NGI-第5章-高层宽带协议.ppt

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1、 下一代互连网技术（ NGI) 第 1章 NGI概述 第 2章 NGI主要传输技术 第 3章 宽带 IP交换技术 第 4章 IPv6协议 第 5章 高层网络协议 第 6章 无线网络技术 第 7章 宽带接入技术 第 5章 高层网络协议 主要内容： 5.1 网络服务质量 5.2 资源预约协议（ RSVP） 5.3 流传输协议（ RTP和 RTCP） 5.4 会话发起协议 SIP 5.5 H.323协议 1.网络服务质量 （ QoS） ：是指 IP网络按照应用的要求 成功 传输 IP数据包的能力 。 端到端 的 QoS则是关心的 重点 。 网络 QoS有： “ 保证型 ” ：保证 按应用要求完成 端

2、到端的 数据传输 。 具体实现是 通信前按要求预留资源 ， 确保带宽 。 如 ATM、 RSVP 等 。 保证型的 QoS可靠但利用率低且协议 复杂 ， 难于实现 。 “ 尽力型 ” ： 尽量按应用要求 将数据包送到目的端点 ， 不轻易丢掉 。 IP网络 中的 QoS往往采用 “ 尽力型 ” ， 利用优先 级 等抢占策略 处理轻重缓急 。 5.1.1 IP网中的 QoS 5.1 网络服务质量 2.描述 QoS的主要参数 ： 吞吐量 （ Throughput） 包丢失率 （ Packet loss） 时延 （ Delay） 时延抖动 (Jitter） 吞吐量反映了网络的处理能力 ， 对用户表现为

3、带宽资源； 包丢失率则反映出了网络传输的能力；时延反映出了网络的传 输速度；而时延抖动则是视音频等实时流媒体传输特别的关注 对象 。 5.1.1 IP网中的 QoS（续） 5.1 网络服务质量 5.1.1 IP网中的 QoS（续） 5.1 网络服务质量 不同应用对服务质量的要求 应用 吞吐量 延时 抖动 可靠性 电子邮件 低 低 低 高 文件传输 中 低 低 高 Web访问 中 中 低 高 远程登录 低 中 中 高 音频点播 中 低 高 低 视频点播 高 低 高 低 电话 低 高 高 低 视频会议 高 高 高 低 3. QoS解决方案 ： （ IETF建议 ） 综合服务模型 （ IntServ

4、， Integrates Services） 区分服务模型 （ DiffServ， Differentiated Services） 多协议标记交换 （ MPLS） 业务流量工程 (Traffic Engineering) 综合服务模型 IntServ 是 利用资源预留 （ RSVP） 作为信令 建立通道和资源预留 ； 区分服务模型 （ DiffServ） 是利用改写 帧中字段作为 标记区分 类别以 提供不同服务 ； MPLS是一种转发 方案 ， 利用标签进行分类 、 转发和服务 ；而 业务流量工程 的目 的是让网络流量更加 均匀 。 5.1.1 IP网中的 QoS（续） 5.1 网络服务质量

5、 1 ISA的概念 （ Integrates Services Architecture， ISA） 综合服务体系或 （ InterServ） 是 IETF正在开发的 一套标准 ， 总体定义参见 RFC1633和相关文档 。 综合服 务体系 ISA的 目标 是在基于 IP的互联网上提供对 QoS支 持 。 主要涉及的问题是在发生 拥塞时如何共享可用的 网络容量 。 ISA提供了 保证型 、 受控负载型 及 “ 尽力而为 ” 三 种服务 。 通过路由选择算法 、 准许控制 、 分类排队规 则等功能加以实现 。 5.1.2 QoS 综合服务体系（ ISA） 5.1 网络服务质量 2 ISA提供的

6、QoS服务 保证型服务： 保证 QoS的 容量 或数据 传输速率 ， 时延上限 （ 包括传输时延和排队时延 ） 及 分组丢失率 按用户要求满足 。 适用于有预期保证的端到端服务业 务 。 例如网络视频会议 。 受控负载型服务： 提供虽 没有明显时延上限 ， 但可以保证 相当大比例的分组传输时延不超过某个最 小时延 ， 且绝大部分分组可 实现成功提交 。 “ 尽力而为 ” 服务： 是 一般 IP网络支持的服务 。 5.1.2 QoS 综合服务体系（ ISA） 5.1 网络服务质量 3. ISA对 QoS服务实现的技术途径 （ 1） 准许控制： 对于有 QoS要求的服务 ， ISA利用 资源预约协

7、议 （ RSVP） 为新的流建立通道 ， 并 进行 资源预留 。 如果 沿途路由器经综合考虑 ， 认为没有 足够的资源来保证所要求的 QoS， 则这个流就 不允许 进入 网络 。 （ 2） 路由选择算法 :ISA基于 多个不同的 QoS参数 来 判决路由 ， 而 不仅仅基于最小时延 。 例如用 OSPF 根据 QoS来选择路由 。 （ 3） 排队规则 :ISA考虑了不同流的不同需求 ， 提 出了一种 高效的按流排队 ， 多队分时服务的排队机 制 ， 简单 、 公平 。 5.1.2 QoS 综合服务体系（ ISA） 5.1 网络服务质量 4 ISA的工作原理 ISA是一种 面向流 服务 基于节点

8、 的 网络模型 ，它由一系列网元组成， 网元 包括 主机 、 路由器 、 底层链路 等。下图是 ISA在一个 路由器内 的实现。 5.1 网络服务质量 图中 ， 粗线以下为是路由器的 转发功能 ， 对每个分组在进入后 ， 经分类及优化路由选择后 ， 根据调度规则实现 分类排队 输出；粗线以 上为是用来 创建转发功能所需的一些数据库 及 控制机制 。 为了实现转发和通信量控制 ， 每一个进入的分组在 入口处 ， 首先 由分类程序 映射 到不同的类 ， 一个类可以对应一个流 ， 或一组具有相 同 QoS需求的流 。 类的选择 基于 IP头部中的流类型 字段值 。 路由选择 程序由分组的 类和它的目

9、的地址 ， 决定下一跳地址 。 资源预约协议 （ RSVP） 在给定 QoS级别上为新的流在路由器间或 路由器与端系统间 申请资源预留 ， 建立和维持转发通道 ， 更新通信量 控制数据库 ， 并调用准许控制功能 ， 根据 承诺水平 和 当前网络负荷 状 态 ， 给予 是否准入 许可 。 由管理代理修改通信量控制数据库 ， 并指导 准许控制模块设置准许控制策略 。 分组调度程序 根据分组 流类型 、 通信量控制规则 以及输出端口过 去和现在的活跃度 ， 决定分组的排队类型 ， 队列的 发送顺序 及对 超量 流的管制 。 4 ISA的工作原理（续） 5.1 网络服务质量 ISA的最大 优点 是：它

10、能为用户 提供有保证的 QoS保 证及 支持组播 实现实时多媒体的资源共享 ， RSVP其最大 缺点是可扩展性差 ， 即当网络中流的数目很大时 ， 路由 器的性能急剧下降 ， 其原因很简单： 维护 每个流的状态 和信令的 开销 使得这种模型极不利于扩展 ， 另外 ， 对路 由器要求高 ， 对节点影响大 ， 实现 庞大而复杂 。 因此 ， 一般认为 ， InterServ模型 适应于网络规模较小 ， 对 QoS 要求较高的边缘网络 （ 如 企业网 、 校园网 等 ） 。 当网络 规模进一步扩大 ， 如 骨干网 ， 为解决 QoS问题 ， 应 采用 区分服务 DiffServ模型 。 5 ISA的

11、应用 5.1 网络服务质量 5.1.2 QoS 综合服务体系（ ISA）（ 续 ） 区分服务 （ DS， DiffServ） 是一种 面向网络的解 决方案 。 它采用分组标记和按类排队的方法为用户提 供有级别区分 、 支持优先级的网络服务模型 ， 它已经 成为了一个十分活跃的技术研究及标准开发的领域 。 区分服务的基本思想是：将 IP网络中的主要组件 分为 边缘组件 和 核心组件 ， 让边 缘组件 负责按一定的 QoS要求 ， 实现分组的分类 、 标记 、 整形 、 调度等复 杂功能 ， 让 核心组件仅 按简短的标记进行 高速转发 ， 在核心组件中 不再 需要象 ISA那样 保留大量 “ 软状

12、态 ” 信息 。 5.1 网络服务质量 5.1.3 区分服务 模型 （ DS） 5.1.3 区分服务 模型 （ DS） 1. 区分服务 模型原理 边缘组件 ：为一个主机 、 防火墙 、 路由器或其 他可能的边缘设备 ， 位于 DiffServ网络的 入口和出口 处 。 它们负责对分组进行 分类 、 标记 和 调整 （ 如管制 、 整形等 )。 内部组件 ：为核心交换机或路由器 ， 它们根据 DS字节的内容 提供每个跳的服务 。 这些组件采用队列 管理技术来 控制队列的深度 ， 采用一定策略对 出口发 送过程进行调度 (如加权公平排队 WFQ、 基于类的排队 或优先权排队等 )。 服务策略管理

13、： 由网络工作人员和一定的工具 完成 。 有时还需要在网络和终端用户之间指定或强制 某些服务级别的协定 。 1. 区分服务 模型原理（续） 5.1.3 区分服务 模型 （ DS） （ 1） DS边缘组件的组成及功能 ： DS的边缘组件由 分类 器 Classifier、 标记器 Marker、 测量器 Meter、 流量整形 器 Shaper和 丢弃器 Dropper等功能模块组成 ， 这些组件不 仅要决定下一跳的转发机制即 确定 PHB， 还有一些复杂的 通信量调节 功能 。 2. 区分服务 模型原理（续） 5.1.3 区分服务 模型 （ DS） 当 分组到达 DS网络的 入口 处时 ， 首

14、先 由分类器 根据 分组头部的 多个域如 IP地址 、 端口号 、 协议类型等对其进行 分类 ， 确定 转发等 级即 DSCP域的 PHB值 ， 再转发给 标记器 ；与此 同时 ， 分类器 将该分 组 传送给与流量整形器相适应的测量器 ； 测量器测量 分组流的特性 是否 相符 一个 特性参数设置 ， 判断该分组流是否在保证的服务级别 内 ， 给出 状态报告 ， 反馈给标记器 。 由 标记器 根据需要和测量器返 回的状态 为不同码点的分组重新标记 ， 以便管制通信量 ， 通过重新 标记使其获得较低的服务质量 。 整形器 根据需要 延迟分组 ， 使得某 个给定类别的分组流 不会超出 该类别特性参数

15、中所 规定 的 通信量速 率范围 。 丢弃器 对某个给定类别的分组流速率 超出 该类别特性参数 中所规定的分组实施 丢弃 。 1. 区分服务 模型原理（续） 5.1.3 区分服务 模型 （ DS） DS服务类型 在 DS域内提供 ， 在服务级别协约 （ Service Level Agreement， SLA） 中 定义 。 （ 1） DS域 :为因特网中 相互连接的一个区域 ， 该区域由一系列 相 同的 DS策略管理 。 通常一个 DS域应当 在一个管理实体的控制之下 。 （ 2） 服务级别协约 （ Service Level Agreement， SLA） ：它是 客 户和服务提供者 之间

16、达成的 服务合约 ， 定义了客户 不同类别分组 应 当 享受何种转发服务 。 SLA一旦建立 ， 客户提交的分组就要在 DS的 八位组上作 标记 以指示该分组的类别 ， 服务提供者必须 确保 与客户 商定的 QoS， 必须在每个路由器上 配置适当的转发策略 （ 基于 DS的 八位位组值 ） ， 并根据 测量 提供给每个类别的 性能 。 2 DS提供的服务 5.1.3 区分服务 模型 （ DS） 若 源与目的在同一 DS域 ， 应由这个 DS域 提供商定的服务 。 如果 终点 超出 了客户所在的 DS域 ， 则该 DS域将 通过其它域转发 与原请求 相近的服务 。 DS框架结构的一些 SLA的详

17、细参数 ： 预期的吞吐量 、 丢弃率 、 等待时间 在服务的 入口和出口处进行约束 ， 以指示服务范围 。 为了提供所请求的服务而必须坚持的 通信量特性参数 ， 如令 牌桶参数 。 对已提交但却超出 规定特性参数的那些 通信量进行处理 。 2 DS提供的服务（续） 5.1.3 区分服务 模型 （ DS） 在 RFC2475中 ， 把 利用区分服务机制 提供 边到边服务 的 网络称为 DiffServ域或 DS域 。 在 DS域的 边缘路由器 被称为 DS边界结点 ， 而 DS 域中的 核心路由器 被称为 内部结点 。 区分服务 （ DS） 将具有相似 QoS等要求 的 一组业务归为一类 ， 分

18、配一种标记 ， 采用同样的处理方式 ， 不同类别使用不同标记 ， 通 过标记进行转发 。 这样 ， 每次转发中 ， 不需要像 RSVP那样存储大量 的 “ 软状态 ” 信息 。 DS区分服务用 8bit的 DS字段的 前 6位比特 定义 类标记 ， 后两位备 用 ， DS字段实际上是 对 IPv4 ToS字段的 重新定义 ， 类似于新的 IPv6 中定义的 Triffic class字段 。 在该字段中的值指明了分组 希望获 得的服务 。 3 DS域 5.1.3 区分服务 模型 （ DS） 码点 000000（ 默认 分组类别 ） ：对应 “ 尽力而为 ” 的转发行为 。 码点 101110：

19、为 加速转发 行为 。 这种转发具有 低延时 、 低抖动 、 低分组丢失率 以及 带宽保证 的 最高优先级 。 码点 xxx000：是为了 向下 提供 与 IPv4优先服务的 兼容 而保留的 ， 体现在路由选择 、 网络服务和排队处理规则等方面 。 码点 xxx000提 供的服务 至少等同 IPv4优先级 所提供的 服务 。 3 DS域 （续） 5.1.3 区分服务 模型 （ DS） 区分服务编码点 保留 0 5 6 7 5 DS字段及边缘路由器的结构 在 DS域的 核心路由器 中 ， 只需根据 DS的值 ， 即区 分服务编码点 DSCP（ 标记值 ） ， 进行标准化处理组合 ， 如排队 、

20、丢弃 、 转发等 ， 实现简单 、 快速的转发 。 PHB代表了 不同的快速转发行为 ， PHB组值对具有 相同 DSCP值 的分组的 转发行为 。 已定义了 4种 PHB， 即 尽力而为 PHB（ 默认的 PHB） ， 加速转发 PHB（ EF PHB） ， 可靠转发 PHB（ AF PHB） ， 类别选择 PHB（ Class Selector PHB） 。 4 PHB组 5.1.3 区分服务 模型 （ DS） （ 1） 尽力而为 PHB（ 默认的 PHB） ： RFC2474规定 ， 当 DSCP为 全零时 ， 其 对应 的 PHB为尽力而为 PHB， 核心路由器即按尽力而为 方式转发

21、， 这是默认的 QoS转发方式 。 （ 2） 加速转发 PHB（ EF PHB） ：这是 DS中 最高优先级 QoS的转 发方式 ， DSCP值为 101110。 这种转发具有 低延时 、 低抖动 、 低分 组丢失率以及带宽保证 。 （ 3） 可靠转发 PHB（ AF PHB） ：这种转发方式主要 关注分组 丢失率 ， 它将相同业务中的不同分组按不同的丢失优先级处理 ， 优先级越高的分组 ， 被丢失的概率就越高 。 4 PHB组 5.1.3 区分服务 模型 （ DS） （ 4） 类别选择 PHB（ Class Selector PHB） DS的这种转发方式采用 DSCP域的前三位提供 8个业

22、务等级 ， 后三位保留 IPv4ToS字段的 8个优先级 ， 使 DS的 业务登记可与 传统的 IP优先级同时并存于网络中 。 4 PHB组（续） 5.1.3 区分服务 模型 （ DS） 级别 优先级 级别 1 级别 2 级别 3 级别 4 低丢包率 001010（ AF11） 010010（ AF21） 011010（ AF31） 100010（ AF41） 中丢包率 001100（ AF12） 010100（ AF22） 011100（ AF32） 100100（ AF42） 高丢包率 001110（ AF13） 010110（ AF23） 011110（ AF33） 100110（ AF

23、43） 可靠转发 PHB的 12种 DSCP值 ， 如下表所示。 第 5章 高层网络协议 主要内容： 5.1 网络服务质量 5.2 资源预约协议（ RSVP） 5.3 流传输协议（ RTP和 RTCP） 5.4 会话发起协议 SIP 5.5 H.323协议 1 RSVP的基本概念 RSVP（ Resource Reserve Protocol）是一个资源预约协议。提 供一种有效的资源预约方式，可以有效地描述应用程序对资源的需求。 RSVP是一个单工协议，只在一个方向上预订资源。通过信令， 在非连 接 IP网的端到端之间建立一条预约带宽的路径，确保数据的传输带宽 ， 尽量减少实时多媒体通信中的传

24、输延迟和数据到达时间间隔的抖动。 RSVP处于传输层。 RSVP协议的相关组成如下： R S V P 数 据 主 机 应 用 分 类 控 制 分 组 调 度 R S V P 处 理 决 策 控 制 接 纳 控 制 R S V P 数 据 节 点 应 用 分 类 控 制 分 组 调 度 R S V P 处 理 决 策 控 制 接 纳 控 制 5.2.1 RSVP简介 5.2 资源预约协议（ RSVP） 两个主要概念 : （ 1） 资源预留：接收者 一旦 得知路径消息 ， 就要负责 对资源作 出实际预留 ， 资源指路由器或三层交换机等设备的 队列空间 、 出口 容量 等影响带宽的参数 。 RSVP

25、采用 “ 软状态 ” 存储和更新修改有关 信息 。 当路由器接受资源预约时 ， 资源被预留备用 ， 但若 一段时间 内 没有收到预留资源的流 ， 路由器就会释放资源 。 通过 “ 软状态 ” 的方法 ， 发送者周期性的发送路径消息 ， 接收者则继续发送资源预 约请求来 刷新 任何可能出现的 超时或变化 。 （ 2） 数据流 （ Data Flow） ：一个发送者到多个接收者的业务 数 据流 。 在 IPv6报头中已 “ 流标识 ” 标明 。 在发送一个流之前 ， 发送 者发送一个以接收者为目的地的 “ 路径消息 ” ， 此消息包含 源 IP地 址 、 目的 IP地址 、 流特性 （ 流的 比特

26、率 、 时延要求 ） 等 。 流特性是 业务的服务质量要求 。 “ 路径消息 ” 沿着流 路径上 的 主机和路由器 传送到接收者 。 5.2 资源预约协议（ RSVP） 5.2.1 RSVP简介 流的描述和标记处理过程 如图所示： 5.2 资源预约协议（ RSVP） 5.2.1 RSVP简介 2 资源预留方式 根据应用不同 ， 资源预留分为以下三种方式： 通配符过滤器方式 WF（ WildCard Filter） ：接收方不选择特 定的发送方 ， 即所有发送方可以共享预留的资源 ， 它适用于电话会 议等只有少数发送方同时发送的情况 。 固定过滤方式 FF（ Fixed Filter） ：接收方

27、选择特定发送方 进行资源预留 ， 即被选中的发送方才能享受预留资源 。 如为每个视 频流的源端申请独立的保留资源 。 共享确定方式 SE（ Shared Explicit） ：接收方可以选择多个 发送方 ， 即预留的资源可以被多个发送方使用 (如远程教学 ) 。 5.2 资源预约协议（ RSVP） 5.2.1 RSVP简介 3 RSVP的特点 RSVP是 由接收者初始化 的 ， 即面向接收方的单向数据流 。 接收者可根据占有的网络容量 ， 自己决定自己的 QoS能力 ， 然 后 生成合适的资源预留请求 。 RSVP是 软状态 （ Soft State） 的 。 在一条固定通路上的 预留状态 如

28、果不刷新 ， 就会超时 。 预留资源状态过时 ， 则被释 放 。 RSVP通过 调节 QoS参数 ， 支持媒体缩放 。 RSVP可 提供不同形态的预订 。 不同的接收方有不同的 QoS 需求 ， RSVP可以根据不同的要求进行不同的资源预订 。 5.2 资源预约协议（ RSVP） 5.2.1 RSVP简介 3 RSVP的特点 （ 续 ） RSVP支持组播 （ Multicast） 。 独立于路由协议： QoS的建立与路径建立相独立 ， RSVP 适用于任何路由协议 。 RSVP存在的问题 ， RSVP申请的网络带宽达不到要求时 ， 路由器可能拒绝预留 ， 造成不能通信 。 5.2 资源预约协议

29、（ RSVP） 5.2.1 RSVP简介 RSVP是通 过信令报 文 ， 在非 连接 IP网 的源端和 目的端之 间建立一 条预约带 宽路径 5.2 资源预约协议（ RSVP） 5.2.2 RSVP工作原理 RSVP报文 版本 标记 报文类型 （ RSVP）校验和 生存期（ TTL） 保留 （ RSVP）报文长度 0 3 4 8 9 15 16 24 31 报文类型字段值 1 2 3 4 5 6 7 报文类型 路径报文 预留报 文 路径错误 报文 预留错误 报文 路径取消 报文 预留取消 报文 预留确认 报文 其中：版本字段为 4bit，目前值为 1：报文类型字段为 8bit，有两类 RSVP

30、报 文，即 Path（路径）与 Resv（预留）报文。 RSVP协议字段值与报文类型对照表 字段值与报文类型对应如下表所示。 RSVP报头部格式如图所示 。 5.2 资源预约协议（ RSVP） 5.2.2 RSVP工作原理 RSVP报文 （ 1） Pah报文 Pah报文主要用来支持 OPWA（ One PassWith Advertising）服务。 即 发送者 将 Path报文发送给 下游 ，并沿着数据传送的路径 收集 各网络 元素的 资源信息 ， 最后 将这些信息 传送给数据接收端用户 ，以便他们 做出是否进行资源预约的选择。 Path报文包含两个参数： Tspec和 ADSpec。 Ts

31、pec （ Traffic Specifier）是发送端用于描述业务流特征的参数； ADSpec是描述沿途 节点 QoS控制能力与需求信息的参数。 TSpec将业务量看成一个 令牌桶模型 ，为一个五元组结构，即 （ r， b， p， m， M）。其中 r为令牌桶令牌产生速率 (bps)； b为桶的容 量（ Bits） ； p为突发业务进入网络的最大速率（ bps） ； m为最小分 组长度（ bit） ； M为最大分组长度 。 5.2 资源预约协议（ RSVP） （ Pah报文 -续） 在 Path报文传输过程中，当 ADSpec到达一个节点 ， 就被 RSVP模块送到 业务量控制模块 ，由后者

32、 更新 ADSpec。若该参数描 述的 QoS不能在该节点实现时，就在 ADSpec上设一 标记 ，再传递到下 一中继点， 当到达接收端时 ，这些参数 用来确定预约参数 。 （ 2） RESV报文 Resv报文由接收端发 至 源端 ，以 预约资源 。 Resv报文中包含描述 接收端 所要求的流量 和 期望预留资源 的参数： FLOWSpec。 该参数有 业务量描述参数 TSpec和 服务要求描述参数 RSpec组成。 支持 RSVP的节点在选择路由时必须 寻找 支持 RSVP并满足 QoS需 求的 路由器 及 带宽宽、负载轻的路由 。当链路出错时，用有资源预留 的方式在新寻到的路径 RSVP的

33、“ 软状态 ”方式 预留资源 ，实现自愈。 5.2.2 RSVP工作原理 RSVP报文 5.2 资源预约协议（ RSVP） 5.2.2 RSVP工作原理 2. RSVP的工作流程 RSVP安装在主机和路由器中，运用 Path和 Resv报文 在主机和路由 器间传送资源预留请求和状态信息 ，其建立会话过程如下图所示。 5.2 资源预约协议（ RSVP） 5.2.2 RSVP工作原理 - 预约资源的工作流程 当需要建立会话并要沿途路由器预留资源时， 源端 向每个接收方发出 Path报文 ，包含 需预留资源 、 会话类型 、 数据分组格式和流量特性等参数 ，按确定的数据路由传送， 在 经过的路由器

34、中 建立“ Path状态 ”，并 转发 Path消息。 Path消息到达接收方后， 接收终端 （一个或多个） 根据自己的需要向发送方发送 Resv报文 ， Resv报文确定了 资源的 预留方式 和 对应的发送方式 。 Resv消息经过的每个 路由器对 RSVP的资源预留请求要进行“ 接纳控制 ”和“ 监 督控制 ”。如果预约请求成功，则 由分类器确定路由 和 能 提供的业务质量 ； 由调度器确定转发策略 。 由 发送方确认 此会话的资源预留成功， 等待 数据流 的 发送 。 5.2 资源预约协议（ RSVP） 5.2.2 RSVP工作原理 - 预约资源的工作流程 RSVP的 预留方式 有以下几

35、种： 通配符过滤器方式 （ WF： WildCard Filter）：接 收方 不选择特定的发送方 ，即 所有 发送方可以 共享预留 的 资源，它适用于 电话会议等 只有少数发送方同时发送的情 况。 固定过滤方式 （ FF： Fixed Filter） : 接收方 选择特 定发送方进行资源预留 ，即被选中的发送方 独占资源 。 共享确定方式 （ SE： Shared Explicit）：接收方可以 选择多个发送方 ，即预留的资源 可以为多个发送使用 。 第 5章 高层网络协议 主要内容： 5.1 网络服务质量 5.2 资源预约协议（ RSVP） 5.3 流传输协议（ RTP和 RTCP） 5.

36、4 会话发起协议 SIP 5.5 H.323协议 1 流媒体 流媒体指在 Internet/Intranet中使用流式传输技术的连续即时 媒体 ， 如：音频 、 视频或多媒体文件 。 现在网上传输音 /视频主要有 下载 (download)式和流式传输 (streaming)两种方式 。 2 顺序流式传输和实时流式传输 （ 流式传输的两种方式 ） 顺序流式传输 ：利用内存 缓冲器 ， 保存顺序下载的文件 ， 用户 可 边下载边播放 。 使用标准的 HTTP服务器就可发送这种形式的文件 ， 这种方式称作 HTTP流式传输 。 此方式可保证播放的最终 质量 。 实时流式传输 ：是指 保证媒体信号带

37、宽与网络连接匹配 ， 使媒 体可被实时观看到 。 实时流与 HTTP流式传输不同 ， 它需要专用的流 媒体服务器与传输协议 。 “ 实时 ” 的概念是指在一个应用中数据的 交付必须与 数据的产生保持精确的时间关系 。 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.1 流媒体技术概述 3 流媒体系统 流媒体系统一般报文含下面 三个组件： 播放器 (Player) 在客户端接收播放流媒体格式文件 的软件 ; 服务器 (Server) 管理并向客户发送流媒体数据 的软件 ; 编码器 (Encoder) 用于压缩和整合多媒体数据 ，将其转换为 适合在网上传输的 流媒体格式 。流媒体文件一般要经

38、过特殊编码。 使其适合在网络上一边下载一边播放，压缩媒体文件编码成流式 文件，必须加入一些附加信息，如计时、压缩和版权信息。 流媒体技术 的 研究内容 包括流媒体的 编解码 技术、 流媒体服务 器 技术、 端到端 (end to end)流媒体技术 和 流媒体系统 技术等。 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.1 流媒体技术概述（续） 4 流媒体传输的相关协议 实时传输协议 /实时传输控制协议 （ RTP/RTCP)族 。 该协议族 是流媒体的 应用层协议 ， 为媒体的流化技术提供了 网络承载平台 ， 早在 1996年就成为 Internet的 国际标准 (RFC 1889)

39、， 最新的版本 (RFC3550)于 2003年 7月 发布 。 IETF还针对具体的应用制订了 RTP与特定媒体相结合的标准 ， 如 H.263 over RTP, General Audio over RTP,MPEG over RTP,FEC over RTP等 。 位于 RTP和 RTCP之上的另一实时流协议是 RTSP (Real Time Streaming Protocol)是由 Real Networks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 。 它 使用 TCP或 RTP完成数据传输 。 与 HTTP相比 ，

40、 RTSP传送的 是多媒体数据 ， 而 HTTP传送 HTML； HTTP请求由客户机发出 ， 服务 器做出响应 ， 而 RTSP是 双向的 ， 客户机和服务器都可以发出请求 。 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.1 流媒体技术概述（续） 实时传输协议（ RTP）和实时传输控制协议 （ RTCP） 是两个紧密相关的协议。为了可靠、高效地传送实时 数据， RTP和 RTCP必须配合使用。 RTP主要用于承载多媒体数据，并通过包头时间参 数如时间戳等配置使其具有实时的特征。 RTCP主要用 于周期地传送包含有发包量、丢失量等统计资料的 RTCP包，以监视 RTP传输的服务质量。

41、 RTCP包的数量占 传输量的 5。 5.3.2 流传输协议（ RTP和 RTCP） 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 1 实时传输协议（ RTP RTP提供端对端网络传输功能，适合通过组播和点播 传送实时数据，如视频、音频和仿真数据。 RTP没有涉及 资源预订和质量保证等实时服务。 RTP报文格式中包括固定的 RTP报文头、可选用的作用 标识（ CSRC）和负载数据。如果 RTP所依赖的底层协议对 RTP报文的格式有所要求，必须对 RTP报文的格式进行修 改或重新定义。通常，单一的底层数据报文仅包含单一 的 RTP报文。 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.2

42、流传输协议（ RTP和 RTCP） （续） RTP数据报头格式如下： 版本 0 984 15 31167 填 充 扩 展 C S R C 计数 标 记 负载类型 序列号 时戳标记 同步源标识 ( S S R C ) 贡献源标识 ( C S R C ) 1 2 3 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.2 流传输协议（ RTP和 RTCP） （续） 各项含义为： （ 1） 版本 （ V， 2 位） ： RTP协议版本号 ，现版本号为 2 （ 2） 填充 （ P， 1 位）：指明 负载区最后是否有填充数据 。 如果 有，则 负载区的最后一字节中装载填充数据的长度 。（加密用） （

43、3） 扩展 （ X， 1位）：指明 12个字节后是否存在扩展部分。 （ 4） CSRC计数 （ CC， 4位）：指明 作用源标识 CSRC的个数。 （ 5） 标记 （ M， 1位）：根据装载数据类型的不同而不同，例如，对 于视频信号表示一帧数据结束，对于音频信号表示两个静默区之间的通 话开始。 （ 6） 负载类型 （ PT， 7位）：表示负载类型和媒体编码方式 。 （ 7） 序列号 （ SN， 16位），接收端用以检测数据包传输中丢包情况 及失序情况。序列号的初始值是随机分配的且不可预知的。每发送一个 RTP数据包， SN增 l。为了通信过程中的安全性，第一次生成 RTP包时， 序列号的初始值

44、是一随机数，而不是 0。 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.2 流传输协议（ RTP和 RTCP） RTP报头 （ 8） 时间戳 （ Timestamp， 32位）：描述 RTP包中数据的采样 时刻 ，主要 用于同步和计算时延 抖动。时钟频率和数据格式有关， 不能使用系统时钟。对固定速率的音频来说，每次取样时戳时钟 增 1。与包序列号一样，时间戳的 初始值 也是一 随机数 。 如果多 个连续的 RTP包在逻辑上是同时产生的 ，那么它们的 时间戳相同 。 采样时刻必须来自一个 单调 、 线性增加的时钟 。 （ 9） 同步源标识 （ Synchronization Source

45、 Identifier, SSRC）（ 32位）： 用于标识 RTP报文流的源点 ，来自同一个同步 源的所有报文 具有相同的计时和序列号 空间，以方便各接收者组 进行回放。 SSRC是 随机选取 的。在一个 RTP会话中， 两个 SSRC不 能有相同的值 。 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.2 流传输协议（ RTP和 RTCP） RTP报头 （ 10） 作用源标识 （ Contributing Source Identifiers, CSRC）： 用以标识来源于不同地点，对 RTP报文中负荷起作用 （提供负荷） 的源 点 。有 0 15项，每项 32位， 分别标识一个作用

46、源 。作用源指接收到一 个或多个 SSRC的 RTP报文后 ,经过混合处理产生的一个 新组合的 RTP报文 的 SSRC。例如，电话会议中多个具有 SSRC的发言者的音频报文，经混 合形成一个报文，这时的同步源是混合器，而产生音频报文原来的那 些 SSRC，被填进 CSRC表中，变成了 作用源 。接收者可以根据 CSRC表 中的这些参与源，分辨出正确的发言者。 在 所有 RTP报文 中， 开始 12个字节 的格式 完全按照 RTP报文头定义 的 格式，而 CSRC标识列表仅出现在混合器插入时 。 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.2 流传输协议（ RTP和 RTCP） RT

47、P报头 2实时传输控制协议（ RTCP 实时传输控制协议（ Real-time Transport Control Protocol ， RTCP）是与 RTP协同工作的控制协议，用于在 RTP会话用户间 周期性 地 递交有关 传输质量 、 统计流量 及 阻塞信息 等控制信息，完成 监听服务 质量 、 交换会话用户信息 等功能。 RTCP有下列 四大功能 ： （ 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。 （ 2） 为 RTP源提供一个永久性

48、的规范名字 CNAME，这是参加者得 电子邮件地址。因为当发现冲突或者程序重启时， SSRC会发生变化。 使用 CNAME，会话接收者就能在一系列相关 RTP会话中，将给定参与者 的多个数据流联系，如同步音频和视频。 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.2 流传输协议（ RTP和 RTCP） RTCP （ 3） 实现阻塞控制 。通过发送控制报文，使每个参与者都能了 解参与者的数量。该数量可被用来计算报文发送的速度，以便在拥 塞时，调低报文的发送速度。 （ 4） 传送会话控制信息 ，如可在用户接口处显示参与者的标识 符。 RTCP报文格式与 RTP报文类似， 包括固定的报文 头

49、部分和 可变长 结构元素 ，结构元素的意义由 RTCP报文的类型决定，因为 通常 RTCP包非常小 ，一般把多个 RTCP包 合并 为一个 RTCP包，然后利用 一个底层协议所定义的报文格式进行发送。 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.2 流传输协议 （ RTP/RTCP） RTCP RTCP定义了 五种报文 ，报文头部参数首先要区别携带不同控制 信息的 RTCP报文的类型， RTCP报文的类型主要有以下几种： （ 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

50、， 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 。 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.2 流传输协议 （ RTP/RTCP） RTCP的五种报文 RTCP定义的 五种报文中 ， 最主要的是 SR和 RR。通常 SR报文 占总 RTCP包数量的 25， RR报文占 75 。类似于 RTP数据包，每 个 RTCP报文以 固定的包头 部分开始，紧接着的是 可变长结构元素

51、 ， 但是以 32位长度为结束边界。在 RTCP报文中，不需要插入任何分 隔符就可以将多个 RTCP报文连接起来形成一个 RTCP组合报文。由 于需要底层协议提供整体长度来决定组合报文的结尾，所以在组 合报文中没有单个 RTCP报文的显式计数。 RTCP控制报文的 发送周期是变化的 ， 与报文长度 L、 用户数 N 和控制报文带宽 B相关。 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.2 流传输协议 （ RTP/RTCP） RTCP的五种报文 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.2 流传输协议 （ RTP/RTCP） RTCP的 SR报文 V P RC PT=SR=

52、200 长度 发送者 SSRC NTP时间戳，高 32位 NTP时间戳，低 32位 RTP时间戳 发送者报文计数 发送者字节计数 SSRC_1(第一个源的 SSRC) 片段丢失 报文丢失累计数 接收到的扩展最高序列号 到达间隔抖动 最后 SR时间戳 自最后 SR起时延 SSRC_2(第二个源的 SSRC) 。 特定协议子集扩展 发送者 报告报 文 由 头 部 、 发 送者信 息 、 接 收报告 三部分 组成。 3. RTP的实现 RTP仅仅实现了网络 传输层的功能 ，要真正实现流媒体 的网络传输，网络层和 会话层协议 也必不可少，下图中描 述的是典型的服务器端 RTP的实现方式，在会话层， R

53、TSP （ Real-Time Streaming Protocol）和 SIP（ Session Initiation Protocol） 协议完成会话控制 ；在 传输层 ，为 实现 真正的端对端传输 ， RTP还必须以 UDP或 TCP为底层协 议 ；在网络层， IP完成网络寻址等最基本的网络层功能。 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.2 流传输协议 （ RTP/RTCP） RTP的实现 服务器端的 RTP实现框图 压 缩 打 包 后 的 音 频 、 视 频 数 据 数 据 平 面 控 制 层 面 R T P 层 R T C P 层 R T S P / S I P 层

54、U D P / T C P 层 IP 层 I n t e r n e t 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.2 流传输协议 （ RTP/RTCP） RTP的实现 在控制平面， RTCP 和 RTSP报文通过 UDP/TCP层后，同 样由 IP层负责发送。 RTSP的主要功能是 实现停滞、暂停、 快进等 VCR控制操 作， SIP与 RTSP功 能类似， RTCP仅负 责控制 RTP报文的 传输。 在数据平面 ， 服务器端将压缩打包 后的音视频数据按照 RTP的 报文格式 装入 RTP报文 的数据负载段，同时 配置 RTP报文头部的 时 间截 、 同步信息 、 序列号等重要参

55、数 ，此时的数据报文已经具有 典型的时间特征，即被 “ 流化 ” 了。在 UDP/TCP层 ， RTP报文 作为 负载数据 装入 UDP/TCP报文中，最后，由 IP层负责最后的报文头部 配置， 实现网络传输 。在 客户端 ，实现 方式相反 ，各网络层 依次 去除报文头部 ，并 读取 相关的控制 参数 和时间参数，最终获取可 以 实时播放 的音视频 数据 。 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.2 流传输协议 （ RTP/RTCP） RTP的的实现 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.2 流传输协议 （ RTP/RTCP） RTP的的实现 流媒体信息 RTP

56、 头部 RTP 净负荷 RTP PDU IP 分组 IP 头部 UDP PDU UDP 头部 RTP PDU 用 UDP/IP封装 RTP数据的过程 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.2 流传输协议 （ RTP/RTCP） RTP的的实现 IP地址 RTP程序 端口 端 口 UDP RTP 程序 端口 UDP RTP 程序 端口 主服务器 UDP 连接 用于接受服务请 求的端口 创建 RTP从属服务器 主服务器有时又称为父服务器 ， 而从 属服务器又称为子服务器 。 传输地址 =IP地址 +端口 UDP 一个 RTP传输服务示例： 1. RTSP （ Real Time S

57、treaming Protocol 实时流协议 RTSP是由 RealNetworks和 Netscape以及哥伦比亚大学 共同提出的。它是从 RealNetworks的 “ RealAudio”和 Netscape的 “ LiveMedia”的实践和经验发展来的。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是一个应用层协议 ,在体系结构上位于 RTP和 RTCP之上 ，使用 TCP或 RTP完成数据传输。与 HTTP不同的是， RTSP使用 RTP传送的是多 媒体数据 ，且客户机和服务器都可以发出请求，即 RTSP的 请求可以是 双向的 ；而 HTTP传送的

58、是 HTML文件，它的请求只能由客户机发出，服 务器只作响应。 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.3 实时流协议 RTSP RTSP此协议可以用来控制多个传送会话 ， 实现传送通道 如 UDP的 选择， TCP或 UDP的组播 ，可以使用基于 RTP的传送机制 。 建立并控制一 个或几个时间同步的连续流媒体 。尽管连续媒体流与控制流是可以交 叉的，但是通常它本身并不发送连续流。也就是说，它通常是充当媒 体服务器的网络远程控制的角色。 RTSP的连接没有绑定到传输层连接。 在 RTSP连接期间 ， 用户可以打开或关闭多个对服务器的可靠传输连接 ， 用来发送 RTSP请求 。此

59、外，可使用无连接传输协议，如 UDP。 RTSP控制 的数据流可以使用 RTP，但是 RTSP的操作并不依赖于这种传送连续媒体 的机制。此协议在语法和操作上与 HTTP/1.1类似，所以很多 HTTP的扩 展机制通常都可以被加到 RTSP上。 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.3 实时流协议 RTSP (续） 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.3 实时流协议 RTSP (续） 2. RTSP的报文格式 RTSP是基于文本的协议，以 CRLF为行终止符。 RTSP报文可以用 脚本语言（如： Tcl、 VB与 Perl）来书写，报文语法与 HTTP/1.1类

60、似。 RTSP报文一般由开始行、首部行和实体主体三部分组成， RTSP请求 报文和响应结构如图所示： （ a）请求报文的结构 （ b）响应报文的结构 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.3 实时流协议 RTSP (续） 3. RTSP交互过程 C表示 RTSP客户端， S表示 RTSP服务端 C-S: OPTION request /询问 S有哪些方法可用 S-C: OPTION response /S回应信息中包括提供的所有可用方法 C-S: DESCRIBE request /要求得到 S提供的媒体初始化描述信息 S-C: DESCRIBE response /S回应媒体

61、初始化描述信息，主要是 sdp C-S: SETUP request /设置会话属性，以及传输模式，提醒 S建 立会话 S-C: SETUP response /S建立会话，返回会话标识符及会话相关 信息 C-S: PLAY request /C请求播放 S-C: PLAY response /S回应请求信息 S-C: 发送流媒体数据 C-S: TEARDOWN request /C请求关闭会话 S-C: TEARDOWN response /S回应请求 上述的过程是标准的 RTSP流程，其中第 3步和第 4步是必需的。 4. RTSP支持以下三种操作 l） 从媒体服务器上检索媒体 用户可以通

62、过 HTTP或其他方法 提交一个演示描述 。如演示是多播， 演示描述就 包含用于连接媒体的多播地址和端口 。如演示仅通过单播 发送给用户，用户为了安全应提供目的地址。 2） 邀请媒体服务器进入会议 媒体服务器可被邀请参加正进行的会议 ，或 回放媒体 ，或 记录 其 中的一部分，或全部。这种模式在 分布式远程教育应用上很有用处 ， 会议中几方可轮流远程控制按钮。 3） 将媒体加到现成讲座中 服务器 告诉用户可获得 附加媒体内容 ，这对现场讲座显得尤其有 用。如 HTTP/1.1中类似， RTSP请求可由代理、通道与缓存处理 。 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5.3.3 实时流协议

63、 RTSP (续） 5 RTSP RTSP是应用层协议，与 RTP、 RSVP一起设计来完成流式服务。 RTSP有很大的灵活性，可被用在多种操作系统上，它允许客户端 和不同厂商的服务平台交互。 RTSP可以 保持用户计算机与传输流业务服务器之间的固定连接 ， 用于观看者与单播（ Unicast）服务器通信并且还允许双向通信， 观看者可以同流媒体服务器通信。 提供 类似 “ VCR”形式的例如 暂 停、快进、倒转、跳转等操作 。操作的资源对象可以是直播流也 可以是存储片段。 RTSP还提供选择传输通道，如使用 UDP还是多点 UDP或是 TCP。 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 5

64、.3.3 实时流协议 RTSP (续） RTSP 与 RTP 和 RTCP 的关系 RTSP 播放器 RTSP 服务器 RTSP 控制分组（ TCP） RTP 数据分组（ UDP） RTCP 分组（ UDP） 客户 服务器 RTSP 仅仅是使媒体播放器能控制多媒体流的传送。因此， RTSP 又称为带外协议，而多媒体流是使用 RTP 在带内传送的。 5.3 流媒体传输协议（ RTP/RTCP） 第 5章 高层网络协议 主要内容： 5.1 网络服务质量 5.2 资源预约协议（ RSVP） 5.3 流传输协议（ RTP和 RTCP） 5.4 会话发起协议 SIP 5.5 H.323协议 为了进行多媒体通信， IETF、