多媒体网络PPT课件.ppt
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1、 北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东信息与通信工程学院多媒体技术中心信息与通信工程学院多媒体技术中心第 7 讲多媒体网络门爱东教授多媒体技术Multimedia Technology 北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUPT2内容提要7 多媒体网络 a)多媒体网络基础 网络结构(核心网)丢包和延迟 IP/TCP/UDP 协议 组播 网络中多媒体 b)多媒体网络协议 c)多媒体数据的复接和分接
2、d)实时交互多媒体终端 e)IP 流媒体终端 北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUPT3多媒体网络基础:因特网n无数互联的计算机n硬件服务器、路由器、工作站、移动终端路由器:把数据包送到它们的目的地通信链路光纤、同轴、无线、卫星n软件分布式应用Web 冲浪、流媒体协议控制发送和接收的消息 北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,B
3、UPT4多媒体网络基础:因特网结构 n边缘网终端系统或主机(客户端、服务器)运行应用程序(例如 Web 浏览)n核心网路由器承载网n接入网,物理层:通信链路 北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUPT5多媒体网络基础:核心网n路由器网络连接终端系统n如何构建核心网?电路交换(Circuit Switching,CS):所有的资源保留,例如电话包交换(Packet Switching,PS):资源不保留,例如 Internet 北北京京邮邮电电大大学学信信息息与
4、与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUPT6n电路交换:每个链接包含许多电路在连接期间,保留特定的电路所有涉及到的节点具有相同的数据速率短时延需要呼叫建立网络资源(例如,带宽)划“片”(电路)频分(Frequency Division)时分(Time Division)“片”分配给呼叫如果所属的呼叫没有使用,则资源“片”空闲(没有共享)多媒体网络基础:核心网 北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multim
5、edia Center,SICE,BUPT7多媒体网络基础:核心网n电路交换:FDM 和 TDM 北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUPT8多媒体网络基础:核心网n包交换 Packet Switching每个端到端的数据流划分为“包”(Packet)不同用户的“包”共享网络资源每个包使用全部的链路带宽“包”经由链路(link)和包交换(路由)传输允许更多的用户使用网络在路由器处需要缓存/队列每个链路有一个输出缓存如果链路忙:包在缓存中排队如果 Buffer
6、满,则丢包 北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUPT9多媒体网络基础:核心网n包交换 vs 电路交换包交换允许更多的用户使用网络1Mb/s 链路每个用户:100kb/s,当“活动”时10%的时间“活动”电路交换10个用户包交换对于 35 个用户,大于 10 个“活动”用户的概率 0.0004几乎和只有 10 个用户的电路交换一样好包交换是当然选择?对突发数据来讲是 Great资源共享简单,不需要呼叫建立过度拥塞:包延迟和丢失,为了可靠传输数据,需要拥塞控制协
7、议。北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUPT10多媒体网络基础:丢包和延迟n路由器缓存器中的包队列队列延迟:包排队,等待输出,处理、传输和传播时间丢失:包达到的速率超过了输出链路的容量 北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUPT11多媒体网络基础:丢包和延迟n包延迟的 4 种来源:处理延迟p校验比特错误p检查头p确定输出链路
8、 队列延迟p输出传输链路的等待时间p依赖于路由器的拥塞程度 传输延迟p存储到传递延迟pR=链路带宽(bps)pL=包长度(bits)p发送时间=L/R 传播延迟p d=物理链路的长度p s=介质传播速度(2108 米/秒)p传播延迟=d/s 北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUPT12n节点延迟 Nodal Delaydproc=处理延迟典型为几个微秒或更小dqueue=队列延迟取决于拥塞dtrans=传输延迟=L/R,对于低速链路可能很大dprop=传播延
9、迟几个微妙到数百毫秒多媒体网络基础:丢包和延迟 北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUPT13多媒体网络基础:网络协议n如何构建一个网络?采用分层的网络体系结构划分任务到不同的层相邻层通过标准接口联系简单的设计和协议实现更高的层逻辑上更靠近用户更低的层和数据物理传输 设备关系更密切n网络协议协议定义了在网络实体间消息发送和接收的格式、顺序等,以及消息发送和接收的动作对流媒体的重要性:确保服务器、客户端(媒体播放器)和媒体编解码器之间的互操作性 北北京京邮邮电电
10、大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUPT14 因特网(Internet)是全世界使用 TCP/IP 协议(Transmission Control Protocol/Internet Protocol,传输控制协议/网间协议)和网关设备(gateway)使用动态路由技术组成的网际网络。TCP/IP实际上已成为因特网的代名词。由于因特网的迅速发展,现今对网络多媒体的研究集中在因特网领域。为对多媒体网络应用有比较深入的理解,就需要了解因特网的基本术语、结构和协议。Interne
11、t 与 TCP/IP多媒体网络基础:网络协议 北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUPT15多媒体网络基础:网络协议n应用层 Application Layer支持网络应用FTP、SMTP、STTPn传送层 Transport Layer主机-主机间数据传输TCP、UDPn网络层 Network Layer从源到目的地的数据报路由IP:路由协议n链路层 Link Layer相邻网络单元间的数据传输PPP、以太网n物理层 Physical Layer“线”上的b
12、itOSI参考模型参考模型TCP/IP参考模型参考模型7654321应用层应用层表示层表示层会话层会话层传送层传送层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层 传送层传送层网络层网络层链路层链路层物理层物理层 北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUPT16多媒体网络基础:网络协议封装 北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SI
13、CE,BUPT17多媒体网络基础:IP 包nIP 包头:20bytes源和目的 IP 地址:用于路由包长度校验 北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUPT18多媒体网络基础:IP 地址分类nIP 地址分为 A、B、C、D、E 五类,每个 IP 地址包括两部分:网络地址和主机地址。A 类地址:地址范围从1.0.0.0到126.0.0.0,其中 0.0.0.0 和 127.0.0.0 保留 缺省子网掩码:255000 B 类地址 支持中到大型的网络地址范围从128
14、.1.0.0到191.254.0.0。其中172.16.0.0和172.31.255.255保留。缺省子网掩码:25525500 C 类地址 用于支持大量的小型网络,这类地址可以认为 与A 类地址正好相反。C 类地址使用三个 8 位位组表示网络地址,仅用一个 8 位位组表示主机号。地址范围从192.0.1.0 至223.255.254.0,其中192.168.0.0和192.168.255.255保留。缺省子网掩码:2552552550 D 类地址 D 类地址用于在IP网络中的组播(multicasting,又称为多目广播)地址空间的范围从224.0.0.0到239.255.255.254。E
15、 类地址 E 类地址保留作研究之用,因此 Internet 上没有可用的 E 类地址。地址范围从 240.0.0.0 至 255.255.255.255。nIP 地址分类由第一个八位组的值来确定。0127 间的网络地址均是一个 A 类地址,128 191 间的是 B 类地址,192223 间的是 C 类地址,224239 间的是 D 类地址,E 类保留。北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUPT19多媒体网络基础:IPv4 存在的问题n地址空间不足成为制约 I
16、nernet 成长的最大障碍。nIpv4 的自身结构影响着传输速度。最主要的制约在于网络规模膨胀所引发的路由表爆炸,从而导致了路由器的低效,制约了多种业务发展。n通信链接没有带宽和流量控制功能,不能满足更多的服务需要,而且服务质量(QOS)没有保证。nIpv4 在网络防卫方面相当脆弱,对众多安全要求性能高的服务感到力不从心。北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUPT20多媒体网络基础:IPv4 中的 CIDR 技术nCIDR(Classless Inter-D
17、omain Routing,无类别域间路由),它把划分子网的概念向相反的方向作了扩展:通过借用前三个字节的几位可以把多个连续的 C 类地址集聚在一起,将若干IP网络聚合在一起形成更大范围网络。n称做无类选路的原因在于它使得路由器可以忽略网络类别(C类)地址,并可以在决定如何转发数据报时向前再多看几位。就像所有到达某个 B 类地址的数据都将发给某个路由器一样,所有到达某一块 C 类地址的数据都将被选路至某个路由器上(红色),然后再进行选路。北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center
18、,SICE,BUPT21多媒体网络基础:CIDR 优点和缺陷n好处减少了网络数目,缩小了路由选择表,增加了选路的效率,同时也增强了网络地址分配的效率从网络流量、CPU和内存方面说,可以降低开销对网络进行编址时,灵活性更大n缺陷可它却并不能增加 IPv4 下总的主机数量,因此这只是一种短期解决办法,而不是对于 IPv4 问题的长期解决方案。同时,由于 CIDR 缺乏同一性的地址继承性关系,直接影响网络寻址和选择路由的性能。北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUP
19、T22多媒体网络基础:IPv4 中的 NAT 技术nNAT 是“网络地址转换”(Network Address Translation),它是IETF(Internet Engineering Task Force,因特网工程任务组)制定的标准。nNAT 允许一个整体机构以一个公用 IP 地址出现在 Internet 上。顾名思义,它是一种把内部私有网络地址(IP地址)翻译成合法网络 IP 地址的技术。内部网络合法IP地址NATInternet或其他外部网络翻译 北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Mult
20、imedia Center,SICE,BUPT23多媒体网络基础:NAT 的缺陷n尽管 NAT 很好地解决了公共 IP 地址紧缺的问题,但是它也带来了很多问题。NAT 破坏了全球惟一地址的模型与地址的稳定性;NAT 破坏了对等网络的模型,直接导致了很多点对点的业务无法开展;NAT 的存在直接导致了许多网络安全协议无法执行,QoS 更加无法保障。北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUPT24多媒体网络基础:TCP 段结构 北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通
21、信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUPT25多媒体网络基础:TCP/UDPnTCP 业务:可靠的、面向连接的协议。面向连接:需要在客户端和服务器之间建立连接可靠的传输:传送和接收过程之间流量控制:发送端不会淹没接收端拥塞控制:当网络过载时调节发送端不能提供:定时、最小带宽保证nUDP 业务:不可靠的、无连接的协议。发送和接收过程之间是不可靠的数据传输不能提供:连接建立,可靠,流量控制,拥塞控制,定时,或带宽保证常用于流媒体应用头:8byteUDP 的可靠传输:需要在应用层增加可靠性,错误恢复 北北
22、京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUPT26多媒体网络基础:组播 Multicastn多媒体涉及音频和视频数据,在交互和分配型应用中,典型地是广播(broadcast)和组播(Multicast)信息。因此,除常规的点对点通信外,多媒体通信需要支持多播通信方式。routerrouterrouterDR4DR5DR6DDD组播接收者组播接收者点对点接收者点对点接收者 北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东
23、东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUPT27n组播又称多播或多路投递,其传送方式是把相同的数据送到一组选择的目的地站点,而广播是把相同数据传送到其它所有站点。n组播信息传递用的是组(group)地址,组地址是网络上与多个站点相关的多目的地址。n在对等通信模型中,是用二个对等层之间的关系来定义连接的。而对组播通信来说,是在群组(多个)对等层之间建立连接或通信关系。多媒体网络基础:组播 北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BU
24、PT28TCP/IP 协议堆中支持 IP 组播。软件支持 IGMP(Internet Group Management Protocol,Internet 组管理协议),这样就可以申请参加多播组(multicast group)和接收组播。要有 IP 组播应用软件,例如电视会议软件。在接收两端之间的所有路由器都具备组播的功能。许多新的路由器都有这个功能,老的路由器也许需要升级和更新。多媒体网络基础:组播环境 北北京京邮邮电电大大学学信信息息与与通通信信工工程程学学院院多多媒媒体体技技术术中中心心门门爱爱东东 Men Aidong,Multimedia Center,SICE,BUPT29RFC
25、 1112:使用 IP 地址中的 D 类地址来实现 IP 多播(IP Multicast)。D 类地址:224.0.0.0 到 239.255.255.255 共 28 位表示,同时可有 25 亿个组。主机组地址分为两种:永久性地址,临时性地址。永久地址如:224.0.0.1 是 LAN 上的所有地址244.0.0.2 是 LAN 上的所有路由器的地址244.0.0.5 是 LAN 上的所有 OSPF 路由器的地址244.0.0.6 是 LAN 上的所有指定 OSPF 路由器的地址多媒体网络基础:组播地址OSPF:开放式最短路径优先协议(OpenShortestPathFirst)北北京京邮邮
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