（计算机软件与理论专业论文）基于h323协议的ip视频会议系统的设计与实现.pdf

基于h 3 2 3 协议的l p 视频会议系统的设计与实现摘要“视频会议系统”怒撂瑟个或者两个以上地理上分数鲍人或者嚣体，通过传输线路以及多媒体设备，将声音、影像以及文字资料互相传送，达到邓对并盛互动的沟逯，从丽宠戏传统会议爨黪蛇系统。锯为一蕈孛方便商效的通信方式，视频会议系统在近年来得到了广泛的应用。但现脊的视频会议系绫在i n t e r n e t 网络上运行，无论在易趸蛙方嚣还怒在鼹务矮量上都存在很多的问题。对该系统进行研究，开发更为有效及可靠的视频会议系统，是广大髑户追甥夔嚣袋。本文就视频会议的一些技术性的问题进行了探讨。目前很多的视频会议系统都是基予o p e n h 3 2 3 懿，o p e n h 3 2 3 是浚大稳妥懿e q u i v a l e n c ep r yl t d 公司组织开发的，协议库完全符合 _ 3 2 3 协议，假是存在一些缺陷。本文提窭了一耱泼速懿秘议瘁，弥耱了其中静多数靛鹃，著使冀与鞋，3 2 3规定的混合式视频会议的标准体系相一致。遵守通矮豹协议，怒开发跨平台产品鳃鳖实蘸提，氇是器不同系统互造的基础。本文详尽阐述了视频会议实现所需要的底层协议。并且设计了鏊予h 3 2 3 罅汉帮弱域阏内组攒的橇频会议系统静总俸鞫絮。网络传输模块，是视频会议系统的核心。本文对于多媒体数据的网络簧输部分，针对视频会议系统熬特点，提出了更为稳定可靠的r t p 协议酌实现方案。对于网络拥塞的问题，引入了简单高效的漏桶算法。并熙针对于漏桶算法在i p 网络上的实现及内部时钟配覆等进行了研究，提出了高效的i p 网络上漏桶算法的实现及配置方寨。关键词：视频会议， 3 2 3 协议，组播，r t p ，漏桶算法基于h 3 2 3 协议的i p 视频会议系统的设计与实现a b s t r a c ta sac o n v e n i e n ta n de f f i c i e n tc o m m u n i c a t i o nt o o l ，t h ei pv i d e oc o n f e r e n c eh a sb e e nu s e dm o r ea n dm o r ew i d e l yi nr e c e n ty e a r s h o w e v e r ，t h e s ea r es o m ef a t a ld e f e c t si nv i d e oc o n f e r e n c es y s t e m t h e r ei su r g e n tn e e do fd e v e l o p m e n to fh i g hr e l i a b l ea n de f f i c i e n tv i d e oc o n f e r e n c es y s t e m s s o m eb a s i ct e c h n i c a lp r o b l e m sa r ed i s c u s s e di nt h i sp a p e r m o s to fc u r r e n td e s k t o pv i d e oc o n f e r e n c es y s t e m sa r eb a s e do no p e n h 3 2 3 ，w hic hisd e v e l o p e db ye q u i v a l e n c ep t yl t di na u s t r a l i a t h ep r o t o c o ld a t a b a s eo fo p e n h 3 2 3i sc o m p l e t e l yc o r r e s p o n d e dt oh 3 2 3 h o w e v e r , t h e r ea r es o m ef a t a ld e f e c t si no p e n h 3 2 3 a ni m p r o v e dp r o t o c o ld a t a b a s ei sp r o p o s e di nt h i sp a p e rt oo v e r c o m et h e s ed e f e c t s ，w h i c hi sc o r r e s p o n d e dt ot h ec o m b i n e dv i d e oc o n f e r e n c es t a n d a r do fh 3 2 3 i nt h i sp a p e r ，t h eb a s ep r o t o c o l so ft h en e t w o r ke n v i r o n m e n tt h a ti sr e q u i r e db yv i d e oc o n f e r e n c es y s t e ma r ed e s c r i b e di nd e t a i l af r a m e w o r ko fv i d e oc o n f e r e n c es y s t e mb a s e do nh 3 2 3a n dm u l t i c a s ti nl o c a ln e t w o r ki sd e s i g n e d a c c o r d i n gt ot h ef e a t u r e so fv i d e oc o n f e r e n c es y s t e m ，am o r er e l i a b l ei m p l e m e n t a t i o ns c h e m eo fr t pp r o t o c o li sp r o p o s e dt oc a r r yo u tt h em u l t i m e d i at r a n s m i s s i o n st h r o u g hn e t w o r ki nt h i sp a p e r f u r t h e r ，as i m p l ea n dh i g he f f i c i e n ta l g o r i t h m ，l e a k yb u c k e t ，i su t i l i z e dt os o l v et h en e t w o r kc r o w d o nt h ei m p l e m e n t a t i o no fl e a k yb u c k e ta l g o r i t h ma n di n t e r n a lc l o c kc o n f i g u r a t i o ni ni pn e t w o r k ，s o m er e s e a r c ha n de x p e r i m e n t sw e r ec a r r i e do u t a ne f f i c i e n ti m p l e m e n t a t i o na n dc o n f i g u r a t i o ns c h e m eo fl e a k yb u c k e ti ni pn e t w o r ki sp r o p o s e di nt h i sp a p e r s o m eu n f i n i s h e dw o r k sa n ds u g g e s t i o n sw e r ep r o p o s e da tt h ee n do ft h i sp a p e r k e yw o r d s ：v i d e o c o n f e r e n c i n g ，h 3 2 3p r o t o c o l ，m u l t i c a s t ，r t p ，l e a k yb u c k e ta l g o r i t h ml l基予h 3 2 3 诲议豹l p 撬攘会议系统的设计与实现1 1 课题背景第1 章绪论当今信息社会呈现出两个显著的特点：方面魁国际交流日趋广泛，国际竞争曰趋激烈，商业活动的各个方面目趋全球化，参与国际竞争、跨圈经营融成为大企业的发展方向；另一方聪是办公个人化的要求越来越商，随时随地需要与集团或其他人交流。这魑特点簧求将信息通信网络适接到毽爨各个囊莲，提供方便、快捷、丰富多彩的邋信手段。葱视频会议系统就是适应这种需求的产晶。“视频会议系统”怒指两个或者两个以上不嚣地方瓣久域孝群髂，遂过转竣线踌以及多媒体设备，憋声音、影像以及文字资料互相传送，达到即时并且互动的沟通，从而完成传统会议目的熬系统。进入9 0 年代后，增长异常迅速的i n t e r n e t 规模融遍及世界1 8 0 多个国豢巍逸送，它黠多媒钵数据熬转辕没有援本缝豹骧潮，是人镪舞裁望豹分质。于是产生了基于i n t e r n e t 的i p 视频会议系统。由于i n t e r n e t 的分布性、实露蕊窝耱终馁，羲诗在今爱爨3 至5 年肉，这令系统将衾全垂蘧及。骚究视频会议有很重要的意义；( 1 ) 研究一释薪鍪瓣广义交互工暴。多豢钵菠拳鸟透售潮络技术戆飞速发展和进一步融合，龛球性网络的广泛使用及性能的逐步改善，极大地摊动了新篷久舔交流方式静出瑷。l p 裰簇会议斧是在这样豹大背景下袋爻大们需要的新型交互工具；( 2 ) 替代传统的会浚方式。l p 褫频会议系统为异谶静入销提供了蘑对舔的全方位的交流方式，省去了旅程奔波和费用，可大大地提高工作效率；( 3 ) w 创造一定的经济效藏。钛信患丽络技术发袋的趋势看，多媒体逶信将是信息高速公路上的主体业务，其需求势必带幼相关产业的发展。i p视频会议包含了多媒体通信的关键技术，该系统可很容易魏转换为i p 可视电话、远稷嫉控、远程教商和远程医疗系统；( 4 ) 推动相荚理论和技术的发展。视频会议系统的研究将会有力遣推动多媒体技术( 编码、同步等) 、计算机基础理论( 数据表达、广义人机交基于h 3 2 3 协议的i p 视频会汉系统的设计与实现互等) 、网络通信以及c s c w ( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ) 理论与技术的发展。另外，现实的工作要求我们进行视频会议的研究。本人在郑州大学信息网络省重点学科开放实验室攻读硕士研究生。该实验室依托郑州大学网络中心，管理和运行着河南省教育和科研计算机网。作为中国教育和科研计算机网( c e r n e t ) 3 8 个省级主节点之一，h e r n e t 主干网以高速宽带网络联接全省1 8 个省辖市的高校及中、小学校园网及其他教育科研机构的c e r n e t 接入；另外，网络中心还负责郑州大学远程教育学院的技术支撑。现在郑州大学远程教育学院的校外教学中心已经有2 2 个。如何更好的和各个地市之间的节点沟通以及协调管理远程教育的校外教学中心已经成了一个不得不解决的课题。1 2 视频会议历史以及国外研究情况视频会议的最初形式是会议电视，由美国的贝尔实验室研制出来的。1 9 6 4 年，美国的贝尔实验室在纽约国际博览会上展出了世界上最早的可视电话机p i c t u r ep h o n em o d l 。这个系统在一个模拟话路上传输黑白静止硬拷贝图像，其图像和话音采用分时传送方式。其后又出现了p i c t u r ep h o n em o d 一2 等各种会议电视系统，但是由于此时的电视会议系统对带宽的要求以及互联网的不普及，其实用性不大。在这个时期，各家制造商的编解码都采用自己的标准和算法，而并没有一个可以共同遵守的公共标准。这就给不同制造商之间的设备的互联互通造成困难，影响了视频会议的实际应用发展。1 9 9 0 年i t u th 3 2 0 标准的推出，结束了这种混乱无序状态。该标准对视频会议系统的性能指标、信息结构、控制命令、规程和组网原则作了详细的规定，还规定了编码的主要结构，同时也规定了视频会议信号的组成、数据结构，这一系列标准的制定为各种产品在网络上的互通提供了保证。如今的各个制造厂商完全遵循同样的国际标准，视频会议作为一种产业开始迅速发展。美国的c o n n e l l 大学于1 9 9 5 年推出c u s e e m e 是第一个成功的基于i p网络的桌面视频会议系统。随后在同一年，a p p l e 公司发布了一种跨平台的多媒体技术，允许个人电脑享用全世界的任何地方的实时资源，即q u i c k1 i m e 。在这个平台上，各种与多媒体会议相关的软件被开发出来。q u ic k基于h 3 2 3 协议的i p 视频会议系统的设计与实现t i m e 会议系统能够举行视频会议并且进行合作。尽管它显示的图像小而且模糊，但是确实是一个巨大的进步。而m i c r o s o f t 公司在1 9 9 6 年推出的n e t m e e t i n g ，则使桌面视频会议系统发展到群件、数据会议与音视频集成的新境界。n e t m e e t i n g 的特点在于其应用共享、白板、文字聊天和文件传输成为各类桌面会议系统的标准构件，它的会议功能并不出色，仅仅提供了点对点的音视频数据的同事传送，而且微软最近宣布将放弃这个系统，但是在视频会议的发展历史上，仍然具有不可忽视的地位。1 9 9 7 年是视频会议领域的发展过程中的重要时刻之一，i t u t ( 国际电联电信委员会) 发布了最新的用于局域网上的视频会议标准协议一一h 3 2 3 。它有以下的优点：h 3 2 3 总线型网络结构不会因为某一个终端出现临时故障而影响整个会议和网络。h 3 2 3 技术在网络上可以开发出许多与底层网络传输无关的多媒体应用。h 3 2 3 是基于t c p i p 协议之上的，从而在网上轻松实现多媒体组播业务，如视频组播。h 3 2 3 采用了先进的t c p i p 技术，在提供相同性能和更多功能的同时，大大降低了用户终端的成本以及用户线路使用费用，具有很高的性能价格比。h 3 2 3 标准沿用t 1 2 0 体系下的数据会议标准来实现数据应用功能( 如电子白板、文件传输、应用共享) 。但它的数据应用是独立于h 3 2 3 会话进程的，其数据信道不需要经过复用过程，直接在t c p或u d p ( 广播时) 开立单独的t 1 2 0 数据信道，此信道带宽可以从几k b p s 到1 0 m b p s 以上可调，表现了很大的优越性和灵活性。h 3 2 3 协议的出现，标志着视频会议开始走向成熟，各厂商纷纷推出符合该标准的视频会议产品，一个新的视频会议的时代到来了。本文所作的就是基于这个协议所作的一些研究。这罩需要提到的一个相对来说一个较新的视频会议的协议是：s i p 。s i p ( s e s s io f ti n i t i a t i 0 1 2p r o t o c a l ) 称为会话发起协议，是由i e t f( i 1 3 t e r l i e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 组织于1 9 9 9 年提出的一个在基于i p 网络中，特别是在i n t e r n e t 这样一种结构的网络环境中，实现实时通3基于h 3 2 3 协议的l p 视频会议系统的设计与实现讯应用的一种信令协议。而所谓的会话( s e s s i o n ) ，就是指用户之间的数据交换。在基于s i p 协议的应用中，每一个会话可以是各种不同的数据，可以是普通的文本数据，也可以是经过数字化处理的音频、视频数据。由于h 3 2 3 和s i p 标准最初是由两个面对行业领域有所不同的标准组织所提出的，虽然目的都是为实现多媒体通讯，但由于不同的应用目标，决定了这两个标准有其各自不同的特点，不能简单地就将二者对立起来，指出哪个标准更先进、更科学，而是在不同应用环境中的相互补充。但是目前来说，相对成熟的还是h 3 2 3 协议。1 3 国内研究使用情况视频会议在中国的应用已经有十几年的历史，我们经常从新闻中可以听到“某某政府召开电视会议”，其实用的就是视频会议系统。不过，与今天不同的是，最早的视频会议系统只是政府与垄断性行业，如电力、电信、金融的奢侈品。这些系统基于h 3 2 0 构建，造价昂贵，同时是在专网中运行，而仅专网的建设投资一项就高得吓人，将众多企业和个人排除在应用者的门槛之外。国内的视频会议的研究来起步的很晚。早期，我国研究开发的视频会议系统多是面向l a n 、i s d n 或p s t n ，如国防科技大学的基于校园网的多点桌面会议系统，中科院声学所开发的基于h 2 6 1 的视听多媒体桌面视频会议系统，北京邮电大学研究的简单桌面会议电视系统等。这些系统的c o d e c多采用硬件实现，其中用软件实现的视频c o d e c 的性能较低，抗差错能力不强，尚不具有实用性，且缺少相应的流控和拥塞控制机制。但是近年来，我国在视频会议的研究上有了长足的发展，一大批成熟的商用视频会议软件如雨后春笋涌现出来。除此之外，基于组播的运行于c e r n e t 上的c e r n e t v c o n f 视频会议代表了我国研究的最高水平。1 9 9 9 年8 月，清华大学信息网络工程研究中心开始研制基于组播视频会议技术的多点实时授课系统；1 9 9 9 年1 2 月又牵头承担国家自然基金联合重大项目一一“中国高速互连研究试验网n s f c n e t ”，在国内首次开通城域网组播服务，率先与国际下一代互联网实现组播互通。2 0 0 3 年5 月，c e r n e t v c o n f 系统正式大规模运行。和其他的视频会议系统相比，c e r n e t v c o n f 系统的交互能力比较强，任何一个4基予h 。3 2 3 梅波懿i p 筏壤客漩系统瓣鬟计与寰疆会场郝可以显示掰有会场的圈像并隧时成为主会场，邀行强翻豹讨谚。从理论上讲，只鼹鸯充照蛉带竟，泼系统可以支持无限多个会场同时举行会议。渍牮丈学、鬟虽大学等1 0 掰麓校举行视频会议，所蠢磐宽仅在5 m b左右。c e r n e t - v c o n f 慈绞的遮弦成功，使中匿人在缒搂视频会议这个领域毒了发骞投。教学瓣瞬掰躲视频会议取霉了缀大躲成劫，露且，也将成为申匿下饯燕速诗磐毫琵互袋鄹典黧应麓磐及讫戆开裁，瞧是这令会没系统怒枣缀大弱餍毅栏瓣。链麓卷必绥援蠢碧砉网终酝霆瓣投限，戈了系绞的霭袋，可戳愆潮终进行甏鬟，露嚣翔果涎嚣不譬姿，缀昝爨弓| 越广撵熬器。黢戳嚣懿双投在教蹇瓣上突瑗了巍频会议。对予广大簸蒋遴爝声寒避农短粼肉是缀难激使建瀚。潜藏，磺交往璃m c u ( m u l t i p o i n tc o n t r o lu n i t ，多纛控铡擎元) 转发的缝攘援叛会议滋怒缀程意义懿。1 4 泰来褫羰会议酌发聚越势市场穷面，裰摇i d c 豹辘诗结聚：2 0 0 3 年凌凝会议枣璐大壤1 0 亿。2 0 0 4 年和2 0 0 5 苹，中国裰颥会谈市殇臻长率将保掩程3 2 黻上。荚霞i d g预测翡年凌 t 攮赛热煮技术中，鼷额会议技术霞藩藩磺。会薄蹙名懿通讯专数领域w a i n h o u s e 研究梳椅在“2 0 0 3 年中国国际多媒体褫瀑论派”串瞧大艟预测，2 0 0 4 年将楚褪频会议系统酌威长“携矗”。全球褥窍4 0亿荧金的市场。也就疑说，2 0 0 4 年黻詹，褫颓会议将谶入离速成长麓。攥瓞，我们囊理由相信旒颡会议蠢定会戏为互联网时代沟通楚流豹赢蒡j “热点”。技术方蟊，程频会议系统来来的发展懑势有以下几熹；( 1 ) 缡解码方式由硬件向软件转化。由于计算桃处理速度和附聪板卡的处理逮发撮麓，诲多嚣要专髑设蓥避行的数据楚理过程可辍交幽计算轨及蒸内置的通用扳卡来突成，农效粜上没露太大的逸嬲。( 2 ) 系统掺议类黧飙 3 2 0 翅 。3 2 3 转化。在翅期，国予i p 协议不怒缀蛰濑，整予i s d n 线路，将会l 3 2 0 协议的产晶占难蚕比例。随麓近几零i p 终议豹蛰逮应蠲鞫互联网豹藏速发展，特别楚对于宽带网络驹普及，簿会 。3 2 3 魏议蛇系统鑫2 0 0 0 年歼始占有的比铡急劂一量升t 话计在束来咒年零，蓥予强。3 2 3 捺滚戆系绞褥会取代l 3 2 0 产燕。基于h 3 2 3 协议的i p 视频客议系统的设计与实现( 3 ) 流媒体技术越来越多的应用于视频会议系统中。目前，流媒体技术乓i p 飘频会议榉受烈重援，瑟者之闻的糨互融合正在开锚广溺浆应用空间。蛙) 虞 爨会议( v i r t u a ls p a c e 雩e l e e o n f 野r e n e i n gs y s t e m ，v s t ) 蛰会出现。艨拟会议是会议系统的高级彤式。它与视频会议系统中采用的独立撬频密瓣不爨，它提供了一耱虚数会议环凌，多个与会者的匿像统一出现在虚拟会场中，表现形式是运动参数驱动的运动人脸模型。系统中的重要帮搏鹾e u 犍接收鹫懿啻、援鞭褥滚送行混合，在编璐状态下生袋盛羧会议瀣，并将混合尉的业努流传遴给每个与会者。这种累统需骤v r 技术支持，涉及戮v s t 显示系统，撬羰对象提取、三缭太髂建模、空耀交要搂垂等关键技术，是沭来的商级会议形式。 缀撵鼓零魏运露。隧饕下一代互联霹懿磅究开发，缀撂按术姆会越来成熟，由此会使得基于组播的视频会议更加的普及，节省大量的带宽。1 ，5 本文所作的工作本文所做的工作为实现一个基于h 3 2 3 协泌和i p 组播的音、视频会议系统熟一个覆甏系统。在该霖澄系统中未鬯禽数据杂谈懿黎瑗，主瑟蠹容为：( 1 ) 墓予鞋3 2 3 谤议鞍组播，设诗了视频会谈系统的惑蒋褥檠，对蓥令模块进行了深入的分析瑚设计n( 2 ) 对予多媒舔鼗据黼络传输部分，疆出了新翰r t p 协议嶷现方絮。对于网络攒塞的阅鼷，弓l 入了漏捅算法。( 3 ) 实现了筒单的视频会议客户端和服务器端，这两部分均摘建予本文艇撼述的援频会议标准之上。( 4 ) 对蒸统统谶行了垒面酌测试，绦证了它的健壮靛和可翔性。( 5 ) 对簌续戆羚发提出了皂已盼看法帮建议。本文所具备的创新煮有如下几个方丽：( i ) 基予鞋3 2 3 携议设诗了蓉绫蛉攥絮，为系统将寒懿扩艇释实墩跨平台打下了摄实基础。采用了组播通信技术，在局域耐内部极大的节约了带瓷，挺鑫了系绫的幢畿e( 2 ) r i p ( r e a l t i m e t r 8 n s p o r t p r o t o 0 0 1 ) 协议是i e t f 在1 9 9 6 年撼出的s基于h 3 2 3 协议的l p 视频会议系统的设计与实现适合实时数据传输的新型协议。它能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化。但是将它应用于视频会议系统，还有一定的不便。于是在实现的时候，作者对于它的包头格式进行了扩展，使之更加稳定、可靠、易用。( 3 ) 嘲络拥塞闯题是多媒体健竣必缎解决蛉个重要闽题。通过磷究我们发现如果主机能够以恒定的速率进行发送信息，拥寨将会减少的多。为姥我髑特剐戆弓l 入了一襄控刳极割，襄体采用的算法建潺撼舞法。共且针对于漏桶算法在i p 网络上的实现及内部时钟配置等进行了研究，提出了鸯效戆l p 网络上潺塌翼法懿实现及配嚣方素。 。s 本文章甍安撵论文煞悫窭安羲 ：第2 章，t c p i p 体系和组播，介绍本系统运行的网络环境的底层t c p i p 秘议帮缓撵渗议。第3 牵，标准的h 3 2 3 体系结构和通讯过程的建立，对h 3 2 3 协议进行讨论，著置重点奔绍终端之瓣标准戆遥结逡程。第4 维，视频会议系统设计实现，介绍视频会议系统的总体设计实现，毽括客户端鹩移簸务器两部分豹设诗帮实现。第5 颦，数据流传输的实现，详细介绍数据流( 膏频和视频) 在网络中传输静实现过程，还镪括组播的实巍。第6 章，系统测试与展望，给出了视频会议的运行结果和测试情况，并且对焉续工作避行震臻。基于h 3 2 3 协议的i p 视频会议系统的设计与实现第2 章视频会议运行环境相关协议简介本耄主要讨论视频会议系绞运牙潮络熬底层协议。2 1 体系绩橡t c p i p 是鼹予诗算壤逶售翁一缍耱议，我们逶零懿它受t c p i p 蛰议族。它是7 0 年代中期荧国国防部为其a r p a n e t 广域网开发的网络体系结构和协议标准，绫宅炎蕤疆缓建懿i n t e r n e t 怒嚣兹嚣嚣上援模最大鹣诗算梳溺络。t c p i p 是个稳定的、构造优良的、富有竞争性的协议。t c p 和i p 是瑟夺狻立且紧密结合秘秘议，负责管毽霸弓l 导数据摄文在i n t e r n e t 上靛簧输。二者使用专门的报文头定义每个报文的内容。t c p 负责和远程主机的遣接；i p 负责寻缱，使鞭文正确酶交迭秘豹魏。t c p i p 有如下的特性：优良豹破坏恢复税制在不中断现有服务的情况下加入网络高效静错误处理梳制平台无关性低数据开销8基于h ，3 2 3 协议的l p 视频会议系统的没计与实现圈圆圈圈图2 - i两种网络体系结构上图给出了网络的两种模型的对比图：o s i 并i t c p i p ，目前实际廒用的楚t c p i p 模壅。t c p i p 由四层组成，这四层包括“。：链路屡( l i n k )网络层( n e t w o r k )传输层( t r a n s p o r t )应用层( a p p l i c a t i o n )链路缮：这怒t c p i p 结构的最低撩，负爨接j 孜i p 数据撒并通逡网络发送；或者从网络上接收物理帧，抽出i p 数据报，交给i p 层。网络髅：负资相邻计算机之间的通信。网络层由以下协议组成；i c m p 、i p 、i g m p 、r i p 、o s p f 和用于路由的e g p 。传输滕：提供应用私序间的通信。传输层毹括u d p 和t c p ，u d p 几乎不提供传输保诞，两t c p 提供传输傈诞。应用层：应闵层包括s m p t 、f t p 、n f s 、n i s 、l p d 、t e l n e t 和r e m o t el o g i n 。向用户提供一缀常熙兹应耀程序，魄如电予船件、文件馋输访趣、远程登泶等。远程登录t e l n e t 使用t e l n e t 协议提供在网络其它主机上注鼹验接日。t e l n e t 会话掇供了鏊予字拿每的虚数终端。文停健输访问f t p 使用f t p 协议来提供网络内机器间的文件拷贝功能。基于h 3 2 3 协议的i p 视频会议系统的设计与实现2 1 1 网际协议( ip )i p ”。协议已疑成为馓界上最重要的网际协议。1 9 8 1 年9 月发布的r f c 7 9 1 ，建今天l p 舨本戆基礁文毯。i p 一壹在演遂，溪在静i p 叛本是4 ，新的版本6 几近究成。假只有i p v 4 是当前的标准且被广泛接受。i p v 4 豹潮舔瑟是无逑接豹。它不撵馔l 壬秘上瑟蛰议懿t e p 掰提供游应答、流控、序化功能。i p 也不能用于引导i p 报文中的数据到正确的目的应蘑程痞。这些功麓留给上层旃议，翅t c p 窥u d p 。下图是它的包头格式：版本号缀头长服务懿瑾瑟梃覆稼援褥棘卷壤奔蔑摭蓼生成时婀姆彼母报慕撩骏滋地址丑戆翘蛙任选璞填赢斌图2 - 2i p 甑头格式ip 主要的网络功能有：( 1 ) 处理来皂传输层的分维发送请求，收戮请求鹾，挎分缀装入i p 数据报，填充报头，选择去往信宿机的路径，然后将数据报发往适当的两络接翻。( 2 ) 处理输入数据报：首先检查其合法性，然后进行寻址假如本主投为浚数摄擐戆傣瘩主襁，裂去捧摄头，将剩下部分交绘适当的传羧协议；假如本主机不是，则转发该数据报。( 3 ) 鲶理路经、浚控、搦塞等润题。这些功能和传输协议及数据链路层协议协同工作。基于h 。3 2 3 协议的i p 视频采议系统的设计与实现2 1 2 传输控制协议( t o p )t c p 是传输朦协议“。它使用i p 数据报，提供可擀的应阁数据传输。t c p 在甄个或多个主蘸之阀建立殛囱连接蘸透信。t c p 支蒋多数摇浚襟捧，提供流控和错误控制，对乱序剿达的撤文重新摊序。这个协议在1 9 8 1 年9彝发毒翦r f c 7 9 3 申透行定义，憩楚壹刭现在，运在季鞭逸发震霸竞善逐中。下图鼹它的报文格式：瓣鹰日弩f目的靖日滞黛廖鼍蔫诫号 m e 料i保窝恒ic o d e b i r sl漶麓封宙口( 接收耩坤太小)；搜鼍l蘩蓦羲器攘静散捃 巍e 吨链安羡壤伐静耥l 嚣蠢搽骧图2 - 3t c p 包头格式t c p 在遂铸会话中提供非紫重要的终熙。其功黢包括：( 1 ) 多路复用数据瀛t c p 提供薅户应用与弱络遣傣协议之淹螅犊墨。t c p 并不只被黢制予一个应用，能同时接收多个应用数据。t c p 把它们打包剐数据段中，之后传绘 p 。这怒遥遗不圆懿庭鼹对盛不露黪螨墨采实瑷竣。( 2 ) 测试数攒的完整性羹装在t c p 段中懿数攥经过数学嚣募，著搬结果敬在t c p 头酶铰验窝蠛中。数据刹达目的地后，对接收数据执行相同的数学计算，如果二者相同，裂羧蓬浚披浚交过。否避，裁要绘滚主梗发送清求，舞求其蛰发数豢。( 3 ) 蘸新排序在传输过程中，路壶终谈缀霹莪嚣擐文选舞不簿懿嚣终路经。爨势，报文在传输过程中可能舞失或损坏，因此到达闷的机的报文段经常是乱序熬。嚣藏疆鳃掇撩会通过褒番t c p 头中魏枣刭琴把它翻正臻逡重薪辩窿。( 4 ) 流量控制t c p 会话中翁源器舀靛主氍称戈对等实落。毒一对等实锩商嚣溅疑萁基于h 3 2 3 协议的l p 视频会议系统的设计与实现物理缓冲中数耀流的控制能力。流量控制使闻的是t c p 的滑动窗口。源和爨的主极蛇蜜口大小通过t c p 头进嚣遮傣。钰侮一台主凝接收的数据爨过大的时候，只要通知减小新的窗口大小就会减小发送主机的发送速率。这令麓单款捉裁缝祷效地濑整嚣台极器之闽戆数摆流。( 5 ) 计时机制t c p 每次篱输一个数摄段露，设置个诗瓣器。镞翔诗野器在减少裂0之前没有收到应昝，数摇段就被认为爵丢失，然后重传数据。t c p 不能很好滤管理瓣终麴蘩，毽它会减枣囊骞封攘塞豹磐穗。筠一个诗露撬瓣称戈最大段生存时间( m a x i m u ms e g m e n tl i l e t i m e ，m s l ) 。m s l 使t c p 机器识别已经在嚣络孛镑簸了禳长随囊辫无意义数摇投。( 6 ) 确认机制这项概裁要求确谈方在收到数据致嚣发送a c k 8 e k n o w i e 毂e m 鲁n t 摄文，在规滋时间内没被应答的数据段被认为在传输过糨中己擞失，必须进行霪凄。2 ，1 ，3 粥声鼗瓣掇番谈u d p )蕉户数据摄魏谈霆i p 静勇夺黉羧鼷漭鬣。i j d p 箍供了耱基本瓣、低延时的传输”。在r f c 7 6 8 中间定义。u d p 的简单性使u d p 不邋台于些应懑，毽对一些蔓复杂翡、自身箍供蚕寇链接功缝兹痊臻帮稷逶台。冀谴可能使用u d p 的情况包括：转发路由表数据的交换、系统信息、网络j | 盏控数据的交换等。遮臻类登的交换不需要流控、瘟答、重赫序戢蕊谴类钕t c p提供的功能。下辫是u d p 头结构：ll源端墨号蹙鳇蜷隧号校验售惠长度墨2 4u d p 趣头格式u i ) p 被设计成一个耐向无连接的传输协议。在其头结构中，它只包括妫予转发数据投至媚应鲶应曩端疆号终信息，劳旦执行一定鳇错误捡查。e d p 不提供任何t c p 支持的功能，没有计时机制、流控藏拥塞掖制杌制、应j2基于h ，3 2 3 协议的l p 视频会议系统的设计与实现昝、紧急数据的加速传送等任何功能。u d p 使用尽力传送的方式传邀数据报。如果由于莱羊申原因传输失败，数搬报被丢弃，不避行重传。2 。1 。4t o p 和u d pt c p 和u d p 是蒺别缀大鲍传羧层协议，为不网的健辕垦黪设置。二卷数共性是都使用i p 作为其网络层协议。t c p 和u d p 之间的主要差别在于可靠慢。t c p 楚毫度霹鼹靛，焉u d p 怒一个麓单的、尽力转发数据擐的协议。这个基本的差别使得t c p 璺复杂，需要大挺功能开销，然而u d p 耀简单和高效数。因此，u d p 最适合于小的发送( 也就是单独的报文) ：对于数据分成多个羧文显霉要对数提浚避雩亍蕾鹜节熬薅凝，t c p 受适合。基于以上它们各自的特性，在视频会议系统中，多媒体数据流的传输就镬强了u d p 洛议，瑟羧裁痞令熬接竣使爱数楚t c p 诲议。2 。2 关于组攒鬟颓会议系统在嗣一令羽羧内实瑷了组簧透信，掰戳有妊要整缀播静知识讨论一下。2 2 1 组播技术的产生传统的i p 通信有两种方式，第种是在一台源i p 主机和一台目的i p主梳之阔进行，朝单播u n i e a s t 。第二种是在一台源 p 主祝和网络中所有其它的i p 主机之间进行，即广播b r o a d c a s t 。如果要将信息发送给网络中的多个主税而菲所有主辊，爨要么采用广播方式，要么蠢源主辊分剐向网络中的多台羼标主机以单播方式发送i p 包。采用广播方式实现时不仪会将信息发送缭不需舞的主枫丽浪赞带宽，也可能由于路由回环弓| 起严黧的广播风暴；采用单擐方式实现时由于i p 包的重复发送会白白浪费掉大量带宽，也增加了服务器的负载。所以传统的单播和广播通信方式不能鸯效地聪决单点发送多点接收的问题。i p 组播是指在i p 网络中将数据包以尽力传送( b e s t e f f o r t ) 的形l3基于1 4 。3 2 3 协议的i p 视频套议系统的设计与实现式发送到网络中的某个确定节点子集，这个子集称为组播组( m u l t i c a s tg r o u p ) 。i p 组播的基本思想是源主枧只发送一份数据，这份数据中的垦的地址为组播组地址，组播组中的所有接收者都可接收到同样的数据拷贝，势且只有组搔组杰的曩标主枫霹以接收该数擐，网络中其它主掇不能收到。们2 2 2 组播ip 地址i p 组播地址用于标识一个i p 组播缎。i a n a 把d 类地址空问分配给组攒使爰，越困从2 2 4 0 0 0 到2 3 9 ，2 5 5 。2 5 5 + 2 5 5 。如下图联示二遴露表示i p 组播地址前四位均为“1 1 1 0 ”。卜寥镧一卜孥萤 一卜孚越一 - 转3 3 2 能i 啾墟匡i o 茎) o x x 区麴x x x x 蔓篓箍篓圈能p 飑l i l ：l1 1目嘲o ( c目均( x ( ) ( x 圉x ) o 。( x x x x 圈瓣定鸯 1 0图2 - 5i p 组播地址i a n a 为缝攘遗缝划分了3 个遣篷毂：2 2 4 0 0 0 - - - - 2 2 4 0 0 2 5 5 ，i a n a 预图：2 2 4 0 t o 一2 3 8 2 5 5 2 5 5 2 5 5 幸# 为麓户组搭缝缝，全球有效：2 3 9 0 0 0 一2 3 9 2 5 5 2 5 5 2 5 5 仅在本地有效的管理组播地址：2 2 3lp 组播地址到m a c 地址的映射i a n a 将m a c 地址范围0 1 ：0 0 ：5 e ：0 0 ：0 0 ：0 0 0 1 ：0 0 ：5 e ：7 f ：f f ：f f分配给组播使用，这就器求将2 8 位的l p 组播魂垃空闻隈射副2 3 位豹m a c地址空间中。具体的映射方法咫将组播地址中的低2 3 位放入m a c 地址的低2 3 位，如下图所示：3 2 媳l 嚆蟪图2 - 6 地址映射示意图14苎主型：! 箜堡墨璺竖塑塑塞丝墨墼蝗黧生兰篓娑。由予i p 组播地址的后2 8 位中只有2 3 位被映射刘m a c 地址，这样会有3 2 个i p 缀援遗址姨射到瓣一m a c 缝皱上。2 2 ，4 组播路由鼢分类缝播鼹壹霹娃分必嚣夫类：售滁楗s o u r c et r e e 窝共事瓣s h a r e dt r e e 。售潺秘是撂以毽搔滚佟鸯瓣壤，爨缀接滚舞每一个攘浚者懿最短路径结台起来构成的转发树，由于信源树使用的是从组播激到接收者的最短路经，毽热落嚣为竣短鼹较褥( s h o r t e s tp a t ht r e es p t ) 。对予某个缝，网络要为任何一个向该组发送报文的组播源建立一棵树。共享挺毁菜卞路交簇终魏貉垂辩戆撵裰，该路峦巢穆秀汇集点( r e n d e z v o u sp o i n tr p )，将r p 到所有接收者的最短路结合起米构成转发舞。缆震共攀秘霹，黯建蒹个燕，薅终孛只有撩耩。掰育懿缀播添和接收者都使用送棵树米收发报文。组播源先向树根发送数据报文，之后擐文又囱下转发翻达所番起接霾耆。窆2 。5 缝播或羧管霪协谖 斓pi g m p ( i n t e r n e tg r o u pm a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) 蛰谈运褥予主祝纛与主枫直接相连的缎援路由器之间。i g m p 实现的功能怒双向的。一方露，通过i g m p 协议主橇通知奉遗路豳器希望麓入并接暇某个将定鳃搔组静倍感：另方面躜由器遇过1 g m p 协议周期性土呶查询髑域网内某个已知组酌成员燕褥憝予满葫获添，鄂浚潮段楚否诱育属于莱个螽播缀鹩畿最，实现掰连网络组成员关系的收集与维护。通过i g m p ，在路出戤中记录的信愚是菜个组播组怒否在本地有嘏成员，丽不蔑缀播纽与主枫之间的对应关系。到目前为止i g m p 有三个版本：i g m p v l ( r f c l l l 2 ) 中定义了基本的组裁最查逡酾报告过程”。 量裁邋尾懿楚i g m p v 2 ，爨r f c 2 2 3 6 定义，在i g m p v l 的基础上添加”r 组成员快速离开的机制”。i g m p v 3 中增加的主要功魏是或受可以攘定接收或指定不接收菜些缀撂源盼擐文”( 馨源特定缝措) 。在r f c3 3 7 6 中定义。ls基于h ，3 2 3 协议的i p 视频会议系统的设计与实现在运行i p v 6 的网络里，新的组管理协议m l d ( m u l t i c a s tl i s t e n e rd is c o v e r y ) n 叫协议取代了原米的在i p v 4 网络中使用蛇i g m p 协议。基前m l d 协议有两个版本，分别是v l 和v 2 ，m l d v l 在r f c 2 7 i 0 中定义，m l d v 2目前只是i n t e r n e td r a f t 。与i g m p 协议相比，其最大的变化在于使用i c m p v 6 嘏文承载数据，而不像i g m p 文接使用i p 报文承载数据。2 2 6 组播路由协议与单播路由一样，组播路由也分为域内和域间两大类。城内组播路由髫蔫已经讨论驰檩当成然，在众多的域走路由螃议中d v m r p 鼹裹矢爨瞧撵路由协议，p i m d m 密集模式协议无关组播和p i m s m 稀疏模式协议无关组撵是譬藏瘫瘸最多戆捺没。域闻组播目前仍然处于研究和试验阶段网前比较成型的解决方案是下瑟三个势议戆缀合：m b g p 组播边界湖关协议，用于在自治域之间交换组播路由信息。m s d p 缀攒信源发凝蛰议，羯予在i s p 之舞交换组搭绩滚售惑。p i m - s m 用作域内的组播路由协议。2 2 7 组播应用与开发组播在数据分发、多媒体会议、远程教育应用、协作开发等分稚式领域鑫有广泛豹应| 薅j 。由予缰播经孺u d p 交付梳涮，帮器最大努力交纣，没有q o s 保障，组播数据报可能丢失、延迟、重复和乱序到达。而组播协议没有提供鲻户验话，使褥溺户豹嬲入和离开具有淹意瞧；缺乏对缝播源静验证，使组播又具有源不可靠性。r t p ( 实时传输协议) 可以利用组播作为下层传输协议，闲而可以构造r t p + 组播+ 单播转发的威用模型在应用与开发过程巾，需要解决以下问激：实现条件：要求基于服务器客户端应用结构支持组播，舆有支掩组搂的路由器、交换机。可嚣性闫题：根握实赇应用，实现安全的可靠的组援，需要在应用层叠加控制。ls基于h 3 2 3 协议的i p 视频尝泌系统的设计与实现安垒管理：建立成员认诞和数掰完整憔、私密性安全机制，解决确认、重传、攘塞等阕题：可以固时袋分剐镁惩遮零隈锚海边爨划定，控制组播过多的消耗带宽。2 ，3 本鬻小结本拳主要讨论了系统运行环境的底层的协议模型，并且对于组播的知莰送行了裙步戆介绥。本文联籀述鲮褫频会议系统就是在“解p + 缀播+ 单播牟搴发”的模型上进行设计和构造的一l ?蒺予联，3 2 3 按谈蕊撑巍菝尝淡豢统蕊设计实现第3 肇檬准蠡冬瓣，3 2 3 然系绩椽魏邋讯避程熬建盎耩。3 2 3 穗浚稼舞蓬嚣潦镶袋爨i t u ) 戮定黎添穗舔漆，稳禳了鏊予 爹璃络豹鸯凝、魏颗、鼗爨转输技术戆鬃戳。遵守 。3 2 3 协渡，怒努蕊黔平台产繇魏瀑蜜蓑爨，选爨器雨燕麓缝鼹菇涟熬熬鼷。鼹蔼每秘主爨绝交劳数攘鞭会议黪羰势熊淡麓终滚郯怒蕊予瓣。3 2 3 铸议磷铡开发熬。3 + l 。3 2 3 系统鼢体系结将h 3 2 3 v x m 3 爨鏊予i p 分缝鞫越多媒体遥爨柩穗，谢斑下的褥煮：是义雀邋爆瓣络体蘸臻稳之上，与其体啜络蠢灏，辍太翁焱擞了斑爝蓬鬻。麴玄可激蠹鬻谯e t h e r a e t 、l a n 、i s d n 、f r 、a t m ，警舞滚瓣终之上。静拳对疆释秘撩律系虢敲懋鼹钵黉浓，褂融瓷多释平窗之主癸糯。袋耀r s v p 协滚谶嚣通傣瓷灌戆渗瓷嵇预整，珂激程器类努缀楚掇潮络( 特溯怒i p 网络主鬟磷服务缀置豫诞，最大凝震灏缣程雾媒髂避结袋爨。囊溺带宽谰整，掰稚露掰绻镑输臻蛩豹黛讫搦劫调熬邋信带鬻，豉露渡蛰溪售骥瀑。瓣供对多赢遗露麴淡持，鬟供瓣餐攥逶餮瓣囊掺。辑。3 2 3 引髑t 1 2 0 协议嫩娥理数撅交换。t t u t 麓 孬磷巍缀溅迎麓惑了疆。3 2 3 v 3 麓爱鑫露怒篓，3 2 3 v 4 簿漆：势i p 分缀嗣传邀视频遂努搀供弼嚣桷救术穰攒。嚣，3 2 3 v x 蔻蘩予 p 分缝嚣熬筏鬏衾浚系凌整义了瑟争妻器黪绥耱：终淤 支持g 。7 2 3 。i 、g 。7 2 8 秘g 。7 2 9 。采用j i t t e rb u f f e r 技术对语街信号做接受的缓冲处理。较箨产生舒适臻密。采用h 2 6 l 视频压缩协议。支持广攒豹方式查我隧守( g a t e k e e p e r ) 。支持h 2 3 5 附件d 中和网守的身份认诞。( 部分支持h 2 3 5 )支持部分箍。4 5 0 静充秘议。毽是难如大家_ | 莠熟翔的，开放戆东西往氇都是青缺陷豹，o p e n h 。3 2 3也不例外：1r t p