计算机网络与通信课件(8-音视频).ppt

1、1第 8 章 因特网上的音频/视频服务 音视频存储 音视频传输 服务质量保证（QoS）2多媒体信息的特点 信息量很大（字节数）在传输时，对时延和时延抖动均有较高的要求 往往是实时数据(real time data)（在发送实时数据的同时，在接收端边接收边播放）3 接收端需设置缓存 播放时延 解决延迟抖动的措施 tT缓存（队列）恒定速率t非恒定速率有可能发生分组丢失4需要解决的问题 延迟、延迟抖动的控制 丢失的控制 分组排序5音频/视频服务分类 流式(streaming)存储音频/视频 边下载边播放。流式实况音频/视频 边录制边发送。交互式音频/视频实时交互式通信。68.2 流式存储音频/视频

2、传统的下载文件方法 万维网服务器客户机服务器媒体播放器 GET:音频/视频文件 RESPONSE 音频/视频文件浏览器78.2.1 具有元文件的万维网服务器 元文件就是一种非常小的文件，它描述或指明其他文件的一些重要信息。万维网服务器客户机服务器媒体播放器 元文件浏览器 GET:元文件 RESPONSEGET:音频/视频文件 RESPONSE88.2.2 媒体服务器 媒体服务器（也称为流式服务器streaming server)：支持流式音频和视频的传送的服务器 媒体播放器不是向万维网服务器而是向媒体服务器请求音频/视频文件 媒体服务器和媒体播放器之间UDP、RTP等协议进行交互9使用媒体服务

3、器 万维网服务器媒体播放器 元文件浏览器 GET:元文件 RESPONSEGET:音频/视频文件 RESPONSE媒体服务器客户机服务器108.2.3 实时流式协议 RTSP(Real-Time Streaming Protocol)RTSP 是一个多媒体播放控制协议，可暂停/继续、后退、前进等“因特网录像机遥控协议”。要有专门的媒体播放器(media player)和媒体服务器(media server)。11万维网服务器客户机服务器媒体播放器 元文件浏览器媒体服务器 GET:元文件 RESPONSESETUP RESPONSEPLAY RESPONSE RESPONSE TEARDOWN

4、8.2.3 实时流式协议 RTSP128.3 交互式音频/视频 8.3.1 IP 电话概述 狭义的 IP 电话：在 IP 网络上打电话 广义的 IP 电话：在IP网络上进行交互式多媒体实时通信（包括话音、视像等），包括IM(Instant Messaging)。13IP 电话网关的几种连接方法 分组交换电路交换电路交换 因特网PC 到 PC公用电话网IP 电话网关 因特网PC 到固定电话机公用电话网IP 电话 网关公用电话网IP 电话 网关因特网固定电话机到固定电话机14低速率话音编码的标准(1)G.729速率为 8 kb/s 的共轭结构代数码激励线性预测声码器 CS-ACELP(Conjug

5、ate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear Prediction)。(2)G.723.1速率为 5.3/6.3 kb/s 的为多媒体通信用的低速率声码器。15D播放时延有一个最佳值 分组丢失率端到端时延20%10%5%100 ms 150 ms400 msABCN良好基本可用不好长途电话 质量接收端播放 时延增大168.3.2 IP电话所需要的几种应用协议 TCPUDP信令服务质量IPv4/IPv6RTSPRTCPRSVPH.323SIPRTP应用层协议音频/视频SDP底层网络178.3.3 实时运输协议 RTP(Real-time Transpor

6、t Protocol)RTP 为实时应用提供端到端的运输，但不提供任何服务质量的保证。多媒体数据块经压缩编码处理后，先送给 RTP 封装成为 RTP 分组，再装入运输层的 UDP 用户数据报，然后再交给 IP 层。RTP 是一个协议框架，只包含了实时应用的一些共同的功能。RTP 自己并不对多媒体数据块做任何处理，而只是向应用层提供一些附加的信息，让应用层知道应当如何进行处理。188.3.3 实时运输协议 RTP12 字节序 号位 0 1 3 8 16 31有效载荷类型版本 P XM参与源数时 间 戳同 步 源 标 识 符(SSRC)参 与 源 标 识 符(CSRC)0.15发送RTP 分组UD

7、P 用户数据报IP 数据报IP 首部 UDP 首部 RTP 首部 RTP 数据部分（应用层数据）198.3.5 H.323 H.323：ITU-T 于 1996 年制订的“基于分组的多媒体通信系统”H.323 不保证服务质量 QoS20H.323 标准指明的四种构件(1)H.323 终端(2)网关网关连接到两种不同的网络，使 H.323 网络可以和非 H.323 网络进行通信。(3)网闸(gatekeeper)所有的呼叫都要通过网闸，因为网闸提供地址转换、授权、带宽管理和计费功能。(4)多点控制单元 MCU(Multipoint Control Unit)MCU 支持三个或更多的 H.323

8、终端的音频或视频会议。21H.323 网关用来和非 H.323 网络进行连接 因特网公用电话网网关网闸H.323 终端 多点控制单元MCU22H.323 的协议体系结构 音频/视频应用音频编解码视频编解码RTCPH.225.0登记信令H.225.0呼叫信令H.245控制信令RTPUDPTCPIP信令和控制数据 应用T.120数据238.3.6 会话发起协议 SIP SIP系统的两种构件：用户代理和网络服务器。用户代理包括用户代理客户和用户代理服务器，前者用来发起呼叫，而后者用来接受呼叫。网络服务器分为代理服务器和重定向服务器。代理服务器接受来自主叫用户的呼叫请求，并将其转发给下一跳代理服务器，

9、最后将呼叫请求转发给被叫用户。重定向服务器不接受呼叫，它通过响应告诉客户下一跳代理服务器的地址，由客户按此地址向下一跳代理服务器重新发送呼叫请求。24SIP 的地址十分灵活 可以是电话号码，也可以是电子邮件地址、IP 地址或其他类型的地址。但一定要使用 SIP 的地址格式，例如：电话号码 sip:zhangsan8625-87654321 IPv4 地址 sip:zhangsan201.12.34.56 电子邮件地址 sip:25一个简单的 SIP 会话 主叫方被叫方OK:地址ACKINVITE:地址，选项建立会话BYE终止会话电话交谈通信tt26SIP 登记器的用途 跟踪被叫方 主叫方被叫方

10、INVITE查找回答电话交谈ttSIP 代理服务器SIP 登记器INVITEOKOKACKACKBYEtt27会话描述协议SDP(Session Description Protocol)SDP 在电话会议的情况下特别重要，因为电话会议的参加者是动态地加入和退出。SDP 详细地指明了媒体编码、协议的端口号以及多播地址。SIP 使用了 HTTP 的许多首部、编码规则、差错码以及一些鉴别机制，它比 H.323 具有更好的可扩缩性。由于 SIP 问世较晚，因此它现在比 H.323 占有的市场份额要小。288.4 服务器质量（QoS）8.4.1 QoS概念 服务质量 QoS：服务性能的总效果 性能指标

11、：可用性、差错率、响应时间、吞吐量、分组丢失率、连接建立时间、故障检测和改正时间等。298.4.2 调度和管制机制 按优先级排队，使优先级高的分组优先得到服务。30分组按优先级排队高优先级队列低优先级队列分组到达路由器调度分组离开路由器分类器（服务员）路由器高 高 高低31高优先级分组优先接受服务t1235到达离开接受服务41325413254t高高高低低32分组离开路由器加权公平排队 WFQ(Weighted Fair Queuing)分组到达路由器调度分类器w1w2w3123路由器33加权公平排队 WFQ 分组分类排队 给队列 i 指派一个权重 wi。队列 i 得到的平均服务时间为 wi/

12、(wj)，这里wj 是对所有的非空队列的权重求和。队列 i 将得到的有保证的带宽 Ri 应为 jiiwwRR34分组到达2.管制机制漏桶管制器漏桶中最多装入 b 个权标拿走权标准许分组进入网络等待权标在任何时间间隔 t 内准许进入网络的分组数=r t+b标记注入漏桶的速率为每秒 r 个权标358.4.3 综合服务 IntServ 与资源预留协议 RSVPIntServ的思想：满足Internet多媒体应用实时传输的需求 从端到端行为开始，网络中各元素的控制 考虑的主要要素：延迟（传输延迟、等待延迟）36IntServ 定义了两类服务 有保证的服务(guaranteed service)，保证一

13、个分组在通过路由器时的排队时延有一个严格的上限。受控负载的服务(controlled-load service)，使应用程序得到比通常的“尽力而为”更加可靠的服务。37IntServ 由四个组成部分(1)资源预留协议 RSVP(2)接纳控制(admission control)：决定是否同意对某一资源的请求(3)分类器(classifier)：将进入路由器的分组进行分类并放入相应队列(4)调度器(scheduler)：决定分组发送的先后顺序38IntServ 体系结构在路由器中的实现 路由选择协议路由选择数据库RSVP接纳控制管理代理通信量控制数据库分类器与分组转发调度器分组入分组出39Int

14、Serv的主要问题(1)状态信息的数量与流的数目成正比：按每个流进行资源预留会产生很大的开销。(2)体系结构复杂：所有的路由器都必须装有 RSVP、接纳控制、分类器和调度器。(3)所定义的服务质量等级数量太少，不够灵活。408.4.4 区分服务 DiffServ(Differentiated Services)1.DiffServ的基本思想 将数据进行区分，区别对待。（DS标志）在IP包头中增加区分标志；路由器解释 简化内部节点的服务机制：流状态的保存、控制在边界节点实现，内部节点与状态无关 内部节点实现流聚集，而非单个流 不影响路由（仅影响队列调度与缓冲管理）41区分标志 IPv4中原有的服

15、务类型字段 IPv6 通信量类字段 DS 字段现只使用前 6 bit，即区分服务码点 DSCP(Differentiated Services CodePoint)。CU DSCP 比特 0 5 6 7暂不使用42服务等级协定SLA(Service Level Agreement)指明被支持的服务类别（可包括吞吐量、分组丢失率、时延和时延抖动、网络的可用性等）和每一类所容许的通信量。43DS 域(DS Domain)网络被划分为许多个 DS 域 DiffServ 将所有的复杂性放在 DS 域的边界节点(boundary node)中，而使 DS 域内部路由器工作得尽可能地简单。内部路由器边界路

16、由器内部路由器BBBBDS 域DS 域44边界路由器中的功能 边界路由器中的功能较多，可分为：分类器(classifier)通信量调节器(conditioner)两大部分。调节器的组成：标记器(marker)整形器(shaper)测定器(meter)45边界路由器中的各功能块的关系 内部路由器边界路由器（入口）边界路由器（出口）分类器标记器整形器测定器根据 DS 值进行转发调节器分组入分组出丢弃46聚合(aggregation)将若干个流根据其 DS 值聚合成少量的流 路由器对相同 DS 值的流都按相同的优先级进行转发简化网络内部的路由器的转发机制 不需要使用 RSVP 47作业3，23，30，32