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,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十章基于,Internet,的多媒体技术,概念与问题,IP,组播,IP QoS,保障机制,IP,多媒体网络的相关问题,10.1 概念与问题,Internet,网起源于1969年美国国防部高级研究计划署研制的,ARPANET,网,;,1975年,ARPANET,从实验网络变成可运行的网络;,1983年,TCP/IP,成为,ARPANET,标准通信协议,并在,UNIX,实现,;,1985,年,美国,NSF,采用,TCP/IP,组建新的,Internet,骨干网即,NSFNET,来连接当时的6个超级计算中心和高校与科研机构;,1987年,NSFNET,实现,采用,T1,线路(1.54,Mbps);,1989,年,ARPANET,退役,NSFNET,对公众开放,成为,Internet,最重要的通信骨干网络,;,1991年,采用,T3,线路(45,Mbps)；,1995,年,NSF,宣布与,MCI,合作建设高速数据通道计划,提供155,Mbps,的主干网络服务,取代原来的,NSFNET,Internet,网开始大规模商业应用。,到2001年,高速通信网络将150多个国家3000多万台计算机连入,Internet,几亿用户每天在使用,Internet,网提供的服务。,目前,Internet,主要业务仍是正文和静态图象方式发布信息、传递电子邮件以实现通信和资源共享,以,IP,电话、音乐点播、视频点播、实时视频广播等多媒体业务在,Internet,网业务中逐渐上升,并将成为其主要的业务。,Internet,网由许多子网连接在一起,通信协议,TCP/IP,协议。,TCP/IP,是一个协议组,主要包括,TCP、UDP,和,IP,其制定的是传输层和网络层的标准。其中：,(1)TCP,称为传输控制协议,其作用是保证命令或数据能正确无误地到达目的地。,TCP,是可靠的,;,(2),UDP,称为用户数据报协议,它和,TCP,一样都是传输层协议。与,TCP,不同,它是不可靠的,不对发出的报文进行跟踪,也就不能保证每个,UDP,报文达到目的地址。但由于它减少了网络开销,因此效率很高,;,(3),IP,称为互联网协议,它位于,TCP,的下一层,负责完成互联网中包的路由选择,并跟踪这些包到达不同目的端的路径。,IP,还要对一些可能出现的情形,如不同传输介质间的不一致性等进行处理。,现场声音和视频广播 这类似于普通的无线电和电视广播，不同的是传输网络为,Internet,网。,目前产品如,RealNetworks Broadcasters;,声音点播 客户在任何时间任何地点从声音点播服务器读声音文件。许多产品也为用户提供交互功能。,典型产品,RealNetworks RealPlayer,和,VocalTec,的,Internet Wave;,视频点播,这是一类典型的交互式多媒体服务系统。视频点播系统一般运行在宽带网中。,目前已有很多运行于,Internet,网上的视频点播产品,;,IP,电话,是在,IP,网络上进行呼叫和通话,这种应用支持人们在,Internet,网上进行通话。目前,IP,电话价格便宜,但质量较差。,Internet,网上的典型多媒体应用,分组实时视频会议,这类应用系统与,IP,电话类似，但可传输视频图象并允许多人参加。目前已有许多此类产品。,从多媒体信息传输来讲,Internet,提供两种类型的服务：,(1)可靠的面向连接服务,用,TCP,协议,对信息包时延要求不高,;,(2)不可靠的无连接服务,使用,UDP,协议,不保证不丢包也不保证时延满足需求。,Internet,网现在对多媒体包的传送中,各包平等,无优先之分,是尽力传输机制，难以保证多媒体实时应用的需求。,目前应该解决问题：提高网络带宽,减少时延,;,减少抖动。,解决问题的思路一般从2个方面考虑：,(1)扩大链路带宽 费用太大,且易被多媒体业务吃掉,;,(2)改进,Internet,协议 采用这种方法对网络系统做较大的变更,对多媒体应用保证端对端带宽,如对,IP,电话途中每个链路预留带宽。,10.2,IP,组播,10.2.1 基本概念,IP,地址分5类：,(1)A,类、,B,类、,C,类是基本的因特网地址；,(2)D,类(224.0.0.0-239.255.255.255)用于组播的地址;,(3)E,类是保留地址。,发送端和接收端及其之间的网络设施都必须具备多播功能。,对本地的,IP,组播,主机节点所需要的环境是,:,TCP/IP,协议栈中可支持,IP,组播；,软件支持,Internet,组管理协议(,IGMP),这样就可以申请参加组播组和接收组播；,要有,IP,组播应用软件。,10.2.2 组播路由选择算法,目标建立一个组播树使组播包传送到目标站点。,1.泛洪法,(Flooding),当路由器收到一个组播包时它首先会检查是否是第一次收到此包,若是把该包转发给所有相连节点;否则简单地丢弃该包。利用这种方式我们可保证所有互连的路由器会至少接到包的一个拷贝。,该算法已经用在,OSPF,协议中。,简单,但效率不高。,2.支撑树(,Spanning Tree),算法,。,这个算法已被,IEEE-820 MAC,采用,它有效且容易实现。,该算法利用求图的最优支撑树算法,选择一个互连链路的集合组成一个树结构使任何两个路由器之间只有一条路径。因为树连接了网中所有节点,所以被称为支撑树。,支撑树算法的缺点是:它把所有流量集中在一个小的链路集合,且没有考虑组成员特点。,3.反向路径广播（,Reverse Path Broadcasting,RPB）,该方法不是建立一个全网络的支撑树,而是为每个源节点构造一个隐含的支撑树。,4.,修剪的反向路径广播,(,Truncated Reverse Path Broadcasting,TRPB),算法克服了,RPB,算法的局限性。我们知道通过使用,IGMP,协议,路由器可决定一个已知的组播组的成员是否在该路由器子网中。如果这个子网是一个叶子子网(不存在连到它的任何其它路由器),该路由器将从支撑树中剪除。这个过程一直到多余的分支被剪除掉为止。,5.,Steiner,树,在,RPB,和,TRPB,算法中,源节点和每个目的节点的,最短路径,被用来传输组播包,保证组播包尽可能快地传递,。,然而,它们没有,最小化网络资源,的使用。,利用,Steiner,树可以为构造传输树最优地使用链路的数目。,Steiner,树是不稳定的。,6,.基于核心树的组播,(,Core-Based Tree,CBT),C,BT,为,每个组建立单一的传输树,。,一个路由器或一组路由器被选做传输树的核心,。,所有到指定组的信息被作为单播信息向核心路由器转发直到它们到达属于相应传输树的某个路由器。然后,信息包被转发到除了进入接口之外属于传输树的所有接口。,上述几种算法被用来开发组播路由选择协议。,10.2.3 组播路由选择协议,距离矢量组播路由协议,(,DVMRP),最初是在,IETF RFC1075,中定义,它已广泛用在,MBone,网络上。其早期版本中基于,TRPB,算法构造传输树。后来被使用加强,TRPB,算法(称为反向路径组播算法,RPM),来改进。,组播开放最短路径路由优先协议,(,OSPF)OSPF,在,RFC1583,中定义。,MOSPF,建立在,OSPF,的基础上,它沿最低成本路径传递信息,而最低成本则使用链路状态来衡量。,协议独立的组播路由协议,由,IETF IDMR,工作组开发的。,IDMR,计划开发一系列组播路由协议,能提供可伸缩的,Internet,范围的组播路由选择。,PIM,采用2种协议,即,PIM-DM(Dense Mode),和,PIM-SM(Sparse Mode),它们分别在组成员密集分布和稀疏分布时更有效。,DM,类似于,DVMRP,也使用,RPM,算法来构造传输树,.SM,基于,CBT,方法。,10.,3,流媒体技术,所谓流媒体是指采用流式传输的方式在网络上传输的媒体格式。,流媒体在播放前并不下载整个文件，只将开始部分内容存入内存，流媒体的数据流随时传送随时播放,10.3.1,流式传输协议,(1),实时传输协议,RTP,提供实时信息和实现流同步。,RTP,通常使用,UDP,不能提供可靠的传送机制，也不提供流量控制或拥塞控制，它依靠,RTCP,提供这些服务。,(2),实时传输控制协议,RTCP,RTCP,和,RTP,一起提供流量控制和拥塞控制服务,它们能以有效反馈和最小开销使传输效率最佳化,特别适合实时数据。,(3),实时流协议,RTSP,RTSP,位于,RTP,和,RTCP,之上，它使用,TCP,或,RTP,完成数据传输。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。,10.3.2,流媒体的传输过程,流媒体的传输过程主要分下述几个步骤。,(1),预处理,主要采用先进高效的压缩算法，将多媒体信息进行压缩。,(2),缓存,流式传输的实现需要缓存。来弥补延迟和抖动的影响，并保证数据包的顺序正确，使媒体数据能连续输出。,(3),传输,用户选择流媒体服务后，,Web,浏览器与服务器间使用,HTTP/TCP,交换控制信息，以便把需要传输的实时数据从原始信息中检索出来,;,然后客户机上浏览器启动客户程序,.,客户程序及服务器运行实时流协议,RTSP,提供操纵播放、快进、快倒、暂停及录制等命令的方法。服务器使用,RTP/UDP,协议将数据传输给客户程序播放输出。,10.3.3,流媒体系统的主要解决方案,Real System,。由,Real Producer,、,Real Server,、客户端软件组成。其流媒体文件包括,Real Audio(RA),、,Real,Video(RM,),、,Real Presentation,和,Real Flash,四类文件。采用,SureStream,技术，自动地并持续地调整数据流量以适应各种不同网络带宽需求，客户端可通过,Real Player,实现音频、视频和三维动画回放。,Windows Media Technology,。,Microsoft,方案,其核心,ASF,是一种包含音频、视频、图像以及控制命令、脚本等在内数据格式，通过分成网络数据包传输，实现流式多媒体内容发布,.,由,Media Tools,、,Media Server,和,Media Player,工具构成,QuickTime,。,Apple,发布,.,几乎支持所有格式的静态图像文件、视频和动画格式，具有内置,Web,浏览器插件技术,支持,IETF,流标准以及,RTP,、,RTSP,、,SDP,、,FTP,和,HTTP,等网络协议。,10.,4 IP QoS,保障机制,10.4.1 QoS,路由选择,选择一条符合,QoS,需求的路由。,常用,QoS,参数,:,带宽、时延、错误率、费用等,多播,QoS,路由选择(单播是其特例),路径,P(u,v)=,(,u,i,j,.,k,v,),三类约束,:,(1)可加的树约束,m(u,v)=m(u,i)+m(i,j)+.+m(k,v),(,端到端的时延,),(2),可乘的树约束,m(u,v)=m(u,i)*m(i,j)*.*m(k,v),(,错误率),(3),凸约束,m(u,v)=min,m(u,i),m(i,j),.,m(k,v),(,带宽),针对单个约束的多播,QoS,路由选择可以用图论的算法解决。,基本算法,:,(1)Dijkstra,最短路径算法,;,(2)最小支撑树算法,;,(3)Steiner,树最小化多播树总的网络费用,.,Internet,一种有效的,QoS,保障机制是为应用预留网络资源(主要指网络带宽),其核心是一个资源预留协议,RSVP,它定义在,IETF RFC2205,中。,RSVP,允许应用程序为它们数据流保留带宽。主机根据数据流的特性使用这个协议向网络请求保留一个特定量的带
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