首頁 > 繼IP電話后，IP視頻業(yè)務(wù)已成為運(yùn)營(yíng)商必爭(zhēng)之地。
然而，要想實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)級(jí)的IP視頻業(yè)務(wù)，傳統(tǒng)的IP協(xié)議是無法勝任的。
為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)級(jí)的視頻業(yè)務(wù)，IP協(xié)議必須改進(jìn)！
在IP網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)視頻傳輸，除了需要解決寬帶接入問題和研制更有效的壓縮算法外，對(duì)傳統(tǒng)IP協(xié)議的改進(jìn)必不可少。在這些改進(jìn)中，IP QoS和IP組播是最重要的兩個(gè)部分。
傳統(tǒng)IP：承載視頻很困難
在早期，IP網(wǎng)絡(luò)只跑數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（比如www或者E-mail）時(shí)，這種處理方式是適用的。但當(dāng)IP網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)膱?bào)文不再僅僅是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，還包括了對(duì)實(shí)時(shí)性要求很高的語音和視頻時(shí)，就需要IP協(xié)議能夠?qū)Σ煌瑘?bào)文做不同的對(duì)待，就此引入QoS。
另外，傳統(tǒng)的IP通信是在一個(gè)源IP主機(jī)和一個(gè)目標(biāo)IP主機(jī)之間（單播）或者一個(gè)源IP主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)中所有的IP主機(jī)之間（廣播）進(jìn)行的。在視頻廣播應(yīng)用中，要將信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)而非所有IP主機(jī)。在傳統(tǒng)IP協(xié)議里，要么采用廣播方式，要么由源IP主機(jī)分別向網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)目標(biāo)IP主機(jī)發(fā)送IP包。前一種方式不僅會(huì)將信息發(fā)送給不需要的IP主機(jī)而浪費(fèi)帶寬，也可能由于路由回環(huán)引起一場(chǎng)嚴(yán)重的廣播風(fēng)暴；而后一種方式由于IP包的重復(fù)發(fā)送而白白浪費(fèi)掉大量帶寬，也增加了服務(wù)器的負(fù)載。可以說傳統(tǒng)的IP通信技術(shù)不能有效地解決單點(diǎn)發(fā)送多點(diǎn)接收的問題。
QoS：為視頻傳輸保駕護(hù)航
在傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)中，所有的報(bào)文都無區(qū)地的等同對(duì)待，每個(gè)路由器對(duì)所有的報(bào)文采用先入先出的策略（FIFO）處理，它盡最大的努力（Best-Effort）將報(bào)文送到目的地，見圖1。
為了實(shí)現(xiàn)QoS，需要改變傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)的FIFO隊(duì)列傳輸報(bào)文機(jī)制，轉(zhuǎn)而采用優(yōu)先級(jí)隊(duì)列（Priority Queueing, PQ）機(jī)制，見圖2。
PQ機(jī)制對(duì)報(bào)文進(jìn)行分類，將所有報(bào)文分成最多至4類，分別屬于PQ的4個(gè)隊(duì)列中的一個(gè)。然后，按報(bào)文的類別將報(bào)文送入相應(yīng)的隊(duì)列。PQ的4個(gè)隊(duì)列分別為高優(yōu)先隊(duì)列、中優(yōu)先隊(duì)列、正常優(yōu)先隊(duì)列和低優(yōu)先隊(duì)列，它們的優(yōu)先級(jí)依次降低。在報(bào)文出隊(duì)的時(shí)候，PQ首先讓高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中的報(bào)文出隊(duì)并發(fā)送，直到高優(yōu)先隊(duì)列中的報(bào)文發(fā)送完，然后發(fā)送中優(yōu)先隊(duì)列中的報(bào)文。同樣，直到發(fā)送完，然后是正常優(yōu)先隊(duì)列和低優(yōu)先隊(duì)列。這樣，分類時(shí)屬于較高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的報(bào)文將會(huì)得到優(yōu)先發(fā)送，而較低優(yōu)先級(jí)的報(bào)文將會(huì)在發(fā)生擁塞時(shí)被較高優(yōu)先級(jí)的報(bào)文搶先。使得實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)（如Video）的報(bào)文能夠得到優(yōu)先處理，非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)（如E-mail）的報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)處理完實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)后的空閑中得到處理。既保證了實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的優(yōu)先，又充分利用了網(wǎng)絡(luò)資源。
當(dāng)前的IP協(xié)議能夠支持三種QoS模型，見表1。
Best-Effort是一個(gè)單一的服務(wù)模型，也是最簡(jiǎn)單的服務(wù)模型。應(yīng)用程序可以在任何時(shí)候，發(fā)出任意數(shù)量的報(bào)文，而且不需要事先獲得批準(zhǔn)，也不需要通知網(wǎng)絡(luò)。對(duì)Best-Effort服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)盡最大的努力來發(fā)送報(bào)文，但對(duì)時(shí)延、可靠性等性能不提供任何保證。 Best-Effort服務(wù)是現(xiàn)在Internet的缺省服務(wù)模型，它適用于絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如FTP、E-mail等，它通過先入先出（FIFO）隊(duì)列來實(shí)現(xiàn)。
Intserv是一個(gè)綜合服務(wù)模型，它可以滿足多種QoS需求。這種服務(wù)模型在發(fā)送報(bào)文前，需要向網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)?zhí)囟ǖ姆⻊?wù)。這個(gè)請(qǐng)求是通過信令（Signal）來完成的。傳送QoS請(qǐng)求的信令是RSVP（資源預(yù)留協(xié)議），它將應(yīng)用程序的QoS需求通知給路由器。應(yīng)用程序首先通知網(wǎng)絡(luò)它自己的流量參數(shù)和需要的特定服務(wù)質(zhì)量請(qǐng)求，包括帶寬、時(shí)延等。應(yīng)用程序一般在收到網(wǎng)絡(luò)的確認(rèn)信息，即網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)為這個(gè)應(yīng)用程序的報(bào)文預(yù)留了資源后，發(fā)送報(bào)文。而應(yīng)用程序發(fā)出的報(bào)文應(yīng)該控制在流量參數(shù)描述的范圍內(nèi)。
網(wǎng)絡(luò)在收到應(yīng)用程序的資源請(qǐng)求后，執(zhí)行資源分配檢查（Admission Control），即基于應(yīng)用程序的資源申請(qǐng)和網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的資源情況，判斷是否為應(yīng)用程序分配資源。一旦網(wǎng)絡(luò)確認(rèn)已經(jīng)為應(yīng)用程序的報(bào)文分配了資源，則只要應(yīng)用程序的報(bào)文被控制在流量參數(shù)描述的范圍內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)就會(huì)承諾滿足應(yīng)用程序的QoS需求。而網(wǎng)絡(luò)將為每個(gè)流（Flow，由兩端的IP地址、端口號(hào)、協(xié)議號(hào)確定）維護(hù)一個(gè)狀態(tài)，并基于這個(gè)狀態(tài)執(zhí)行報(bào)文的分類、流量監(jiān)管（Policing）、排隊(duì)及其調(diào)度，來滿足對(duì)應(yīng)用程序的承諾。
Diffserv是一個(gè)多服務(wù)模型，它可以滿足不同的QoS需求。與Intserv不同，它不需要信令，即應(yīng)用程序在發(fā)出報(bào)文前，不需要通知路由器。對(duì)Diffserv，網(wǎng)絡(luò)不需要為每個(gè)流維護(hù)狀態(tài)，它根據(jù)每個(gè)報(bào)文指定的QoS，來提供特定的服務(wù)。可以用不同的方法來指定報(bào)文的QoS，如IP包的優(yōu)先級(jí)位（IP Precedence)、報(bào)文的源地址和目的地址等。網(wǎng)絡(luò)通過這些信息來進(jìn)行報(bào)文的分類、流量整形、流量監(jiān)管和排隊(duì)。
通常在配置Diffserv時(shí)，邊界路由器通過報(bào)文的源地址和目的地址等對(duì)報(bào)文進(jìn)行分類，對(duì)不同的報(bào)文設(shè)置不同的IP優(yōu)先級(jí)，而其他路由器則只需要用IP優(yōu)先級(jí)位來進(jìn)行報(bào)文的分類。
IP組播：使視頻廣播成為可能
IP組播技術(shù)允許源IP主機(jī)將IP信息包發(fā)送到IP網(wǎng)絡(luò)上的任意一組目標(biāo)主機(jī)上，可以有效地解決單點(diǎn)發(fā)送多點(diǎn)接收、多點(diǎn)發(fā)送多點(diǎn)接收的問題。在實(shí)際使用IP組播技術(shù)時(shí)，首先需要定義一個(gè)組播地址（Group Address），每個(gè)組播地址代表源IP主機(jī)與目的IP主機(jī)之間的一個(gè)會(huì)話（Session）。目的IP主機(jī)可以使用組播地址告訴路由器，該主機(jī)希望加入或退出那一個(gè)組播組，IP組播協(xié)議能初始化或終止從源IP主機(jī)到該目標(biāo)IP主機(jī)的數(shù)據(jù)流。然后，源IP主機(jī)就可以使用組播地址發(fā)送分組。源IP主機(jī)可以不知道任何有關(guān)目的IP主機(jī)的信息，如IP目標(biāo)主機(jī)在什么位置等，它只要知道組播地址即可。
由于組播地址資源非常有限，控制組播地址分配的IANA傾向于為特定網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的使用確定單獨(dú)的IP組播地址，也就是說剩余的IP組播地址是以動(dòng)態(tài)的、合作的方式被整個(gè)網(wǎng)絡(luò)使用。組播應(yīng)用要求有一個(gè)地址管理服務(wù)機(jī)制來管理和分配組播地址。目前組播應(yīng)用有三種方法可以獲得組播地址，包括硬編地址、聲明地址、以及計(jì)算推導(dǎo)等等。
IP組播在實(shí)際應(yīng)用中需要解決由于不同目的主機(jī)所處不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境而帶來的問題。因特網(wǎng)是由許多網(wǎng)絡(luò)連接起來構(gòu)成的一個(gè)世界范圍的大型網(wǎng)絡(luò)，而構(gòu)成因特網(wǎng)的許多局部網(wǎng)絡(luò)之間，在數(shù)據(jù)傳輸速度、穩(wěn)定性、可靠性等方面存在巨大的差異，同時(shí)因特網(wǎng)中發(fā)生擁塞的時(shí)間、地點(diǎn)也是隨機(jī)的、不可預(yù)測(cè)的。IP組播應(yīng)用應(yīng)能適應(yīng)這樣不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提供用戶滿意的組播服務(wù)。
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)不能滿足現(xiàn)有的數(shù)據(jù)發(fā)送速率時(shí)，單播應(yīng)用可以使用傳送層的TCP協(xié)議來自動(dòng)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送速率（盡管較低的數(shù)據(jù)發(fā)送速度可能不滿足CBR需求），或者在應(yīng)用層使用回饋循環(huán)機(jī)制來調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)本身（如改變數(shù)據(jù)的分辨率、使用有損壓縮技術(shù)等）以達(dá)到降低數(shù)據(jù)發(fā)送速率的目的。而IP組播應(yīng)用有多個(gè)目的主機(jī)，上述方法顯然不能照搬。首先不管是TCP協(xié)議還是回饋循環(huán)機(jī)制都要求目的主機(jī)向源主機(jī)匯報(bào)接收情況（如：數(shù)據(jù)丟失、傳送錯(cuò)誤等），如果許多目的主機(jī)同時(shí)向發(fā)送者發(fā)出數(shù)據(jù)丟失報(bào)告，源主機(jī)很可能被一場(chǎng)嚴(yán)重的“應(yīng)答報(bào)文風(fēng)暴”淹沒。同時(shí)一個(gè)組播組中，不同的目的主機(jī)其網(wǎng)絡(luò)帶寬和接收能力有很大的差異，如果發(fā)送者按照最低接收能力目的主機(jī)的要求來調(diào)節(jié)發(fā)送速度，那么它只能提供較差的服務(wù)。為解決上述問題，人們提出了許多方法來支持異種目的主機(jī)，其中比較著名的有應(yīng)答報(bào)文抑制機(jī)制（如果一個(gè)接收者發(fā)現(xiàn)報(bào)文錯(cuò)誤或丟失，它并不立即向發(fā)送者發(fā)送應(yīng)答報(bào)文，而是等待一個(gè)隨機(jī)時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)如果監(jiān)聽到別的接收者向發(fā)送者發(fā)送報(bào)文出錯(cuò)應(yīng)答，就不再發(fā)送應(yīng)答報(bào)文，否則該接收者向發(fā)送者發(fā)送報(bào)文出錯(cuò)應(yīng)答），和設(shè)立托管節(jié)點(diǎn)機(jī)制（將網(wǎng)絡(luò)中的部分目的主機(jī)設(shè)計(jì)成局部托管節(jié)點(diǎn)，作為源主機(jī)和本局部網(wǎng)絡(luò)所有目 的主機(jī)之間的橋梁和中轉(zhuǎn)站。托管結(jié)點(diǎn)可以對(duì)出錯(cuò)的報(bào)文進(jìn)行重發(fā)，也可以對(duì)源主機(jī)發(fā)來的組播包進(jìn)行重新編碼，以降低數(shù)據(jù)傳送速率，還可以向源主機(jī)發(fā)送應(yīng)答報(bào)文）。
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