計算機網絡課后題答案第八章.doc

第八章因特網上的音頻/視頻服務8-1 音頻/視頻數據和普通文件數據都有哪些主要區(qū)別？這些區(qū)別對音頻/視頻數據在因特網上傳送所用的協(xié)議有哪些影響？既然現有的電信網能夠傳送音頻/視頻數據，并且能夠保證質量，為什么還要用因特網來傳送音頻/視頻數據呢？答：區(qū)別第一，多音頻/視頻數據信息的信息量往往很大，第二，在傳輸音頻/視頻數據時，對時延和時延抖動均有較高的要求。影響如果利用TCP 協(xié)議對這些出錯或丟失的分組進行重傳，那么時延就會大大增加。因此實時數據的傳輸在傳輸層就應采用用戶數據報協(xié)議UDP 而不使用TCP 協(xié)議。電信網的通信質量主要由通話雙方端到端的時延和時延抖動以及通話分組的丟失率決定。這兩個因素都是不確定的，因而取決于當時網上的通信量，有網絡上的通信量非常大以至于發(fā)生了網絡擁塞，那么端到端的網絡時延和時延抖動以及分組丟失率都會很高，這就導致電信網的通信質量下降。8-2 端到端時延與時延抖動有什么區(qū)別？產生時延抖動的原因時什么？為什么說在傳送音頻/視頻數據時對時延和時延抖動都有較高的要求？答：端到端的時延是指按照固定長度打包進IP 分組送入網絡中進行傳送；接收端再從收到的IP 包中恢復出語音信號，由解碼器將其還原成模擬信號。時延抖動是指時延變化。數據業(yè)務對時延抖動不敏感，所以該指標沒有出現在Benchmarking 測試中。由于IP 上多業(yè)務，包括語音、視頻業(yè)務的出現，該指標才有測試的必要性。產生時延的原因IP 數據包之間由于選擇路由不同，而不同路由間存在不同時延等因素，導致同一voip的數據包之間會又不同的時延，由此產生了時延抖動。把傳播時延選擇的越大，就可以消除更大的時延抖動，但所要分組經受的平均時延也增大了，而對某些實時應用是很不利的。如果傳播時延太小，那么消除時延抖動的效果就較差。因此播放時延必須折中考慮。8-3 目前有哪幾種方案改造因特網使因特網能夠適合于傳送/音頻視頻數據？答： 1.大量使用光纜，是網絡的時延和時延抖動減小，使用具有大量高速緩存的高數路由器，在網上傳送實時數據就不會有問題。2.將因特網改造為能夠對端到端的帶寬實現預留，從而根本改變因特網的協(xié)議棧從無連接的網絡變?yōu)槊嫦蜻B接的網絡。3.部分改動因特網的協(xié)議，也能夠使多媒體信息在因特網上的傳輸質量得到改進。8-4 實時數據和等時數據是一樣的意思嗎？為什么說因特網是不等時的？實時數據都有哪些特點？試說播放延時的作用？答： 實時數據和等時數據不是一樣的意思。模擬的音頻/視頻信號只有經過數字化以后才能在因特網上傳送。就是對模擬信號要經過采樣和模數轉換為數字信號，然后將一定數量的比特組組裝成分組進行傳送。這些分組在發(fā)送時的時間間隔時恒定的，但傳統(tǒng)的因特網本身是非等時的。這是因為在時延IP 協(xié)議的因特網中，每一個分組是獨立的傳送，因而這些分組在到達接收端時就變成非等時的。消除時延的抖動。8-5 流式存儲音頻/視頻，流式實況音頻/視頻和交互式音頻/視頻都有何區(qū)別？答： 流式存儲音頻/視頻是邊下載邊播放，即在文件下載后不久就開始播放。流式實況音頻/視頻是發(fā)送時邊錄制邊發(fā)送，接受時也是能夠連續(xù)播放。接受方收到的節(jié)目時間和節(jié)目中事件的發(fā)生時間可以認為是同時的。交互式音頻/視頻是用戶使用因特網和其他人進行交互式通信。8-6 媒體播放器和媒體服務器的功能是什么？請用例子說明。媒體服務器為什么稱為流式服務器？答： 媒體播放器的主要功能是：管理用戶界面，解壓縮，消除時延抖動和處理傳輸帶來的差錯。媒體服務器的主要功能是使用元文件的URL 接入到媒體服務器，請求下載瀏覽器所請求的音頻/視頻文件，給出響應把該音頻/視頻文件發(fā)送給媒體播放器。8-7 實時流式協(xié)議RTSP 的功能是什么？為什么說它是個帶外協(xié)議？答： RTSP 是IETF 的MMUSIC 工作組開發(fā)的協(xié)議，功能是為了給流式過程增加更多的功能而設計的協(xié)議。RTSP 本身并不傳送數據，而僅僅是使媒體播放器能夠控制多媒體的傳送，因此RTSP又稱為外帶協(xié)議。8-08 狹義的IP 電話和廣義的IP 電話都有哪些區(qū)別？IP 電話都有哪幾種連接方式？答：狹義的IP 電話就是指在網絡上打電話。廣義的IP 電話不僅僅是電話通信，而且還可以是在IP 網絡上進行交互式多媒體實時通信（包括電話.視像等）甚至還包括即時傳信IM。IP 電話有3 種連接方式分別為：（1）2 個PC 機之間的通話。（2）PC 機到固定用戶之間的通話。（3）2 個固定電話之間打IP 電話。8-09 IP 電話的通話質量與那些因素有關？影響IP 電話話音質量的主要因素有哪些？為什么IP 電話的通話質量是不確定的？答：IP 電話的通話質量主要由兩個因素決定。一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。影響IP 電話話音質量主要因素有：語音編解碼技術、包丟失以及時延和時延抖動等。若網絡上的通信量非常大以致發(fā)生了網絡擁堵，那么端到端時延和時延抖動以及分組丟失率都會很高，這就導致IP 電話的通信質量下降。因此，一個用戶使用IP電話的通信質量取決于當時其他的許多用戶的行為。8-10 為什么RTP 協(xié)議同時具有運輸層和應用層的特點？答：從開發(fā)者的角度看，RTP 應當是應用層的一部分。在應用程序的發(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 套接字接口。在接受端，RTP 分組通過UDP 套接字接口進入應用層后。還要利用開發(fā)者編寫的程序代碼從分組中把應用數據塊提取出來。然而RTP 的名稱又隱含地表示出它是一個運輸層協(xié)議。這樣劃分也是可以的，應為RTP 封裝了多媒體應用的數據塊，并且由于RTP 向多媒體應用程序提供了服務（如時間戳和序號）。因此可以吧RTP 看成是在UDP 之上的一個運輸層子層的協(xié)議。8-11 RTP 協(xié)議能否提供應用分組的可靠傳輸？請說明理由。答：不能。因為RTP 為實時應用提供端到端的運輸，但不提供任何服務質量的保證。RTP 是一個協(xié)議框架因為它只包含了實時應用的一些共同功能。RTP 并不對多媒體數據塊做任何處理而只是向應用層提供一些附加的信息，讓應用層知道應當如何進行處理。8-12 在RTP 的分組中為什么要使用序號、時間戳和標記？答：序號占16 位。對每一個發(fā)送出的RTP 分組，其序號加1.在一次RTP 會話開始時的初始序號是隨機選擇的序號使接收端能夠發(fā)現丟失的分組，同時也能夠將失序的RTP 分組重新按序排列好。時間戳反映了RTP 分組中的數據的第一字節(jié)的采樣時刻。接收端使用時間戳克準確的知道應當在什么時間還原哪一個數據塊，從而消除時間的抖動。時間戳還可用來使視頻應用中聲音和圖像的同步。標記置1 表示這個RTP 分組具有特殊意義。8-13 RTCP 協(xié)議使用在什么場合？它們各有何主要特點？答：RTP 協(xié)議分別使用在：結束分組BYE 表示關閉一個數據流；特定應用分組APP 時應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；遠點描述分組SDES 給出會話中參加者的描述。8-14 IP 電話的兩個主要標準各有何特點？解：IP 電話的兩個標準分別為：ITU-T 定義的H.323 協(xié)議和IETF 提出的繪畫發(fā)起協(xié)議SIP.H.323 協(xié)議的特點：以已有的電路交換電話網為基礎，增加了IP 電話的功能。H.323的指令沿用原有電話網的信令模式，與原有電話網的連接比較容易。SIP 協(xié)議的特點：以英特網為基礎，將IP 電話視為英特網那個上的新應用。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。8-15 攜帶實時音頻信號的固定長度分組序列發(fā)送到因特網。每隔10ms 發(fā)送一個分組。前10個分組通過網絡的時延分別為45ms，50ms，53ms，46ms，30ms，40ms，46ms，49ms，55ms和51ms。（1）用圖表示出這些分組發(fā)出時間和到達時間。（2）若在接收端還原時的端到端時延為75ms，試求出每個分組經受的時延。（3）畫出接收端緩存中的分組數與時間的關系。解： （1）下圖（a）的縱橫坐標表示這些分組的發(fā)出時間和到達時間（a）分組發(fā)送時間和到達時間圖（2）每個分組經受的時延分別為：30，25，22，29，455，35，29，26，20 和24ms（3）接收端緩存中的分組數與時間的關系如下圖（b）所示。（b）接收端緩存中的分組數語時間關系圖8-16 話音信號的采樣速率為8000HZ，每隔10ms 將已編碼的話音采樣裝配為話音分組。每一個話音分組在發(fā)送之前要加上一個時間戳。假定時間戳是從一個時鐘得到的，該時鐘每隔秒將計時器加1.試問能否將取為9ms？如果行，請說明理由。如果不行，你認為應取為多少？解：不能將取為9ms，可以將取為5ms8-17 在傳送音頻/視頻數據時，接收端的緩存空間的上限由什么因素決定？實時數據流的數據率和時延抖動對緩存空間上限的確定有何影響？解：接收端的緩存空間的上限取決于還原播放時所容許的時延，當還原播放時所用需的時延已經確定時，緩存空間的上限與實時數據流的數據率成正比。時延抖動越大，緩存空間也應越大。8-18 什么是服務質量QoS？為什么說“因特網根本沒有服務質量可言”？解：服務質量QoS 是服務性能的總效果，此效果決定了一個用戶對服務的滿意程度。因特網的網絡本身提供的服務是不可靠的，它不能保證服務質量。實際上“盡最大努力交付”的服務就是沒有質量保證的服務，根本沒有服務質量可言。8-19 在討論服務質量時，管制、調度、呼叫接納表示什么意思？解：管制：使某個數據流不影響其他正常數據流在網絡中通過的一種機制。調度：路由器的隊列所采用的排隊規(guī)則。呼叫接納：數據流要事先聲明它所需要的服務質量，然后或者被準許進入網絡，或者被拒絕進入網絡。8-20 試比較先進先出（FIFO）排隊、公平排隊（FQ）和加權公平排隊（WFQ）的優(yōu)缺點。解：先進先出（FIFO）排隊的優(yōu)點：實施簡單；其缺點：不能區(qū)分時間敏感分組和一般數據分組，并且對排在長分組的短分組也不公平。公平排隊（FQ）的優(yōu)點：在高優(yōu)先級隊列中總是有分組時，克服優(yōu)先排隊的局限，避免了低優(yōu)先級隊列的分組長期得不到服務的現象出現；其缺點：長分組得到的服務時間長，而短分組得到的服務時間短，并且沒有區(qū)分分組的優(yōu)先級。加權公平排隊（WFO）的優(yōu)點：通過為每個隊列分配一個與所需帶寬百分比相對應的權重，使高優(yōu)先級隊列中的分組有更多的機會得到服務；其缺點：實施起來很復雜。8-21 假定有一個支持三種類別的緩存運行加權公平排隊WFQ 調度算法,并假定這三種類別的權重分別是0.5, 0.25, 0.25。如果是采用循環(huán)調度，那第這三個類別接受服務的順序是123123123。（1）如果每種類別在緩存中都有大量的分組，試問這三種類別的分組可能以何種順序接受服務？（2）如果第1 類和第3 類在緩存中有大量的分組，但緩存中沒有第2 類的分組，試問這兩類分組可能以何種順序接受服務？解：（1）如果每種類別在緩存中都有大量的分組，這三種類別的分組接受服務的順序有：112311231123, 113211321132, 211321132113, 311231123112, 231123112311,321132113211。（2）如果1 類和第3 類在緩存中有大量的分組，但緩存中沒有第2 類的分組，則這兩類分組接受服務的順序有：113113113, 311311311。8-22 漏桶管制器的工作原理是怎樣的？數據流的平均速率、峰值速率和突發(fā)長度各表示什么意思？解：漏桶管制器簡稱漏桶，它是一種抽象的機制。在漏桶中可裝許多權標，但最多裝入b個權標，只要漏桶中的權標數小于b 個，新的權標就以每秒r 個權標的恒定速率加入到漏桶中。但若漏桶已裝了b 個權標，則新的權標就不再裝入，而漏桶的權標數達到最大值b。漏桶管制分組流進入網絡的過程如下。分組進入網絡前先要進入一個隊列中等候漏桶中的權標，就可從漏桶取走一個權標，然后就準許一個分組從隊列進入網絡。若漏桶已無權標，就要等新的權標注入漏桶后，再把這個權標拿走后才能準許下一個分組進入網絡。假定在時間間隔t 中把漏桶中的全部b 個權標都取走。但在這個時間間隔內漏桶又裝入了rt 個新權標，因此在任何時間間隔t 內準許進入網絡的分組數的最大值為rt + b?？刂茩鄻诉M入漏桶的速率r 就可對分組進入網絡的速率進行管制。平均速率網絡需要控制一個數據流的平均速率。這里的平均速率指的是在一定的時間間隔內通過的分組數。峰值速率峰值速率限制了數據流在非常短的時間間隔內的流量。突發(fā)長度網絡也限制在非常的時間間隔內連續(xù)注入到網絡中的分組數。8-23 采用漏桶機制可以控制達到某一數值的、進入網絡的數據率的持續(xù)時間。設漏桶最多可容納b 個權標。當漏桶中的權標小于b 個時，新的權標就以每秒r 個權標的恒定速率加入漏桶中。設分組進入網絡的速率為pkt/s（pkt 代表分組），試推導以此速率進入網絡所能持續(xù)的時間。討論一下為什么改變權標加入到漏桶中的速率就可以控制分組進入網絡的速率。解：假定在時間間隔t 中把漏桶中的全部b 個權標都取走。但在這個時間間隔內漏桶又裝入了rt 個新權標，因此在任何時間間隔t 內準許進入網絡的分組數的最大值為rt + b。（rt +b）/ N。控制權標進入漏桶的速率r 就可對分組進入網絡的速率進行管制。8-24 在上題中，設b = 250 token, r = 5000 token/s, N = 25000 pkt/s。試求分組用這樣的速率進入網絡持續(xù)多長時間。若2500 pkt/s, 重新計算本題。解：（rt + b）/ N = 0.21s若2500pkt/s,則2.1s8-25 試推導公式（8-2）。解：考慮分組i。假定漏桶i 已經裝滿了bi 個權標。這就表示分組流i 不需要等待就可以從漏桶中拿走bi 個權標，因此bi 個分組可以馬上從路由器輸出。但分組流i 得到的數據率是由公式（8-）給出。這bi 個分組吵的最后一個分組所經受的時延最大，它等于這bi個分組所需的時間dmax，dmax = bi / Ri =(biwj) / (Rwi)。8-26 假定圖8-22 中分組流1 的漏桶權標裝入速率r1 Rw1/（wi），試證明：（ 8-）式給出的dmax 實際上是分組流1 中任何分組在FQ 隊列中所經受的最大時延。解：r1Rw1/(wi)，dmax = bi/ri,顯然當i=1 時，dmax 最大。8-27 考慮8.4.2 節(jié)討論的管制分組流的平均速率和突發(fā)長度的漏桶管制器?，F在我們限制其峰值速率為p 分組/秒。試說明怎樣把一個漏桶管制器的輸出流入到第二個漏桶管制器的輸入，以便用這樣串接的兩個漏桶能夠管制分組流的平均速率、峰值速率以及突發(fā)長度。第二個漏桶的大小和權標產生的速率應當是怎樣的？解：如下圖所示，第二個漏桶的大小是1，權標產生的速率是p/s。拿走權標拿走權標注入漏桶的速率= r/s 注入漏桶的速率=p/s漏桶中最多裝入b 個權標漏桶中最多裝入1 個權標分組到達，等待權標等待權標準許分組進入網絡8-28 綜合服務IntServ 由哪幾個部分組成在？有保證的服務和受控負載的服務有何區(qū)別？答：IntServ 共又以下四個組成部分：（1）資源預留協(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），用來把進入路由器的分組進行分類，并根據分類的結果把不同的類別的分組放入特定的隊列。（4）調度器（scheduler），根據服務質量要求決定分組發(fā)送的前后順序。有保證的服務和受控負載的服務的區(qū)別：（1）有保證的服務（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。（2）受控負載的服務（controlled-load service），可以使應用程序得到比通常的“盡最大努力”更加可靠的服務。8-29 試述資源預留協(xié)議RSVP 的工作原理。答：發(fā)送端依據高、低帶寬的范圍、傳輸遲延，以及抖動來表征發(fā)送業(yè)務。RSVP 從含有業(yè)務類別(TSpec)信息的發(fā)送端發(fā)送一個路徑信息給目的地址(單點廣播或多點廣播的接收端)。每一個支持RSVP 的路由器沿著下行路由建立一個路徑狀態(tài)表，其中包括路徑信息里先前的源地址(例如，朝著發(fā)送端的上行的下一跳)為了獲得資源預留，接收端發(fā)送一個上行的RESV(預留請求)消息。除了TSpec，RESV 消息里有請求類別(RSpec)，表明所要求的綜合服務類型，還有一個過慮器類別，表征正在為分組預留資源(如傳輸協(xié)議和端口號)。RSpec 和過慮器類別合起來代表一個流的描述符，路由器就是靠它來識別每一個預留資源的。當每個支持RSVP 的路由器沿著上行路徑接收RESV 的消息時，它采用輸入控制過程證實請求，并且配置所需的資源。如果這個請求得不到滿足(可能由于資源短缺或未通過認證)，路由器向接收端返回一個錯誤消息。如果這個消息被接受，路由器就發(fā)送上行RESV 到下一個路由器當最后一個路由器接收RESV，同時接受請求的時候，它再發(fā)送一個證實消息給接收端。當發(fā)送端或接收端結束了一個RSVP 會話時，有一個明顯的斷開連接的過程。8-30 區(qū)分服務DiffServ 與綜合服務IntServ 有何區(qū)別？區(qū)分服務的工作原理是怎樣的?答：區(qū)分服務DiffServ 與綜合服務IntServ 的區(qū)別：（1） 區(qū)分服務DiffServ 層次簡單，伸縮性較好：DiffServ 工作范圍分為兩個層次：DS域和DS 區(qū)。DS 標記只是規(guī)定了有限數量的業(yè)務級別，狀態(tài)信息的數量正比于業(yè)務級別，而不是流的數量。而綜合服務IntServ 伸縮性差，在WAN 中，各種各樣的子網會不斷增多，并且隨著流數目的增加，狀態(tài)信息的數量成比例上升，重傳PATH 和RESV 信息會占用大量的路由器存儲空間和處理開銷。（2） 區(qū)分服務DiffServ 便于實現：只在網絡的邊界上才需要復雜的分類、標記、管制和整形操作。ISP 核心路由器只需要實現行為聚集（BA）的分類，因此實現和部署區(qū)分、分級都比較容易。（3） 區(qū)分服務DiffServ 不影響路由：DiffServ 的節(jié)點提供服務的手段只限于隊列調度和緩沖管理，并不涉及路由選擇，而綜合服務Intserv 對現有路由器的改造十分復雜。由于需要進行端到端的資源預留，必須要求從發(fā)送到接收之間所有路由器都支持RSVP 和許可控制協(xié)議，同時每個路由器還要花費大量的資源來維護和更新數據庫區(qū)分服務的工作原理：區(qū)分服務體系結構（ DiffServ ）定義了一種可以在互聯(lián)網上實施可擴展的服務分類的體系結構。一種“服務”，是由在一個網絡內，在同一個傳輸方向上，通過一條或幾條路徑傳輸數據包時的某些重要特征所定義的。這些特征可能包括吞吐率、時延、時延抖動，和/或丟包率的量化值或統(tǒng)計值等，也可能是指其獲取網絡資源的相對優(yōu)先權。服務分類要求能適應不同應用程序和用戶的需求，并且允許對互聯(lián)網服務的分類收費。DiffServ 體系結構由許多在網絡