1、高等计算机网络多媒体网络(1),第六次课,二、习题讲解,主要内容,一、复习,三、多媒体网络内容概述,四、多媒体网络应用,六、小结和作业,五、流式存储音频和视频,7、简述GSM切换的过程。,6、简述蜂窝网中对移动用户呼叫选路的过程。,问 题,5、简述移动IP标准的三个组成部分。移动IP采用哪种选路方式?,一、复习,1、简述间接选路的基本过程。,2、简述直接选路的基本过程。,3、当移动节点从一个外部网络移动到一个新的外部网络的过程中,间接选路是如何处理的?,4、当移动节点从一个外部网络移动到一个新的外部网络的过程中,直接选路是如何处理的?,问 题,一、复习,wide area network,归属
2、网络,HA,FA,通信者,1、简述间接选路的基本过程。,外地网络,问 题,一、复习,2、简述直接选路的基本过程。,wide area network,归属网络,外部网络,HA,FA,通信者,通信者代理,问 题,一、复习,3、当移动节点从一个外部网络移动到一个新的外部网络的过程中,间接选路是如何处理的?,wide area network,外部网络1,新的外部代理,通信者代理,通信者,新的外部网络,归属网络,问 题,一、复习,4、当移动节点从一个外部网络移动到一个新的外部网络的过程中,直接选路是如何处理的?,wide area network,外部网络1,锚外部代理,新的外部代理,通信者代理,通
3、信者,新的外部网络,归属网络,问 题,一、复习,6、简述蜂窝网中对移动用户呼叫选路的过程。,old BSS,new BSS,问 题,二、习题讲解,1、为什么802.11中使用了链路层确认,而有线以太网中却未使用?802.11无线信道有相对较高的误比特率802.11无线信道无法在发送信号的同时检测冲突802.3在有线链路上传输误码率很低,而且能够检测冲突802.11和802.3的主要区别是在数据链路层,它们的运输层协议都包括TCP和UDP,所以这个题目中的是否使用链路层确认,与802.x的上层协议无关。,问 题,2、以太网和802.11使用相同的帧格式?错如地址字段,以太网帧中只有两个MAC地址
4、字段而802.11帧中包括四个地址字段,二、习题讲解,问 题,3、蓝牙中的主设备和802.11网络中的基站之间有什么区别?任何一个普通的蓝牙节点都可以作为皮可网中的主设备,而802.11网络中的普通设备如无线站点不能作为基站来使用皮可网中的主设备真正控制者皮可网,802.11中的基站所起到的作用是链路层中继皮可网运行在ad-hoc模式,有基站的802.11运行在基础设施模式,二、习题讲解,问 题,4、物理地址和逻辑地址有什么区别?物理地址就是厂商在网络接口卡上编码的48位MAC地址。这类地址是独特的,指的是以太网或者硬件的地址。MAC或者以太网地址是与OSI模型第二层(数据链路层)相关的。逻辑
5、地址是一种32位IP地址。逻辑地址不嵌入在网卡中,而是分配给网卡以便用于网络之间的路由。这类地址在OSI模型的第三层(网络)工作。,二、习题讲解,实验报告,1) 实验报告纸到实验室购买;2)实验报告必须手写,内容如下:(1) 实验题目(2) 实验要求(3) 实验条件(4) 实验结果(5) 实验总结,二、习题讲解,学习目标,三、多媒体网络内容概述,Principles多媒体应用系统的种类多媒体应用的特点和需求Best-Effort服务模型服务质量控制的相关机制Protocols and Architectures QoS控制机制服务质量模型,内容概要,三、多媒体网络内容概述,多媒体网络应用系统存
6、储式流媒体(streaming stored media)将Best-Effort发挥到极致:IP Telephony实时交互性应用协议内容分发网络CDN超越Best-Effort调度/监管机制集成服务与区分服务模型信令机制总结,四、多媒体网络应用,1.多媒体应用的类型,1)多媒体应用的类型,流式存储音频和视频流式实况音频和视频实时交互音频和视频多媒体应用和一般的网络应用有什么区别吗?,四、多媒体网络应用,1.多媒体应用的类型,2)多媒体应用的基本特征,对时延高度敏感有时候从发送方到接收方的时延超过几百毫秒的分组对接收方基本没什么用处了一般对丢包不敏感偶尔的丢失只会在音频视频回放时偶尔出现干扰
7、信号,不会造成太大问题与Web,电子邮件和FTP等应用完全不同可以容忍长时延数据的完整性和完全更重要,不能容忍丢包,1.多媒体应用的类型,四、多媒体网络应用,1)流式存储音频和视频,存储媒体多媒体被预先制作并被存储在服务器上;可以进行暂停、倒退、快进、检索该多媒体内容;从请求到开始播放的时间一般为1-20s流客户机从服务器接收文件几秒后就开始播放音频/视频文件,在播放的同时,客户机继续从该服务器接收文件的后续部分。不需要在文件播放之前下载整个文件。连续播放一旦多媒体内容开始播放,它应该根据初始记录的时序进行。对数据传输时延的要求比较严格。,1.多媒体应用的类型,四、多媒体网络应用,1)流式存储
8、音频和视频,3. 收到音频视频后在客户端播放,分组,time,1.多媒体应用的类型,四、多媒体网络应用,2)流式实况音频和视频,通过Internet传输传统的广播和电视数据一个发送者,多个接收者。IP多播,应用层多播(P2P,CDN),多个独立的服务器到客户机的单播如Internet radio talk show Live sporting event对传输时延的要求弱于交互式应用,强于存储式流媒体。播放可能落后请求10s左右交互性不可快进,但可以回放、暂停等,1.多媒体应用的类型,四、多媒体网络应用,3)实时交互音频和视频,典型应用IP电话(IP telephony):因特网上的实时交互音
9、频如Skype用户能够进行pc到电话或pc到pc的语音呼叫视频会议(video conference):实时交互视频如NetMeeting,Skype视频,1.多媒体应用的类型,四、多媒体网络应用,3)实时交互音频和视频,对传输时延的要求时延小于150毫秒的语音,听者觉察不到时延在150毫秒到400毫秒之间,可以接受时延大于400毫秒,对质量造成损害时延主要是哪些因素造成的呢?时延的大小对应用质量有影响吗?包括应用层封装分组的时间和网络传输时延过长的时延对质量造成损害什么叫时延抖动?时延抖动是指同一个分组流中分组时延的变化。,2.当今因特网上的多媒体障碍,四、多媒体网络应用,1)IP提供“尽力
10、而为”的服务给TCP/UDP,IP层为传输层提供的是什么样的服务?1.IP提供“尽力而为”的服务给TCP/UDP,对传输质量不做任何保证网络尽力使每个数据报尽可能快的从发送方传送到接收方对分组的时延和时延抖动不做任何承诺2.因特网采用公平的方法在路由器队列中进行分组调度,所有的分组接收相同的服务,任何分组在路由器队列中没有任何特殊的优先级分组可能由于缓存溢出而被丢弃,2.当今因特网上的多媒体障碍,四、多媒体网络应用,2)IP提供“尽力而为”的服务给TCP/UDP,TCP/UDP协议运行在IP协议之上TCP对传输时延没有任何保证,重传丢失的分组UDP对传输时延、分组丢失没有任何保证,Intern
11、et没有采用优先级控制无论多么重要,多么有钱,都必须排队!当前的Internet体系结构并不适于提供QoS控制机制。,3)多媒体应用受到极大关注,2.当今因特网上的多媒体障碍,四、多媒体网络应用,4)为改善“尽力而为” Internet的服务质量,我们可以做点什么来提高多媒体网络应用的质量?,使用UDP来避免TCP的拥塞控制和慢启动过程的低吞吐量在客户端缓存部分内容和控制回放来弥补时延抖动造成的影响可以给分组加上时间戳(time stamp)来提醒接收端及时播放该分组. 选择压缩等级来适配可用带宽(available bandwidth)可以发送冗余的分组来减少分组丢失所造成的影响。,3. 因
12、特网上是否应该提供QOS质量控制?,四、多媒体网络应用,1)争议1:需要做出重大改变以支持资源预留/QoS控制,软件/硬件的改变涉及每个节点(路由器/主机)信令协议(signal protocol)进行资源预留代表应用预留从发送方到接收方的带宽优先级调度算法(scheduling algorithm)区分业务修改路由器的调度策略以便带宽预留能够兑现流量协议,并对流量进行整形/监管(traffic policing)应用必须向网络提供它们要发送到网络的流量的描述许可控制(Admission Control)网络必须有手段判断它是否有足够的可用带宽支持新的预留请求,3. 因特网上是否应该提供QOS
13、质量控制?,四、多媒体网络应用,2)争议2:无须对IP的Best-Effort作过多改变,随需求的增长ISP逐步加大基础设施建设,提供更多带宽ISP在网络中提供足够的带宽和交换能力,以提供令人满意的时延和丢包性能采用CDN技术复制存储的内容,使内容更加靠近网络边缘应用层的多播覆盖网络应用层进行多播在支撑IP网之上用路由器和主机创建了一棵分发树源主机向下面的覆盖服务器发送流,每个覆盖服务器把这些流转发给其他覆盖服务器和主机,如此继续下去,3. 因特网上是否应该提供QOS质量控制?,四、多媒体网络应用,3)争议3:区分服务-前两种的折中/调和,在网络边界引入收费和监管计划对因特网的基础结构进行改造
14、,使其可以提供分级的服务。分组要加标记-Packet Marking根据数据报在路由器队列中的类别来提高不同等级的服务用户为高级别的服务付出更多的费用根据用户发送到网络中的分组的类别进行收费应用需要网络支持QoS控制,但网络必须以可以承受的代价提供!,4. 音频和视频压缩,四、多媒体网络应用,1)音频和视频为什么要进行压缩?,没有经过压缩的音频视频消耗了大量的存储空间和带宽经过压缩音视频,去除了内在的冗余,能够以若干数量级的幅度减小需要的存储和传输的数据数量,2)音频压缩,脉冲编码调制PCM(Pulse Code Modulation),4. 音频和视频压缩,四、多媒体网络应用,2)音频数字化
15、,脉冲编码调制PCM(Pulse Code Modulation):模拟信号数字化1.采样:以某种固定频率进行采样,采样值可能为任意实数 telephone: 8,000 samples/secCD music: 44,100 samples/sec,采样,4. 音频和视频压缩,四、多媒体网络应用,2)音频数字化,脉冲编码调制PCM2.量化:每个采样值被“四舍五入”为有限个数值中的一个3.每个量化值以固定长度的比特表示电话:8000次/秒*8位=64kbpsCD:44100次/秒*16位=705.6kbps(单声道), =1.411Mbps(立体声),量化,4. 音频和视频压缩,四、多媒体网络
16、应用,3)音频压缩,未经压缩的音频视频文件适合在因特网上传输吗?目的:消除冗余PCM编码的语音和音乐在因特网中很少使用专用的压缩技术GSM(13kbps),G.729(8kbps),G.723.3(6.4kbps和5.3kbps)MP3(MPEG 1 layer 3)MP3通常的压缩为96kbps,128kbps和160kbps,4. 音频和视频压缩,四、多媒体网络应用,4)视频压缩,什么是视频?以恒定速率显示的图像序列,如每秒24幅或者30幅每幅图像表示为像素矩阵(pixel matrix)每个像素被编码为一定数量的比特来表示亮度和颜色视频中存在两种冗余空间冗余:给定图像内部的冗余时域冗余:
17、反映一幅图像和后续图像的重复问题:视频的哪些部分可以进行压缩?,4. 音频和视频压缩,四、多媒体网络应用,4)视频压缩,视频压缩标准MPEG 1 (CD-ROM) 1.5 MbpsMPEG 2 (DVD) 3-6 MbpsMPEG 4 ( 1 Mbps),0.内容概要,五、流式存储音频和视频,1)网络中的音视频应用已经越来越流行2)通过Web服务器访问音频视频3)通过流式服务器访问音频视频4)实时流协议RTSP,1.网络中的音视频应用已经越来越流行,五、流式存储音频和视频,1)音视频成为网络带宽消耗大户的原因,存储设备的价格不断下降链路带宽不断扩大存在对点播高质量视频的被压抑已久的巨大需求,1
18、.网络中的音视频应用已经越来越流行,五、流式存储音频和视频,2)用户获取存储在服务器上的音频视频数据的途径,媒体数据被压缩后保存在服务器上,用户根据自己的需要向服务器发送请求。Socket 服务器通过一个Socket套接字发送音频视频文件给客户机RTP进行封装音频视频媒体文件用RTP协议进行封装,通过HTTP协议来传送流式多媒体RTSP提供交互控制通过RTSP实现暂停/继续、播放重定位、快进、快退等。,1.网络中的音视频应用已经越来越流行,五、流式存储音频和视频,3)媒体播放器,如微软的Windows媒体播放器或Flash播放器,其主要功能:消除时延抖动 接收方把接收的分组缓存一小段时间来消除
19、时延抖动解压缩媒体播放器在播放时对音频视频进行动态解压缩差错纠正提供交互控制的图形界面,2.通过Web服务器访问音频视频,五、流式存储音频和视频,1)最原始的方法,音频视频数据以文件形式存储在 Web服务器上:浏览器发送HTTP请求消息服务器发送包含所请求文件的HTTP响应消息content-type 描述编码方式媒体文件接收完毕,浏览器开始启动播放器播放器解码并播放,Web浏览器,媒体播放器,客户机,Web服务器媒体文件存储在Web服务器上,要求访问媒体文件的HTTP请求,服务器,包含所请求媒体文件的HTTP响应报文,启动,2.通过Web服务器访问音频视频,五、流式存储音频和视频,1)最原始
20、的方法,缺点播放器必须通过Web 浏览器与服务器交互。文件下载完成后才能播放,时延大。媒体播放器和Web服务器直接连接可以吗?,Web浏览器,媒体播放器,客户机,Web服务器媒体文件存储在Web服务器上,要求访问媒体文件的HTTP请求,服务器,包含所请求媒体文件的HTTP响应报文,启动,2.通过Web服务器访问音频视频,五、流式存储音频和视频,2)播放器和Web服务器直接连接,Web浏览器,媒体播放器,元文件,对元文件的HTTP请求/响应,浏览器点击网页上的媒体数据超链接该链接并不指向媒体文件,而是指向一个包含媒体文件URL及类型(content-type)等的元文件(metafile),客户
21、机浏览器分析响应报文的内容类型首部行,调用相应的媒体播放器,并将整个元文件传递给媒体播放器。,Web服务器媒体文件存储在Web服务器上,2.通过Web服务器访问音频视频,五、流式存储音频和视频,2)播放器和Web服务器直接连接,Web浏览器,媒体播放器,元文件,对元文件的HTTP请求/响应,使用HTTP请求多媒体文件,媒体播放器使用元文件中的URL直接和Web服务器建立TCP连接,并发送请求音频视频文件的HTTP报文。Web服务器通过HTTP响应报文将音频视频文件发送给媒体播放器。,媒体播放器在接收文件几秒到几十秒后开始播放媒体文件。,Web服务器媒体文件存储在Web服务器上,包含所请求媒体文
22、件的HTTP响应报文,2.通过Web服务器访问音频视频,五、流式存储音频和视频,2)播放器和Web服务器直接连接,问题讨论1媒体播放器和Web服务器之间使用什么协议传输数据?这种方式是否存在问题?媒体播放器和Web服务器之间只能使用HTTP服务,而HTTP运行在TCP之上。,网络拥塞的时候,TCP重传丢失的报文段,会使正在播放的音频视频出现暂停。是否考虑用UDP传送多媒体数据?,Web浏览器,媒体播放器,元文件,对元文件的HTTP请求/响应,使用HTTP请求多媒体文件,Web服务器媒体文件存储在Web服务器上,包含所请求媒体文件的HTTP响应报文,2.通过Web服务器访问音频视频,五、流式存储
23、音频和视频,2)播放器和Web服务器直接连接,问题讨论2播放器如何与服务器进行交互?使用HTTP与服务器通信时, 通常不易实现暂停,快进,倒退等功能。,Web浏览器,媒体播放器,元文件,对元文件的HTTP请求/响应,使用HTTP请求多媒体文件,Web服务器媒体文件存储在Web服务器上,包含所请求媒体文件的HTTP响应报文,3.通过流式服务器访问音频视频,五、流式存储音频和视频,1)基本访问过程,Web浏览器,媒体播放器,展现描述文件,Web服务器,流式服务器,对展现描述文件的HTTP请求和响应,请求并发送的多媒体文件,客户浏览器向Web服务器发送媒体文件的请求,得到媒体文件的一个展现描述文件W
24、eb浏览器根据展现描述文件调用相应的媒体播放器,并将展现描述文件发送给媒体播放器媒体播放器和流式服务器通过自己的协议进行交互,流式音频视频文件不是存放在Web服务器中,而是存放在专门的流式服务器中,3.通过流式服务器访问音频视频,五、流式存储音频和视频,2)TCP or UDP?,Web浏览器,媒体播放器,展现描述文件,Web服务器,流式服务器,对展现描述文件的HTTP请求和响应,请求并发送的多媒体文件,流式服务器通过流式服务器,音频视频能经过HTTP/TCP发送也可以使用比HTTP更适合音频视频的应用层协议来传送音频视频如可以在UDP上发送,如实时运输协议RTP/UDP发送音频视频文件,使用
25、流式服务器存放流式音频、视频文件后,流式服务器和媒体播放器之间是用TCP还是UDP协议进行数据传输?,3.通过流式服务器访问音频视频,五、流式存储音频和视频,3)从流式服务器向媒体播放器交付音频视频的方式,均匀的分组比特传输,分组,time,不同的网络时延,客户端接收到的音频分组,客户端均匀的音频播放,客户端的缓存及播放延迟,可以一定程度缓解时延抖动问题,3.通过流式服务器访问音频视频,五、流式存储音频和视频,3)从流式服务器向媒体播放器交付音频视频的方式,客户机缓冲区,预取的视频数据,填充速率=x(t),排空速率=d,来自网络,解压缩并播放,填充速率x(t):由流式服务器向客户机缓冲区发送数
26、据的速率排空速率d:音频视频的编码速率填充速率x(t)与排空速率d及使用的传输层协议有什么关系?,3.通过流式服务器访问音频视频,五、流式存储音频和视频,3)从流式服务器向媒体播放器交付音频视频的方式,一、通过UDP方式1.音频视频通过UDP以等于接收方排空速率d的恒定速率x(t)发送,客户机一旦从网络上接收到压缩的音频视频,就解压缩并播放之。发送速率x(t)=排空速率d这种方式中有没有消除时延抖动对流媒体播放的影响?接收方的缓冲区会不会出现“饥饿”的现象?,问题:填充速率x(t)与排空速率d及使用的传输层协议有什么关系?,3.通过流式服务器访问音频视频,五、流式存储音频和视频,3)从流式服务
27、器向媒体播放器交付音频视频的方式,一、通过UDP方式2.音频视频通过UDP以等于接收方排空速率的恒定速率发送,为了消除时延抖动,将从网络上接收到的压缩媒体文件延迟2-5秒后再播放。客户端缓存的填充速率x(t)=发送速率*(1-丢包率),问题:填充速率x(t)与排空速率d及使用的传输层协议有什么关系?,3.通过流式服务器访问音频视频,五、流式存储音频和视频,3)从流式服务器向媒体播放器交付音频视频的方式,二、通过TCP方式通过TCP发送媒体。服务器以允许的最大速率发送数据填充速率x(t)随网络的拥塞状况而波动丢包后,很长时间内x(t)d,可能暂时清空客户端缓冲区并在客户端引起暂停。x(t)的大小
28、依赖于客户端缓冲区的大小从网络上接收到的压缩媒体文件存放在客户端缓冲区中,延迟2-5秒后再播放HTTP/TCP更容易穿透防火墙,问题:填充速率x(t)与排空速率d及传输层协议有什么关系?,3.通过流式服务器访问音频视频,五、流式存储音频和视频,3)从流式服务器向媒体播放器交付音频视频的方式,问题:当客户端接收数据速率不同的时候,应如何处理?,服务器根据接收端的数据速率向它们传输不同的版本。,同一个音频视频文件通常采用多种不同的压缩标准压缩形成不同比特率的多个音视频记录版本,存储在服务器端。,1. 小结,六、小结和作业,重点,一、多媒体应用和一般的网络应用的区别二、多媒体网络应用的类型和特征三、压缩标准四、流式存储音频视频文件存放在WEB服务器上时,客户机是如何访问它的?(访问的方式,使用的协议)五、流式存储音频视频文件存放在专门的流式服务器上时,客户机是如何访问它的?(访问的方式,使用的协议),2. 作业,六、小结和作业,一、流式存储音频视频文件存放在WEB服务器上时,填充速率和排空速率有什么关系?二、如何消除时延抖动对流式存储音频视频文件播放的影响?三、媒体播放器的功能是什么?,