計算機網(wǎng)絡第8章因特網(wǎng)上的音頻視頻服務

計算機網(wǎng)絡（第5版）

第8章因特網(wǎng)上的音頻/視頻服務

課件制作人：謝希仁

第8章因特網(wǎng)上的音頻/視頻服務

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)服務器

8.2.2媒體服務器

8.2.3實時流式協(xié)議RTSP

課件制作人：謝希仁

第8章因特網(wǎng)上的音頻/視頻服務

（續(xù)）

8.3交互式音頻/視頻

8.3.1IP電話概述

8.3.2IP電話所需要的幾種應用協(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

8.3.5H.323

8.3.6會話發(fā)起協(xié)議SIP

課件制作人：謝希仁

第8章因特網(wǎng)上的音頻/視頻服務

（續(xù)）

8.4改進“盡最大努力交付”的服務

8.4.1使因特網(wǎng)提供服務質(zhì)量

8.4.2調(diào)度和管制機制

8.4.3綜合服務IntServ和資源預留

協(xié)議RSVP

8.4.4區(qū)分服務DiffServ

課件制作人：謝希仁

8.1概述

■計算機網(wǎng)絡最初是為傳送數(shù)據(jù)信息設計

的。因特網(wǎng)IP層提供的“盡最大努力交

付”服務，以及每一個分組獨立交付的

策略，對傳送數(shù)據(jù)信息也是很合適的。

■因特網(wǎng)使用的TCP協(xié)議可以很好地解決

網(wǎng)絡不能提供可靠交付這一問題。

課件制作人：謝希仁

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)(realtime

data),它的含義是：在發(fā)送實時數(shù)據(jù)的

同時，在接收端邊接收邊播放。

課件制作人：謝希仁

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。

丁后方采樣后的信號構成分組,

八八^^一UillhilkhuMh7口胃hItV因特網(wǎng).1口“口

恒定速率/非恒定速率

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在接收端設置緩存

■接收端需設置適當大小的緩存。當緩存中的分

組數(shù)達到一定的數(shù)量后再以恒定速率按順序把

分組讀出進行還原播放。

■緩存實際上就是一個先進先出的隊列。圖中標

明的丁叫做播放時延。

有可能發(fā)生

分組丟失

緩存（隊列）

非恒定速率T恒定速率

課件制作人：謝希仁

緩存的影響

■緩存使所有到達的分組都經(jīng)受了遲延。

■早到達的分組在緩存中停留的時間較長,

而晚到達的分組在緩存中停留的時間則

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，就能夠在一定程度

上消除了時延的抖動。但我們付出的代

價是增加了時延。

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分組

發(fā)出tttttt

123456

需要解決的問題

■在傳送時延敏感(delaysensitive)的實時

數(shù)據(jù)時，不僅傳輸時延不能太大，而且

時延抖動也必須受到限制。

■對于傳送實時數(shù)據(jù)，很少量分組的丟失

對播放效果的影響并不大(因為這是由

人來進行主觀評價的)，因而是可以容

忍的。丟失容忍(losstolerant)也是實時

數(shù)據(jù)的另一個重要特點。

課件制作人：謝希仁

需要解決的問題（續(xù)）

■由于分組的到達可能不按序，但將分組還原和

播放時又應當是按序的。因此在發(fā)送多媒體分

組時還應當給每一個分組加上序號。這表明還

應當有相應的協(xié)議支持才行。

■要使接收端能夠?qū)⒐?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

組的較大遲延造成的“停頓”區(qū)分開來。這就

需要增加一個時間戳（timestamp）,以便告訴接

收端應當在什么時間播放哪個分組。

課件制作人：謝希仁

必須改造現(xiàn)有的因特網(wǎng)

■大量使用光纜和高速路由器,網(wǎng)絡的時延和時

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)改造為能夠?qū)Χ说蕉说膸拰崿F(xiàn)預留

(reservation),把使用無連接協(xié)議的因特網(wǎng)轉(zhuǎn)

變?yōu)槊嫦蜻B接的網(wǎng)絡。

■部分改動因特網(wǎng)的協(xié)議棧所付出的代價較小，

而這也能夠使多媒體信息在因特網(wǎng)上的傳輸質(zhì)

量得到改進。

課件制作人：謝希仁

目前因特網(wǎng)提供的音頻/視頻服務

大體上可分為三種類型

■流式(streaming)存儲音頻/視頻一一邊下

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——實時交互式通信。

課件制作人：謝希仁

“邊下載邊播放”中的“下載”

■“邊下載邊播放”結束后,在用戶的硬盤上沒有

留下有關播放內(nèi)容的任何痕跡。

■流媒體(streamingmedia),即流式音頻/視頻。

■流媒體特點就是“邊下載邊播放"(streaming

andplaying)。

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8.2流式存儲音頻/視頻

-傳統(tǒng)的下載文件方法

客戶機口

V服務器

----------?GET:音頻/視頻文件

萬維網(wǎng)

瀏覽器RESPONSE?

服務器

音頻/視頻文件

1,

媒體

播放器

課件制作人：謝希仁

傳統(tǒng)的瀏覽器從服務器

下載音頻/視頻文件

?用戶從客戶機(clientmachine)的瀏覽器上用

HTTP協(xié)議向服務器請求下載某個音頻/視頻文

件。

?服務器如有此文件就發(fā)送給瀏覽器。在響應報

文中就裝有用戶所要的音頻/視頻文件。整個下

載過程可能會花費很長的時間。

?當瀏覽器完全收下這個文件后，就可以傳送給

自己機器上的媒體播放器進行解壓縮，然后播

放。

課件制作人：謝希仁

8.2.1具有元文件的萬維網(wǎng)服務器

■元文件就是一種非常小的文件，它描述或指明其他文

件的一些重要信息。

客戶機口

___zd服務器

____

-----------?GET:元文件-

瀏覽器RESPONSE?

■

萬維網(wǎng)

元文件

服務器

?GET:音頻/視頻文件-

媒體二

播放器.______________RESPONSE?

.…乍人:謝希仁

使用元文件下載音頻/視頻文件

?瀏覽器用戶使用HTTP的GET報文接入到萬維網(wǎng)服

務器。這個超鏈指向一個元文件。這個元文件有實際

的音頻/視頻文件的統(tǒng)一資源定位符URLo

?萬維網(wǎng)服務器把該元文件裝入HTTP響應報文的主體,

發(fā)回給瀏覽器。

?客戶機瀏覽器調(diào)用相關的媒體播放器，把提取出的元

文件傳送給媒體播放器。

?媒體播放器使用元文件中的URL,向萬維網(wǎng)服務器發(fā)

送HTTP請求報文，要求下載音頻/視頻文件。

?萬維網(wǎng)服務器發(fā)送HTTP響應報文，把該苜頻/視頻文

件發(fā)送給媒體播放器o媒體播放器邊下載邊解壓縮邊

播放。

課件制作人：謝希仁

8.2.2媒體服務器

■媒體服務器也稱為流式服務器(streaming

server),它支持流式音頻和視頻的傳送。

■媒體播放器與媒體服務器的關系是客戶與服務

器的關系。

■媒體播放器不是向萬維網(wǎng)服務器而是向媒體服

務器請求音頻/視頻文件。

■媒體服務器和媒體播放器之間采用另外的協(xié)議

進仃父互。

課件制作人：謝希仁

使用媒體服務器

客戶機服務器

□

?GET:元文件

.

萬維網(wǎng)

瀏覽器

RESPONSE?服務器

?

元文件

?GET:音頻/視頻文件

媒體一媒體

播放器RESPONSE?服務器

課件制作人：謝希仁

采用媒體服務器

下載音頻/視頻文件的步驟

???前三個步驟仍然和上一節(jié)的一樣,區(qū)別就

是后面兩個步驟。

?媒體播放器使用元文件中的URL接入到媒體

服務器，請求下載瀏覽器所請求的音頻/視頻文

件。下載可以借助于使用UDP的任何協(xié)議，

例如使用實時運輸協(xié)議RTPO

?媒體服務器給出響應，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若干秒

后，以流的形式邊下載邊解壓縮邊播放。

課件制作人：謝希仁

8.2.3實時流式協(xié)議RTSP

(Real-TimeStreamingProtocol)

-RTSP協(xié)議以客戶服務器方式工作，它是一個

多媒體播放控制協(xié)議，用來使用戶在播放從因

特網(wǎng)下載的實時數(shù)據(jù)時能夠進行控制，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(mediaplayer)和

媒體服務器(mediaserver)o

課件制作人：謝希仁

客戶機服務器

__zd

?GET:元文件

萬維網(wǎng)

瀏覽器一RESPONSE?服務器

ntr

元文件

1,

?SETUP」

RESPONSE豆

?PLAY.

RESPONSE?

媒體媒體

播放器音頻/視頻流服務器

?TEARDOWN.

RESPONSE?

使用RTSP的媒體服務器

的工作過程

?瀏覽器向萬維網(wǎng)服務器請求音頻/視頻文件。

?萬維網(wǎng)服務器從瀏覽器發(fā)送攜帶有元文件的響應。

?瀏覽器把收到的元文件傳送給媒體播放器。

?RTSP客戶與媒體服務器的RTSP服務器建立連接。

?RTSP服務器發(fā)送響應RESPONSE報文。

?RTSP客戶發(fā)送PLAY報文，開始下載音頻/視頻文件。

?RTSP服務器發(fā)送響應RESPONSE報文。

?RTSP客戶發(fā)送TEARDOWN報文斷開連接。

?RTSP服務器發(fā)送響應RESPONSE報文。

課件制作人：謝希仁

8.3交互式音頻/視頻

8.3.1IP電話概述

■狹義的IP電話就是指在IP網(wǎng)絡上打電話。

所謂“IP網(wǎng)絡”就是“使用IP協(xié)議的分組

交換網(wǎng)”的簡稱。

■廣義的IP電話則不僅僅是電話通信，而且

還可以是在IP網(wǎng)絡上進行交互式多媒體實

時通信(包括話音、視像等)，甚至還包

括即時傳信IM(InstantMessaging)。

課件制作人：謝希仁

IP電話網(wǎng)關的幾種連接方法

固定電話機到固定電話機

IP電話的通話質(zhì)量

■IP電話的通話質(zhì)量主要由兩個因素決定。

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丟失率。但這

兩個因素是不確定的，是取決于當時網(wǎng)

絡上的通信量。

■經(jīng)驗證明，在電話交談中，端到端的時

延不應超過250ms,否則交談者就能感

到不自然。

課件制作人：謝希仁

IP電話的端到端時延

H)話音信號進行模數(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)送需要時間，此時間等于話音分

組長度與通信線路的數(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)話音分組在接收端緩存中暫存所引起的時延。

(6)話音分組還原成模擬話音信號的時延。

(7)話音信號在通信線路上的傳播時延。

(8)終端設備的硬件和操作系統(tǒng)產(chǎn)生的接入時延。

課件制作人：謝希仁

低速率話音編碼的標準

⑴G.729——速率為8kb/s的共聊結構代

數(shù)碼激勵線性預測聲碼器CS-ACELP

(Conjugate-StructureAlgebraic-Code-

ExcitedLinearPrediction)□

(2)G.723.1—速率為5.3/6.3kb/s的為多

媒體通信用的低速率聲碼器。

課件制作人：謝希仁

播放時延有一個最佳值

100ms150ms400ms

課件制作人：謝希仁

線速路由器

■提高路由器的轉(zhuǎn)發(fā)分組的速率對提高IP

電話的質(zhì)量也是很重要的。

■據(jù)統(tǒng)計，一個跨大西洋的IP電話一般要

經(jīng)過20?30個路由器。

■若能改用吉比特路由器（又稱為線速路

由器），則每秒可轉(zhuǎn)發(fā)5百萬至6千萬

個分組（即交換速率達60Gb/s左右）。

這樣還可進一步減少由網(wǎng)絡造成的時延。

課件制作人：謝希仁

關于Skype

■Skype采用了P2P和全球索引技術提供快速路由選擇

機制，管理成本大大降低。由于用戶路由信息分布式

存儲于因特網(wǎng)的結點中，因此呼叫連接完成得很快。

■Skype采用了端對端加密方式，保證信息的安全性。

■Skype使用P2P的技術，用戶數(shù)據(jù)主要存儲在P2P

網(wǎng)絡中，因此必須保證存儲在公共網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)是可

靠的和沒有被篡改的。Skype對公共目錄中存儲的和

用戶相關的數(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和通信產(chǎn)業(yè)帶來深遠的

影響，也給每一位網(wǎng)絡使用者帶來生活方式的改變。

課件制作人：謝希仁

8.3.2IP電話所需要的幾種應用協(xié)議

信令

應

用

層

協(xié)

議

8.3.3實時運輸協(xié)議RTP

(Real-timeTransportProtocol)

■RTP為實時應用提供端到端的運輸，但不提供任

何服務質(zhì)量的保證。

■多媒體數(shù)據(jù)塊經(jīng)壓縮編碼處理后，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層。

■RTP是一個協(xié)議框架，只包含了實時應用的一些

共同的功能。

■RTP自己并不對多媒體數(shù)據(jù)塊做任何處理，而只

是向應用層提供一些附加的信息，讓應用層知道

應當如何進行處理。

課件制作人：謝希仁

RTP的層次

■從應用開發(fā)者的角度看，RTP應當是應

用層的一部分。

■在應用的發(fā)送端，開發(fā)者必須編寫用

RTP封裝分組的程序代碼，然后把RTP

分組交給UDP插口接口。

■在接收端，RTP分組通過UDP插口接口

進入應用層后，還要利用開發(fā)者編寫的程

序代碼從RTP分組中把應用數(shù)據(jù)塊提取

出來。

課件制作人：謝希仁

RTP也可看成是

運輸層的一個子層

■RTP封裝了多媒體應用的

數(shù)據(jù)塊。由于RTP向多

媒體應用程序提供了服務

（如時間戳和序號），因

此也可以將RTP看成是

在UDP之上的一個運輸

層的子層。

課件制作人：謝希仁

RTP分組的首部格式

發(fā)送------------------------------------------------------------

<=IP首部UDP首部RTP首部RTP數(shù)據(jù)部分（應用層數(shù)據(jù)）

-------------RTP分組

-UDP用戶數(shù)據(jù)報

IP數(shù)據(jù)報--------

8.3.4實時運輸控制協(xié)議RTCP

(RTPControlProtocol)

■RTCP是與RTP配合使用的協(xié)議。

■RTCP協(xié)議的主要功能是：服務質(zhì)量的監(jiān)視與反

饋、媒體間的同步，以及多播組中成員的標識。

■RTCP分組也使用UDP傳送，但RTCP并不對

聲音或視像分組進行封裝。

■可將多個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

和接收端對服務質(zhì)量的統(tǒng)計信息報告。

課件制作人：謝希仁

RTCP使用的五種分組類型

■結束分組BYE表示關閉一個數(shù)據(jù)流。

■特定應用分組APP使應用程序能夠定義新的分

組類型。

-接收端報告分組RR用來使接收端周期性地向

所有的點用多播方式進行報告。

■發(fā)送端報告分組SR用來使發(fā)送端周期性地向所

有接收端用多播方式進行報告。

■源點描述分組SDES給出會話中參加者的描述。

課件制作人：謝希仁

8.3.5H.323

■H.323是ITU-T于1996年制訂的一個名稱很長

的建議書，1998年的第二個版本改用的名稱是

“基于分組的多媒體通信系統(tǒng)”。

■H.323包括系統(tǒng)和構件的描述，呼叫模型的描述,

呼叫信令過程，控制報文，復用，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

證服務質(zhì)量QoSo

課件制作人：謝希仁

H.323終端使用H.323協(xié)議

進行多媒體通信

課件制作人：謝希仁

H.323標準指明的四種構件

⑴H.323終端

(2)網(wǎng)關——網(wǎng)關連接到兩種不同的網(wǎng)絡，使H.323

網(wǎng)絡可以和非H.323網(wǎng)絡進行通信。

⑶網(wǎng)閘(gatekeeper)------所有的呼叫都要通過網(wǎng)閘，

因為網(wǎng)閘提供地址轉(zhuǎn)換、授權、帶寬管理和計費功

能。

(4)多點控制單元MCU(MultipointControlUnit)——

MCU支持三個或更多的H.323終端的音頻或視頻

會議。

課件制作人：謝希仁

H.323網(wǎng)關用來和

非H.323網(wǎng)絡進行連接

多點控制單元

MCU

H.323終端

課件制作人：謝希仁

H.323的協(xié)議體系結構

苜頻/視頻應用信令和控制數(shù)據(jù)應用

苜頻視頻

H.225.0H.225.0H.245

編解碼編解碼T.120

RTCP登記呼叫控制

彳言令數(shù)據(jù)

信令1口?

RTP

UDPTCP

IP

課件制作人：謝希仁

8.3.6會話發(fā)起協(xié)議SIP

I(SessionInitiationProtocol)

■SIP是一套較為簡單且實用的標準，目前已成

為因特網(wǎng)的建議標準。

■SIP協(xié)議以因特網(wǎng)為基礎，把IP電話視為因特

網(wǎng)上的新應用。

■SIP協(xié)議只涉及到IP電話的信令和有關服務質(zhì)

量問題，而沒有提供像H.323那樣多的功能。

■SIP沒有指定使用RTP協(xié)議，但實際上大家還

是選用RTP和RTCP作為配合使用的協(xié)議。

課件制作人：謝希仁

SIP系統(tǒng)的構件

■SIP系統(tǒng)的兩種構件是用戶代理和網(wǎng)絡服務器。

■用戶代理包括用戶代理客戶和用戶代理服務器，

前者用來發(fā)起呼叫，而后者用來接受呼叫。

■網(wǎng)絡服務器分為代理服務器和重定向服務器。

■代理服務器接受來自主叫用戶的呼叫請求，并將

其轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳代理服務器，最后將呼叫請求轉(zhuǎn)

發(fā)給被叫用戶。

■重定向服務器不接受呼叫，它通過響應告訴客戶

下一跳代理服務器的地址，由客戶按此地址向下

一跳代理服務器重新發(fā)送呼叫請求。

課件制作人：謝希仁

SIP的地址十分靈活

■可以是電話號石馬,也可以是電子郵件地

址、IP地址或其他類型的地址。但一定

要使用SIP的地址格式，例如：

-電話號碼

sip:zhangsan@8625-87654321

■IPv4地址

sip:zhangsan@6

■電子郵件地址

sip:zhangsan@public1.

課件制作人：謝希仁

一個簡單的SIP會話

主叫方被叫方

課件制作人：謝希仁

SIP登記器的用途

——跟蹤被叫方一

SIP代理

主叫方服務器SIP登記器被叫方

事

U___、

INVITE查找

百洛

INVITE

OK

ACK

電話交談

BYE

課件制作人￡謝希仁

1「

會話描述協(xié)議SDP

(SessionDescriptionProtocol)

■SDP在電話會議的情況下特別重要，因為電話

會議的參加者是動態(tài)地加入和退出。

■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使用了HTTP的許多首部、編碼規(guī)則、差

錯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，因此它現(xiàn)在比H.323占

有的市場份額要小。

課件制作人：謝希仁

U?r以心,8月又，、力乂I'JHunix

務

JL8.4.1使因特網(wǎng)提供服務質(zhì)量

■服務質(zhì)量QoS是服務性能的總效果，此效果決

定了一個用戶對服務的滿意程度。因此在最簡

單的意義上，有服務質(zhì)量的服務就是能夠滿足

用戶的應用需求的服務。

■服務質(zhì)量可用若干基本的性能指標來描述，包

括可用性、差錯率、響應時間、吞吐量、分組

丟失率、連接建立時間、故障檢測和改正時間

等。服務提供者可向其用戶保證某一種等級的

服務質(zhì)量。

課件制作人：謝希仁

主機H1和山分別向主機H3和H4發(fā)送數(shù)據(jù)

?I1Mb/s的實時音頻數(shù)據(jù)?,H3

需要給不同性質(zhì)的分組打上不同的標記。當?和力的

分組進入時，R應能識別實時數(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數(shù)據(jù)分組進入。

主機H1和力分別向主機H3和H4發(fā)送數(shù)據(jù)

?I1Mb/s的實時音頻數(shù)據(jù)?,H3

應當使路由器增加分類(class幣cation)機制，即路由器

根據(jù)某些準則(例如，根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)的地址)對輸入分

組進行分類，然后對不同類別的通信量給予不同的優(yōu)先

級。

主機H1和力分別向主機H3和H4發(fā)送數(shù)據(jù)

?I數(shù)據(jù)率異常的實時音頻數(shù)據(jù)IH3

路由器應能將對數(shù)據(jù)流進行通信量的管制(policing),

使該數(shù)據(jù)流不影響其他正常數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡中通過。例

如，可將H1的數(shù)據(jù)率限定為1Mb/SoR1不停地監(jiān)視

的數(shù)據(jù)率。只要其數(shù)據(jù)率超過規(guī)定的1Mb/s,(就

將其中的某些分組丟棄。

主機H1和力分別向主機H3和H4發(fā)送數(shù)據(jù)

?I數(shù)據(jù)率異常的實時音頻數(shù)據(jù)IH3

應在路由器中再增加調(diào)度(scheduling)機制。利用調(diào)度

功能給實時音頻分配「0Mb/s的帶寬，給文件傳送分

配0.5Mb/s的帶寬(相當于在帶寬為1.5Mb/s的鏈路

中劃分出兩個邏輯鏈路)，因而對這兩種應用都有相

應的服務質(zhì)量保證。

主機H1和力分別向主機H3和H4發(fā)送數(shù)據(jù)

總數(shù)據(jù)率已超過了1.5Mb/s鏈路的帶寬。比較合理的

做法是讓一個數(shù)據(jù)流通過1.5Mb/s的鏈路，而阻止另

一個數(shù)據(jù)流的通過。這就需要呼叫接納(calladmission)

機制。數(shù)據(jù)流要預先聲明所需的服務質(zhì)量，然后或者

被準許進入網(wǎng)絡，或者被拒絕進入網(wǎng)絡。

8.4.2調(diào)度和管制機制

1.調(diào)度機制

■“調(diào)度”就是指排隊的規(guī)則O

■如不采用專門的調(diào)度機制，則默認排隊規(guī)則就

是先進先出FIFO(FirstInFirstOut)。當隊列

已滿時，后到達的分組就被丟棄。

-先進先出的最大缺點就是不能區(qū)分時間敏感分

組和一般數(shù)據(jù)分組，并且也不公平。

■在先進先出的基礎上增加按優(yōu)先級排隊，就能

使優(yōu)先級高的分組優(yōu)先得到服務。

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分組按優(yōu)先級排隊

路由器

分組離開

路由器

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高優(yōu)先級分組優(yōu)先接受服務

到達

接受

服務

離開

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加權公平排隊WFQ

>(WeightedFairQueuing)

路由器

分組到達分組離開

路由器路由器

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加權公平排隊WFQ

廠分組到達后就將分組進行分類，然后送交與其類

別對應的隊列。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，指派一個權重叫。隊列，得到的平均服

務時間為叱/Q嗎），這里X嗎.是對所有的非空隊列

的權重求和。

■隊列，將得到的有保證的帶寬用應為

7?xw.

R.=----L(8-1)

'Zw.

J

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WFQ與FIFO的比較

⑶分組流1的分組連續(xù)輸入

分組流

111111111111

分組流2

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WFQ與FIFO的比較

(b)分組流1的分組斷續(xù)輸入

分組流innnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn^

分組流22t

分組流1111

FIFO12345678910111111111111t

WFQI1I2I1I3I1I4I1I5I1I6I1I7I1I8I1I9I1|10|1Illi1It

—iI-IIII-I―，jI

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2.管制機制

(1)平均速率網(wǎng)絡需要控制一個數(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)通過的分組數(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)絡也限制在非常短的時間

間隔內(nèi)連續(xù)注入到網(wǎng)絡中的分組數(shù)。

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漏桶管制器

(leakybucketpolicer)

標記注入漏桶的速率為每秒r個權標

漏桶中最多

年入b個權標

等待權標

分組到達―后/金準許分組進入網(wǎng)絡

Illi~-------?

在任何時間間隔t內(nèi)準許進入網(wǎng)絡的分組數(shù)=rt+b

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3.漏桶機制與加權公平排隊相結合

■現(xiàn)假定有〃個分組流輸入到一個路由器，復用后

從一條鏈路輸出。每一個分組流使用漏桶機制進

行管制，漏桶參數(shù)為，和勺，，=1，2,…，*

■設漏桶/已裝滿了，個權標。因此，個分組可馬

上從路由器輸出。但分組流/得到的帶寬是由公

式(10-1)給出。這，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，個分組所需的時

間"max，即，除以公式給出的傳輸速率：

b.

d=----------

max(8-2)

Rxwi./Xwj.

用漏桶機制進行管制

路由器

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8.4.3綜合服務IntServ

與資源預留協(xié)議RSVP

■IntServ(IntegratedServices)可對單個的應用

會話提供服務質(zhì)量的保證，其主要特點有二，

即：

■資源預留。路由器需要知道不斷出現(xiàn)的會話已

預留了多少資源(即鏈路帶寬和緩存空間)。

■呼叫建立。需要服務質(zhì)量保證的會話必須首先

在源站到目的站的路徑上的每個路由器預留足

夠的資源，以保證其端到端的服務質(zhì)量要求。

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IntServ定義了兩類服務

■有保證的服務(guaranteedservice),可保

證一個分組在通過路由器時的排隊時延有一

個嚴格的上限。

■受控負載的服務(controlled-loadservice),

可以使應用程序得到比通常的“盡最大努力”

更加可靠的服務。

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IntServ由四個組成部分

⑴資源預留協(xié)議RSVP,它是IntServ的

信令協(xié)議。

(2)接納控制(admissioncontrol),用來決

定是否同意對某一資源的請求。

(3)分類器(classifier),用來將進入路由器

的分組進行分類，并根據(jù)分類的結果將

不同類別的分組放入特定的隊列。

⑷調(diào)度器(scheduler),根據(jù)服務質(zhì)量要求

決定分組發(fā)送的前后順序。

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流(flow)

?“流”是在多媒體通信中的一個常用的名

詞，一般定義為：

■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

服務質(zhì)量需求的一連串分組。

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RSVP協(xié)議的工作原理

.—JjH250kb/s

源站

Hid100kb/s

—?表示PATH報文

3Mb/s

(a)源點用多播發(fā)送PATH報文H53Mb/s

50kb/s

100kb/s

3Mb/s

(b)各終點向源點返回RESV3Mb/s

IntServ體系結構

在路由器中的實現(xiàn)

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綜合服務IntServ體系結構

存在的主要問題

(1)狀態(tài)信息的數(shù)量與流的數(shù)目成正比。因此

在大型網(wǎng)絡中，按每個流進行資源預留會產(chǎn)

生很大的開銷。

(2)IntServ體系結構復雜。若要得到有保證的

服務，所有的路由器都必須裝有RSVP、接

納控制、分類器和調(diào)度器。

(3)綜合服務IntServ所定義的服務質(zhì)量等級數(shù)

量太少，不夠靈活。

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8.4.4區(qū)分服務DiffServ

(DifferentiatedServices)

1.區(qū)分服務的基本概念

■由于綜合服務IntServ和資源預留協(xié)議

RSVP都較復雜，很難在大規(guī)模的網(wǎng)絡

中實現(xiàn)，因此IETF提出了新的策略，即

區(qū)分服務DiffServ。

■區(qū)分服務有時也簡寫為DSo因此，具有

區(qū)分服務功能的結點就稱為DS結