第10章 基于Internet网的多媒体技术

类似于RPB，如果局部路由器不位于从邻接路由器到源节点 之间的最短路径上，TRPB不会转发信息到邻接路由器。
尽管组播组成员信息被用在TRPB算法中，并且叶子子网从支 撑树中删剪掉，但它不能消除没有组成员的非叶子子网的不 必要流量。
5. Steiner树
在RPB和TRPB算法中，源节点和每个目的节点的最短路 径被用来传输组播包，保证组播包尽可能快地传递。然而， 它们没有最小化网络资源的使用。利用Steiner树可以为构 造传输树最优地使用链路的数目。
IP电话 是在IP网络上进行呼叫和通话，这种应用支持人们 在Internet网上进行通话。目前IP电话价格便宜，但质量较差。
分组实时视频会议 这类应用系统与IP电话类似，但可传 输视频图像并允许多人参加。目前已有许多此类产品。
从多媒体信息传输来讲，Internet提供两种类型的服务：
(1)可靠的面向连接服务，用TCP协议，对信息包时延要求 不高；
1991年：采用T3线路(45Mbps)。 1995年：NSF宣布与MCI合作建设高速数据通道计划，提供
155Mbps的主干网络服务，取代原来的NSFNET，Internet网开 始大规模商业应用。
到2001年：高速通信网络将150多个国家3000多万台计算机连 入Internet，几亿用户每天在使用Internet网提供的服务。
2.支撑树(spanning tree)算法
这个算法已被IEEE-820 MAC采用，它有效且容易实现。
该算法利用求图的最优支撑树算法，选择一个互连链路 的集合组成一个树结构使任何两个路由器之间只有一条 路径。因为树连接了网中所有节点，所以被称为支撑树。
当路由器收到一个组播包时，它将此包转发到除了该包 到达的链路之外属于支撑树的所有链路，以保证多播包 达到互连网的所有路由器。
第10章 基于Internet网的多媒体技术
内容： 概念与问题 IP组播 IP QoS保障机制 IP多媒体网络的相关问题
10.1 概念与问题
Internet网起源于1969年美国国防部高级研究计划署研 制的ARPANET网；
1975年ARPANET从实验网络变成可运行的网络； 1983年：TCP/IP成为ARPANET上标准的通信协议，
(3) IP称为互联网协议。它位于TCP的下一层，负责完成互联 网中包的路由选择，并跟踪这些包到达不同目的端的路径。 IP还要对一些可能出现的情形，如不同传输介质间的不一 致性等进行处理。
运行于Internet网上的典型多媒体应用包括：
现场声音和视频广播 这类似于普通的无线电和电视广播， 不同的是传输网络为Internet网。目前产品如RealNetworks Broadcasters。
6. 基于核心树的组播(core-based tree，CBT)
CBT为每个组建立单一的传输树。一个路由器或一组路由器 被选做传输树的核心。所有到指定组的信息被作为单播信息 向核心路由器转发直到它们到达属于相应传输树的某个路由 器。然后，信息包被转发到除了进入接口之外属于传输树的 所有接口。
由于CBT为每个组播组仅构造一个传输树，与其他组播算法 相比组播路由器需要保持较少的信息。CBT也节省网络带宽， 因为它不需要任何组播包都在互连网上复制转发。
然而，为每个组播组使用单个树可能导致流量集中和核心路 由器的瓶颈。存在惟一的传输树也可能导致非优化的路由和 由此带来的传输信息延时。
上述几种算法被用来开发组播路由选择协议。
图10.5 CBT树
10.2.3 组播路由选择算法
1. 距离矢量组播路由协议(DVMRP)
最初是在IETF RFC1075中定义，它已广泛用在MBone网络 上。其早期版本中基于TRPB算法构造传输树。后来被使用 加强TRPB算法(称为反向路径组播算法RPM)来改进。
RPB算法改进： 如果局部路由器不处于源节点和邻节点之间 的最短路径上，组播包将会在相邻的路由器丢弃。
这个算法是有效的并易于实现。且由于组播包通过从源节点 到目标节点的最短路径转发，所以它是快速的。
路由器不需要了解整个支撑树，并且组播包是通过不同支撑 树传递，流量分布在多个树上，网络得到较好地利用。
由于每个路由器都了解整个网络布局，因此路由器就使 用组播源为树根、使用组播组中的成员作为树叶来独立 计算最低成本支撑树。由于所有路由器都周期性地共享 链路状态信息，因此它们计算得到的组播树将完全相同。
MOSPF使用Dijkstra算法去计算最短路径树。对每个组播 树都要单独计算。为了减少计算量，当路由器接收到数 据包流中的第一个数据包时才做这种计算。一旦计算出 组播树就把信息存储起来，为后来的数据包使用。
10.2 IP组播
10.2.1 基本概念
IP地址分5类： (1) A类、B类、C类是基本的因特网地址； (2) D类(224.0.0.0~239.255.255.255)用于组播的地址； (3) E类是保留地址。
发送端和接收端及其之间的网络设施都必须具备多 播功能。
对本地的IP组播，主机节点所需要的环境是： TCP/IP协议栈中可支持IP组播； 软件支持Internet组管理协议(IGMP)，这样就可以申请 参加组播组和接收组播； 要有IP组播应用软件。
(2)不可靠的无连接服务，使用UDP协议，不保证不丢包也 不保证时延满足需求。
Internet网现在对多媒体包的传送中，各包平等，无优先 之分，是尽力传输机制，难以保证多媒体实时应用的需求。
目前应该解决问题：提高网络带宽，减少时延，减少抖动。
解决问题的思路一般从2个方面考虑：
(1)扩大链路带宽 费用太大，且易被多媒体业务 吃掉； (2)改进Internet协议 采用这种方法对网络系统做 较大的变更，对多媒体应用保证端对端带宽， 如对IP电话途中每个链路预留带宽。
声音点播 客户在任何时间任何地点从声音点播服务器读声 音文件。许多产品也为用户提供交互功能。典型产品有 RealNetworks RealPlayer和VocalTec公司的Internet Wave。
视频点播 这是一类典型的交互式多媒体服务系统。视频点 播系统一般运行在宽带网中。目前已有很多运行于Internet网 上的视频点播产品。
10.2.2 组播路由选择算法
目标—建立一个组播树使组播包传送到目标站点。
1. 泛洪法(flooding) 当路由器收到一个组播包时它首先会检查是否是第一次收
到此包，若是把该包转发给所有相连节点，否则简单地丢 弃该包。利用这种方式我们可保证所有互连的路由器会至 少接到包的一个拷贝。 该算法已经用在OSPF协议中。 简单，但效率不高。
使用该协议，一旦构造了传输树，从一个指定源节点到其 组播组发送组播信息的第1个包开始沿着互连的网络复制转 发。然后，剪除消息来剪除到达组播组成员不经过的树枝。
当已删除树枝上的一个新的主机加入组播组中时，一种新 的消息用来使传输树中以前剪掉的树枝重新接入。 由于新 的成员可在任何时候加入到组播组，而且新成员可能在某 个被剪除的分枝加入，因此DVMRP就周期性地重新启动传 播树的构造过程。
RPB算法主要缺点： 它构造分布树不考虑组播组员的信息。
图10.3 反向路径广播树
4.修剪的反向路径广播(truncated reverse path broadcasting，TRPB)
算法克服了RPB算法的局限性。我们知道通过使用IGMP协议， 路由器可决定一个已知的组播组的成员是否在该路由器子网 中。如果这个子网是一个叶子子网(不存在连到它的任何其他 路由器)，该路由器将从支撑树中剪除。这个过程一直到多余 的分支被剪除掉为止。
目前，Internet主要业务仍是正文和静态图像方式发布信息、 传递电子邮件以实现通信和资源共享。
以IP电话、音乐点播、视频点播、实时视频广播等多媒体业务 在Internet网业务中逐渐上升，并将成为其主要的业务。
Internet网由许多子网连接在一起，通信协议TCP/IP协议。
图10.1 Internet的结构
TCP/IP是一个协议组。主要包括TCP、UDP和IP，其制定 的是传输层和网络层的标准。其中：
(1) TCP 称为传输控制协议。 其作用是保证命令或数据能正 确无误地到达目的地。TCP是可靠的。
(2) UDP 称为用户数据报协议。它和TCP一样都是传输层协 议。与TCP不同，它是不可靠的，不对发出的报文进行跟 踪，也就不能保证每个UDP报文达到目的地址。但由于它 减少了网络开销，因此效率很高。
Steiner树具有较少的链路数，这个树可能比RPB树传播慢。
虽然Steiner树最小化了传输树中链路的使用，但是，由于 Steiner树难以计算，使这种方法在实际中较少使用。
因为Steiner树是随着节点的加入或离开组播组而变化的， Steiner树也是不稳定的。
图10.4 Steiner树
为了解决这种情况的问题，PIM采用2种协议，即PIMDM (Dense Mode)和PIM-SM(Sparse Mode)，它们分别在 组成员密集分布和稀疏分布时更有效。
PIM-DM
PIM-DM非常类似于DVMRP也使用RPM算法来构造传输树
两种算法有明显的差别。尽管PIM-DM需要单播路由协议的 存在来找到回到源节点的路由，PIM-DM是独立于由任何具 体单播路由协议实现的机制。
在子网上密集分布有组播组成员的情况下，DVMRP工作 很好。但组播组成员稀疏分布在广域网上的情况下，周期 性地组播行为会使网络的性能严重下降。
使用DVMRP的另一个问题是组播路由状态信息的数量问 题。因为所有路由器都必须为每个组播组存放状态信息， 这些信息用来转发组播消息的指定接口信息，后者是剪除 状态信息，而且这些信息必须要存放在组播路由器中。
MOSPF缺点适合。
3. 协议独立的组播路由协议
是由IETF IDMR工作组开发的。IDMR计划开发一系列 组播路由协议，能提供可伸缩的Internet范围的组播路由 选择。PIM需要单播路由协议的存在。