網(wǎng)絡(luò)協(xié)議-8音頻視頻服務(wù)

1、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議第 8 章 因特網(wǎng)上的音頻/視頻效力第 8 章 因特網(wǎng)上的音頻/視頻效力 8.1 概述8.2 流式存儲音頻/視頻 8.2.1 具有元文件的萬維網(wǎng)效力器 8.2.2 媒體效力器 8.2.3 實時流式協(xié)議 RTSP8.3 交互式音頻/視頻 8.3.1 IP 概述 8.3.2 IP 所需求的幾種運用協(xié)議 8.3.3 實時運輸協(xié)議 RTP 8.3.4 實時運輸控制協(xié)議 RTCP 8.3.5 H.323 8.3.6 會話發(fā)起協(xié)議 SIP第 8 章 因特網(wǎng)上的音頻/視頻效力續(xù) 8.4 改良“盡最大努力交付的效力 8.4.1 使因特網(wǎng)提供效力質(zhì)量 8.4.2 調(diào)度和控制機制 8.4.3

2、綜合效力 IntServ 和資源預(yù)留 協(xié)議 RSVP 8.4.4 區(qū)分效力 DiffServ第 8 章 因特網(wǎng)上的音頻/視頻效力續(xù) 8.1 概述 計算機網(wǎng)絡(luò)最初是為傳送數(shù)據(jù)信息設(shè)計的。因特網(wǎng) IP 層提供的“盡最大努力交付效力，以及每一個分組獨立交付的戰(zhàn)略，對傳送數(shù)據(jù)信息也是很適宜的。因特網(wǎng)運用的 TCP 協(xié)議可以很好地處理網(wǎng)絡(luò)不能提供可靠交付這一問題。多媒體信息的特點多媒體信息包括聲音和圖像信息與不包括聲音和圖像的數(shù)據(jù)信息有很大的區(qū)別。多媒體信息的信息量往往很大。在傳輸多媒體數(shù)據(jù)時，對時延和時延抖動均有較高的要求。多媒體數(shù)據(jù)往往是實時數(shù)據(jù)(real time data)，它的含義是：在發(fā)送實

3、時數(shù)據(jù)的同時，在接納端邊接納、邊播放。 因特網(wǎng)是非等時的 模擬的多媒體信號經(jīng)過采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號，再組裝成分組。這些分組的發(fā)送速率是恒定的等時的。傳統(tǒng)的因特網(wǎng)本身是非等時的。因此經(jīng)過因特網(wǎng)的分組變成了非恒定速率的分組。 tt因特網(wǎng)t模擬信號t采樣后的信號構(gòu)成分組恒定速率非恒定速率接納端需設(shè)置適當大小的緩存。當緩存中的分組數(shù)到達一定的數(shù)量后再以恒定速率按順序把分組讀出進展復(fù)原播放。緩存實踐上就是一個先進先出的隊列。圖中標明的 T 叫做播放時延。 在接納端設(shè)置緩存 tT緩存隊列恒定速率t非恒定速率有能夠發(fā)生分組喪失緩存使一切到達的分組都經(jīng)受了遲延。早到達的分組在緩存中停留的時間較長，而晚到

4、達的分組在緩存中停留的時間那么較短。以非恒定速率到達的分組，經(jīng)過緩存后再以恒定速率讀出，就可以在一定程度上消除了時延的抖動。但我們付出的代價是添加了時延。 緩存的影響 分組發(fā)出1 2 3 4 5 6t到達分組數(shù)6543211 2 3 4 5 6t緩存時間緩存時間再推遲播放時間假設(shè)網(wǎng)絡(luò)無時延推遲播放分組遲到網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)時延分組 1 的時延分組到達1 2 3 4 5 6t實踐的網(wǎng)絡(luò)需求處理的問題 在傳送時延敏感(delay sensitive)的實時數(shù)據(jù)時，不僅傳輸時延不能太大，而且時延抖動也必需遭到限制。對于傳送實時數(shù)據(jù)，很少量分組的喪失對播放效果的影響并不大由于這是由人來進展客觀評價的，因此是可以

5、容忍的。喪失容忍(loss tolerant)也是實時數(shù)據(jù)的另一個重要特點。 需求處理的問題續(xù)由于分組的到達能夠不按序，但將分組復(fù)原和播放時又該當是按序的。因此在發(fā)送多媒體分組時還該當給每一個分組加上序號。這闡明還該當有相應(yīng)的協(xié)議支持才行。要使接納端可以將節(jié)目中本來就存在的正常的短時間停頓如音樂中停頓幾拍和因某些分組的較大遲延呵斥的“停頓區(qū)分開來。這就需求添加一個時間戳(timestamp)，以便通知接納端該當在什么時間播放哪個分組。必需改造現(xiàn)有的因特網(wǎng) 大量運用光纜和高速路由器，網(wǎng)絡(luò)的時延和時延抖動就可以足夠小，在因特網(wǎng)上傳送實時數(shù)據(jù)就不會有問題。把因特網(wǎng)改造為可以對端到端的帶寬實現(xiàn)預(yù)留(r

6、eservation)，把運用無銜接協(xié)議的因特網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蜚暯拥木W(wǎng)絡(luò)。 部分改動因特網(wǎng)的協(xié)議棧所付出的代價較小，而這也可以使多媒體信息在因特網(wǎng)上的傳輸質(zhì)量得到改良。 目前因特網(wǎng)提供的音頻/視頻效力大體上可分為三種類型 流式(streaming)存儲音頻/視頻 邊下載邊播放。流式實況音頻/視頻 邊錄制邊發(fā)送 。交互式音頻/視頻實時交互式通訊?！斑呄螺d邊播放中的“下載 “邊下載邊播放終了后，在用戶的硬盤上沒有留下有關(guān)播放內(nèi)容的任何痕跡。流媒體(streaming media)，即流式音頻/視頻。流媒體特點就是“邊下載邊播放 (streaming and playing) 。8.2 流式存儲音頻/視

7、頻 傳統(tǒng)的下載文件方法 萬維網(wǎng)效力器客戶機效力器媒體播放器 GET: 音頻/視頻文件 RESPONSE 音頻/視頻文件閱讀器傳統(tǒng)的閱讀器從效力器下載音頻/視頻文件 用戶從客戶機(client machine)的閱讀器上用 協(xié)議向效力器懇求下載某個音頻/視頻文件。 效力器如有此文件就發(fā)送給閱讀器。在呼應(yīng)報文中就裝有用戶所要的音頻/視頻文件。整個下載過程能夠會破費很長的時間。 當閱讀器完全收下這個文件后，就可以傳送給本人機器上的媒體播放器進展解緊縮，然后播放。 8.2.1 具有元文件的萬維網(wǎng)效力器 元文件就是一種非常小的文件，它描畫或指明其他文件的一些重要信息。 萬維網(wǎng)效力器客戶機效力器媒體播放器

8、 元文件閱讀器 GET: 元文件 RESPONSEGET: 音頻/視頻文件 RESPONSE運用元文件下載音頻/視頻文件 閱讀器用戶運用 的 GET 報文接入到萬維網(wǎng)效力器。這個超鏈指向一個元文件。這個元文件有實踐的音頻/視頻文件的一致資源定位符 URL。 萬維網(wǎng)效力器把該元文件裝入 呼應(yīng)報文的主體，發(fā)回給閱讀器。 客戶機閱讀器調(diào)用相關(guān)的媒體播放器，把提取出的元文件傳送給媒體播放器。 媒體播放器運用元文件中的 URL ，向萬維網(wǎng)效力器發(fā)送 懇求報文，要求下載音頻/視頻文件。 萬維網(wǎng)效力器發(fā)送 呼應(yīng)報文，把該音頻/視頻文件發(fā)送給媒體播放器。媒體播放器邊下載邊解緊縮邊播放。 8.2.2 媒體效力器

9、 媒體效力器也稱為流式效力器(streaming server) ，它支持流式音頻和視頻的傳送。媒體播放器與媒體效力器的關(guān)系是客戶與效力器的關(guān)系。 媒體播放器不是向萬維網(wǎng)效力器而是向媒體效力器懇求音頻/視頻文件。媒體效力器和媒體播放器之間采用另外的協(xié)議進展交互。 運用媒體效力器 萬維網(wǎng)效力器媒體播放器 元文件閱讀器 GET: 元文件 RESPONSEGET: 音頻/視頻文件 RESPONSE媒體效力器客戶機效力器采用媒體效力器下載音頻/視頻文件的步驟 前三個步驟依然和上一節(jié)的一樣，區(qū)別就是后面兩個步驟。 媒體播放器運用元文件中的 URL 接入到媒體效力器，懇求下載閱讀器所懇求的音頻/視頻文件。

10、下載可以借助于運用 UDP 的任何協(xié)議，例如運用實時運輸協(xié)議 RTP。 媒體效力器給出呼應(yīng)，把該音頻/視頻文件發(fā)送給媒體播放器。媒體播放器在遲延了假設(shè)干秒后，以流的方式邊下載邊解緊縮邊播放。 8.2.3 實時流式協(xié)議 RTSP(Real-Time Streaming Protocol) RTSP 協(xié)議以客戶效力器方式任務(wù)，它是一個多媒體播放控制協(xié)議，用來運用戶在播放從因特網(wǎng)下載的實時數(shù)據(jù)時可以進展控制，如：暫停/繼續(xù)、后退、前進等。因此 RTSP 又稱為“因特網(wǎng)錄像機遙控協(xié)議。要實現(xiàn) RTSP 的控制功能，我們不僅要有協(xié)議，而且要有專門的媒體播放器(media player)和媒體效力器(me

11、dia server)。 萬維網(wǎng)效力器客戶機效力器媒體播放器 元文件閱讀器媒體效力器音頻/視頻流 GET: 元文件 RESPONSESETUP RESPONSEPLAY RESPONSE RESPONSE TEARDOWN 運用 RTSP 的媒體效力器的任務(wù)過程 閱讀器向萬維網(wǎng)效力器懇求音頻/視頻文件。 萬維網(wǎng)效力器從閱讀器發(fā)送攜帶有元文件的呼應(yīng)。 閱讀器把收到的元文件傳送給媒體播放器。 RTSP 客戶與媒體效力器的 RTSP 效力器建立銜接。 RTSP 效力器發(fā)送呼應(yīng) RESPONSE 報文。 RTSP 客戶發(fā)送 PLAY 報文，開場下載音頻/視頻文件。 RTSP 效力器發(fā)送呼應(yīng) RESPO

12、NSE 報文。 RTSP 客戶發(fā)送 TEARDOWN 報文斷開銜接。 RTSP 效力器發(fā)送呼應(yīng) RESPONSE 報文。 8.3 交互式音頻/視頻 8.3.1 IP 概述狹義的 IP 就是指在 IP 網(wǎng)絡(luò)上打。所謂“IP 網(wǎng)絡(luò)就是“運用 IP 協(xié)議的分組交換網(wǎng)的簡稱。廣義的 IP 那么不僅僅是通訊，而且還可以是在IP網(wǎng)絡(luò)上進展交互式多媒體實時通訊包括話音、視像等，甚至還包括即時傳信IM (Instant Messaging)。IP 網(wǎng)關(guān)的幾種銜接方法 分組交換電路交換電路交換 因特網(wǎng)PC 到 PC公用網(wǎng)IP 網(wǎng)關(guān) 因特網(wǎng)PC 到固定機公用網(wǎng)IP 網(wǎng)關(guān)公用網(wǎng)IP 網(wǎng)關(guān)因特網(wǎng)固定機到固定機IP 的

13、通話質(zhì)量IP 的通話質(zhì)量主要由兩個要素決議。一個是通話雙方端到端的時延和時延抖動，另一個是話音分組的喪失率。但這兩個要素是不確定的，是取決于當時網(wǎng)絡(luò)上的通訊量。閱歷證明，在交談中，端到端的時延不應(yīng)超越 250 ms，否那么交談?wù)呔湍芨械讲蛔匀弧?IP 的端到端時延 (1) 話音信號進展模數(shù)轉(zhuǎn)換要經(jīng)受時延。(2) 話音比特流裝配成話音分組的時延。(3) 話音分組的發(fā)送需求時間，此時間等于話音分 組長度與通訊線路的數(shù)據(jù)率之比。(4) 話音分組在因特網(wǎng)中的存儲轉(zhuǎn)發(fā)時延。(5) 話音分組在接納端緩存中暫存所引起的時延。(6) 話音分組復(fù)原成模擬話音信號的時延。(7) 話音信號在通訊線路上的傳播時延。(

14、8) 終端設(shè)備的硬件和操作系統(tǒng)產(chǎn)生的接入時延。 低速率話音編碼的規(guī)范 (1) G.729速率為 8 kb/s 的共軛構(gòu)造代數(shù)碼鼓勵線性預(yù)測聲碼器 CS-ACELP (Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear Prediction)。(2) G.723.1速率為 5.3/6.3 kb/s 的為多媒體通訊譽的低速率聲碼器。 D播放時延有一個最正確值 分組喪失率端到端時延20 %10 %5 %100 ms150 ms400 msABCN良好根本可用不好長途 質(zhì)量接納端播放 時延增大線速路由器 提高路由器的轉(zhuǎn)發(fā)分組的速率對提高 IP 的質(zhì)量也是

15、很重要的。據(jù)統(tǒng)計，一個跨大西洋的 IP 普通要經(jīng)過 2030 個路由器。假設(shè)能改用吉比特路由器又稱為線速路由器，那么每秒可轉(zhuǎn)發(fā) 5 百萬至 6 千萬個分組即交換速率達 60 Gb/s 左右。這樣還可進一步減少由網(wǎng)絡(luò)呵斥的時延。 關(guān)于 SkypeSkype 采用了 P2P 和全球索引技術(shù)提供快速路由選擇機制，管理本錢大大降低。由于用戶路由信息分布式存儲于因特網(wǎng)的結(jié)點中，因此呼叫銜接完成得很快。Skype 采用了端對端加密方式，保證信息的平安性。Skype 運用 P2P 的技術(shù)，用戶數(shù)據(jù)主要存儲在 P2P 網(wǎng)絡(luò)中，因此必需保證存儲在公共網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)是可靠的和沒有被篡改的。Skype 對公共目錄中存

16、儲的和用戶相關(guān)的數(shù)據(jù)都采用了數(shù)字簽名，保證了數(shù)據(jù)無法被篡改。Skype的問世給全球信息技術(shù)和通訊產(chǎn)業(yè)帶來深遠的影響，也給每一位網(wǎng)絡(luò)運用者帶來生活方式的改動。 8.3.2 IP所需求的幾種運用協(xié)議 TCPUDP信令效力質(zhì)量IPv4/IPv6RTSPRTCPRSVPH.323SIPRTP應(yīng)用層協(xié)議音頻/視頻SDP底層網(wǎng)絡(luò)8.3.3 實時運輸協(xié)議 RTP (Real-time Transport Protocol) RTP 為實時運用提供端到端的運輸，但不提供任何效力質(zhì)量的保證。多媒體數(shù)據(jù)塊經(jīng)緊縮編碼處置后，先送給 RTP 封裝成為 RTP 分組，再裝入運輸層的 UDP 用戶數(shù)據(jù)報，然后再交給 IP

17、 層。RTP 是一個協(xié)議框架，只包含了實時運用的一些共同的功能。RTP 本人并不對多媒體數(shù)據(jù)塊做任何處置，而只是向運用層提供一些附加的信息，讓運用層知道該當如何進展處置。 RTP 的層次 從運用開發(fā)者的角度看，RTP 該當是運用層的一部分。在運用的發(fā)送端，開發(fā)者必需編寫用 RTP 封裝分組的程序代碼，然后把 RTP 分組交給 UDP 插口接口。在接納端，RTP 分組經(jīng)過 UDP 插口接口進入運用層后，還要利用開發(fā)者編寫的程序代碼從 RTP 分組中把運用數(shù)據(jù)塊提取出來。RTP 也可看成是運輸層的一個子層 RTP 封裝了多媒體運用的數(shù)據(jù)塊。由于 RTP 向多媒體運用程序提供了效力如時間戳和序號，因

18、此也可以將 RTP 看成是在 UDP 之上的一個運輸層的子層。 運輸層運用層IP數(shù)據(jù)鏈路層物理層RTPUDPRTP 分組的首部格式 12 字節(jié)序 號位 0 1 3 8 16 31有效載荷類型版本PXM參與源數(shù)時 間 戳同 步 源 標 識 符 (SSRC)參 與 源 標 識 符 (CSRC) 0.15發(fā)送RTP 分組UDP 用戶數(shù)據(jù)報IP 數(shù)據(jù)報IP 首部 UDP 首部 RTP 首部 RTP 數(shù)據(jù)部分運用層數(shù)據(jù)8.3.4 實時運輸控制協(xié)議 RTCP (RTP Control Protocol) RTCP 是與 RTP 配合運用的協(xié)議。RTCP 協(xié)議的主要功能是：效力質(zhì)量的監(jiān)視與反響、媒體間的同步

19、，以及多播組中成員的標識。RTCP 分組也運用 UDP 傳送，但 RTCP 并不對聲音或視像分組進展封裝?？蓪⒍鄠€ RTCP 分組封裝在一個 UDP 用戶數(shù)據(jù)報中。RTCP 分組周期性地在網(wǎng)上傳送，它帶有發(fā)送端和接納端對效力質(zhì)量的統(tǒng)計信息報告。 RTCP 運用的五種分組類型 終了分組 BYE 表示封鎖一個數(shù)據(jù)流。特定運用分組 APP 使運用程序可以定義新的分組類型。接納端報告分組 RR 用來使接納端周期性地向一切的點用多播方式進展報告。 發(fā)送端報告分組 SR 用來使發(fā)送端周期性地向一切接納端用多播方式進展報告。源點描畫分組 SDES 給出會話中參與者的描畫。 8.3.5 H.323H.323

20、是 ITU-T 于 1996 年制定的一個稱號很長的建議書，1998 年的第二個版本改用的稱號是“基于分組的多媒體通訊系統(tǒng)。H.323 包括系統(tǒng)和構(gòu)件的描畫，呼叫模型的描畫，呼叫信令過程，控制報文，復(fù)用，話音編解碼器，視像編解碼器，以及數(shù)據(jù)協(xié)議等，但不保證效力質(zhì)量 QoS。 H.323 終端運用 H.323 協(xié)議進展多媒體通訊 分組交換網(wǎng)例如，因特網(wǎng)H.323H.323 終端H.323 終端 H.323 規(guī)范指明的四種構(gòu)件 (1) H.323 終端(2) 網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)銜接到兩種不同的網(wǎng)絡(luò)，使 H.323 網(wǎng)絡(luò)可以和非 H.323 網(wǎng)絡(luò)進展通訊。(3) 網(wǎng)閘(gatekeeper)一切的呼叫都要經(jīng)過

21、網(wǎng)閘，由于網(wǎng)閘提供地址轉(zhuǎn)換、授權(quán)、帶寬管理和計費功能。(4) 多點控制單元 MCU (Multipoint Control Unit)MCU 支持三個或更多的 H.323 終端的音頻或視頻會議。 H.323 網(wǎng)關(guān)用來和非 H.323 網(wǎng)絡(luò)進展銜接 因特網(wǎng)公用網(wǎng)網(wǎng)關(guān)網(wǎng)閘H.323 終端 多點控制單元MCUH.323 的協(xié)議體系構(gòu)造 音頻/視頻運用音頻編解碼視頻編解碼RTCPH.225.0登記信令H.225.0呼叫信令H.245控制信令RTPUDPTCPIP信令和控制數(shù)據(jù) 運用T.120數(shù)據(jù)8.3.6 會話發(fā)起協(xié)議 SIP (Session Initiation Protocol) SIP 是一套

22、較為簡單且適用的規(guī)范，目前已成為因特網(wǎng)的建議規(guī)范。SIP 協(xié)議以因特網(wǎng)為根底，把 IP 視為因特網(wǎng)上的新運用。SIP 協(xié)議只涉及到 IP 的信令和有關(guān)效力質(zhì)量問題，而沒有提供像H.323那樣多的功能。SIP沒有指定運用 RTP 協(xié)議，但實踐上大家還是選用 RTP 和 RTCP 作為配合運用的協(xié)議。 SIP 系統(tǒng)的構(gòu)件SIP系統(tǒng)的兩種構(gòu)件是用戶代理和網(wǎng)絡(luò)效力器。用戶代理包括用戶代理客戶和用戶代理效力器，前者用來發(fā)起呼叫，而后者用來接受呼叫。網(wǎng)絡(luò)效力器分為代理效力器和重定向效力器。代理效力器接受來自主叫用戶的呼叫懇求，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳代理效力器，最后將呼叫懇求轉(zhuǎn)發(fā)給被叫用戶。重定向效力器不接受呼

23、叫，它經(jīng)過呼應(yīng)通知客戶下一跳代理效力器的地址，由客戶按此地址向下一跳代理效力器重新發(fā)送呼叫懇求。SIP 的地址非常靈敏可以是號碼，也可以是電子郵件地址、IP 地址或其他類型的地址。但一定要運用 SIP 的地址格式，例如：號碼 sip:zhangsan8625-87654321IPv4 地址 sip:zhangsan6電子郵件地址 sip:zhangsanpublic1.ptt.js一個簡單的 SIP 會話 主叫方被叫方OK: 地址ACKINVITE: 地址，選項建立會話BYE終止會話交談通訊ttSIP 登記器的用途 跟蹤被叫方 主叫方被叫方INVITE查找回答交談ttSIP 代理效力器SIP

24、登記器INVITEOKOKACKACKBYEtt會話描畫協(xié)議SDP (Session Description Protocol) SDP 在會議的情況下特別重要，由于會議的參與者是動態(tài)地參與和退出。SDP 詳細地指明了媒體編碼、協(xié)議的端口號以及多播地址。SIP 運用了 的許多首部、編碼規(guī)那么、過失碼以及一些鑒別機制，它比 H.323 具有更好的可擴縮性。由于 SIP 問世較晚，因此它如今比 H.323 占有的市場份額要小。 8.4 改良“盡最大努力交付的效力 8.4.1 使因特網(wǎng)提供效力質(zhì)量效力質(zhì)量 QoS 是效力性能的總效果，此效果斷定了一個用戶對效力的稱心程度。因此在最簡單的意義上，有效力

25、質(zhì)量的效力就是可以滿足用戶的運用需求的效力。效力質(zhì)量可用假設(shè)干根本的性能目的來描畫，包括可用性、過失率、呼應(yīng)時間、吞吐量、分組喪失率、銜接建立時間、缺點檢測和矯正時間等。效力提供者可向其用戶保證某一種等級的效力質(zhì)量。 主機 H1 和 H2 分別向主機 H3 和 H4 發(fā)送數(shù)據(jù) 1.5 Mb/s 鏈路H1H2H3H4R2R1H1H21.5 Mb/s 鏈路輸出隊列1 Mb/s的實時音頻數(shù)據(jù) FTP 文件數(shù)據(jù) 需求給不同性質(zhì)的分組打上不同的標志。當 H1 和 H2 的分組進入 R1 時， R1 應(yīng)能識別實時數(shù)據(jù)分組，并使這些分組以高優(yōu)先級進入輸出隊列，而僅在隊列有多余空間時才準許低優(yōu)先級的 FTP

26、數(shù)據(jù)分組進入。 主機 H1 和 H2 分別向主機 H3 和 H4 發(fā)送數(shù)據(jù) 1.5 Mb/s 鏈路H1H2H3H4R2R1H1H21.5 Mb/s 鏈路輸出隊列1 Mb/s的實時音頻數(shù)據(jù) 高優(yōu)先級的 FTP 文件數(shù)據(jù) 該當使路由器添加分類(classification)機制，即路由器根據(jù)某些準那么例如，根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)的地址對輸入分組進展分類，然后對不同類別的通訊量給予不同的優(yōu)先級。 主機 H1 和 H2 分別向主機 H3 和 H4 發(fā)送數(shù)據(jù) 1.5 Mb/s 鏈路H1H2H3H4R2R1H1H21.5 Mb/s 鏈路輸出隊列數(shù)據(jù)率異常的實時音頻數(shù)據(jù) FTP 文件數(shù)據(jù) 路由器應(yīng)能將對數(shù)據(jù)流進展通訊

27、量的控制(policing)，使該數(shù)據(jù)流不影響其他正常數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)過。例如，可將 H1 的數(shù)據(jù)率限定為 1 Mb/s。R1 不停地監(jiān)視 H1 的數(shù)據(jù)率。只需其數(shù)據(jù)率超越規(guī)定的 1 Mb/s，R1 就將其中的某些分組丟棄。 主機 H1 和 H2 分別向主機 H3 和 H4 發(fā)送數(shù)據(jù) 1.5 Mb/s 鏈路H1H2H3H4R2R1H1H21.5 Mb/s 鏈路輸出隊列數(shù)據(jù)率異常的實時音頻數(shù)據(jù) FTP 文件數(shù)據(jù) 應(yīng)在路由器中再添加調(diào)度(scheduling)機制。利用調(diào)度功能給實時音頻分配 1.0 Mb/s 的帶寬，給文件傳送分配 0.5 Mb/s 的帶寬相當于在帶寬為 1.5 Mb/s 的鏈路

28、中劃分出兩個邏輯鏈路，因此對這兩種運用都有相應(yīng)的效力質(zhì)量保證。 主機 H1 和 H2 分別向主機 H3 和 H4 發(fā)送數(shù)據(jù) 1.5 Mb/s 鏈路H1H2H3H4R2R1H1H21.5 Mb/s 鏈路輸出隊列1 Mb/s 的實時數(shù)據(jù) 總數(shù)據(jù)率已超越了 1.5 Mb/s 鏈路的帶寬。比較合理的做法是讓一個數(shù)據(jù)流經(jīng)過 1.5 Mb/s 的鏈路，而阻止另一個數(shù)據(jù)流的經(jīng)過。這就需求呼叫接納(call admission)機制。數(shù)據(jù)流要預(yù)先聲明所需的效力質(zhì)量，然后或者被準許進入網(wǎng)絡(luò)，或者被回絕進入網(wǎng)絡(luò)。 8.4.2 調(diào)度和控制機制1. 調(diào)度機制 “調(diào)度就是指排隊的規(guī)那么。如不采用專門的調(diào)度機制，那么默許

29、排隊規(guī)那么就是先進先出 FIFO (First In First Out)。當隊列已滿時，后到達的分組就被丟棄。先進先出的最大缺陷就是不能區(qū)分時間敏感分組和普通數(shù)據(jù)分組，并且也不公平。在先進先出的根底上添加按優(yōu)先級排隊，就能使優(yōu)先級高的分組優(yōu)先得到效力。 分組按優(yōu)先級排隊高優(yōu)先級隊列低優(yōu)先級隊列分組到達路由器調(diào)度分組分開路由器分類器效力員路由器高 高 高低高優(yōu)先級分組優(yōu)先接受效力t1235到達分開接受效力41325413254t高高高低低分組分開路由器加權(quán)公平排隊 WFQ(Weighted Fair Queuing) 分組到達路由器調(diào)度分類器w1w2w3123路由器加權(quán)公平排隊 WFQ 分組到

30、達后就將分組進展分類，然后送交與其類別對應(yīng)的隊列。隊列按順序依次將隊首的分組發(fā)送到鏈路。遇到隊列空就跳過去。給隊列 i 指派一個權(quán)重 wi。隊列 i 得到的平均效力時間為 wi /(wj)，這里wj 是對一切的非空隊列的權(quán)重求和。隊列 i 將得到的有保證的帶寬 Ri 應(yīng)為 8-1 WFQ 與 FIFO 的比較 111111111112111234567891011111111111112345678910111111111111分組流 1分組流 2分組流 11FIFOWFQ(a) 分組流 1 的分組延續(xù)輸入tttttWFQ 與 FIFO 的比較 111111111112111234567891

31、011111111111112345678910111111111111分組流 1分組流 2分組流 11FIFOWFQttttt(b) 分組流 1 的分組斷續(xù)輸入2. 控制機制 (1) 平均速率 網(wǎng)絡(luò)需求控制一個數(shù)據(jù)流的平均速率。這里的平均速率是指在一定的時間間隔內(nèi)經(jīng)過的分組數(shù)。 (2) 峰值速率 峰值速率限制了數(shù)據(jù)流在非常短的時間間隔內(nèi)的流量。 (3) 突發(fā)長度 網(wǎng)絡(luò)也限制在非常短的時間間隔內(nèi)延續(xù)注入到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)。 分組到達漏桶控制器(leaky bucket policer) 漏桶中最多裝入 b 個權(quán)標拿走權(quán)標準許分組進入網(wǎng)絡(luò)等待權(quán)標在任何時間間隔 t 內(nèi)準許進入網(wǎng)絡(luò)的分組數(shù) = r

32、t + b標志注入漏桶的速率為每秒 r 個權(quán)標漏桶機制與加權(quán)公平排隊相結(jié)合 現(xiàn)假定有 n 個分組流輸入到一個路由器，復(fù)用后從一條鏈路輸出。每一個分組流運用漏桶機制進展控制，漏桶參數(shù)為 bi 和 ri，i = 1, 2, , n。設(shè)漏桶 I 已裝滿了 bi 個權(quán)標。因此 bi 個分組可馬上從路由器輸出。但分組流 I 得到的帶寬是由公式(10-1)給出。這 bi 個分組中的最后一個分組所經(jīng)受的時延最大，它等于傳輸這 bi 個分組所需的時間 dmax，即 bi 除以公式(10-1)給出的傳輸速率： (8-2)分組分開路由器分組到達路由器用漏桶機制進展控制 調(diào)度分類器w1wn隊列 1b1r1bnrn隊

33、列 n路由器8.4.3 綜合效力 IntServ 與資源預(yù)留協(xié)議 RSVPIntServ (Integrated Services)可對單個的運用會話提供效力質(zhì)量的保證，其主要特點有二，即：資源預(yù)留。路由器需求知道不斷出現(xiàn)的會話已預(yù)留了多少資源即鏈路帶寬和緩存空間。呼叫建立。需求效力質(zhì)量保證的會話必需首先在源站到目的站的途徑上的每個路由器預(yù)留足夠的資源，以保證其端到端的效力質(zhì)量要求。 IntServ 定義了兩類效力 有保證的效力(guaranteed service)，可保證一個分組在經(jīng)過路由器時的排隊時延有一個嚴厲的上限。受控負載的效力(controlled-load service)，可以

34、使運用程序得到比通常的“盡最大努力更加可靠的效力。IntServ 由四個組成部分(1) 資源預(yù)留協(xié)議 RSVP，它是 IntServ 的信令協(xié)議。(2) 接納控制(admission control)，用來決議能否贊同對某一資源的懇求。(3) 分類器(classifier)，用來將進入路由器的分組進展分類，并根據(jù)分類的結(jié)果將不同類別的分組放入特定的隊列。(4) 調(diào)度器(scheduler)，根據(jù)效力質(zhì)量要求決議分組發(fā)送的前后順序。流(flow)“流是在多媒體通訊中的一個常用的名詞，普通定義為:具有同樣的源 IP 地址、源端口號、目的 IP 地址、目的端口號、協(xié)議標識符以及效力質(zhì)量需求的一連串分

35、組。 RSVP 協(xié)議的任務(wù)原理 H1H2 50 kb/sR2R1H3 100 kb/sH4 3 Mb/sR3R4H5 3 Mb/s源站(a) 源點用多播發(fā)送PATH報文 表示 PATH 報文3 Mb/s3 Mb/s3 Mb/s100 kb/sH1H2 50 kb/sR2R1H3 100 kb/sH4 3 Mb/sR3R4H5 3 Mb/s源站(b) 各終點向源點前往 RESV 報文 表示 RESV 報文IntServ 體系構(gòu)造在路由器中的實現(xiàn) 路由選擇協(xié)議路由選擇數(shù)據(jù)庫RSVP接納控制管理代理通訊量控制數(shù)據(jù)庫分類器與分組轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度器分組入分組出綜合效力 IntServ 體系構(gòu)造存在的主要問題 (

36、1) 形狀信息的數(shù)量與流的數(shù)目成正比。因此在大型網(wǎng)絡(luò)中，按每個流進展資源預(yù)留會產(chǎn)生很大的開銷。(2) IntServ 體系構(gòu)造復(fù)雜。假設(shè)要得到有保證的效力，一切的路由器都必需裝有 RSVP、接納控制、分類器和調(diào)度器。(3) 綜合效力 IntServ 所定義的效力質(zhì)量等級數(shù)量太少，不夠靈敏。 8.4.4 區(qū)分效力 DiffServ (Differentiated Services) 1. 區(qū)分效力的根本概念由于綜合效力 IntServ 和資源預(yù)留協(xié)議 RSVP 都較復(fù)雜，很難在大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)，因此 IETF 提出了新的戰(zhàn)略，即區(qū)分效力 DiffServ 。區(qū)分效力有時也簡寫為 DS。因此，具有區(qū)分效力功能的結(jié)點就稱為 DS 結(jié)點。 區(qū)分效力 DiffServ 的要點 (1) DiffServ 在路由器中添加區(qū)分效力的功能。DiffServ 將 IPv4 協(xié)議中原有的效力類型字段和 IPv6 的通訊量類字段定義為區(qū)分效力