第6章多媒体通信网络技术.ppt
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1、第6章 多媒体通信网络技术,概 述,多媒体服务 多媒体通信 传统网络 要求?,多媒体通信对传输网络的要求,网络对多媒体通信的支持,多媒体通信协议,总结,1,2,3,4,内 容,多媒体通信对传输网络的高要求缘于: 多媒体数据的海量性 存储、传输 多媒体数据的集成性 Multi- 多媒体数据的交互性 双向通道 多媒体数据的实时性 多媒体数据的同步性 约束关系,6.1 多媒体通信对传输网络的要求,吞吐量 有效的网络带宽 定义为物理链路的数据传输数率减去各种传输开销 反映的是网络所能传输数据的最大极限容量 表示方法 单位时间内处理的分组数或比特数 习惯上将网络的传输速率等同吞吐量(实际吞吐量),多媒体
2、传输网络的性能指标,多媒体通信吞吐量的需求 网络传输速率:网络带宽不足时会产生拥塞,导致延迟增加,并造成数据丢失。 接收端缓冲容量:容量太小时易产生数据溢出、数据分组丢失。 数据流量:非实时数据的传输,运动图像质量参数 每秒帧数 每幅图像分辨率 视频的服务质量等级 高清晰度电视(HDTV)质量 演播室数字电视质量 广播电视质量 录像机(VCR)质量 会议电视质量,视频对网络带宽的需求,视频对网络带宽的需求,声音的质量等级 电话质量话音 高质量话音 CD质量的音乐,双声道的立体声 5.1声道立体环绕声,声音对网络带宽的需求,延时 体现:多媒体通信的实时传输 网络传输延时定义 信源发出最后一个比特
3、到信宿接收到第一个比特之间的时间差 组成 信号在物理介质中的传播延时 数据在网中的处理延时,多媒体传输网络的性能指标,端到端的延时 信源数据准备好而等待网络接收的时间 信源传送这组数据的时间 网络的传输延时,延时抖动 网络传输延时的变化,即不同数据包延时之间的差别 度量 一段时间内最大和最小的传输延时之差,多媒体传输网络的性能指标,产生的原因 传输系统引起的 金属导体 共享传输介质的局域网引起的 介质访问时间不同 广域网引起的 流量控制的等待时间以及节点拥塞引起的排队延时的变化 结果 对实时通信中多媒体的同步造成破坏 影响音视频播放质量 人耳对音频的抖动比视频更敏感,延时抖动,延时抖动,实际的
4、多媒体应用对延时抖动的要求:,错误率 度量方式 误码率:传输过程中发生误码的码元个数与传输的总码元数之比 包错误率:传输过程中发生差错的包与传输的总包数之比 包错误:同一个包两次接收、包丢失或包的次序颠倒 包丢失率:由于包丢失引起的包错误 原因:网络拥塞包传输延时过长被接收端丢弃,多媒体传输网络的性能指标,数据比活动的音视频对误码率要求更高,Ex:银行转帐的传输 音视频误码率可以放宽 已压缩的音视频比未压缩的对误码率要求更高,错误率,错误率,服务质量,服务质量QoS(Quality of Service) ITU将QoS定义为决定用户对服务的满意程度的一组性能参数; 确定性描述: QoS参数
5、=Lower_bound; 统计性描述: ProbQoS参数 =Prob_bound; ProbQoS参数 =Lower_bound=Prob_bound.,QoS描述参数: 吞吐量 传输延时 延时抖动 错误率 通量 连接失败率 传输失败率 优先级 成本 ,网络QoS的保障机制: 用户向网络提交QoS参数描述,提出对网络资源的需求; 网络在会话中保障用户提出的QoS要求,进行性能监控,动态调整资源的分配; 当资源不能保障需求时,要通知有关用户。,6.2.1 多媒体通信网络的现状 电路交换网络 两个终端在通信之前建立起一条实链,在通信中自始至终使用该条链路进行数据传输且不允许其他终端同时共享该链
6、路。 面向连接的网络:PSTN公用电话网,6.2 网络对多媒体通信的支持,电路交换网络 优点 网络能够提供固定路由,保障固定的比特率,传输延时短,物理抖动,有利于实时传输 缺点 不支持组播,存储-转发网络 以分组作为传输的基本单位 先将分组存储,根据分组头信息进行路由选择,确定路径后在空闲时将分组发出 虚电路:主叫和被叫间建立的逻辑连接,不独占线路和交换节点的资源 以太网、IP网,存储-转发网络 优点 复用效率高,可省去由呼叫建立产生的延时 缺点 网络性能不确定性 传输延时受网络负荷的影响较大,延时抖动大,传统IP网 IP城域网 ATM广域网 下一代网络,基于IP寻址的多媒体计算机通信网,网络
7、设备及网络结构 IP网起源于因特网 网络互联/数据通信 网络之间如何实现物理连接? 彼此间如何通信? 如何解决它们协议的差别? 如何处理速率与带宽的差别? 解决:网络连接设备协调与转换,6.2.2 IP 网,中继器 问题:信号在物理介质中随传输距离增加而逐渐变弱 作用:将已经变弱失真的信号接收下来进行放大再生,然后重新送到网络上继续传输 工作在OSI中的物理层,集线器 多端口中继器 将收到的任意端口的信息包广播发送到其他所有端口。 缺点:连接的计算机较多时,传输效率会大大下降,网桥 工作在数据链路层 可实现链路层及以下层的协议转换 主要用于连接同构型局域网(采用相同传输协议的网络) 对数据包具
8、有过滤功能:检测MAC地址以确认是否属于本网桥连接的网段,路由器 工作在网络层 可实现网络层及以下层的协议转换 不仅用于局域网间的互连,更主要的是用于局域网与广域网、广域网与广域网之间的互连 主要功能 路由选择:按规则与其他网络设备交换拓扑信息 转发:将IP包从一个端口转发到目的端口,路由器 同样有过滤数据包的功能 不同的是它使用IP地址而不是MAC地址来决定是否过滤,网关 用于连接异构型网络 可实现协议转换、数据格式编换和信息速率变换的功能,使连接的两个网络互通 网络层的网关就是路由器,网卡网络接口卡 每个网卡都有唯一的网络节点地址MAC,共48位,是计算机的物理地址 工作原理:接收上层协议
9、的数据包,经封装(增加同步信息)形成数据帧后通过物理介质传输。,网卡,若干子网通过网关或路由器连接在一起的网络,IP网络结构,站,站,路由器,站,广域网,IP地址=网络地址+主机地址,编址与域名系统,标识接入因 特网的网络,标识该网络 中的主机,由Internet注册 管理机构分配,由网络管 理机构分配,确保主机地址的唯一性,IP地址=X.X.X.X X:8bit,IP地址格式,在Ipv4中,IP地址由四个八位域(叫作octets)组成 用二进制格式时共有32位组成,为了方便记忆,用点号每八位一分割,称为点分十进制。 如: 点分十进制:131.107.1.1 193.1.1.200 二进制:1
10、1001100.10000001.00001000.11101100,Internet 组织定义了5种IP地址类,以容纳不同大小的网络。Microsoft TCP/IP支持赋予主机的A,B,C类地址。地址类定义了哪些位于用于网络ID,哪些位用于主机ID,它同时也定义了可能的网络数目及每个网络中的主机数。,地址类型,各类地址的起止范围,地址类型,A类 A类地址用于主机数目非常多的网络。A类地址的最高位为0,接下来的7位完成网络ID,剩余的24位二进制位代表主机ID。A类地址允许126个网络,每个网络大约一千七百万台主机;第一个八位体是1-126。127是一个特殊的网络ID,是用来检查,TCPIP
11、协议工作状态。,地址类型,B类 B类地址用于中型到大型的网络。B类地址的最高位为10,接下来的14位完成网络ID,剩余的14位二进制位代表主机ID。B类地址允许16384个网络,每个网络大约65000台主机;第一个八位体是128191。,地址类型,C类 C类地址用于小型本地网络。C类地址的最高位为110,接下来的21位完成网络ID,剩余的8位二进制位代表主机ID。C类地址允许大约二百万个网络,每个网络有254台主机;第一个八位体是192223。,地址类型,D类 D类地址用于多重广播组。一个多重广播组可能包括1台或更多主机,或根本没有。D类地址的最高位为1110;第一个八位体是224239。剩余
12、的位设计客户机参加的特定组。在多重广播操作中没有网络或主机位,数据包将传送到网络中选定的主机子集中。只有注册了多重广播地址的主机才能接收到数据包。Microsoft支持D类地址,用于应用程序将多重广播数据发送到网络间的主机上,包括WINS和Microsoft NetShow。,地址类型,E类 E类是一个通常不用的实验性地址:它保留作为以后使用。E类地址的最高四位通常为11110;第一个八位体是240247,248254 无规定。,地址类型,地址类型,主机ID与网络ID的规则: 不能全为“0“或“255“ NID不能为“127“ 唯一性,编址,编址举例,0.0.0.0 未知主机(只作源地址) 2
13、55.255.255.255 任何主机(只作目的地址)有限广播 A255255255 直接广播 BB255255 直接广播 CCC255 直接广播 193.1.1.255 C类网络193.1.1中的任何主机 (只作目的地址)直接广播 193.1.1.3 C类网络193.1.1中编号为3的主机 193.1.1.0 C类网络号为193.1.1的网络ID 0.0.0.3 “本网络”中编号为3的主机 (只作源地址) 255.255.0.0 掩码 127.0.0.1 本机,子 网,子网是一个逻辑概念,子网中各主机的NetID是相同的。 网段是一个物理概念,是指在物理上独立的一段网络。 子网与网段之间,可
14、以是多对多的关系。 划分子网(subnetworking)的好处: 混合使用多种技术,如以太网和令牌网 克服已有技术的缺陷,如超过每段中最大主机数目 通过对交通重定向和减少广播来减少网络阻塞,将IP地址的各位,NetID全改为1,HostID全改为0,则是子网掩码。 与IP地址进行“与”或“and”运算,用来分辩网络ID和主机ID 其中“1”是通道,“0”是塞子,子 网 掩 码,标准子网掩码 A类:255.0.0.0 B类:255.255.0.0 C类:255.255.255.0,子 网 掩 码,例1:IP地址是131.107.33.10,子网掩码是255.255.0.0,131 . 107
15、. 33 . 10 1 0 0 0 0 0 1 1 . 0 1 1 0 1 0 1 1 . 0 0 1 0 0 0 0 1 . 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 . 1 1 1 1 1 1 1 1 . 0 0 0 0 0 0 0 0 . 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 . 0 1 1 0 1 0 1 1 . 0 0 0 0 0 0 0 0 . 0 0 0 0 0 0 0 0 网络ID 131. 107. 0. 0 主机ID 0 . 0. 33. 10,子 网 掩 码,例2:IP地址是193.1.1.200,子网掩码是255.255.
16、255.0,193 . 1 . 1 . 200 1 1 0 0 0 0 0 1 . 0 0 0 0 0 0 0 1 . 0 0 0 0 0 0 0 1 . 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 . 1 1 1 1 1 1 1 1 . 1 1 1 1 1 1 1 1 . 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 . 0 0 0 0 0 0 0 1 . 0 0 0 0 0 0 0 1 . 0 0 0 0 0 0 0 0 网络ID 193. 1. 1. 0 主机ID 0. 0. 0. 200,子 网 掩 码,非标准子网掩码 借用主机ID充当网络ID的方
17、法。 A类:255.240.0.0 B类:255.255.252.0 C类:255.255.255.224 规则:子网ID与主机ID不能全为“0”(无借位)或“1”(与掩码一样) 例如:IP地址是131.107.33.10,子网掩码是255.255.224.0,131 . 107 . 33 . 10 1 0 0 0 0 0 1 1 . 0 1 1 0 1 0 1 1 . 0 0 1 0 0 0 0 1 . 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 . 1 1 1 1 1 1 1 1 . 1 1 1 0 0 0 0 0 . 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0
18、 0 1 1 . 0 1 1 0 1 0 1 1 . 0 0 1 0 0 0 0 0 . 0 0 0 0 0 0 0 0 网络ID 131. 107. 32. 0 主机ID 0 . 0. 1. 10,子 网,例1:网络192.168.10.1,子网掩码是255.255.255.224。 网络. 网络. 网络. 子网掩码主机 字节(8位). 字节(8位). 字节(8位). 字节(8位) 2726252423222120.2726252423222120.2726252423222120.2726252423222120 1 1 1 1 1 1 1 1.1 1 1 1 1 1 1 1.1 1 1
19、1 1 1 1 1.1 1 1 0 0 0 0 0,子网域,新主机域,子网掩码还可用1的位数表示,如上例可写成192.168.10.1/27,子 网,例2:网络193.1.1.0,子网掩码是255.255.255.224。 问:这个子网可划分几个子网,每个子网的主机ID范围是什么? 解析: 子网193.1.1.32 有效IP从193.1.1.33到 193.1.1.62 子网193.1.1.64 有效IP从193.1.1.65到 193.1.1.94 子网193.1.1.96 有效IP从193.1.1.97到 193.1.1.126 子网193.1.1.128 有效IP从193.1.1.129
20、到 193.1.1.158 子网193.1.1.160 有效IP从193.1.1.161到 193.1.1.190 子网193.1.1.192 有效IP从193.1.1.193到 193.1.1.222,子 网,例3:网络131.107.0.0,子网掩码是255. 255. 224. 0。 问:这个子网可划分几个子网,每个子网的主机ID范围是什么? 解析: 子网131.107.32.0 有效IP从131.107.32.1到131.107.63.254 子网131.107.64.0 有效IP从131.107.64.1到131.107.95.254 子网131.107.96.0 有效IP从131.
21、107.96.1到131.107.127.254 子网131.107.128.0 有效IP从131.107.128.1到131.107.159.254 子网131.107.160.0 有效IP从131.107.160.1到131.107.191.254 子网131.107.192.0 有效IP从131.107.192.1到131.107.223.254,划分子网使得IP地址具有一定的内部层次结构,既能充分利用IP地址空间,又能适应各种现实的物理网络。 数字型地址,不易记忆 域名系统DNS Domain Name System 域名服务器:将域名与数据包实际传送时使用的IP地址相对应,子 网,I
22、P网的基本传送单元:IP数据包 数据包的传送: 封装到网络帧 以比特流的形式在物理网络中传输,数据格式,数据包头 数据包数据区,帧头 帧数据区,不同的物理网络传输的数据帧大小不同 最大传输单元MTU: 一个物理网络中可以传输的最大数据帧 在MTU较小的网络中,数据包采用分片机制进行分装 将数据包分成若干片,每一片分别进行传输,待片到达目的主机后再重组成完整的数据包。,数据格式,IP数据包的格式见图6-16,IP数据包格式,IP包如何确定通过哪条路径可将信息送达目的地? 路由选择 路由器根据路由选择协议确定到达目的地网络最佳的路径,并将信息存在路由表中 路由表包含网络地址、距离等信息 距离的度量
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- 多媒体 通信 网络技术
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