（计算机应用技术专业论文）基于ipv6的网络视频监控的研究.pdf

摘要 摘要 随着互联网的迅猛发展，网络用户成倍的增加，i p v 4i p 地址资源的不足成了 制约网络发展的最大障碍。i p v 6 协议的出现解决了这个难题，并且表现出更快、 更大、更安全、更及时、更方便的特征。下一代互联网给我国提供了一个与世界 科技强国平等发展的机会。目前i p v 6 理论方面的研究已经比较成熟，而在p v 6 应用方面的研究还有很大的发展空间。 网络视频监控已经被广泛使用，在银行、交通、教学、医疗等众多领域经常 能见到它的身影。如何创造更高效的压缩算法，如何为在网络上传输实时视频信 息提供q o s ，如何保证视频数据网络传输的安全性成为当前视频监控中研究的热 点问题。由于i p v 6 协议具有的在组播、q o s 质量控制和安全方面的优良特性， i p v 6 给当前网络视频的研究带来了新的方向。 d i r e c t x 软件开发包是微软公司提供的一套在w i n d o w s 操作系统平台上开发 高性能图形、音频、视频和网络游戏的编程接口。用d i r e c t s h o w 来开发视频监 控系统，能让程序开发人员从复杂的数据传输、硬件差异、同步性等工作中解脱 出来。 本文对i p v 6 实验环境的搭建，i p v 6 组播传输的编程实现，视频采集、传输 的方法进行了阐述。其后，作者利用v c n e t 结合d i r e c t s h o w 技术开发了网络 视频监控组件，并且使用j s p 技术实现了基于浏览器的监控客户端程序。接着， 对如何提高网络视频监控的安全性进行了深入的分析和探讨，在此基础上提出了 综合使用多种手段结合保证安全性的设计思想。 在文章的最后，对整篇文章进行了总结回顾，并对网络视频监控技术的发展 进行了展望。 关键词：i p v 6 ，视频监控，i p 组播，i p s e c ，d i r e c t s h o w ，c o r n a b s t r a c t a b s t r a c t w i t l lt h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n t e r a c t t h en u m b e ro fi n t e m e tc u s t o m e r sh a s d o u b l e d ，t h es h o r t a g eo ft h ei p v 4 i pa d d r e s sr e s o u r c e sh a sb e c o m et h eb i g g e s t o b s t a c l eo ft h en e t w o r k sd e v e l o p m e n t t h ee m e r g e n c eo fi p v 6p r o t o c o ls o l v e dt h i s p r o b l e m ，m o r e o v e r , i ts h o w s t h ec h a r a c t e r i s t i c so fw o r k i n gf a s t e r , l a r g e r , s a f e r , m o r e t i m e l ya n dm o r ec o n v e n i e n t t h en e x tg e n e r a t i o ni n t e r a c tp r o v i d e do u rc o u n t r yw i t h t h ee q u a ld e v e l o p m e n to p p o r t u n i t i e sw i t ht h ea d v a n c e dc o u n t r i e si ns c i e n c ea n d t e c h n o l o g ya l la r o u n dt h ew o r l d c u r r e n t l yt h er e s e a r c ho fi p v 6i sa l r e a d ym a t u r ei n t h ea s p e c to f t h e o r i e s ，b u ti ts t i l lh a sb i gd e v e l o p m e n ts p a c ei na p p l i c a t i o n s t h ev i d e om o n i t o r i n gs y s t e mh a sb e e nw i d e l yu s e d w ec a ns e ei ti nt h ef i e l d so f b a n k i n g ，t r a n s p o r t a t i o n ，t e a c h i n g ，m e d i c a lt r e a t m e n t ，e t c h o w t o c r e a t em o r e e f f e c t i v ec o m p r e s s i o na l g o r i t h m s ，p r o v i d eq o sa n de n s u r es e c u r i t yw h e nd e l i v e r i n g v i d e oi n f o r m a t i o nh a v eb e c o m ep o p u l a ri nt h ev i d e om o n i t o r i n gs y s t e m i p v 6h a s b r o u g h tan e wd i r e c t i o ni nt h i sa p p l i c a t i o nb e c a u s eo fi t se x c e l l e n tq o s a n dn e t w o r k s e c u r i t y d i r e c t xs d ki sak i n do fp r o g r a m m i n gi n t e r f a c ed e v e l o p e db ym i c r o s o f t i t p m v i d e sh i g hp e r f o r m a n c ew h e nd e v e l o p i n gg r a p h i c s ，a u d i o ，v i d e oa n dn e t w o r kg a m e w i t hw m d o w so p e r a t i o ns y s t e m d e v e l o p i n gv i d e om o n i t o r i n g s y s t e m w i t l li t s m e m b e rd i r e c t s h o w , c a l lf r e eap r o g r a m m e rf r o mt h eb u r d e n s o m ew o r ko fd a t a d e l i v e r i n g ，h a r d w a r ed i f f e r e n c ea n ds y n c h r o n i z a t i o n t h i sd i s s e r t a t i o nf i r s t l ye x p a t i a t e do nt h eb u i l d i n go fi p v 6 se x p e r i m e n t a ls y s t e m ， p r o g r a m m i n go fi p v 6 sm u l t i c a s tt r a n s m i s s i o n ，t h ec a p t u r i n ga n dt r a n s m i t t i n gm e t h o d o fv i d e o t h e n ，t h ea u t h o rc o m b i n e dv c n e ta n dd i r e c t s h o wt e c h n i q u e st od e v e l o p t h em o d u l eo ft h en e t w o r k ，a n dm a d eu s eo fj s pt e c h n i q u e st oi m p l e m e n tc u s t o m e r s o t t w a r eb a s e do nb r o w s e r a f t e r w a r d ，a n a l y s e da n ds t u d i e dt h o r o u g h l yo nh o wt o i m p r o v et h es a f e t yo ft h en e t w o r k b a s e do nt h i s ，w ep u tf o r w a r dt h ed e s i g n i n g t h o u g h t s ，c o m b i n i n gv a r i o u sm e a s u r e si no r d e rt oe n s u r et h es y s t e ms a f e t y i nt h ec o n c l u s i o np a r t ，t h ed i s s e r t a t i o nr e v i e w e da n dp r o s p e c t e do nt h ef u t u r e k e y w o r d s ：i p v 6 ，v i d e om o n i t o r i n gs y s t e m ，i p m u l t i c a s t ，i p s e c ，d i r e c t s h o w ，c o m n 独创性声明 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。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得壹墨盔鲎或其他教育机构 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谢意。 学位论文作者签名：文j 焉名 签字日期：2 膨缉石月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南毒土学有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权南昌土学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位豁文作者签名：岁j 永名 导师签名：秘反 签字日期：2 ，p 6 年月矿e t签字日期：? 矿以年石月伊日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 基于i p v 6 的网络视频监控的研究 第一章绪论 1 1i p v 6 网络协议的产生背景 互联网的协议称之为t c p i p 协议，现在广泛使用的i p 协议为第四代互联网 协议( i p v e r s i o n 4 ) 。传统的口，即：p v 4 ( i p v e r s i o n 4 ) 定义口地址的长度为3 2 位，i n t e m e t 上每个主机都分配了一个( 或多个) 3 2 位的i p 地址。i n t e m e t 的设 计者们没有想到今天i n t e m e t 会发展到如此大的规模，更没有预测到今天i n t e m e t 因为发展规模所陷入的困境。地址短缺问题的根源有绝对的一面也有相对的一 面。绝对的一面是3 2 位的空间是十分有限的；相对的一面指尽管现行的3 2 位i p v 4 的地址结构可以为1 6 7 0 万个网络上的超过4 0 亿台主机分配地址，但实际上的地 址分配效率远远达不到这个数值，甚至在理论上也不可能。网络增长不仅导致 地址总数量的不够，也导致路由表的迅速膨胀。i p n g ( i p n e x tg e n e r a t i o n ) 问题 就是在i p v 4 的地址空间出现危机时提出的，地址即将耗尽和路由表的过度膨胀 是促使i p n g 问题产生的直接原因。但是i p n g 试图解决许多问题。i p v 6 具有从v 4 的3 2 位地址扩展到1 2 8 位的足够宽广的地址空间。它能满足下一代语音、数据、 视频融合的通信网络对网络的安全、质量和移动性的要求。同时，i p v 6 应用使 每个人、每个终端都成为内容提供者。 1 2i p v 6 协议的新特性 i p v 6 继承了i p v 4 的优点，摒弃了缺点。i p v 6 与i p v 4 是不兼容的，但它同所 有其他的t c p i p 协议簇中的协议兼容。即i p v 6 完全可以取代i p v 4 。同i p v 4 相 比较，i p v 6 在地址容量、安全性、网络管理、移动性以及服务质量等方面有明 显的改进，是下一代互联网可采用的比较合理的协议。i p v 6 协议的主要新特性 如下： 1 】 2 】 扩展地址 地址有1 2 8 位，可以提供近似无限的地址空间；另外，i p v 6 中取消了广播 地址而代之以任意播( a n y c a s t ) 地址。i p v 4 中用于指定一个网络接口的单播地 址和用于指定由一个或多个主机侦听的组播地址基本不变。 基于i p v 6 的网络视频监控的研究 简化包头格式 i p v 4 有1 2 个字段，且长度在没有选项时为2 0 字节，但在包含选项时可达 6 0 字节。i p v 6 包头有8 个字段，总长固定为4 0 字节：由于所有包头长度统一， 因此不再需要包头长度字段。并且还去除了i p v 4 中一些其他过时的字段。这使 得路由器可以更快的处理信息包。 更好地支持扩展和可选项 在i p v 4 中可以在i p 头的尾部加入选项，与此不同，i p v 6 中把选项加在单独 的扩展头中。通过这种方法，选项头只有在必要的时候才需要检查和处理，从而 加快了路由器处理包的时间。 认证和加密 因特网应用的安全问题日益紧迫，在报文传输过程中修改、窃取报文，对报 文中数据的有效性构成了威胁。i p v 6 使用了两种安全性扩展，i p 身份认证头( 口 a u t h e n t i c a t i o nh e a d e r ，a h ，在r f c1 8 2 6 中描述) 和i p 封装安全性负荷( i p e n c a p s u l a t i n gs e c u r i t yp a y l o a d ，e s p ，在r f c l 8 2 7 中描述) 来解决报文的安全传 送。 对流的支持 i p v 6 在设计之初就考虑了对流的支持。i p 头的格式里，有专门的2 0 位流标 签域。主机发送报文时，如果需要把报文放到流中传输，只需在流标签里填入相 应的流编号。否则在流标签里填零就作为一般的报文处理。路由器收到流的第 个报文时，以流编号为索引建立处理上下文，流中的后续报文都按上下文处理。 i p v 6 同时定义了流的优先级，分别支持不同的业务需求。 i p v 6 更多的支持服务类型，如实时应用、i p 电话等。 i p v 6 支持未来协议的扩展，以适应底层网络环境或上层应用环境的变化。 1 3 视频监控系统的发展状况和发展方向 图像网络监控系统的技术水平，直接反映了不同阶段电子与通讯的技术状 况。视频监控技术发展经历了模拟监控、数字监控正在向大规模网络监控发展。 下面简单介绍这几个阶段： 本地模拟图像网络监控 2 基于i p v 6 的网络视频监控的研究 早期的图像网络监控就建立在以模拟图像传输为基础的闭路线路系统中。本 地图像网络监控系统主要由摄像机、视频矩阵、监视器、录象机等组成，由视频 线、控制线缆等连接。本地图像网络监控系统一般采用模拟方式传输，采用视 频电缆( 少数采用光纤) ，传输距离不能太远，主要应用于小范围内的监控，如 大楼、厂区监控等。监控图像一般只能在控制中心查看。 基于p c 的多媒体网络监控 多媒体监控系统是一般采用下面的结构：在远端监控现场，有若干个摄像机、 各种检测、报警探头与数据设备，通过各自的传输线路，汇接到多媒体监控终端 上，多媒体监控终端可以是一台p c 机，也可以是专用的工业机箱组成多媒体监 控终端。除了处理各种信息和完成本地所要求的各种功能外，系统利用视频压缩 卡和通信接口卡，通过通信网络，将这些信息传到一个或多个监控中心。 基于p c 的多媒体监控系统功能较强，但稳定性不够好，功耗高，需要有人 值守；同时，软件的开放性不好。 基于视频服务器的远程视频监控 基于嵌入式视频服务器技术的远程网络视频监控主要的原理是：视频服务器 内置一个嵌入式视频服务器，采用嵌入式实时操作系统。摄像机传送来的视频信 号数字化后由高效压缩芯片压缩，通过内部总线传送到内置的视频服务器。由于 把视频压缩和视频功能集成到一个体积很小的设备内，可以直接连入以太网，达 到即插即看，省掉各种复杂的电缆，安装方便( 仅需设置一个i p 地址) ，用户也 无需使用专用软件，仅用浏览器即可观看。7 视频监控的关键技术主要有视频采集压缩、视频信号可靠地传输、信息存储 调用的智能化与系统的集中管理。视频监控技术发展方向就是要在以上关键技术 上有所改进，并且朝着分布采集集中管理、高品质图象压缩处理、开放标准统一 接口、统一认证确保安全、操作人性化，以及功能集成化、结构模块化和传输多 样化的方向发展，i p 监控系统是今后的重要发展方向。 1 4i p v 6 视频监控的国内外发展现状 在国外，一些科技比较先进的国家，如美国、日本、法国等都对i p v 6 视频 监控进行了研究，并开发出有关的产品。 基于1 p v 6 的网络视频监控的研究 在国内，利用在c e r n e t 主干网上部署和提供i p v 4 组播服务的研究成果和 经验，已经开始i p v 6 组播技术研究，包括制定c e r n e t 2 组播地址分配方案， 进行c e r n e t 2 组播路由设计，开发i p v 6 组播监控系统，调试基于i p v 6 的大规 模、强交互组播视频会议系统，开发具有h d t v 和s d t v 质量的组播视频广播 系统。取得的研究成果将在c e r n e t 2 上进行技术验证，并投入试运行和服务。 1 5 论文的主要任务 本课题的研究是在视频监控上使用i p v 6 协议的一个尝试。论文的主要任务 是： ( 1 ) 分析与视频传输密切相关的i p v 6 组播的原理和特性，并且给出v c 下 编写i p v 6 组播程序的方法。 ( 2 ) 讲述如何用d i r e c t s h o ws d k 来开发应视频应用程序。 ( 3 ) 结合组件技术，分析本课题几个关键组件的编写方法。 ( 4 ) 给出本人实际课题设计方案，讲述整个视频监控系统的体统框架和模 块划分。 ( 5 ) 结合课题的设计方案讨论视频监控系统的的安全性问题。 基于i p v 6 的网络视频监控的研究 第二章流媒体技术及视频编码方案的选择 2 1 流媒体技术概述 流媒体是指采用流式传输的方式在i n t e m e t i n t r a n e t 播放的媒体格式，如音 频、视频或多媒体文件。流媒体在播放前并不下载整个文件，只将开始部分内容 存入内存，在计算机中对数据包进行缓存并使媒体数据正确地输出。流媒体的数 据流随时传送随时播放，只是在开始时有些延迟。显然，流媒体实现的关键技术 就是流式传输，流式传输主要指将整个音频和视频及三维媒体等多媒体文件经过 特定的压缩方式解析成一个个压缩包，由视频服务器向用户计算机顺序或实时传 送。流式传输定义很广泛，现在主要指通过网络传送媒体( 如视频、音频) 的技 术总称。其特定含义为通过i n t e r a c t 将影视节目传送到客户端。实现流式传输有 两种方法：实时流式传输( r e a l t i m es t r e a m i n g ) ，和顺序流式传输( p r o g r e s s i v e s t r e a m i n g ) 。一般说来，如视频为实时广播，或使用流式传输媒体服务器，或应 用如r t s p 的实时协议，即为实时流式传输。如使用h t t p 服务器，文件即通过 顺序流发送。 2 2 视频编码方案的选择 流媒体的传输得以实现，离不开配套的视频压缩算法。因为如果动态图像数 据未经压缩就传输的话，数据量非常大，容易造成通信线路故障及数据存储容量 紧张，实时图像的传输几乎不可能实现。 目前有很多种视频压缩算法，在视频监控系统种用得比较多的有：m j p e g 、 m p e g 系列、h 2 6 x 系列等。下面对这几种视频压缩算法作简单的介绍。1 3 1 1 4 1 m j p e g m o t i o n - j p e g ( 简称m j p e g ) ，它是针对活动图像而优化的j p e g 压缩而称。 而j p e g 是针对一帧图像通过帧内的d c t ( 离散余弦变换) 变换来对图像数据进行 压缩，通过对电视数字信号( 4 ：2 ：2 数据) 在帧内进行j p e g 压缩，以减少电视数 字信号数据量。因而，m j p e g 格式常常用于以帧为单位的电视编辑、特技制作 基于i p v 6 的网络视频监控的研究 等。而在监控系统等其它应用中，m j p e g 的主要问题是在一定的视频图像质量 前提下，压缩比难以提高，占用的设备资源巨大，在实时压缩和传输方面难于实 现。 口e g l m p e g 即m o v i n g p i c t u r ee x p e r tg r o u p ( 运动图像专家组) ，它是专门从事制 定多媒体视音频压缩编码标准的国际组织。m p e g l 的标准制定于1 9 9 2 年左右， 它是将视频数据压缩成1 - 2 m b s 的标准数据流，对于动作不激烈的视频信号能 获得较好的图像质量。但如果图像对象动作激烈时，图像有可能产生马赛克现象， 此种标准没有定义用于额外数据流进行编码的格式，它主要用于家用v c d ，并 且它需要的存储空间较大。 n m e g 2 m p e g 2 制定于1 9 9 4 年，它的出现是为了进一步争取更高的分辨率 ( 7 2 0 x 4 8 0 ) ，提供广播级视频和c d 级的音效，它是非常高质的影音编码系统。传 输速率在3 - 1 0 m b i t s 之间，并可支持隔行扫描视频格式和其他先进功能，可应用 于各种速率和各种分辨率的场合。但最大的缺点还是数据量过大。 m p e g 4 m p e g 4 制定于1 9 9 8 年，视频质量及分辨率很高，而数据速率相对较低。主 要在于：采用a c e 技术，它是一套首次针对应用于m p e g 4 的编码运算规则。 与a c e 有关的目标定向可以启用很低的数据率。与m p e g 2 相比，可节约存储 空间。还可以在声视频流中广泛的升级。当视频在5 k b s 1 0 m b s 之间变化时， 声频可以在2 k b s 一2 4 k b s 之间进行处理。m p e g 4 标准是针对对象的压缩方式， 不同于m p e g l ，m p e g 2 简单地将图像分成一些像块，而是根据图像内容，将其 中的对象( 物品、人物、背景) 分离出来，并分别进行帧内、帧间编码压缩，并 允许在不同的对象之间灵活分配码率，对重要的对象分配较多的字节，对次要的 对象分配较少的字节，从而大大提高了压缩比，使其在较低的码率下获得较好的 效果。 h 2 6 1 h 2 6 1 是i t u t 在1 9 9 0 年为在综合业务数字n ( i s d n ) l - 开展双向声像业务 ( 可视电话、视频会议) 而制定的，速率为6 4 k b s 的整数倍。h 2 6 1 只对c i f 和 q c i f 两种图像格式进行处理，每帧图像分成图像层、宏块组( g o b ) 层、宏块( m b ) 基于1 p v 6 的网络视频监控的研究 层、块( b l o c k ) 层来处理。h 2 6 1 是最早的运动图像压缩标准，它详细制定了视频 编码的各个部分，包括运动补偿的帧间预测、d c t 变换、量化、熵编码，以及 与固定速率的信道相适配的速率控制等部分。 h 2 6 3 h 2 6 3 是i t u t 为低于6 4 k b s 的窄带通信信道制定的视频编码标准。它是在 h 2 6 1 基础上发展起来的，其标准输入图像格式可以是s - q c i f 、q c i f 、c i f 、 4 c i f 或者1 6 c i f 的彩色4 ：2 ：0 亚取样图像。h 2 6 3 与h 2 6 1 相比采用了半象素 的运动补偿，并增加了4 种有效的压缩编码模式。 h 2 6 4 h 2 6 4 标准是i i u - t 的v c e g ( 视频编码专家组) 和i s o f l e c 的m p e g ( 活 动图像专家组) 的联合视频组( t ，j o i n tv i d e ot e a m ) 开发的标准，也称为m p e g 4 p a r t1 0 ，“高级视频编码”。在相同的重建图像质量下，h 2 6 4 比h 2 6 3 节约5 0 左右的码率。因其更高的压缩比、更好的i p 和无线网络信道的适应性，在数字 视频通信和存储领域得到越来越广泛的应用。同时也要注意，h 2 6 4 获得优越性 能的代价是计算复杂度增加，据估计，编码的计算复杂度大约相当于h 2 6 3 的3 倍，解码复杂度大约相当于h 2 6 3 的2 倍。 总之，m p e g 4 和h 2 6 4 标准是当前用于视频监控的比较好用的算法，它们 有较高的压缩率和高质的图像质量。许多公司提供了开发m p e g 4 的第三方f i l t e r ， 使得程序员在d i r e c t s h o w 体系结构下开发m p e g 4 的应用程序变得比较轻松。所 以选择m p e g 4 做为i p v 6 视频监控的的压缩算法。 2 3 流媒体网络传输方式 目前应用于互联网上的流媒体发布方式主要有单播( s i n g l e c a s t ) 、广播 ( b r o a d c a s t ) 、组播( m u l t i c a s t ) 和点播( u n i c a s t ) 等四种技术。【3 】 单播 单播需要在客户端与媒体服务器之间建立一个单独的资料信道，从一台服务 器送出的每个数据包只能传送给一个客户机。每个用户必须对媒体服务器发送单 独的查询，而媒体服务器必须向每个用户发送所申请的资料包拷贝。这种巨大冗 余造成服务器负担沉重，响应需要很长时间，甚至停止播放；单播一般用于广域 基于i p v 6 的网络视频监控的研究 网的流媒体传输。 广播 广播是指在i p 子网内广播数据包，所有在子网内部的主机都将收到这些数 据包。广播意味着网络向子网主机都投递一份数据包，不论这些主机是否乐于接 收该数据包。然而广播的使用范围非常小，只在本地子网内有效，因为路由器会 封锁广播通信。广播传输增加非接收者的开销。单播和广播这两种传输方式都非 常浪费网络带宽。 组播 组播是一种允许一个或多个发送者发送单一的数据包到多个接收者的网络 技术。组播源把数据包发送到特定组播组，而只有属于该组播组的地址才能接收 到数据包。组播可以大大的节省网络带宽，因为无论有多少个目标地址，在整个 网络的任何一条链路上只传送单一的数据包。 点播 点播连接是客户端与服务器之间的主动的连接。在点播连接中，用户通过选 择内容项目来初始化客户端连接。用户可以开始、暂停、快进、后退或停止流。 点播连接提供了对流的最大控制，但这种方式由于每个客户端各自连接服务器， 占用网络带宽很多。 由此可见，p 组播技术在多点视频数据传输方面具有很大的优势，非常适合 用于网络视频监控上。 2 4 流媒体的传输协议 流式传输的实现需要合适的传输协议。t c p 需要较多的开销，不太适合传输 实时数据。在流式传输的实现方案中，一般采用h t t p t c p 来传输控制信息，而 用r t p u d p 来传输实时多媒体数据。【3 】【5 】 t c p 和u d p t c p 和l r d p 都是属于传输层的协议，但它们却有很大的不同。t c p 是面向 连接的传输，在传输数据前，必须在发送方和接收方间先建立通讯通道，它提供 高可靠性的服务。而u d p 是无连接的数据报传输，它不需要建立连接和撤销连 接，而直接把数据送到接收端，并且还取消了重发校验机制，能够达到较高的通 基于i p v 6 的网络视频监控的研究 讯速率。所以u d p 的主要特点是传输的高效率，但可靠性却很低。一般情况下， t c p 和u d p 共存于一个网问网中，前者提供高可靠性服务，后者提供高效率服 务，高可靠性的t c p 用于对传输质量要求较高的情形，如文件传输，远程登录 等。高效率的u d p 用于对传输效率要求较高及网络的可靠性较高的场合，如实 时的语音图像传输。u d p 的可靠性由应用程序提供，因为交换次数不多，即便 发生传输错误，必须重传，应用程序也不会为此付出太大的代价。下图是面向无 连接的编程模型： 服务器客户机 图2 - 1 无连接编程模型 实时传输协议r t p 与r t c p r t p 一种提供端对端传输服务的实时传输协议。r t p 通常工作在点对点或点 对多点的传输情况下，其目的是提供时间信息和实现流同步。r t p 通常使用u d p 传送数据，但也可工作在a t m 或t c p 等协议之上。r t c p 和r t p 一起提供流量 控制和拥塞控制服务。通常r t p 和r t c p 配合使用，r t p 依靠r t c p 为传送的 数据包提供可靠的传送机制、流量控制和拥塞控制，因而特别适合传送网上的实 时数据。r t p r t c p 传输方式原理如图所示： 基于i p v 6 的网络视频监控的研究 图2 - 2r t p r t c p 协议应用框图 = 令媒体数据 - 一控制信息 r t p 包和r t c p 包的结构以c 语言形式表示如下： t y p e d e fs t r u c t b y t em e d i c s ；媒体的类别( 视频或音频) d w o r d s n ；包的序列号 d w o r dt i m e s t a m p ；时戳 b y t ef r a m ee n d ；图像帧( 音频缓冲区) 最后一包数据 w o r ds i z e ：数据大小 b y t eb u f f e r 1 4 5 0 ；数据区，非广播方式可以相应增大 r t pp a c k e t ； t y p e d e f s t r u c t b y t em e d i c s ；媒体的类别( 视频或音频) d w o r dt i m es t a m p ；时戳 d w o r d s e n d _ p a c k e t s 发送 包的数目_ n u m b e r ； r t p d w o r ds e n db y t e s _ n u m b e r ；发送的字节数目 d w o r dr e c e i v e _ p a c k e t sn u m b e r ；接收r t p 包的数目 d w o r di j ；h 包间抖动 r t c pp a c k e t ； 数据报由发送端分组封装、发送。接收方收到数据包后，对它进行一个与发 送方封装过程相反的重组处理；保证接收到的数据与发送端的数据格式相同。 实时流协议r t s p r t s p 是应用级的实时流协议，它的设想描述在r f c 2 3 2 6 文件中。它的主要 目标是为单目标广播和多目标广播上的流式多媒体应用提供牢靠的播放性能，以 及支持不同厂家提供的客户机和服务器之间的协同工作能力。r t s p 协议想要提 供控制多种应用数据传送的功能，提供一种选择传送通道的方法，例如u d p ， o 基于i p v 6 的网络视频监控的研究 t c p ，i p 多目标广播通道，以及提供一种基于r t p 协议的递送方法。 资源预订协议r s v p r s v p 是一种资源预留协议，运行在传输层。r s v p 针对i n t e m e t 原有传输层 协议不能保障q o s 质量和不支持多点传输的缺点，在业务流传送之前，预约一 定的网络资源，建立静态或动态的传输逻辑通路，保障了每一业务流都有足够的 “独享”的带宽，克服了由于网络信包过多引起的拥塞、丢失和重传，提高了网 络传输的q o s 性能。r s v p 已经被接受为i n t e m e t 的协议。 第三章i p v 6 视频网络传输技术 在本章中，重点围绕和卫p v 6 视频网络传输有关的口v 6 地址类型、w i n s o c k 技术、组播技术和服务质量。 3 ii p v 6 地址类型 在r f c 2 3 7 3 中指定了几种i p v 6 类型的寻址方案( b 。v 6 寻址结构) 。i p v 6 地址是接口和接口集的1 2 8 位标识符。r f c2 3 7 3 为i p v 6 定义了多种地址格 式，脚6 地址大致分为单播地址、组播地址和任播地址。【1 1 3 1 1u n i c a s t 地址 单播地址标识单个接口。然而，对于口v 6 而言，一个接口往往分配有多个 单播地址。一般会遇到下列4 种单播地址： 链接一本地地址 每个接口始终分配有一个链接一本地地址，每个物理网络接口都自动配置了 一个这样的地址。它用来仅和在同个链接上的节点通信，并总是以f e 8 0 ：6 4 为前缀。另外，由于链接一本地地址未持有路由信息，所以接口索引经常和地址 一起显示。 ， 站点一本地地址 只有在本地网络环境中才能抵达站点一本地地址，例如一个特定地点的公司 网络中。因为不能从其他地点或i n t e m e t 中访问这些地址，而且专用网络中的路 由器不会将通信转发到本地地点之外，所以它们和i p v 4 专用地址空间相似。站 点一本地地址使用f e c 0 ：4 8 作为前缀，必须用i p v 6 路由器或通过d h c p v 6 进行 分配。 全球地址 全球地址就是在i p v 6 互联网中都可访问的地址。该地址以0 0 1 开始，前6 4 位中的其余6 1 位来建立路由体系，后6 4 位组成接口的标识符，用以唯一标识网 络中的网络接口。它也通过路由器广告或使用d h c p v 6 进行分配。 基于i p v 6 的网络视频监控的研究 兼容地址 用来支持从i p v 4 到i p v 6 的转换。w i n d o w s 支持4 种兼容地址：i s a t a p ( 现 场自动隧道寻址协议) 地址、6 到4 地址、6 跨4 地址以及i p v 4 兼容地址。 3 1 2m u l f i c a s t 地址 i p v 6 组播m u l t i c a s t 地址是一组结点的标识符。组播地址只能作为目的地址 出现，在i p v 6 包中不能用做信源地址或出现在任何路由报头中。多个计算机可 以“加入”一个组播组，监听某个特定的组播地址。加入该组的每个计算机都将 收到发往该组播地址的任何数据。 3 1 3a n y c a s t 地址 任播是标识多接口的地址。使用这些地址的目的，是将指向一个任播地址的 包路由到最近的分配有该地址的接口。当网络中存在几个节点提供某种特定的服 务时，使用任播地址比较有利。每个计算机都可以分配同一个任播地址，有意联 系这种服务的客户机将路由到最近的提供服务的成员处。因为这种通信是一个对 多个之中的一个，而不是一个对多个，所以它和组播不同。目前任播地址仅分配 于路由器。 3 2w i n s o c k 对i p v 6 的支持 3 2 1w i n s o c k 中的i p v 6 寻址 w i n s o c k 应用程序中指定i p v 6 地址时使用下述结构： s t r u c ts o c k a d d r _ i n 6 s h o r ts i n 6 _ f a m i l y ； u _ s h o r ts i n 6 _ p o r t ； u _ l o n gs i n 6 _ f l o w i n f o ； s t r u c ti n 6 一a d d rs i n 6 _ a d d r ； u _ l o n gs i n 6 _ s c o p e _ i d ； ) ； s i n 6 _ f a m i l y 标识了地址族，该地址族为a f 一1 n e t 6 ，s i n 6 _ p o r t 个字段是端口 号。s i n 6 n o w i n f o 用于为连接标记通信量。s i n 6a d d r 是一个包含了二进制i p v 6 垄王! ! 堑笪旦塾塑塑堕量笪堑塞 地址的1 6 字节结构。s i n 6 一s c o p e _ i d 指明地址所在的接口索引。对于链接一本地 地址，必须指定目的所在的本地范围i d ，s i n 6 _ s c o p e _ i d 就用于这个目的。站点 一本地地址可以引用地址号码作为范围i d 。全球地址不包含范围i d 。这个结构 中的所有字段都必须按照网络字节顺序排列。 3 2 2w i n s o e k 下的i p v 4 i p v 6 专用函数 i p v 6 a p i 中一部分沿用了i p v 4 a p i ，也新增了一些i p v 6 专用a p i ，为使得程 序具有更大的通用性，尽量避免使用i p v 4 专用函数，这些函数如表3 1 所示：【5 】 6 】 表3 - 1i p v 4 v 6 专用函数 ；鍪1 p v 4 专用 是对应的l p v 4 v 6 通用函数 功能说明 i n e t _ a t o n ( ) i n e tn t o p ( ) 字符串地址转为i p 地址 i n e t _ _ n t o “) i n e t _ p t o n ( ) i p 地址转为字符串地址 g e t h o s t b y n a m e ( ) g e t i p n o d c b y n a m e ( ) 由名字获得i p 地址 g e t h o s t b y a d d r ( ) s t r u c th o s t e n t + g e t i p n o d e b y a d d r ( ) i p 地址获得名字 g e t a d d r i n f o ( ) 获得全部地址信息 g e m a m e i n f o ( ) 获得全部名字信息 ! 一_ 麦发生变化的函数功能说明 s o c k e t ( ) 建立s o c k e t b i n d ( ) s o c k e t 与地址绑定 s e n d ( ) 7 发送数据( t c p l s e n d t o ( ) 发送数据( u d p i r e c e i v e ( ) 接收数据( t c p ) r e c v ( ) 接收数据( u d p i a c c e p t ( ) 接收连接 l i s t e n ( ) 网络监听 个对应的i p v 4 v 6 通用函数，但是在使用通用函数的时候需要个协议类型参数 ( a f _ i n e t a f _ i n e t 6 ) 。另外还增加了两个功能强大的函数g e t a d d r i n f o ( ) 和 g e t n a m e i n f o ( ) ，几乎可以完成所有的地址和名字转化的功能。 基于i p v 6 的网络视频监控的研究 3 3 组播技术 3 3 1i p v 6 组播地址的基本格式 网络中的某一个节点可以属于任意数量的m u l t i c a s t 集合，组播地址具有如图 3 - 1 所示的格式。 1 1 1 f p m u l t i c a s t 地址的标识就是格式前缀f p 为八比特组1 1 1 1 1 1 1 1 。 2 f l a g 标志由四位组成，前面3 位为保留位，初始设置为0 。t = 0 指示一个永久分 配的组播地址，由全球i n t e m e t 编号机构进行分配；t = i 指示一个非永久分配的 组播地址。 3 s c o p e 4 位的组播范围值用于限制组播群组的范围。该字段的可能值如表3 2 所示。 表3 - 2s c o p e 范围值所代表的相应地址类型 域值台义 0 l，本增绪点 l o本地峨 0 1 0 1 答地罔点 s c o p e 1 啪 奉增题织 l l l 0垒愚蠛黜 葛宫 馕留或来指定 4 g r o u p i d 群组g r o u pi d 标识符字段用于标识给定范围的组播群组，可以是永久的，也 可以是临时的。 永久分配的组播地址，其含义是独立于范围字段值。例如，如果为n t p 服 务器组指定一个组标识符为1 0 1 ( 十六进制) 的永久组播地址，则： f f 0 1 ：o ：o ：0 ：o ：o ：o ：1 0 1 指在同一结点上的所有n t p 服务器： f f 0 2 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：1 0 1 指在同一链路上的所有n t p 服务器； 垠 嫩m 釉 基于i p v 6 的网络视频监控的研究 f f 0 5 ：0 ：o ：0 ：0 ：0 ：0 ：1 0 1 指在同一站点上的所有n t p 服务器： f f o e ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：1 0 1 指在i n t e m e t 上的所有n t p 服务器： 非永久分配的组播地址只在给定范围内才具有意义。例如，在某个站点由非 永久的站点本地组播地址f f l 5 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：0 ：1 0 1 标识的组与一个不同站点中使用 同一个组标识