因特网上的音频视频服务.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,8,章因特网上的音频,/,视频服务,8.1,概述,计算机网络最初是为传送数据信息设计的。因特网,IP,层,提供的“,尽最大努力交付,”服务，以及,每一个分组独立交付,的策略，对传送数据信息很合适。因特网使用的,TCP,协议,可以很好地解决,IP,层不能提供可靠交付这一问题。,随着技术的进步，许多用户开始利用因特网传送,音频,/,视频,信息。这种音频,/,视频信息称为,多媒体信息。（,这种多媒体信息,如电视会议,原本在公用电话网上传送，技术已相当成熟，只是费用较高,）,多媒体信息与不包括声音和图像的数据信息的区别：,(1),多媒体信息的信息量往往很大。,(2),在传输多媒体数据时，对时延和时延抖动,(,即时延变化,),均有较高的要求。,多媒体数据往往是,实时数据,(real time data),，它的含义是：在发送实时数据的同时，在接收端边接收边播放。,因特网是非等时的,模拟的多媒体信号经过采样和模数转换变为数字信号，再组装成分组。这些分组的发送速率是,恒定的,（,等时的,）。,传统的因特网本身是,非等时的,。因此经过因特网的分组变成了,非恒定速率,的分组。,t,t,因特网,t,模拟信号,t,采样后的信号,构成分组,恒定速率,非恒定速率,如下图所示，当缓存中的分组数达到一定的数量后再以恒定速率按顺序把分组读出进行还原播放。,缓存实际上就是一个先进先出的队列。图中标明的,T,叫做,播放时延,。,为解决上述问题可在接收端设置适当大小的,缓存,t,T,缓存（队列）,恒定速率,t,非恒定速率,有可能发生,分组丢失,通过增加缓存把非等时变为了等时，,在一定程度上消除了,时延的抖动,代价是加大了时延。,分组,发出,1,2,3,4,5,6,t,到达分组数,6,5,4,3,2,1,1,2,3,4,5,6,t,缓存时间,缓存时间,再推迟播放时间,如果网络无时延,推迟播放,分组迟到,网络出现时延,分组,1,的时延,分组,到达,1,2,3 4,5,6,t,实际的网络,以上概念可以用下图来表示：,需要解决的问题,（,1,）在传送,时延敏感,(delay sensitive),的实时数据时（如,视频会议,），不仅,传输时延,T,不能太大，而且,时延抖动（即时延变化）,也必须受到限制。,（,2,）对于传送实时数据，很少量分组的丢失对播放效果的影响并不大（因为这是由人来进行主观评价的），因而是可以容忍的。因此，实时数据的传输在运输层就应采用,UDP,而不是,TCP,。,丢失容忍,(loss tolerant),也是实时数据的另一个重要特点。,需要解决的问题（续）,（,3,）由于分组到达可能不按序，但将分组还原和播放时又应当是按序的。因此在发送多媒体分组时还应当给,每一个分组加上序号,。这表明还应当有相应的协议支持才行。,（,4,）要使接收端能够将节目中本来就存在的正常的短时间停顿（如音乐中停顿几拍）和因某些分组的较大迟延造成的“停顿”区分开来。这就,需要增加一个时间戳,(timestamp),，以便告诉接收端应当在什么时间播放哪个分组。,要解决以上问题必须改造现有的因特网,有人认为：只要大量使用光缆和高速路由器，网络的时延和时延抖动就可以足够小，在因特网上传送实时数据就不会有问题。,也有人认为：必须把因特网改造为能够对端到端的带宽实现,预留,(reservation),，从而根本改变因特网的协议栈：把无连接的网络转变为面向连接的网络。,还有人认为：部分改动因特网的协议栈所付出的代价较小，而这也能够使多媒体信息在因特网上的传输质量得到改进。,尽管上述争论仍在继续，但因特网的一些新的协议也在不断出现：,目前因特网提供的音频,/,视频服务大体上可分为三种类型,1,、流式存储音频,/,视频：,这种类型是先把已压缩的录制好的音频,/,视频文件存储在服务器上，用户通过因特网“,边下载边播放,”。这里的下载不是传统意义上的下载，文件并没有存储到硬盘上，播放完毕后，用户的硬盘上没有留下有关播放内容的任何痕迹，有利用保护版权。,2,、流式实况音频,/,视频：,这种类型和无线电台或电视台的实况广播相似，不同之处是音频,/,视频节目的广播是通过因特网来传送的。它的特点是，节目不是事先录制好和存储在服务器中，而是发送方,边录制边发送,（不是录制完毕再发送）,3,、交互式音频,/,视频,这种类型是用户使用因特网和其他人进行实时交互式通信，现在的因特网电话或因特网电视会议就属于这种类型。,新名词：,流媒体,：即上面讲的流式音频,/,视频,其特点是“边下载边播放”,8.2,流式存储音频,/,视频,传统的下载文件方法,:,万维网,服务器,客户机,服务器,媒体,播放器,GET:,音频,/,视频文件,RESPONSE,音频,/,视频文件,浏览器,用户从客户机,(client machine),的浏览器上用,HTTP,协议向服务器请求下载某个音频,/,视频文件。,服务器如有此文件就发送给浏览器。在响应报文中就装有用户所要的音频,/,视频文件。整个下载过程可能会,花费很长的时间,。,当浏览器,完全收下,这个文件后，就可以传送给自己机器上的媒体播放器进行解压缩，然后播放。,传统下载最大的缺点是：,下载时间太长，必须全部下载完才能开始播放，为此，,改进措施：,措施一：,8.2.1,具有元文件的万维网服务器,第一种改进措施就是在万维网服务器中增加一个,元文件，该文件,里面保存了有关这个音频,/,视频文件的信息，如该音频,/,视频的,URL,。,万维网,服务器,客户机,服务器,媒体,播放器,元文件,浏览器,GET:,元文件,RESPONSE,GET:,音频,/,视频文件,RESPONSE,使用元文件下载音频,/,视频文件,浏览器用户使用,HTTP,的,GET,报文接入到万维网服务器。这个超链指向一个元文件。这个元文件有实际的音频,/,视频文件的统一资源定位符,URL,。,万维网服务器把该元文件装入,HTTP,响应报文的主体，发回给浏览器。,客户机浏览器调用相关的媒体播放器，把提取出的元文件传送给媒体播放器。,媒体播放器使用元文件中的,URL,，向万维网服务器发送,HTTP,请求报文，要求下载音频,/,视频文件。,万维网服务器发送,HTTP,响应报文，把该音频,/,视频文件发送给媒体播放器。媒体播放器边下载边解压缩边播放。,措施二：,8.2.2,媒体服务器,上面讲的措施有一个问题，就是媒体播放器使用的是,HTTP,服务，但,HTTP,是在,TCP,连接上运行的，,TCP,要重传出错或丢失的报文，不适合流式音频,/,视频文件的传送。因此我们需要另外一种服务器即：,媒体服务器,也称为,流式服务器,，它支持流式音频和视频的传送。,媒体播放器,与,媒体服务器,的关系是客户与服务器的关系。,使用媒体服务器,万维网,服务器,媒体,播放器,元文件,浏览器,GET:,元文件,RESPONSE,GET:,音频,/,视频文件,RESPONSE,媒体,服务器,客户机,服务器,前三个步骤仍然和上一节的一样。,媒体播放器使用元文件中的,URL,接入到,媒体服务器,，请求下载浏览器所请求的音频,/,视频文件。下载可以借助于使用,UDP,的任何协议，例如使用实时运输协议,RTP,。,媒体服务器给出响应，把该音频,/,视频文件发送给媒体播放器。媒体播放器在迟延了若干秒后，以流的形式边下载边解压缩边播放。,措施三：,8.2.3,实时流式协议,RTSP,实时流式协议,RTSP,是,IETF,的,MMUSIC,工作组开发的协议，现已成为因特网建议标准。,RTSP,是为了给流式过程增加更多的功能而设计的协议。,RTSP,本身并不传送数据，而仅仅是使媒体播放器能够控制多媒体流的传送，因此，,RTSP,又称为,带外协议,。,RTSP,协议以客户,/,服务器方式工作，它是一个多媒体播放控制协议，用来使用户在播放从因特网下载的实时数据时,能够进行,控制，如：暂停,/,继续、后退、前进等,。因此,RTSP,又称为“,因特网录像机遥控协议,”。,要实现,RTSP,的控制功能，我们不仅要有协议，而且要有专门的,媒体播放器,(media player),和,媒体服务器,(media server),。,万维网,服务器,客户机,服务器,媒体,播放器,元文件,浏览器,媒体,服务器,音频,/,视频流,GET:,元文件,RESPONSE,SETUP,RESPONSE,PLAY,RESPONSE,RESPONSE,TEARDOWN,浏览器使用,HTTP,的,GET,报文向万维网服务器请求音频,/,视频文件,万维网服务器从浏览器发送携带有元文件的响应。,浏览器把收到的元文件传送给媒体播放器,RTSP,客户与媒体服务器的,RTSP,服务器建立连接,RTSP,服务器发送响应,RESPONSE,报文,RTSP,客户发送,PLAY,报文，开始下载音频,/,视频文件（即开始播放）,RTSP,服务器发送响应,RESPONSE,报文；,此后音频视频文件被下载,RTSP,客户发送,TEARDOWN,报文断开连接,RTSP,客户发送,TEARDOWN,报文断开连接。,RTSP,服务器发送响应,RESPONSE,报文。,end,8.3,交互式音频,/,视频,本节只介绍交互式音频，即,IP,电话。,IP,电话是在因特网上传送多媒体信息的一个例子。通过,IP,电话的讨论可以有助于了解在因特网上传送多媒体信息应当解决好哪些问题。,8.3.1 IP,电话概述,1,、,狭义的和广义的,IP,电话,狭义的,IP,电话,就是在,IP,网络上打电话。所谓“,IP,网络”就是“使用,IP,协议的分组交换网”的简称。,广义的,IP,电话,则不仅仅是电话通信，而且还可以是在,IP,网络上进行交互式多媒体实时通信（包括话音、视像等），甚至还包括,即时传信,IM,(Instant Messaging),，即：即时交换信息。,2,、,IP,电话网关,美国的,VocalTec,在,1995,年初率先推出了实用化的,IP,电话,，但这种电话必须使用,PC,机,。,1996,年,3,月，,IP,电话进入了一个,转折点：,VocalTec,公司成功推出了,IP,电话网关,，它是公用电话网,与,IP,网络的,接口设备。,IP,电话网关的作用：,（,1,）在电话呼叫阶段和呼叫释放阶段进行电话信令的转换。,（,2,）在通话期间进行话音编码的转换。,有了这种,IP,电话网关，就可实现,PC,机用户到固定电话用户打,IP,电话，以及固定电话用户之间打,IP,电话。如下图所示：,IP,电话的几种连接方法,分组交换,电路交换,电路交换,因特网,PC,到,PC,公用电话网,IP,电话,网关,因特网,PC,到固定电话机,公用电话网,IP,电话,网关,公用电话网,IP,电话,网关,因特网,固定电话机到固定电话机,3,、,IP,电话的通话质量,IP,电话的通话质量主要由两个因素决定：,（,1,）一个是通话双方端到端的时延和时延抖动，,（,2,）另一个是话音分组的丢失率。,但这两个因素是不确定的，是取决于当时网络上的通信量。,经验证明，在电话交谈中，端到端的时延不应超过,250 ms,，否则交谈者就能感到不自然。陆地公用电话网的时延一般只有,50,70ms,但经过同步卫星的电话时延就超过,250ms,。,IP,电话端到端时延是由以下几个因素造成：,(1),话音信号进行模数转换要经受时延。,(2),话音比特流装配成话音分组的时延。,(3),话音分组的发送需要时间，此时间等于话音分 组长度与通信线路的数据率之比。,(4),话音分组在因特网中的存储转发时延。,(5),话音分组在接收端缓存中暂存所引起的时延。,(6),话音分组还原成模拟话音信号的时延。,(7),话音信号在通信线路上的传播时延。,(8),终端设备的硬件和操作系统产生的接入时延,低速率话音编码的标准,为了能够在世界范围提供,IP,电话服务，话音编码就必须采用统一的标准，目前适合,IP,电话使用的,ITU,T,标准主要有以下,两种,：,(1)G.729,速率为,8 kb/s,的共轭结构代数码激励线性预测声码器,CS-ACELP(Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear Prediction),。,(2)G.723.1,速率为,5.3/6.3 kb/s,的为多媒体通信用的低速率声码器。,D,播放时延有一个最佳值,分组,丢失率,端到端时延,20%,10%,5%,100 ms,150 ms,400 ms,A,B,C,N,良好,基本,可用,不好,长途电话,质量,接收端播放,时延增大,线速路由器,提高路由器转发分组的速率对提高,IP,电话的质量也是很重要的。据统计，一个跨大西洋的,IP,电话一般要经过,20,30,个路由器。,现在一个普通路由器每秒可转发,50,100,万个分组。,若能改用,吉比特路由器,（又称为,线速路由器,），则每秒可转发,500,万,6000,万个分组（即交换速率达,60,Gb/s,左右）。这样还可进一步减少由网络造成的时延。,关于,Skype,近几年来，,IP,电话的质量得到了很大的提高。现在许多,IP,电话的话音质量已经优于固定电话。在,IP,电话领域，最值得一提的是,Skype,IP,电话,，它给全世界的广大用户带来了高品质并且廉价的通话服务。,Skype,采用了,P2P,（即,Peer to Peer,对等方式）和,全球索引技术,提供快速路由选择机制，管理成本大大降低。由于用户路由信息分布式存储于因特网的结点中，因此呼叫连接完成得很快。,Skype,还采用了,端对端加密,方式，保证信息的安全性。,自,2003,年,8,月,Skype,的问世以来，在短短,15,个月内，,Skype,已拥有,5000,万,的下载量，注册量超过,2000,万,，,Skype,的问世给全球信息技术和通信产业带来了深远的影响。,8.3.2 IP,电话所需要的几种应用协议,在,IP,电话的通信中，我们至少需要,两种协议,：,（,1,）,信令协议,：它使我们能够在因特网上找到被叫用户。,（,2,）话音分组的,传送协议,：它使我们用来进行电话通信的话音数据能够以时延敏感属性在因特网中传送。,下图给出了三种应用层协议：,提供实时交互式音频,/,视频服务所需的应用层协议,UDP,IPv4/IPv6,音频,/,视频,TCP,信令,服务质量,RTSP,RTCP,RSVP,H.323,SIP,RTP,应,用,层,协,议,SDP,底层网络,第一种协议与信令有关,第三种协议为了提高服务质量,第二种协议直接传送音频,/,视频,下面分别介绍上面这些协议：,8.3.3,实时运输协议,RTP,(Real-time Transport Protocol),RTP,是,IETF,的,AVT,工作组开发的协议。,RTP,为实时应用提供端到端的运输，但不提供任何服务质量的保证。,需要发送的多媒体数据块经压缩编码处理后，先送给,RTP,封装成为,RTP,分组（,也称为,RTP,报文,）,，再装入运输层的,UDP,用户数据报，然后再交给,IP,层。,RTP,现已成为因特网建议标准，并且已被广泛使用。,RTP,同时也是,ITU,T,的标准（,H.255.0,）。,RTP,的层次,从应用开发者的角度看，,RTP,应当是,应用层,的一部分。然而,RTP,的名称又隐含地表示它是一个,运输层协议,。因为,RTP,封装了多媒体应用的数据块，并且由于,RTP,向多媒体应用程序提供了服务（如时间戳和序号），因此也可以将,RTP,看成是在,UDP,之上的一个,运输层的子层,。,运输层,应用层,IP,数据链路层,物理层,RTP,UDP,8.3.4,实时运输控制协议,RTCP,(RTP Control Protocol),RTCP,是与,RTP,配合使用的协议,。,RTCP,协议的,主要功能,是：服务质量的监视与反馈、媒体间的同步，以及多播组中成员的标识。,RTCP,分组也使用,UDP,传送，但,RTCP,并不对声音或视像分组进行封装。,可将多个,RTCP,分组封装在一个,UDP,用户数据报中。,RTCP,分组周期性地在网上传送，它带有发送端和接收端对服务质量的统计信息报告。,8.3.5 H.323,现在,IP,电话有,两套信令标准,，一套是,ITU,T,定义的,H.323,。另一套是,IETF,提出的,SIP,。本节先介绍,H.323,。,H.323,是,ITU-T,于,1996,年提出的，,1998,年的第二个版本改用的名称是“,基于分组的多媒体通信系统”,。基于分组的网络包括因特网、局域网、企业网、城域网和广域网。,H.323,是一组协议,，包括系统和构件的描述、呼叫模型的描述、呼叫信令过程、控制报文、复用、话音编解码器、视像编解码器、数据协议等。,H.323,终端使用,H.323,协议进行多媒体通信,分组交换网,（例如，因特网）,H.323,H.323,终端,H.323,终端,H.323,标准指明的四种构件,(1)H.323,终端：这可以是一个,PC,机，也可以是运行,H.323,程序的单个设备。,(2),网关：网关连接两种不同的网络，使,H.323,网络可以和非,H.323,网络进行通信。,(3),网闸：相当于整个,H.323,网络的大脑。所有的呼叫都要通过网闸，因为网闸提供地址转换、授权、带宽管理和计费功能。,(4),多点控制单元,MCU,：,MCU,支持三个或更多的,H.323,终端的音频或视频会议。,网关、网闸、,MCU,在逻辑上是分开的构件，但它们可实现在一个物理设备中。,H.323,网关用来和非,H.323,网络进行连接,因特网,公用电话网,网关,网闸,H.323,终端,多点控制单元,MCU,H.323,的协议体系结构,音频,/,视频应用,音频,编解码,视频,编解码,RTCP,H.225.0,登记,信令,H.225.0,呼叫,信令,H.245,控制,信令,RTP,UDP,TCP,IP,信令和控制,数据 应用,T.120,数据,8.3.6,会话发起协议,SIP(Session Initiation Protocol),虽然,H.323,系列已被大部分生产,IP,电话的厂商采用，但由于,H.323,过于复杂，不便于发展基于,IP,的新业务，因此,IETF,的,MMUSIC,工作组制定了,另一套,简单且实用的标准即会话发起协议,SIP,，目前已成为因特网的建议标准。,SIP,协议以因特网为基础，把,IP,电话视为因特网上的新应用。,SIP,协议只涉及到,IP,电话的信令和有关服务质量问题，而没有提供像,H.323,那样多的功能。,SIP,没有指定使用,RTP,协议，但实际上大家还是选用,RTP,和,RTCP,作为配合使用的协议。,SIP,系统的构件,SIP,使用文本方式的客户服务器协议。,SIP,系统只有两种构件：即,用户代理,和,网络服务器,。,用户代理,包括,用户代理客户,和,用户代理服务器,，前者用来发起呼叫，而后者用来接受呼叫。,网络服务器,分为,代理服务器,和,重定向服务器,。,代理服务器接受来自主叫用户的呼叫请求，并将其转发给下一跳代理服务器，最后将呼叫请求转发给被叫用户。,重定向服务器不接受呼叫，它通过响应告诉客户下一跳代理服务器的地址，由客户按此地址向下一跳代理服务器重新发送呼叫请求。,会话描述协议,SDP,(Session Description Protocol),SDP,是,SIP,的一个配套协议。,SDP,在,电话会议,的情况下特别重要，因为电话会议的参加者是,动态地加入和退出,。,SDP,详细地,指明了,媒体编码、协议的端口号以及多播地址。,SIP,使用了,HTTP,的许多首部、编码规则、差错码以及一些鉴别机制，它比,H.323,具有更好的可扩缩性。,由于,SIP,问世较晚，因此它现在比,H.323,占有的市场份额要小。,end,8.4,改进“尽最大努力交付”的服务,使因特网更好的传送多媒体信息的另一种,方法是,：,改变因特网平等对待,所有分组的思想，使得对时延要求较高的实时音频,/,视频分组，能够从网络得到,更好的服务质量,QoS,.,8.4.1,使因特网提供服务质量,根据,ITU,T,给出的定义：服务质量,QoS,是服务性能的总效果，此效果决定了一个用户对服务的满意程度。因此在最简单的意义上，有服务质量的服务就是能够满足用户的应用需求的服务。,服务质量可用若干基本的,性能指标,来描述：,包括,:,可用性、差错率、响应时间、吞吐量、分组丢失率、连接建立时间、故障检测和改正时间等。服务提供者可向其用户保证某一种等级的服务质量。,我们多次强调：因特网的网络本身只能提供“,尽最大努力交付”的,服务，而要传送多媒体信息，网络又必须具有一定的服务质量，如下图所示，说明应从哪些方面入手使因特网具有一定的服务质量。,主机,H,1,和,H,2,分别向主机,H,3,和,H,4,发送数据,输出队列,FTP,文件数据,1.5 Mb/s,链路,H,1,H,2,H,3,H,4,R,2,R,1,H,1,H,2,1.5 Mb/s,链路,1 Mb/s,的实时音频数据,情况,1,：,一个,1Mb/s,的实时音频数据和一个,FTP,文件数据,：,给不同性质的分组打上不同的标记,。当,H,1,和,H,2,的分组进入,R,1,时，,R,1,应能识别实时数据分组，并使这些分组以高优先级进入输出队列，而仅在队列有多余空间时才准许低优先级的,FTP,数据分组进入。,主机,H,1,和,H,2,分别向主机,H,3,和,H,4,发送数据,1.5 Mb/s,链路,H,1,H,2,H,3,H,4,R,2,R,1,H,1,H,2,1.5 Mb/s,链路,输出队列,1 Mb/s,的实时音频数据,高优先级,的,FTP,文件数据,情况,2,：一个,1Mb/s,的实时音频数据和一个高优先级的,FTP,文件数据,应当使路由器,增加,一种机制：,分类,，即路由器根据某些准则（例如，根据发送数据的地址）对输入分组进行分类，然后对不同类别的通信量给予不同的优先级。,主机,H,1,和,H,2,分别向主机,H,3,和,H,4,发送数据,1.5 Mb/s,链路,H,1,H,2,H,3,H,4,R,2,R,1,H,1,H,2,1.5 Mb/s,链路,输出队列,数据率异常的实时音频数据,FTP,文件数据,情况,3,：一个数据率异常的实时音频数据和一个,FTP,文件数据,路由器应能对某个数据流进行通信量的,管制,，使该数据流不影响其他正常数据流在网络中通过。例如，可将,H,1,的数据率限定为,1 Mb/s,。,R,1,不停地监视,H,1,的数据率。只要其数据率超过规定的,1 Mb/s,，,R,1,就将其中的某些分组丢弃。,主机,H,1,和,H,2,分别向主机,H,3,和,H,4,发送数据,1.5 Mb/s,链路,H,1,H,2,H,3,H,4,R,2,R,1,H,1,H,2,1.5 Mb/s,链路,输出队列,数据率异常的实时音频数据,FTP,文件数据,为了更加合理地利用网络资源，应在路由器中再增加一种机制：,调度,。可以利用调度功能给实时音频分配,1.0 Mb/s,的带宽，给文件传送分配,0.5 Mb/s,的带宽。这就好像在带宽为,1.5 Mb/s,的链路中划分出两个逻辑链路，因而对这两种应用都有相应的服务质量保证。,主机,H,1,和,H,2,分别向主机,H,3,和,H,4,发送数据,1.5 Mb/s,链路,H,1,H,2,H,3,H,4,R,2,R,1,H,1,H,2,1.5 Mb/s,链路,输出队列,1 Mb/s,的实时数据,情况,4,：,H1,和,H2,都发送数据率为,1Mb/s,的实时数据,这样总数据率已超过了,1.5 Mb/s,链路的带宽。比较合理的做法是让一个数据流通过,1.5 Mb/s,的链路，而阻止另一个数据流的通过。这就需要,呼叫接纳,机制。数据流要预先声明所需的服务质量，然后或者被准许进入网络，或者被拒绝进入网络。,8.4.2,调度和管制机制,1.,调度机制,“,调度,”就是指排队的规则。如不采用专门的调度机制，则默认排队规则就是,先进先出,FIFO,(First In First Out),。当队列已满时，后到达的分组就被丢弃。,先进先出的,最大缺点,就是不能区分时间敏感分组和一般数据分组，并且也不公平。,在先进先出的基础上增加按,优先级排队,，就能使优先级高的分组优先得到服务。,分组按优先级排队,高优先级队列,低优先级队列,分组到达,路由器,调度,分组离开,路由器,分类器,（服务员）,路由器,高,高 高,低,高优先级分组优先接受服务,t,1,2,3,5,到达,离开,接受,服务,4,1,3,2,5,4,1,3,2,5,4,t,高,高,高,低,低,简单地按优先级排队会带来一个,缺点,：就是如果高优先级队列中总是有分组时，低优先级队列中的分组就长期得不到服务。这就不太公平。,公平排队,FQ,可解决这个问题。公平排队是对每种类别的分组流设置一个队列，然后轮流使每一个队列一次只能发送一个分组。对于空的队列就跳过去。,缺点是,：长分组得到的服务时间长，短分组比较吃亏，而且公平排队并没有区分分组的优先级。于是就有了,加权公平排队：,加权公平排队,WFQ,分组离开,路由器,分组到达,路由器,调度,分类器,w,1,w,2,w,3,1,2,3,路由器,分组到达后就将分组进行分类，然后送交与其类别对应的队列。队列按顺序依次将队首的分组发送到链路。遇到队列空就跳过去给队列,i,指派一个权重,wi,。队列,i,得到的平均服务时间为,wi,/(,wj,),，这里,wj,是对所有的非空队列的权重求和。,2.,管制机制,前面提到使用管制可以提供服务质量，对一个数据流，我们可根据以下,三方面进行管制,：,(1),平均速率,网络需要控制一个数据流的平均速率。这里的平均速率是指在一定的时间间隔内通过的分组数。,例如：每秒限定数据流的平均速率为每秒,50,个分组和每分钟,3000,个分组，虽然这两个指标的平均值一样，但其严格程序却不同，假定有一个数据流，有一秒钟通过了,1000,个分组，,1,分钟平均下来仍可能不超过,3000,个。,(2),峰值速率,峰值速率限制了数据流在非常短的时间间隔内的流量。,(3),突发长度,网络也限制在非常短的时间间隔内连续注入到网络中的分组数。,要在网络中对进入网络的分组流按以上三个指标管制，可使用非常著名的,漏桶管制器（简称漏桶,）。,分组到达,漏桶管制器,漏桶中最多,装入,b,个权标,拿走,权标,准许分组进入网络,等待权标,在任何时间间隔,t,内准许进入网络的分组数,=,r t,+,b,标记注入漏桶的速率为每秒,r,个权标,3,、漏桶机制与加权公平排队相结合,分组离开,路由器,分组到达,路由器,调度,分类器,w,1,w,n,队列,1,b,1,r,1,b,n,r,n,队列,n,路由器,把漏桶机制与加权公平排队结合起来可以控制队列中的最大时延。,8.4.3,综合服务,IntServ,与资源预留协议,RSVP,最初试图在因特网中将因特网提供的服务划分为不同类别的是,IETF,提出的,综合服务,IntServ,与,资源预留协议,RSVP,，其中的某些,RFC,文档已成为因特网的建议标准。,IntServ,可对单个的应用会话提供服务质量的保证，其主要特点有二：,（,1,）资源预留,。一个路由器需要知道不断出现的会话已预留了多少资源（即链路带宽和缓存空间）。,（,2,）呼叫建立,。一个需要服务质量保证的会话必须首先在源点到终点的路径上的每个路由器预留足够的资源，以保证其端到端的服务质量要求。,IntServ,定义了两类服务,（,1,）有保证的服务,，可保证一个分组在通过路由器时的排队时延有一个严格的上限。,（,2,）受控负载的服务,，可以使应用程序得到比通常的“尽最大努力”更加可靠的服务。,IntServ,由四个组成部分,(1),资源预留协议,RSVP,，它是,IntServ,的信令协议。,(2),接纳控制,(admission control),，用来决定是否同意对某一资源的请求。,(3),分类器,(classifier),，用来将进入路由器的分组进行分类，并根据分类的结果将不同类别的分组放入特定的队列。,(4),调度器,(scheduler),，根据服务质量要求决定分组发送的前后顺序。,RSVP,协议的工作原理,H,1,H,2,50 kb/s,R,2,R,1,H,3,100 kb/s,H,4,3 Mb/s,R,3,R,4,H,5,3 Mb/s,源站,(a),源点用多播发送,PATH,报文,表示,PATH,报文,3 Mb/s,3 Mb/s,3 Mb/s,100 kb/s,H,1,H,2,50 kb/s,R,2,R,1,H,3,100 kb/s,H,4,3 Mb/s,R,3,R,4,H,5,3 Mb/s,源站,(b),各终点向源点返回,RESV,（,资源预留请求报文,）报文,表示,RESV,报文,IntServ,体系结构在路由器中的实现,路由选择协议,路由选择数据库,RSVP,接纳控制,管理代理,通信量控制,数据库,分类器,与,分组转发,调度器,分组入,分组出,综合服务,IntServ,体系结构存在的主要问题,(1),状态信息的数量与流的数目成正比。因此在大型网络中，按每个流进行资源预留会产生很大的开销。,(2),IntServ,体系结构复杂。若要得到有保证的服务，所有的路由器都必须装有,RSVP,、接纳控制、分类器和调度器。,(3),综合服务,IntServ,所定义的服务质量等级数量太少，不够灵活。,8.4.4,区分服务,DiffServ,(Differentiated Services),1.,区分服务的基本概念,由于,综合服务,IntServ,和资源预留协议,RSVP,都较复杂，很难在大规模的网络中实现，因此,IETF,提出了新的策略，即,区分服务,DiffServ,。,区分服务有时也简写为,DS,。因此，具有区分服务功能的结点就称为,DS,结点,。,区分服务,DiffServ,的要点,(1),DiffServ,力图不改变网络的基础结构，但在路由器中,增加区分服务,的功能。,(2),网络被划分为许多个,DS,域,DiffServ,将所有的复杂性放在,DS,域的,边界结点,(boundary node),中，而使,DS,域内部路由器工作得尽可能地简单。,内部路由器,边界路由器,内部路由器,B,B,B,B,DS,域,DS,域,(3),边界路由器中的功能较多，可分为：,1,、分类器,2,、通信量调节器,调节器的组成：,标记器,(marker),整形器,(shaper),测定器,(meter),边界路由器中的各功能块的关系,内部路由器,边界路由器,（入口）,边界路由器,（出口）,分类器,标记器,整形器,测定器,根据,DS,值,进行转发,调节器,分组入,分组出,丢弃,(4),DiffServ,提供了一种,聚合,功能,DiffServ,不是为网络中的每一个流维持供转发时使用的状态信息，而是将若干个流根据其,DS,值聚合成少量的流。,路由器对相同,DS,值的流都按相同的优先级进行转发。这就大大简化了网络内部的路由器的转发机制。,区分服务,DiffServ,不需要使用,RSVP,信令。,每跳行为,PHB,1,、“,行为,”就是指在转发分组时路由器对分组是怎样处理的。,2,、“,每跳,”是强调这里所说的行为只涉及到本路由器转发的这一跳的行为，而下一个路由器再怎样处理则与本路由器的处理无关。,这和,IntServ,/RSVP,考虑的服务质量是“端到端”的很不一样。,IETF,的,DiffServ,工作组定义了两种,PHB,：,1,、迅速转发,PHB,即,EF PHB,，或,EF,。,EF,指明离开一个路由器的通信量的数据率必须等于或大于某一数值。因此,EF PHB,用来构造通过,DS,域的低丢失率、低时延、低时延抖动、确保带宽的端到端服务。像点对点连接或“虚拟租用线”，又称为,Premium,服务。,DiffServ,定义的两种,PHB,2,、确保转发,PHB,即,AF PHB,，或,AF,。,AF,用,DSCP,的比特,02,将通信量划分为四个等级，并给每一种等级提供最低数量的带宽和缓存空间。,对于其中的每一个等级再用,DSCP,的比特,35,划分出三个“丢弃优先级”。,当发生网络拥塞时，对于每个等级的,AF,，路由器首先把“丢弃优先级”较高的分组丢弃。,