（计算机应用技术专业论文）rtp协议及其qos研究.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要 摘要 2 0 世纪9 0 年代以来，随着i n t e r n e t 和多媒体技术的迅速发展，静态图片与文本信息已 经不能满足现实需求，网络多媒体成为当前计算机领域研究的热点之一。r t p 是一种用于 多媒体实时传输的网络协议，由负责媒体数据传输的r t p 协议和负责反馈控制的r t c p 协议 两部分组成。它能为具有实时特征的数据提供端到端传输服务。 首先，本文针对i e t f 发布的r t p 协议的标准和相关论文进行了研究。在研究的基础上， 以音频为例，提出了多方音频会议中基于l i n u x 平台的节点实现。该实现充分利用了l i n u x 的多线程并发性，实现了发送线程、接收线程和流量调节线程的并行操作，最大限度发掘 了操作系统的性能。利用该实现，作者进行了点对点的语音通信，语音质量较好。文章还 提供了部分实现伪代码，大大提高了研究的可用性。 其次，在研究当前典型的q o s 参数i 口q o s 控制算法的基础上，本文提出了一个多方音频 会议中基于包丢失比和时延抖动的q o s 控制算法。该算法主要采用动态加性增加和动态乘 性减少的方法对发送端进行流量控制。相对于传统的算法，本算法不仅仅立足于网络拥塞 发生后的流量控制，而且采用时延抖动为参考来进行拥塞的预防。此外，该算法能根据网 络的拥塞状况，动态调节加性因子和乘性因子，真正做到了算法的自适应。在文章的最后， 作者采用网络仿真的方式，把新算法和固定加性因子、固定乘性因子的算法做比较，得出 新算法具有较好的平稳性的结论。 关键词：实时传输协议；实时传输控制协议；服务质量；资源预留协议 南京邮电大学硕士研究生学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r n e t ，n e t w o r km u l t i m e d i ah a sb e c o m et h em a i nf o c u si n c o m p u t e rs c i e n c ed o m a i n r t p r t c p i st h e p r o t o c o lu s e dt ot r a n s p o r tr e a l t i m ed a t a r t p r t c p i sc o m p o s e do f t w op a r t s ：r t pa n dr t c pw h i c hc a np r o v i d ee n d t o e n d 打a n s p o r ts e r v i c e f i r s t ，t h i sa r t i c l em a k e sr e s e a r c ho nt h er t pp r o t o c o ls t a n d a r d i tp u t sf o r w a r da n i m p l e m e n t a t i o no fo n en o d ei nm u l t i a u d i oc o n f e r e n c eb a s e do nl i n u xo p e r a t i n gs y s t e m t h i s i m p l e m e n t a t i o nm a k e sf u l lu s eo fm u l t i t h r e a dc h a r a c t e r i s t i co fl i n u xs y s t e ms ot h a ts e n d i n g t h r e a d ，r e c e i v i n gt h r e a da n da d j u s t i n gt h r e a dc a no p e r a t es i m u l t a n e o u s l y a tt h es a n l et i m e ，t h i s a r t i c l ep r o v i d e ss o m ec o d e sf o ru s e t h e n ，t h i sa r t i c l eb r i n g sf o r w a r do n en e ww a yt oc o n t r o lq o so fm u l t i - a u d i oc o n f e r e n c e b a s e do np a c k e tl o s tp e r c e n ta n dj i t t e r c o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a lw a y , t h en e ww a yw i l lf o c u s o np r e v e n t i n gt h en e t w o r kf r o mc o n g e s t i o n a l s ot h en e ww a yw i l la d do rm u l t i p l yd y n a m i cd a t a t oa d j u s tt ot h en e t w o r ks t a t u s ，n o ta l w a y st h es a m ed a t a a tl a s t ，t h i sa r t i c l ec o m p a r e st w oq o s c o n t r o lw a y sa n dg e t st h ec o n c l u s i o nt h a tt h en e ww a yi sb e t t e r k e y w o r d s ：r e a l - t i m et r a n s p o r tp r o t o c o l ；r e a l - - t i m et r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c o l ；q u a l i t yo f s e r v i c e ；r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l i i 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业： 工学计算机应用技术 研究方向：计算机在通信中的应用 作 者：三旦堕级研究生 付强指导教师王毯蓥 题目：r t p 协议及其q o s 研究 英文题目：r e s e a r c ho f 剐r pa n di t sq o s 主题词：定时传输协议实时传输控制协议 服务质量资源预留协议 k e y w o r d s ： r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c o l r e a l t i m et r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c o l q u a l i t yo fs e r v c e r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l 亘塑皇鲨堡主堕塑竺堂垡丝苎 堕堕堕查 缩略语表 r t p r t c p q o s r s v p t c p u d p p c m a t m s r r r s d e s m t u r t t s s r c c s r c n s n t p r e a l tim et r a n s p o r tp r o t o c o l r e a l ti m et r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c o l q u a l i t yo fs e r v i c e r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l u s e rd a t a g r a mp r o t o c o l p u l s ec o d em o d u l a r i o n a s y n c h r o n ol l st r a n s f e rm o d e s e n d e rr e p o r t r e c e i v e tr e p o r t s o u r c ed e s c r i p t i o n m a x i m u mt r a n s i tu n i t r o u n dt r i pt i m e s y n c h r o n i z a t i o ns o u r c ei d e n t i f i e r c o n t r i b u t i n gs o u r c ei d e n t i f i e r s n e t w o r ks i m u l a t o r n e t w o r kt i m ep r o t o c o l v 实时传输协议 实时传输控制协议 服务质量 资源预留协议 传输控制协议 用户数据报协议 脉冲编码调制 异步传输模式 发送方报告 接收方报告 源描述报文 最大传输单元 环回时间 同步源标识 贡献源标识 网络仿真 网络时间协议 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他入已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名： 蔓i 叁日期：至! 生兰r 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：f 寸专绣导师签名日期： 生! ! ： 南京邮电大学硕士研究生学位论义第一章引言 1 1 研究背景及意义 第一章引言 步入高速发展的信息社会后，i n t e r n e t 已经成为很多人生活不可缺少的一部分。随着 光纤传输技术的成熟和广泛应用，计算机网络的通信信道发生了质的变化，数据传输呈现 出“高速度，低差错”的特征。i n t e r n e t 中流动的“比特”所代表的内容也已从原来的数 据逐渐向多媒体演变。与传统的数据通信应用相比，多媒体应用具有连接时间长，传输数 据多，涉及图形、图像、音频、视频等不同媒体数据，因而对连接管理、差错控制、流量 控制、速率控制以及质量控制的要求也各不相同。 面向差错控制的传统网络协议( 如t c p ) 的最初设计目标是为了传输非实时业务，不太 适合实时流媒体的传输，主要表现在以下几个方面： 1 ) 启动速度慢 即便在网络运行状况良好，没有丢失包的情况下，由于t c p 的建立连接需“三次握手”， 因而在初始化的过程中，需要较长的时间。而在一个实时多媒体的应用中，我们期望尽量 少的延迟。t c p 就这一点来说不是最好的选择。 2 ) t c p 的重传机制 在t c p i p 协议中，当发送端收不到接收端发来的确认，并超过一定的时问，就认定 该数据已丢失，这时它将重传丢失的数据包。这一过程将需要一个甚至更多的周期，这种 重传机制对于实时性要求较高的多媒体数据传输来说是不妥当的，因为接收端不得不等待 重传数据的到来，从而造成了延迟和断点。 3 ) t c p 的拥塞控制机制 t c p 拥塞控制机制在探测到有数据包丢失时，它就会减小拥塞窗口。另一方面，流媒 体在特定的编码方式下，产生的编码数量是不可能突然改变的。例如，标准的p c m 音频需 要6 4 k b s ，加上一些额外控制信息，它不能在低于这个带宽要求的网络上传输。正确的拥 塞控制应该是变换媒体的编码方式，以适应网络的当前状况。 4 ) t c p 的报文头太大 t c p 另外一个不适合于实时传输的缺陷是，它的报文头太大。并且t c p 的报文头不能 提供时间戳和编解码信息，而这些信息是接收端应用程序所需要的。 基于上面的分析，我们可以清楚的认识到t c p 协议是不适合用来传输实时多媒体数据 1 堕室坚皇盔兰堡主婴塞生兰垡笙苎 丝二至! ! 童 的，因此考虑选择u d p 作为传输层协议。但是u d p 传输的不可靠带来了丢包、乱序等问题， 所以需要在应用层采用合适的封装方式并增加一些有利于媒体播放的信息，可以使得接收 端在一定程度上弥补传输带来的损失，这就是引入r t p 的原因 1 。同时如果发送端能够 实时了解网络和传输状况，就可以实时调节自己的任务，最终使得在接收端能够达到最好 的效果，由此引入r t c p 传输控制协议对传输状况进行实时监测和报告。 1 2 国内外研究状况 旱在2 0 世纪7 0 年代末8 0 年代初，如何在分组上实时传输语音就是一个很活跃的研 究方向，到了九十年代初这个方向研究又变得异常活跃。1 9 9 2 年3 月，i e t f ( i n t e r n e t e n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 在s a nd i e g o 召开的会议是分组网上第一次大规模的音频多播 应用。会议使用的音频传输软件主要是v a t ( v i s u a la u d i ot 0 0 1 ) ，它是由l b n l ( l a w r e n c e b e r k e l e yn a t i o n a ll a b o r a t o r y ) 的网络研究小组开发的一个音频会议工具 2 。会议还使 用的另一个音频软件是n e v o t ( n e t w o r kv o i c et e r m i n a l ) 3 。该软件最初使用的是v a t 协议，但是在r t p 协议制定出来后也开始支持r t p 协议了。还有其它大学、研究组织研究 开发出来的音频工具r a t ( r o b u s ta u d i ot 0 0 1 ) 、c u s e e m e 会议音频工具等等。 在国内，清华大学电子工程系网络研究所多媒体通信课题组也在这方面做了大量的研 究，并开发出了c o o l - - a u d i o 、c o o l - - v i d e o 、c o o l - - m e e t i n g 等一系列软件。其中c 0 0 1 - - a u d i o 网络电话于1 9 9 8 年推出，它是我国第一套自主版权且最有影响的i n t e r n e t 电话 软件。另外，东南大学计算机系、北京邮电大学电信工程学院和华中科技大学等研究机构 也在这方面做出了大量的研究工作。北京的微软亚洲研究院的网络多媒体组正在做s m a r t 音频、视频传输。其它的一些大学和科研机构在这方面也做了很多的研究工作，在此就不 一列举。 1 3 本文主要工作及论文组织 在导师的指导下，本人详细研究分析了r t p r t c p 的协议文档，对协议中涉及到的报 文格式、字段和流程进行了仔细的分析。在分析报文格式的时候，本文重点放在r t c p 的 报文格式上，尤其是发送方报告和接收方报告这两种报文格式。在此基础上，提出了多方 音频会议节点在l i n u x 平台上的实现，该实现充分利用了l i n u x 的多线程并发性，实现了 发送线程、接收线程和流量调节线程的并行操作。基于该实现，作者完成了点对点的语音 通信。同时，文章还介绍了实时传输中的一些典型q o s 参数，选取其中的数据包丢失比和 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章引言 的，因此考虑选择u d p 作为传输层协议。但是u d p 传输的不司靠带来了丢包、乱序等问题， 所以需要在应用层采用合适的封装方式并增加一些有利于媒体播放的信息，口j 以使得接收 端在一定程度上弥补传输带来的损失，这就是引入r t p 的原凼 1 。同时如果发送端能够 实时了解网络和传输状况，就可以实时谲节自己的任务，最终使得在接收端能够达到最好 的效果，由此引入r t c f 传输控制协议对传输状况进行实时监测和报告。 1 2 国内外研究状况 早在2 0 世纪7 0 年代末8 0 年代初，如何在分组上实时传输语音就是一个很活跃的研 究方向，到了九十年代初这个方向研究又变得异常活跃。1 9 9 2 年3 月，i e t f ( i n t e r n e t e n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 在s a nd i e g o 召开的会议是分组网上第一次大规模的音频多播 应用。会议使用的音频传输软件主要是v a t ( v is u ma u d i ot 0 0 1 ) ，它是由l b n l ( l a w r e n c e b e r k e l e yn a t i o n a ll a b o r a t o r y ) 的网络研究小组开发的一个音频会议工具 2 。会议还使 用的另一个音频软件是n e v o t ( n e t w o r kv o i c et e r m i n a l ) 3 。该软件最初使用的是v a t 仂议，但是在r t p 协议制定出来后也开始支持r t p 协议了。还有其它大学、研究组织研究 开发出来的音频工具r a t ( r o b u s ta u d i ot 0 0 1 ) 、c u - s e e m e 会议音频工具等等。 在国内，清华大学电子工程系网络研究所多媒体通信课题组也在这方面做了大量的研 究，并开发出了c o o l - - a u d i o 、c o o l - v i d e o 、c o o l m e e t i n g 等一系列软件。其中c o o l a u d i o 网络电话于1 9 9 8 年推出，它是我国第一套自主版权且最有影响的i n t e r n e t 电话 软件。另外，东南大学计算机系、北京邮电大学电信工程学院和华中科技大学等研究机构 电在这方面做出了大量的研究工作。北京的微软亚洲研究院的网络多媒体组正在做s m a r t 音频、视频传输。其它的一些大学和科研机构存这方面也做了很多的研究 二作，在此就不 一一列举。 1 3 本文主要工作及论文组织 在导师的指导下，本人详细研究分析了r t p r t c p 的协议文档，对协议中涉及到的报 文格式、字段和流程进行了仔细的分析。住分析报文格式的时候，本文重点放在r 1 c p 的 报文格式上，尤其是发送方报告和接收方报告这两种报文格式。在此基础上，提出了多方 音频会议节点在l i n u x 平台上的实现，该实现充分利用了l i n u x 的多线程并发性，实现了 发送线程、接收线程和流量调节线程的并行操作。基于该实现，作者完成了点对点的语音 通信。同时，文章还介绍了实时传输中的一些典型q 。s 参数，选取其中的数据包丢失比和 通信。同时，文章还介绍了实时传输中的一些典型q o s 参数，选取其中的数据包丢失比和 2 壹塞坚皇查兰堡主婴塞兰兰垡笙苎 塑二兰! ! 童 时延抖动作为评判依据，提出了大规模音频会议中基于发送方的q o s 控制算法。该算法不 仅仅注重拥塞的处理，而且注重了拥塞的预防。最后，采用n s 仿真对该q o s 控制算法进 行了验证，得出了新算法相对于固定加性因子、乘性因子的算法具有较好平稳性和自适应 性的结论。当然，由于r t p r t c p 负责的是载荷的传输，而不论该载荷是什么类型。所以， 该算法不仅仅适用于多方音频会议，也适用于视频方面的研究。 基于上面的内容，本文的组织结构如下： 第一章：引言，主要介绍了论文的研究背景、国内外研究状况以及论文的组织结构。 第二章：根据r f c l 8 8 9 ，详细分析了r t p r t c p 协议，着重在r t c p 的各种报文的分析。 第三章：研究了多方音频会议中l i n u x 平台下基于r t p 协议的实时语音传输系统的基本 原理、主要数据结构，实现了部分主要流程，实现了点对点语音通信。 第四章：分析了目前最为典型的q o s 控制参数，并在此基础上提出了一个大规模音频 会议中的基于发送方的q o s 调控方法。 第五章：采用n s 仿真软件，比较了新算法和固定加性因子、乘性因子的算法，得出新 算法具有较好的平稳性和自适应性的结论。 第六章：对所做的工作进行了总结，并指出了下一步的研究工作。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章r t p r t c p 协议分析 第二章r t p r t c p 协议分析 2 1 实时传输协议和传输层的关系 r t p 是由i e t f ( i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 的a v t 音视频传输工作组于1 9 9 6 年1 月颁布的针对实时应用的传输协议( r f c l 8 8 9 ) 。国际电信联盟在多媒体通信标准h i3 2 3 中也采用了r t p 作为多媒体传输的协议。 r t p 协议包括r t p ( r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 实时传输协议和r t c p ( r e a l t i m e t r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 实时传输控制协议这两个协议。其中r t p 被定义为在一对 一或一对多的传输情况下工作，实现实时数据的传输，但是它并不提供任何传输可靠性的 保证和流量的拥塞控制机制，这些工作将由r t c p 来完成。r t p 和r t c p 配合使用，能以有 效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，所以特别适合传输实时数据。 r t p 为交互式音频、视频等具有实时特性的数据提供端到端的传输。它不是典型意义 上的传输层协议，因为它并不具备一个典型传输协议的所有特点。例如：r t p 没有连接的 概念，它必须建立在底层的面向连接的或无连接的传输协议之上；r t p 本身不依赖于特别 的地址格式，而需要底层传输协议支持成帧和分段。一般来说，r t p 是在传输层协议之上 作为应用程序的一部分加以实现的。 在i p 网络上，r t p 协议一般是运行在u d p 之上。首先r t p 可以利用u d p 的多路复用功 能来分别传输r t p 数据包和r t c p 控制包。其次，r t c p 能实时监控数据传输和服务质量， 不需要下层协议来保证实时业务的服务质量。再次，由于u d p 的传输时延低于t c p ，能与 音频和视频流很好匹配，保证了实时性的要求。因此，在实际应用中u d p 用于音频、视 频媒体，而t c p 用于数据和控制信令的传输。当然，r t p 还可以和其它合适的底层网络和 传输层协议一起工作。例如它也可以在a t m 等其它协议之上工作。如果底层网络支持多点 传播的话，r t p 还支持使用多点传播向多个目的端点发送数据 4 。下图表示了r t p 与各种 网络协议的关系 5 ： 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章r t p r t c p 协议分析 应用层 r t p r t c p u d pt c p i p v 4 i p v 6 广域网局域网 2 2 协议中的重要概念 图表2 1r t p 与各种网络协议的关系 夺r t p 载荷( r t pp a y l o a d ) ：r t p 包中传输的数据，例如音频数据、压缩的视频数据。 夺r t p 包( r t pp a c k e t ) ：一个数据包由以下组成，固定的r t p 头，贡献源链表( 可 能为空) ，载荷数据。 夺r t c p 包( r t c pp a c k e t ) ：一个控制包，它含有与r t p 数据包类似的固定头，和一 个依赖于r t c p 包类型的结构化单元。一般将多个r t c p 包复合成一个r t c p 包，放在一个 底层数据包中传输。 夺端口( p o r t ) ：在一台给定的主机上，传输协议用端口来区别多个目标。r t p 正是 利用下层协议，为区别r t p 和r t c p 包提供端口等机制。 夺传输地址( t r a n s p o r ta d d r e s s ) ：网络地址和端口结合起来标识一个传输级的端 点，比如一个i p 地址和一个u d p 端口。数据包可以从源传输地址传送到目的地址。 夺r t p 会话( r t ps e s s i o n ) ：使用r t p 进行通信的与会者之间的联系。对于每个参与 者，会话是由一特定的传输地址对确定( 一个网络地址和一对用于r t p 和r t c p 的端口) 。 对所有的参与者，目标传输地址对可以相同，如i p 多播；也可以不同，如单播网络地址。 不同的r t p 会话通过不同的端口号或者加上不同的地址来区别。在多媒体会话中，每个媒 体和它的r t c p 包都在单独的r t p 会话中传送。多个不同的r t p 会话是通过不同的端口对 或不同的多播地址加以区别的。 夺同步源( s s r c ) ：用来标识产生r t p 报文流的源，该标识包含在r t p 包头中，不依 堕壅塑皇查兰堡主旦壅生堂垡笙苎 篁三童! ! ! ! ! ! ! ! 塑鲨坌堑 赖于网络地址。所有从同一个同步源发送来的包的时阳j 戳和序列号都属于同一时间空间和 序列空间，这样接收端就可以根据同步源来集中一个源的包进行回放。同步源可以是一个 发送数据流的麦克风，或者摄像头，也可以是r t p 混合器。同步源可以改变它的数据编码 格式，如一个与会者可以在会议中改变它的语音编码类型。同步源标识的产生是随机的， 在一个会话中要保持唯一。一个与会者并不需要在一次会议的所有会话中都采用一样的 s s r c 标识；s s r c 标识的绑定由r t c p 来完成。如果一个与会者在一个r t p 会话中产生了多 个数据流，如多个摄像头产生的数据流，那么对每个数据流应采用不同的s s r c 标识。 夺贡献源( c s r c ) ：混合器将多个r t p 包合并成一个复合流，并在混合所得的包的r t p 头中插入一个c s r c 标识的列表，表中每个项对应一个原来的s s r c 标识。混合前的那些同 步源即为对混合后的包“有贡献”的源，所以称之为“贡献源”。 夺端系统( e n ds y s t e m ) ：端系统产生r t p 包传送的音频数据，同时分析接收到的r t p 包的内容。一个端系统在一次具体的r t p 会话中，可以作为一个或多个同步源，一般情况 下只作为一个同步源。 夺混合器( m i x e r ) ：一个中间系统，它把从一个或几个源收到的r t p 包合并成一个， 产生一个新的r t p 包，这可能会改变原来的数据格式。由于原来各个同步源的计时信息可 能不同，混合器将产生新的计时信息，并将混合器的标识作为合并流的新的同步源标识 1 i 。 夺转换器( t r a n s l a t o r ) ：一个中间系统，不改变其同步源标识而转发一个r t p 包。 转换器能进行数据编码类型的改变但不作混合处理 1 1 。 夺监视器( m o n i t o r ) ：一个在r t p 会话中接收与会者发送的r t c p 包特别是接收报告 的应用。它可以用来估计当前服务质量，用来做分布监视、错误诊断和长期统计。监视器 的功能可以建构于会话中，也可以独立应用。在做独立应用的时候，监视器既不发送也不 接收r t p 数据包，这称之为第三方监视。 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章r t p r t c p 协议分析 2 3r t p 报头格式 在r t p 数据包中，前1 2 字节( 4 x 3 字节) 是r t p 包所固有的，其中c s r c 标识列表只有使 用了混合器时才存在。从其数据报头格式可以看出，字段中没有长度这一项，因为r t p 依 赖于下层协议提供长度标识，所以它的最大长度受限于下层协议。r t p 不像传统协议那样 追求最完备的头部，而只是规定最少的一部分头部，但允许对头部进行扩展和增加，不过， 这需要有特定的配置文件进行说明。报头格式如下： 0123 v = 2p xc cmp t s e q u e n c en u m b e r t i m e s t a m p s y n c h r o n i z a t i o ns o u r c e ( s s r c ) i d e n t i f i e r 图表2 2r t p 固定报头格式 现解释各个字段意义如下： v ( v e r s i o n 版本号) ：2 比特，目前定义其值为2 。 p ( p a d d i n g 填充位) ：1 比特，如果置为1 ，表示净荷后有一个或者多个填充字节，填 充字节不表示有效负载，其最后个字节表示填充的字节数。当使用加密算法或将多个r t p 包封装在底层协议时可能会需要填充。 x ( e x t e n s i o n 扩展位) ：l 比特，如果x 置为1 ，表示在r t p 固定头之后有扩展报头。 扩展机制能够应用于传递控制信息，而不需要中间节点的解释。 c c ( c s r cc o u n t 贡献源数目) ：4 比特，表示跟在r t p 固定头之后的贡献源的个数。 它表示了混合器将多少个源的包合并了，并在c s r c 列表中标识出实际的信源。如果流中 只有一个s s r c ，c c 置0 。 m ( m a r k e r 标志位) ：1 比特，用于标志一些重要事件，如数据流的帧边界等。可以定 义附加标志位，也可以通过改变负载类型域的比特数来规定没有标志位。 p t ( p a y l o a dt y p e 载荷类型) ：7 比特，该标识表示r t p 载荷类型，配置文件可定义载 荷类型编码到载荷格式的缺省静态映射。附加的载荷类型编码可以通过非r t p 方法动态定 塑室墅皇查兰塑主翌塞兰兰堡堡墨兰三兰! 里! ! ! 竺塑丝坌堑 义( 如电子邮件、数据库等) 。一个r t p 发送者一次发送一种载荷类型的数据；如果媒体 流是多个独立的媒体流复合而成，则在复合流中不使用这个域。 s n ( s e q u e n c en u m b e r 序列号) ：1 6 比特，每发送一个r t p 数据包，序列号就会增加1 ， 它可被接收端用来监测包的丢失，恢复包的顺序。序列号的初始值是一个随机数，增加防 止被攻击的可能。 t i m e s t a m p ( 时间戳) ：3 2 比特，它表示r t p 数据包的第一个字节的采样时刻。采样时 刻必须从时钟获得，为允许同步和计算抖动，时钟必须随时间单调线性增加，且时钟精度 须满足同步精度的要求。时钟频率取决于净荷数据格式，可由应用配置文件静态规定，或 者由载荷格式规范规定，或者由菲r t p 方式定义的净荷格式动态规定。若r t p 报文是周期性 生成的，则采样时刻使用采样时钟而不是通过读取系统时钟确定。例如，对于固定速率的 语音，时间戳时钟可能在每个采样周期增加1 。如果一个应用程序每次从输入设备读入1 6 0 个采样点的数据块，那么时钟就可以每次增加1 6 0 ，而不管该数据包是发送出去了或作为 静音丢失了。 时间戳的初始值和序列号的初始值一样也是一个随机值。如果几个连续的r t p 包在逻 辑上是同时产生的，如属于同一个视频帧，它们就可能具有相同的时间戳。如果数据是按 它们的采样顺序发送的，几个连续的r t p 包可以具有不同的时阅戳。 时间戳是数据能够以正确的时间顺序恢复的关键。在静默时( 没有数据输入或发送) ， 发送端不必发送数据，但保持时间戳的增长，在接收端，由于接收到的数据报的序号没有 丢失，就知道没有发生数据丢失，而且只要比较前后报文的时间戳的差异，就可以确定输 出的时间间隔。 s s r c ( 同步源) ：3 2 比特，用来标记一个同步源。为保证同一r t p 会话中同步源的标识 是唯的，它的初始值也是个随机值。虽然多个源使用相同的s s r c 的概率很小，但每个 r t p 应用程序都具有监测和解决冲突的能力。如果一个源改变了传输地址。就必须选择一 个新的s s r c 标志。 c s r c ( 贡献源) ：0 到1 5 项，每项3 2 比特。贡献源数日由c c 给出，如果超过1 5 个， 只列出1 5 个。c s r c 标识是由混合器根据贡献源的s s r c 标识插入的，列出了对复合包的载 荷有贡献的源，使得接收端能正确分辨出复合包中的各数据的真正的源。 2 4r t p 会话的复用 为了提高协议处理的效率，应尽量减少复用点。在r t p 里，由r t p 会话的目的传输地 8 宣室塑皇查堂堡主型塑兰兰垡笙墨 笙= 垩! ! ! ! ! 堡! 垫鲨坌塑 址提供复用。例如在一个音频视频的电话会议里，两种媒体独立编码，应使用各自的目的 传输地址，采用两个独立的r t p 会话。如果两种媒体使用同一r t p 会话，而根据载荷类型 或s s r c 来解复用，会造成以下一些问题： 1 ) 如果在会话过程中，改变了其中一种载荷类型，那么就不能区分是哪一种载荷发 生了改变。 2 ) 一个s s r c 用来标记一个简单的计时信息和序列号空间。如果媒体时钟频率不一样， 那么混合在一起的载荷类型将要求有不同的时间和不同的序列号空间以区别是哪种载 荷有包丢失。 3 ) 对于一个s s r c ，r t c p 接收报文和发送报文只能描述一个时间和序列号空间，不能 携带载荷类型。 4 ) r t p 混合器不能将不相容的流复合成一个媒体流。 5 ) 在一个r t p 会话里，复合多种媒体将会遇到一些不能处理的特殊情况。如用户在 多媒体会议中，因带宽受限只接收其中一种媒体( 例如只需要音频) ；或者用户的应用程 序是对各个媒体分别处理的。 2 5r t c p 实时传输控制协议 r t c p ( r e a l t i m et r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 实时传输控制协议负责在会议期间， 向与会的所有成员周期性的发送控制包，完成服务质量监听，交换与会者用户信息等功能。 并可以确定发送的数据包及丢失的数据包的数量，延时抖动等传输情况，由此发送端可以 动态地调整传输速率，甚至改变有效载荷类型。下层协议必须提供数据包和控制包的复用， 例如使用不同的u d p 端口。r t c p 协议的功能是通过不同类型的r t c p 包实现的。 2 5 1r i o p 的功能 1 ) 提供数据传输质量的反馈 这是r t c p 的基本功能。反馈可能对发端自适应编码有直接作用，同时它能根据得到 的反馈信息诊断传输故障是全局还是局部的。利用类似多点广播的传输机制，还可以使没 有加入会议的第三方根据接收到的反馈信息来诊断网络故障。反馈功能通过r t c p 的发送 报告和接收报告实现。 2 ) r t c p 为每个r t p 源传输一个固定的识别符c n a m e 发生冲突或程序重启时可能会导致s s r c 改变。接收端使用c n a m e 来跟踪每个成员， 9 堕塞坚皇盔堂堡主塑塞生兰些垒苎 塑三童! ! 型! ! 婴塑堡坌堑 这样根据c n a m e 就可以知道r t p 会话中的从同某一成员发送过来的哪些数据流是相关的。 根据这个信息，我们可以同步音频和视频流。 3 ) 控制速率以使r t p 会话具有扩展性，即允许更多的成员加入会议 因为每个成员都向所有成员发送控制包，所以每个成员都可以独立地观察会议中的成 员数目，这个数目还可以用于估计发送控制包的时间间隔。 4 ) 传输最少的会议控制信息 例如在用户界面中显示参加会议的成员标识，主要在“松散控制”会议中起作用。在 “松散控制”会议中，成员可以不经过资格控制和参数协商而加入或退出会议。虽然r t c p 作为一个延伸到所有成员的方便通路，但不必支持应用中所需的所有控制信息的通信。 上述前三项在r t p 用于i p 多点广播时都是必须的。 2 5 2r t c p 数据报的格式 r t c p 数据包有五种不同类型的报文，每种r t c p 数据包的头部是与r t p 数据包相类似 的固定部分，随后是根据各包类型不同的结构化单元。五种报文分别是： s r ( s e n d e rr e p o r t ) ：发送报告，描述发送端发送和接收数据报的统计信息，发送端 同时也可以是接收端；p t = 2 0 0 。 r r ( r e c e i v e rr e p o r t ) ：接收报告，描述非发送端的接收数据报的统计信息。这里的 非发送端只接收数据，不发送数据；p t = 2 0 1 。 s d e s ( s o u r c ed e s c r i p t i o n ) ：源描述报文，主要功能是作为会话成员有关标识信息的 载体，如用户名、邮件地址、电话号码等；p t = 2 0 2 。 b y e ( b y e ) ：结束报文，表示离开，主要功能是指示某一个或者几个源不再有效，即通 知会话中的其它成员自己将退出会话；p t = 2 0 3 。 a p p ( a p p l i c a t i o n s p e c i f i cp a c k e t ) ：由应用程序自己定义，解决了r t c p 的扩展性 问题，并且为协议的实现者提供了很大的灵活性：p t = 2 0 4 。 r t c p 固定报文头后的结构化单元总是以3 2 比特中止，这种对齐要求和在固定部分的 长度域使得r t c p 包可以复合，即可以将多个r t c p 包形成一个复合r t c p 包，在底层协议 ( 如u d p ) 都是将复合包作为一个包传输的。 复合包中必须至少包含两个单独的r t c p 包，它具有以下的推荐格式： 1 ) 加密前缀：当且仅当复合包被加密时，对每个r t c p 复合包加一个随机的3 2 比特 前缀。 童室塑皇查堂堡主堕塞圭兰垡丝壅 苎三里! ! ! ! 堕婴垫鲨坌堑 2 ) s r 或r r ：复合包中的第一个r t c p 包必须是一个s r 或r r 报告包，以便有助于r t c p 报文有效性的检验。即使没有发送和接收数据，也应该发送空的r r 包，或者复合包中仅 有b y e 包，也必须发送报告包。 3 ) 附加的r r ：若被报告的接收统计源数超过r r 包中的最大允许的3 1 个，必须在最 初的报告包后面跟随附加的r r 包。 4 ) s d e s ：在每个r t c p 复合包中，s d e s 包必须至少包括一个c n a m e 项。 5 ) b y e 或a p p ：除了b y e 包必须有一个给定的s s r c c s r c ，并且作为最后一个包发送 外，其它类型的r t c p 包，包括还没有定义的，可以按任何顺序排列。 建议转换器和混合器尽可能将从多个源来的单个r t c p 包转换成一个复合包传送，这 样可以减少包头开销。若复合包的整个长度超过网络的最大传输单位( m t u ) ，它必须被分 成多个短的r t c p 复合包，在底层传输。 以下具体分析这五种报文格式。 2 5 2 1s r 发送报告 发送端的应用程序将周期性地产生发送报告s r ，该r t c p 数据报含有不同媒体流间的 同步信息，以及已经发送的数据报和字节的计数，接收端根据这些信息可以估计出实际的 数据传输速率。 s r 发送报告由三部分组成：报头，发送信息，发送报告块。如果定义了扩展项，则会 有第四部分，它是由特定配置文件定义的的扩展部分。s r 报告格式见下图： 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章r t p r t c p 协议分析 o1 23 n t p t i m e s t a m p ，m o s ts i g n i f i c a n tw o r d n t pt i m e s t a m p ，l e a s ts i g m i f i c a n tw o r d r t pt i m e s t a m p s e n d e r sp a c k e tc o u n t s e n d e r 。so c t e tc o u n t s s r c 一1 ( s s r c o f f i r s ts o h r c e ) f r a c t i o nl o s tc u m u l a t i v en u m b e ro fp a c k e t sl o s t e x t e n d e dh i g h e s ts e q u e n c en u m b e rr e c e i v e d i m e r a r r i v a lj i r e r l a s ts r ( l s r ) d e l a ys i n c el a s ts r ( d l s r ) 图表2 3s r ：r t c p 发送报告格式 包头 发送 报告块 接收 报告块 l 接收 报告块 2 第一部分头部8 个字节。各个域的定义如下： v ( v e r s i o n ) ：2 比特。r t c p 版本号，目前定义为2 。 p ( p a d d i n g ) ：1 比特。如果为1 ，表示该r t c p 包在尾部有填充，填充的最后一个字 节表示填充的长度。例如某些有固定块大小的加密算法就可能需要填充。在复合r t c p 包 1 2 南京邮电大学t , 顷- k 研究生学位论文 第二章r t p r t c p 协议分析 中，复合包作为一个整体加密，只能在最后一个包的末尾进行填充。 r c ( r e c e p t i o nr e p o r tc o u n t ) ：5 比特，表示接收报告数目，零为有效值。 p t ( p a c k e tt y p e ) ：8 比特，包类型。当为s r 数据包时，p t = 2 0 0 。 l e n g t h