第8章 因特网上的音频/视频服务

8-1音频/视频数据和普通文件数据都有哪些主要区别？这些区别对音频/视频数据在因特网上传送所用的协议有哪些影响？既然现有的电信网能够传送音频/视频数据，并且能够保证质量，为什么还要用因特网来传送音频/视频数据呢？

答：

区别

     第一，多音频/视频数据信息的信息量往往很大，

     第二，在传输音频/视频数据时，对时延和时延抖动均有较高的要求。

影响

如果利用TCP协议对这些出错或丢失的分组进行重传，那么时延就会大大增加。因此实时数据的传输在传输层就应采用用户数据报协议UDP而不使用TCP协议。

     电信网的通信质量主要由通话双方端到端的时延和时延抖动以及通话分组的丢失率决定。这两个因素都是不确定的，因而取决于当时网上的通信量，有网络上的通信量非常大以至于发生了网络拥塞，那么端到端的网络时延和时延抖动以及分组丢失率都会很高，这就导致电信网的通信质量下降。

8-2 端到端时延与时延抖动有什么区别？产生时延抖动的原因时什么？为什么说在传送音频/视频数据时对时延和时延抖动都有较高的要求？

答：端到端的时延是指按照固定长度打包进IP分组送入网络中进行传送；接收端再从收到的IP包中恢复出语音信号，由解码器将其还原成模拟信号。时延抖动是指时延变化。数据业务对时延抖动不敏感，所以该指标没有出现在Benchmarking测试中。由于IP上多业务，包括语音、视频业务的出现，该指标才有测试的必要性。

产生时延的原因

IP数据包之间由于选择路由不同，而不同路由间存在不同时延等因素，导致同一voip的数据包之间会又不同的时延，由此产生了时延抖动。

把传播时延选择的越大，就可以消除更大的时延抖动，但所要分组经受的平均时延也增大了，而对某些实时应用是很不利的。如果传播时延太小，那么消除时延抖动的效果就较差。因此播放时延必须折中考虑。

8-3 目前有哪几种方案改造因特网使因特网能够适合于传送/音频视频数据？

答：    1.大量使用光缆，是网络的时延和时延抖动减小，使用具有大量高速缓存的高数路由器，在网上传送实时数据就不会有问题。

        2.将因特网改造为能够对端到端的带宽实现预留，从而根本改变因特网的协议栈—

从无连接的网络变为面向连接的网络。

        3.部分改动因特网的协议，也能够使多媒体信息在因特网上的传输质量得到改进。

8-4 实时数据和等时数据是一样的意思吗？为什么说因特网是不等时的？实时数据都有哪些特点？试说播放延时的作用？

答： 实时数据和等时数据不是一样的意思。

        模拟的音频/视频信号只有经过数字化以后才能在因特网上传送。就是对模拟信号要经过采样和模数转换为数字信号，然后将一定数量的比特组组装成分组进行传送。这些分组在发送时的时间间隔时恒定的，但传统的因特网本身是非等时的。这是因为在时延IP协议的因特网中，每一个分组是独立的传送，因而这些分组在到达接收端时就变成非等时的。

        消除时延的抖动。

8-5流式存储音频/视频，流式实况音频/视频和交互式音频/视频都有何区别？

答：   流式存储音频/视频是边下载边播放，即在文件下载后不久就开始播放。

流式实况音频/视频是发送时边录制边发送，接受时也是能够连续播放。接受方收到的节目时间和节目中事件的发生时间可以认为是同时的。

交互式音频/视频是用户使用因特网和其他人进行交互式通信。

8-6媒体播放器和媒体服务器的功能是什么？请用例子说明。媒体服务器为什么称为流式服务器？

答：    媒体播放器的主要功能是：管理用户界面，解压缩，消除时延抖动和处理传输带来的差错。

 媒体服务器的主要功能是使用元文件的URL接入到媒体服务器，请求下载浏览器所请求的音频/视频文件，给出响应把该音频/视频文件发送给媒体播放器。

8-7实时流式协议RTSP的功能是什么？为什么说它是个带外协议？

答：   RTSP是IETF的MMUSIC工作组开发的协议，功能是为了给流式过程增加更多的功能而设计的协议。

       RTSP本身并不传送数据，而仅仅是使媒体播放器能够控制多媒体的传送，因此RTSP又称为外带协议。

8-08 狭义的IP电话和广义的IP电话都有哪些区别？IP电话都有哪几种连接方式？

 答：狭义的IP电话就是指在网络上打电话。广义的IP电话不仅仅是电话通信，而且还可以是在IP网络上进行交互式多媒体实时通信（包括电话.视像等）甚至还包括即时传信IM。

IP电话有3种连接方式分别为：（1）2个PC机之间的通话。（2）PC机到固定用户之间的通话。（3）2个固定电话之间打IP电话。

8-09 IP电话的通话质量与那些因素有关？影响IP电话话音质量的主要因素有哪些？为什么IP电话的通话质量是不确定的？

答：IP电话的通话质量主要由两个因素决定。一是通话双方端到端的时延和时延抖动，另一个是话音分组的丢失率。影响IP电话话音质量主要因素有：语音编解码技术、包丢失以及时延和时延抖动等。若网络上的通信量非常大以致发生了网络拥堵，那么端到端时延和时延抖动以及分组丢失率都会很高，这就导致IP电话的通信质量下降。因此，一个用户使用IP电话的通信质量取决于当时其他的许多用户的行为。

8-10 为什么RTP协议同时具有运输层和应用层的特点？

答：从开发者的角度看，RTP应当是应用层的一部分。在应用程序的发送端，开发者必须编写用RTP封装分组的程序代码，然后把RTP分组交给UDP套接字接口。在接受端，RTP分组通过UDP套接字接口进入应用层后。还要利用开发者编写的程序代码从分组中把应用数据块提取出来。然而RTP的名称又隐含地表示出它是一个运输层协议。这样划分也是可以的，应为RTP封装了多媒体应用的数据块，并且由于RTP向多媒体应用程序提供了服务（如时间戳和序号）。因此可以吧RTP看成是在UDP之上的一个运输层子层的协议。

8-11 RTP协议能否提供应用分组的可靠传输？请说明理由。

答：不能。因为RTP为实时应用提供端到端的运输，但不提供任何服务质量的保证。RTP是一个协议框架因为它只包含了实时应用的一些共同功能。RTP并不对多媒体数据块做任何处理而只是向应用层提供一些附加的信息，让应用层知道应当如何进行处理。

8-12 在RTP的分组中为什么要使用序号、时间戳和标记？

答：序号占16位。对每一个发送出的RTP分组，其序号加1.在一次RTP会话开始时的初始序号是随机选择的序号使接收端能够发现丢失的分组，同时也能够将失序的RTP分组重新按序排列好。时间戳反映了RTP分组中的数据的第一字节的采样时刻。接收端使用时间戳克准确的知道应当在什么时间还原哪一个数据块，从而消除时间的抖动。时间戳还可用来使视频应用中声音和图像的同步。标记置1表示这个RTP分组具有特殊意义。

8-13 RTCP协议使用在什么场合？它们各有何主要特点？

 答：RTP协议分别使用在：结束分组BYE表示关闭一个数据流；特定应用分组APP时应用程序能够定义新的分组类型；接收端报告分组RR用来使接收端周期性地向所有的点用多播方式进行报告；发送端报告分组SR用来使发送端周期性地向所有接收端用多播方式进行报告；远点描述分组SDES给出会话中参加者的描述。

8-14 IP电话的两个主要标准各有何特点？

解：IP电话的两个标准分别为：ITU-T定义的H.323协议和IETF提出的绘画发起协议SIP.

H.323协议的特点：以已有的电路交换电话网为基础，增加了IP电话的功能。H.323的指令沿用原有电话网的信令模式，与原有电话网的连接比较容易。

SIP协议的特点：以英特网为基础，将IP电话视为英特网那个上的新应用。SIP使用了HTTP的许多首部、编码规则、差错码以及一些鉴别机制。它比H.323具有更好的可扩缩性。

8-15 携带实时音频信号的固定长度分组序列发送到因特网。每隔10ms发送一个分组。前10个分组通过网络的时延分别为45ms，50ms，53ms，46ms，30ms，40ms，46ms，49ms，55ms和51ms。

（1）用图表示出这些分组发出时间和到达时间。

（2）若在接收端还原时的端到端时延为75ms，试求出每个分组经受的时延。

（3）画出接收端缓存中的分组数与时间的关系。

解： （1）下图（a）的纵横坐标表示这些分组的发出时间和到达时间

（a）分组发送时间和到达时间图

（2）每个分组经受的时延分别为：30，25，22，29，455，35，29，26，20和24ms

（3）接收端缓存中的分组数与时间的关系如下图（b）所示。

（b）接收端缓存中的分组数语时间关系图

8-16 话音信号的采样速率为8000HZ，每隔10ms将已编码的话音采样装配为话音分组。每一个话音分组在发送之前要加上一个时间戳。假定时间戳是从一个时钟得到的，该时钟每隔△秒将计时器加1.试问能否将△取为9ms？如果行，请说明理由。如果不行，你认为△应取为多少？

解：不能将△取为9ms，可以将△取为5ms

8-17 在传送音频/视频数据时，接收端的缓存空间的上限由什么因素决定？实时数据流的数据率和时延抖动对缓存空间上限的确定有何影响？

解：接收端的缓存空间的上限取决于还原播放时所容许的时延，当还原播放时所用需的时延已经确定时，缓存空间的上限与实时数据流的数据率成正比。时延抖动越大，缓存空间也应越大。

8-18 什么是服务质量QoS？为什么说“因特网根本没有服务质量可言”？

解：服务质量QoS是服务性能的总效果，此效果决定了一个用户对服务的满意程度。因特网的网络本身提供的服务是不可靠的，它不能保证服务质量。实际上“尽最大努力交付”的服务就是没有质量保证的服务，根本没有服务质量可言。

8-19 在讨论服务质量时，管制、调度、呼叫接纳表示什么意思？

解：管制：使某个数据流不影响其他正常数据流在网络中通过的一种机制。

调度：路由器的队列所采用的排队规则。

呼叫接纳：数据流要事先声明它所需要的服务质量，然后或者被准许进入网络，或者被拒绝进入网络。

8-20 试比较先进先出（FIFO）排队、公平排队（FQ）和加权公平排队（WFQ）的优缺点。

解：先进先出（FIFO）排队的优点：实施简单；其缺点：不能区分时间敏感分组和一般数据分组，并且对排在长分组的短分组也不公平。

公平排队（FQ）的优点：在高优先级队列中总是有分组时，克服优先排队的局限，避免了低优先级队列的分组长期得不到服务的现象出现；其缺点：长分组得到的服务时间长，而短分组得到的服务时间短，并且没有区分分组的优先级。

加权公平排队（WFO）的优点：通过为每个队列分配一个与所需带宽百分比相对应的权重，使高优先级队列中的分组有更多的机会得到服务；其缺点：实施起来很复杂。

8-21 假定有一个支持三种类别的缓存运行加权公平排队WFQ调度算法,并假定这三种类别的权重分别是0.5, 0.25, 0.25。如果是采用循环调度，那第这三个类别接受服务的顺序是123123123…。

（1）如果每种类别在缓存中都有大量的分组，试问这三种类别的分组可能以何种顺序接受服务？

（2）如果第1类和第3类在缓存中有大量的分组，但缓存中没有第2类的分组，试问这两类分组可能以何种顺序接受服务？

解：（1）如果每种类别在缓存中都有大量的分组，这三种类别的分组接受服务的顺序有：112311231123…, 113211321132…, 211321132113…, 311231123112…, 231123112311…, 321132113211…。

8-22 （2）如果1类和第3类在缓存中有大量的分组，但缓存中没有第2类的分组，则这两类分组接受服务的顺序有：113113113…,　311311311。

8-23 漏桶管制器的工作原理是怎样的？数据流的平均速率、峰值速率和突发长度各表示什么意思？

解：漏桶管制器简称漏桶，它是一种抽象的机制。在漏桶中可装许多权标，但最多装入b个权标，只要漏桶中的权标数小于b个，新的权标就以每秒r个权标的恒定速率加入到漏桶中。但若漏桶已装了b个权标，则新的权标就不再装入，而漏桶的权标数达到最大值b。

漏桶管制分组流进入网络的过程如下。分组进入网络前先要进入一个队列中等候漏桶中的权标，就可从漏桶取走一个权标，然后就准许一个分组从队列进入网络。若漏桶已无权标，就要等新的权标注入漏桶后，再把这个权标拿走后才能准许下一个分组进入网络。假定在时间间隔t中把漏桶中的全部b 个权标都取走。但在这个时间间隔内漏桶又装入了rt个新权标，因此在任何时间间隔t 内准许进入网络的分组数的最大值为rt + b。控制权标进入漏桶的速率r就可对分组进入网络的速率进行管制。

　　平均速率　网络需要控制一个数据流的平均速率。这里的平均速率指的是在一定的时间间隔内通过的分组数。

峰值速率　峰值速率限制了数据流在非常短的时间间隔内的流量。

8-24 突发长度　网络也限制在非常的时间间隔内连续注入到网络中的分组数。

8-25 采用漏桶机制可以控制达到某一数值的、进入网络的数据率的持续时间。设漏桶最多可容纳b 个权标。当漏桶中的权标小于b个时，新的权标就以每秒r个权标的恒定速率加入漏桶中。设分组进入网络的速率为Ｎpkt/s（pkt代表分组），试推导以此速率进入网络所能持续的时间Ｔ。讨论一下为什么改变权标加入到漏桶中的速率就可以控制分组进入网络的速率。

8-26 解：假定在时间间隔t中把漏桶中的全部b 个权标都取走。但在这个时间间隔内漏桶又装入了rt个新权标，因此在任何时间间隔t 内准许进入网络的分组数的最大值为rt + b。Ｔ＝（rt +b）/ N。控制权标进入漏桶的速率r就可对分组进入网络的速率进行管制。

8-27 在上题中，设b = 250 token, r = 5000 token/s, N = 25000 pkt/s。试求分组用这样的速率进入网络持续多长时间。若Ｎ＝2500 pkt/s,　重新计算本题。

解：Ｔ＝（rt + b）/ N = 0.21s

8-28 若Ｎ＝2500pkt/s,则Ｔ＝2.1s

8-29 试推导公式（8-2）。

解：考虑分组i。假定漏桶i已经装满了bi个权标。这就表示分组流i不需要等待就可以从漏桶中拿走bi个权标，因此bi个分组可以马上从路由器输出。但分组流i得到的数据率是由公式（8-１）给出。这bi个分组吵的最后一个分组所经受的时延最大，它等于这bi个分组所需的时间dmax，dmax = bi / Ri =(bi∑wj) / (R×wi)。

8-30 假定图8-22中分组流1的漏桶权标装入速率r1< Rw1/（∑wi），试证明：（8-２）式给出的dmax实际上是分组流1中任何分组在ＷFQ队列中所经受的最大时延。

解：r1<Rw1/(∑wi)，dmax = bi/ri,显然当i=1时，dmax最大。

8-27考虑8.4.2节讨论的管制分组流的平均速率和突发长度的漏桶管制器。现在我们限制其峰值速率为p分组/秒。试说明怎样把一个漏桶管制器的输出流入到第二个漏桶管制器的输入，以便用这样串接的两个漏桶能够管制分组流的平均速率、峰值速率以及突发长度。第二个漏桶的大小和权标产生的速率应当是怎样的？

解：如下图所示，第二个漏桶的大小是1，权标产生的速率是p/s。

8-28综合服务IntServ由哪几个部分组成在？有保证的服务和受控负载的服务有何区别？

答：IntServ共又以下四个组成部分：

（1）资源预留协议RSVP，它是IntServ的信令协议。

（2）接纳控制（admission control），用来决定是否同意对某一资源的请求。

（3）分类器（classifier），用来把进入路由器的分组进行分类，并根据分类的结果把不同的类别的分组放入特定的队列。

（4）调度器（scheduler），根据服务质量要求决定分组发送的前后顺序。

  有保证的服务和受控负载的服务的区别：

（1）有保证的服务（guaranteed service），可保证一个分组在通过路由器时的排队时延有一个严格的上限。

（2）受控负载的服务（controlled-load service），可以使应用程序得到比通常的“尽最大努力”更加可靠的服务。

8-29试述资源预留协议RSVP的工作原理。

答：发送端依据高、低带宽的范围、传输迟延，以及抖动来表征发送业务。RSVP从含有'业 务类别(TSpec)'信息的发送端发送一个路径信息给目的地址(单点广播或多点广播的接收 端)。每一个支持RSVP的路由器沿着下行路由建立一个'路径状态表'，其中包括路径信息里 先前的源地址(例如，朝着发送端的上行的下一跳)为了获得资源预留，接收端发送一个上行 的RESV(预 留 请 求)消息。除了TSpec，RESV消息里有'请求类别(RSpec)，表明所要求的综合服务类型，还有一个'过虑器类别'，表征正在为分组预留资源(如传输协议和端口号)。 RSpec和过虑器类别合起来代表一个'流的描述符'，路由器就是靠它来识别每一个预留资源 的。
　　当每个支持RSVP的路由器沿着上行路径接收RESV的消息时，它采用输入控制过程证实请求，并且配置所需的资源。如果这个请求得不到满足(可能由于资源短缺或未通过认证)，路由器向接收端返回一个错误消息。如果这个消息被接受，路由器就发送上行RESV到下一个路由器
　　当最后一个路由器接收RESV，同时接受请求的时候，它再发送一个证实消息给接收端。
　　当发送端或接收端结束了一个RSVP会话时，有一个明显的断开连接的过程。

8-30区分服务DiffServ与综合服务IntServ有何区别？区分服务的工作原理是怎样的 ?

答：区分服务DiffServ与综合服务IntServ的区别：

区分服务DiffServ层次简单，伸缩性较好：DiffServ工作范围分为两个层次：DS域和DS区。DS标记只是规定了有限数量的业务级别，状态信息的数量正比于业务级别，而不是流的数量。而综合服务IntServ伸缩性差，在WAN中，各种各样的子网会不断增多，并且随着流数目的增加，状态信息的数量成比例上升，重传PATH和RESV信息会占用大量的路由器存储空间和处理开销。

区分服务DiffServ便于实现：只在网络的边界上才需要复杂的分类、标记、管制和整形操作。ISP核心路由器只需要实现行为聚集（BA）的分类，因此实现和部署区分、分级都比较容易。

区分服务DiffServ不影响路由：DiffServ的节点提供服务的手段只限于队列调度和缓冲管理，并不涉及路由选择，而综合服务Intserv对现有路由器的改造十分复杂。由于需要进行端到端的资源预留，必须要求从发送到接收之间所有路由器都支持RSVP和许可控制协议，同时每个路由器还要花费大量的资源来维护和更新数据库

  区分服务的工作原理：区分服务体系结构（DiffServ）定义了一种可以在互联网上实施可扩展的服务分类的体系结构。一种“服务”，是由在一个网络内，在同一个传输方向上，通过一条或几条路径传输数据包时的某些重要特征所定义的。这些特征可能包括吞吐率、时延、时延抖动，和/或丢包率的量化值或统计值等，也可能是指其获取网络资源的相对优先权。服务分类要求能适应不同应用程序和用户的需求，并且允许对互联网服务的分类收费。

　　DiffServ 体系结构由许多在网络节点上实现的功能要素组成，包括每一跳转发小集合，数据包归类功能，和交通调节功能。其中，交通调节功能又包含测量、标记、整形、和监察策略四部分。在本体系结构，只在网络的边界节点上实现复杂的分类和调节功能，并且，通过在 IPv4 和 IPv6 包头的 DS 段做适当的标记 [DSFIELD]，聚合流量，然后根据所做的标记，采取不同的每一跳转发策略。因此，本体系结构具备可扩展性。“每一跳行为”保证了在互相竞争资源的数据流中为每个网络节点分配缓冲区和带宽资源时，有一个合理的处理力度。在核心网络节点上，无需维护每个应用程序流或每个用户转发状态。

8-31 在区分服务DiffServ中的每跳行为PHB是什么意思？EF PHB 和 AF PHB有何区别？

它们个试用于什么样的通信量？

答：DiffServ定义了在转发分组时体现服务水平的每跳行为PHB。所谓“行为“就是指在转发分组时路由器对分组是怎样处理的。”每跳“是强调这里所说的行为只涉及到本路由器转发的这一跳的行为，而下一个路由器再怎样处理则与本路由器的处理无关。

EF PHB 和 AF PHB的区别：

EF指明离开一个路由器的通信量的数据率必须等于或大于某一数值。因此EFPHB用来构造通过DS域的一个低丢失率、低时延、低时延抖动、确保带宽的端到端服务

AF用DSCP的第0～2位把通信量 划分为四个等级，并给每一种等级提供最低数量的带宽和缓存空间。对其中的每一个等级在用DSCP的第3～5位划分出三个“丢弃优先级“。当发生网络拥塞时，对于每一个等级的AF，路由器就首先把”丢弃优先级“较高的分组丢弃。

8-32假定一个发送端向 2n接收端发送多播数据流，而数据流的路径是一个完全的二叉树，在此二叉树的没有一个节点上都有一个路由器。若使用RSVP协议进行资源预留，问总共要产生多少个资源预留报文RESV（有的在接收端产生，也有的在网络中的路由器产生）？

解： 按题意，此二叉树的叶节点有2n个，故二叉树的深度为n+1。每一个节点向其上游节点发送一个RESV报文，故总发送2n+1-1个RESV报文.