Компьютерные сети. 6-е изд. - Эндрю Таненбаум

сведения о которых сообщаются источникам. Полученная информация может приниматься во внимание кодировщиком для увеличения скорости передачи данных (что улучшит качество), когда состояние сети позволяет это сделать, или для уменьшения скорости при возникновении в сети каких-либо проблем. Благодаря постоянной обратной связи алгоритмы кодирования динамически настраиваются, чтобы обеспечивать наилучшее качество при текущих обстоятельствах. Например, пропускная способность при передаче потока может как увеличиваться, так и уменьшаться, и в соответствии с этим могут изменяться методы кодирования (MP3 может заменяться 8-битным PCM или дельта-кодированием). Поле Payload type сообщает получателю, какой алгоритм кодирования применяется для данного пакета, что позволяет менять их по мере необходимости.

Проблема обратной связи заключается в том, что сообщения RTCP рассылаются всем участникам. Если группа большая, то пропускная способность, которая требуется протоколу, резко возрастет. Чтобы этого не произошло, источники RTCP снижают скорость отправки своих сообщений так, чтобы все вместе они потребляли, скажем, 5 % пропускной способности, используемой для передачи медиаданных. А для этого каждый участник должен знать эту пропускную способность (эту информацию он может получить от отправителя) и общее число участников (которое он вычисляет на основании сообщений RTCP).

RTCP также обеспечивает межпотоковую синхронизацию. Проблема в том, что потоки могут использовать различные таймеры с разной степенью разрешения и разными скоростями дрейфа. RTCP помогает решить эти проблемы и синхронизировать потоки с разными параметрами.

Наконец, RTCP позволяет называть источники (например, с помощью обычного ASCII-текста). Эта информация может отображаться на экране получателя, позволяя определить источник текущего потока.

Более подробно о протоколе RTP можно прочитать в работе Перкинса (Perkins, 2002).

Буферизация и контроль джиттера при воспроизведении

Когда информация приходит к получателю, необходимо начать ее воспроизведение в правильный момент времени. Обычно этот момент не совпадает со временем прибытия RTP-пакета, поскольку время прохождения через сеть для разных пакетов немного различается. Даже если отправитель будет передавать их в сеть через одинаковые промежутки времени, они все равно будут приходить с разным интервалом.

Если медиаданные будут проигрываться сразу же по прибытии, даже небольшой джиттер может вызвать серьезные помехи: изображение может быть прерывистым, а звук — неразборчивым.

Решение заключается в буферизации пакетов на стороне получателя перед их воспроизведением для снижения джиттера. На илл. 6.32 мы видим поток пакетов, прибывающих к адресату с достаточно большим джиттером. Пакет 1 передан с сервера в момент времени t = 0 с и доставлен в t = 1 с. Пакет 2 задерживается и прибывает через 2 с. По прибытии пакеты помещаются в буфер устройства клиента.

Илл. 6.32. Выравнивание выходного потока с помощью буферизации пакетов

В момент времени t = 10 с начинается воспроизведение. В буфере уже находятся пакеты с 1-го по 6-й, поэтому их можно доставать оттуда через равные интервалы и тем самым обеспечить равномерное воспроизведение. Как правило, равные промежутки времени использовать не обязательно, так как метки времени RTP содержат информацию о том, когда следует начать воспроизведение.

К сожалению, пакет 8 задерживается настолько, что не успевает прибыть к тому моменту, когда он должен быть воспроизведен. В таком случае возможны два варианта. Проигрыватель может пропустить 8-й пакет и перейти к следующим пакетам. Или же он может остановить воспроизведение, пока не придет 8-й пакет, и тем самым создать неприятную паузу в музыке или фильме. Если приложение работает в режиме реального времени (например, при звонке через интернет), то пакет, скорее всего, будет пропущен. Такие приложения не очень хорошо функционируют в режиме ожидания. В приложениях, работающих с потоковым мультимедиа, проигрыватель может на время остановить воспроизведение. Чтобы улучшить ситуацию, можно начать воспроизведение еще позже и использовать буфер большего размера. Проигрыватели потокового аудио и видео часто используют буферы размером около 10 с, чтобы все пакеты (кроме утерянных) успели прийти вовремя. Приложения, работающие в реальном времени (например, видеоконференции) и требующие быстрой ответной реакции, используют маленькие буферы.

Для равномерного воспроизведения очень важна задержка воспроизведения (playback point). Это время, в течение которого получатель ожидает медиаданные, прежде чем начать воспроизведение. Этот параметр зависит от джиттера. Различие между соединением с маленьким и большим джиттером показано на илл. 6.33. Средняя задержка может не слишком отличаться, но при большом джиттере может потребоваться задержка воспроизведения, захватывающая 99 % пакетов (намного больше, чем при маленьком джиттере).

Илл. 6.33. Джиттер: (а) большой; (б) маленький

Чтобы правильно подобрать задержку воспроизведения, приложение может измерить джиттер, вычислив разницу между значениями меток времени RTP и временем прибытия. Эта разница (плюс некоторая константа) и составляет задержку каждого отдельного пакета. Однако некоторые факторы, такие как конкурирующий трафик и изменение маршрутов, могут стать причиной изменения времени задержки. Приложения должны это учитывать и при необходимости менять задержку воспроизведения. Но при неправильной реализации такое изменение может вызвать сильные помехи. Одно из возможных решений для аудио состоит в том, чтобы корректировать задержку воспроизведения между сегментами речи (talkspurts), то есть во время пауз. Разница между короткой паузой и чуть более длинной вряд ли будет заметна. Чтобы это было возможным, RTP позволяет приложениям отмечать начало нового сегмента речи с помощью маркера M.

Ситуация, в которой медиаданные не проигрываются слишком долго, представляет серьезную проблему для приложений в реальном времени. Невозможно уменьшить задержку распространения, если уже и так используется кратчайший путь. Задержку воспроизведения можно снизить за счет увеличения доли пакетов, опаздывающих к началу проигрывания. Если это недопустимо, остается последний вариант: уменьшить джиттер, запросив более высокий уровень QoS, например дифференцированное обслуживание с приоритетной доставкой. Иными словами, для этого требуется сеть с лучшими параметрами.

6.5. Транспортные протоколы интернета: TCP

UDP — это простой протокол, предназначенный для таких важных областей применения, как клиент-серверные взаимодействия и мультимедиа. Однако большинству интернет-приложений требуется надежная, последовательная передача, которую UDP обеспечить не может. Для них следует использовать другой протокол — TCP, «рабочую лошадку» интернета. Далее мы подробно его рассмотрим.

6.5.1. Основы TCP

Протокол управления передачей (Transmission Control Protocol, TCP) был разработан специально для обеспечения надежного сквозного байтового потока по ненадежной интерсети. Интерсеть отличается от отдельной сети тем, что ее участки могут сильно различаться по топологии, пропускной способности, значениям времени задержки, размерам пакетов и другим параметрам. При разработке TCP основное внимание уделялось способности протокола адаптироваться к свойствам интерсети и отказоустойчивости при возникновении всевозможных проблем.

TCP был описан в RFC 793 в сентябре 1981 года. Со временем он был во многом усовершенствован, были исправлены различные ошибки и неточности. На сегодняшний