《多媒体技术基础》第3版第17章_多媒体网络应用与服务质量

多媒体技术基础(第3版)第17章多媒体网络应用与服务质量林福宗清华大学计算机科学与技术系[e-mail]2008年9月2011年1月23日第17章多媒体网络应用与服务质量2/80第17章多媒体网络应用与服务质量17.1多媒体网络技术是什么17.1.1网络是什么17.1.2多媒体网络是什么17.1.3多媒体网络技术是什么17.2网上数据的交换方法17.2.1线路交换17.2.2数据包交换17.2.3消息的类型17.2.4关于packetswitching的中文术语17.3流媒体的传输方法17.3.1流媒体与媒体流播17.3.2先下载后播放—用Web服务器实现17.3.3边流边播—用Web服务器实现17.3.4边流边播—用流媒体服务器实现17.3.5媒体播放器的主要功能17.4多媒体网络的典型应用17.4.1多媒体广播17.4.2IP电话17.4.3IP电视会议17.4.4IP电视17.4.5IP影视点播17.4.6IP声音点播17.4.7IP远程教育系统17.5多媒体服务质量(QoS)17.5.1服务质量的概念17.5.2服务质量的衡量17.5.3多媒体的服务质量17.5.4提高服务质量的技术17.5.5综合服务(IntServ)保障法17.5.6区分服务(DiffServ)保障法2011年1月23日第17章多媒体网络应用与服务质量3/80第17章多媒体网络应用与服务质量多媒体网络(multimediaNetwork)高速计算机网络，电话网络和电视网络是它的接入网络多媒体网络技术(multimedianetworking)网上实时传输多媒体数据的方法多媒体网络技术应用(multimedianetworkingapplication)在网上的多媒体信息交换，“面对面”的交流在网络上的多媒体应用和数据通信应用的差别前者要求在客户端播放声音和图像时要流畅，声音和图像要同步，因此对网络的时延和带宽要求很高后者则要把可靠性放在第一位，对网络的时延和带宽的要求不那么苛刻本章介绍多媒体网络技术、网络应用和服务质量的基本概念2011年1月23日第17章多媒体网络应用与服务质量4/8017.1多媒体网络技术是什么17.1.1网络是什么人与人之间或设备之间进行通信的系统；从计算机角度看，通过有线或无线传输媒体把计算机和相关设备连接在一起构成的通信系统。见图17-1(1)因特网(Internet)：全世界的计算机网络组成的网络(2)公共电话交换网(PSTN)：由电话机、电话交换机、地区线路和长途线路组成的通信网络，提供声音和数据通信服务。PSTN没有存储功能，作为计算机网络的接入网络。(3)家庭网络(homenetwork)：在家中的多台计算机和其他设备相互连接组成的局域网。(4)无线局域网(wirelessLAN，WLAN)：使用电磁波或其他技术收发数据的局域网，传输距离约几十米。2011年1月23日第17章多媒体网络应用与服务质量5/8017.1多媒体网络技术是什么(续1)(5)移动即兴网络(mobileAdhocnetwork)：为某种目的但又无事先准备情况下构成的临时无线网络，也称自组网络(6)蜂窝接入网络(cellularaccessnetwork)：无线通信网络，它把通信区域划分成许多称为“蜂元”的小区域，每个区域中的站点通过地面通信线路或微波与交换机相连，可将终端用户直接接入到骨干网，也可与公众电话网络通信(7)传感器网络(sensornetwork)：用于连接传感器和执行器的低速工业网络，没有控制功能或控制功能有限网关(gateway)：连接多个物理网络的计算机，用于管理和选择数据传输的路径，实际上是指路由器。此处的网关用于连接传统的电话网络和现代的因特网2011年1月23日第17章多媒体网络应用与服务质量6/8017.1多媒体网络技术是什么(续2)无线局域网公众电话网络(PSTN)移动即兴网络蜂窝接入网络网关传感器网络因特网家庭网络图17-1互连网络系统2011年1月23日第17章多媒体网络应用与服务质量7/8017.1多媒体网络技术是什么(续3)17.1.2多媒体网络是什么“多媒体网络”至今还未看到严格的定义，但可定义认为用传输媒体把计算机和相关设备连接在一起的高速计算机网络，用于为用户提供包括数据、声音和影视在内的多媒体内容服务这个定义强调两点：(1)“多媒体网络是计算机网络”，因为计算机网络才有多媒体的存储和互动功能，而传统的公众电话网络和电视网络都没有；(2)“多媒体网络是高速计算机网络”，因为只有高速的计算机网络才能支持包括声音和影视在内的多媒体内容的传输多媒体网络包括网络操作系统(networkoperatingsystem)、传输媒体(如电缆和无线电)和网络设备(如计算机、路由器和交换机)多媒体网络可小到只包括几台计算机和其他设备的局域网，也可大到整个互连网络系统2011年1月23日第17章多媒体网络应用与服务质量8/8017.1多媒体网络技术是什么(续4)17.1.3多媒体网络技术是什么网上实时传输多媒体数据的方法，以便不同用户在不同设备上能够共享图像、声音、影视等多媒体资源，以及进行“面对面”的交流。其中(1)“多媒体数据(multimediadata)”是指组合文字、图像、声音和视像的数据，尤其是声音和影视数据(2)“实时传输”可简单理解为接收数据几乎与发送数据同时完成，如现场实况广播就是属于这种情况(3)“方法”集中体现在协议中，协议是为各种功能部件的行为制定的一系列规则和标准，以实现计算机间的互连和数据交换核心协议包括会话启动协议(SIP)、实时传输协议(RTP)、实时控制协议(RTCP)、资源保留设置协议(RSVP)和实时流媒体播放协议(RTSP)2011年1月23日第17章多媒体网络应用与服务质量9/8017.2网上数据的交换方法网上数据的交换方法数据的概念以适合计算机处理和传输的形式表示的信息。数据本身没有意义，通常要在一定语义环境中才有意义。本节谈到的“数据”是不带任何语义环境的“数据”。现有的通信网络可分成两类线路交换网络(circuit-switchednetwork)在通信双方交换数据期间，包括链路带宽在内的通道上的全部资源被占用数据包交换网络(packet-switchednetwork)在通信双方交换数据期间，不占用通道上的全部资源，而是根据需要和“路况”来使用资源，因此交换数据包时往往需要等待可用资源。也称数据网络(datanetwork)2011年1月23日第17章多媒体网络应用与服务质量10/8017.2网上数据的交换方法(续1)17.2.1线路交换(circuitswitching)在发送者和接收者之间交换信息之前通信线路需要建立物理连接的通信方法连接在交换中心实现在连接期间，用户占用沿途的全部线路资源典型应用是拨号电话网络，见图17-2交换机是电话交换机或称线路交换机，其主要功能是控制信号的路径选择传输线路相当于有N条，通过时分多路复用技术(TDM)或频分多路复用技术(FDM)获得(详见第3章)图17-2线路交换的概念2011年1月23日第17章多媒体网络应用与服务质量11/8017.2网上数据的交换方法(续2)时分多路复用(TDM)在同一条通信线路上划分多个传输信道的技术。把时间分割成许多固定的帧(frame)，每一帧又划分成固定数目的时间槽(timeslot)，见图17-3(a)当用户A与用户B进行通信时，系统为这对用户指定一个时间槽，仅在这个时间槽里建立连接，每对用户连续占用的资源只是一个时间槽的带宽，这样就可以使许多用户共用一条传输线路频分多路复用(FDM)在一条通信线路上使用不同频段同时传送多个独立信号的技术，见图17-3(b)，每个频带作为一个独立的传输信道使用，因此一对传输线上也可同时有若干对用户进行通信每对用户连续占用资源的一个频段。采用频分多路复用技术的通信又称为载波通信。电话网络使用FDM时，每个链接使用4kHz带宽。在调频广播中使用FDM共享微波频谱2011年1月23日第17章多媒体网络应用与服务质量12/8017.2网上数据的交换方法(续3)图17-3TDM和FDM的原理2011年1月23日第17章多媒体网络应用与服务质量13/8017.2网上数据的交换方法(续4)17.2.2数据包交换1.数据包(packet)作为一个独立的整体在网络上传输的数据单元一块应用数据通常被称为消息(message)，如一个ASCII文件、Web页面、声音或影视文件。发送端把整个消息分割成许多小的数据块，经过包装并“贴上”标签之后再发送到网络上，这种包含数据的“包裹”称为数据包数据包包含用户的数据和按照协议规定加入的“包头(header)”在包头中含有源地址、目的地址和错误控制等信息。datagram是packet的同义词也是自带寻址信息的独立的数据实体2011年1月23日第17章多媒体网络应用与服务质量14/8017.2网上数据的交换方法(续5)2.数据包交换(packetswitching)把数据包作为传输单元的传输技术，简称为“包交换”把一条消息分成标准大小的数据包，以提高传输效率在收发双方之间无需预先建立物理连接，因为每个数据包都包含有源地址和目的地址，数据包可沿着信源与目的地之间的最佳可用路径，通过中间站点转发数据包不必都沿着同一条路径到达目的地，也不必同时到达目的地，到达目的地的次序也不必按照发送的次序，哪条信道有空就往那里传送，接收端的计算机可正确重组成原始消息使用数据包交换技术传输数据的网络叫做数据包交换网络(packetswitchingnetwork，PSN)，简称为包交换网络，有时也称数据包交换数据网络(packet-switcheddatanetwork，PSDN)2011年1月23日第17章多媒体网络应用与服务质量15/8017.2网上数据的交换方法(续6)数据包交换的概念见图17-4假设主机A和B正在向主机C发送数据包，数据包A和数据包B首先通过以太网链路传送到路由器A，然后把它们传送到链路上。如果在这条链路上出现拥挤，数据包就在路由器中排队，等待输出到链路上图17-4数据包交换的概念2011年1月23日第17章多媒体网络应用与服务质量16/8017.2网上数据的交换方法(续7)3.数据包的延迟数据包从发送端传输到接收端将产生延迟，延迟时间包括传输延迟(transmissiondelay)，也称“存储转发延迟(storeandforwarddelay)”交换设备必须接收到完整的数据包并经检验后，才能把数据包的第1位(bit)转发到输出链路上。从接收数据包的第1位到最后1位的时间称为传输延迟延迟时间的长短与数据包的大小成正比。如果数据包的长度为L，传输链路的数据率为R，延迟时间就为L/R。处理延迟(processingdelay)交换设备处理信号的延迟，时间为微秒量级；排队延迟(queuingdelay)每台交换设备在输出端都有链路缓冲存储器，每个数据包在输出到链路之前必须要在那里排队等候。如果在数据包到达时，缓冲存储器是空的或者没有其他数据包到达，数据包就不需要排队等候一个不确定的延迟，取决于网络上的拥挤情况2011年1月23日第17章多媒体网络应用与服务质量17/8017.2网上数据的交换方法(续8)传播延迟(propagationdelay)：信号在两点之间的传播延迟。传播延迟的时间从微秒量级到毫秒量级，如在卫星链路中，信号通过太空产生的传播延迟约为250~500ms4.消息交换(messageswitching)在现代数据包交换网络中，消息从一端传送到另一端时，把一条消息分成标准大小的信息包，以提高路径选择和数据传输效率，接收端把接收到的数据包拆包之后重新拼接成原来的消息。如果发送端不把消息分成小的数据包，而是把整个原始消息发送到网络，数据包交换就变