTP数据信息包中第一个字节的采样时刻(时间)。接收端可以利用这个时间戳来去除由网络引起的信息包的抖动，并且在接收端为播放提供同步功能。14（4）同步源标识符 同步源标识符(Synchronization Source Identifier，SSRC)域的长度为32位。它用来标识RTP信息包流的起源，在RTP会话或者期间的每个信息包流都有一个清楚的SSRC。SSRC不是发送端的IP地址，而是在新的信息包流开始时源端随机分配的一个号码。155.3 实时传输控制协议（RTCP）RTCP通过在会话用户之间周期性地递交控制报文来完成监听服务质量和交换会话用户信息等功能。根据用户间的数据传输反馈信息，可以制定流量控制的策略，而会话用户信息的交互，可以制定会话控制的策略。RTCP将控制包周期发送给所有连接者，应用与数据报文相同的分布机制。底层协议提供数据与控制包的复用，如使用单独的UDP端口号。161.RTCP的功能（1）提供数据发布的质量反馈，这是RTCP最主要的功能。作为RTP的一部分，与其他传输协议的流和阻塞控制有关。反馈对自适应编码控制直接起作用。反馈功能由RTCP发送者和接收者报告执行。17 RTCP的功能（2）发送带有称作规范名字（CNAME）的RTP源持久传输层标识。如发现冲突，或程序重新启动，即使SSRC标识可改变，接收者也需要CNAME跟踪参加者，同时需要CNAME与相关RTP连接中给定的几个数据流联系。18 RTCP的功能（3）用于控制RTCP包数量的数量用语。前两种功能要求所有参加者发送RTCP包，因此，为了RTP扩展到大规模数量，速率必须受到控制。192.RTCP的报文（l）SR（Sender Report）：发送报告，当前活动发送者发送、接收统计。（2）RR（Receiver Report）：接收报告，非活动发送者接收统计。（3）SDES（Source Description）：源描述项，包括CNAME。（4）BYE（Goodbye）：表示结束。（5）APP（Application-defined）：特定应用函数。205.4 实时流协议RTSP 实时流协议RTSP是由RealNetworks和Netscape共同提出的，该协议定义了一对多应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据。RTSP在体系结构上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成数据传输。HTTP与RTSP相比，HTTP传送HTML，而RTP传送的是多媒体数据。HTTP请求由客户机发出，服务器作出响应；使用RTSP时，客户机和服务器都可以发出请求，即RTSP可以是双向的。211.RSTP的特点 可扩展性：新方法和参数很容易加入可扩展性：新方法和参数很容易加入RTSPRTSP。易解析：易解析：RTSPRTSP可由标准可由标准 HTTPHTTP或或MIMEMIME解吸器解析。解吸器解析。安全：安全：RTSPRTSP使用网页安全机制。使用网页安全机制。独立于传输：独立于传输：RTSPRTSP可使用不同数据报协议（可使用不同数据报协议（UDPUDP、RDPRDP等）。等）。多服务器支持：每个流可放在不同服务器上，用户端多服务器支持：每个流可放在不同服务器上，用户端自动同不同服务器建立几个并发控制连接，媒体同步自动同不同服务器建立几个并发控制连接，媒体同步在传输层执行。在传输层执行。记录设备控制：协议可控制记录和回放设备。记录设备控制：协议可控制记录和回放设备。流控与会议开始分离：仅要求会议初始化协议提供，流控与会议开始分离：仅要求会议初始化协议提供，或可用来创建唯一会议标识号。或可用来创建唯一会议标识号。221.RSTP的特点 适合专业应用：通过适合专业应用：通过SMPTE SMPTE 时标，时标，RTSPRTSP支持帧级精度，允支持帧级精度，允许远程数字编辑许远程数字编辑 演示描述中立：演示描述中立：协议没强加特殊演示或元文件，可传送协议没强加特殊演示或元文件，可传送所用格式类型；然而，演示描述至少必须包含一个所用格式类型；然而，演示描述至少必须包含一个RTSP RTSP URIURI。代理与防火墙友好：代理与防火墙友好：协议可由应用和传输层防火墙处理。协议可由应用和传输层防火墙处理。防火墙需要理解防火墙需要理解SETUPSETUP方法，为方法，为UDPUDP媒体流打开一个媒体流打开一个 缺口缺口。HTTPHTTP友好：此处，友好：此处，RTSPRTSP明智的采用明智的采用HTTPHTTP观念，使现在结观念，使现在结构都可重用。结构包括构都可重用。结构包括Internet Internet 内容选择平台内容选择平台PICSPICS）。）。适当的服务器控制：如用户启动一个流，他必须也可以停适当的服务器控制：如用户启动一个流，他必须也可以停止一个流。止一个流。传输协调；实际处理连续媒体流前，用户传输协调；实际处理连续媒体流前，用户 可协调传输方法。可协调传输方法。性能协调：如基本特征无效，必须有一些清理机制让用户性能协调：如基本特征无效，必须有一些清理机制让用户决定那种方法没生效。这允许用户提出适合的用户界面。决定那种方法没生效。这允许用户提出适合的用户界面。232.RSTP的操作模式 单播：以用户选择的端口号将媒体发送到RTSP请求源。组播（服务器选择地址）：媒体服务器选择组播地址和端口，这是现场直播或准点播常用的方式。组播（用户选择地址）：如服务器加入正在进行的组播会议，组播地址、端口和密匙由会议描述给出。245.5 5.5 资源预留协议资源预留协议 资源预留协议（RSVP）最初是IETF为QoS的综合服务模型定义的一个信令协议，用于在流（flow）所经路径上为该流进行资源预留，从而满足该流的QoS要求。资源预留的过程从应用程序流的源节点发送Path消息开始，该消息会沿着流所经路径传到流的目的节点，并沿途建立路径状态；目的节点收到该Path消息后，会向源节点回送Resv消息，沿途建立预留状态，如果源节点成功收到预期的Resv消息，则认为在整条路径上资源预留成功。25资源预留协议资源预留协议 RSVP 只在单方向上进行资源请求，因此，尽管相同的应用程序，同时可能既担当发送者也担当接受者，但 RSVP 对发送者与接受者在逻辑上是有区别的。RSVP 运行在 IPV4 或 IPV6 上层，占据协议栈中传输协议的空间。RSVP 不传输应用数据，但支持因特网控制协议，如 ICMP、IGMP 或者路由选择协议。正如路由选择和管理类协议的实施一样，RSVP 的运行也是在后台执行，而并非在数据转发路径上。26资源预留协议资源预留协议 RSVP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(raw)IP数据报发送，也可以使用UDP数据报发送。271.RSVP报文28RSVP报文格式 版本号：4位，说明RSVP协议的版本号，目前的版本号为1。标志：4位，目前尚未定义标志位。报文类型：8位，定义了7种报文：1=Path，2=Resv，3=PathErr，4=ResvErr，5=PathTear，6=ResvTear，7=ResvConf。报文检查和：16位，用于保证报文传输的正确性。报文生存期：8位，发送报文所使用的IP生存时间值。报文长度：16位，以字节表示的RSVP报文总长度。292.Path报文的处理 303.RSVP的工作机理31RSVP的工作机理 发送者在发送数据前首先发送Path报文与接收者建立一个传输路径，Path报文含有数据流标识符(ID)和其它控制信息。沿途的各个路由器都记录这个流标识符，并为它做好保留资源的准备。接收者收到Path报文后，则使用相同的流标识符回送一个Resv报文进行应答。Resv报文沿相同的路径传送给发送者，途经各个路由器时，对Path报文指定的QoS给予确认。以后，发送者和接收者之间通过这条路径传输数据流，沿途的各个路由器为该数据流保留资源，按所协商的QoS提供转发服务。