（计算机应用技术专业论文）rtp协议在服务质量动态反馈控制方面的研究与应用.pdf

摘要 随着网络技术的不断发展，新型的网络应用需要新型的协议支 持，研究r t p 协议用于多媒体数据的实时传输具有一定的现实意义。 本文首先根据多媒体数据实时传输对通信网络的新要求，从网络 协议出发，对当前普遍使用的t c p 协议和u d p 协议进行研究和比较。 在此基础上详细的介绍了r t p r t c p 协议的组成、使用和需要注意的 问题，分析了r t p 协议比t c p 协议适合实时传输的原因。 然后在对服务质量控制进行的研究中，总结了利用r t c p 协议中 发送者控制包或接收者控制包完成动态监测的服务质量参数。依据会 话规模的大小，采用自适应的服务质量控制方法，提出了两种服务质 量动态反馈控制步骤、判断依据和算法。 接下来设计了一个点对点的实时音频会话系统。该系统采用客户 机服务器模式，具有两个特点：一是基于r t p r t c p 协议，保证了语 音传输的实时性：二是可以自动判断网络状况，根据网络状况自动调 整编码方式，体现了服务质量的动态反馈控制功能。为方便局域网测 试，系统还设计为可以在客户端人为控制数据分组丢失。 最后使用w i n s o c k 编程，按照设计目标实现了程序各功能模块。 经测试与结果分析，系统工作正常，基本达到设计要求。用实践证明 了r t p 协议在实时数据传输方面的优势。文章也介绍了r t p 协议良好 的发展前景。 关键词实时传输协议，实时传输控制协议，服务质量控制 a b s t r a c t a c c o r d m ga s t h et e c h n l c a lo fn e t w o r k ，n e wn e t w o r k 印p l i c a t i o n s n e e dn e wn e t w o r kp r o t o c o l s s o ，t h es t u d yo fr t pu s e df o rr e a l t i m e m u l t i m e d i ai n f o r m a t i o ni sn e c e s s a r y i nt h i st h e s i s ，w ef i r s ta n a l y z em ed e m a n do fm et r a n s m i s s i o no f r e a l t i m em u l t i m e d i ai n f o m a t i o no nn e t w o r ka n dt h ec a d a b i l i t i e so fm e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r kt h a ti su s e dt ot r a n s d o r tr e a l t i m em u l t i m e d i a i n f b 珊a t i o n a c c o r d i n gt h a t ，t h ef o c u si sp u to nt h en e t w o r kp r o t o c o l s s e v e r a ln e t w o r kp r o t o c o l s ，s u c ha st c p ，u d p r t p i u l c p ，a r ea n a l y z e d a n dc o n t r a s t e d t h o r o u 曲l y ，a n dt h e i r n c e p t a n d m e c h a n i s m ，t h e i r s t r e n g t h sa n d 出e i rn a w sa r ea l s od e s c r i b e dc l e a r l v i nt h es t u d y i n go ft h eq u a l i t yo fs e r v i c ec o n t r o l ，w ea n a l y z ee a c h p a r a m e t e r d r a wo nt h ep a c k a g eo fs e n d e ro rr e c e i v e ri nr t c p b yt h es i z e o ft h ec o n v e r s a t i o n ，w ei n t r o d u c et w om e t h o d so ft h es t e p ，j u d g m e n ta n d t h e a l g o r i t h m t h e n ，ar e a l t i m ea u d i oc o n v e r s a t i o ns y s t e mt l a tc a na u t oj u d g et h e n e t w o r ks t a t ea n da u t oa d j u s tt h ev o i c ec o d eo v e rr t p r t c p p r o t o c 0 1 si s b r o u g h tf - o n v a r da n di l l u g f r a t e d t h i ss y s t e mf o l l o w st h ec ，sm o d e la n d c a nl o s st h ed a t e p a c k a g ef h c t i t i o u s l yi n 也ec l i e n t p r o g r a m m i n gb yt h ew i n s o c k ，w ep u tt h ed e s i g ni n t oe x e c u t i o n f i n a l l y w eg i v eaf o r e s i g h to nt h et r a n s m i s s i o no fr e a l t i m em u l t i m e d i a i n f o r m a t i o no v e rr t p ，r t c p k e yw o r d sr e a l - t i m ep r o t o c o l ，r e a l t i m ec o n t r o l p r o t o c o l ，q o s c o n t r o l l i i - 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本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，除了论文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不 包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在在论文中作了明确的说 明。 作者签名：日期：竺卫年! 月旦l 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 名：裕跏签名榴噍必且丝日 硕十学位论文 第一章序言 第一章序言 1 1 课题背景与国内外发展现状 伴随着计算机网络技术和通信技术的迅速发展，传统的网络应用已经不能满 足人们同益增长的需要，集音频、视频和共享数据于身的多媒体网络通信成为 新型应用的热点。在“计算机就是网络”的时代，多媒体应用基本上就是网络环 境的应用。近年来，伴随着计算机网络技术和通信技术的迅速发展，计算机网络 的通信信道发生质的变化，数据传输呈现出“高速度，低差错”的特征。 多媒体数据是由内容上相关的文本、图形、图象、音频或视频等数据成份构 成的，其最具明显的特点就是数据类型复杂和数据信息量大。实时多媒体信息除 了多媒体本身的基本特点之外，还具有数据率高，时延和时延抖动小，实时交互、 同步以及支持服务质量( q o s ) 等重要特性。计算机通信和网络技术在过去的十 几年晕，尤其在九十年代取得了很快的发展。但由于当时的通信系统和网络都是 为这些常规数据应用而设计的，像f t p 文件传输、电子邮件等。i n t e r n e t 上主 机的处理速度和网络带宽各不相同，工作负载变化不定并且各种应用之间共享资 源。另一方面，i n t e r n e t 是一个“力求最好”的网络，不提供任何机制来预留 资源或保证服务质量。所以可用带宽、服务质量、延迟等动态特性严重影响了实 时多媒体信息在i n t e r n e t 上的应用。 和传统的数据通信应用相比，网络会议系统、影视点播( v o d ) 、动画数据库、 远程网络教学、远程网络诊断等多媒体应用呈现出传输数据量大。涉及的媒体数 据具有不同性质以及对实时性有较高要求等特点。目前因特网由于存在带宽不 足、服务质量( 铷s ) 控制机制较弱和基础协议等方面的局限性。难以满足实时 性要求，流媒体技术就是在这种背景下应运而生的。 流媒体技术是一种从i n t e r n e t 上获取音频和视频等连续媒体数据的新技 术，该技术支持多媒体数据流的实时下载和回放。即服务器向客户端发送稳定和 连续的多媒体数据流，客户端则一边接收数据边以一个稳定的流回放，而不是 等待数据下载完毕后再回放。流媒体技术的出现使得在窄带互联网中传播多媒体 信息成为可能。 流媒体技术离不开新型网络协议的支持，因特网工程任务组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 ) 制定了一系列支持流媒体实时传输和服务质量控制的 协议，包括：实时传输协议r t p 、实时传输控制协议r t c p 、资源预留协议r s v p 、 实时流化协议r t s p 。“0 1 在流媒体技术中，以上协议协同工作，共同完成网络多媒体实时的数据传输 硕十学位论文 第一章序言 和控制、资源预留及服务质量保证等工作。其中r t p 协议负责数据传输，r t c p 协议提供数据传输质量反馈，r s v p 协议用于向路由器预定满足其特定需求的网 络资源，r t s p 协议则提供数据传输的远端控制。1 。而r t p r t c p 协议是所有这些 协议的基础。 r t p 协议被i e s c ( i n t e m c t e n g i n e e r i n gs t e e r i n gg r o u p ) 采纳为i n t e r n e t 标准 以后，包括m i c r o s o f t 和i n t e l 等公司在内的全球逾百家厂商联合签署协议，共 同致力于建立一个基于r t p r t c p 协议的丌放性平台，“使基于i n t e r n e t 的音频、 视频及数据通信变得象打电话一样简单”。国外的研究机构如美国哥伦比亚太学、 贝尔实验室和德国国家信息技术研究中心等也都开展了大量基于r t p r t c p 协议 的研究和实验。基于该协议的网络多媒体应用工具和产品也大量涌现。其中 w i n d o w sm e d i ap 1 a y e r ，r e a lp l a y 是典型代表。 在国内，r t p 瓜t c p 协议及流媒体技术的研究尚处于起步阶段，随着光纤传 输技术的成熟和广泛应用，计算机网络通信信道发生质的变化，对r 1 1 p 瓜t c p 协 议的研究日趋紧迫。 1 2 本文研究的对象与主要内容 r t p 协议及流媒体技术的研究目前在我国还处于起步阶段，许多关键技术还 没有得到解决。如主动自适应带宽调整、服务质量q o s 管理、多点播送等。它的 诸多应用都具有广泛的前景和市场”，基于这样的背景下本文主要分析研究了 以下几个方面的内容： ( 1 ) 多媒体实时传输的特点； 了解多媒体实时传输的特点是进行其他研究和应用的基础，文章在带 宽、传输延迟、可靠性、媒体同步和服务质量保证几个方面进行了分析， 把握多媒体信息的特点。在此基础上，进行后继研究。 ( 2 ) 传统网络协议与r t p 协议在实时传输中的比较： 新型的应用需要新型的网络协议支持，本问对传统t c p 协议在重传机 制、拥塞控制、启动和报文头大小等方面分析了其不适合实时传输多媒体 信息的原因，也肯定了r t p 协议在对多媒体实时数据传输方面具有的优势。 ( 3 ) r t p r t c p 协议： 对于r t p r t c p 协议，文章尽可能做了详细的介绍，包括它的包结构、 功能和使用中的一些注意事项等。为基于此协议的应用奠定基础。 ( 4 ) 服务质量动态反馈控制： 服务质量动态反馈控制是文章的重点，主要的目的在于实现多媒体数 据实时传输的基础上，尽可能依据网络状况，保证服务质量。在对于我们 硕十学位论文 第一章序言 感兴趣的服务质量参数进行分析后，提出了服务质量动态反馈控制的步骤、 依据和算法。 ( 5 ) 基于r t p 协议的服务质量动态反馈控制系统设计与实现。 依据以上研究，设计并实现了一个建立在r t p r t c p 上的应用程序，真 丁f 实现了实时信息( 音频) 的网络传输。系统很好的解决了延时和同步两大 问题，在会话时语音流畅，效果良好。系统还可以根据接收端反馈信息，自 动判断网络状况。根据网络状况自动调整编码方式，体现了服务质量的动态 反馈控制的功能。 硕十学位论文 第二章多媒体实时传输的网络需求与现状 第二章多媒体实时传输的网络需求与现状 2 1 多媒体实时传输的网络需求 2 1 1 带宽 具有c d 质量的立体声数据量为1 4 4 m b p s ，未压缩的数字视频要以1 4 0 m b p s 左右的速率才能传送，大部分网络和通信技术是达不到这种速率的，就是能够达 到，链路的带宽也会很快被它耗光，因此音频和视频都必须以压缩形式传送。 从实际使用来看，使用m p e g l 压缩，以1 4 m b p s 传送音频和视频可以提供 较为满意的视听质量。该速率也适合商业视听设备，如v c d 播放机。也可以通过 t 1 ( 1 5 m b p s ) 接口进行传输。如果使用h 2 6 l 压缩，当传输几乎是静态“说话 头像”的视频时，6 4 k b p s 就够了“。因此当前多媒体应用大约需要6 4 k b p s 到 1 4 鼢p s 的带宽用于单方向的一个复合音视频流的传送。另外，多媒体通信量在 两个方向上可能是非对称的。一个方向的媒体流数据量可能远远大于另一个方向 的数据量，如视频点播。 2 1 2 传输延迟 目前，高速网络和局域网的带宽已超过以上所述多媒体应用对单个媒体流的 需求，然而多媒体通信需求更难于满足的是对通信系统的传输延迟限制o “。 延迟限制主要是用在具有实时性要求的交互分布式实时多媒体应用中，如视 频会议系统，为防止延迟给交互式通信带来不便。建议的最大端到端总延迟不要 超过1 5 0 m s ，否则交互双方会感到明显的延迟。端到端的延迟可分为以下四个部 分： ( 1 ) 信息源的媒体采样、压缩编码和打包的延迟； ( 2 ) 传输延迟； ( 3 ) 接收端的排队和播放缓冲延迟： ( 4 ) 接收端的拆包、解码和输出延迟。 2 3 可靠性 可靠的数据传输指的是按次序并且无差错的传送所有组块。传统的数据通信 力求在两个对等实体之间提供可靠的端到端通信能力。现有的通信系统通常用校 验字与序列号来进行差错检测。对于数据传输来说，重传握手协议增加了延迟， 而对于实时要求严格的数据来说，重传的分组可能已经失去了意义，不象常规的 文本文件和数值数据。多媒体数据允许一定的差错率。 对于图象来说，错几个象素影响不大但丢失分组就会出现一个黑块。对于 硕十学位论文 第二章多媒体实时传输的网络需求与现状 音频来说，出错会引起喀喀声，但对于话音，只要不影响声音的理解，用户是可 以接受的。压缩的多媒体数据差错率要求比未压缩的低，因为某些压缩信息的出 错或丢失将影响其他数据的解码。表2 一l 所示为部分媒体可接受的差错率情况。 表2 1 部分媒体可接受的差错率 卜 语音图象视频压缩视频数值 位差错率 1 0 。 l o “ 1 0 叫 1 0 啼 o 分组差错率 1 0 1 l o “ 1 0 _ 。 1 0 - 。o 可靠性和低延迟是两种相互冲突的指标。可靠性高，那么延迟就较大。可靠 性低，延迟就可以小一些。 2 1 4 媒体同步 对于多媒体通信来说，同步可以划分为两种类型： 流内同步，是保持单个媒体流内部的时间关系，即按照一定的延迟和抖动约 束来传送媒体分组流以满足用户感知上的要求。不能满足流内同步的音频流会出 现断断续续的现象，而视频流就会变得不连续，用户不能够接受这样的信息，流 内同步与传输延迟抖动和服务质量有关。 流间同步，是不同媒体流之间的同步，当音频和视频，以及其他数据流经过 不同的路径，从不同的信源传送过来时，为了达到媒体表现的同步，需要在目的 地址对这些不同媒体流进行同步，流闻同步可以利用时间戳和播放缓冲区结合的 方法实现，由于流间同步与具体应用有关，因此它是一种端到端的功能。 2 1 5 服务质最保证 服务质量( q o s ) 是衡量媒体流特性的一个基本指标体系，用于说明用户与 服务提供者之间、发送与接受信息的用户之间有关信息传递质量的约定。用户和 系统在动态的协商中对服务质量进行调整、确认”3 。 随着通信技术的发展，现有的通信技术已经可以支持1 0 0 m 以上的带宽，但 在延迟抖动、同步、服务质量等方面的要求，目前的通信网络技术还不能完全满 足。 2 2 t c p 协议与u d p 协议 虽然0 s i 的分层模型是来自国际标准化组织( i s 0 ) 而t c p i p 模型仅仅是 来自一些对t c p i p 协议的研究，但它已经成为目前应用最广泛的协议。实际上 t c p i p 协议族中远远不止t c p 和i p 两大协议，该协议族各层次上的协议如图2 一l 所示1 ： 堡：；兰堡垒塞 竺三兰苎竺竺奎竺竺竺竺! 竺要兰兰翌竺 f t p t e l n e t 掰t p n f s ，s 州p ，d 腾r p c 专 捌i 蛇盯r p 等用协议等 t c pu d p i p i c 咿；i g 胛 p p s l ip ，e t h e t ，f d d i 图2 一lt c p i p 协议族 在这些协议中，传输层上的t c p 协议和u d p 协议是非常关键的两个协议，信 息传输的主要功能都集中在这一层。 2 2 - 1 1t c p 协议 ( 1 ) 报文段格式 两台机器之间的t c p 传输的数据单元叫报文段( s e g m e n t ) 。t c p 通过报文段 的交互来建立连接、传输数据、发出确认、通告窗口大小以及关闭连接。t c p 每 个报文段分为两个部分，首部和数据，图2 2 为t c p 的报文段格式“： o4l o1 62 43 l 源端口b 的端口 序母 确认号 曹部长度保留来用 码元比特宙口 校验也紧急指钟 选硬( 昔胄)填充 数据 图2 2t c p 的报文段格式 ( 2 ) 可靠性保证 t c p 协议是一种面向连接的提供可靠的数据流传输的协议，它使用一个名为 。希重传的肯定确认”的技术作为提供可靠性的基础。这项技术要求接收方收到 数据之后向源站回送确认a c k ( a c k n o w l e d g e m e n t ) 报文。发送方对发出的每个 分组都保存一份记录，再发送下一个分组之前等待确认信息。发送方还在送出分 组时启动一个定时器，并在定时器超时而确认信息还没有到的情况下重发刚才的 硕十学位论文 第二章多媒体实时传输的网络需求与现状 分组。这样通过确认、超时、重传等机制，就完全保证了t c p 传输信息的可靠性a ( 3 ) 流量控制 t c p 的“发送一等待确认一再发送”机制，虽然保证了数据传输的可靠性，但 显然造成了对宝贵的网络资源的严重浪费。为了更好的利用网络资源，提高传输 效率，t c p 使用个称作滑动窗口( s l i d i n g i n d o w ) 的机制来解决传输效率和 流量控制这两个重要问题8 “。t c p 窗口机制可以使得在收到确认信息之前发送多 个报文段，这种机制使得网络处于忙碌状态，提高了整个网络的吞吐率。t c p 的 滑动窗口机制是按分组操作的，数据流的分组被编上序号，发送方对每个连接保 留三个指针，这些指针定义了一个滑动窗口。如图2 3 所示，位于窗口左边的第 一个指针把已经发送并得到确认的分组与尚未得到确认的分组区分开来。第二个 指针标出了窗口的右边界，指出序列中在未得到确认的情况下可以发送的最高分 组的序号。第三个指针位于窗口的内部，它划分出已经发送的分组和尚未发送的 分组之间的界限。协议软件不加延迟的发送窗口内的分组，所以窗口内的界限会 很快的从左向右移动。 l2 当前窗口 图2 3 滑动窗口指针示意图 1 01 1 指针二 在图2 3 中，2 号以前的分组已经发送并得至q 确认，3 号到6 号的分组已经 发送但尚未得到确认，7 号到9 号的分组还没有发送出去，但即将发送，1 0 号以 后的分组在窗口滑动之前不能发送。 接收方也要保留一个类似的窗口把这些分组拼到一起，由于t c p 连接是全双 工的，在一个连接上可同时有两个不同方向的传输。我们认为这两个传输是完全 独立的，因为在任意时刻数据都可以在一个方向或两个方向上传输。因此在连接 的两端为每个连接方向各保留了两个窗口( 共四个) ，其中一个窗口在发送数据 时滑动，而另一个在接受数据时滑动。 t c p 窗口滑动协议允许随时改变窗口大小，在每个确认中，除了指出已经收 到的分组外，还包括个窗口通告来说明接收方还能再接收多少分组的数据。可 以把窗口通告的值作为当前的接收缓冲区大小，相应予窗口通告值的增加，发送 方扩大发送滑动窗口，继续发送尚未收到确认的分组，而相应于窗口通告值的减 硕士学位论文 第二章多媒体实时传输的网络需求与现状 少，发送方降低发送窗口的大小并停止发送处于窗口边界之外的分组，从而提供 流量控制。 ( 4 ) 拥塞控制 捌塞是由于在一个或若干个交换网点( 如路由器) 的数据报负载过重而出现 严重的时延。当放生拥塞时，时延增加。而路由器把大量数据报放在队列中，直 到能够路由它们。由于每个路由器的存储能力有限，而且多个t c p 连接的数据报 要竞争存储空间。在最坏的情况下。到达被拥塞的路由器的数据报总数不断增加。 直到路由器的容量饱和，于是路由器开始丢弃报文。端点通常不知道因何原因或 在何处发生拥塞的细节情况。对于端点，捌塞表现为时延增加，又因为t c p 协议 使用超时重传机制，它们对时延增加的响应就是重传数据报。然而这时的重传只 会加剧拥塞，如不加抑制，通信量的增加将进一步增加时延，t c p 又重传报文， 如此恶性循环直至网络完全无用，导致拥塞崩溃( c o n g e s t i o nc 0 1 1 a p s e ) ，为避 免造成拥塞崩溃现象，t c p 使用了加速递减和慢启动两种技术。 对于每个连接，t c p 都记录接收方的窗口大小( 即在确认信息中通告接收缓 冲区的大小) 。为控制拥塞现象，t c p 又使用第二个限制值即拥塞窗口界限或称 拥塞窗口，用于在发生拥塞时把数据流量限制为小于接收方的缓冲区大小，就会 降低t c p 注入该连接的通信量。也就是说，在任何时候，t c p 的发送窗口值总是 取接收方的缓冲区值或拥塞窗口界限值中小的数值。 加速递减策略一旦发现丢失报文段立即将拥塞窗口的大小减半，最后减到 最小值1 。对于保留在发送窗口中的报文段，将重传定时器的时限加倍。通过这 个策略，亿p 迅速而显著的减少通信量，路由器获得足够时间来清除其发送队列 中已经有的数据。 慢启动恢复在启动新的连接传输或在拥塞之后增加通信量时，仅以一个报文 段作为拥塞窗口的初始值，而每当收到一个确认后，将拥塞窗口大小增加1 慢 启动技术使得网络不会在拥塞清除之后或新连接突然建立时被快速增加的通信 量淹没。 2 ：2u d p 协议 在t c p i p 协议族中，用户数据报协议u d p ( u s e rd a t a g r a mp r o t o c 0 1 ) 是 传输层上另一个重要的协议，它为应用程序之间提供面向无连接的、不可靠的数 据报的传输服务。u d p 使用底层的i n t e r n e t 协议在各机器之间传输报文，提供 和i p 一样的不可靠的、无连接数据报交付服务。它是一个非常简单的协议，没 有使用确认机制来确保报文到达，没有对传入的报文重新排序的功能，也不提供 反馈信息来控制枧器之间信息流动的速度。所以u d p 的报文传输可能出现丢失、 重复、延迟以及乱序的错误。u d p 协议的报文格式如图2 4 所示。 硕十学位论文 第二章多媒体实时传输的网络需求与现状 源端口字段和目的端口字段包含了1 6 比特的u d p 协议端口号，以便在各个 等待接收报文的进程之间对数据报进行多路分解操作“。3 。其中源端口字段是可选 的。1 图2 4u d p 的报文格式 u d p 协议软件提供了多路复用和多路分解的功能，它接收多个应用程序送来 的数据报，把它们送给i p 层进行传输，同时它接收从i p 层送来的u d p 数据报， 并把它们送给适当的应用程序。概念上，u d p 软件与应用程序之间所有的多路复 用和多路分解都要通过端口机制来实现。实际上，每个应用程序在发送数据之前 必须与操作系统进行协商，以获得协议端口和相应的端口号。利用这个端口的应 用程序都要把端口号放入u d p 报文的源端口字段中。在处理输入时，u d p 从i p 层软件接收传入的数据报，根据u d p 的目的端口号进行多路分解操作，如图2 5 所示： 图2 5u d p 的多路分解 硕士学位论文 第三章实时传输协议r t p r t c p 3 1r t p 协议 第三章实时传输协议r t p r t c p 3 1 1r t p 协议介绍 根据多媒体实时传输的网络需求以及当前的网络体系环境为了解决低延 迟、高时实性、q o s 保证等问题，由h s c h u l z r i n n e 等提出了专为实时数据传输 的新型协议：实时传输协议r t p ( r e a 卜t i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) 及其姐妹协 议实时传输控制协议r 1 、c p ( r e a 卜t i m ec o n t r o lp r o t o c 0 1 ) ，r t p 可以在多播或 单播网络上为实时连续数据提供端到端的网络传输服务，这些服务包括荷载数据 类型的识别、序列号的产生、时间戳的建立、数据传输的q o s 监控等。正是这些 服务机制才为数据的实时传输提供了保证。r t p 在协议层中所处的位置如图3 一l 所示下面将详细分析r t p r t c p 协议的原理。 图3 lr t p 在协议层中所处的位置 3 1 2r t p 协议的数据包格式 一个r t p 数据包包括一个1 2 字节的固定r t p 数据头和不定长的连续媒体数 据川如表3 1 所示： 表3 1r t p 协议的敷据包格式 版本号i 补齐位j 扩展位 c s r c 数i 标记l 负载类型 序列号 ( 2 位) i ( 1 位) | ( 1 位) 1 ( 4 位) i ( 1 位) l ( 7 位) l ( 1 6 位) 时间戳( 3 2 位) 同步源标识s s r c ( 3 2 位) 贡献源标识c s r c ( 3 2 位) 列表 负载数据p a y l o a d 版本号( v ) 定义p t r 的版本，当前版本是2 硕+ 学位论文 第二章实时传输协议r t p r t c p 补齐位( p ) 如果补齐位被设置成l ，一个或多个附加的字节会加在包头的最 后，附加的最后一个字节放置附加的字节数。补齐是一些加密算法所必需的，在 下层网络数据包携带多个”r 包时也需要补齐； 扩展位( x ) 如果扩展位被设计成l ，一个头部扩展域会加在p t r 包头后； c s r c 源数( c c ) 定义了本头部包含的c s r c 源数目； 标汜( m ) 其解释由具体应用所定义，一种应用可不定义标记字段，也可以 定义多个标记字段； 负载类型( p t ) 定义了r t p 负载的格式和编码的压缩方法，常见的负载类型 有：p c m 、g 7 2 l 音频编码、m p e g 音频和视频、j p e g 视频、h 2 6 1 视频流等。： 序列号( s e q u e n c en u m b e r ) 每发送一个r t p 包，序列号加1 ，它可以被接 收方用来检查包丢失及重组包的顺序，序列号的初始值是随机的，即使源的本身 没有被加密，但包通过解释器( t r a n s l a t o r ) 后就被加密，不可预料的序列号初 始值使对加密的攻击变得更加困难； 时间戳( t i m e s t a m p ) 是实时数据传输的重要信息，它记录了发送数据块首 字节的创建时间，采样时间是线性单调增长的，其时钟频率取决于荷载类型。接 收方利用时间戳可实现数据流的同步，包括同一数据流的流内同步和不同数据流 的流间同步，完成数据包的重组，并控制数据回放速率。对于一些大的数据块， 如视频，一个数据块被分成多个r t p 包，它们的时间戳相同，需要利用序列号以 恢复数据包的顺序，实现包丢失检测； 同步源标识s s r c ( 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 ) 定义s s r c 的定 义符，可以随机选取，它是r t p 报文流的源，在同一个r t p 会话中，不同的s s r c 源应该有不同的s s r c 值。这样，对r t p 包的识别，就不用依赖于网络地址了。 所有的来自同一个同步源的包形成一个相同的计时、序列号空间的一部分，这样 接收者可以根据同步源不同，将包分类重放。同步源的例子包括来自麦克风或摄 象机这类信号源的流的发送者，也可以是r t p 混合器。一个同步源可以不时的改 变它的数据格式，例如：一次会议中发送者可以改变音频数据的编码类型。s s r c 标号在一个具体的r t p 会话当中，它是唯一的。一个与会者不需要在一次多媒体 会议的所有话路中都使用相同的s s r c 标号“3 。s s r c 标号之间的绑定由r t c p 来完 成。如果一个参与者在一次r t p 会话中产生多个流，例如来自不同的摄象机，每 个流必须标志成不同的s s r c ； 贡献源标识c s r c ( 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 ) 列表，有0 1 5 段， 定义包中的c s r c ，其个数由前面的c c 字段决定。最多有1 5 个c s r c 可定义，它 由混合器( m i x e r ) 根据构成源的s s r c 标识插入的，它列出混合成一个包的所有 源的s s r c 标识，r t p 混合器将多个r t p 包组合成一个流，其中每个r t p 包的同 硕十学位论文 第二章实时传输协议r t p r t c p 步源在这里就称为一个贡献源，使得接收端能正确分辨出复合包中各段数据真正 的源是谁。例如在某次音频会议中，一个混合器通过贡献源，指出构成它发出的 包的会话者，允许接收方即使在所有的音频包所含的s s r c 标志都相同( 都为混 合器的同步源标识) 的情况下，也能j 下确分辨出当前的说话者是谁。 3 2r t c p 协议 3 2 1r t c p 协议介绍 实时传输控制协议r t c p 是r t p 数据传输锛议的伴随协议。对于不同应用的 控制，r t c p 信息由若干堆栈式的包组成，每个包有其自己的类型码和长度指示， 其包格式和r t p 数据包类似。r t c p 包周期性的在会话成员之间传递控制包，起 着会员活动指示器的作用。常用的r t c p 包包括：发送方报告包( s r ) ，用来发送 和接收活动源的统计信息：接收者报告包( r r ) ，用来接收非活动站的统计信息： 源描述包( s d e s ) ，用于报告和站点相关的信息；站点离丌系统报告包( b y e ) 和 特殊应用包( a p p ) “”。 借助上述控制包，r t c p 可以完成q o s 监测和拥塞控制、媒体间同步、识别 信息、会议大小识别和控制信息量调节等控制功能，下层协议必须为数据和控制 包提供复用功能，例如采用端口号不同的u d p 。 3 2 ，2r t c p 协议的包格式 ( 1 ) 发送方报告数据包( s r ) 的格式如表3 2 所示。 第一部分头部，8 字节。 版本号( v ) ； 补齐位( p ) ； 接收报告计数( r c ) 5 位。统计报告块计数，o 是允许的； 包类型( p t ) 8 位，发送方报告的r t c p 包定义为2 0 0 ； 长度( l e n g t h ) 1 6 位，r t c p 包以3 2 位计的长度，包括头部和填充位； 同步源( s s r c ) 。 第二部分，2 0 字节，必须包括在每个发送方报告的部分，它描述放送方的 数据传送情况。 n t p 时间戳，6 4 位，表明这个报告发送的绝对时侧，可以与接收方报告 包中的时间戳比较，估计往返传播时延。 r t p 时间戳，3 2 位，与n t p 时间戳对应，但是形式上同r t p 包的时间 戳有相同的初始值。它由n t p 时间戳根据r t p 时间戳计数器与实际时间的比 例计算出来。 硕+ 学位论文 第三章实时传输协议r t p r t c p 发送方r t p 包计数，3 2 位，发送方从开始发送到发送本s r 报告为止共 发送的r t p 包数，如果s s r c 定义符被改变，本字段被重置。”1 ； 放送方字节计数，上述数据包数所对应的字节数。 表3 2 发送方报告数据包( s r ) 格式 版本号补齐位接收报告计数包类型= 2 0 0长度 ( 2 位)( 1 位)( 5 位)( 8 位)( 1 6 位) s s r c 同步源( 3 2 位) n t p 时间戳高位( 3 2 位) n t p 时间戳低位( 3 2 位) r t p 时间戳( 3 2 位) 发送方r t p 包计数( 3 2 位) 放送方字节计数( 3 2 位) s s r c 一1 ( 第一个发送源) ( 3 2 位) 丢失率( 8 位)累计丢失包数( 2 4 位) 扩展的最大序列号( 3 2 位) 间隔到达抖动( 3 2 位) 最近发送方报告的时间戳( 3 2 位) 字最近发送方报告之后的延迟( 3 2 位) s s r c 一2 ( 第二个发送源) 文本扩展部分 第三部分是报告块，根据发送方自上次报告以来收听到的自身以外的其他源 的数目，可以是o 个或多个块“3 ，它取决于有多少源能被本发送方听到，从上次 报告结束时候起，每一个块统计从一个s s r c 收到包的情况。 s s r c u ，3 2 位，本块统计的s s r c ，以下各个字段的说明均指这个s s r c u ： 丢失率，8 位，自发出上一个放送方报告后丢失的包数除以期望得到的 包数。得到丢失率，乘以2 5 6 放入本字段； 累计丢失包数，2 4 位，接收开始后丢失包数的累计，它等于期望得到 的包数减去已经得到的包数，已经得到的包数包括迟到的和重复的，所以丢 失有可能是负数，期望得到的包数是收到的最大序列号减去初始序列号； 扩展的最大序列号，3 2 位，低1 6 位记载从这个源收到的最大序列号， 高1 6 位是相应的序列号循环数： 颈十学位论文 第三章实时传输协议r t p r t c p 到达抖动，3 2 位，是对r t p 数据包到达时间间隔的统计变化估计，以时 戳的基本单位为基准，用一个无符号整数表示。 最近发送方报告的时间戳( l s r ) ，3 2 位，最近发出r t c p 发送方报告的 n t p 时间戳的中间3 2 位； 自最近发送方报告之后的延迟( 0 l s r ) 。3 2 位，以l 6 5 5 3 6 秒计为单位， 从收到最后一个发送方报告到发这个发送方报告块之间的时间。 ( 2 ) 接收方报告数据包( r r ) 的格式如表3 3 所示： 表3 3 接收方报告数据包( r r ) 格式 版本号补齐位接收报告计数包类型= 2 0 l长度 ( 2 位)( 1 位)( 5 位)( 8 位)( 1 6 位) s s r c 同步源( 3 2 位) s s r c 一1 ( 第一个发送源) ( 3 2 位) 丢失率( 8 位)累计丢失包数( 2 4 位) 扩展的最大序列号( 3 2 位) 间隔到达抖动( 3 2 位) 最近发送方报告的时间戳( 3 2 位) 字最近发送方报告之后的延迟( 3 2 位) s s r c 一2 ( 第二个发送源) 文本扩展部分 接收方报告包中不含发送方信息，包类型代码为2 0 l ，除此之外，其余都与 发送方报告包相同。 会议的参与者通过发送r t c p 报告包提供接收质量反馈，该包依据接收者是 否阳时也是发送者，选用两种格式中的一种。发送方报告和接收者报告除了包的 类型码不同外，格式上的差别仅在于：发送方报告包含一个2 0 字节的发送者信 息字段。如果站点在上次放送报告到本次发送报告期间发送了数据包，那么它将 发送一个s r ，否则发送r r 1 。s r 和r r 报告都带有若干个接收报告块，每一个 报告块都对应一个从上次发送报告以来接到过包的同步源，但不包括c s r c 列表 中的同步源。每个接收报告块报告接收对应同步源数据的统计情况。由于s r 或 r r 包中最大只能带3 1 个接收报告块，当需要报告的同步源大于3 l 时，将多出 来的报告放在附加的r r 中，这些r r 放在初始s r 或r r 包后。 ( 3 ) 源描述包( s d e s ) 的格式如表3 4 所示： 硕十学位论文 第三章实时传输协议r t p r t c p 表3 4 源描述包( s d e s ) 格式 i 版本号补齐位接收报告计数包类型= 2 0 2长度 f( 2 位)( 1 位)( 5 位)( 8 位)( 1 6 位) is s r c 一1 c s r c 一1 ( 第一个发送源) ( 3 2 位) ls d e s 描述项 1 源描述r t c p 控制包包含两个部分，包头和描述段。一个同步源标识和对应 的描述项构成一个描述段。 描述项可以有以下类型： c n a 胍：规范的s d e s 终点标识项，通常具有u s e r h o s t 的格式。每一个r t c p 源描述都必须包含该项。在同一个会议中的每个同步源的c n a m e 必须唯一，而且 对一个用户来说，在一次会议中它的c n a m e 应该是固定的。这样同步源的s s r c 标识改变之后，可以将新的标识与固定的c n a m e 标志联系起来，对该同步源进行 确认。此外，为了方便第三方监控c n a m e 应该易于用来对源进行定位。因此， 应该尽量避免人为的输入c n a m e 而且让c n a m e 能反映出源的地址信息。c n a m e 项的类型代码是l ，格式如图3 2 所示。其它类型的项具有类似格式。 图3 2c n a m b 项格式 n a m e ：以用户希望的方式来显示他们。例如，在一次网络会议中，用户可能 最希望用这个名字来代表他。因此，n a m e 在所有s d e s 项中，它的使用率是仅次 于c n a m e 的。因此传输的频率也居于第二位。在一次会议中，允许有重复的n a m e 。 e m a i l ，p h o n e 及其它：这些项给出用户的信息，如联系方式、地址以及当 前状态等。由于这些信息并不常用的，而且传送它们的次数太多会占用更多的带 宽，进而影响性能，因此它们传送的次数相对较少，当用户要求这些信息时，才 传送相应的项。 ( 4 ) 告别包( b y e ) 的格式如表3 5 所示： 硕= _ f ：学位论文 第三章实时传输协议r t p r t c p 表3 5 告别包( b y e ) 格式 告别包是一个参与者离_ 丌会话之前，发送的最后一个8 t c p 包，用以表明一 个或多个源不再活动。最后一行的两项是可选的。 ( 5 ) 应用包( a p p ) 的格式如表3 6 所示： 表3 6 应用包( p p ) 格式 版本号补齐位 子类s u b t y p e包类型= 2 0 3长度 ( 2 位)( 1 位)( 5 位)( 8 位)( 1 6 位) s s r c c s r c ( 3 2 位) a p p 包的种类命名n a i l e 应用数据 用户给应用可能收到的a p p 包的种类命名，一个r t p 的应用可能收到几种类 型的a p p 包，各类之间用n a m e 区别： 子类是同一个a p p 种类中的细分，也就是说，s u b t y p e 标示一个n a m e 代表 的a p p 种类下的子类。 最后一项是可选的、变长的。其中的数据由应用而不是由r t p 处理。 3 2 3r t c p 协议的功能 r t c p 有四个功能： ( 1 ) 服务质量动态监控和拥塞控制 r t c p 控制包包含有服务质量监控的必需信息，提供数据发送的质量反馈。 流量和竞争控制的基础是由r t c p 发送方报告和r t c p 接收方报告提供的。由于 r t c p 包是多点广播的，所有会话成员都可以通过r t c p 包返回的控制信息了解其 它参与者的状况。 发送音频视频流的应用程序周期性的产生发送方报告控制包s r 。该控制包 含有已接收数据包的最大序列号、丢失包数目、时延抖动和时间戳等重要信息。 发送方应用程序收到这些包后可以估计往返时延，还可以根据丢包数和时延抖动 - 1 6 硕士学位论文 第二章实时传输协议r t p r t c p 动态调整发送端的数据发送速率，以改善网络拥塞状况，实现公平带宽共享，并 根据网络带宽状况平滑调整应用程序的服务质量。 ( 2 ) 媒体流同步 r t c p 控制包中的n t p 时间戳和r t p 时间戳可用于同步不同的媒体流，例如 音