多媒体通信技术 主讲教师：黄玉兰　　　　　　　　　　　　　　　　学时：16

本书章节 第一章 多媒体通信技术概述 第二章 音频技术基础 第三章 图像技术基础 第四章 视频信息压缩与处理 第五章 多媒体通信系统中的关键技术 第六章 多媒体通信网络技术 第七章 多媒体数据的分布式处理 第八章 多媒体通信应用系统

第六章 多媒体通信网络技术 传统的网络并不支持多媒体通信，不能保证多媒体信息传输时的实时性、连续性、交互性等特殊要求，那么应以什么样的网络来传输多媒体信息呢？从社会和经济角度看，多媒体通信仍离不开传统网络的支持，于是人们基于传统网络提出了一些相关机制来保证多媒体信息的传输。 本章首先讨论多媒体通信对网络性能的要求，然后对传统IP网、ATM广域网以及以软交换为核心的下一代网络的结构、特点以及工作过程进行具体介绍，最后阐述了多媒体通信所采用的主要协议。

6.1 多媒体通信对传输网络的要求 6.2 网络对多媒体通信的支持简介 6.3 多媒体通信协议 本章主要内容 6.1 多媒体通信对传输网络的要求 6.2 网络对多媒体通信的支持简介 6.3 多媒体通信协议

6.1 多媒体通信对传输网络的要求 6.1.1 多媒体通信对传输网络的要求 多媒体通信技术是一项综合性的技术，它将多媒体技术、计算机技术、通信技术和网络技术等结合起来对多媒体数据进行存储、传输、处理及显现，其中多媒体信息在传输时对网络提出了很高的要求，主要有以下几点原因： （1）多媒体数据的海量性 多媒体数据包含文本、音/视频等等，数据量非常大，尤其是图像、视频，尽管采用了压缩算法，但是在保证图像质量的条件下还是有很大的数据量，例如，经MPEG-2标准压缩后的一段2小时左右的视频在平均码率为3Mb/s时，需要约3GB的存储量。因此不仅需要很大的存储容量，在传输时也需要很大带宽。

（2）多媒体数据的集成性 多媒体数据所包含的多媒体对象有多种类型，比如文本、声音、图像等，不同类型的对象具有各自不同的特点，通信时需要对它们共同进行存储、传输、处理及显现，因而必须有机地将它们结合在一起。 （3）多媒体通信的实时性 多媒体数据中有相当一部分数据是连续性的媒体数据，如音/视频，这些媒体数据对多媒体传输设备、传输网络的要求很高，即使在传输带宽足够宽的条件下，因采用了不适当的通信协议，也会对实时性造成影响。例如， 语音和图像可以接受的时延都要求小于0.25 s， 静止图像要求小于1 s。 在分组交换中， 组与组之间的延时小于10 ms时图像才有连续感。

（4）多媒体通信的交互性 多媒体通信的关键特点就是交互性，它要求通信网络提供双向的数据传输通道，交互性体现了人与系统之间的相互控制能力。根据具体应用的不同，通信网络提供的双向通道的带宽或者功能可以是不对称的。 （5）多媒体数据的同步性 在多媒体对象内部，各媒体对象之间存在着时空约束关系，如果在传输过程中破坏了这种关系则会妨碍对多媒体数据内容的理解，所以在通信时需要对这种约束关系进行维持，以保证多媒体信息在终端上的正确显现。

6.1.2 多媒体传输网络的性能指标 多媒体通信对网络环境要求较高，这些要求必然涉及一些关键性的网络性能参数，它们是网络的吞吐量、传输延时及延时抖动、差错率等。下面我们就对传输网络的这些性能指标分别进行讨论。 1．吞吐量（throughout） 网络吞吐量指的是有效的网络带宽，定义为物理链路的数据传输速率减去各种传输开销。吞吐量反映了网络所能传输数据的最大极限容量。吞吐量可以表示成在单位时间内处理的分组数或比特数，它是一种静态参数，反映了网络负载的情况。在实际应用中，人们习惯于将网络的传输速率作为吞吐量。实际上，吞吐量要小于数据的传输速率。

多媒体通信的吞吐量的需求与传输网的网络传输速率、接收端缓冲容量和数据流量有关。 多媒体对象的数据量通常较大，所以对带宽的需求也较大。若就单个媒体而言，实时传输的活动图像对网络的带宽要求最高，其次是声音。下面我们分别讨论这两种媒体对网络带宽的要求。

各种媒体对网络带宽的要求 文本浏览 图文 传真 声音 CD 录像质量电视 广播质量电视 HDTV 高分辨率文档 10 1k 10K 100K 1M 10M 100M 1G 文本浏览 图文 传真 声音 CD 录像质量电视 广播质量电视 HDTV 高分辨率文档

（1）视频对网络带宽的要求 根据不同条件下的实时视频传输的要求，可以将视频的服务质量分为5个等级，如表6-1所示： ① 高清晰度电视（HDTV）质量 ② 演播室数字电视质量 ③ 广播电视质量 ④ 录像机（VCR）质量 ⑤ 会议电视质量

表6-1 视频服务质量分级 等级 名 称 分辨率 帧率（帧/s） 量化 比特数 总数据率 压缩后数据率 1 高清晰度电视质量 1920×1080 60 24 3Gb/s 20～40Mb/s （MPEG-2压缩） 2 演播室数字电视质量 720×576 25 16 166 Mb/s 6～8Mb/s 3 广播电视质量 3～6Mb/s 4 录像机质量 360×288 1.4Mb/s （MPEG-1压缩） 5 会议电视质量 352×288 10帧/s以上 128～384kb/s （H.261压缩）

（2）声音对网络带宽的要求 声音是另一种对带宽要求较高的媒体，可以分为4个等级： ① 电话质量话音 ② 高质量话音 ③ CD质量的音乐，双声道的立体声 ④ 5.1声道立体环绕声

表6-2 声音质量分级 等级 名 称 带宽 取样频率 量化比特数 总数据率 压缩后数据率 1 电话质量话音 300Hz～3400Hz 8kHz 8 64kb/s 32kb/s、16kb/s甚至4kb/s 2 高质量话音 50Hz～7kHz 37.8kHz 16 48～64kb/s 3 CD质量的音乐 20kHz以内 44.lkHz 每声道的数据率为705.6kb/s 192kb/s或128kb/s （MPEG-1压缩） 4 5.1声道立体环绕声 360×288 48kHz 22 320kb/s（AC-3压缩）

2．延时（delay） 网络的传输延时（transmission delay）是指信源发出最后一个比特到信宿接收到第一个比特之间的时间差。它由两部分组成，包括信号在物理介质中的传播延时（延时的大小与具体的物理介质有关）和数据在网中的处理延时（如复用/解复用时间、在节点中的排队等）。

端到端的延时（end-to-end delay）它通常指一组数据在信源终端上准备好发送的时刻，到信宿终端接收到这组数据的时刻之间的时间差。它包含三部分：第一部分是信源数据准备好而等待网络接收这组数据的时间，第二部分是信源传送这组数据（从第一个比特到最后一个比特）的时间，最后一部分就是网络的传输延时。 不同的多媒体应用，对延时的要求是不一样的。对于实时的会话应用，在有回波抵消的情况下，网络的单程传输延时应在100ms到500ms之间，而在交互式的实时多媒体应用中，系统对用户指令的响应时间应小于1～2s，端到端的延时在100ms到500ms之间，此时通信双方才会有“实时”的感觉。

3．延时抖动（delay jitter） 网络传输延时的变化称为网络的延时抖动，即不同数据包延时之间的差别。 产生延时抖动的原因有很多，包括：传输系统引起的延时抖动，如金属导体随温度的变化引起传播延时的变化从而产生抖动。这些因素所引起的抖动称为物理抖动，其幅度一般只在微秒量级，甚至于更小。例如，在本地范围之内，ATM工作在155.52Mb/s时，最大的物理延时抖动只有6ns左右（不超过传输一个比特的时间）。

对于电路交换的网络（如N-ISDN），只存在物理抖动。在本地网之内，抖动在毫微秒量级；对于远距离跨越多个传输网络的链路，抖动在微秒的量级； 对于共享传输介质的局域网（如以太网或FDDI等）来说，延时抖动主要来源于介质访问时间的变化。这是由于不同终端只有在介质空闲时才能发送数据，这段等待时间通常被称为介质访问时间。介质访问时间的不同会产生抖动。 对于广域网（如IP网或帧中继网），延时抖动主要来源于流量控制的等待时间及节点拥塞而产生的排队延时的变化。在有些情况中，后者可长达秒的数量级。

延时抖动会对实时通信中多媒体的同步造成破坏，最终影响到音视频的播放质量，从人类的主观特性上来看，人耳对音频的抖动更敏感，而人眼对视频的抖动则不太敏感。为了削弱或消除延时抖动造成的这种影响，可以采取在接收端设立缓冲器的办法，即在接收端先缓冲一定数量的媒体数据然后再播放，但是这种解决办法又会引入额外的端到端的延时。综合上述各种因素，实际的多媒体应用对延时抖动有不同的要求，如表6-3所示。

表6-3 延时抖动要求 数据类型或应用 延时抖动（ms） CD质量的声音 100 电话质量的声音 400 高清晰度电视 50 广播质量电视 会议质量电视

4．错误率 多媒体应用在一定程度上是允许传输网络存在错误。 在多媒体通信系统中对所传输的信息大都采取了压缩编码的措施，为了获得高的可靠性，对网络误码性能的要求也很高。 在传输系统中产生的错误有以下几种度量方式： ① 误码率BER（bit error rate）是指在传输过程中发生误码的码元个数与传输的总码元数之比。通常，BER的大小直接反映了传输介质的质量。例如对于光缆传输系统，BER通常在10-12——10-9之间； ② 包错误率PER（packet error rate）是指在传输过程中发生错误的包与传输的总包数之比（包错误是指同一个包两次接收、包丢失或包的次序颠倒）；

③ 包丢失率PLR（packet loss rate）是指由于包丢失而引起的包错误。包在传输过程中丢失的原因有多种，通常最主要的原因就是网络拥塞，致使包的传输延时过长，超过了设定到达的时限从而被接收端丢弃。 在多媒体应用中，数据比活动的音视频对误码率的要求更高。（如银行转账业务） 已压缩的音视频数据对误码率的要求比未压缩的音视频要高。

不同媒体成份数据对网络传输的要求 要求 业务 最大延时 (s) 最大延时抖动(ms) 平均吞吐量 (Mb/s) 可接受的误码率 可接受的误组率 语音 0.25 10 0.064 <10-1 活动图像 100 <10-2 <10-3 压缩活动图像 0.23 1 2~100 <10-6 <10-9 数据文件传输 / 实时数据 0.001~1 <10 静止图像 2~10 <10-4

6.2网络对多媒体通信的支持简介 6.2.1 多媒体通信网络的现状 根据数据交换方式的不同，可以将现有的网络分成电路交换网络和分组交换网络。 6.2.1 多媒体通信网络的现状 根据数据交换方式的不同，可以将现有的网络分成电路交换网络和分组交换网络。 电路交换网络是指网络中，当两个终端在相互通信之前，需要建立起一条实际的物理链路，在通信中自始至终使用该条链路进行数据信息的传输，并且不允许其他终端同时共享该链路，通信结束后再拆除这条物理链路。

可见，电路交换网络属于预分配电路资源，即在一次接续中，电路资源就预先分配给一对用户固定使用，而且这两个用户终端之间是单独占据了一条物理信道。由于在电路交换网络中要求事先建立网络连接，然后才能进行数据信息的传输，所以电路交换网络是面向连接的网络。普通公用电话网（PSTN）、窄带综合业务网（N-ISDN）等都属于电路交换网络。

分组交换也称为包交换。在分组交换网络中，信息不是以连续的比特流的方式来传输的，而是将数据流分割成小段，每一段数据加上头和尾，构成一个包，或称为分组（在有的网络中称为帧或信元），一次传送一个包。如果网络中有交换节点的话，节点先将整个包存储下来，然后再转发到适当的路径上，直至到达信宿，这通常称为存储－转发机制。分组交换网络的一个重要特点是，多个信源可以将各自的数据包送进同一线路，当其中一个信源停止发送时，该线路的空闲资源（带宽）可以被其他信源所占用，这就提高了网络资源的使用效率。以太网、无线局域网、帧中继和IP网等都属于分组交换的网络。

当通过现有通信网络传输多媒体信息时，电路交换网络和分组交换网络呈现出不同的优缺点。 电路交换网络的优点是：在整个通信过程中，网络能够提供固定路由，保障固定的比特率，传输延时短，延时抖动只限于物理抖动。这些优点有利于多媒体的实时传输。其缺点是不支持多播，因为电路交换网络的设计思想是用于点到点通信的。当多媒体应用需要多播功能时，必须在网络中插入特定的设备，称为多点控制单元（Multi-point Control Unit，MCU）。 分组交换网络的最大优点是复用的效率高，这对多媒体信息的传输很有利。但其不利之处是网络性能的不确定性，即不容易得到固定的比特率，传输延时受网络负荷的影响较大，因而延时抖动大。

鉴于目前基于IP寻址的多媒体计算机通信网发展迅速，在此我们将主要介绍在多媒体通信应用中起到重要作用的传统IP网、IP城域网以及ATM广域网，并对以软交换为核心的下一代网络进行简要介绍。

6.2.2 IP网 IP网是指使用一组Internet协议（Internet Protocol） （Internet）。除此之外，IP网还包括其他形式的使用IP协议 的网络，例如企业内部网（Intranet）等。Internet以其丰富 的网上资源、方便的浏览工具等特点发展成在世界范围内广泛 使用的信息网络。

IP网在发展初期并没有考虑在其网络中传输实时多媒 体通信业务。它是一个“尽力而为”的、无连接的网络，注重 的是传输的效率而非质量，不提供QoS保障。当网络拥塞时， 即将过剩的数据包丢弃，因此会发生数据丢失或失序现象， 从而影响通信质量。又由于网络中的路由器采用存储-转发机 制，会产生传输延时抖动，不利于多媒体信息的实时传输。 由于在传统IP网上多媒体传输的带宽和延时抖动等要求都得 不到保障，因此在IP网络上开展实时多媒体应用存在一定问 题。研究和改善多媒体信息在IP网上传输的性能是多媒体通 信领域的一个核心问题。 下面我们将对IP网的网络设备、网络结构、编址与域名 系统、路由选择等内容进行较为详细的介绍。

1．网络设备及网络结构 网络互联时，必须解决如下问题：网络之间如何实 现物理连接？它们彼此之间如何实现通信？如何解决它们 之间协议方面的差别？如何处理速率与带宽的差别？要解 决这些问题，需要一些网络连接设备来实现协调与转换， 这些设备主要有路由器（Router）和网关（Gateway），除 此之外，还有一些常用的网络设备如中继器（Repeater）、 集线器（Hub）和网桥（Bridge）等，下面我们对这些设备 进行简单介绍。

（1）中继器：中继器是在物理层上实现局域网网段互连 的，它用于将信号放大再传输，延长局域网网段的长度。 它仅用于连接同类型的局域网网段。它的优点是安装简 便，价格低，但每个局域网中接入的中继器的数量将受延 时和衰耗的影响，因而必须加以限制。 （2）集线器：集线器是一种多端口中继器，工作在物理 层，主要用于10BASE-T或100BASE-T网络中的双绞线连接。 作用是将一端口收到的信息包广播到其他端口。当连接的 计算机较多时传输效率会大大下降。

（3）网桥：网桥是在数据链路层上实现局域网互连的，它是 一种基于数据帧的存储转发设备。 从互连网络的结构看，网桥是属于DCE级的端到端的连接； 从协议的层次看，网桥在LLC层对数据帧进行存储转发。 网桥应当有足够的缓冲空间，以满足高峰负载的要求。 通常，网桥必须具备帧格式转换和路由选择的功能。网桥具 有多个端口，每个端口可连接一个网段，网桥通过检测接收 包中的目的地MAC地址来确认目的地是否属于本网桥所连接的 网段。若与本网桥所连接的网段地址一致，便接收该数据 帧，并转发到相应的网段，否则将该帧丢弃。可见，网桥对 数据包有过滤作用。连接同构局域网，同网段不转发。

（4）路由器：路由器工作在ISO/OSI参考模型的网络层，在 不同的网络之间存储转发数据分组，不仅用于局域网间的互 连，更主要的是连接局域网与广域网及广域网间的互连。 功能：1)路由选择； 2)信息包转发 路由器也有包过滤作用，它是使用IP地址来选路过滤。 （5）网关：在传输层及以上的层次上实现网络互连的设备称 为网关(Gateway)。网关的基本功能是互连不同的协议框架， 即实现不同网络协议之间的转换。 功能：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。

IP网其实就是若干子网通过网关或路由器连接在一起的网络，如图6-1所示。

2．编址与域名系统 要想跨越庞大的因特网传送数据，网上的每台机器都要有一个可识别的地址，这就是IP地址。 IP地址由网络地址（netid）和主机地址（hostid）组成，可标识一个互连网络中任何一个网络中的任何一个主机。 网络地址用于标识接入因特网的网络，网络地址由 Internet注册管理机构——网络信息中心 （NIC）分配 主机地址则标识该网络中的主机，主机地址则由网络管 理机构负责分配，从而确保了主机地址的唯一性。

M为类别号、NET为网络号、 HOST为主机号。 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。 HOST NET M 0 31 图 6.2 IP地址格式 IP地址长32bit，以X.X.X.X格式表示，X为8bit。 IP地址分为5类，分别称为A类、B类、C类、D类、E类，类别不同, 这三个字段的位数也不同, 经常使用的是A、 B、 C三类IP地址。各类地址格式如图6-3所示。

IP地址的另一种较为简单的记忆方法是将每组的8个比特用一个十进制数表示，则每组的十进制取值范围为0～255，这种表示地址的方法称为点分十进制表示法。如此区分一个IP地址是第几类地址的方法就可以简化为看它的第一个十进制整数。1～127属A类地址，128～191属B类地址，192～223属C类地址，224～239属D类地址。表6-4列出了各类地址的起止范围。 表6-4 各类地址的起止范围

图6-3 IP地址分类

在A类地址中, M字段占1位, 即第0位为0, 表示是A类地址, 第1～7位表示网络地址, 第8～31位表示主机地址。它所能表示的范围为0 在A类地址中, M字段占1位, 即第0位为0, 表示是A类地址, 第1～7位表示网络地址, 第8～31位表示主机地址。它所能表示的范围为0.0.0.0～127.255.255.255, 即能表示126个网络地址, 16387064个主机地址。A类地址通常用于大型网络的场合。  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2～15位表示网络地址; 第16～31位表示主机地址。它所能表示的范围为128.0.0.0～191.255.255.255, 即能表示16256个网络地址, 64576个主机地址。 B类地址通常用于各地区的网管中心。 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3～23位表示网络地址; 第24～31位表示主机地址。它所表示的范围为192.0.0.0～223.255.255.255, 即能表示2064512个网络地址, 254个主机地址。 C类地址通常用于校园网或企业网。

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。 专用地址： 当主机地址全为“0”时，该IP地址表示本网的网络地址，常用在路由表中。 当主机地址全为“1”时，表示该IP地址为广播地址，具有这种地址的数据报将向所在特定网上的所有主机进行发送。 当一个IP地址的目的端为单个主机时，该IP地址称为单播地址； 而当一个IP地址的目的端是给定网络上所有主机时，该IP地址称为广播地址； 当一个IP地址的目的端为同一组内的所有主机时，该IP地址称为组播地址。

为了提高IP地址的使用效率，可将一个网络划分为若干子网。方法是向主机位的最高位借位，构成为子网位，所剩其余位数仍为主机位。采用这种借位方式，IP地址的结构现在分为三部分：网络地址、子网地址和主机地址，如图6-4所示。 图6-4 划分子网的IP地址结构 引入子网的概念后，可在全局范围内用网络地址唯一地对一个网络进行标识。如果将网络地址和子网地址用1来标识，主机地址用0来标识，就得到了子网掩码。 网络地址 子网地址 主机地址

我们以图6-5所示的一个C类IP地址192.168.10.1为例，来说明子网掩码是如何形成的。 ① IP地址为202.114.80.5、掩码为255.255.255.0, 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。 ②IP地址为202.114.80.5、掩码为255.255.255.224 (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。

屏蔽码的作用就是屏蔽掉IP地址中的主机号, 而保留其网络号和子网号, 以便于路由器寻址。如果两个主机属于同一个子网, 则它们之间可以直接进行信息交换, 而不需要路由器; 如果两个主机不在同一个子网, 即子网号不同, 则它们之间就要通过路由进行信息交换。

划分子网使得IP地址具有一定的内部层次结构，即能充分地利用IP地址空间，又能适应各种现实的物理网络。但是对于这种数字型地址，用户还是不容易记忆并很难理解，于是TCP/IP开发了一种层次化的命名机制，称为域名系统DNS（Domain Name System）。 首先由中央管理机构将最高一级名字空间划分为若干部分，每一部分的管理权授予相应机构，各机构可以将其管辖的部分再进一步划分，以此类推，最终获得一个域名。 域名服务器DNS负责域名与IP地址之间的转换。

3．数据格式 IP网的基本传送单元是IP数据包，它在网络中传输时首先要封装到网络帧中，然后以比特流的形式在物理网络中传送。数据包封装到帧中的过程如下图6-6所示。

由于不同的物理网络采用的硬件不同，其传输的数据帧的大小不同，一个物理网络中可以传输的最大数据帧称为最大传输单元MTU。 图6-6 数据包封装 数据包由包头和数据两部分组成 由于不同的物理网络采用的硬件不同，其传输的数据帧的大小不同，一个物理网络中可以传输的最大数据帧称为最大传输单元MTU。

图6-7 IP数据包格式

数据包中各字段的含义如下： 版本：IP的版本，版本不同，数据包的格式不同，现在为IPv4。 包头长度：指示包头的长度。 服务类型：共8个比特，前三个比特用来表示数据的优先级，取值范围为0~7，值越大，优先级越高，其值由用户指定。中间3bit用来表示Qos要求，低2bit未用。 总长度：包头和数据的总长。 标识：识别IP数据包的编号，用于目的主机重组分片。

标志：占用3个比特，前一比特保留，第二个比特用于确定本数据包是否分片，为0表示有分片，为1表示没有分片。第三个比特用于确定该分片是否是原数据包的最后一片，为1表示接收中，为0表示是原数据包最后的分片。 片偏移：分片在原数据包中的位置。 生存时间TTL：数据包的最大生存时间，单位为秒。它由发送主机设置，随着时间的流逝，网关和主机从该字段减去消耗的时间，一旦该值小于0，本数据包即从网络中被删除，同时向发送主机发送出错信息，其目的是防止数据包不断在 IP网上永无终止地循环，导致网络拥塞。

协议：IP数据包的上层协议，多数为TCP协议。 包头检验和：用于保证包头的完整性。 源IP地址和目的IP地址：标识发送和接收该数据包的终端设备的32位IP地址。 选项：用于网络控制和测试等。时间戳就是其中一种选项内容，它将数据包经过每一个网关时的当地时间和有关数据记录下来，可用于网络吞吐量的分析以及拥塞情况、负载情况的分析。选项的内容决定了包头的长度，包头最短为20字节，最长为60字节，选项的增加是以4字节为单位进行递增。

4．路由选择 在IP网中，数据包是依靠IP地址进行寻址的，那么IP 包又是如何确定通过哪条路径可将信息送达目的地的呢？这就 涉及到路由选择的问题。 路由选择功能要求路由器根据路由选择协议（算法）确 定到达目的地网络最佳的路径，并将这些信息存储在路由表中. 当有数据包需要转发时，路由器就根据路由表来决定数据包的 传递路径。

路由选择协议的核心是路由选择算法，基本的路由选择算法有两种：距离矢量路由选择算法和链路状态路由选择算法。 距离矢量路由选择算法需要每个路由器广播其全部路由表，所需交换的信息量极大，常见的距离矢量路由选择协议有RIP和Cisco的IGRP（Interior Gateway Routing Protocol）。 链路状态路由选择算法又称最短路径优先算法

（1）距离矢量路由选择算法：需要每个路由器广播其全部路由表，所需交换的信息量极大，常见的距离矢量路由选择协议有RIP和Cisco的IGRP（Interior Gateway Routing Protocol）。 （2）链路状态路由选择算法：又称最短路径优先算法 目前常用的链路状态路由选择协议是开放最短路径优先OSPF协议。 （3）两种算法的比较 距离矢量路由选择算法和链路状态路由选择算法有如下 几点不同： ①获得拓扑信息的方式不同 ②确定最佳路径的原则不同 ③收敛速度不同

5．自治域（Autonomous System） 自治域是指在一个独立的技术部门管理下的网络的集合。一个自治域内的所有路由器使用同一个内部协议和共同的度量值。不同自治域可以使用不同的内部协议。常见的有RIP、OSPF协议等。 自治域之间的相互寻址依靠的路由选择协议称为外部网关协议。当前IP网中常用的外部网关协议是边界网关协议BGP（Border Gateway Protocol）协议。而在自治域内部使用的协议就叫内部网关协议IGP（Interior Gateway Protocol）。图6-8示出了自治域示意图。

自治域号码范围1-65535，其中64512-65535作为私用。 图6-8 自治域示例 自治域出口——边缘路由器，边缘路由器之间采用外部网关协议进行自治域间的通信。

6、IP网的特点 无连接、“尽力而为” 注重传输效率而非质量：会有数据丢失或失序现象，不能保证QoS 采用存储-转发机制：延时抖动 7、IP网的分类 根据网络范围大小，分为 局域网（LAN）：1km左右，通常为一座大楼或一个楼群 城域网（WAN）：城市及其郊区 广域网（WAN）：各城市间所构成的网络，距离可达数 千公里

6.2.3 IP城域网 1．城域网的结构 宽带IP城域网也采用分层结构，共分三层，即核心层、汇 聚层和接入层。如图6-9所示。

（1）核心层 核心层主要完成城域网内部信息的高速传送与交换，实现 与其它网络的互联互通。 （2）汇聚层 汇聚层主要完成信息的汇聚和分发任务，实现用户网络管理。具体说就是提供到小区、到大楼的百兆、千兆中继端口，也可通过光缆线路延伸至县城或乡镇。 （3）接入层 接入层主要是用来为用户提供具体的接入手段的。可以采用有线、无线、双绞线、同轴线接入，或局域网、专线接入方式等。

2．城域网骨干传输技术 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。 为了解决传统IP网络存在的问题，人们研究了IP与 ATM、SDH和WDM等技术的结合，充分利用了这些网络的优 点，实现了IP over ATM、IP over SDH和IP over WDM等技 术，进而实现了IP网络的高速、宽带，降低了网络的复杂 程度，大幅度提高了网络性能，保证了服务质量。

（1）IP over ATM ATM是IP之后发展起来的一种分组交换技术，它克服了IP 原来设计的不足，其性能大大优于IP，曾被看作是B-ISDN的核 心，是通信发展过程中的一颗新星。但由于它过于复杂，过于 求全、求完善、求完美，从而大大增加了系统的复杂性及设备 的价格。 IP是因特网网络层协议。IP与ATM技术相融合，将能充分 发挥出ATM支持多业务，提供服务质量保证（QOS）的技术优 势，解决了传输速率问题，提高了网络性能，降低设备成本， 增加了可管理性，提高了可扩展性。其基本原理如下：

将IP数据包在ATM层全部封装为ATM信元， 以ATM信元形 ① IP over ATM的基本原理 将IP数据包在ATM层全部封装为ATM信元， 以ATM信元形 式在信道中传输。当网络中的交换机接收到一个IP数据包 时，它首先根据IP数据包的IP地址通过某种机制进行路由地 址处理，按路由转发。随后，按已计算的路由在ATM网上建立 虚电路（VC）。以后的IP数据包将在此虚电路VC上以直通 （Cut-Through）方式传输，再经过路由器，从而有效地解决 了IP的路由器的瓶颈问题，并将IP包的转发速度提高到交换 速度。 IP over ATM的分层结构如图6-10所示。

图6-10 IP over ATM的分层结构

图6-11 IP over ATM分层模型与封装示意图

② IP over ATM的特点 优点 缺点 ▲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。 ▲对其他几种网络协议如IPX等能提供支持。 缺点 ▲ 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（20％～30％）。 ▲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。

（2）IP over SDH IP over SDH，也称为Packet over SDH（POS），即直接以SDH网络作为IP数据网络的物理传输网络，可见是一种IP与SDH技术的结合，它完全兼容传统的IP网络结构，只是在物理链路上使用了更高速率、更稳定可靠的SDH网络结构，SDH提供了点到点的网络连接，网络的性能主要取决于IP路由器的性能。 图6-12 IP over SDH分层模型

① IP over SDH的基本原理 SDH网络具有高速、灵活、可靠性高等特点，为IP的传输 提供了性能优异的传输平台。IP over SDH首先使用PPP协议 （Point to Point Protocol）对IP数据分组封装为PPP帧， 然后在SDH通道层业务适配器将PPP帧映射到SDH净荷中，然后 经过SDH传输层和段层，加上相应的开销，把净荷装入SDH帧 中，最后数据交给光纤网进行传输。根据OSI/RM，SDH属于第 一层物理层，负责提供物理通道以透明的传送比特流，IP属 于第三层网络层，完成无连接的源端到目的端的数据传输。 因此需要定义位于IP和SDH之间的第二层数据链路层，完成数 据链路层的功能。IETF定义了PPP协议来执行数据链路层功 能，实现了IP over SDH技术。

优点 缺点 ② IP over SDH的特点 ＊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，即可利用自愈环（Self-healing Ring）能力达到链路纠错； 同时又利用OSPF协议防止链路故障造成的网络停顿，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。  缺点 ＊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。 

IP over WDM也称为光因特网或光互联网，是直接在 光纤上运行的因特网。它是由高性能WDM设备、高速路由 体系结构，是IP网络发展的最终目标。IP over WDM的分 层模型如图6-13所示。 图6-13 IP over WDM分层模型

① IP over WDM的基本原理 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，在其中，高性能路由器通过光ADM或WDM耦合器直接连至WDM光纤，由它控制波长接入、交换、选路和保护。 

间层（ATM、SDH），开销最低，提高了传送效率。 配。 以太网数据。 络。 络成本可望降1-2个量级。 ② IP over WDM的特点： ＊充分利用光纤的高宽带特性，极大的提高了传输速率和线 路利用率。 ＊网络结构简单，IP数据分组直接在光纤上传送，减少了中 间层（ATM、SDH），开销最低，提高了传送效率。 ＊通过业务量工程设计，可以与IP的不对称业务量特性相匹 配。 ＊对传送速率、数据格式透明，可以支持ATM、SDH和吉比特 以太网数据。 ＊可以和现有网络兼容，还可以支持未来的宽带综合业务网 络。 ＊节省了ATM和SDH设备，简化了网管，又采用了WDM, 其网 络成本可望降1-2个量级。

IP over WDM进一步简化了网络结构，去掉了ATM层和SDH层，IP分组直接在光纤上传送，具有高速、成本低等特点，适合骨干网传输要求。 IP over WDM也存在着一些问题，首先是波长的标准化工作还没有完成，其次是WDM的网络管理功能较弱，还有WDM的网络结构只使用了点对点的结构，还没有充分利用光网络的特性。 对于宽带IP网络通信来说，IP over ATM、IP over SDH和IP over WDM各有优势，但也存在一定的缺点，从发展角度看，IP over WDM更具竞争力，会成为未来宽带IP网络的主要网络结构。

（4）多业务传送平台MSTP（略） ① 基于SDH的多业务传送节点基本功能模型 ② MSTP中的关键技术及其特点

3、接入技术 （1）xDSL xDSL是DSL(Digital Subscriber Line)的统称，意即数字用户线路，是以铜电话线为传输介质的点对点传输技术。尽管xDSL可以包括HDSL（高速数字用户线）、SDSL（对称数字用户线）、ADSL（非对称数字用户线）、VDSL（甚高比特率数字用户线），但是目前市面上主要流行的还是ADSL（非对称数字用户线路）和VDSL（甚高速数字用户线）。VDSL以其52Mb/s的理论速度相对于ADSL 1.5Mb/s的理论速度而言，具有绝对的性能优势，但是其高昂的价格也让用户望而却步。它适合于单位用户召开电视电话会议等。 由于DSL使用普通的电话线，所以DSL技术被认为是解决“最后一英里”问题的最佳选择之一。其最大的优势在于利用现有的电话网络架构，为用户提供更高的传输速度。

★光纤到家（FTTH）和光纤到办公室（FTTO） （2）光纤接入 光纤接入网（OAN）通过光线路终端与业务节点相连，通过光网络单元（ONU）与用户连接。在光线路终端一侧，要把电信号转换为光信号，以便在光纤中传输。在用户侧，要使用光网络单元将光信号转换成电信号再传送到用户终端。 按照ONU在光接入网中所处的具体位置不同，可以将OAN划分为三种基本不同的应用类型： ★光纤到路边（FTTC） ★光纤到楼（FTTB） ★光纤到家（FTTH）和光纤到办公室（FTTO）

（3）光纤同轴混和接入（ HFC） （4）无线接入 其中FTTx+LAN方式最为看好。

6.2.4 ATM广域网 1．ATM原理 现有的交换方式主要就是传统的电路交换和分组交换。 电路交换的实时性好，分组交换的灵活性好，而且信道利 用率高。如果能将这两种交换方式结合起来，就可以传送 综合业务，这种建立在电路交换和分组交换基础上的传送 模式(或交换方式)称为异步转移模式ATM。B-ISDN的信息传 递方式就是ATM。 信息的传递方式也叫转移模式包括传输、复用和交换 三部分。传递方式分为同步传递方式（STM）和异步传递方 式（ATM）两种。 STM：时分复用 ATM：统计复用

技术、 FR（Frame Relay， 帧中继）交换技术之后的第三代 高速分组交换技术。在ATM中，信息以信元形式进行组织。 信 ATM（Asynchronous Transfer Mode）是继X.25分组交换 技术、 FR（Frame Relay， 帧中继）交换技术之后的第三代 高速分组交换技术。在ATM中，信息以信元形式进行组织。 信 元长度固定。每个信元的长度为５３字节， 其中前５个字节 作为信头，其余４８个字节是信息段。信息段的内容可以是多 种媒体数据， 便于实现数据、语音、图像的综合传输； ATM 不要求信元按周期出现，即第一周期该信元载有音频信息，而 第二个周期，该信元不仅可以是音频信息，还可以是其它任何 信息，包括链路控制信息等。这意味着ATM对不同的信息其传 输速率或带宽是不同的。适合于不同媒体信息的实时交换和传 输。

ATM的具体定义为： ATM是一种转移模式（即传递方式）， 在这一模式中信息被组织成固定长度信元，来 自某用户一段信息的各个信元并不需要周期性 地出现，从这个意义上说，这种转移模式是异 步的。 一个ATM信元具有53个字节的固定长度， 其中前5个字节是信头，后48个字节是数据。

图6-14 STM和ATM传送比特流的区别 (a) STM；(b) ATM

2．ATM网的网络结构 ATM网的网络结构示意图如图6-15所示。一个典型的ATM网是由ATM交换、传输、复用系统、ATM业务终端等几部分组成，其中UNI为用户-网络接口，NNI为网络-网络接口。

图6-15 ATM网的网络结构

ATM复用系统的作用是将用户端产生的各类业务变换成 的实际需要动态分配带宽，而在接收端则完成相反的变换。 ATM网的传输信道采用光纤信道，主要采用基于SDH （同步数字体系）的传输方式。 ATM交换系统是ATM网的核心，ATM网是面向连接的网 络，这种连接是指两个终端之间存在的是逻辑信道而不是物理 信道，所以是虚连接。在ATM网络中，虚连接有两种连接方 式：虚通道（VC ：Virtual Channel））和虚路径（VP ： Virtual Path ）。 ATM交换有VP交换和VC交换两种。

3．ATM网的特点 （1）因为ATM信元是固定长度，且在传输线上是定时出现的，所以可以用硬件对信元头进行快速识别及交换处理，因此ATM技术具有高吞吐量、低延时、交换时延小的特点，满足了多媒体通信的实时性要求。 （2）由于ATM采用统计时分复用方式，即在一条链路上同时汇集了多个信源，多个信源共享链路的带宽，从而实现了带宽的动态分配，因而非常适于突发性较高的多媒体数据。 （3）ATM对它所传送的业务具有透明性，支持从话音、数据到视频等多种多媒体数据的综合业务。

6.2.5 以软交换为核心的下一代网络 1．下一代网络NGN（Next Generation Network） （1）现有网络存在的问题 ◇现有PSTN不能快速地传送图像数据等具有突发性、业务量大 的业务。 ◇智能网实现了呼叫连接和业务提供的分离，提高了网络的 业务供给能力。 ◇IP网络是基于分组交换技术来传送数据信息，无安全机 制，只提供“尽力而为”型服务，不适于实时业务。 ◇ ATM技术综合了电路交换和分组交换的特点，具有QoS保 证，实现了端到端的宽带化，但技术过于复杂，价格偏高。 未来的目标就是要使一个网络既能为用户提供话音、数 据和多媒体等多种业务，同时又能提供各种服务质量的保证 和安全——可见，话音网络和数据网络的融合便是下一代网 络所要研究的方向。

目前，不同的国际组织对NGN的看法各不相同。 随着相关研究和应用的发展，被业界逐渐接受的一个解 释是：NGN是指PSTN、ISDN、第二代移动通信阶段之后的网络发 展，它是为业务提供者或运营商提供的开放接口和分层结构， 能够逐步生产、实施及管理各种创新业务的一种平台。其目标 是使运营商能针对自身及其客户的需求来量身定做，设计、生 成、实施和运营通信业务。

（3）NGN的特征 从业务角度看，NGN是集话音、数据、多媒体等各种业务于一 体的智能化多业务平台； 从移动通信的角度看，NGN就是3G、超3G、4G的无线解决方案； 从交换层面看，NGN就是基于MPLS和IPv6的有QoS保障的IP分组 交换网络； 从基础传送层面看，NGN是以智能光网络ASON和通用帧协议GFP 为基础的网络。

综上所述，NGN通常是指基于软交换技术的NGN语音和多媒体解决方案，必须满足和提供多媒体宽带网的一系列灵活的业务，其主要特征如下： 网络部件间接口标准化—实现异构网互通 业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载分离 ② NGN是业务驱动的网络 业务独立于网络，用户可自定义业务特征 ③ NGN是基于统一协议、基于分组的网络 NGN将电信网、计算机网、有线电视网汇集成统一的IP网络，使得各种基于IP的业务能在不同网络上互通，实现了业务融合。

（4）NGN的体系结构 一般认为，NGN在功能上可以分为四个开放的网络层次，如图6-16所示，自下往上分别为接入和传输层、媒体层、控制层、业务/应用层，各层之间彼此分离，实现全开放的体系结构。 图6-16 NGN的分层结构

① 接入和传输层（Access/Transport layer） 将不同应用的用户终端接入网络并将它们传递至目的地。 各种接入方式：无线接入、光纤接入、IP汇聚等。 ② 媒体层（Media layer） 数据格式转换、路由选择 ③ 控制层（Control layer） 呼叫控制、连接控制、资源管理—实现信令协议互通和 转换 ④ 业务/应用层（Network Service/Application layer） 提供增值业务、业务开发平台和第三方可编程接口； 业务相关的管理功能，如业务认证、计费等。

2．软交换技术 软交换（Softswitch）是NGN的核心，从广义上来说， 软交换泛指一种网络体系，它有完整的网络结构和组织方法， 包含交换、信令、网管及各种设备及接口功能定义等，其功能 涵盖NGN的各层，体系结构如图6-17所示，主要由软交换设 备、SG（信令网关）、MG（媒体网关）、NAS（网络接入服 务器）以及各类接入网关等组成；但从狭义上讲，软交换单指 一个具体的软交换设备，位于NGN的控制层。从目前软交换 技术的发展来看，软交换即指软交换设备，以下我们将从这个 角度对软交换进行介绍。

图6-17 以软交换为核心的NGN

媒体/接入层：将各种不同的网络(通过网关)及用户/终端设备接入；其构件包括信令网关SG、中继网关TG、接入网关AG、无线接入网关WAG等； 传输层：负责建立和管理承载连接，并对这些连接进行交换和路由，用以响应控制层的控制命令；传送网络是采用分组交换技术的包交换网络，主要由路由器及ATM交换机构成

控制层：负责呼叫/业务逻辑，并指示传输层建立合适的承载连接；主要完成呼叫和业务的控制、连接、计费、认证、业务提供等功能；其核心构件为处理语音和多媒体呼叫的软交换(SoftSwitch)；软交换独立于物理介质，与网络和底层媒体无关； 业务/应用层：主要面向用户提供各种应用和服务，采用开放、综合的业务接入平台提供增值业务、多媒体业务和第三方业务，还具有业务生成和维护环境；其构件由智能网业务控制点SCP、业务生成环境SCE以及网管系统，支持Parlay等业务结构的服务器；

3．以软交换为核心的NGN涉及的主要协议 因为NGN具有开放的网络体系，所以软交换与网络中其他 部件通信时应遵循一定的协议，如软交换与信令网关之间、 软交换与媒体网关之间、软交换与软交换之间、软交换与用 户终端之间都有相应的通信协议。

H.323是由ITU制定的通信控制协议族，描述了在没有 Qos保证的分组网络上如何实现多媒体通信系统。

图6-18 H.323的协议栈结构

H323协议族组成： H.225-RAS－－终端注册、呼叫允许、地址解析、寻找GK、 接入许可、带宽修改、状态、拆离等等 H.225-Q.931－－呼叫信令 RTP和RTCP－－实时传输协议，媒体流的建立 H.245－－交换端到端的控制信息，包括能力交换、开闭逻 辑信道、模式请求、主从确定等等

网关（GW） 网守（GK） MCU H.323系统定义的组件主要有终端、网关（Gateway）、多 点控制单元（MCU）、网守（Gatekeeper)等。 网关（GW） 两侧分别连接不同的网络，如电路交换网和包交换网络，负责不同网络之间媒体流的转换（传送格式和适配）和信令流程的转换。 网守（GK） 为H.323节点提供呼叫控制服务，如地址翻译、接入控制、带宽控制、区域管理等。 包含GW的网络必须有GK。 MCU 用于支持三个以上端点设备的会议。

（2）起始会话协议SIP（Session Initiation Protocol） ●IETF提出的IP网络上进行多媒体通信的应用层控制协议 ●用于软交换之间、软交换与SIP终端之间、软交换与基于IP 的应用服务器之间 ● SIP协议独立于业务，协议不限制具体业务范畴，因此可 以承载的业务各种各样，不限于音视频呼叫，还可以用于 会议、即时消息、甚至游戏控制 ●采用Client/Server模型 ●采用事务机制，每一个请求触发Server的操作方法，请求 和响应构成一个事务，事务间彼此独立 ●一个呼叫中可以存在多个事务 ●其消息基于文本编码格式，借鉴HTTP

SIP系统包含两类组件：用户代理（UA）和网络服务器 ◆用户代理：即终端用户，又分为用户代理客户端（UAC）和用户代理服务器（UAS），终端用户通常同时具备UAC和UAS这两个功能。 ◆网络服务器：为用户代理提供注册、认证等服务，并为它们之间建立呼叫连接提供路由等功能。 SIP服务器功能由软交换设备来实现。 网络服务器分为三类： ◎代理服务器：提供路由功能 ◎注册服务器：实现用户代理的注册和注销功能 ◎重定向服务器：实现呼叫重定向

（3）媒体网关控制协议MGCP：用于软交换和MG之间、软 （4）H.248／MEGACO协议 ：用于软交换和MG或H.248／ MEGACO终端之间。H.248将逐渐取代MGCP协议。 （5）BICC（与承载无关的呼叫控制协议）：用于软交换之间 （6）SIGTRAN协议：电路交换网和IP网之间，由SG实现 （7）ParLay协议：应用服务器和软交换之间的通信

图6-19 基于软交换的增值业务架构

☆网络接口层 6.3 多媒体通信协议 IP网是使用Internet协议的网络， Internet协议 是基于TCP/IP协议族的网络协议。TCP/IP协议族共有四层，从下往上分别为： ☆网络接口层 网络接口层位于TCP/IP协议族底层，该层负责与不同 物理媒介连接，定义了TCP/IP与各种物理网络之间的网络 接口规范。这些物理网络包括多种广域网, 如ARPANET、 MILNET和X.25公用数据网, 以及各种局域网, 如Ethernet、 TokenRing、 FDDI等各种局域网。 由IP层中的地址解析 协议提供专门的功能来解决IP地址与各种网络物理地址转 换问题。

图 6-20 TCP/IP协议集及分层结构

☆ IP层 IP层负责协调计算机之间的通信。 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。

☆传输层 传输层负责应用程序（即端到端）之间的通信。 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) 用户数据报协议UDP(User Datagram Protocol)。

☆应用层 应用层向用户提供一种常用的应用程序,如FTP、www应用 等。其中与多媒体密切相关的协议有RTP/RTCP协议、RTSP协 议等。

在Internet上实现实时多媒体通信是Internet发展到一 时通信的， 由于TCP/IP协议不能确保实时通信所需要的带 宽， 传输延迟所造成的时间抖动将使实时通信的质量严重下 降。 另外， TCP协议负责数据的流量控制， 保证传输的正 确性， 具有数据重发功能， 这一点也不适合于实时通信。所以在 Internet上传送多媒体信息时， 采用的都是 UDP/IP协议， 而UDP和IP均不提供链接保证， 数据传输的可 靠性没有保障。 为了解决这个问题， IETF提出了多种实时 通信协议， 应用比较广泛的有实时传输协议（RTP）、 实时 流协议（RTSP）和资源预留协议 （RSVP）等。

图6-21 TCP/IP协议族

图6-22 ISO模型与TCP/IP模型的对比

6.3.1 IPv6 IP协议是TCP/IP协议族中最主要的协议之一。 IP协议的主要功能包括无连接数据报传送功能、数据报路由功能和选择差错控制功能。 IP协议提供的是不可靠、无连接的传送服务。 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

IPv6的出现 IPv6提供了128位的IP地址，使地址数量大幅增加，从而解决了现在的IP地址危机。

1．IP地址 （1）IPv6地址格式 IPv6的地址长度为128个比特，并采用十六进制表示。这 128个比特被分为8组，中间用“:”隔开，表示格式为 X:X:X:X:X:X:X:X。每组16位，用十六进制表示，则为4位十六 进制整数。例如： 2001:fecd:ba23:cd1f:dcb1:1010:9234:C9B4。在十六进制 中，A到F表示的是1 0到1 5。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。

（2）IPv6地址分类 IPv6地址由一个格式前缀、一个子网号和一个接口号组成。 IPv6有三种类型地址： ☆单播地址(unicast)  ☆任意地址(anycast)  ☆组播地址(multicast)  这与IPv4按类别划分A、B、C、D、E类地址不同。 ①单播地址：该地址标识某一单个接口，用于一对一的通信。例如一个接口将分组发给另一个接口，这两个接口都有唯一地址。

单播地址又包括以下四种类型： ☆可聚集全球单播地址（Aggregatable global unicast addresses） 可以在全球范围内进行路由转发，格式前缀FP为001 ☆本地链路地址（Link-local addresses） 用于同一链路的不同接口间通信。一个本地链路地址绝 对不能被路由，只能用于在一个没有路由器的单条链路 上主机间的通信或用于网络邻居发现。 本地链路地址可以进行自动分配。 ☆本地站点地址（site-local addresses） 适用于同一个站点内不同链路上的不同接口之间的通信。 在一个企业内部网中可以使用该地址类型，本地站点地 址不是自动分配的。 ☆特殊单播地址（Special addresses） 用于解决在IPv6地址框架内使用IPv4地址。包括环回地 址（在IPv6中为：：1，而在IPv4中为127.0.0.1）、

图6-23 可聚集全球单播地址结构

IPv4兼容地址：也叫与IPv4兼容的IPv6地址，用IPv6的低32 后32位携带IPv4地址，前80bit置0，中间 16bit置1. 这种地址用来标识不支持IPv6仅支持IPv4的IPv4节点。

②任意地址：该地址标识属于不同节点的一组接口，用于一与多中的其中一个进行通信。它的一个可能的用法是当一个公司网络提供因特网访问时，网内所有提供因特网访问的路由器都配置相同的一个任意地址，每当一个数据包访问因特网时，它就会被发送到提供因特网访问的路由器中距离最近的一个路由器上。该地址只能分配给IPv6路由器，不能分配给IPv6主机。 ③ 组播地址：该地址标识属于不同节点的一组接口，用于点到多点的通信。发往组播地址的数据包将被传送到该地址标识的所有接口。IPv6协议不再定义广播地址，其功能可由组播地址替代，当所有地址都包含在组播地址内时就相当于广播。

一个IPv6分组可以包含：IPv6基本包头、可选的扩展包 头和净负荷。 （1）IPv6的基本包头 IPv6的基本包头格式如下图6-24所示。 2．数据格式 一个IPv6分组可以包含：IPv6基本包头、可选的扩展包 头和净负荷。 （1）IPv6的基本包头 IPv6的基本包头格式如下图6-24所示。 图6-24 IPv6基本包头格式

IPv6基本包头长度固定为40字节，共有8个字段。 ◎版本号：4bit，标识IP协议版本号。 ◎流量类别：8bit，源和路由器用该字段标识属于同一业务类别的分组，用来区分不同优先级的分组。 ◎流标签：20bit，标识一个数据流，用于QoS管理，信源希望具有同一流标签的数据包能在沿途的路由器中得到相同的处理。 ◎净负荷长度：20bit，标识分组中数据字段的长度。 ◎下一个包头：8bit，标识净负荷的起始位置。 ◎跳数限制：8bit，表示该数据包在网络中的最大跳数。 ◎源地址：128bit ◎目的地址：128bit

可见，IPv6的基本包头与IPv4相比做了如下修改： ② 增加了流标签字段 ③ 将IPv4中的服务类型字段替换为流量类别字段 ④ 修改了协议类型和生存时间字段内容

（2）IPv6的扩展包头 IPv6的基本包头是固定长度，扩展包头都是可选项，需 要时加在基本包头和具体数据之间。 数据包被转发时，中间节点只处理基本包头，如果扩展 包头是Hop-by-Hop Options header的话也被处理，其他扩 展包头则只需目的地终端设备进行处理，这样可加快处理过 程。 在RFC2460中定义了6种扩展包头。如图6-25所示。

图6-25 IPv6数据包的使用

□Hop-by-Hop Options Header 逐跳可选包头 指定数据包在传递过程中每一跳的传递参数，主要用于 RSVP或组播侦听者发现消息。 □ Destination Options Header 目的地可选包头 所携带的信息必须由它所指定的IP地址对应的目的地 设备 才能检查。 □ Routing header 寻路包头 指定数据包到达目的地所经过的所有中间节点的IP地址。

□ Fragment header 分段包头 代替了IPv4中的标识、标志和片偏移三个字段，用于分 片和重组。 IPv4中分片 由网络交界处的网关处理 IPv6中分片 由发端主机处理 重组都是由目的主机完成。 □ Authentication header 认证包头 用于提供数据的认证以及完整性的验证信息。 □ Encrypted security payload header 加密安全净负荷 包头 用于数据的加密。

3．IPv6的特点 由于目前因特网使用的协议都是IPv4，下面通过与IPv4的对比来概括一下IPv6的特点： （1）简化了包头格式：减少了网络节点的延时 （2）增加了扩展包头 （3）扩展了地址功能：有自动配置地址功能，简化了IP地址 配置工作 （4）增加了安全性：支持身份验证和数据加密 （5）补充了QoS管理功能：流标签

4．IPv6与IPv4的共存技术 （1）双栈技术 双栈技术支持在同一设备及网络中同时运用IPv4和 IPv6。每个节点都需要运行两个独立的协议栈。 （2）隧道技术 隧道技术支持IPv6业务在IPv4网络中的传输。 （3）转换技术 转换技术支持纯IPv6节点和纯IPv4节点间的互通。 该技术提供一个NAT网关，可以将IPV6地址和IPv4地址 绑定，在IPv6节点和IPv4节点间提供透明的路由。

6.3.2组播路由选择协议与 IGMP因特网组管理协议（自学） 在6.2.2中我们提到有三种类型的IP地址：单播地址、广 播地址、组播地址，对应这三种类型的IP地址，在IP网中有 三种传送包的方式：单播（Unicast）、广播（Broadcast） 和组播（Multicast）。 1．IP组播的基本概念 组播是指一台主机只将信息传送给属于同一组的多台主机。 组播被证明是能够向多台主机发送数据包，同时能避免广播风 暴的一种更好的解决方法。 组播需要专门的协议来支持，这就是IGMP（Internet Group Management Protocol 因特网组管理协议）。

（1）组播地址 IP地址中的D类地址为组播地址，其范围从224.0.0.0到 239.255.255.255。一个组播IP地址代表一个组播组，组播地 址只能用作目的地地址，而不能出现在数据包的源地址中。 专用的组播地址： 224.0.0.1 向局域网中的所有主机发送组播消息 224.0.0.2 向局域网中的所有组播路由器发送消息 224.0.0.14 拥有该地址的数据包携带遵循RSVP协议的 数据 224.0.0.5 允许路由器向所有OSPF路由器传送重要的 OSPF数据。

（2）组播转发树 组播的传送特点是一对多，因此组播传送路径用“树”来描 述最合适，组播源是树根，组播组的成员是树枝，组播路由器 负责复制组播信息，并分发到多个出口，因此，组播传输路径 也称为组播转发树。 组播路由中使用两种组播转发树： 最短路径树 共享树

① 最短路径树SPT（Shortest Path Tree） 源主机作为树根，源主机发送的信息经过最短的路径到 达各个接收主机，这种组播转发树称为最短路径树。 ② 共享树ST（Shared Tree） 将源主机的信息首先发送给网络中的某个可选节点， 这个节点是一个被称为汇合点（RP）的中央路由器， 然后以RP作为树根，按最短路径树原则将信息发送给 各个接收主机。可见，这种方式下，多个组播源都可 以使用这一个转发树来转发组播信息，因此，这种组 播转发树称为共享树。

（3）组播路由算法 构造一个组播树使组播信息传送到组播组的各个成员，并 且不会产生重复访问，这需要采用一定算法的。在IP组播 中一个重要的算法就是反向路径转发RPF（Reverse Path Forward）。

2．组播路由选择协议(略） （1）DVMRP（距离矢量组播路由协议） （2）MOSPF（组播开放最短路径优先路由协议） （3）PIM（协议独立的组播） （4）CBT（有核树）

3．因特网组管理协议（IGMP）(自学） IGMP因特网组管理协议是关于参加组播的主机与路由器 （能支持组播）之间交换组员信息的协议，它能够告知一个物 理网络上的所有系统主机当前所处的组播组，组播路由器需要 这些信息以便知道组播包应该向哪些接口转发。 一个组播组可跨越多个网络，组播组中的主机可随时加入 或离开组播组。在一个组播组中的主机数量没有限制，一台主 机可以同时加入多个组播组，同时不属于某个组播组的主机也 可以向该组发送信息。 IGMP报文被封装在IP数据报中，通过IP数据报进行传、 输。到目前为止，IGMP协议共有三个版本，其中IGMPv2应 用广泛。

（1）IGMPv1 a. 加入过程 （2）IGMPv2 ① IGMPv1报文格式 ② IGMPv1工作过程 b. 查询－响应过程 c. 离开过程 （2）IGMPv2 ① IGMPv2报文 IGMPv2报文格式如图6-46所示。 ② IGMPv2工作过程

6.3.3实时传输协议RTP IP协议不适用于实时数据业务 TCP协议提供面向连接服务，具有纠错和检错能力，但引入了较高的传输时延并占用了网络带宽，不适用于传送实时的音视频数据。  实时传输协议RTP（Real-time transport Protocol）能够支持基于IP网络的多媒体通信业务的实现，为实时数据的应用提供点到点或点到多点通信的传输服务。 具备一种时间戳控制机制，可以实现带有定时特性的不同信息流之间的同步； 采用基于速率的流量控制机制，使得发送方与接收方之间协同工作。 可以支持各种实时通信的应用，比如同步的恢复、信号丢失的监测、安全保密和内容的识别等；

RTP的组成： 两个紧密相关的部分组成： (1)实时传输协议(RTP)； (2)实时传输控制协议(RTCP)。 RTCP主要用于周期地传送RTCP包，监视RTP传输的服务质量。 在RTCP包中， 含有已发送的数据包的数量、 丢失的数据包的数量等统计资料。 因此， 服务器可以利用这些信息动态地改变传输速率， 甚至改变有效载荷类型， 实现流量控制和拥塞控制服务。 为了可靠、高效地传送实时数据， RTP和RTCP必须配合使用， 通常，RTCP包的数量占所有传输量的5％。

1．有关概念 （1）RTP会话：一组用户之间通过RTP建立的连接称为RTP会 话，”用户”为会话的参加者。对每一个参加者来说，该RTP会 话由一对特定的传送层地址来标识，这对传送层地址包括一 个网络地址（IP地址）和一对端口号，其中一个端口号给RTP 使用，另一个端口号给RTCP使用。 RTP会话之间通过不同的端口号来区分。

（2）同步源（SSRC）和提供源（CSRC） 在一个采用RTP支持的多媒体会议会话中，由于需多个用户同时参加，如麦克风的声音或摄像机的视频，而且每个用户发出多种类型的媒体，每一种类型的媒体必须有相同的定时以及一系列的序列号，以便在接收端能够据此重组之后播放。那么发出某一类型媒体的源，如麦克风或摄像机，被称为同步源（SSRC)。同步源之间通过同步源（SSRC)标识符来区分。 会话过程中，多个用户发出的多个同步源都汇集到混合器中，经混合器重新组合形成一个新的组合流再发送出去，用户接收的是混合器输出的组合流。在混合器中形成组合流的所有同步源叫做该组合流的提供源（CSRC)。用提供源标识符来标识。这样，接收端用户可容易地获得源地址信息。例如，在一个音频会议上，参加者可以据此来判断是谁在说话。

（3）RTP协议的相关文件 用于一般特定应用的完整的RTP协议规范需要两类相关的规范文件： 负荷格式文件：定义了如何将一种特定的负荷数据承载在RTP中，即定义了某一音频/视频编码作为RTP负荷的格式。 轮廓文件：定义了一组负荷类型的代码以及这些代码与负荷格式之间的映射。具体来说，它定义了某一特定应用对RTP协议的具体使用方法。一般一种应用对应一个轮廓文件。

2．实时传输协议RTP 实时传输协议RTP的报文由报头和净负荷两部分组成，其格式如图6-47所示。P251 RTP报头为固定长度，共12字节，包含的主要字段有： V（版本）：2bit，标识RTP的版本号，此处为2。 P（填充）：1bit，标识RTP报文是否在报文末尾有填充字节，如果P=1, 则在该报文的尾部将填充一个或多个额外的八位组, 它们不是有效载荷的一部分。至于填充了多少字节则由填充字节中的最后一个字节来指示。填充的目的是一些加密算法可能需要固定字节的报文。

X（扩展）：1bit，标识该RTP包头之后是否还有一个包头的扩展，如果X=1, 则在RTP报头后跟有一个扩展报头。 CC（CSRC计数）：4bit，标识在该RTP包头之后的CSRC标识符的数量，表示该同步流是由几个提供源组合而成的。 M（标记位）：1bit，标识连续码流中的某些特殊事件，例如帧的边界等。不同的有效载荷有不同的含义,对于视频, 标记一帧的结束; 对于音频, 标记会话的开始。 PT（负荷类型）：7bit，标识RTP净负荷的数据格式，如GSM音频、JPEG图像等。 接收端可以据此解释并播放RTP数据。 Sequence number（序列号）：16bit，每发送一个RTP报文，该序号值加1，可以被接收端用来检测报文丢失，并将接收到的报文排序。

Time stamp（时间戳）： 32bit，用于标识发送端用户数据的第一个字节的采样时刻。如果有多个RTP报文逻辑上同时产生，例如它们都属于同一视频帧，则这几个RTP报文的时间戳是相同的。时间戳是实时应用的重要信息。接收者使用时戳来计算延迟和延迟抖动, 并进行同步控制。 SSRC（同步源标识）：32bit，标识一个同步源，该标识符值通过某种算法随机产生，在同一RTP会话中，不可能有两个同步源有相同的SSRC标识符。 CSRC（提供源标识列表）：列表中最多可以列出15个提供源的标识，具体数目则由上面的CC字段给出。每一项标识的长度为32bit。如果提供源的数量大于15，也只列出15个提供源。该项由混合器插入到报头中。

3．实时传输控制协议RTCP RTCP协议作为RTP协议的控制协议，通过周期性的向所有参加者发送控制报文来传输有关服务质量的反馈信息和参加会话的成员信息。 RTCP的控制报文主要有以下几种类型： （1）SR（Sender Report）—— 发送者报告 （2）RR（Receiver report）—— 接收者报告 （3）SDES（Source description items）—— 源描述项 （4）BYE（Indicates end of participation）—— 再见 （5）APP（Application specific functions）—— 应用特定功能

RTCP协议主要实现以下4种功能： （1）提供关于数据传输质量的反馈 （2）固定源标识 （3）控制流量的缩放 （4）可选功能

6.3.4资源预留协议RSVP RSVP（Resource Reservation Protocol）协议位于IP层之上，属于OSI参考模型中的传输层，但它不是网络传送协议，因为它不传送应用数据，它也不是路由选择协议，它是一种网络控制协议，用于建立网络资源预留，它允许客户端向网络提出一个特定的请求，为其数据流提供所需的端到端的服务质量（QoS）。

1．RSVP协议的重要概念 （1）数据流 在RSVP协议中将具有一个特定的目的地和传输层协议的数据流定义为“会话（Session）”，所以通常用数据流来表示它所在的那个会话。 （2）消息类型 RSVP能够支持多种消息类型，其中最重要的两个消息是Resv和Path。

2．RSVP协议的机制（工作过程） RSVP协议的工作过程如图6-48所示。 图6-48 RSVP协议的工作过程

RSVP建立在IP协议之上，可以利用IP数据报传输RSVP消息 RSVP是一个单工协议，只在一个方向上预订资源。特别的， RSVP是一个面向用户端协议， 由信宿负责资源预订， 可以满足点到多点群通信中客户端异构的需求， 每个客户端可以预订不同数量的资源， 接收不同的数据流。 RSVP还提供了动态适应成员关系的变化和动态适应路由变化的能力。RSVP可以满足大型点到多点通信群的资源预订需求。为了建立并维护分组数据传输通道中各个交换机的状态，RSVP建立了一个信宿树。信宿树以信宿为根结点，以信源为叶结点，信源和信宿之间的通道作为树的分支。资源预订消息由信宿开始，沿信宿树传输到各个信源结点。

3．RSVP协议工作原理（自学） 在大型多播群组通信中: (1) 新的接收端点通过送出IGMP回报消息请求加入多播群组，由IGMP等路由协议形成转发路由，然后发送多播码流和径消息以无资源预留的方式转发给接收端点。 (2) 利用接收到的路径消息中的流描述信息， 接收端点根据自身网络和终端的能力产生一个预留消息以选择接收某些发端流的特定分组（例如黑白或彩色）。

4．RSVP协议的特点（自学） (1) RSVP为单播和多点到多点组播应用进行资源预留， 对变化的与会组员关系以及变更的路由进行动态地适应。  (2) RSVP是单工的， 即数据流的接收器为单向数据流进行预留。  (3) RSVP是面向接收器的， 即由数据流接收器发起和维护用于该流的资源预留。 (4) RSVP在路由器和主机中维持软状态以对动态的与会组员变化关系提供适合的支持和对路由的变更进行自动的适应。 

(5) RSVP本身不是路由协议，要通过现有的路由协议来工作， RSVP通过查询路由来获取路由信息的变化。  (8) RSVP能够透明地通过不支持RSVP的节点，无须采用额外的隧道技术。不支持RSVP的路由器将通路信息包当作普通的信息包传送给接收方。  (9) RSVP对IPv4和IPv6都支持。

6.3.5实时流协议RTSP 实时流协议RTSP（Real Time Streaming Protocol）是一种应用层协议，位于传输层之上。RTSP协议定义了媒体服务器和多用户之间如何通过IP网络有效地传送实时多媒体数据。RTSP是一个请求/响应的协议，客户端发出请求，媒体服务器端作出响应，同样，当媒体服务器发出请求的时候，客户端也能作出响应。 该协议定义了一对多应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据。它是从RealNetworks的“RealAudio”和 Netscape的“LiveMedia”的实践和经验发展来的。

RTSP在体系结构上位于RTP和RTCP之上，它使用TCP或RTP完成数据传输。 HTTP与RTSP相比 * HTTP传送HTML，而RTP传送的是多媒体数据。 * HTTP请求由客户机发出，服务器作出响应； * 使用RTSP时，客户机和服务器都可以发出请求，即 RTSP可以是双向的。

2． RTSP的特点 1、 RTSP是应用层协议，与RTP、RSVP一起设计来完成 流式服务。 2、RTSP在体系结构上位于RTP和RTCP之上，它使用RTP 完成数据传输，可控制流式媒体数据通过网络传输到客 户端。 3、RTSP可以保持用户计算机与传输流业务服务器之间的 固定连接，用于观看者与单播（Unicast）服务器通信 并且还允许双向通信， 观看者可以同流媒体服务器通信。 4、提供类似“VCR”形式的例如暂停、 快进、 倒转、 跳 转等操作。 5、RTSP还提供选择传输通道， 如使用UDP还是多点 UDP或是TCP。 