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　　第八章 网络应用技术

　　本单元概览

　　一、组播技术。

　　二、P2P网络。

　　三、即时通信系统。

　　四、IPTV。

　　五、VoIP。

　　六、网络搜索技术。

　　一、组播技术

　　1、IP组播的概念和特点

　　单播：通常采用的传播方式，基本特点是一对一传输数据。单播发送者发送的信息一次只能传到一个接收方。

　　广播：由路由器或交换机将同一个信息无条件地发送给每一条路径中的节点，由接收者决定接收还是丢弃。(一对多)，发送方只发送一次，由路由器和交换机重复发送。

　　组播：允许一个或多个发送方发送单一数据报到多个接收方的网络传输方式。无论组成员多少，只发送一次数据包，组播采用组播地址寻址，只向需要数据包的主机或网络发送。(一对一组)

　　2、IP组播特点：

　　组播使用组地址：每个组播组拥有唯一的组播地址(D类地址)，组播数据包可以送到标识目的主机的组地址。

　　动态的组成员：组播成员是动态的，本地的组播路由器周期性的向本地网络主机进行轮询。

　　底层硬件支持的组播：Internet是由许多网络互联，其中有些网络是以太网，以太网本身具有硬件组播能力。

　　3、组播技术基础

　　(1)IP组播地址：A、B、C为单播地址，D为组播地址，E保留地址。 组播地址最高4位为1110+ 28位，范围224.0.0.0至239.255.255.255。每一个组播地址标识为一个组播组。

　　(2)组播相关协议

　　组播协议分为主机和路由器之间的协议(IP组播管理协议);路由器和路由器之间的协议(IP组播路由协议)。

　　IP组播组管理协议：组管理协议(IGMP)在主机和与主机直连接接的路由器之间运行。实现双向：主机通过IGMP通知本地路由希望加入特定组;另一方面，路由器通过IGMP周期查询局域网内某个已知组的成员是否处于活动状态，实现组成员关系的收集与维护。包括IGMP和CGMP。

　　IP组播路由协议：组播路由协议分为域内组播路由协议和域间组播路由协议。其中域内组播路由分为密集模式和稀疏模式。域内组播有MOSPF协议、DVMRP协议、PIM协议。

　　组播路由不同于单播路由，由源地址、组地址、入接口列表和出接口列表4部分组成。只有匹配源和组地址，且从入接口到达时，才算是完全匹配一条路由。组播要扩展到Internet，需要域间组播路由支持。

　　二、P2P网络

　　1、P2P网络的基本结构

　　P2P(peer to peer)对等网络，分为：以Napster为代表的集中目录式结构、以Gnutella为代表的分布式非结构化结构、以Pastry、Chord、Tapeatry、CAN为代表的分布式结构化结构、以eDonkey、Skype、PPLive、BitTorent为代表的混合式P2P网络结构。

　　集中目录式结构：以一个中心服务器负责记录共享信息以及回答各种查询。网上的所有资料都分别存放在提供该资料的客户机上，服务器只保留索引信息，此外服务器与对等实体以及对等实体间都具有交互能力。

　　分布式非结构化P2P：采用随机图的组织方式形成一个松散的网络，每个结点都具有相同的功能，即是服务器又是客户机，结点也称对等点。优点是配制简单，不需要服务器支持。缺点有可能漏掉网络中的资源(原因没有确定的拓扑)。

　　分布式结构化P2P：为克服非结构化的不足，构造一个高度结构化的系统。重点在于如何有效地查找信息。基于分布式散列表的分布式发现和路由算法。

　　混合式结构的P2P：集中式有利于检索，但中心化模式易受攻击;分布式解决攻击但又缺乏快速检索，混合式结合他们的优点，在分布模式的基础上，将用户按能力分类，使某些结点担任特殊任务。

　　2、P2P网络的应用

　　分布式科学计算：P2P技术使得众多计算机的CPU资源联合起来，服务于一个共同的计算。

　　文件共享：在Internet上任意两台计算机之间直接共享文档、多媒体和其他文件。

　　协同工作：任意两台计算机课建立实时联系，建立一个安全的、共享的虚拟空间，可实时、可交互进行协同工作。

　　分布式搜索引擎：使用户深度搜索文档，并无需通过Web服务器，也不受信息格式的限制，可达到传统搜索无可比拟的深度。

　　流媒体直播：具有负载均衡、自适应、自组织和容错能力强等优点，将P2P技术用在流媒体直播中能解决传统集中式服务服务器负载过重的问题。

　　三、即时通信系统

　　1、概述

　　即使通信：是基于Internet的通信服务，它提供近实时的信息交换和用户状态跟踪。

　　即时消息系统：允许用户相互订阅并获取彼此的状态变更信息，以便用户间互相收发短消息。

　　除实时消息交换和状态跟踪服务外：IM(即时通信)还提供一下附加功能：

　　音频/视频聊天：为通信双方提供一个稳定的直接连接，数据以UDP传输。

　　应用共享：使远程用户能够访问本地程序，还可邀请远程用户。

　　文件传输：通信双方建立直接连接，传输结束后关闭此链接。

　　文件共享：允许远程用户浏览指定目录并下载文件。

　　游戏邀请：邀请远程执行特定的外部程序，通常是游戏。

　　远程助理：允许远程控制另一主机。

　　白板：通过直接连接共享paint文档，是应用共享的快捷方式。

　　2、即时通信的基础通信模式

　　即时通信采用两种通信模式：客户机/服务器(消息发送利用服务器中转)、客户机/客户机模式(直接点对点模式)。

　　(1)P2P 通信模式

　　该模式在即时通信系统中体现为消息交换时不通过服务器进行处理。该过程也有两种模式：

　　1)客户端获得好友消息的时候，服务器端已经将每个好友的端口和远程地址发送到了客户端。

　　2)客户端在试图建立与好友之间的连接时，需要服务器端询问好友的远程地址和端口。

　　(2)中转通信模式

　　在该模式中，一个客户端与另一个客户端进行消息交互时，其携带了被请求方的唯一的ID，由服务器根据包中的来源、目的地信息查询通信地址表，并组织信息转发到目的地。

　　3、即时通信系统的通信协议

　　主要有两个代表：基于SIP协议框架的SIMPLE协议集和基于JABBER协议框架的XMPP协议集。

　　(1)SIP协议

　　称为会话初始化协议，所谓会话就是指用户之间的数据交换。

　　SIP的基本组成：按逻辑功能区分，SIP系统由4种元素组成：

　　用户代理：由用户代理客户机(负责发起呼叫)和用户代理服务器(负责接收呼叫并做出响应)。

　　代理服务器：负责几首用户发来的请求，根据网络策略将网络请求发送给相应的服务器。

　　重定向服务器：规划SIP呼叫路径的服务器。

　　注册服务器：接收和处理用户端的注册请求，完成用户地址的注册。

　　SIP消息：从客户机到服务器的请求消息和从服务器到客户机的响应消息。

　　(2)SIMPLE

　　是SIP协议的扩展，支持即时通信服务。SIMPLE协议簇所支持的IM会话不同于其他以SIP为基础的多媒体会话，无需建立会话通道，IM消息直接通过SIMPLE 协议的message命令为载体传输，而且每个IM消息由单独的message命令传输，彼此独立。

　　(3)XMPP

　　基于XML的即时通信协议，XMPP标准协议由4个RFC文档组成：核心协议的RFC 3920、负责即时通信的RFC 3921、负责XMPP与CPIM映射的RFC 3922和负责安全的RFC 3923。

　　XMPP的系统框架主要有：用户客户端、XMPP服务器和XMPP协议网关3种实体。

　　XMPP系统的特点：客户机/服务器通信模式：所有客户端发送给另一个客户端的XMPP消息都必须经过服务器端;分布式网络：每个用户都有自己的本地服务器，并从该服务器上接收消息，消息和在线信息在这些服务器之间传输;简单的客户端：XMPP将复杂性从客户端转移到服务器端;XML的数据格式：最重要的作用是系统底层的可扩展性，并能表述任何一种结构化数据。

　　四、IPTV

　　1、IPTV系统

　　互联网协议电视，简称网络电视。是利用宽带网络为用户提供交互式多媒体服务业务，主要特点在于交互式和实时性。IPTV3个基本业务：视频点播、直播电视和时移电视(采用视频切片技术)。

　　(1)视频点播(VOD)

　　交互式电视点播系统，包括5个主要部分：节目制作中心、专业视频服务器、视频节目库、VOD管理服务器和客户端播放器。

　　(2)直播电视

　　是宽带服务提供商提供给宽带用户的广播电视增值业务的一种方式。IPTV通过组播技术直播电视的功能，借助IP网络来承载电视信号。

　　(3)时移电视

　　电视的播放根据用户需要随意移动，此功能称为时移电视业务。基本同直播电视，不同点在于主播电视利用组播技术，而时移电视利用存储电视媒体文件，采用点播方式实现时移电视的功能。

　　2、IPTV的关键技术

　　基本技术可概括为视频数字化、传输IP化、播放流媒体化。一般一个端到端的IPTV系统具有节目采集、存储与服务、节目传送、用户终端设备和相关软件5个功能部件。

　　关键技术包括：

　　媒体内容分发技术是IPTV大规模应用的重要技术保障：内容发布、内容路由、内容交换、性能管理、IP承载网。

　　数字版权管理技术实现产业化发展的必要技术条件：数据加密、版权保护、数字水印

　　IPTV运营支撑管理系统：媒体资产管理、客户服务和业务管理、计费帐务系统、报表统计、网络管理系统、系统管理接口。

　　五、VoIP

　　俗称IP电话，是基于IP网络的语音传输技术。

　　1、VoIP实现方法

　　PC-to-PC：两台计算机登录到网络上，具有全双工声卡，话筒等设备，安装相同的电话软件。

　　PC-to-Phone：主叫方的计算机必须上网，被叫方是普通电话即可。运行VoIP软件时，预先登录用户名、口令及对方的电话号码。

　　Phone-to-Phone：分为3种类型，双方配置类似调制解调器的设备，通话双方登录到Internet上;两端都没有计算机与电话连接，通过“桥接器”的设备通话，把模拟数据的 音频流转换为分组数据，送入Internet传输;利用IP电话网关服务器通话,网关服务器一端与Internet相连，另一端与当地的PSTN相连。

　　2、VoIP系统的组成

　　有4个基本组件：终端设备(电话)、网关(通过网关实现PC-Phone、phone-phone的通信)、多点控制单元(利用IP网络实现多点通信)和网守(负责用户的注册和管理等)。

　　六、网络搜索技术

　　1、网络搜索引擎

　　是一个在Internet查询信息的软件系统，以一定策略在Web上搜集和发现信息，对信息理解、提取、组织和处理后，为用户提供Web信息查询服务。根本要求：争取不漏掉任何相关的信息;还要争取最可能被关心的信息排在列表的前面。

　　2、搜索引擎的原理与组成

　　由搜索器、索引器、检索器和用户接口4部分组成。常见的搜索引擎有：GOOGLE,百度等。

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