《UDP、TCP、RTP三种协议的总结.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《UDP、TCP、RTP三种协议的总结.docx（9页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、UDP、TCP、RTP 三种协议的总结OSI 七层模型OSI 中的层功能TCP/IP 协议族应 用层文件传输，电子邮件，文件效劳，虚拟终 端TFTP， ，SNMP，FTP，SMTP，DNS，Telnet表示层数据格式化，代码转换，数据加密没有协议会话 层解除或建立与别的接点的联系没有协议传输层供给端对端的接口TCP，UDP RTP网 络层为数据包选择路由IP，ICMP，RIP，OSPF，BGP，IGMP数据链路层传输有地址的帧以及错误检测功能SLIP，CSLIP，PPP，ARP，RARP，MTU物 理层以二进制数据形式在物理媒体上传输数据ISO2110，IEEE802，IEEE802.2*TC
2、P/IP 五层模型的协议应用层传输层：四层交换机、也有工作在四层的路由器网络层：路由器、三层交换机数据链路层：网桥现已很少使用、以太网交换机二层交换机、网卡其实网卡是一半工作在物理层、一半工作在数据 链路层物理层：中继器、集线器、还有我们通常说的双绞线也工作在物理层*一、RTP 协议分析1、 RTP 概述1.1. RTP 是什么RTP 全名是Real-time Transport Protocol 实时传输协议。它是IETF 提出的一个标准，对应的RFC 文档为RFC3550RFC1889 为其过期版本。RFC3550 不仅定义了 RTP，而且定义了配套的相关协议RTCPReal-time T
3、ransport Control Protocol，即实时传输把握协议。RTP 用来为IP 网上的语音、图像、 等多种需要实时传输的多媒体数据供给端到端的实时传输效劳。RTP 为Internet 上端到端的实时传输供给时间信息和流同步，但并不保证效劳质量，效劳质量由RTCP 来供给。1.2. RTP 的应用环境RTP 用于在单播或多播网络中传送实时数据。它们典型的应用场合有如下几个。（1） 简洁的多播音频会议。语音通信通过一个多播地址和一对端口来实现。一个用于音频数据 RTP，另一个用于把握包RTCP。（2） 音频和视频会议。假设在一次会议中同时使用了音频和视频会议，这两种媒体将分别在不同的R
4、TP 会话中传送，每一个会话使用不同的传输地址IP 地址端口。假设一个用户同时使用了两个会话，则每个会话对应的RTCP 包都使用标准化名字 CNAMECanonical Name。与会者可以依据RTCP 包中的CNAME 来猎取相关联的音频和视频，然后依据RTCP 包中的计时信息(Network time protocol)来实现音频和视频的同步。（3） 翻译器和混合器。翻译器和混合器都是RTP 级的中继系统。翻译器用在通过IP 多播不能直接到达的用户区，例如发送者和接收者之间存在防火墙。当与会者能接收的音频编码格式不一样，比方有一个与会者通过一条低速链路接入到高速会议，这 时就要使用混合器。
5、在进入音频数据格式需要变化的网络前，混合器将来自一个源或多个源的音频包进展重构，并把重构后的 多个音频合并，承受另一种音频编码进展编码后，再转发这个的RTP 包。从一个混合器出来的全部数据包要用混合器作为它们的同步源SSRC，见RTP 的封装来识别，可以通过奉献源列表CSRC 表，见RTP 的封装可以确认谈话者。1.3. 流媒体流媒体是指Internet 上使用流式传输技术的连续时基媒体。当前在 Internet 上传输音频和视频等信息主要有两种方式：下载和流式传输两种方式。下载状况下，用户需要先下载整个媒体文件到本地，然后才能播放媒体文件。在视频直播等应用场合，由于生成整个媒体 文件要等直播
6、完毕，也就是用户至少要在直播完毕后才能看到直播节目，所以用下载方式不能实现直播。流式传输是实现流媒体的关键技术。使用流式传输可以边下载边观看流媒体节目。由于Internet 是基于分组传输的，所以接收端收到的数据包往往有延迟和乱序流式传输构建在UDP 上。要实现流式传输，就是要从降低延迟和恢复数据包时序入手。在发送端，为降低延迟，往往对传输数据进展预处理降低质量和高效压缩。在接收端为了恢复时序，承受了接收缓冲； 而为了实现媒体的流畅播放，则承受了播放缓冲。使用接收缓冲，可以将接收到的数据包缓存起来，然后依据数据包的封装信息如包序号和时戳等，将乱序的包重排 序，最终将重排序了的数据包放入播放缓冲
7、播放。为什么需要播放缓冲呢？简洁想到，由于网络不行能很抱负，并且对数据包排序需要处理时耗，我们得到排序好的数据包 的时间间隔是不等的。假设不用播放缓冲，那么播放节目会很卡，这叫时延抖动。相反，使用播放缓冲，在开头播放时，花费 几十秒钟先将播放缓冲填满例如PPLIVE，可以有效地消退时延抖动，从而在不太损失实时性的前提下实现流媒体的顺畅播 放。到目前为止 ,Internet 上使用较多的流式视频格式主要有以下三种 :RealNetworks 公司的 RealMedia ,Apple 公司的QuickTime 以及Microsoft 公司的Advanced Streaming Format (AS
8、F) 。上面在谈接收缓冲时，说到了流媒体数据包的封装信息包序号和时戳等，这在后面的RTP 封装中会有表达。另外，RealMedia 这些流式媒体格式只是编解码有不同，但对于RTP 来说，它们都是待封装传输的流媒体数据而没有什么不同。2、 RTP 详解2.1. RTP 的协议层次2.1.1. 传输层的子层RTP实时传输协议，顾名思义它是用来供给实时传输的，因而可以看成是传输层的一个子层。图 1 给出了流媒体应用中的一个典型的协议体系构造。图2 给出了RTP 协议与其他协议之间的关系。图 1 流媒体体系构造图 2 RTP 协议与其他协议的关系RTP、TCP、UDP 都属于传输层协议; RTP 也可
9、以认为是介于应用层与传输层之间从图中可以看出，RTP 被划分在传输层，它建立在UDP 上。同UDP 协议一样，为了实现其实时传输功能，RTP 也有固定的封装形式。RTP 用来为端到端的实时传输供给时间信息和流同步，但并不保证效劳质量。效劳质量由RTCP 来供给。2.1.2. 应用层的一局部不少人也把 RTP 归为应用层的一局部，这是从应用开发者的角度来说的。操作系统中的TCP/IP 等协议栈所供给的是我们最常用的效劳，而RTP 的实现还是要靠开发者自己。因此从开发的角度来说，RTP 的实现和应用层协议的实现没不同，所以可将 RTP 看成应用层协议。RTP 实现者在发送 RTP 数据时，需先将数
10、据封装成RTP 包，而在接收到RTP 数据包，需要将数据从RTP 包中提取出来。2.2. RTP 的封装一个协议的封装是为了满足协议的功能需求的。从前面提出的功能需求，可以推想出RTP 封装中应当有同步源和时戳等字段，但更为完整的封装是什么样子呢？请看图3。图 3 RTP 的头部格式版本号V：2 比特，用来标志使用的RTP 版本。填充位P：1 比特，假设该位置位，则该RTP 包的尾部就包含附加的填充字节。扩展位X：1 比特，假设该位置位的话，RTP 固定头部后面就跟有一个扩展头部。CSRC 计数器CC：4 比特，含有固定头部后面跟着的CSRC 的数目。标记位M：1 比特,该位的解释由配置文档P
11、rofile来担当. 载荷类型PT：7 比特，标识了RTP 载荷的类型。序列号SN：16 比特，发送方在每发送完一个RTP 包后就将该域的值增加1，接收方可以由该域检测包的丧失及恢复包序列。序列号的初始值是随机的。时间戳：32 比特，记录了该包中数据的第一个字节的采样时刻。在一次会话开头时，时间戳初始化成一个初始值。即使在没有信号发送时，时间戳的数值也要随时间而不断地增加时间在消逝嘛。时间戳是去除抖动和实现同步不行缺少的。同步源标识符(SSRC)：32 比特，同步源就是指 RTP 包流的来源。在同一个 RTP 会话中不能有两个一样的SSRC 值。该标识符是随机选取的 RFC1889 推举了MD
12、5 随机算法。奉献源列表CSRC List：015 项，每项 32 比特，用来标志对一个RTP 混合器产生的包有奉献的全部RTP 包的源。由混合器将这些有奉献的SSRC 标识符插入表中。SSRC 标识符都被列出来，以便接收端能正确指出交谈双方的身份。2.3. RTCP 的封装RTP 需要RTCP 为其效劳质量供给保证，因此下面介绍一下RTCP 的相关学问。RTCP 的主要功能是：效劳质量的监视与反响、媒体间的同步，以及多播组中成员的标识。在RTP 会话期 间，各参与者周期性地传送 RTCP 包。RTCP 包中含有已发送的数据包的数量、丧失的数据包的数量等统计资料，因此，各参与者可以利用这些信息
13、动态地转变传输速率，甚至转变有效载荷类型。RTP 和 RTCP 协作使用，它们能以有效的反响和最小的开销使传输效率最正确化，因而特别适合传送网上的实时数据。从图 1 可以看到，RTCP 也是用UDP 来传送的，但 RTCP 封装的仅仅是一些把握信息，因而分组很短，所以可以将多个 RTCP分组封装在一个UDP 包中。RTCP 有如下五种分组表 1 RTCP 的 5 种分组类型上述五种分组的封装大同小异，下面只表达SR 类型，而其它类型请参考RFC3550。发送端报告分组SRSender Report用来使发送端以多播方式向全部接收端报揭露送状况。SR 分组的主要内容有：相应的 RTP 流的SSR
14、C，RTP 流中最产生的RTP 分组的时间戳和NTP，RTP 流包含的分组数，RTP 流包含的字节数。SR 包的封装如图 3 所示。图 3 RTCP 头部的格式版本V：同RTP 包头域。填充P：同RTP 包头域。接收报告计数器RC：5 比特，该SR 包中的接收报告块的数目，可以为零。包类型PT：8 比特，SR 包是 200。长度域Length：16 比特，其中存放的是该SR 包以 32 比特为单位的总长度减一。同步源SSRC：SR 包发送者的同步源标识符。与对应RTP 包中的SSRC 一样。NTP TimestampNetwork time protocolSR 包发送时确实定时间值。NTP
15、的作用是同步不同的RTP 媒体流。RTP Timestamp：与NTP 时间戳对应，与RTP 数据包中的RTP 时间戳具有一样的单位和随机初始值。Senders packet count：从开头发送包到产生这个SR 包这段时间里，发送者发送的 RTP 数据包的总数. SSRC 转变时， 这个域清零。Senders octet count：从开头发送包到产生这个SR 包这段时间里，发送者发送的净荷数据的总字节数不包括头部和填充。发送者转变其SSRC 时，这个域要清零。同步源n 的SSRC 标识符：该报告块中包含的是从该源接收到的包的统计信息。丧失率Fraction Lost：说明从上一个SR 或
16、 RR 包发出以来从同步源n(SSRC_n)来的RTP 数据包的丧失率。累计的包丧失数目：从开头接收到SSRC_n 的包到发送SR,从SSRC_n 传过来的RTP 数据包的丧失总数。收到的扩展最大序列号：从SSRC_n 收到的RTP 数据包中最大的序列号， 接收抖动Interarrival jitter：RTP 数据包承受时间的统计方差估量上次SR 时间戳Last SR,LSR：取最近从SSRC_n 收到的SR 包中的NTP 时间戳的中间 32 比特。假设目前还没收到SR 包，则该域清零。上次SR 以来的延时Delay since last SR,DLSR：上次从 SSRC_n 收到SR 包到
17、发送本报告的延时。2.4. RTP 的会话过程当应用程序建立一个RTP 会话时，应用程序将确定一对目的传输地址。目的传输地址由一个网络地址和一对端口组成， 有两个端口：一个给RTP 包，一个给 RTCP 包，使得 RTP/RTCP 数据能够正确发送。RTP 数据发向偶数的UDP 端口，而对应的把握信号RTCP 数据发向相邻的奇数UDP 端口偶数的UDP 端口1，这样就构成一个UDP 端口对。 RTP 的发送过程如下，接收过程则相反。1) RTP 协议从上层接收流媒体信息码流如H.263，封装成RTP 数据包；RTCP 从上层接收把握信息，封装成RTCP把握包。2) RTP 将 RTP 数据包发
18、往UDP 端口对中偶数端口；RTCP 将 RTCP 把握包发往UDP 端口对中的接收端口。二、TCP 协议分析1、 TCP 协议简介TCP，全称 Transfer Control Protocol，中文名为传输把握协议，它工作在 OSI 的传输层，供给面对连接的牢靠传输效劳。TCP 的工作主要是建立连接，然后从应用层程序中接收数据并进展传输。TCP 承受虚电路连接方式进展工作，在发送数据前它需要在发送方和接收方建立一个连接，数据在发送出去后，发送方会等待接收方给出一个确认性的应答，否则发送方将 认为此数据丧失，并重发送此数据。2、TCP 报头TCP 报头总长最小为 20 个字节，其报头构造如以
19、以以以下图图1所示；比特 0比特 15比特 16比特 31源端口16目的端口16序列号32确认号32TCP 偏移量4保存6标志6窗口16校验和16紧急16选项0 或 32数据可变图 1TCP 报头构造源端口：指定了发送端的端口目的端口：指定了承受端的端口号序号：指明白段在马上传输的段序列中的位置确认号：规定成功收到段的序列号，确认序号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号TCP 偏移量：指定了段头的长度。段头的长度取决与段头选项字段中设置的选项保存：指定了一个保存字段，以备将来使用标志：SYN、ACK、PSH、RST、URG、FINSYN： 表示同步ACK： 表示确认PSH： 表示尽快的将数
20、据送往接收进程RST： 表示复位连接URG： 表示紧急指针FIN： 表示发送方完成数据发送窗口：指定关于发送端能传输的下一段的大小的指令校验和：校验和包含TCP 段头和数据局部，用来校验段头和数据局部的牢靠性紧急：指明段中包含紧急信息，只有当U R G 标志置 1 时紧急指针才有效选项：指定了公认的段大小，时间戳，选项字段的末端，以及指定了选项字段的边界选项3、TCP 工作原理TCP连接建立：TCP 的连接建立过程又称为TCP三次握手。首先发送方主机向接收方主机发起一个建立连接的同步SYN恳求；接收方主机在收到这个恳求后向送方主机回复一个同步/确认SYN/ACK应答；发送方主机收到此包后再向接
21、收方主机 发送一个确认ACK，此时TCP 连接成功建立；TCP 连接关闭：发送方主机和目的主机建立TCP 连接并完成数据传输后，会发送一个将完毕标记置1 的数据包，以关闭这个 TCP 连接，并同时释放该连接占用的缓冲区空间； TCP 重置：TCP 允许在传输的过程中突然中断连接，这称为 TCP 重置；TCP 数据排序和确认：TCP 是一种牢靠传输的协议，它在传输的过程中使用序列号和确认号来跟踪数据的接收状况；TCP 重传：在TCP 的传输过程中，假设在重传超时时间内没有收到接收方主机对某数据包确实认回复，发送方主机就认为此数据包丧失，并再次发送这个数据包给接收方，这称为TCP 重传；TCP 延
22、迟确认：TCP 并不总是在接收到数据后马上对其进展确认，它允许主机在接收数据的同时发送自己确实认信息给对方。TCP 数据保护校验和：TCP 是牢靠传输的协议，它供给校验和计算来实现数据在传输过程中的完整性。三、UDP 协议分析1、UDP 简介UDP 协议是英文 UserDatagramProtocol 的缩写，即用户数据报协议，主要用来支持那些需要在计算机之间传输数据的网络应用。包括网络视频会议系统在内的众多的客户/效劳器模式的网络应用都需要使用UDP 协议。UDP 协议从问世至今已经被使用了很多年，虽然其最初的荣耀已经被一些类似协议所掩盖，但是即使是在今日，UDP 照旧不失为一项格外有用和可
23、行的网络传输层协议。与我们所熟知的 TCP传输把握协议协议一样，UDP 协议直接位于 IP网际协议协议的顶层。依据OSI开放系统互连参考模型，UDP 和 TCP 都属于传输层协议。UDP 协议的主要作用是将网络数据流量压缩成数据报的形式。一个典型的数据报就是一个二进制数据的传输单位。每一个数据报的前 8 个字节用来包含报头信息，剩余字节则用来包含具体的传输数据。2、UDP 协议构造UDP 报头由 4 个域组成，其中每个域各占用2 个字节，具体如下： 源端口号 、目标端口号 、数据报长度 和校验值 。UDP 协议使用端口号为不同的应用保存其各自的数据传输通道。UDP 和 TCP 协议正是承受这一
24、机制实现对同一时刻内多项应用同时发送和接收数据的支持。数据发送一方可以是客户端或效劳器端将UDP 数据报通过源端口发送出去，而数据接收一方则通过目标端口接收数据。有的网络应用只能使用预先为其预留或注册的静态端口；而另外一些网络应用则可以使用未被 注册的动态端口。由于 UDP 报头使用两个字节存放端口号，所以端口号的有效范围是从0 到 65535。一般来说，大于 49151 的端口号都代表动态端口。数据报的长度是指包括报头和数据局部在内的总的字节数。由于报头的长度是固定的，所以该域主要被用来计算可变长度的 数据局部又称为数据负载。数据报的最大长度依据操作环境的不同而各异。从理论上说，包含报头在内
25、的数据报的最大长 度为 65535 字节。不过，一些实际应用往往会限制数据报的大小，有时会降低到8192 字节。UDP 协议使用报头中的校验值来保证数据的安全。校验值首先在数据发送方通过特别的算法计算得出，在传递到接收方之后， 还需要再重计算。假设某个数据报在传输过程中被第三方篡改或者由于线路噪音等缘由受到损坏，发送和接收方的校验计算 值将不会相符，由此UDP 协议可以检测是否出错。这与TCP 协议是不同的，后者要求必需具有校验值。四、三种协议比照连接建是否确保数据报发送和承受顺是 否序支 持协议名称简洁性立时间可 靠实时性适用范围组播性RTP 位于 UDP 之上，UDP 虽然没有 TCP 那
26、么牢靠，并且无法保证明时业务的效劳质量，需要RTCP 实时监控数据传输和效劳质量，但是，由于UDP 的传输时延低于TCP，能与视频和音频很好匹配。因此，在实际应用中，RTP/RTCP/UDP 用于音频/视频媒体，而TCP 用于数据和把握信令的传输。UDP 和 TCP 协议的主要区分是两者在如何实现信息的牢靠传递方面不同。TCP 协议中包含了特地的传递保证机制，当数据接收方收到发送方传来的信息时，会自动向发送方发出确认消息；发送方只有在接收到该确认消息之后才连续传送其它信 息，否则将始终等待直到收到确认信息为止。所以 TCP 必 UDP 多了建立连接的时间。相对UDP 而言，TCP 具有更高的安全性和牢靠性。TCP 协议传输的大小不限制，一旦连接被建立，双方可以依据确定的格式传输大量的数据，而 UDP 是一个不行靠的协议，大小有限制，每次不能超过64K。相对于TCP 协议，UDP 协议的另外一个不同之处在于如何接收突法性的多个数据报。不同于TCP，UDP 并不能确保数据的发送和接收挨次。三者的性能比照见表 1。表 1 三种协议的性能比照RTP/RTCP低少低否是实时音视支持频媒体传输TCP高多高是否数据和把握信令传输不支持UDP低少低否否音视频媒体传输支持