IP网络对多媒体传输的支持课件

1、第14讲 IP网络对多媒体传输的支持第1页，共36页。IP网及其发展Internet是一个世界范围内、最具影响力的信息网络。第2页，共36页。网络设备中继器(Repeater)将信号放大再传输，工作在物理层集线器(Hub)将一端口信息包广播到其他端口网桥(Bridge)连接同构局域网，同网段不转发第3页，共36页。路由器(Router)不仅用于局域网间的互联，更主要的是连接局域网与广域网及广域网间功能：1)路由的选择；2)信息包转发网关(Gateway)用于连接异构网络，实现协议转换、数据格式变换和信息速率变换等路由器路由器路由器路由器站LANLAN站站广域网第4页，共36页。TCP/IP协议

2、集及分层结构 IP v4和TCP/IP应用层表示层会话层传送层网络层数据链路层物理层(硬件接口)应用层传送层网际层网络接口HTTP SMTP DNS FTP RPCTCPIP ICMP ARP RARPEthernetUDPToken-RingFDDIOthersISO层次TCP/IP层次TCP/IP协议集第5页，共36页。 TCP/IP协议不包含物理层和数据链路层协议, 只定义了TCP/IP与各种物理网络之间的网络接口规范。(1) 网络接口(2) 网际层 网际层包含有四个协议: IP、ICMP、ARP和RARP。其中，IP是主协议, 其它三个协议是辅助协议, 以增强网际层的网络控制和地址解析

3、能力。网际层的主要功能是提供基于数据报方式的数据传输、路由选择以及网络互连等服务。 第6页，共36页。 在互连网体系结构中, 每一台主机都要预先分配一个惟一的32位地址作为该主机的标识, 这个主机进行的所有通信都要使用这个地址来完成, 这个地址称为IP地址。IP地址IP地址格式为32位，一般格式如下图所示，M为类别号、NET为网络号、 HOST为主机号。HOSTNETM 0 31第7页，共36页。在B类地址中, M字段占2位, 即第0、1位为“1 0”, 表示是B类地址; 第215位表示网络地址; 第1631位表示主机地址。B类地址通常用于各地区的网管中心。 在A类地址中, M字段占1位, 即

4、第0位为0, 表示是A类地址, 第17位表示网络地址, 第831位表示主机地址。A类地址通常用于大型网络的场合。 在C类地址中, M字段占3位, 即第0、1、2位为“1 1 0”, 表示是C类地址; 第323位表示网络地址; 第2431位表示主机地址。C类地址通常用于校园网或企业网。 第8页，共36页。 在Internet中, IP地址是全局地址, 不是任意分配的, 必须由相应的管理机构(网络信息中心NIC)统一分配。 此外, 还有D类和E类IP地址。前者是多址广播地址, 后者是实验性地址。 域名服务器DNS负责域名与IP地址之间的转换。第9页，共36页。 屏蔽码主要用于说明在一个IP网络中是

5、否有子网以及子网数量级, 但它不能确切给出具体子网数, 也不说明具体的子网号。IP地址的屏蔽码 IP地址为、屏蔽码为, 表示在该IP网络(网络号为202.114.80)中无子网。这个IP地址标识的是该IP网络中的第5号主机。 IP地址为、屏蔽码为24 (224为二进制的“11100000”), 表示在该IP网络中最多有8个子网, 每个子网可配置32台主机。这个IP地址标识的是该IP网络0号子网中的第5号主机。第10页，共36页。ARP协议和RARP协议 ARP协议: 当一个主机向另一个主机发送报文时, 只有知道与对方IP地址相对应的物理地址后才能在物理网络上进行传输。这种地址解析服务是由ARP

6、协议提供的。RARP协议: 如果一个主机初始化后, 只有物理地址而没有IP地址, 就可以通过RARP协议发送广播式请求报文来请求自己的IP地址, 而RARP服务器负责对该请求作出应答。这样就使得无IP地址的主机可以通过RARP协议来获取自己的IP地址。第11页，共36页。 IP(Internet Protocol)是TCP/IP协议集的核心协议之一, 它提供了无连接的数据报传输和互连网路由服务。IP的主要任务是通过互连网传输数据报, 各个IP数据报之间是互相独立的。IP协议 ICMP协议 最基本的功能就是提供差错报告传输机制。对于差错的处理方式, ICMP协议没有严格的规定。事实上,源主机收到

7、ICMP差错报文后, 还需要与应用程序联系起来, 才能决定相应的差错处理方式。 第12页，共36页。 主要功能是在站点间建立端到端的连接和事务处理, 在进程之间提供可靠的和有效的传输服务。TCP/IP的传送层提供了两个主要的协议: 传输控制协议TCP(Transmission Control Protocol)和用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)。 (3) 传送层 主要功能是在高层协议ULP(Upper Level Protocol)之间提供面向连接的传输服务, 这种传输服务提供一种可靠的进程间通信机制。一次数据传输分为三个阶段: 建立连接、 数据传输和终止连

8、接。 TCP协议第13页，共36页。数据格式IP数据包格式帧头帧数据区数据包头数据包数据区数据选项填充目的IP地址源IP地址生存时间包头校验和标识总长度协议片偏移标志版本包头长度服务类型第14页，共36页。IP网的特点无连接、“尽力而为” 注重传输效率而非质量：不能保证QoS 采用存储-转发机制：延时抖动第15页，共36页。IP v6 随着Internet的进一步发展，原来的IP协议已不能满足需要，启用新的IP协议已势在必行。IPv4不堪重负 地址资源行将枯竭 路由表越来越庞大 分配地址不方便第16页，共36页。IPv6的出现IPv6提供了128位的IP地址，使地址数量大幅增加，从而解决了现在

9、的IP地址危机。IPv6采用了名为“可聚集全球统一计算地址”的构造，这使IP地址构造同网络的拓扑结构(连接形态)相一致，从而缩小了路由表，使路由器能够高效率地决定路由。 IPv6具有自动把IP地址分配给用户的功能，这就大大减少了网络管理费用，方便了用户。第17页，共36页。IPv6地址格式 IPv6对128位的地址没有作类别限制, 允许服务提供者根据实际需要进行地址划分。IPv6的标准地址格式为X:X:X:X:X:X:X:X, 每个X为16位。 在IPv6地址中, 允许出现连续的0, 并可用“:”表示, 但一个地址中只能出现“:”一次。 IPv6地址使用了地址前缀（FP）概念, 用来表示该地址

10、的前几位, 并用X/Y形式表示, 其中X是地址前缀, Y是地址前缀的位数。例如, 5D4C:0000:/16表示其地址前缀为5D4C。 第18页，共36页。IPv6地址类型单播地址：包括全局地址(可聚集全球单播地址)、局部地址(本地链路、本地站点)和IPv4兼容地址任播地址：属于不同节点的一组接口，用于提高寻径效率，如分布式服务系统(一组服务器)多播地址：用于点对多的通信第19页，共36页。IPv6基本包头格式净负荷长度流标签跳数限制下一包头版本流量类别源地址目的地址第20页，共36页。 IP v6的路由选择是基于地址前缀概念实现的, 这样可以很方便地建立层次化的路由选择关系, 服务提供者可以

11、根据网络规模来汇聚IP地址, 充分利用IP地址空间。 IP v6中的路由协议尽量保持了与IP v4相一致, 当前Internet的路由协议稍加修改后便可用于IP v6路由。 IPv6路由选择 路由器的基本功能是存储转发数据报。 在转发数据报时, 路由选择算法将根据数据报的地址信息查找路由选择表, 选择一条可到达目的站点的路径。路由选择表的维护和更新由路由协议来完成。 第21页，共36页。 IPv6利用扩展报头提供了两种安全机制: 数据报安全认证和数据加密传输。 这两种安全机制是分离的, 可单独使用, 也可一起使用。 同时, IP v6还允许高层采用其它的安全体系来实现多层安全体系。 IP v6

12、安全机制数据报安全认证: 保证数据报的完整传输和源地址的正确性, 但它不提供信息保密性。数据加密传输: 采用数据加密方式提供数据传输的保密性。第22页，共36页。IP v6的移动性 移动主机通信 第23页，共36页。 IPv6报头中的优先级和流标识字段提供了QoS支持机制。IPv6报头的优先级字段允许发送端根据通信业务的需要设置数据报的优先级别。IP v6的QoS支持 对时间不敏感的业务, 一般使用TCP协议作为传输协议, 当网络发生拥挤时, 可通过调节流量来疏导网络交通, 其优先级值从1到7。 对时间敏感的业务, 如多媒体实时通信, 当网络发生拥挤时, 则按照数据报优先级对数据报进行丢弃处理

13、来疏导网络交通, 其优先级值从8到15。 可流控业务不可流控业务第24页，共36页。/中国下一代互联网示范工程核心网CERNET2 /第25页，共36页。宽带多媒体网络 随着基于IP的业务种类的增加，采用基于IP的宽带网络技术建立支持多媒体业务的统一网络平台已经成为一种经济的、 高效率的做法。 新一代的宽带网络技术必须建立在当前最先进的网络传输和交换的基础上。 目前实现宽带的IP网络的典型技术有：IP over SDH、IP over ATM、IP over WDM、IP over DWDM等。 第26页，共36页。 IP over ATM的基本原理和工作方式为：将IP数据包在ATM层全部封装

14、为ATM信元，以ATM信元形式在信道中传输。1. IP over ATM技术 第27页，共36页。最典型的有局域网仿真(LANE)、在ATM上传送传统的IP (CIPOA：Classical IP over ATM)和ATM上的多协议(MPOA：Multiprotocol over ATM)等。但该技术对组播业务的支持仅限于逻辑子网内部， 子网间的组播需通过传统路由器， 因而对广播和多发业务效率较低。 (1) 迭加模式 优点: 采用标准的ATM Forum或ITU-T的信令标准，与标准的ATM网络及业务兼容。 迭加模式是指IP网的寻址是迭加在ATM寻址的基础上的。 缺点: 传送IP包的效率较低

15、。第28页，共36页。 集成模式是指将IP网设备和ATM网设备集成在一起。 在集成模式中，ATM网的寻址已不再是独立的， ATM网中的寻址将要受到IP网设备的干预。(2) 集成模式 集成模型的实现技术主要有：Ipsilon公司(已被Nokia收购)提出的IP交换(IP Switch)技术、Cisco公司提出的标记交换(Tag switch)技术和IETF推荐的多协议标签交换(MPLS)技术。 第29页，共36页。由于ATM技术本身能提供QoS保证，因此可利用此特点提高IP业务的服务 质量。 具有良好的流量控制均衡能力以及故障恢复能力，网络可靠性高。 适应于多业务，具有良好的网络可扩展能力。 对

16、其他几种网络协议如IPX等能提供支持。 IP over ATM的特点IP over ATM还不能提供完全的QoS保证。 对IP路由的支持一般，IP数据包分割加入大量头信息， 造成很大的带宽浪费（2030）。 在复制多路广播方面缺乏高效率。 由于ATM本身技术复杂， 从而导致管理复杂。 优点缺点第30页，共36页。 IP over SDH以SDH网络作为IP数据网络的物理传输网络。它使用链路及PPP协议对IP数据包进行封装。SDH是基于时分复用的，在网管的配置下完成半永久性连接的网， 在IP over SDH中， SDH只可能有一种工作方式， 即SDH只可能以链路方式来支持IP网。 2. IP

17、over SDH技术第31页，共36页。对IP路由支持能力强，具有很高的IP传输效率符合Internet业务特点，有利实施多路广播方式。 能利用SDH技术本身环路，提高网络的稳定性。 省略了不必要的ATM层，简化了网络结构，降低了运行费用。 IP over SDH的特点优点仅对IP业务提供好的支持，不适于多业务平台。不能像IP over ATM技术那样提供较好的服务质量保障(QoS)。 对IPX等其他主要网络技术支持有限。 缺点第32页，共36页。 IP over WDM也称光因特网， 其基本原理和工作方式是：在发送端，将不同波长的光信号组合（复用）送入一根光纤中传输，在接收端，又将组合光信号

18、分开（解复用）并送入不同终端。IP over WDM是一个真正的链路层数据网。 3. IP over WDM技术 IP over WDM的帧结构有两种形式： SDH帧格式和千兆以太网帧格式。 第33页，共36页。充分利用光纤带宽，提高带宽和相对的传输速率;对传输码率、 数据格式及调制方式透明;不仅可以与现有通信网络兼容，还可以支持未来的宽带业务网及网络升级，并具有可推广性、 高度生存性等特点。 IP over WDM的特点优点波长标准化还没有实现: 一般取193.1THz为参考频率，间隔取 100GHz; WDM系统的网络管理还不成熟;WDM系统的网络拓扑结构只是基于点对点的方式， 还没有形成“光网”。 缺点第34页，共36页。 基于DWDM的IP网主要通过适当的数据链路层格式将IP包直接映射到密集波分复用光层中，省去了中间的ATM层和SDH层，消除了功能重复。 4. IP over DW