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1、实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程第第7 7章章 网络多媒体技术网络多媒体技术实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程 目目 录录7.1 网络多媒体概述7.2 因特网服务质量保证技术 网络多媒体数据传输对网络性能的要求 分组网络服务质量保证的理论基础 集成服务(IntServ)模型 区分服务（Diff-Serv）模型 多媒体的概念 网络多媒体 网络多媒体应用 网络多媒体的关键技术7.3 网络多媒体服务质量自适应限制机制7.3.1 端到端的QoS层次模型7.3.2 端到端的QoS保证机制7.3.3 端到端服务质量保证的自适应限
2、制机制实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程 目目 录录7.4 网络多媒体相关协议7.5 内容分发网络与网络多媒体 内容分发网络技术概述 CDN 的体系结构与工作原理 CDN的关键技术 CDN与网络多媒体应用 实时传输协议RTP 实时流协议RTSP 会话发起协议SIP 7.6 P2P流媒体系统 P2P技术概述 P2P流媒体系统结构与工作原理 P2P流媒体系统关键技术 基于P2P技术的流媒体系统实例 CDN和P2P技术的融合实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.1 7.1 网络多媒体概述网络多媒体概述7.1.1 多媒体的概念
3、媒体（Media）就是信息的载体，是人与人之间、人与机器之间以及机器与机器之间实现信息沟通的中介，也称为媒介或媒质。多媒体指的是感觉媒体，即在多媒体应用中呈现给用户的媒体形式，它主要包括：文本、图形、图像、音频、视频、动画等。计算机领域的所谓多媒体技术，是指能够同时采集、处理、存储、传输和呈现两个或以上不同类型信息媒体、且这些信息可以在人机之间进行交互的技术。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.1.2 7.1.2 网络多媒体网络多媒体单个计算机进行多媒体信息处理有很大的缺点：一是不能刚好获得多媒体信息，很难保证信息的刚好性；二是难以共享多媒体信息。多媒体
4、内容数据量大,具有严格的处理时间要求。为网络多媒体（networked multimedia），指的是由地理上处于不同位置的多方构成，相互之间通过网络进行通信和信息交换的多媒体应用。由于因特网的普遍性，网络多媒体主要是构建在因特网或IP网络上。流媒体(streaming media)，即流式音频/视频。它是网络多媒体的一种形式，现阶段已经成为主要形式。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.1.3 7.1.3 网络多媒体应用网络多媒体应用网络多媒体技术利用通信网络，特殊是Internet传送多媒体数据，从而满足各种应用需求。当前，以网络多媒体为基本组成部分的
5、应用有很多，比如多媒体远程教化、可视电话、视频会议、视频网络及IPTV等。基于下一代因特网的网络多媒体应用更加困难，功能也更加强大，与传输的多媒体应用相比，具有以下的发展趋势或基本特点：宽带化，视频、音频成分增加，具有很高的比特率，须要更高的网络带宽；交互性增加，变更了过去运用者被动接受的状况，可以更多地参与其中，如交互式电视，网络游戏等；普及程度高，运用广泛，具有无所不在的特点，与人们的工作、学习和生活紧密相关。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.1.4 7.1.4 网络多媒体的关键技术网络多媒体的关键技术网络多媒体系统与一般的数据传输系统的根本区分在
6、于传输的对象是多媒体数据。相比于一般数据，多媒体数据具有特殊的传输质量要求。多媒体数据具有严格的时间要求。网络多媒体的支撑技术主要包括信号处理技术、多媒体终端实现技术和计算机网络技术。网络多媒体涉及的关键技术包括：多媒体通信网络必需有足够的带宽。网络必需满足多媒体通信的实时性和牢靠性要求，以保证服务质量。媒体同步要求，包括媒体间同步和媒体内同步。压缩编码是数字信号处理中最具挑战性的技术。新型的多媒体终端是具有智能、体积小的便携式终端，可便利用于移动场合。对于流媒体应用，还须要终端和网络亲密协作以保证较好的应用性能。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.2
7、7.2 因特网服务质量保证技术因特网服务质量保证技术服务质量(Quality of Service，QoS)是指为确定用户对服务的满足程度的一组服务性能参数。网络的吞吐实力、传输延时、延时抖动和差错率是常用的QoS参数。从服务质量保证的角度，因特网目前存在以下不足：在发生瞬时拥塞时，路由器供应的时间响应不行预料。对不同的业务流类型不能供应优先级的服务，不能动态地恳求（或修改）端到端的服务质量。缺乏完善的机制可用于审计网络资源运用状况。目前大部分的信道带宽有限，而将来则可能出现带宽要求更高的多媒体应用，所以QoS的探讨还是必要的。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网
8、络教程7.2.1 7.2.1 网络多媒体数据传输对网络性能的要求网络多媒体数据传输对网络性能的要求为支持多媒体数据传输，网络必需满足确定的性能指标：吞吐量、传输延时、延时抖动、差错率。吞吐量是指网络传送二进制信号的速率，也称比特率，或网络的传输延时(Transmission delay)定义为信源发送出第1个比特到信宿接收到第1个之间的时间差,它包括电(或光)信号在物理介质中的传播延时(Propagation delay)和数据在网中的处理延时（如复用/解复用时间，在网络节点中排队交换的时间等）。网络传输延时的变更称为网络的延时抖动(Delay jitter)。在传输系统中产生的差错由以下几种
9、方式度量：误码率BRE、分组差错率PER、分组丢失率PLR。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.2.2 7.2.2 分组网络服务质量保证的理论基础分组网络服务质量保证的理论基础早在1992年，D.Clark等人的论文描述了在分组数据网络上支持实时业务流的体系结构。他们提议的两种算法在当今支持QoS的路由器中被大量接受：令牌桶过滤器，用以刻划某类服务的业务流特征；加权公允队列（weighted fair queuing,WFQ）算法，用以实现离开路由器的分组调度。一个令牌桶过滤器可由两个参数完全描述：B表示令牌桶的最大深度，R表示令牌连续注入令牌桶的速率。
10、当长度为P 字节的分组通过时，将消耗桶内P个令牌。除非令牌桶内有足够的令牌，否则分组将不被发送。假如发送源在发送分组时，若令牌桶内始终有足够的令牌供其运用（不会因没有令牌而等待），则称发送源的流量符合令牌桶过滤器（R，B）。考虑到R对B的影响，对于给定的流量产生过程，可定义一个非递增的函数B（R），使得该过程符合令牌桶（R，B（R）。为了得到可预期的时延信息，探讨者们提出了一些基于时间戳（time stamp）算法。这些算法将预先确定的各链路速率集R作为输入，每个流最终的时延取决于其对应的令牌桶深度B（R），各流的时延相互独立。公允队列算法4是这些算法中较早的一个，它的本质是路由器的每个出口链
11、路有多个独立的队列，每个队列用于服务一个数据流。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.2.2 7.2.2 分组网络服务质量保证的理论基础分组网络服务质量保证的理论基础 令牌桶分组过滤器的工作原理图 分组到达漏桶中最多装入B个令牌消费令牌准许分组进入网络等待令牌在任何时间间隔 t 内准许进入网络的分组数=R t+B标记注入漏桶的速率为每秒 R 个令牌实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.2.2 7.2.2 分组网络服务质量保证的理论基础分组网络服务质量保证的理论基础 加权公允队列工作原理图分组离开路由器分组到达路由器调度
12、分类器w1w2w3123路由器实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.2.3 7.2.3 集成服务集成服务(IntServ)(IntServ)模型模型供应QoS保证最关键的两个因素如下：为了提高网络负载的可预料性，如何规范和限制进入网络中的流量；在发生瞬时网络拥塞时，路由器如何处理汇聚流量中不同种类的分组。集成服务致力于扩呈现有的IP服务模型以同时支持实时应用和原来尽力而为的传送模式。集成服务模型是一个综合的服务质量保证模型，它可以满足多种QoS需求。它的一个重要特点是借鉴了电信网中的信令（signaling）机制。集成服务提出了一个重要的概念：“流”（fl
13、ow）。所谓流指的一个类似于TCP连接的分组流（stream）。Integrated service可以供应以下两种服务：保证服务（Guaranteed service）、受控负载服务（Controlled-Load service）。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.2.3 7.2.3 集成服务集成服务(IntServ)(IntServ)模型模型IntServ 体系结构主要由四个组成部分：资源预留协议 RSVP，它是 IntServ 的信令协议，它与路径中的路由器协商应用的QoS和相应的资源需求。接纳限制(admission control)，用来确
14、定是否同意对某一资源的恳求。分类器(classifier)，用来将进入路由器的分组进行分类，并依据分类的结果将不同类别的分组放入特定的队列。调度器(scheduler)，依据服务质量要求确定分组发送的前后依次。IntServ模型体系结构 在多媒体实时通信业务中，组播技术是简便而又有效的实现资源共享的重要技术。RSVP协议是为组播业务而设计的。路由选择协议路由选择数据库RSVP接纳控制管理代理流量控制数据库分类器与分组转发调度器 分组入分组出实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.2.4 7.2.4 区分服务（区分服务（Diff-ServDiff-Serv）模
15、型）模型 区分服务模型的基本思想是在网络的入口处为分组标记一个码点（code point），码点用于指示分组在网络转发路径的中间结点上应当被处理的方式。这样对每个分组进行的困难处理被推到了网络边缘，核心网的主要任务只是依据分组首部的码点对其接受相应的转发措施。区分服务模型是在网络的边缘对个别的流进行分类，分组被标记为属于特定的服务类后注入网络，在网络的中间结点上针对不同的服务类进行转发处理。转发分组的核心路由器将检查分组首部的码点判别其所属的服务类，确定如何对其处理（例如，将其置于哪个传输队列）。为了实现这些功能，区分服务定义了一些组件。区分服务的工作原理：区分服务建立在一个简洁的模型之上，其
16、主要机制是流量调整和基于PHB的转发。区分服务的工作原理框图内部路由器边界路由器（入口）边界路由器（出口）分类器标记器整形器测定器根据 DS 值进行转发调节器分组入分组出丢弃实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.2.4 7.2.4 区分服务（区分服务（Diff-ServDiff-Serv）模型）模型 Intserv与Diffserv之间的互通一般来讲，在IP网络中供应QoS 保证时，为了实现规模适应性，在IP骨干网往往须要接受Diffserv体系结构，在IP边缘网可以有两种选择：接受Diffserv体系结构或接受Intserv体系结构。目前在IP边缘网络接
17、受哪一种QoS体系结构还没有定论，或许这两种会同时并存于IP边缘网中。在IP边缘网接受Diffserv体系结构的状况下，IP骨干网与IP边缘网之间的互通没有问题。在IP边缘网接受Intserv体系结构的状况下，须要解决Intserv与Diffserv之间的互通问题，包括RSVP在Diffserv域的处理方式、Intserv支持的业务与Diffserv支持的PHB（Per Hop Behavior）之间的映射。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.3 7.3 网络多媒体服务质量自适应限制机制网络多媒体服务质量自适应限制机制网络多媒体技术的核心问题是传输多媒体
18、数据流的服务质量QoS限制。多媒体数据的最终接受者是终端用户，因此多媒体应用的QoS问题是一个端到端的问题。传输网络的服务质量是应用服务质量的关键，只有和应用相关的各个层次共同作用，才能供应真正的QoS保证。从宏观上看，可以从两个方面来解决分组网络QoS保证问题：一、提出新的网络体系结构，建立新的通信基础设施，从而从根本上变更分组网络的传输机制；二、在现有网络基础上接受确定的技术加以改进。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.3.1 7.3.1 端到端的端到端的QoSQoS层次模型层次模型端到端QoS的层次结构。该结构具有应用层、系统层和设备层等3个层次，
19、其中系统层包括操作系统和通信服务，设备层包括多媒体输入/输出（I/O）设备和传输网络。QoS分层模型到目前为止，国际上对于具有端到端支持的完整的QoS体系结构(Architecture)的探讨还处于起始阶段，对QoS体系结构的定义、层次划分和各层次上QoS参数的定义还没有明确和一样的看法。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程端到端的端到端的QoSQoS保证机制保证机制 完整的QoS保证机制应当包括QoS规范（Specification）和QoS机制。QoS规范描述应用所须要的服务质量，如何在运行过程中达到所要求的质量则由QoS机制来完成。QoS机制事实上是依
20、据用户提出的QoS规范对可利用的资源进行配置和管理的机制。QoS机制又可分为静态和动态两大类。QoS规范（主要包括对QoS描述、QoS的管理策略和服务所须要的费用等）、QoS的管理策略、服务费用 实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.3.3 7.3.3 端到端服务质量保证的自适应限制机制端到端服务质量保证的自适应限制机制速率限制：所谓速率限制是指依据网络的可用带宽来调整编码器的参数以获得所需的数据输出速率。速率限制有两种常用的方法：反馈限制、基于信道模型的速率限制。差错限制(Error Control)，差错限制的目的是通过供应丢失复原(Loss Reco
21、very)实力来削减分组丢失对接收端视频质量的影响。时延抖动限制：由于分组的传输要经过多个网络中间结点，经过每个结点都可能由于分组排队而产生时延，且这些时延是随时间动态变更的，因此经过因特网后，各分组的间隔将发生变更，即便原来以恒定的速率发送也将变成了非恒定速率的分组。为了在接收端复原原来发送速率，需设置适当大小的缓存。当缓存中的分组数达到确定的数量后再以恒定速率按依次把分组读出进行还原播放。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.4 7.4 网络多媒体相关协议网络多媒体相关协议7.4.1 实时传输协议RTPRTP(Real-time Transport P
22、rotoco1)是由IETF的音频视频传输工作组（AVT）于1996年公布为RFC正式文档(RFC 1889)，是特地为交互式话音、视频、仿真等实时数据而设计的轻型传输协议，用于VoIP、视频等具有实时特征的媒体传输。RTP供应端到端网络传输功能，适用于在单点和多点传送网络上传输实时数据。RTP协议包含两个紧密相连的部分，即负责多媒体数据实时传送的RTP和负责反馈限制、监测QoS和传递相关信息的RTCP(Real-time Transport Control Protoco1)。7.4.2 实时流协议RTSP该协议用于在端系统之间建立和限制媒体会话。媒体服务器的客户端发出类似于操作录像机（VC
23、R）的吩咐，如播放和停止，用以实时限制来自服务器的媒体文件的播放。RTSP供应了一个可扩展框架，使受控、按需传输实时数据（如音频与视频）成为可能。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.4.3 7.4.3 会话发起协议会话发起协议SIP SIP 会话发起协议SIP(Session Initiation Protocol,RFC3261)是Internet中应用层信令限制协议，主要用来创建、修改、终止多媒体会话或呼叫。SIP协议的功能体现在五个方面：用户定位、用户实力推断、用户可用性判定、呼叫建立、呼叫处理。SIP的特征：最小状态、与底层协议无关、基于文本。S
24、IP报文：SIP报文是SIP实体间用于沟通、协调工作的信息，从功能上区分，SIP报文分为恳求报文和响应报文两大类。SIP报文运用IETF规定的通用报文格式，即由一个起始行（Start-line），零个或多个报头（Message-header）及零个和一个的报文体（Message-body）组成。SIP实体 SIP 客户端和服务器行为:SIP客户端是发送SIP恳求的应用程序，SIP服务器是接收恳求，执行恳求业务，返回对恳求响应的应用程序。SIP 客户端和服务器行为：用户代理行为描述用户代理客户端（UAC）和用户代理服务器（UAS）产生和处理恳求及响应，建立会话或呼叫的规则。SIP代理服务器和重定
25、向服务器的行为：重定向服务器在接收到除CANCEL之外的恳求后，收集可替换的地址，向UAC返回重定向方法的响应，指明UAC下一步该搜寻的用户可能的地址，或者拒绝该恳求。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.4.3 7.4.3 会话发起协议会话发起协议SIP SIP 会话发起协议SIP(Session Initiation Protocol,RFC3261)是Internet中应用层信令限制协议，主要用来创建、修改、终止多媒体会话或呼叫。SIP协议的功能体现在五个方面：用户定位、用户实力推断、用户可用性判定、呼叫建立、呼叫处理。SIP的特征：最小状态、与底层
26、协议无关、基于文本。SIP报文：SIP报文是SIP实体间用于沟通、协调工作的信息，从功能上区分，SIP报文分为恳求报文和响应报文两大类。SIP报文运用IETF规定的通用报文格式，即由一个起始行（Start-line），零个或多个报头（Message-header）及零个和一个的报文体（Message-body）组成。SIP实体 SIP 客户端和服务器行为:SIP客户端是发送SIP恳求的应用程序，SIP服务器是接收恳求，执行恳求业务，返回对恳求响应的应用程序。SIP 客户端和服务器行为：用户代理行为描述用户代理客户端（UAC）和用户代理服务器（UAS）产生和处理恳求及响应，建立会话或呼叫的规则。
27、SIP代理服务器和重定向服务器的行为：重定向服务器在接收到除CANCEL之外的恳求后，收集可替换的地址，向UAC返回重定向方法的响应，指明UAC下一步该搜寻的用户可能的地址，或者拒绝该恳求。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.4.3 7.4.3 会话发起协议会话发起协议SIP SIP 会话管理相关的其它协议 会话通告协议-SAP：很多MBone应用都基于IP多播进行多方通信，它一般不须要紧密协作的会员关系，参与者只需知道会议的多播地址和UDP端口即可，而会话通告协议就负责把相关的会话信息传送给预期的参与者。会话描述协议-SDP会话通告协议-SAP 会话描
28、述协议（Session Description Protocol，SDP，详见RFC2327）主要用于与SAP和SIP协议的通告会话描述，事实上是单纯的描述格式规范。SDP没有和传输协议结合在一起，因此可基于各种传输协议，如SAP、SIP、RTSP、MIME扩展的Email和HTTP等。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.4.3 7.4.3 会话发起协议会话发起协议SIP SIP 在前面我们探讨了一些实时媒体限制的相近的四个协议。在这里我再概括性的说明一下：RTP是实时数据传输协议。它供应时间标记，序列号以及其它能够保证在实时数据传输时处理时间的方法。它
29、是依靠RVSP保证服务质量标准的。RTCP是RTP的限制部分,是用来保证服务质量和成员管理的。RTSP是起先和指引流媒体数据从流媒体服务器。它又可叫做“网上录像机限制协议”，是供应远程的限制，具体的数据传输是交给RTP的。SIP是网络多媒体应用的会话限制协议，是用来创建、修改、终止多媒体会话或呼叫的信令协议。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.5 7.5 内容分发网络与网络多媒体内容分发网络与网络多媒体7.5.1 内容分发网络技术概述随着宽带网络和宽带流媒体应用的兴起，内容分发网络（Content Distribution Networks或 Conte
30、nt Delivery Network，皆缩写为CDN）作为一种提高网络内容，特殊流媒体内容传送服务质量、节约骨干网络带宽的技术，在国内外得到越来越广泛的应用。内容分发网络是构建在IP网络上的一种分布式的叠加网络，是为在传统的IP网发布宽带多媒体内容而特殊优化的网络覆盖层。CDN是一个策略性部署的整体系统，包括分布式存储、负载均衡、网络恳求的重定向和内容管理等关键组成部分。CDN的建立解决了困扰内容运营商的内容集中与分散的两难选择，通过增加存储实力提高了内容服务供应的性能，能够为内容服务的快速、平安、稳定和可扩展等方面供应保障。目前的CDN服务主要应用于门户网站、电子商务、金融证券、大中型公司
31、、网络教学等多种领域。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.5.2 CDN 7.5.2 CDN 的体系结构与工作原理的体系结构与工作原理CDN网络架构主要由中心和边缘两部分组成。中心指CDN网管中心网管中心和DNS重定向解析中心重定向解析中心，分别负责系统设备的管理和维护以及全局负载均衡；边缘主要指地理上分散的CDN结点，是CDN分发的载体。每个CDN结点由两部分组成：负载均衡设备负载均衡设备和高速缓存服务器高速缓存服务器。CDN的工作原理以及CDN缓存访问方式与未加缓存访问方式的差别。（详见教材）CDNCDN系统结构图系统结构图实用计算机网络教程实用计算
32、机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.5.3 CDN7.5.3 CDN的关键技术的关键技术内容路由技术内容路由技术CDN负载均衡系统实现负载均衡系统实现CDN的内容路由功能。的内容路由功能。通常负载均衡可以分为两个层次：全局负载均衡（通常负载均衡可以分为两个层次：全局负载均衡（GSLB）和本地负）和本地负载均衡（载均衡（SLB）。）。负载均衡可以通过多种方法实现，主要的方法包括负载均衡可以通过多种方法实现，主要的方法包括DNS、应用层重定、应用层重定向、运输层重定向等等。向、运输层重定向等等。内容分发技术内容分发技术 内容分发包含从内容源到内容分发包含从内容源到CDN边缘的边缘的C
33、ache的过程。从实现上看，有的过程。从实现上看，有两种主流的内容分发技术：两种主流的内容分发技术：PUSH和和PULL。内容存储技术内容存储技术 对于对于CDN系统而言，须要考虑两个方面的内容存储问题。一个是内容系统而言，须要考虑两个方面的内容存储问题。一个是内容源的存储，一个是内容在源的存储，一个是内容在Cache结点中的存储。结点中的存储。对于内容源的存储，由于内容的规模比较大（通常可以达到几个甚至对于内容源的存储，由于内容的规模比较大（通常可以达到几个甚至几十个几十个TB），而且内容的吞吐量较大，因此，通常接受海量存储架构。），而且内容的吞吐量较大，因此，通常接受海量存储架构。内容管理
34、技术内容管理技术 内容管理在广义上涵盖了从内容的发布、注入、分发、调整、传递等内容管理在广义上涵盖了从内容的发布、注入、分发、调整、传递等一系列过程。这里重点强调缓存服务器的内容管理，即本地内容管理。一系列过程。这里重点强调缓存服务器的内容管理，即本地内容管理。本地内容管理主要针对一个本地内容管理主要针对一个CDN结点（由多个结点（由多个CDN Cache设备和一设备和一个个SLB设备构成）进行。本地内容管理的主要目标是提高内容服务的设备构成）进行。本地内容管理的主要目标是提高内容服务的效率，提高本地结点的存储利用率。效率，提高本地结点的存储利用率。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算
35、机网络教程实用计算机网络教程7.5.4 CDN7.5.4 CDN与网络多媒体应用与网络多媒体应用 以视频点播等影视节目为主的流媒体服务的引入，给网络运营带来了以视频点播等影视节目为主的流媒体服务的引入，给网络运营带来了很大冲击，传统的网络模型和业务模型难以满足流媒体业务的须要。很大冲击，传统的网络模型和业务模型难以满足流媒体业务的须要。基于分组交换的。基于分组交换的IP网络在设计之初并没有考虑流媒体数据传输的需网络在设计之初并没有考虑流媒体数据传输的需求，因此干脆在当前的求，因此干脆在当前的IP网上供应服务质量要求严格的流媒体服务会网上供应服务质量要求严格的流媒体服务会产生如下问题：产生如下问
36、题：1）端到端带宽和端到端带宽和QoS难以保证；难以保证；2）网络通常不支持多播，广播型业务须要接受多个点对点传输实现，）网络通常不支持多播，广播型业务须要接受多个点对点传输实现，不但耗费大量的骨干网络带宽，而且对源点也构成极大的压力；不但耗费大量的骨干网络带宽，而且对源点也构成极大的压力；3）一旦流媒体业务用户量和业务量加大，其产生的流量对现有网络）一旦流媒体业务用户量和业务量加大，其产生的流量对现有网络造成很大的冲击，甚至影响到造成很大的冲击，甚至影响到Web和电子邮件等基本网络服务的开展。和电子邮件等基本网络服务的开展。引入引入CDN可以将内容服务从原来的单一中心服务结构变为分布式服务可
37、以将内容服务从原来的单一中心服务结构变为分布式服务结构，从而较好地解决上述问题。结构，从而较好地解决上述问题。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.6 P2P7.6 P2P流媒体系统流媒体系统7.6.1 P2P技术概述技术概述国国际际上上，P2P技技术术引引起起人人们们的的关关注注起起源源于于一一个个特特别别流流行行的的Internet应用应用Napster。P2P的的核核心心思思想想是是“对对等等”，即即在在P2P系系统统中中相相互互作作用用的的双双方或多方具有完全同等的关系方或多方具有完全同等的关系。对对于于计计算算机机探探讨讨人人员员而而言言，P2P
38、是是一一种种计计算算资资源源的的组组织织形形式式，通通过过聚聚合合网网络络边边缘缘的的大大量量空空闲闲资资源源可可以以得得到到相相当当于于大大型计算机但更加廉价的计算实力型计算机但更加廉价的计算实力。P2P系系统统各各结结点点之之间间具具有有对对等等的的关关系系，它它们们干干脆脆交交换换信信息息和和资资源源，相相互互之之间间的的连连接接和和所所形形成成的的拓拓扑扑具具有有不不确确定定性性；而而在在C/S结结构构中中，全全部部的的clients都都和和server想想连连才才能能够够获获得信息和资源，最终形成了一个星形结构。得信息和资源，最终形成了一个星形结构。图图7-17 P2P与与C/S结构
39、比照图结构比照图实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.6 P2P7.6 P2P流媒体系统流媒体系统P2P系统的发展大致可分为三代系统的发展大致可分为三代 第一代第一代P2P网络接受集中限制的体系结构，系统中包括维护内容和用网络接受集中限制的体系结构，系统中包括维护内容和用户信息的索引服务器，典型的代表如户信息的索引服务器，典型的代表如Napster。它接受快速搜寻算法，。它接受快速搜寻算法，查询响应时间短，运用简洁的协议，能够供应高性能和良好的健壮性，查询响应时间短，运用简洁的协议，能够供应高性能和良好的健壮性，缺点是服务简洁中断。缺点是服务简洁中断。其次
40、代其次代P2P 接受完全无中心的分布式网络体系结构。它不再运用中心接受完全无中心的分布式网络体系结构。它不再运用中心服务器，用户的服务器，用户的PC具有多种功能，包括索引服务器、搜寻本地资源具有多种功能，包括索引服务器、搜寻本地资源以及在结点间中继查寻信息的路由器。由于每次查询都要在全网中以及在结点间中继查寻信息的路由器。由于每次查询都要在全网中“泛洪泛洪”，造成大量网络流量，使得其查询速度慢，响应时间长。，造成大量网络流量，使得其查询速度慢，响应时间长。第三代第三代P2P系统接受混合组网方式，具有层次化网络结构。分层次的系统接受混合组网方式，具有层次化网络结构。分层次的快速搜寻改进了搜寻性能
41、，缩短了查询响应时间，并且每次查询产生快速搜寻改进了搜寻性能，缩短了查询响应时间，并且每次查询产生的流量少于完全分布的网络。超级结点的部署供应了高性能和良好的的流量少于完全分布的网络。超级结点的部署供应了高性能和良好的健壮性。超级结点的失效对系统性能具有较大的影响。健壮性。超级结点的失效对系统性能具有较大的影响。P2P的应用系统可以分为三类，即并行计算，内容与文件共享和协作。的应用系统可以分为三类，即并行计算，内容与文件共享和协作。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.6.2 P2P7.6.2 P2P流媒体系统结构与工作原理流媒体系统结构与工作原理P2PP
42、2P实时流媒体技术是实时流媒体技术是P2PP2P技术与流媒体技术的结合，其核技术与流媒体技术的结合，其核心思想就是把心思想就是把P2PP2P技术应用于实时流媒体数据的分发中去，技术应用于实时流媒体数据的分发中去，把网络层的组播功能转移到应用层实现，充分有效地利用把网络层的组播功能转移到应用层实现，充分有效地利用各个结点的资源。各个结点的资源。P2PP2P流媒体技术主要优势在于降低对服务器处理实力和服流媒体技术主要优势在于降低对服务器处理实力和服务器上传带宽的要求，节约了主干网络传输带宽。务器上传带宽的要求，节约了主干网络传输带宽。依据结点组织结构，依据结点组织结构，P2PP2P流媒体系统可以被
43、分为两大类，流媒体系统可以被分为两大类，即树状结构和网状结构。即树状结构和网状结构。树状结构化网络起源于树状结构化网络起源于IPIP组播结点组织方式，对等结点按组播结点组织方式，对等结点按树状结构组织起来。单树拓扑结构的缺点是：全部的叶子树状结构组织起来。单树拓扑结构的缺点是：全部的叶子结点都没有参与数据转发，这会使为数众多的叶子结点的结点都没有参与数据转发，这会使为数众多的叶子结点的资源不能得到利用。资源不能得到利用。基于基于GossipGossip协议的网状结构协议的网状结构P2PP2P网络并没有依靠固定的拓网络并没有依靠固定的拓扑结构把数据转发给接收结点，而是依靠数据有效性信息扑结构把数
44、据转发给接收结点，而是依靠数据有效性信息来驱动数据在结点间流淌，因此该结构又称为数据驱动化来驱动数据在结点间流淌，因此该结构又称为数据驱动化网络。网络。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.6.3 P2P7.6.3 P2P流媒体系统关键技术流媒体系统关键技术1.数据存储数据存储媒媒体体数数据据在在系系统统中中存存储储确确定定了了系系统统中中数数据据的的可可用用性性。好好的的数数据据存存储储策策略略对对整整个个系系统统的的性性能能而而言言是是至关重要的。至关重要的。数数据据分分块块策策略略:单单个个结结点点的的存存储储实实力力有有限限，这这就就要要求求对对媒
45、媒体体数数据据进进行行分分割割，将将其其分分散散存存储储于于系系统统中中的多个结点中。的多个结点中。数数据据缓缓存存及及更更新新策策略略:缓缓存存是是指指用用户户观观看看视视频频时时把把当当前前媒媒体体数数据据短短暂暂保保存存在在系系统统内内存存或或者者外外存存中中。缓缓存存是是一一种种被被动动的的存存储储方方式式，存存储储内内容容由由当当前前观观看看的的视视频频内内容容确确定定。通通常常的的缓缓存存策策略略是是对对结结点点中中正正在在下下载载播播放放的的流流媒媒体体按按时时间间依依次次进进行行缓缓存存，假假如如缓缓存存空空间间已已满满，则则接接受受LRU(Least Recently Use
46、d Algorithms)或或其其它它简简洁洁的的缓缓存存替替换换算算法法进进行替换。行替换。支支持持交交互互性性的的存存储储方方法法:为为了了支支持持视视频频点点播播系系统统中中的的交交互互性性操操作作，应应实实行行相相应应的的存存储储机机制制。基基于于锚锚点点的的方方法法是是一一种种简简便便的的交交互互支支持持数数据据存存储储方方法法。该该方方法法依依据据确确定定的的策策略略在在媒媒体体数数据据文文件件定定义义一一些些视视频频锚锚点点，并并在在系系统统中中事事先先保保存存锚锚点点位位置置的的媒媒体体数据用于快速启动播放过程。数据用于快速启动播放过程。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用
47、计算机网络教程实用计算机网络教程7.6.3 P2P7.6.3 P2P流媒体系统关键技术流媒体系统关键技术2.资源定位方法资源定位方法P2P技技术术供供应应了了一一种种大大规规模模异异构构环环境境下下进进行行资资源源共共享享的的有有效效途途径径，只只要要用用户户给给出出所所需需资资源源的的属属性性描描述述，P2P系系统统就就能能返返回回一一组组符符合合用用户户需需求求的的资资源源列列表表。能能否否对对用用户户的的恳恳求求作作出出成成功功而而快快捷捷的的响响应应干干脆脆确确定定着着P2P流流媒媒体体系系统统的的性性能能。因因此此，资资源源发发觉觉是是P2P应应用所面临的核心问题之一。用所面临的核心
48、问题之一。3.内容分发内容分发:内内容容分分发发算算法法的的目目标标是是建建立立起起从从源源到到目目标标接接收收点点满满足足播播放放质质量量的的分分发发路路径径。由由于于网网络络中中资资源源的的存存放放方方式式不不同同，分分发发策策略略可可以以分为单源的和多源的策略。分为单源的和多源的策略。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.6.3 P2P7.6.3 P2P流媒体系统关键技术流媒体系统关键技术2.资源定位方法资源定位方法P2P技技术术供供应应了了一一种种大大规规模模异异构构环环境境下下进进行行资资源源共共享享的的有有效效途途径径，只只要要用用户户给给出出
49、所所需需资资源源的的属属性性描描述述，P2P系系统统就就能能返返回回一一组组符符合合用用户户需需求求的的资资源源列列表表。能能否否对对用用户户的的恳恳求求作作出出成成功功而而快快捷捷的的响响应应干干脆脆确确定定着着P2P流流媒媒体体系系统统的的性性能能。因因此此，资资源源发发觉觉是是P2P应应用所面临的核心问题之一。用所面临的核心问题之一。3.内容分发内容分发:内内容容分分发发算算法法的的目目标标是是建建立立起起从从源源到到目目标标接接收收点点满满足足播播放放质质量量的的分分发发路路径径。由由于于网网络络中中资资源源的的存存放放方方式式不不同同，分分发发策策略略可可以以分为单源的和多源的策略。
50、分为单源的和多源的策略。实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.6.4 7.6.4 基于基于P2PP2P技术的流媒体系统实例技术的流媒体系统实例PPLive是目前成功商业运营的一个P2P流媒体系统。PPLive接受网状拓扑结构，在PPLive系统中包含了三类主要的服务器：1）频道列表服务器2）结点列表服务器3）媒体服务器 PPLive系统实体结构图及服务访问流程图实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程实用计算机网络教程7.6.5 CDN7.6.5 CDN和和P2PP2P技术的融合技术的融合CDNCDN和和P2PP2P技术的优缺点在应用上具有确