（计算机应用技术专业论文）基于网络层组播的电视直播系统的研究与实现.pdf

摘要 摘要 二十世纪九十年代以来，随着互联网的普及和i t 技术的发展，人们已不仅 仅满足于电报、电子邮件等通信方式，越来越多音视频业务通过网络走入人们的 工作和生活。在传统的单播模式下，这些业务占用了大量的带宽，消耗了网络的 资源，加剧了网络拥塞的程度。若能减少这部分的流量，将能极大的提升网络的 性能，正是基于这种考虑，i p 组播产生了。 本文在深入研究传统i p 组播技术及组播协议体系结构的基础上，讨论了 p i m s m 协议，着重从因特网服务提供商、a s m 模型、用户的利益等方面分析了 a s m 模型面临的困境。并详细介绍了s s m 模型的工作过程、体系结构以及相对于 a s m 模型的优点，比较了网络层组播中a s m 模型与s s m 模型的特点，介绍了i p 网络中流媒体传输的关键问题，最后实现了基于p i m s m 协议的电视直播系统的 s s m 模型。 文章充分考虑了系统对安全性和服务质量的要求，利用w i n s o c k 2 套接字编 程及源认证技术，一定程度上保障了系统的安全。在服务质量上，利用环形缓冲 区来缓存数据，经过一定时阳j 的延迟，提交给客户端回放，提高了回放质量。 系统特别适用于接收者众多的场合，满足了电视直播系统的要求，提高了系 统的安全性。利用d i r e c t s h o w 技术，实现了流媒体的高质量回放。并经试验测 试，验证了系统的可用性、安全性。 关键词：网络层组播，协议无关组播稀疏模式，源特定组播，流媒体 i i a b s t r a c t s i n c et h e9 0 si n2 0c e n t u r i e s a l o n gw it ht h eu n i v e r s a l i t yo ft h e i n t e r n e ta n dt e c h n i c a ld e v e l o p m e n ti ni t ，t h ec o r r e s d o n d e n c em e t h o do f t e l e g r a m ，e - m a i le t c h a sa l r e a d yb e e nn o to n l yc o n t e n t e db yp e o p l e ，m o r e a n dm o r ea u d i 0 、v i d e ob u s i n e s sa r ew a l k i n gi n t ot h ep e o p l e sw o r ka n d l i f e st h r o u g ht h en e t w o r k a tt h et r a d i t i o n a lu n i c a s tm o d e ，t h e s e b u s i n e s s e st a k eu pag r e a td e a lo fb a n d w i d t h ，c o n s u m i n gt h er e s o u r c e so f t h en e t w o r k ，t u r n i n gw o r s et h ed e g r e eo ft h en e t w o r kc o n g e s t i o n i ft m s k i n do ff l o wc a nb er e d u c e d ，i tw i l lp r o m o t et h ef u n c t i o no ft h en e t w o r k g r e a t l y e x a c t l ya c c o r d i n gt ot h i sk i n do fc o n s i d e r a t i o n ，t h ei pm u l t i c a s t a p p e a r s o nt h ef o u n d a t i o no ft h o r o u g hr e s e a r c hi nt h et r a d i t i o n a li pm u l t i c a s t t e c h n i q u ea n dm u l t i c a s tp r o t o c o l sa r c h i t e c t u r e ，t h i st h e s i ss t u d i e st h e p i m s mp r o t o c o l ，m a i n l ya n a l y z e st h ed i s a d v a n t a g eo fa s mm o d e lf r o mt h e a s p e c t so fi s p 、a s mm o d e la n dc u s t o m e r s b e n e f i t se t c t h i st h e s i s d e t a i l e d l yi n t r o d u c e st h ew o r kp r o c e s s ，t h ep r o t o c o l sa r c h i t e c t u r ea n d t h ea d v a n t a g eo ft h em o d e lo fs s m ，c o m p a r e st h ec h a r a c t e r i s t i c so fa s m m o d e la n ds s mm o d e l ，i n q u i r i e si r i t et h ek e yp r o b l e m sf o ri pn e t w o r ks t r e a m m e d i u mt r a n s p o r t a tl a s t t h i st h e s i sr e a l i z e ss s mm o d e lo ft e l e v i s i o n 1 i v es y s t e mb a s e do np i m s mp r o t o c 0 1 t h i ss y s t e mc o n s i d e r sf u l l yt h er e q u e s to ft h es a f e t ya n do o s ，b y m a k i n gu s eo ft h ew i n s o c k 2p r o g r a m m i n ga n dt h es o u r c ea u t h e n t i c a t i o n t e c h n i q u e ，g u a r a n t e e st h es a f e t yo ft h es y s t e mo nt h ec e r t a i nd e g r e e t o t h eo o s ，t h i ss y s t e mm a k e su s eo ft h ew r e a t hf o r mb u f f e rt os a v et h ed a t a ， a f t e rac e r t a i nt i m e o fd e l a y h a n d so v e rf o rc l i e n t st or e p l a ya n d i m p r o v e st h eq u a n t i t yo fd i s p l a y t h i ss y s t e mb es p e c i a l l ya p p l i c a b l et on u m e r o u sr e c e i v e r s s i t u a t i o n ， s a t i s f i e st h er e q u e s to ft h et e l e v i s i o nb r o a d c a s t1 i v et h es y s t e m i n c r e a s e st h es a f e t yo ft h es y s t e m m a k e i n gu s eo ft h et e c b n i q u eo f d i r e c t s h o w i tr e a l i z e st h ed i s p l a yf o rh i g hq u a n t i t vo ft h es t r e a m m e d i u m t e s t sv e r i f i e st h es y s t e m su s a b i l i t va n ds a f e t y ， k e yw o r d s ：i pm u l t i c a s t ，p i m s m ，s s m ，s t r e a mm e d i a i l l 垫皇主堕12 旦2 3 昼6 郑重声明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄 袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为，否则，本人愿意承担由此产生的一切 法律责任和法律后采，特此郑重声明。 第一章引言 第一章引言 1 1 研究意义 二十世纪九十年代以来，世界各国对信息及信息产业的重视，极大地推动了 i t 产业的发展。随着i n t e r n e t 的普及，上网人数正以几何级数快速增长。由于 网络带宽的增加，计算机硬件、软件技术的提高，以及人类自身、社会和经济的 需求，i n t e r n e t 上的多媒体业务所占比重越来越大。视频会议、视频点播、多 媒体远程教育、远程会诊等高带宽的多媒体应用极大的占用了网络资源，音、视 频的海量数据加剧了网络的拥塞程度。这是因为采用点到点的单播方式，源节点 必须为每一个会话创建连接，发送数据，骨干网上因而存在大量的重复数据，不 仅导致通信效率的低下，而且加重了网络的负担。若采用i p 广播，虽然能把一 个i p 报文发送给同一个网段的所有主机，但是由于不是所有的主机都需要这些 报文，而且广播也仅局限于同一个网段内，因而不能满足多媒体应用的需要。在 这种情况下，i p 组播也就应运面生了。 二十世纪八十年代中期，斯坦福大学的博士生s e d e e r i n g 发表h o s t g r o u p ：am u l t i c a s te x t e n s i o nt ot h ei n t e r n e tp r o t o c o l ( r f c 0 9 6 6 ) 和h o s t e x t e n s i o n sf o ri pm u l t i c a s t i n g ( r f c 0 9 8 8 ) 。两篇论文，提出了i p 组播的可 能性。其后，各国科学家对i p 组播进行了深八的研究，提出了系列的组播协 议，搭建了组播骨干网m b o n e 进行组播实验，各n 厂商也积极开发支持组播的 产品。i p 组播是项非常实用的技术，其获得了包括h p 、i 叫、i n t e l 、m i c r o s o f t 、 c i s c o 和3 c o m 等业界有影响的众多厂商的支持。r f c l 7 5 2 ”明确规定， p v 6 设备 必须支持组播。国际上的主要网络设备商、电信公司和i s p 已组成了一个国际性 论坛”】p 组播倡议组织( i p m i ) ”，目的是与i e t f 中的组播工作组起制定i p 组 播标准，并加速这些标准的采用。 自2 0 0 4 年以来，i p t v 成为各运营商的研究热点，全球已有数十家电信运营 商进入了i p t v 市场，到2 0 0 4 年底，全球i p t v 用户数已超过1 0 0 万户。在未来 两三每? 的时间里，i p t v 业务将进入规模发展阶段，用户数将持续增长。ipt v 视频流在终端用户看来有点播和广播两种接收方式；就观频流传播的有效性 第一章引言 讲，两种方式的视频流在ip 网上传送属于不同的技术范畴，广播接收方式对i p 网络提出了组播功能( m u l t i c a s t ) 要求；点播接收方式要求ip 网络能有效 的将视频流推送到用户接入网络( v d nc d n ) 。 人们越来越不满足于浏览网页、收发电子邮件等简单的网络应用，随着带宽 的增加，计算机性能的提升，应用的成熟，更多的视频业务出现在网上，有望成 为网络经济新的增长点。因此，研究组播和流媒体技术，有着重大的现实意义。 1 2 研究现状 i p 组播技术发展二十多年来，一度成为研究的热点，受到业内人士的广泛 关注，其技术思想也是合理的，高效的。但传统的i p 组播模型在现实中并没有 得到广泛的应用，原因也是多方面的。目前，网络层组播的研究热点主要集中在 以下两个方面： 组播的安全性【4 1 ：安全组播可分为集中式和分布( 分层) 式密钥管理体系。目 前，对于组播安全性问题已有n a i v e 密钥管理、i o l u s 、n o r t e l 框架和s r m ( s e c u r e r e l i a b j em u l t i c a s t ) 等解决方案。m a t t h e wj m a y e r 等人提出了安全组播评 估标准，回顾并讨论了安全组播体系结构、组密钥管理和信源认证等问题。然而 现有的解决方案都不同程度的存在不足，安全组播仍然是一个技术难点。 组播的可靠性【4 】：i p 组播数据包典型使用用户数据报协议( u d p ) ，而u d p 是 一种“尽力而为”( b e s t e f f o r t ) 协议。因此，i p 组播应用必定会遇到数据包丢 失和乱序问题。对于不同类型的应用必须在确认方式( 肯定确认a c k 和否定确认 n a c k ) ，集中确认与分布确认、重传机制、重传范围、流量控制、拥塞控制、 e n d t o e n d 延迟和广播延迟、网络抖动、可伸缩性与网络的异构性等方面做出 综合考虑，提出相应的解决办法。组播的可靠性研究仍然是国际上的重点研究课 题之一。 由于传统的a s m 组播模型存在地址分配、访问控制等问题，并且现实生活中， 大量的多媒体业务都是确定组播源的，于是，i e t f 提出了s s m ( s o u r c es p e e i f i e d m u l t i c a s t ) 组播模型，它采用了- - 至r j 多的业务模式。 对网络电视而言，【亥业务的广泛部署至少要求d s l a m 设备对i p 组播技术进 行支持。根据i p t v 不同的部署策略以及对节约城域网带宽的考虑，核心网、城 域网必须支持i p 组播技术。 2 筇章引言 为了满足组播业务的商业化运莆，如何控制非法组播源，构建可控的组播网 络，保障网络的安伞有序，是设计组播网络时应该考虑的一个关键问题。 基于t c p i p 的网络目前还是以提供“尽力发送( b e s te f f o r t ) ”服务为主， 也就是说网络中所有的数据包将被同等地传送，不能保证一定的端到端的延迟或 者不被丢弃，而网络传输所造成的延迟、抖动或丢包等因素f 5 】对于具有实时交互 特性的网络电视业务而言，其影响是至关重要的。 目前常用的组播流媒体服务器有m i c r o s o f t 的w i n d o w sm e d i as e r v e r 和 r e a l s y s t e m 的r e m s e r v e r 。w j n d o w sm e d i as e r v e r 可以配置为向客户端发送组 播流，但由于使用了bf r a m e 和智能流技术，在客户端播放器上出现明显的跳 帧和不连续。 1 3 研究的内容和主要工作 1 3 1 研究的主要内容： 研究了组播技术及p i m s m 、p i m d m 、i g m p v l 、i g m p v 2 、i g m p v 3 协议，对p i m s m 、 p i m d m 协议的工作过程、协议特点、适用范围进行了分析比较。分析了i g m p v l 、 i g m p v 2 、i g m p v 3 协议的进化过程、三个协议版本的不同、目的、流程，以及三 个协议版本对商业应用的支持程度。 研究了网络层组播的优缺点，分析了限制a s m 模型发展的因素。并对i p v 6 环境下的组播技术作了一些研究。 研究了流媒体技术、流媒体编解码标准及流媒体传输协议，分析了i p 网络 中流媒体传输的关键问题，分析了m i c r o s o f t 和r e a l n e t w o r k s 公司的流媒体组 播解决方案。 1 3 2 主要工作： 由于a s m 模型先天的缺陷，课题实现了基于p i m _ s m 协议的s s m 模型，满足 了电视直播系统的要求，提高了系统的安全性。利用d i r e c t s h o w 技术，实现了 流媒体的高质量回放。 第二章嘲络层组播技术与流媒体技术 第二章网络层组播技术与流媒体技术 2 1 组播技术综述 2 1 1 网络层组播i s 简介 1 、工作原理 i p 组播( 组播) 是一种允许一台或多台主机( 组播源) 发送单一数据包到 多台主机( 一次，同时) 的t c p i p 网络技术。相对于单播而言，不管有多少接 受者，在网络链路上，数据包仅被传输一次。只是在到达不同接收者的分叉处， 数据包被复制。而采用传统的单播技术，有多少接收者，数据源就得发送多少数 据包，如图1 1 、1 2 所示。因此，组播是一种更合理的数据传输技术，适用于 一对多、多对多的应用环境。 接收主机 图2 1组播图2 2单播 当某一台主机希望接收组播数据时，他首先加入该组播组。组播组由d 类 i p 地址标示。边缘路由器接收到该加入消息后，会在发送者和接收者之间建立 组播树，引导组播数据到达接收者。若该接收者不再存在时，边缘路由器会取消 数据源与该接收者间的连接。 2 、组播地址 在组播通信中，需要两种地址：一个i p 组播地址和一个e t h e r n e t 组播地址。 d 类i p 地址作为i p 组播地址，范围从2 2 4 0 0 0 到2 3 9 2 5 5 2 5 5 2 5 5 。部分d 类地址被保留，用作永久组的地址。 第2 层的组播地址( 组播m a c 地址) 可以从i p 组播地址计算得来。方法是 把i p 地址的最后2 3 位作为m a c 地址的最后2 3 位，然后把这2 3 位前面的那一位 置为0 。m a c 地址的前2 4 位必须为0 x 0 1 0 0 5 e 。这样，3 2 个i p 地址就会对应一 个m a c 地址，所以主机c p u 必须对收到的每一个组播数据包做出判断，这增加了 4 第章删络层组播技术与流媒体技术 主机c p u 的开销。 3 、组播树 组播树是数据从源到其他接收者所经过的路径，按树根位置的不司，可分为 源树( 也叫最短路径树s p t 树) 和共享树( r p t 树) 。源树的树根位于数据源节点， 共享树的树根位于网络中某些可选的节点，一般称之为r p 。数据源首先将组播 数据包发送给r p ，再由r p 转发给接收者。组播树通过逆向路径转发( r p f ) 机制来 决定是否转发数据。逆向路径转发的过程是； 路由器检查数据包的源地址，确定该数据包经过的接口，是否在从源到 此的路径上； 若数据包是从可返回源主机的接口上到达，则转发该数据包到输出接口 表上的所有接口，否则丢弃。 4 、组播协议体系结构【7 】 在主机与边缘路由器之间运行组管理协议( i g m p ) ，来管理组播组成员的加 入与离开。在域内路由器之间运行组播路由协议，以创建组播树，完成对组播数 据包的转发。目前有多种组播路由协议，根据其创建的组播路由树的类型可以分 为两类。距离向量组播路由协议d v m r p ( d i s t a n c ev e c t o rm u l t i c a s tr o u t i n g p r o t o c 0 1 ) 、组播开放最短路径优先协议m o s p f ( m u l t i c a s to p e ns h o r t e s tp a t h f i r s t ) 以及密集模式独立组播协议p i m d m ( p r o t o c o l i n d e p e n d e n t m u l t i c a s t d e n s em o d e ) 创建对源而言的最短路径树；稀疏模式独立协议组播 p i m s m ( p r o t o c o l i n d e p e n d e n tm u l t i c a s t s p a r s em o d e ) ，基于核心树的组播 协议c b t ( c o r eb a s e dt r e e ) ，基于核心树的有序组播协议o c b t ( t h eo r d e r e d c o r eb a s e dt r e ep r o t o c 0 1 ) 以及分级组播路由协议h i p ( ap r o t o c o lf o r h i e r a r c h i c a lm u l t i c a s tr o u t i n g ) 创建对r p 而言的最短路径树( p i ms m 在适 当的时候切换至对源的最短路径树) 。根据组播组成员的分布，组播路由协议可 以分为密集模式和稀疏模式两类。密集模式路由协议包括距离向量组播路由协议 d v m r p 、组播开放最短路径优先协议m o s p f 和密集模式独立组播协议p f m d m 等。 稀疏模式主要有基于核心树的组播协议c b t 和稀疏模式独立协议组播p l m - s m 。 域间组播路由协议主要有m s d p ( 2 h 播源发现协议) 和b g m p ( 边界网关组播协议) 。 2 2p i m - s m 协议 第：章刚络层组播技术与流媒体技术 h m 由i d m r ( 域唰组播路由) 工作组设计，顾名思义，p i m 不依赖于某特 定单播路由协议，它可利用各种单播路由协议建立的单播路由表完成r p f 检查功 能，而不是维护一个分离的组播路由表实现组播转发。由于p 【m 无需收发组播路 由更新，所以与其它组播协议相比，p i m 开销降低了许多。p i m 的设计出发点是 在i n t e r n e t 范围内同时支持s p t 和共享树，并使两者之间灵活转换，因而集中 了它们的优点提高了组播效率。p i m 定义了两种模式：密集模式 8 】( d e n s e m o d e ) 和稀疏模式【9 1 ( s p a r s e m o d e ) 。 2 2 1 组播路由表项 组播路由表项是在路由器中维持的组播路径树的节点状态是由周期性或者 是触发的控制消息来给出或改变状态。一共分为三类不同的表项： ( s ，g ) ：是种指定数据源和组播组的表项。它可以是由数据包的到来，收 到相应的加入剪枝消息或者对断言消息的处理而触发生成的。这个表项的r p t 位的值又把此项分为两个小类，若r p t 位置位，则表示从共享树中剪除相对此源 的转发状态，即此源的数据不再沿共享树发送，否则，这个状态就代表以源为根 的最短路径树( s p t ) ，匹配源和组的数据按路由器中的这个状态进行分发。 ( $ ，g ) ：相对组g 的共享树状态。在确定某组的r p 之后，并且组g 有成员加 入时，这棵由r p 到组成员的最短路径树也就建立起来了。 ( ， ，r p ) ：任何源或是任何组，对应相同的r p 的一种状态。它保持在一个 域的p m b r 到r p 的路径中，主要是为了方便域问组播数据的转发。 组播路由表同单播路由表有一些相似之处，但也有许多自己的特点。表项由 几个部分组成： r p ，此为组播稀疏模式中必有的一项，没有r p 根本不可能建立起组播路由。 ( s ，o ) ，( ，o ) ，( $ ， ，r p ) 等具体的组播路由标识，类似于单播路由表中 的目的地址，用于数据包选择表项匹配的最初依据。 路由项的标志位，上面提到的r p t 位就是其中的一个，用于标志此路由表 项的当前状态，与单播中标志路由协议类型的位不同，但与它的路由是否 有效位类似，只是情况更为复杂。 路由项的超时时钟，组播中路由状态的维持是需要周期的刷新消息的，在 规定超时时间内未得到刷新，则此项状态要被删除。 第。章剐络层纽播技术与流媒体技术 入“f 即某表项的r f ) r 接m 用于检查组播数据包是否从正确的接lj 到 达，若此项不匹配，则丢弃收到的数据。 r p f 邻居：也是用于检查到来的数据是否应由此表项转发的。 出口列表o i fl i s t ：类似于单播路由中的出口，即说明正确匹配此表项的 数据通向j 下确下一跳的方向，当然组播树可能在这个节点分叉，所以可能 同时有儿个出口。 出口时钟：用来超时不再需要数据的出口，因为下游触发的剪枝消息可能丢 失，与上面路由项的超时时钟类似。 2 2 2p i m s m 工作过程 下面是组播分布树的成功建立以及组播报文正确转发的简要过程，分为3 个阶段。 1 、共享树的建立： p i ms m 操作必须依靠以r p 为根结点的共享树展丌，因此共享树也称为r p 树。共享树的建立依赖于r p 的确定以及存在最后一跳路由器需要收到指定某 组播组信息这两个条件。共享树的建立过程如下。 ( 1 ) 通过静态配置或者动态自举机制，即b o o t s t r a p 消息单跳传递给所有p i m s m 邻接路由器来选举出b s r ，各候选r p 发送候选r p 广播消息给当前b s r ，确定 出候选r p 集。 ( 2 ) 主机通过i g m p 成员关系报告加入到某组播组g ，主机所在的子网选出 d r 接收主机的申请。d r 收到此报告后查找g 对应的r p ，并在它的组播路由表 中新建条目( $ ，g ) ，把收到报告的接口添加到( $ ，g ) 的出口列表中。 ( 3 ) 若找到对应的r p ，d r 使用它的单播路由表确定通向r p 的接口，发送一 个( $ ，g ) 加入消息，如果从d r 到r p 的路径中所经过的结点还没有组g 的状态， 那么它也需要新建一个( $ ，g ) 状态并把收到加入消息的接口添加到出口列表，若 是原先就存在( 十，g ) 的路由表条目，因为从r p 到这个节点的组g 的共享树原来 己经就建立起来了，只是出口列表中没有加入消息到达这个接口，所以只需要把 新的出口添加到列表中，停止转发加入消息。至此在r p 与此d r 之间建立起该组 对应的共享树的一个分支。当多个加入消息汇合在r p 上时，就形成了组g 的组 播分布树，称为共享树，r p 为根节点。 第章| 删络层组播技术与流媒体技术 ( 4 ) 共享树建立起来之后会根据i g m p 成灵关系的变化而进行加入剪枝操作， 当某个树枝不再被需要时，使用剪枝水拆除。某接收站点通过发送条1 ( ；m p 离 丌消息来离开组播组g ，假设此站点是它所在多访问网络上的唯一组播接收者， 那么它与d r 相连的接口就会被从d r 的( ，g ) 的出口列表中删掉，如果删除后( ， g ) 的出口列表变为空，就表明此节点不再需要来自组g 的信息，那么它向r p 发 送( ，g ) 的剪枝，将自己从共享树上剪枝，如果剪枝消息从d r 到r p 的过程中 直导致中间节点产生( ，g ) 的出口列表删为空的情况，则共享树被拆除，否则， 剪枝消息在中问某节点被处理后，此节点的( ，g ) 的出口仍不为空，说明共享树 在此分叉，组g 还有别的接收者，则剪枝不再向上游发送。 2 源注册和注册停止 ( 1 ) 某数据源s 向g 发送组播报文，s 相关的d r 要通过组g 对应的r p t 来进 行转发。d r 把组播报文封装在r e g i s t e r 消息内单播发送给相应的r p ，此过程称 为注册。r p 收到注册消息后，再把数据包解封装恢复原始的组播数据，沿着共 享树向下游发送数据包直至接收端。 ( 2 ) 由于封装、解封装过程系统开销较大、可能增加路由的迁回，因此，r p 建立一个新的路由表条目( s ，g ) ，并向源s 发送( s ，g ) 源指定加入消息，在s 和r p 之间建立一棵s p t ，专门用于转发s 向组g 发送的组播报文，随后的组播 报文便可直接沿着最短路径树发送至r p ，然后从r p 通过共享树发送至接收端。 如果最短路径树( s p t ) 与共享树有交叉，则数据包在交叉点直接通过共享树发 送，不向r p 转发。 ( 3 ) 在最短路径树建立期间，s 可能继续向r p 发送注册消息，若r p 通过注 册消息和路由表项收到两份同样的组播报文，则r p 将丢弃注册消息，并向s 发 r e g i s t e r s t o p 消息来抑制r e g i s t e r 的发送。 3 、最短路径树的建立 ( 1 ) 若接收端的d r 从源s 接收到的数据特性超过所配门限值，则d r 发起r p t 向s p t 的切换，即d r 首先建立路由表条目( s ，g ) ，并向对源s 的r p f 接口发( s ， g ) j o i n ，若在某中间节点对数据源的r p f 接口不同于对r p 的r p f 接r ，那么说 明共享树和最短路径树在此交叉，因此在此节点建立( s ，g ) 条目，并复制( 气o ) 中的出接口列表，设置入接口为对数据源的r p f 接口。此节点继续对数据源逐跳 第章i 圳络层组播技术与流媒体技术 发送( s g ) j o in 消息直至数据源的d r ，这样就建盘了一棵最短路径树。 ( 2 ) 此时有两条( s ，g ) 组播信息向目的组流动，条先通向r p 然后沿共享树 h 行，另外一条则是直接沿最短路径流向目标组的接收站点。导致网络带宽的浪 费和数据包的重复发送接收。于是我们需要将共享树七的相应枝剪除，因为可能 还有其他源利用它来发送数据，不能剪除整棵共享树，因此这里采用一种特定类 型的剪枝，即由上面提到的两棵树的分叉点向r p 发送( s ，g ，r p t ) p r u n e ，r p 收 到这种剪枝消息后，相应节点的路由表中建立( s ，g ) 项并设置p 位( 剪枝标志位) ， 此时( s ，g ) 消息便不会再沿共享树发送。为了切断不需要的( s ，g ) 信息流，r p 发 送( s ，g ) 剪枝返回源s ，这样把原来建立的源到r p 的树的状态也全部拆除掉。 共享树到最短路径树的切换完成，源的数据完全沿s p t 流向目的地。 2 3 流媒体技术 流媒体技术是在数据网络上以流的方式传输多媒体信息的技术。近年来，随 着宽带网络的发展和用户需求的驱动，流媒体技术和相关的应用得到越来越多的 关注，被认为是未来高速宽带网络的主流应用之一。本文从流媒体的概念、流媒 体应用类型、流媒体关键技术、流媒体的业务系统和运营模式等方面对流媒体技 术和应用进行了全面的介绍。 2 3 1 概念 流媒体f 1 0 】指在i n t e r n e t i n t r a n e t 中使用流式传输技术的连续时基媒体， 如：音频、视频或多媒体文件。流式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，流式媒体的数据流随时传送随时播放，只是在开始时有一些 延迟。流媒体数据流具有三个特点：连续性( c o n t i n u o u s ) 、实时性( r e a l t i m e ) 、时序性，即其数据流具有严格的日口后时序关系。流媒体实现的关键技术 就是流式传输。 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 n e t 将影视节目传送到p c 机。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 in 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，文件即通过页 筇! 章恻络层纽播技术与流媒体技术 序流发送。采用那种传输方法依赖你的需求。当然，流式文件也支持在播放前完 全下载到硬盘。 1 顺序流式传输 顺序流式传输是顺序下载，在下载文件的同时用户可观看再线媒体，在给定 时刻，用户只能观看已下载的那部分，而不能跳到还未下载的前头部分，顺序流 式传输不象实时流式传输在传输期间根据用户连接的速度做调整。出于标准的 h t t p 服务器可发送这种形式的文件，也不需要其他特殊协议，它经常被称作h 1 ”r p 流式传输。顺序流式传输比较适合高质量的短片段，如片头、片尾和广告，由于 该文件在播放前观看的部分是无损下载的，这种方法保证电影播放的最终质量。 这意味着用户在观看前，必须经历延迟，对较慢的连接尤其如此。 对通过调制解调器发布短片段，顺序流式传输显得很实用，它允许用比调制 解调器更高的数据速率创建视频片段。尽管有延迟，毕竟可让你发布较高质量的 视频片段。 顺序流式文件是放在标准h t t p 或f t p 服务器上，易于管理，基本上与防火 墙无关。顺序流式传输不适合长片段和有随机访问要求的视频，如：讲座、演说 与演示。它也不支持现场广播，严格说来，它是一种点播技术。 2 实时流式传输 实时流式传输指保证媒体信号带宽与网络连接配匹，使媒体可被实时观看 到。实时流与h t t p 流式传输不同，他需要专用的流媒体服务器与传输协议。 实时流式传输总是实时传送，特别适合现场事件，也支持随机访问，用户可 快进或后退以观看前面或后面的内容。理论上，实时流一经播放就可不停止，但 实际上，可能发生周期暂停。 实时流式传输必须配匹连接带宽，这意味着在以调制解调器速度连接时图象 质量较差。而且，由于出错丢失的信息被忽略掉，网络拥挤或出现问题时，视频 质量很差。如欲保证视频质量，顺序流式传输也许更好。实时流式传输需要特定 服务器，如o u i c k t i m es t r e a m i n gs e r v e r 、r e a l s e r v e r 与w i n d o w sm e d i as e r v e r 。 这些服务器允许你对媒体发送进行更多级别的控制，因而系统设置、管理比标准 h t t p 服务器更复杂。实时流式传输还需要特殊网络协议，如：r t s p ( r e a l t i m e 1 0 第，：章| 叫络层纽播技术与流媒体技术 s t r e a m i n gp r o t o c 0 1 ) 或m m s ( m i c t o s o f tm e d i as e r v e r ) 。这些协议在有防火墙 时有时会出现问题，导致用户不能看到一些地点的实时内容。 2 3 2 流媒体格式及播放器【1 1 】 流媒体技术是r e a l n e t w o r k s 公司首先推出的，现在许多厂商都有成熟的基 于s t r e a m 的产品。到目前为止，i n t e r n e t 上流行的流媒体格式主要有 r e a l n e t w o r k s 公司的r e a lm e d i a 、a p p l e 公司的q u i c kt i m e 和m i c r o s o f t 公司 的w i n d o w sm e d i a 。 1 、r e a lm e d i a 与r e a lp l a y e r r e a l n e t w o r k s 公司的r e a lm e d i a 包括r e a la u d i o 、r e a lv i d e o 和r e a lf l a s h 3 类文件。其中r e a la u d i o 用于传输接近c d 音质的音频数据；r e a lv i d e o 用于 传输不间断的视频数据；r e a lf l a s h 是r e a l n e t w o r k s 公司与m a e r o m e d i a 公司 新近联合推出的一种高压缩比的动画格式。r e a l n e t w o r k s 公司自1 9 9 5 年发布 r e a la u d i o1 0 以来，r e a la u d i o 和r e a lv i d e o 产品已经成为i n t e r n e t 上最 受欢迎的解决方案。其中所采用的s u r es t r e a m ( 自适应流) 技术是r e a l n e t w or k s 公司的代表性技术。它通过r e a ls e r v e r 将a v 文件以流的方式传输，然后利用 s u r es t r e a m 方式，根据客户端不同的拨号速率( 不同的带宽) ，使传输的a v 信 息自动适应带宽，并始终以流畅的方式播放。 r e a l n e t w o r k s 同步推出的r e a lp l a y e r 是目前最受欢迎的网络流媒体播放 器，它几乎支持所有的媒体文件格式。除了r e a l n e t w o r k s 自己推出的流媒体格 式r a m 、r m m 、r a 、r m 、r p 、r t 外，还支持s m i l 、s w f 、m p 3 、w m a 、a v i 、m p e g 、 j p e g 、g i f 及p n g 等格式，但不支持q u i c kt i m e 的文件格式。 r e a lo n ep l a y e r 是r e a l n e t w o r k s 公司最新推出的一种新型音一视频综合播 放系统，以取代该公司现有的3 种主打产品，即r e a lp l a y e r 、r e a lj u k e b o x 和g o l dp a s s 。r e a lo n ep l a y e r 的一大特点是多层画面功能，即当一个屏幕播 放影碟或歌曲的时候，旁边有一个侧屏幕提供有关影碟或歌曲的信息或广告， 可以将丰富多彩的w e b 页面、生动传神的画面及声音、相关背景的文字整合在同 一个画面上，使用户得到一个完整的声、视、讯信息。 2 、w i n d o w sm e d i a 与m e d i ap l a y e r m i c r o s o f t 公司的w i n d o w sm e d i a 的核心是a s f ( a d v a n c e ds t r e l mf o r m a t ) 。 第章刚络层组播技术与流媒体技术 微软将a s f 定义为同步媒体的统。一容器文件格式。a s f 是一种数据j 苹 式，音频、 视频、图像以及控制命令脚本等多媒体信息通过这种格式以网络数据包的形式传 输，实现流式多媒体内容发布。 a s f 的最大优点是体积小，适合网络传输，用户可以将图形、声音和动画数 据组合成一个a s f 格式的文件，不仅可以将其他格式的视频和音频转换为a s f 格式，而且用户还可以通过声卡和视频捕获卡将诸如传声器、录像机等外设的数 据保存为a s f 格式。另外，a s f 格式的视频中可以带有命令代码，用户指定在到 达视频或音频的某个时间后触发某个事件或操作。 w i n d o w sm e d i ap l a y e r 是一个基于d i r e c ts h o w 体系结构的多媒体播放器。 微软借助自己在操作系统上的优势，将其作为操作系统默认的媒体播放器，目前 最新的版本是9 0 。它几乎支持w i n d o w s 下的所有媒体文件格式，包括c d 音频 曲目文件、a s f 、m p e g l 、m p e g 一2 、w a v 、a v i 、m i d i 、v o d 、a u 、m p 3 等，同时 可以播放q u i c kt i m e 文件。 3 、q u i c kt i m e a p p l e 公司的q u i c kt i m e 电影文件现已成为数字媒体领域的工业标准。 q u i c kt i m e 电影文件格式定义了存储数字媒体内容的标准方法，使用这种文件 格式不仅可以存储单个的媒体内容( 如视频帧或音频采样) ，而且能保存对该媒 体作品的完整描述；q u i c kt i m e 文件格式被设计用来适应为数字化媒体一同工 作需要存储的各种数据。因为这种文件格式能用来描述几乎所有的媒体结构， 所以它是应用程序间( 不管运行平台如何) 交换数据的理想格式。q u i c kt i m e 文 件格式中媒体描述和媒体数据是分开存储的，媒体描述或元数据( m e t a d a t a ) 叫 做电影( m ov i e ) ，包含轨道数目、视频压缩格式和时间信息。同时m o v i e 包含媒 体数据存储区域的索引。媒体数据是所有的采样数据，如视频帧和音频采样，媒 体数据可以与q u i c kt i m em o v i e 存储在同一个文件中，也可以存储在一个单独 的文件或者在几个文件中。 q u i c kt i m ep l a y e r 是a p p l e 公司的媒体播放器，现已推出了q u i c kt i m e6 0 版，还有w i n d ow s 版和m a c 版，其特点是和i n t e r n e t 紧密结合，安装是在网上 进行的。q u i c kt i m ep l a y e r 能够直接播放的格式有o u ic kt i m e 电影、a v i 、a f f 音频、s g i 图像、m a c r o m e d i af l a s h 等。此外，q u ic kt i m ep l a y e r 还能够输入 第一章网络层组播技术与流媒体技术 拜种格式的音频、视频和图像媒体文件，并能转换输出为其他挤j 。q i j i c kt i l l i e p l a y e r 还支持基于h t t p 、r t p 、r t s p 、f t p 流格式的在线音频和视频。 2 4 流媒体传输协议 l 、实时传输协议r t p 12 1 。r t p ( r e a l t