IP網(wǎng)絡(luò)對多媒體傳輸?shù)闹С终n件

1、第14講 IP網(wǎng)絡(luò)對多媒體傳輸?shù)闹С值?頁，共36頁。IP網(wǎng)及其發(fā)展Internet是一個世界范圍內(nèi)、最具影響力的信息網(wǎng)絡(luò)。第2頁，共36頁。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中繼器(Repeater)將信號放大再傳輸，工作在物理層集線器(Hub)將一端口信息包廣播到其他端口網(wǎng)橋(Bridge)連接同構(gòu)局域網(wǎng)，同網(wǎng)段不轉(zhuǎn)發(fā)第3頁，共36頁。路由器(Router)不僅用于局域網(wǎng)間的互聯(lián)，更主要的是連接局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)及廣域網(wǎng)間功能：1)路由的選擇；2)信息包轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)(Gateway)用于連接異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)格式變換和信息速率變換等路由器路由器路由器路由器站LANLAN站站廣域網(wǎng)第4頁，共36頁。TCP/IP協(xié)議

2、集及分層結(jié)構(gòu) IP v4和TCP/IP應(yīng)用層表示層會話層傳送層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層(硬件接口)應(yīng)用層傳送層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口HTTP SMTP DNS FTP RPCTCPIP ICMP ARP RARPEthernetUDPToken-RingFDDIOthersISO層次TCP/IP層次TCP/IP協(xié)議集第5頁，共36頁。 TCP/IP協(xié)議不包含物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議, 只定義了TCP/IP與各種物理網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)絡(luò)接口規(guī)范。(1) 網(wǎng)絡(luò)接口(2) 網(wǎng)際層 網(wǎng)際層包含有四個協(xié)議: IP、ICMP、ARP和RARP。其中，IP是主協(xié)議, 其它三個協(xié)議是輔助協(xié)議, 以增強網(wǎng)際層的網(wǎng)絡(luò)控制和地址解析

3、能力。網(wǎng)際層的主要功能是提供基于數(shù)據(jù)報方式的數(shù)據(jù)傳輸、路由選擇以及網(wǎng)絡(luò)互連等服務(wù)。 第6頁，共36頁。 在互連網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)中, 每一臺主機都要預(yù)先分配一個惟一的32位地址作為該主機的標識, 這個主機進行的所有通信都要使用這個地址來完成, 這個地址稱為IP地址。IP地址IP地址格式為32位，一般格式如下圖所示，M為類別號、NET為網(wǎng)絡(luò)號、 HOST為主機號。HOSTNETM 0 31第7頁，共36頁。在B類地址中, M字段占2位, 即第0、1位為“1 0”, 表示是B類地址; 第215位表示網(wǎng)絡(luò)地址; 第1631位表示主機地址。B類地址通常用于各地區(qū)的網(wǎng)管中心。 在A類地址中, M字段占1位, 即

4、第0位為0, 表示是A類地址, 第17位表示網(wǎng)絡(luò)地址, 第831位表示主機地址。A類地址通常用于大型網(wǎng)絡(luò)的場合。 在C類地址中, M字段占3位, 即第0、1、2位為“1 1 0”, 表示是C類地址; 第323位表示網(wǎng)絡(luò)地址; 第2431位表示主機地址。C類地址通常用于校園網(wǎng)或企業(yè)網(wǎng)。 第8頁，共36頁。 在Internet中, IP地址是全局地址, 不是任意分配的, 必須由相應(yīng)的管理機構(gòu)(網(wǎng)絡(luò)信息中心NIC)統(tǒng)一分配。 此外, 還有D類和E類IP地址。前者是多址廣播地址, 后者是實驗性地址。 域名服務(wù)器DNS負責(zé)域名與IP地址之間的轉(zhuǎn)換。第9頁，共36頁。 屏蔽碼主要用于說明在一個IP網(wǎng)絡(luò)中是

5、否有子網(wǎng)以及子網(wǎng)數(shù)量級, 但它不能確切給出具體子網(wǎng)數(shù), 也不說明具體的子網(wǎng)號。IP地址的屏蔽碼 IP地址為、屏蔽碼為, 表示在該IP網(wǎng)絡(luò)(網(wǎng)絡(luò)號為202.114.80)中無子網(wǎng)。這個IP地址標識的是該IP網(wǎng)絡(luò)中的第5號主機。 IP地址為、屏蔽碼為24 (224為二進制的“11100000”), 表示在該IP網(wǎng)絡(luò)中最多有8個子網(wǎng), 每個子網(wǎng)可配置32臺主機。這個IP地址標識的是該IP網(wǎng)絡(luò)0號子網(wǎng)中的第5號主機。第10頁，共36頁。ARP協(xié)議和RARP協(xié)議 ARP協(xié)議: 當(dāng)一個主機向另一個主機發(fā)送報文時, 只有知道與對方IP地址相對應(yīng)的物理地址后才能在物理網(wǎng)絡(luò)上進行傳輸。這種地址解析服務(wù)是由ARP

6、協(xié)議提供的。RARP協(xié)議: 如果一個主機初始化后, 只有物理地址而沒有IP地址, 就可以通過RARP協(xié)議發(fā)送廣播式請求報文來請求自己的IP地址, 而RARP服務(wù)器負責(zé)對該請求作出應(yīng)答。這樣就使得無IP地址的主機可以通過RARP協(xié)議來獲取自己的IP地址。第11頁，共36頁。 IP(Internet Protocol)是TCP/IP協(xié)議集的核心協(xié)議之一, 它提供了無連接的數(shù)據(jù)報傳輸和互連網(wǎng)路由服務(wù)。IP的主要任務(wù)是通過互連網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)報, 各個IP數(shù)據(jù)報之間是互相獨立的。IP協(xié)議 ICMP協(xié)議 最基本的功能就是提供差錯報告?zhèn)鬏敊C制。對于差錯的處理方式, ICMP協(xié)議沒有嚴格的規(guī)定。事實上,源主機收到

7、ICMP差錯報文后, 還需要與應(yīng)用程序聯(lián)系起來, 才能決定相應(yīng)的差錯處理方式。 第12頁，共36頁。 主要功能是在站點間建立端到端的連接和事務(wù)處理, 在進程之間提供可靠的和有效的傳輸服務(wù)。TCP/IP的傳送層提供了兩個主要的協(xié)議: 傳輸控制協(xié)議TCP(Transmission Control Protocol)和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP(User Datagram Protocol)。 (3) 傳送層 主要功能是在高層協(xié)議ULP(Upper Level Protocol)之間提供面向連接的傳輸服務(wù), 這種傳輸服務(wù)提供一種可靠的進程間通信機制。一次數(shù)據(jù)傳輸分為三個階段: 建立連接、 數(shù)據(jù)傳輸和終止連

8、接。 TCP協(xié)議第13頁，共36頁。數(shù)據(jù)格式IP數(shù)據(jù)包格式幀頭幀數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)包頭數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)選項填充目的IP地址源IP地址生存時間包頭校驗和標識總長度協(xié)議片偏移標志版本包頭長度服務(wù)類型第14頁，共36頁。IP網(wǎng)的特點無連接、“盡力而為” 注重傳輸效率而非質(zhì)量：不能保證QoS 采用存儲-轉(zhuǎn)發(fā)機制：延時抖動第15頁，共36頁。IP v6 隨著Internet的進一步發(fā)展，原來的IP協(xié)議已不能滿足需要，啟用新的IP協(xié)議已勢在必行。IPv4不堪重負 地址資源行將枯竭 路由表越來越龐大 分配地址不方便第16頁，共36頁。IPv6的出現(xiàn)IPv6提供了128位的IP地址，使地址數(shù)量大幅增加，從而解決了現(xiàn)在

9、的IP地址危機。IPv6采用了名為“可聚集全球統(tǒng)一計算地址”的構(gòu)造，這使IP地址構(gòu)造同網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)(連接形態(tài))相一致，從而縮小了路由表，使路由器能夠高效率地決定路由。 IPv6具有自動把IP地址分配給用戶的功能，這就大大減少了網(wǎng)絡(luò)管理費用，方便了用戶。第17頁，共36頁。IPv6地址格式 IPv6對128位的地址沒有作類別限制, 允許服務(wù)提供者根據(jù)實際需要進行地址劃分。IPv6的標準地址格式為X:X:X:X:X:X:X:X, 每個X為16位。 在IPv6地址中, 允許出現(xiàn)連續(xù)的0, 并可用“:”表示, 但一個地址中只能出現(xiàn)“:”一次。 IPv6地址使用了地址前綴（FP）概念, 用來表示該地址

10、的前幾位, 并用X/Y形式表示, 其中X是地址前綴, Y是地址前綴的位數(shù)。例如, 5D4C:0000:/16表示其地址前綴為5D4C。 第18頁，共36頁。IPv6地址類型單播地址：包括全局地址(可聚集全球單播地址)、局部地址(本地鏈路、本地站點)和IPv4兼容地址任播地址：屬于不同節(jié)點的一組接口，用于提高尋徑效率，如分布式服務(wù)系統(tǒng)(一組服務(wù)器)多播地址：用于點對多的通信第19頁，共36頁。IPv6基本包頭格式凈負荷長度流標簽跳數(shù)限制下一包頭版本流量類別源地址目的地址第20頁，共36頁。 IP v6的路由選擇是基于地址前綴概念實現(xiàn)的, 這樣可以很方便地建立層次化的路由選擇關(guān)系, 服務(wù)提供者可以

11、根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模來匯聚IP地址, 充分利用IP地址空間。 IP v6中的路由協(xié)議盡量保持了與IP v4相一致, 當(dāng)前Internet的路由協(xié)議稍加修改后便可用于IP v6路由。 IPv6路由選擇 路由器的基本功能是存儲轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報。 在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報時, 路由選擇算法將根據(jù)數(shù)據(jù)報的地址信息查找路由選擇表, 選擇一條可到達目的站點的路徑。路由選擇表的維護和更新由路由協(xié)議來完成。 第21頁，共36頁。 IPv6利用擴展報頭提供了兩種安全機制: 數(shù)據(jù)報安全認證和數(shù)據(jù)加密傳輸。 這兩種安全機制是分離的, 可單獨使用, 也可一起使用。 同時, IP v6還允許高層采用其它的安全體系來實現(xiàn)多層安全體系。 IP v6

12、安全機制數(shù)據(jù)報安全認證: 保證數(shù)據(jù)報的完整傳輸和源地址的正確性, 但它不提供信息保密性。數(shù)據(jù)加密傳輸: 采用數(shù)據(jù)加密方式提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋Ｃ苄?。?2頁，共36頁。IP v6的移動性 移動主機通信 第23頁，共36頁。 IPv6報頭中的優(yōu)先級和流標識字段提供了QoS支持機制。IPv6報頭的優(yōu)先級字段允許發(fā)送端根據(jù)通信業(yè)務(wù)的需要設(shè)置數(shù)據(jù)報的優(yōu)先級別。IP v6的QoS支持 對時間不敏感的業(yè)務(wù), 一般使用TCP協(xié)議作為傳輸協(xié)議, 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁擠時, 可通過調(diào)節(jié)流量來疏導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)交通, 其優(yōu)先級值從1到7。 對時間敏感的業(yè)務(wù), 如多媒體實時通信, 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁擠時, 則按照數(shù)據(jù)報優(yōu)先級對數(shù)據(jù)報進行丟棄處理

13、來疏導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)交通, 其優(yōu)先級值從8到15。 可流控業(yè)務(wù)不可流控業(yè)務(wù)第24頁，共36頁。/中國下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程核心網(wǎng)CERNET2 /第25頁，共36頁。寬帶多媒體網(wǎng)絡(luò) 隨著基于IP的業(yè)務(wù)種類的增加，采用基于IP的寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立支持多媒體業(yè)務(wù)的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)平臺已經(jīng)成為一種經(jīng)濟的、 高效率的做法。 新一代的寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必須建立在當(dāng)前最先進的網(wǎng)絡(luò)傳輸和交換的基礎(chǔ)上。 目前實現(xiàn)寬帶的IP網(wǎng)絡(luò)的典型技術(shù)有：IP over SDH、IP over ATM、IP over WDM、IP over DWDM等。 第26頁，共36頁。 IP over ATM的基本原理和工作方式為：將IP數(shù)據(jù)包在ATM層全部封裝

14、為ATM信元，以ATM信元形式在信道中傳輸。1. IP over ATM技術(shù) 第27頁，共36頁。最典型的有局域網(wǎng)仿真(LANE)、在ATM上傳送傳統(tǒng)的IP (CIPOA：Classical IP over ATM)和ATM上的多協(xié)議(MPOA：Multiprotocol over ATM)等。但該技術(shù)對組播業(yè)務(wù)的支持僅限于邏輯子網(wǎng)內(nèi)部， 子網(wǎng)間的組播需通過傳統(tǒng)路由器， 因而對廣播和多發(fā)業(yè)務(wù)效率較低。 (1) 迭加模式 優(yōu)點: 采用標準的ATM Forum或ITU-T的信令標準，與標準的ATM網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)兼容。 迭加模式是指IP網(wǎng)的尋址是迭加在ATM尋址的基礎(chǔ)上的。 缺點: 傳送IP包的效率較低

15、。第28頁，共36頁。 集成模式是指將IP網(wǎng)設(shè)備和ATM網(wǎng)設(shè)備集成在一起。 在集成模式中，ATM網(wǎng)的尋址已不再是獨立的， ATM網(wǎng)中的尋址將要受到IP網(wǎng)設(shè)備的干預(yù)。(2) 集成模式 集成模型的實現(xiàn)技術(shù)主要有：Ipsilon公司(已被Nokia收購)提出的IP交換(IP Switch)技術(shù)、Cisco公司提出的標記交換(Tag switch)技術(shù)和IETF推薦的多協(xié)議標簽交換(MPLS)技術(shù)。 第29頁，共36頁。由于ATM技術(shù)本身能提供QoS保證，因此可利用此特點提高IP業(yè)務(wù)的服務(wù) 質(zhì)量。 具有良好的流量控制均衡能力以及故障恢復(fù)能力，網(wǎng)絡(luò)可靠性高。 適應(yīng)于多業(yè)務(wù)，具有良好的網(wǎng)絡(luò)可擴展能力。 對

16、其他幾種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議如IPX等能提供支持。 IP over ATM的特點IP over ATM還不能提供完全的QoS保證。 對IP路由的支持一般，IP數(shù)據(jù)包分割加入大量頭信息， 造成很大的帶寬浪費（2030）。 在復(fù)制多路廣播方面缺乏高效率。 由于ATM本身技術(shù)復(fù)雜， 從而導(dǎo)致管理復(fù)雜。 優(yōu)點缺點第30頁，共36頁。 IP over SDH以SDH網(wǎng)絡(luò)作為IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的物理傳輸網(wǎng)絡(luò)。它使用鏈路及PPP協(xié)議對IP數(shù)據(jù)包進行封裝。SDH是基于時分復(fù)用的，在網(wǎng)管的配置下完成半永久性連接的網(wǎng)， 在IP over SDH中， SDH只可能有一種工作方式， 即SDH只可能以鏈路方式來支持IP網(wǎng)。 2. IP

17、over SDH技術(shù)第31頁，共36頁。對IP路由支持能力強，具有很高的IP傳輸效率符合Internet業(yè)務(wù)特點，有利實施多路廣播方式。 能利用SDH技術(shù)本身環(huán)路，提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。 省略了不必要的ATM層，簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低了運行費用。 IP over SDH的特點優(yōu)點僅對IP業(yè)務(wù)提供好的支持，不適于多業(yè)務(wù)平臺。不能像IP over ATM技術(shù)那樣提供較好的服務(wù)質(zhì)量保障(QoS)。 對IPX等其他主要網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持有限。 缺點第32頁，共36頁。 IP over WDM也稱光因特網(wǎng)， 其基本原理和工作方式是：在發(fā)送端，將不同波長的光信號組合（復(fù)用）送入一根光纖中傳輸，在接收端，又將組合光信號

18、分開（解復(fù)用）并送入不同終端。IP over WDM是一個真正的鏈路層數(shù)據(jù)網(wǎng)。 3. IP over WDM技術(shù) IP over WDM的幀結(jié)構(gòu)有兩種形式： SDH幀格式和千兆以太網(wǎng)幀格式。 第33頁，共36頁。充分利用光纖帶寬，提高帶寬和相對的傳輸速率;對傳輸碼率、 數(shù)據(jù)格式及調(diào)制方式透明;不僅可以與現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)兼容，還可以支持未來的寬帶業(yè)務(wù)網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)升級，并具有可推廣性、 高度生存性等特點。 IP over WDM的特點優(yōu)點波長標準化還沒有實現(xiàn): 一般取193.1THz為參考頻率，間隔取 100GHz; WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理還不成熟;WDM系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)只是基于點對點的方式， 還沒有形成“光網(wǎng)”。 缺點第34頁，共36頁。 基于DWDM的IP網(wǎng)主要通過適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)鏈路層格式將IP包直接映射到密集波分復(fù)用光層中，省去了中間的ATM層和SDH層，消除了功能重復(fù)。 4. IP over DW