实时虚拟直播课堂数据传输协议

5．2．2 实时虚拟直播课堂数据传输协议

1．RTP／RTCP封包

RTP／RTCP是专门用于支持网络实时传输服务、提供数据实时传输的标准。在协议层次中，RTP／RTCP虽然位于应用层，但多数应用还要在RTP／RTCP之上建立更符合应用要求的协议。该协议不提供可靠性保障，作为应用的一部分，该协议并不是操作系统的内容。RFC3550中定义RTP／RTCP协议族由两个相关的协议构成：实时传输协议RTP，用于传输具有实时特点的数据；实时传输控制协议RTCP，用于统计、管理和控制RTP传输。

由多媒体应用程序生成的数据块被封装在RTP信息包中，每个RTP信息包被封装在UDP消息段中，然后再封装在IP数据包中，经过传输网络完成数据包的发送。RTP协议数据包的包头部分含有数据包的载荷类型（payload type）、序列号（sequence number）、时间戳（timestamp）和同步标志符（synchronization source identifier）等。因此，它可以为实时数据传输提供时序重组、帧丢失检测、多路复用等服务。

RTCP是与RTP协议协同工作的传输控制协议。在RTP会话期间，各参与者周期性地传送RTCP报文，传递实时数据传输质量的反馈信息及各参与者的相关信息。RTCP控制包中封装了已发送数据包数量、丢失数据包数量、时延抖动等统计资料，这样发送端可以根据这些信息估计出往返时延，并且可以根据数据包丢失概率和时延抖动情况动态地调整发送速率，甚至有效载荷类型，以改善网络拥塞状况，或者根据网络状况平滑地调整应用程序的服务质量；接收端则可以判断数据包丢失等问题出在哪个网络段。

因此，在实时虚拟课堂教学系统中，通常采用RTP／RTCP协议作为课堂音视频数据传输协议以及相关控制信息传输协议。如图5－4所示，教师端子系统的课堂音视频数据按照RTP协议进行封装，接着在传输层按照UDP协议进行封装，然后在网络层按照IP协议进行封装，最后IP数据包封装成MAC帧在Ethernet中传输；在学生端子系统，课堂音视频数据执行相反的解封装操作，从MAC帧数据包中提取出多媒体数据，然后进行解码与回放。

图5－4 虚拟课堂音视频数据的封装

2．实时虚拟直播课堂数据组播传输

IP组播是一种允许一台或多台主机（组播源）发送单一数据包到多台主机的TCP／IP网络技术。相对于单播而言，不管有多少接收者，在网络链路上，组播的数据包仅被传输一次，只是在到达不同接收者的分叉处，数据包被复制。而采用传统的单播技术，有多少接收者，数据源就得发送多少个数据包。因此，组播是一种更合理的数据传输技术，适用于一对多、多对多的应用环境。组播的实施需要网络上的组播路由器支持，主机与组播路由器之间运行组管理协议（IGMP），来管理组播组成员的加入与离开。在域内路由器之间运行组播路由协议，以创建组播树，完成对组播数据包的转发。组播组使用一个IP组播地址标志。任何用户主机或其他接收设备，一旦加入一个组播组，即成为该组成员，可以识别并接收以该IP组播地址为目的地址的IP报文。

因此，在实时虚拟课堂直播系统中，在网络传送部分利用组播机制，实现多媒体数据的“一对多”模式的传输。该机制在有多个学生端接收组播数据的情况下，直播服务器系统只需发送一次原始数据，依靠网络中的组播路由器实现相同数据的拷贝和分发，可大大节省有限的网络资源。