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　　第八章 網絡應用技術

　　本單元概覽

　　一、組播技術。

　　二、P2P網絡。

　　三、即時通信系統。

　　四、IPTV。

　　五、VoIP。

　　六、網絡搜索技術。

　　一、組播技術

　　1、IP組播的概念和特點

　　單播：通常采用的傳播方式，基本特點是一對一傳輸數據。單播發送者發送的信息一次只能傳到一個接收方。

　　廣播：由路由器或交換機將同一個信息無條件地發送給每一條路徑中的節點，由接收者決定接收還是丟棄。(一對多)，發送方只發送一次，由路由器和交換機重復發送。

　　組播：允許一個或多個發送方發送單一數據報到多個接收方的網絡傳輸方式。無論組成員多少，只發送一次數據包，組播采用組播地址尋址，只向需要數據包的主機或網絡發送。(一對一組)

　　2、IP組播特點：

　　組播使用組地址：每個組播組擁有唯一的組播地址(D類地址)，組播數據包可以送到標識目的主機的組地址。

　　動態的組成員：組播成員是動態的，本地的組播路由器周期性的向本地網絡主機進行輪詢。

　　底層硬件支持的組播：Internet是由許多網絡互聯，其中有些網絡是以太網，以太網本身具有硬件組播能力。

　　3、組播技術基礎

　　(1)IP組播地址：A、B、C為單播地址，D為組播地址，E保留地址。 組播地址最高4位為1110+ 28位，范圍224.0.0.0至239.255.255.255。每一個組播地址標識為一個組播組。

　　(2)組播相關協議

　　組播協議分為主機和路由器之間的協議(IP組播管理協議);路由器和路由器之間的協議(IP組播路由協議)。

　　IP組播組管理協議：組管理協議(IGMP)在主機和與主機直連接接的路由器之間運行。實現雙向：主機通過IGMP通知本地路由希望加入特定組;另一方面，路由器通過IGMP周期查詢局域網內某個已知組的成員是否處于活動狀態，實現組成員關系的收集與維護。包括IGMP和CGMP。

　　IP組播路由協議：組播路由協議分為域內組播路由協議和域間組播路由協議。其中域內組播路由分為密集模式和稀疏模式。域內組播有MOSPF協議、DVMRP協議、PIM協議。

　　組播路由不同于單播路由，由源地址、組地址、入接口列表和出接口列表4部分組成。只有匹配源和組地址，且從入接口到達時，才算是完全匹配一條路由。組播要擴展到Internet，需要域間組播路由支持。

　　二、P2P網絡

　　1、P2P網絡的基本結構

　　P2P(peer to peer)對等網絡，分為：以Napster為代表的集中目錄式結構、以Gnutella為代表的分布式非結構化結構、以Pastry、Chord、Tapeatry、CAN為代表的分布式結構化結構、以eDonkey、Skype、PPLive、BitTorent為代表的混合式P2P網絡結構。

　　集中目錄式結構：以一個中心服務器負責記錄共享信息以及回答各種查詢。網上的所有資料都分別存放在提供該資料的客戶機上，服務器只保留索引信息，此外服務器與對等實體以及對等實體間都具有交互能力。

　　分布式非結構化P2P：采用隨機圖的組織方式形成一個松散的網絡，每個結點都具有相同的功能，即是服務器又是客戶機，結點也稱對等點。優點是配制簡單，不需要服務器支持。缺點有可能漏掉網絡中的資源(原因沒有確定的拓撲)。

　　分布式結構化P2P：為克服非結構化的不足，構造一個高度結構化的系統。重點在于如何有效地查找信息。基于分布式散列表的分布式發現和路由算法。

　　混合式結構的P2P：集中式有利于檢索，但中心化模式易受攻擊;分布式解決攻擊但又缺乏快速檢索，混合式結合他們的優點，在分布模式的基礎上，將用戶按能力分類，使某些結點擔任特殊任務。

　　2、P2P網絡的應用

　　分布式科學計算：P2P技術使得眾多計算機的CPU資源聯合起來，服務于一個共同的計算。

　　文件共享：在Internet上任意兩臺計算機之間直接共享文檔、多媒體和其他文件。

　　協同工作：任意兩臺計算機課建立實時聯系，建立一個安全的、共享的虛擬空間，可實時、可交互進行協同工作。

　　分布式搜索引擎：使用戶深度搜索文檔，并無需通過Web服務器，也不受信息格式的限制，可達到傳統搜索無可比擬的深度。

　　流媒體直播：具有負載均衡、自適應、自組織和容錯能力強等優點，將P2P技術用在流媒體直播中能解決傳統集中式服務服務器負載過重的問題。

　　三、即時通信系統

　　1、概述

　　即使通信：是基于Internet的通信服務，它提供近實時的信息交換和用戶狀態跟蹤。

　　即時消息系統：允許用戶相互訂閱并獲取彼此的狀態變更信息，以便用戶間互相收發短消息。

　　除實時消息交換和狀態跟蹤服務外：IM(即時通信)還提供一下附加功能：

　　音頻/視頻聊天：為通信雙方提供一個穩定的直接連接，數據以UDP傳輸。

　　應用共享：使遠程用戶能夠訪問本地程序，還可邀請遠程用戶。

　　文件傳輸：通信雙方建立直接連接，傳輸結束后關閉此鏈接。

　　文件共享：允許遠程用戶瀏覽指定目錄并下載文件。

　　游戲邀請：邀請遠程執行特定的外部程序，通常是游戲。

　　遠程助理：允許遠程控制另一主機。

　　白板：通過直接連接共享paint文檔，是應用共享的快捷方式。

　　2、即時通信的基礎通信模式

　　即時通信采用兩種通信模式：客戶機/服務器(消息發送利用服務器中轉)、客戶機/客戶機模式(直接點對點模式)。

　　(1)P2P 通信模式

　　該模式在即時通信系統中體現為消息交換時不通過服務器進行處理。該過程也有兩種模式：

　　1)客戶端獲得好友消息的時候，服務器端已經將每個好友的端口和遠程地址發送到了客戶端。

　　2)客戶端在試圖建立與好友之間的連接時，需要服務器端詢問好友的遠程地址和端口。

　　(2)中轉通信模式

　　在該模式中，一個客戶端與另一個客戶端進行消息交互時，其攜帶了被請求方的唯一的ID，由服務器根據包中的來源、目的地信息查詢通信地址表，并組織信息轉發到目的地。

　　3、即時通信系統的通信協議

　　主要有兩個代表：基于SIP協議框架的SIMPLE協議集和基于JABBER協議框架的XMPP協議集。

　　(1)SIP協議

　　稱為會話初始化協議，所謂會話就是指用戶之間的數據交換。

　　SIP的基本組成：按邏輯功能區分，SIP系統由4種元素組成：

　　用戶代理：由用戶代理客戶機(負責發起呼叫)和用戶代理服務器(負責接收呼叫并做出響應)。

　　代理服務器：負責幾首用戶發來的請求，根據網絡策略將網絡請求發送給相應的服務器。

　　重定向服務器：規劃SIP呼叫路徑的服務器。

　　注冊服務器：接收和處理用戶端的注冊請求，完成用戶地址的注冊。

　　SIP消息：從客戶機到服務器的請求消息和從服務器到客戶機的響應消息。

　　(2)SIMPLE

　　是SIP協議的擴展，支持即時通信服務。SIMPLE協議簇所支持的IM會話不同于其他以SIP為基礎的多媒體會話，無需建立會話通道，IM消息直接通過SIMPLE 協議的message命令為載體傳輸，而且每個IM消息由單獨的message命令傳輸，彼此獨立。

　　(3)XMPP

　　基于XML的即時通信協議，XMPP標準協議由4個RFC文檔組成：核心協議的RFC 3920、負責即時通信的RFC 3921、負責XMPP與CPIM映射的RFC 3922和負責安全的RFC 3923。

　　XMPP的系統框架主要有：用戶客戶端、XMPP服務器和XMPP協議網關3種實體。

　　XMPP系統的特點：客戶機/服務器通信模式：所有客戶端發送給另一個客戶端的XMPP消息都必須經過服務器端;分布式網絡：每個用戶都有自己的本地服務器，并從該服務器上接收消息，消息和在線信息在這些服務器之間傳輸;簡單的客戶端：XMPP將復雜性從客戶端轉移到服務器端;XML的數據格式：最重要的作用是系統底層的可擴展性，并能表述任何一種結構化數據。

　　四、IPTV

　　1、IPTV系統

　　互聯網協議電視，簡稱網絡電視。是利用寬帶網絡為用戶提供交互式多媒體服務業務，主要特點在于交互式和實時性。IPTV3個基本業務：視頻點播、直播電視和時移電視(采用視頻切片技術)。

　　(1)視頻點播(VOD)

　　交互式電視點播系統，包括5個主要部分：節目制作中心、專業視頻服務器、視頻節目庫、VOD管理服務器和客戶端播放器。

　　(2)直播電視

　　是寬帶服務提供商提供給寬帶用戶的廣播電視增值業務的一種方式。IPTV通過組播技術直播電視的功能，借助IP網絡來承載電視信號。

　　(3)時移電視

　　電視的播放根據用戶需要隨意移動，此功能稱為時移電視業務。基本同直播電視，不同點在于主播電視利用組播技術，而時移電視利用存儲電視媒體文件，采用點播方式實現時移電視的功能。

　　2、IPTV的關鍵技術

　　基本技術可概括為視頻數字化、傳輸IP化、播放流媒體化。一般一個端到端的IPTV系統具有節目采集、存儲與服務、節目傳送、用戶終端設備和相關軟件5個功能部件。

　　關鍵技術包括：

　　媒體內容分發技術是IPTV大規模應用的重要技術保障：內容發布、內容路由、內容交換、性能管理、IP承載網。

　　數字版權管理技術實現產業化發展的必要技術條件：數據加密、版權保護、數字水印

　　IPTV運營支撐管理系統：媒體資產管理、客戶服務和業務管理、計費帳務系統、報表統計、網絡管理系統、系統管理接口。

　　五、VoIP

　　俗稱IP電話，是基于IP網絡的語音傳輸技術。

　　1、VoIP實現方法

　　PC-to-PC：兩臺計算機登錄到網絡上，具有全雙工聲卡，話筒等設備，安裝相同的電話軟件。

　　PC-to-Phone：主叫方的計算機必須上網，被叫方是普通電話即可。運行VoIP軟件時，預先登錄用戶名、口令及對方的電話號碼。

　　Phone-to-Phone：分為3種類型，雙方配置類似調制解調器的設備，通話雙方登錄到Internet上;兩端都沒有計算機與電話連接，通過“橋接器”的設備通話，把模擬數據的 音頻流轉換為分組數據，送入Internet傳輸;利用IP電話網關服務器通話,網關服務器一端與Internet相連，另一端與當地的PSTN相連。

　　2、VoIP系統的組成

　　有4個基本組件：終端設備(電話)、網關(通過網關實現PC-Phone、phone-phone的通信)、多點控制單元(利用IP網絡實現多點通信)和網守(負責用戶的注冊和管理等)。

　　六、網絡搜索技術

　　1、網絡搜索引擎

　　是一個在Internet查詢信息的軟件系統，以一定策略在Web上搜集和發現信息，對信息理解、提取、組織和處理后，為用戶提供Web信息查詢服務。根本要求：爭取不漏掉任何相關的信息;還要爭取最可能被關心的信息排在列表的前面。

　　2、搜索引擎的原理與組成

　　由搜索器、索引器、檢索器和用戶接口4部分組成。常見的搜索引擎有：GOOGLE,百度等。

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