1、課件制作人：謝希仁,計算機網(wǎng)絡(luò)（第 5 版）,第 8 章 因特網(wǎng)上的音頻/視頻服務(wù),課件制作人：謝希仁,第 8 章 因特網(wǎng)上的音頻/視頻服務(wù),8.1 概述 8.2 流式存儲音頻/視頻 8.2.1 具有元文件的萬維網(wǎng)服務(wù)器 8.2.2 媒體服務(wù)器 8.2.3 實時流式協(xié)議 RTSP,課件制作人：謝希仁,8.3 交互式音頻/視頻 8.3.1 IP 電話概述 8.3.2 IP 電話所需要的幾種應(yīng)用協(xié)議 8.3.3 實時運輸協(xié)議 RTP 8.3.4 實時運輸控制協(xié)議 RTCP 8.3.5 H.323 8.3.6 會話發(fā)起協(xié)議 SIP,第 8 章 因特網(wǎng)上的音頻/視頻服務(wù)（續(xù)）,課件制作人：謝希仁,8.

2、4 改進“盡最大努力交付”的服務(wù) 8.4.1 使因特網(wǎng)提供服務(wù)質(zhì)量 8.4.2 調(diào)度和管制機制 8.4.3 綜合服務(wù) IntServ 和資源預(yù)留 協(xié)議 RSVP 8.4.4 區(qū)分服務(wù) DiffServ,第 8 章 因特網(wǎng)上的音頻/視頻服務(wù)（續(xù)）,課件制作人：謝希仁,8.1 概述,計算機網(wǎng)絡(luò)最初是為傳送數(shù)據(jù)信息設(shè)計的。因特網(wǎng) IP 層提供的“盡最大努力交付”服務(wù)，以及每一個分組獨立交付的策略，對傳送數(shù)據(jù)信息也是很合適的。 因特網(wǎng)使用的 TCP 協(xié)議可以很好地解決網(wǎng)絡(luò)不能提供可靠交付這一問題。,課件制作人：謝希仁,多媒體信息的特點,多媒體信息（包括聲音和圖像信息）與不包括聲音和圖像的數(shù)據(jù)信息有很大

3、的區(qū)別。 多媒體信息的信息量往往很大。 在傳輸多媒體數(shù)據(jù)時，對時延和時延抖動均有較高的要求。 多媒體數(shù)據(jù)往往是實時數(shù)據(jù)(real time data)，它的含義是：在發(fā)送實時數(shù)據(jù)的同時，在接收端邊接收邊播放。,課件制作人：謝希仁,因特網(wǎng)是非等時的,模擬的多媒體信號經(jīng)過采樣和模數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號，再組裝成分組。這些分組的發(fā)送速率是恒定的（等時的）。 傳統(tǒng)的因特網(wǎng)本身是非等時的。因此經(jīng)過因特網(wǎng)的分組變成了非恒定速率的分組。,課件制作人：謝希仁,接收端需設(shè)置適當(dāng)大小的緩存。當(dāng)緩存中的分組數(shù)達到一定的數(shù)量后再以恒定速率按順序把分組讀出進行還原播放。 緩存實際上就是一個先進先出的隊列。圖中標(biāo)明的 T 叫

4、做播放時延。,在接收端設(shè)置緩存,課件制作人：謝希仁,緩存使所有到達的分組都經(jīng)受了遲延。 早到達的分組在緩存中停留的時間較長，而晚到達的分組在緩存中停留的時間則較短。 以非恒定速率到達的分組，經(jīng)過緩存后再以恒定速率讀出，就能夠在一定程度上消除了時延的抖動。但我們付出的代價是增加了時延。,緩存的影響,課件制作人：謝希仁,需要解決的問題,在傳送時延敏感(delay sensitive)的實時數(shù)據(jù)時，不僅傳輸時延不能太大，而且時延抖動也必須受到限制。 對于傳送實時數(shù)據(jù)，很少量分組的丟失對播放效果的影響并不大（因為這是由人來進行主觀評價的），因而是可以容忍的。丟失容忍(loss tolerant)也是實

5、時數(shù)據(jù)的另一個重要特點。,課件制作人：謝希仁,需要解決的問題（續(xù)）,由于分組的到達可能不按序，但將分組還原和播放時又應(yīng)當(dāng)是按序的。因此在發(fā)送多媒體分組時還應(yīng)當(dāng)給每一個分組加上序號。這表明還應(yīng)當(dāng)有相應(yīng)的協(xié)議支持才行。 要使接收端能夠?qū)⒐?jié)目中本來就存在的正常的短時間停頓（如音樂中停頓幾拍）和因某些分組的較大遲延造成的“停頓”區(qū)分開來。這就需要增加一個時間戳(timestamp)，以便告訴接收端應(yīng)當(dāng)在什么時間播放哪個分組。,課件制作人：謝希仁,必須改造現(xiàn)有的因特網(wǎng),大量使用光纜和高速路由器，網(wǎng)絡(luò)的時延和時延抖動就可以足夠小，在因特網(wǎng)上傳送實時數(shù)據(jù)就不會有問題。 把因特網(wǎng)改造為能夠?qū)Χ说蕉说膸拰崿F(xiàn)預(yù)

6、留(reservation)，把使用無連接協(xié)議的因特網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蜻B接的網(wǎng)絡(luò)。 部分改動因特網(wǎng)的協(xié)議棧所付出的代價較小，而這也能夠使多媒體信息在因特網(wǎng)上的傳輸質(zhì)量得到改進。,課件制作人：謝希仁,目前因特網(wǎng)提供的音頻/視頻服務(wù)大體上可分為三種類型,流式(streaming)存儲音頻/視頻 邊下載邊播放。 流式實況音頻/視頻 邊錄制邊發(fā)送 。 交互式音頻/視頻實時交互式通信。,課件制作人：謝希仁,“邊下載邊播放”中的“下載”,“邊下載邊播放”結(jié)束后，在用戶的硬盤上沒有留下有關(guān)播放內(nèi)容的任何痕跡。 流媒體(streaming media)，即流式音頻/視頻。 流媒體特點就是“邊下載邊播放” (stre

7、aming and playing) 。,課件制作人：謝希仁,8.2 流式存儲音頻/視頻,傳統(tǒng)的下載文件方法,萬維網(wǎng) 服務(wù)器,客戶機,服務(wù)器,媒體 播放器,瀏覽器,課件制作人：謝希仁,傳統(tǒng)的瀏覽器從服務(wù)器下載音頻/視頻文件, 用戶從客戶機(client machine)的瀏覽器上用 HTTP 協(xié)議向服務(wù)器請求下載某個音頻/視頻文件。 服務(wù)器如有此文件就發(fā)送給瀏覽器。在響應(yīng)報文中就裝有用戶所要的音頻/視頻文件。整個下載過程可能會花費很長的時間。 當(dāng)瀏覽器完全收下這個文件后，就可以傳送給自己機器上的媒體播放器進行解壓縮，然后播放。,課件制作人：謝希仁,8.2.1 具有元文件的萬維網(wǎng)服務(wù)器,元文件就

8、是一種非常小的文件，它描述或指明其他文件的一些重要信息。,萬維網(wǎng) 服務(wù)器,客戶機,服務(wù)器,媒體 播放器,瀏覽器,課件制作人：謝希仁,使用元文件下載音頻/視頻文件, 瀏覽器用戶使用 HTTP 的 GET 報文接入到萬維網(wǎng)服務(wù)器。這個超鏈指向一個元文件。這個元文件有實際的音頻/視頻文件的統(tǒng)一資源定位符 URL。 萬維網(wǎng)服務(wù)器把該元文件裝入 HTTP 響應(yīng)報文的主體，發(fā)回給瀏覽器。 客戶機瀏覽器調(diào)用相關(guān)的媒體播放器，把提取出的元文件傳送給媒體播放器。 媒體播放器使用元文件中的 URL ，向萬維網(wǎng)服務(wù)器發(fā)送 HTTP 請求報文，要求下載音頻/視頻文件。 萬維網(wǎng)服務(wù)器發(fā)送 HTTP 響應(yīng)報文，把該音頻/

9、視頻文件發(fā)送給媒體播放器。媒體播放器邊下載邊解壓縮邊播放。,課件制作人：謝希仁,8.2.2 媒體服務(wù)器,媒體服務(wù)器也稱為流式服務(wù)器(streaming server) ，它支持流式音頻和視頻的傳送。 媒體播放器與媒體服務(wù)器的關(guān)系是客戶與服務(wù)器的關(guān)系。 媒體播放器不是向萬維網(wǎng)服務(wù)器而是向媒體服務(wù)器請求音頻/視頻文件。 媒體服務(wù)器和媒體播放器之間采用另外的協(xié)議進行交互。,課件制作人：謝希仁,使用媒體服務(wù)器,萬維網(wǎng) 服務(wù)器,媒體 播放器,瀏覽器,媒體 服務(wù)器,客戶機,服務(wù)器,課件制作人：謝希仁,采用媒體服務(wù)器下載音頻/視頻文件的步驟, 前三個步驟仍然和上一節(jié)的一樣，區(qū)別就是后面兩個步驟。 媒體播放器

10、使用元文件中的 URL 接入到媒體服務(wù)器，請求下載瀏覽器所請求的音頻/視頻文件。下載可以借助于使用 UDP 的任何協(xié)議，例如使用實時運輸協(xié)議 RTP。 媒體服務(wù)器給出響應(yīng)，把該音頻/視頻文件發(fā)送給媒體播放器。媒體播放器在遲延了若干秒后，以流的形式邊下載邊解壓縮邊播放。,課件制作人：謝希仁,8.2.3 實時流式協(xié)議 RTSP(Real-Time Streaming Protocol),RTSP 協(xié)議以客戶服務(wù)器方式工作，它是一個多媒體播放控制協(xié)議，用來使用戶在播放從因特網(wǎng)下載的實時數(shù)據(jù)時能夠進行控制，如：暫停/繼續(xù)、后退、前進等。因此 RTSP 又稱為“因特網(wǎng)錄像機遙控協(xié)議”。 要實現(xiàn) RTSP

11、 的控制功能，我們不僅要有協(xié)議，而且要有專門的媒體播放器(media player)和媒體服務(wù)器(media server)。,萬維網(wǎng) 服務(wù)器,客戶機,服務(wù)器,媒體 播放器,瀏覽器,媒體 服務(wù)器,音頻/視頻流,課件制作人：謝希仁,使用 RTSP 的媒體服務(wù)器的工作過程, 瀏覽器向萬維網(wǎng)服務(wù)器請求音頻/視頻文件。 萬維網(wǎng)服務(wù)器從瀏覽器發(fā)送攜帶有元文件的響應(yīng)。 瀏覽器把收到的元文件傳送給媒體播放器。 RTSP 客戶與媒體服務(wù)器的 RTSP 服務(wù)器建立連接。 RTSP 服務(wù)器發(fā)送響應(yīng) RESPONSE 報文。 RTSP 客戶發(fā)送 PLAY 報文，開始下載音頻/視頻文件。 RTSP 服務(wù)器發(fā)送響應(yīng) R

12、ESPONSE 報文。 RTSP 客戶發(fā)送 TEARDOWN 報文斷開連接。 RTSP 服務(wù)器發(fā)送響應(yīng) RESPONSE 報文。,課件制作人：謝希仁,8.3 交互式音頻/視頻 8.3.1 IP 電話概述,狹義的 IP 電話就是指在 IP 網(wǎng)絡(luò)上打電話。所謂“IP 網(wǎng)絡(luò)”就是“使用 IP 協(xié)議的分組交換網(wǎng)”的簡稱。 廣義的 IP 電話則不僅僅是電話通信，而且還可以是在IP網(wǎng)絡(luò)上進行交互式多媒體實時通信（包括話音、視像等），甚至還包括即時傳信IM (Instant Messaging)。,IP 電話網(wǎng)關(guān)的幾種連接方法,課件制作人：謝希仁,IP 電話的通話質(zhì)量,IP 電話的通話質(zhì)量主要由兩個因素決定

13、。一個是通話雙方端到端的時延和時延抖動，另一個是話音分組的丟失率。但這兩個因素是不確定的，是取決于當(dāng)時網(wǎng)絡(luò)上的通信量。 經(jīng)驗證明，在電話交談中，端到端的時延不應(yīng)超過 250 ms，否則交談?wù)呔湍芨械讲蛔匀弧?課件制作人：謝希仁,IP 電話的端到端時延,(1) 話音信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換要經(jīng)受時延。 (2) 話音比特流裝配成話音分組的時延。 (3) 話音分組的發(fā)送需要時間，此時間等于話音分 組長度與通信線路的數(shù)據(jù)率之比。 (4) 話音分組在因特網(wǎng)中的存儲轉(zhuǎn)發(fā)時延。 (5) 話音分組在接收端緩存中暫存所引起的時延。 (6) 話音分組還原成模擬話音信號的時延。 (7) 話音信號在通信線路上的傳播時延。 (

14、8) 終端設(shè)備的硬件和操作系統(tǒng)產(chǎn)生的接入時延。,課件制作人：謝希仁,低速率話音編碼的標(biāo)準(zhǔn),(1) G.729速率為 8 kb/s 的共軛結(jié)構(gòu)代數(shù)碼激勵線性預(yù)測聲碼器 CS-ACELP (Conjugate-Structure Algebraic-Code-Excited Linear Prediction)。 (2) G.723.1速率為 5.3/6.3 kb/s 的為多媒體通信用的低速率聲碼器。,課件制作人：謝希仁,D,播放時延有一個最佳值,分組 丟失率,端到端時延,20 %,10 %,5 %,100 ms,150 ms,400 ms,A,B,C,N,良好,基本 可用,不好,長途電話 質(zhì)量,

15、接收端播放 時延增大,課件制作人：謝希仁,線速路由器,提高路由器的轉(zhuǎn)發(fā)分組的速率對提高 IP 電話的質(zhì)量也是很重要的。 據(jù)統(tǒng)計，一個跨大西洋的 IP 電話一般要經(jīng)過 2030 個路由器。 若能改用吉比特路由器（又稱為線速路由器），則每秒可轉(zhuǎn)發(fā) 5 百萬至 6 千萬個分組（即交換速率達 60 Gb/s 左右）。這樣還可進一步減少由網(wǎng)絡(luò)造成的時延。,課件制作人：謝希仁,關(guān)于 Skype,Skype 采用了 P2P 和全球索引技術(shù)提供快速路由選擇機制，管理成本大大降低。由于用戶路由信息分布式存儲于因特網(wǎng)的結(jié)點中，因此呼叫連接完成得很快。 Skype 采用了端對端加密方式，保證信息的安全性。 Skyp

16、e 使用 P2P 的技術(shù)，用戶數(shù)據(jù)主要存儲在 P2P 網(wǎng)絡(luò)中，因此必須保證存儲在公共網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)是可靠的和沒有被篡改的。Skype 對公共目錄中存儲的和用戶相關(guān)的數(shù)據(jù)都采用了數(shù)字簽名，保證了數(shù)據(jù)無法被篡改。 Skype的問世給全球信息技術(shù)和通信產(chǎn)業(yè)帶來深遠的影響，也給每一位網(wǎng)絡(luò)使用者帶來生活方式的改變。,8.3.2 IP電話所需要的幾種應(yīng)用協(xié)議,TCP,UDP,信令,服務(wù)質(zhì)量,IPv4/IPv6,RTSP,RTCP,RSVP,H.323,SIP,RTP,應(yīng) 用 層 協(xié) 議,音頻/視頻,SDP,底層網(wǎng)絡(luò),課件制作人：謝希仁,8.3.3 實時運輸協(xié)議 RTP (Real-time Transpor

17、t Protocol),RTP 為實時應(yīng)用提供端到端的運輸，但不提供任何服務(wù)質(zhì)量的保證。 多媒體數(shù)據(jù)塊經(jīng)壓縮編碼處理后，先送給 RTP 封裝成為 RTP 分組，再裝入運輸層的 UDP 用戶數(shù)據(jù)報，然后再交給 IP 層。 RTP 是一個協(xié)議框架，只包含了實時應(yīng)用的一些共同的功能。 RTP 自己并不對多媒體數(shù)據(jù)塊做任何處理，而只是向應(yīng)用層提供一些附加的信息，讓應(yīng)用層知道應(yīng)當(dāng)如何進行處理。,課件制作人：謝希仁,RTP 的層次,從應(yīng)用開發(fā)者的角度看，RTP 應(yīng)當(dāng)是應(yīng)用層的一部分。 在應(yīng)用的發(fā)送端，開發(fā)者必須編寫用 RTP 封裝分組的程序代碼，然后把 RTP 分組交給 UDP 插口接口。 在接收端，RT

18、P 分組通過 UDP 插口接口進入應(yīng)用層后，還要利用開發(fā)者編寫的程序代碼從 RTP 分組中把應(yīng)用數(shù)據(jù)塊提取出來。,課件制作人：謝希仁,RTP 也可看成是運輸層的一個子層,RTP 封裝了多媒體應(yīng)用的數(shù)據(jù)塊。由于 RTP 向多媒體應(yīng)用程序提供了服務(wù)（如時間戳和序號），因此也可以將 RTP 看成是在 UDP 之上的一個運輸層的子層。,運輸層,應(yīng)用層,IP,數(shù)據(jù)鏈路層,物理層,RTP,UDP,RTP 分組的首部格式,12 字節(jié),序 號,位 0 1 3 8 16 31,有效載荷類型,版本,P,X,M,參與源數(shù),時 間 戳,同 步 源 標(biāo) 識 符 (SSRC),參 與 源 標(biāo) 識 符 (CSRC) 0.1

19、5 ,發(fā)送,RTP 分組,UDP 用戶數(shù)據(jù)報,IP 數(shù)據(jù)報,IP 首部 UDP 首部 RTP 首部 RTP 數(shù)據(jù)部分（應(yīng)用層數(shù)據(jù)）,課件制作人：謝希仁,8.3.4 實時運輸控制協(xié)議 RTCP (RTP Control Protocol),RTCP 是與 RTP 配合使用的協(xié)議。 RTCP 協(xié)議的主要功能是：服務(wù)質(zhì)量的監(jiān)視與反饋、媒體間的同步，以及多播組中成員的標(biāo)識。 RTCP 分組也使用 UDP 傳送，但 RTCP 并不對聲音或視像分組進行封裝。 可將多個 RTCP 分組封裝在一個 UDP 用戶數(shù)據(jù)報中。 RTCP 分組周期性地在網(wǎng)上傳送，它帶有發(fā)送端和接收端對服務(wù)質(zhì)量的統(tǒng)計信息報告。,課件制

20、作人：謝希仁,RTCP 使用的五種分組類型,結(jié)束分組 BYE 表示關(guān)閉一個數(shù)據(jù)流。 特定應(yīng)用分組 APP 使應(yīng)用程序能夠定義新的分組類型。 接收端報告分組 RR 用來使接收端周期性地向所有的點用多播方式進行報告。 發(fā)送端報告分組 SR 用來使發(fā)送端周期性地向所有接收端用多播方式進行報告。 源點描述分組 SDES 給出會話中參加者的描述。,課件制作人：謝希仁,8.3.5 H.323,H.323 是 ITU-T 于 1996 年制訂的一個名稱很長的建議書，1998 年的第二個版本改用的名稱是“基于分組的多媒體通信系統(tǒng)”。 H.323 包括系統(tǒng)和構(gòu)件的描述，呼叫模型的描述，呼叫信令過程，控制報文，復(fù)

21、用，話音編解碼器，視像編解碼器，以及數(shù)據(jù)協(xié)議等，但不保證服務(wù)質(zhì)量 QoS。,課件制作人：謝希仁,H.323 終端使用 H.323 協(xié)議進行多媒體通信,分組交換網(wǎng) （例如，因特網(wǎng)）,H.323,H.323 終端,H.323 終端,課件制作人：謝希仁,H.323 標(biāo)準(zhǔn)指明的四種構(gòu)件,(1) H.323 終端 (2) 網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)連接到兩種不同的網(wǎng)絡(luò)，使 H.323 網(wǎng)絡(luò)可以和非 H.323 網(wǎng)絡(luò)進行通信。 (3) 網(wǎng)閘(gatekeeper)所有的呼叫都要通過網(wǎng)閘，因為網(wǎng)閘提供地址轉(zhuǎn)換、授權(quán)、帶寬管理和計費功能。 (4) 多點控制單元 MCU (Multipoint Control Unit)MCU

22、支持三個或更多的 H.323 終端的音頻或視頻會議。,課件制作人：謝希仁,H.323 網(wǎng)關(guān)用來和非 H.323 網(wǎng)絡(luò)進行連接,因特網(wǎng),公用電話網(wǎng),網(wǎng)關(guān),網(wǎng)閘,H.323 終端,多點控制單元 MCU,課件制作人：謝希仁,H.323 的協(xié)議體系結(jié)構(gòu),音頻/視頻應(yīng)用,音頻 編解碼,視頻 編解碼,RTCP,H.225.0 登記 信令,H.225.0 呼叫 信令,H.245 控制 信令,RTP,UDP,TCP,IP,信令和控制,數(shù)據(jù) 應(yīng)用,T.120 數(shù)據(jù),課件制作人：謝希仁,8.3.6 會話發(fā)起協(xié)議 SIP (Session Initiation Protocol),SIP 是一套較為簡單且實用的標(biāo)準(zhǔn)

23、，目前已成為因特網(wǎng)的建議標(biāo)準(zhǔn)。 SIP 協(xié)議以因特網(wǎng)為基礎(chǔ)，把 IP 電話視為因特網(wǎng)上的新應(yīng)用。 SIP 協(xié)議只涉及到 IP 電話的信令和有關(guān)服務(wù)質(zhì)量問題，而沒有提供像H.323那樣多的功能。 SIP沒有指定使用 RTP 協(xié)議，但實際上大家還是選用 RTP 和 RTCP 作為配合使用的協(xié)議。,課件制作人：謝希仁,SIP 系統(tǒng)的構(gòu)件,SIP系統(tǒng)的兩種構(gòu)件是用戶代理和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。 用戶代理包括用戶代理客戶和用戶代理服務(wù)器，前者用來發(fā)起呼叫，而后者用來接受呼叫。 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器分為代理服務(wù)器和重定向服務(wù)器。 代理服務(wù)器接受來自主叫用戶的呼叫請求，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳代理服務(wù)器，最后將呼叫請求轉(zhuǎn)發(fā)給被叫用戶

24、。 重定向服務(wù)器不接受呼叫，它通過響應(yīng)告訴客戶下一跳代理服務(wù)器的地址，由客戶按此地址向下一跳代理服務(wù)器重新發(fā)送呼叫請求。,課件制作人：謝希仁,SIP 的地址十分靈活,可以是電話號碼，也可以是電子郵件地址、IP 地址或其他類型的地址。但一定要使用 SIP 的地址格式，例如： 電話號碼 sip:zhangsan8625-87654321 IPv4 地址 sip:zhangsan6 電子郵件地址 sip:,課件制作人：謝希仁,一個簡單的 SIP 會話,主叫方,被叫方,t,t,課件制作人：謝希仁,SIP 登記器的用途 跟蹤被叫方,主叫方,被叫方,t,t,SIP 代理 服務(wù)器,SI

25、P 登記器,t,t,課件制作人：謝希仁,會話描述協(xié)議SDP (Session Description Protocol),SDP 在電話會議的情況下特別重要，因為電話會議的參加者是動態(tài)地加入和退出。 SDP 詳細地指明了媒體編碼、協(xié)議的端口號以及多播地址。 SIP 使用了 HTTP 的許多首部、編碼規(guī)則、差錯碼以及一些鑒別機制，它比 H.323 具有更好的可擴縮性。 由于 SIP 問世較晚，因此它現(xiàn)在比 H.323 占有的市場份額要小。,課件制作人：謝希仁,8.4 改進“盡最大努力交付”的服務(wù) 8.4.1 使因特網(wǎng)提供服務(wù)質(zhì)量,服務(wù)質(zhì)量 QoS 是服務(wù)性能的總效果，此效果決定了一個用戶對服務(wù)的

26、滿意程度。因此在最簡單的意義上，有服務(wù)質(zhì)量的服務(wù)就是能夠滿足用戶的應(yīng)用需求的服務(wù)。 服務(wù)質(zhì)量可用若干基本的性能指標(biāo)來描述，包括可用性、差錯率、響應(yīng)時間、吞吐量、分組丟失率、連接建立時間、故障檢測和改正時間等。服務(wù)提供者可向其用戶保證某一種等級的服務(wù)質(zhì)量。,主機 H1 和 H2 分別向主機 H3 和 H4 發(fā)送數(shù)據(jù),1.5 Mb/s 鏈路,H1,H2,H3,H4,R2,R1,H1 H2,1.5 Mb/s 鏈路,輸出隊列,1 Mb/s的實時音頻數(shù)據(jù),FTP 文件數(shù)據(jù),需要給不同性質(zhì)的分組打上不同的標(biāo)記。當(dāng) H1 和 H2 的分組進入 R1 時， R1 應(yīng)能識別實時數(shù)據(jù)分組，并使這些分組以高優(yōu)先級進

27、入輸出隊列，而僅在隊列有多余空間時才準(zhǔn)許低優(yōu)先級的 FTP 數(shù)據(jù)分組進入。,主機 H1 和 H2 分別向主機 H3 和 H4 發(fā)送數(shù)據(jù),1.5 Mb/s 鏈路,H1,H2,H3,H4,R2,R1,H1 H2,1.5 Mb/s 鏈路,輸出隊列,1 Mb/s的實時音頻數(shù)據(jù),高優(yōu)先級的 FTP 文件數(shù)據(jù),應(yīng)當(dāng)使路由器增加分類(classification)機制，即路由器根據(jù)某些準(zhǔn)則（例如，根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)的地址）對輸入分組進行分類，然后對不同類別的通信量給予不同的優(yōu)先級。,主機 H1 和 H2 分別向主機 H3 和 H4 發(fā)送數(shù)據(jù),1.5 Mb/s 鏈路,H1,H2,H3,H4,R2,R1,H1 H2,

28、1.5 Mb/s 鏈路,輸出隊列,數(shù)據(jù)率異常的實時音頻數(shù)據(jù),FTP 文件數(shù)據(jù),路由器應(yīng)能將對數(shù)據(jù)流進行通信量的管制(policing)，使該數(shù)據(jù)流不影響其他正常數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡(luò)中通過。例如，可將 H1 的數(shù)據(jù)率限定為 1 Mb/s。R1 不停地監(jiān)視 H1 的數(shù)據(jù)率。只要其數(shù)據(jù)率超過規(guī)定的 1 Mb/s，R1 就將其中的某些分組丟棄。,主機 H1 和 H2 分別向主機 H3 和 H4 發(fā)送數(shù)據(jù),1.5 Mb/s 鏈路,H1,H2,H3,H4,R2,R1,H1 H2,1.5 Mb/s 鏈路,輸出隊列,數(shù)據(jù)率異常的實時音頻數(shù)據(jù),FTP 文件數(shù)據(jù),應(yīng)在路由器中再增加調(diào)度(scheduling)機制。利用調(diào)

29、度功能給實時音頻分配 1.0 Mb/s 的帶寬，給文件傳送分配 0.5 Mb/s 的帶寬（相當(dāng)于在帶寬為 1.5 Mb/s 的鏈路中劃分出兩個邏輯鏈路），因而對這兩種應(yīng)用都有相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量保證。,主機 H1 和 H2 分別向主機 H3 和 H4 發(fā)送數(shù)據(jù),1.5 Mb/s 鏈路,H1,H2,H3,H4,R2,R1,H1 H2,1.5 Mb/s 鏈路,輸出隊列,1 Mb/s 的實時數(shù)據(jù),總數(shù)據(jù)率已超過了 1.5 Mb/s 鏈路的帶寬。比較合理的做法是讓一個數(shù)據(jù)流通過 1.5 Mb/s 的鏈路，而阻止另一個數(shù)據(jù)流的通過。這就需要呼叫接納(call admission)機制。數(shù)據(jù)流要預(yù)先聲明所需的服

30、務(wù)質(zhì)量，然后或者被準(zhǔn)許進入網(wǎng)絡(luò)，或者被拒絕進入網(wǎng)絡(luò)。,課件制作人：謝希仁,8.4.2 調(diào)度和管制機制1. 調(diào)度機制,“調(diào)度”就是指排隊的規(guī)則。 如不采用專門的調(diào)度機制，則默認排隊規(guī)則就是先進先出 FIFO (First In First Out)。當(dāng)隊列已滿時，后到達的分組就被丟棄。 先進先出的最大缺點就是不能區(qū)分時間敏感分組和一般數(shù)據(jù)分組，并且也不公平。 在先進先出的基礎(chǔ)上增加按優(yōu)先級排隊，就能使優(yōu)先級高的分組優(yōu)先得到服務(wù)。,課件制作人：謝希仁,分組按優(yōu)先級排隊,高優(yōu)先級隊列,低優(yōu)先級隊列,分組到達 路由器,調(diào)度,分組離開 路由器,分類器,（服務(wù)員）,路由器,高 高 高,低,課件制作人：謝希

31、仁,高優(yōu)先級分組優(yōu)先接受服務(wù),t,1,2,3,5,到達,離開,接受 服務(wù),4,1,3,2,5,4,1,3,2,5,4,t,高,高,高,低,低,課件制作人：謝希仁,分組離開 路由器,加權(quán)公平排隊 WFQ(Weighted Fair Queuing),分組到達 路由器,調(diào)度,分類器,w1,w2,w3,1,2,3,路由器,課件制作人：謝希仁,加權(quán)公平排隊 WFQ,分組到達后就將分組進行分類，然后送交與其類別對應(yīng)的隊列。隊列按順序依次將隊首的分組發(fā)送到鏈路。遇到隊列空就跳過去。 給隊列 i 指派一個權(quán)重 wi。隊列 i 得到的平均服務(wù)時間為 wi /(wj)，這里wj 是對所有的非空隊列的權(quán)重求和。

32、隊列 i 將得到的有保證的帶寬 Ri 應(yīng)為 （8-1）,課件制作人：謝希仁,WFQ 與 FIFO 的比較,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,2,11,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,分組流 1,分組流 2,分組流 11,FIFO,WFQ,(a) 分組流 1 的分組連續(xù)輸入,t,t,t,t,t,課件制作人：謝希仁,WFQ 與 FIFO 的比較,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,2,11,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,

33、1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,分組流 1,分組流 2,分組流 11,FIFO,WFQ,t,t,t,t,t,(b) 分組流 1 的分組斷續(xù)輸入,課件制作人：謝希仁,2. 管制機制,(1) 平均速率 網(wǎng)絡(luò)需要控制一個數(shù)據(jù)流的平均速率。這里的平均速率是指在一定的時間間隔內(nèi)通過的分組數(shù)。 (2) 峰值速率 峰值速率限制了數(shù)據(jù)流在非常短的時間間隔內(nèi)的流量。 (3) 突發(fā)長度 網(wǎng)絡(luò)也限制在非常短的時間間隔內(nèi)連續(xù)注入到網(wǎng)絡(luò)中的分組數(shù)。,課件制作人：謝希仁,分組到達,漏桶管制器(leaky bucket poli

34、cer),漏桶中最多 裝入 b 個權(quán)標(biāo),拿走 權(quán)標(biāo),準(zhǔn)許分組進入網(wǎng)絡(luò),等待權(quán)標(biāo),在任何時間間隔 t 內(nèi)準(zhǔn)許進入網(wǎng)絡(luò)的分組數(shù) = r t + b,標(biāo)記注入漏桶的速率為每秒 r 個權(quán)標(biāo),漏桶機制與加權(quán)公平排隊相結(jié)合,現(xiàn)假定有 n 個分組流輸入到一個路由器，復(fù)用后從一條鏈路輸出。每一個分組流使用漏桶機制進行管制，漏桶參數(shù)為 bi 和 ri，i = 1, 2, , n。 設(shè)漏桶 I 已裝滿了 bi 個權(quán)標(biāo)。因此 bi 個分組可馬上從路由器輸出。但分組流 I 得到的帶寬是由公式(10-1)給出。這 bi 個分組中的最后一個分組所經(jīng)受的時延最大，它等于傳輸這 bi 個分組所需的時間 dmax，即 bi 除

35、以公式(10-1)給出的傳輸速率：,(8-2),課件制作人：謝希仁,分組離開 路由器,分組到達 路由器,用漏桶機制進行管制,調(diào)度,分類器,w1,wn,隊列 1,b1,r1,bn,rn,隊列 n,路由器,課件制作人：謝希仁,8.4.3 綜合服務(wù) IntServ 與資源預(yù)留協(xié)議 RSVP,IntServ (Integrated Services)可對單個的應(yīng)用會話提供服務(wù)質(zhì)量的保證，其主要特點有二，即： 資源預(yù)留。路由器需要知道不斷出現(xiàn)的會話已預(yù)留了多少資源（即鏈路帶寬和緩存空間）。 呼叫建立。需要服務(wù)質(zhì)量保證的會話必須首先在源站到目的站的路徑上的每個路由器預(yù)留足夠的資源，以保證其端到端的服務(wù)質(zhì)量

36、要求。,課件制作人：謝希仁,IntServ 定義了兩類服務(wù),有保證的服務(wù)(guaranteed service)，可保證一個分組在通過路由器時的排隊時延有一個嚴格的上限。 受控負載的服務(wù)(controlled-load service)，可以使應(yīng)用程序得到比通常的“盡最大努力”更加可靠的服務(wù)。,課件制作人：謝希仁,IntServ 由四個組成部分,(1) 資源預(yù)留協(xié)議 RSVP，它是 IntServ 的信令協(xié)議。 (2) 接納控制(admission control)，用來決定是否同意對某一資源的請求。 (3) 分類器(classifier)，用來將進入路由器的分組進行分類，并根據(jù)分類的結(jié)果將不

37、同類別的分組放入特定的隊列。 (4) 調(diào)度器(scheduler)，根據(jù)服務(wù)質(zhì)量要求決定分組發(fā)送的前后順序。,課件制作人：謝希仁,流(flow),“流”是在多媒體通信中的一個常用的名詞，一般定義為: 具有同樣的源 IP 地址、源端口號、目的 IP 地址、目的端口號、協(xié)議標(biāo)識符以及服務(wù)質(zhì)量需求的一連串分組。,RSVP 協(xié)議的工作原理,H1,H2 50 kb/s,R2,R1,H3 100 kb/s,H4 3 Mb/s,R3,R4,H5 3 Mb/s,源站,(a) 源點用多播發(fā)送PATH報文,表示 PATH 報文,課件制作人：謝希仁,IntServ 體系結(jié)構(gòu)在路由器中的實現(xiàn),路由選擇協(xié)議,路由選擇數(shù)

38、據(jù)庫,RSVP,接納控制,管理代理,通信量控制 數(shù)據(jù)庫,分類器 與 分組轉(zhuǎn)發(fā),調(diào)度器,分組入,分組出,課件制作人：謝希仁,綜合服務(wù) IntServ 體系結(jié)構(gòu)存在的主要問題,(1) 狀態(tài)信息的數(shù)量與流的數(shù)目成正比。因此在大型網(wǎng)絡(luò)中，按每個流進行資源預(yù)留會產(chǎn)生很大的開銷。 (2) IntServ 體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜。若要得到有保證的服務(wù)，所有的路由器都必須裝有 RSVP、接納控制、分類器和調(diào)度器。 (3) 綜合服務(wù) IntServ 所定義的服務(wù)質(zhì)量等級數(shù)量太少，不夠靈活。,課件制作人：謝希仁,8.4.4 區(qū)分服務(wù) DiffServ (Differentiated Services),1. 區(qū)分服務(wù)的基本

39、概念 由于綜合服務(wù) IntServ 和資源預(yù)留協(xié)議 RSVP 都較復(fù)雜，很難在大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)，因此 IETF 提出了新的策略，即區(qū)分服務(wù) DiffServ 。 區(qū)分服務(wù)有時也簡寫為 DS。因此，具有區(qū)分服務(wù)功能的結(jié)點就稱為 DS 結(jié)點。,課件制作人：謝希仁,區(qū)分服務(wù) DiffServ 的要點,(1) DiffServ 在路由器中增加區(qū)分服務(wù)的功能。 DiffServ 將 IPv4 協(xié)議中原有的服務(wù)類型字段和 IPv6 的通信量類字段定義為區(qū)分服務(wù)字段 DS。路由器根據(jù) DS 字段的值來轉(zhuǎn)發(fā)分組。利用 DS 字段可提供不同等級的服務(wù)質(zhì)量。 DS 字段現(xiàn)只使用前 6 bit，即區(qū)分服務(wù)碼點 D

40、SCP (Differentiated Services CodePoint)。,CU,DSCP,比特 0 5 6 7,暫不使用,課件制作人：謝希仁,服務(wù)等級協(xié)定SLA(Service Level Agreement),在使用 DS 字段之前，因特網(wǎng)的 ISP 要和用戶商定一個服務(wù)等級協(xié)定 SLA 。在 SLA 中指明了被支持的服務(wù)類別（可包括吞吐量、分組丟失率、時延和時延抖動、網(wǎng)絡(luò)的可用性等）和每一類所容許的通信量。,課件制作人：謝希仁,DS 域 (DS Domain) (2) 網(wǎng)絡(luò)被劃分為許多個 DS 域,DiffServ 將所有的復(fù)雜性放在 DS 域的邊界結(jié)點(boundary node

41、)中，而使 DS 域內(nèi)部路由器工作得盡可能地簡單。,內(nèi)部路由器,邊界路由器,內(nèi)部路由器,B,B,B,B,DS 域,DS 域,課件制作人：謝希仁,(3) 邊界路由器中的功能,邊界路由器中的功能較多，可分為： 分類器(classifier) 通信量調(diào)節(jié)器(conditioner)兩大部分。調(diào)節(jié)器的組成： 標(biāo)記器(marker) 整形器(shaper) 測定器(meter),課件制作人：謝希仁,邊界路由器中的各功能塊的關(guān)系,內(nèi)部路由器,邊界路由器 （入口）,邊界路由器 （出口）,分類器,標(biāo)記器,整形器,測定器,根據(jù) DS 值 進行轉(zhuǎn)發(fā),調(diào)節(jié)器,分組入,分組出,丟棄,課件制作人：謝希仁,(4) 聚合(

42、aggregation),DiffServ 提供了一種聚合功能。 DiffServ 不是為網(wǎng)絡(luò)中的每一個流維持供轉(zhuǎn)發(fā)時使用的狀態(tài)信息，而是將若干個流根據(jù)其 DS 值聚合成少量的流。 路由器對相同 DS 值的流都按相同的優(yōu)先級進行轉(zhuǎn)發(fā)。這就大大簡化了網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的路由器的轉(zhuǎn)發(fā)機制。 區(qū)分服務(wù) DiffServ 不需要使用 RSVP 信令。,課件制作人：謝希仁,每跳行為 PHB(Per-Hop Behavior),“行為”就是指在轉(zhuǎn)發(fā)分組時路由器對分組是怎樣處理的。 “每跳”是強調(diào)這里所說的行為只涉及到本路由器轉(zhuǎn)發(fā)的這一跳的行為，而下一個路由器再怎樣處理則與本路由器的處理無關(guān)。 這和 IntServ/

43、RSVP 考慮的服務(wù)質(zhì)量是“端到端”的很不一樣。,課件制作人：謝希仁,DiffServ 定義的兩種 PHB,迅速轉(zhuǎn)發(fā) PBH 即 EF PHB，或 EF。 EF 指明離開一個路由器的通信量的數(shù)據(jù)率必須等于或大于某一數(shù)值。因此 EF PHB 用來構(gòu)造通過 DS 域的低丟失率、低時延、低時延抖動、確保帶寬的端到端服務(wù)。像點對點連接或“虛擬租用線”，又稱為 Premium 服務(wù)。,課件制作人：謝希仁,DiffServ 定義的兩種 PHB,確保轉(zhuǎn)發(fā) PHB 即 AF PHB，或 AF。 AF 用 DSCP 的比特 02 將通信量劃分為四個等級，并給每一種等級提供最低數(shù)量的帶寬和緩存空間。 對于其中的每

44、一個等級再用 DSCP 的比特 35劃分出三個“丟棄優(yōu)先級”。 當(dāng)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁塞時，對于每個等級的 AF，路由器首先把“丟棄優(yōu)先級”較高的分組丟棄。,課件制作人：謝希仁,計算機網(wǎng)絡(luò)（第 5 版）,第 9 章 無線網(wǎng)絡(luò),課件制作人：謝希仁,第 9 章 無線網(wǎng)絡(luò),9.1 無線局域網(wǎng) WLAN 9.1.1 無線局域網(wǎng)的組成 9.1.2 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的物理層 9.1.3 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的 MAC 層 9.1.4 802.11 標(biāo)準(zhǔn)中的 MAC 幀 9.2 無線個人區(qū)域網(wǎng) WPAN 9.3 無線城域網(wǎng) WMAN,課件制作人：謝希仁,9.1 無線局域網(wǎng)9.1.1 無線局域網(wǎng)的組成,有固定基礎(chǔ)設(shè)

45、施的無線局域網(wǎng),AP1,AP2,一個基本服務(wù)集 BSS 包括一個基站和若干個移動站， 所有的站在本 BSS 以內(nèi)都可以直接通信， 但在和本 BSS 以外的站通信時 ， 都要通過本 BSS 的基站。,AP1,AP2,基本服務(wù)集內(nèi)的基站叫做接入點 AP (Access Point) 其作用和網(wǎng)橋相似。,AP1,AP2,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)管理員安裝 AP 時，必須為該 AP 分配 一個不超過 32 字節(jié)的服務(wù)集標(biāo)識符 SSID 和一個信道。,AP1,AP2,一個基本服務(wù)集可以是孤立的，也可通過接入點 AP 連接到一個主干分配系統(tǒng) DS (Distribution System)， 然后再接入到另一個基本服務(wù)集，

46、構(gòu)成 擴展的服務(wù)集ESS (Extended Service Set)。,AP1,AP2,ESS 還可通過叫做門戶(portal)為無線用戶提供 到非 802.11 無線局域網(wǎng)（例如，到有線連接 的因特網(wǎng)）的接入。門戶的作用就相當(dāng)于一個網(wǎng)橋。,AP1,AP2,移動站 A 從某一個基本服務(wù)集漫游到 另一個基本服務(wù)集（到 A 的位置）， 仍可保持與另一個移動站 B 進行通信。,課件制作人：謝希仁,與接入點 AP 建立關(guān)聯(lián)(association),一個移動站若要加入到一個基本服務(wù)集 BSS，就必須先選擇一個接入點 AP，并與此接入點建立關(guān)聯(lián)。 建立關(guān)聯(lián)就表示這個移動站加入了選定的 AP 所屬的子網(wǎng)

47、，并和這個 AP 之間創(chuàng)建了一個虛擬線路。 只有關(guān)聯(lián)的 AP 才向這個移動站發(fā)送數(shù)據(jù)幀，而這個移動站也只有通過關(guān)聯(lián)的 AP 才能向其他站點發(fā)送數(shù)據(jù)幀。,課件制作人：謝希仁,移動站與 AP 建立關(guān)聯(lián)的方法,被動掃描，即移動站等待接收接入站周期性發(fā)出的信標(biāo)幀(beacon frame)。 信標(biāo)幀中包含有若干系統(tǒng)參數(shù)（如服務(wù)集標(biāo)識符 SSID 以及支持的速率等）。 主動掃描，即移動站主動發(fā)出探測請求幀(probe request frame)，然后等待從 AP 發(fā)回的探測響應(yīng)幀(probe response frame)。,課件制作人：謝希仁,熱點(hot spot),現(xiàn)在許多地方，如辦公室、機場、

48、快餐店、旅館、購物中心等都能夠向公眾提供有償或無償接入 Wi-Fi 的服務(wù)。這樣的地點就叫做熱點。 由許多熱點和 AP 連接起來的區(qū)域叫做熱區(qū)(hot zone)。熱點也就是公眾無線入網(wǎng)點。 現(xiàn)在也出現(xiàn)了無線因特網(wǎng)服務(wù)提供者 WISP (Wireless Internet Service Provider)這一名詞。用戶可以通過無線信道接入到 WISP，然后再經(jīng)過無線信道接入到因特網(wǎng)。,課件制作人：謝希仁,2. 移動自組網(wǎng)絡(luò)又稱自組網(wǎng)絡(luò)(ad hoc network),自組網(wǎng)絡(luò),A,E,D,C,B,F,源結(jié)點,目的結(jié)點,轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點,轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點,轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點,自組網(wǎng)絡(luò)是沒有固定基礎(chǔ)設(shè)施（即沒有 AP）的

49、無線局域網(wǎng)。這種網(wǎng)絡(luò)由一些處于平等狀態(tài)的移動站之間相互通信組成的臨時網(wǎng)絡(luò)。,課件制作人：謝希仁,移動自組網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景,在軍事領(lǐng)域中，攜帶了移動站的戰(zhàn)士可利用臨時建立的移動自組網(wǎng)絡(luò)進行通信。 這種組網(wǎng)方式也能夠應(yīng)用到作戰(zhàn)的地面車輛群和坦克群，以及海上的艦艇群、空中的機群。 當(dāng)出現(xiàn)自然災(zāi)害時，在搶險救災(zāi)時利用移動自組網(wǎng)絡(luò)進行及時的通信往往很有效的，,課件制作人：謝希仁,無線傳感器網(wǎng)絡(luò) WSN (Wireless Sensor Network),由大量傳感器結(jié)點通過無線通信技術(shù)構(gòu)成的自組網(wǎng)絡(luò)。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用是進行各種數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸，一般并不需要很高的帶寬，但是在大部分時間必須保持低

50、功耗，以節(jié)省電池的消耗。 由于無線傳感結(jié)點的存儲容量受限，因此對協(xié)議棧的大小有嚴格的限制。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)還對網(wǎng)絡(luò)安全性、結(jié)點自動配置、網(wǎng)絡(luò)動態(tài)重組等方面有一定的要求。,課件制作人：謝希仁,傳感器結(jié)點的形狀(a)和組成(b),存儲器,CPU,傳感器 硬件,電池,無線 收發(fā)器,(a),(b),課件制作人：謝希仁,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要的應(yīng)用領(lǐng)域,環(huán)境監(jiān)測與保護（如洪水預(yù)報、動物棲息的監(jiān)控）； 戰(zhàn)爭中對敵情的偵查和對兵力、裝備、物資等的監(jiān)控； 醫(yī)療中對病房的監(jiān)測和對患者的護理； 在危險的工業(yè)環(huán)境（如礦井、核電站等）中的安全監(jiān)測； 城市交通管理、建筑內(nèi)的溫度/照明/安全控制等。,課件制作人：謝希仁,移動

51、自組網(wǎng)絡(luò)和移動 IP 并不相同,移動 IP 技術(shù)使漫游的主機可以用多種方式連接到因特網(wǎng)。 移動 IP 的核心網(wǎng)絡(luò)功能仍然是基于在固定互聯(lián)網(wǎng)中一直在使用的各種路由選擇協(xié)議。 移動自組網(wǎng)絡(luò)是將移動性擴展到無線領(lǐng)域中的自治系統(tǒng)，它具有自己特定的路由選擇協(xié)議，并且可以不和因特網(wǎng)相連。,課件制作人：謝希仁,幾種不同的接入,固定接入(fixed access)在作為網(wǎng)絡(luò)用戶期間，用戶設(shè)置的地理位置保持不變。 移動接入(mobility access)用戶設(shè)置能夠以車輛速度移動時進行網(wǎng)絡(luò)通信。當(dāng)發(fā)生切換時，通信仍然是連續(xù)的。 便攜接入(portable access)在受限的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積中，用戶設(shè)備能夠在以

52、步行速度移動時進行網(wǎng)絡(luò)通信，提供有限的切換能力。 游牧接入(nomadic access)用戶設(shè)備的地理位置至少在進行網(wǎng)絡(luò)通信時保持不變。如用戶設(shè)備移動了位置，則再次進行通信時可能還要尋找最佳的基站,課件制作人：謝希仁,9.1.2 802.11 局域網(wǎng)的物理層,802.11 無線局域網(wǎng)可再細分為不同的類型。 現(xiàn)在最流行的無線局域網(wǎng)是 802.11b，而另外兩種（802.11a 和 802.11g）的產(chǎn)品也廣泛存在。 802.11 的物理層有以下幾種實現(xiàn)方法： 直接序列擴頻 DSSS 正交頻分復(fù)用 OFDM 跳頻擴頻 FHSS （已很少用） 紅外線 IR （已很少用）,課件制作人：謝希仁,幾種常

53、用的 802.11 無線局域網(wǎng),課件制作人：謝希仁,9.1.3 802.11 局域網(wǎng)的 MAC 層協(xié)議1. CSMA/CA 協(xié)議,無線局域網(wǎng)卻不能簡單地搬用 CSMA/CD 協(xié) 議。這里主要有兩個原因。 CSMA/CD 協(xié)議要求一個站點在發(fā)送本站數(shù)據(jù)的同時，還必須不間斷地檢測信道，但在無線局域網(wǎng)的設(shè)備中要實現(xiàn)這種功能就花費過大。 即使我們能夠?qū)崿F(xiàn)碰撞檢測的功能，并且當(dāng)我們在發(fā)送數(shù)據(jù)時檢測到信道是空閑的，在接收端仍然有可能發(fā)生碰撞。,課件制作人：謝希仁,無線局域網(wǎng)的特殊問題,當(dāng) A 和 C 檢測不到無線信號時，都以為 B 是空閑的， 因而都向 B 發(fā)送數(shù)據(jù)，結(jié)果發(fā)生碰撞。,這種未能檢測出媒體上已

54、存在的信號的問題 叫做隱蔽站問題(hidden station problem),A 的作用范圍,C 的作用范圍,A,B,C,D,課件制作人：謝希仁,無線局域網(wǎng)的特殊問題,B 向 A 發(fā)送數(shù)據(jù)，而 C 又想和 D 通信。 C 檢測到媒體上有信號，于是就不敢向 D 發(fā)送數(shù)據(jù)。,其實 B 向 A 發(fā)送數(shù)據(jù)并不影響 C 向 D 發(fā)送數(shù)據(jù) 這就是暴露站問題(exposed station problem),A,D,C,B,？,B 的作用范圍,C 的作用范圍,課件制作人：謝希仁,CSMA/CA 協(xié)議,無線局域網(wǎng)不能使用 CSMA/CD，而只能使用改進的 CSMA 協(xié)議。 改進的辦法是把 CSMA 增加一

55、個碰撞避免(Collision Avoidance)功能。 802.11 就使用 CSMA/CA 協(xié)議。而在使用 CSMA/CA 的同時，還增加使用停止等待協(xié)議。 下面先介紹 802.11 的 MAC 層。,802.11 的 MAC 層,MAC 層,無爭用服務(wù)（選用）,爭用服務(wù) （必須實現(xiàn)）,分布協(xié)調(diào)功能 DCF (Distributed Coordination Function) (CSMA/CA),點協(xié)調(diào)功能 PCF (Point Coordination Function),物理層,MAC 層通過協(xié)調(diào)功能來確定在基本服務(wù)集 BSS 中 的移動站在什么時間能發(fā)送數(shù)據(jù)或接收數(shù)據(jù)。,MAC

56、層,無爭用服務(wù),爭用服務(wù),分布協(xié)調(diào)功能 DCF (Distributed Coordination Function) (CSMA/CA),點協(xié)調(diào)功能 PCF (Point Coordination Function),物理層,DCF 子層在每一個結(jié)點使用 CSMA 機制的分布式接入算法，讓各個站通過爭用信道來獲取發(fā)送權(quán)。因此 DCF 向上提供爭用服務(wù)。,MAC 層,無爭用服務(wù),爭用服務(wù),分布協(xié)調(diào)功能 DCF (Distributed Coordination Function) (CSMA/CA),點協(xié)調(diào)功能 PCF (Point Coordination Function),物理層,PCF

57、 子層使用集中控制的接入算法把發(fā)送數(shù)據(jù)權(quán)輪流交給各個站從而避免了碰撞的產(chǎn)生,課件制作人：謝希仁,幀間間隔 IFS,所有的站在完成發(fā)送后，必須再等待一段很短的時間（繼續(xù)監(jiān)聽）才能發(fā)送下一幀。這段時間的通稱是幀間間隔 IFS (InterFrame Space)。 幀間間隔長度取決于該站欲發(fā)送的幀的類型。高優(yōu)先級幀需要等待的時間較短，因此可優(yōu)先獲得發(fā)送權(quán)。 若低優(yōu)先級幀還沒來得及發(fā)送而其他站的高優(yōu)先級幀已發(fā)送到媒體，則媒體變?yōu)槊B(tài)因而低優(yōu)先級幀就只能再推遲發(fā)送了。這樣就減少了發(fā)生碰撞的機會。,三種幀間間隔,時間,SIFS,PIFS,DIFS,媒體空閑,發(fā)送第 1 幀,SIFS,PIFS,時間,NAV（媒體忙）,DIFS,爭用窗口,發(fā)送下一 幀,推遲接入,等待重試時間,有幀要發(fā)送