1、第八章 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。
2、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 Benchmar
3、king 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
4、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
5、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
6、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
7、。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
8、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
9、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，
10、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
11、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
12、。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：30，25，22，29，455，35，29，2
13、6，20 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 5ms8-17 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
14、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
15、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
16、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, 2113
17、21132113, 311231123112, 231123112311, 321132113211。（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。8-22 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
18、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
19、的时间间隔内的流量。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。8-23 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pkt/s（pkt 代表分组） ，试推导以此速率进入网络所能持续的时间。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。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 r
20、t + b。（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。8-24 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2500 pkt/s, 重新计算本题。解：（rt + b）/ N = 0.21s若2500pkt/s,则2.1s8-25 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
21、公式（8-）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 =(biwj) / (Rwi)。8-26 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-）式给出的 dmax 实际上是分组流 1 中任何分组在FQ 队列中所经受的最大时延。解：r1Rw1/(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
22、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。拿走权标拿走权标注入漏桶的速率= r/s 注入漏桶的速率=p/s漏桶中最多装入b 个权标 漏桶中最多装入 1 个权标分组到达，等待权标等待权标 准许分组进入网络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（admiss
23、ion 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：
24、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
25、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 In
26、tServ 的区别：（1） 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。（2） 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、
27、分级都比较容易。（3） 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
28、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
29、 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
30、 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
31、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：（1） 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（2） AF 用 DSCP 的第 02 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 35 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 2 n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.
