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隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )、視頻壓縮等關(guān)鍵技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )流媒體技術(shù)目前已成為繼文字和圖片之后，互聯(lián)網(wǎng)信息傳播的主要形式。通過(guò)網(wǎng)絡(luò )流媒體技術(shù)，用戶(hù)可以方便地存取、查閱和播放網(wǎng)絡(luò )上的流媒體數據。如何從海量的網(wǎng)絡(luò )數據中快速發(fā)現流媒體數據，是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )視頻服務(wù)質(zhì)量監測、網(wǎng)絡(luò )流量統計、網(wǎng)絡(luò )視頻用戶(hù)行為分析及視頻內容監管等服務(wù)的前提和基礎。 網(wǎng)絡(luò )流媒體服務(wù)為應用層服務(wù)，其數據傳輸主要采用專(zhuān)有應用層協(xié)議RTP／RTCP。因此，對網(wǎng)絡(luò )視頻數據流的發(fā)現首先是識別應用層協(xié)議。針對應用層協(xié)議的識別，文獻提出了一種以協(xié)議中出現頻率最高的字段作為特征串來(lái)識別協(xié)議的方法，且采用一個(gè)特征串來(lái)標識一種協(xié)議。文獻提出了基于簽名字串的方法來(lái)識別應用層協(xié)議，其主要針對的是P2P協(xié)議的范圍，且需要對整個(gè)報文通過(guò)匹配多個(gè)特征串來(lái)識別一種P2P協(xié)議，時(shí)間效率偏低。文獻提出了基于先分類(lèi)后分組的識別應用層協(xié)議及流量的方法，但此方法的本質(zhì)還是基于某些固定端口的，若對于通過(guò)隨機選擇端口而實(shí)現的應用層協(xié)議，此方法就缺乏準確性和靈活性。 本文通過(guò)分析網(wǎng)絡(luò )流媒體交互過(guò)程的特征，以應用層傳輸協(xié)議對應的關(guān)鍵特征字串為判斷依據，設計了一種基于Winpcap的網(wǎng)絡(luò )視頻流識別算法，實(shí)現了對網(wǎng)絡(luò )流媒體的發(fā)現，并通過(guò)實(shí)驗對本文設計的算法性能進(jìn)行了分析和驗證。 1 Winpeap簡(jiǎn)介 Winpcap是由伯克利分組捕獲庫派生而來(lái)的分組捕獲庫，它在Windows操作平臺上實(shí)現對底層包的截取過(guò)濾。 Winpcap是BPF模型和Libpcap函數庫在Windows平臺下網(wǎng)絡(luò )數據包捕獲和網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)分析的一種體系結構，這個(gè)體系結構是由一個(gè)核心的包過(guò)濾驅動(dòng)程序，一個(gè)底層的動(dòng)態(tài)連接庫Packet．dll和一個(gè)高層的獨立于系統的函數庫Libpcap組成。底層的包捕獲驅動(dòng)程序實(shí)際為一個(gè)協(xié)議網(wǎng)絡(luò )驅動(dòng)程序，通過(guò)對NDIS中函數的調用為Windows 95／98／NT／2000提供一類(lèi)似于UNIX系統下Berkeley Packet Filter的捕獲和發(fā)送原始數據包的能力。Packet．dll是對這個(gè)BPF驅動(dòng)程序進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)的API接口，同時(shí)它有一套符合Libpcap接口(UNIX下的捕獲函數庫)的函數庫。 Winpcap包括三部分：第一個(gè)模塊NPF(NetgroupPacket Filter)，是一個(gè)虛擬設備驅動(dòng)程序文件。它的功能是過(guò)濾數據包，并把這些數據包原封不動(dòng)地傳給用戶(hù)態(tài)模塊，這個(gè)過(guò)程中包括了一些操作系統特有的代碼。第二個(gè)模塊Packet．dll為Win32平臺提供了一個(gè)公共的接口。不同版本的Windows系統都有自己的內核模塊和用戶(hù)層模塊。Packet．dll用于解決這些不同。調用Packet．dll的程序可以運行在不同版本的windows平臺上，而無(wú)需重新編譯。第三個(gè)模塊wpcap．dll是不依賴(lài)于操作系統的，它提供了更加高層、抽象的函數。 Winpcap提供了一套標準的編程接口，與libpcap兼容，可使得原來(lái)許多UNIX平臺下的網(wǎng)絡(luò )分析工具快速移植過(guò)來(lái)便于開(kāi)發(fā)各種網(wǎng)絡(luò )分析工具，充分考慮了各種性能和效率的優(yōu)化，包括對于NPF內核層次上的過(guò)濾器支持，支持內核態(tài)的統計模式，提供了發(fā)送數據包的能力。 2 應用層協(xié)議RTP／RTCP RTP／RFCP是一種應用型的傳輸層協(xié)議，它沒(méi)有連接的概念，既可以建立在面向連接的底層協(xié)議上，又可以建立在面向無(wú)連接的底層協(xié)議上，因此RTP對傳輸層是獨立的。由于網(wǎng)絡(luò )流媒體的傳輸實(shí)時(shí)性要求較高，UDP的傳輸延時(shí)低于TCP，能與音頻和視頻流很好地匹配，所以，在實(shí)際應用中，RFP／RTCP／UDP是流媒體傳輸的主要協(xié)議，其結構如圖l所示。 實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP是為實(shí)時(shí)數據提供端到端傳遞服務(wù)的協(xié)議，能夠傳遞時(shí)間信息和實(shí)現流同步。但RTP本身并不能為按順序傳送數據包提供可靠的傳輸機制，也不提供流量控制或擁塞控制，它依靠RTP控制協(xié)議RTCP配合實(shí)現控制服務(wù)。在RTP會(huì )話(huà)期間，各參與者周期性地交互RTCP包，RFCP包中含有己發(fā)送的數據包的數量、丟失的數據包的數量等統計資料，會(huì )話(huà)方可以利用這些信息動(dòng)態(tài)地改變傳輸速率，甚至改變有效型。RTP數據包結構如圖2所示。 從圖2可以看出，RTP數據包由12個(gè)字節的固定RTP頭和不定長(cháng)的連續多媒體數據組成，其中的多媒體數據可以是壓縮后數據。 其中比較重要的幾個(gè)域及其意義如下： 版本(V)：2b，此域定義了RTP的版本，此協(xié)議定義的版本是2。 填料(P)：1b，填料可能用于某些具有固定長(cháng)度的加密算法，或者在底層數據單元中傳輸多個(gè)RTP包。 擴展(X)：1b，若設置擴展比特，表示固定頭(僅)后面跟隨一個(gè)頭擴展。 CSRC計數(CC)：4b，CSRC計數包含了跟在固定頭后面CSRC識別符的數目。 標志(M)：1b，標志用來(lái)允許在比特流中標記重要的事件，如幀范圍。 負載類(lèi)型(PT)：7b，此域定義了負載的格式，由具體應用決定其解釋。協(xié)議可以規定負載類(lèi)型碼和負載格式之間一個(gè)默認的匹配。其他的負載類(lèi)型碼可以通過(guò)非RTP方法動(dòng)態(tài)定義，RTP發(fā)射機在任意給定時(shí)間發(fā)出一個(gè)單獨的RTP負載類(lèi)型。 序列號(SN)：16b，每發(fā)送一個(gè)RTP數據包，序列號加一，接收機可以據此檢測丟包和重建包。序列號的初始值是隨機的。 時(shí)間標志：32b，時(shí)間標志反映了RTP數據包中第一個(gè)比特的抽樣瞬間。時(shí)間標志的起始值是隨機的。 SSRC：32b，SSRC域用以識別同步源。標識符被隨機生成，以使在同一個(gè)RTP會(huì )話(huà)期中沒(méi)有任何兩個(gè)同步源有相同的SSRC識別符。 CSRC列表：0～15項，每項32b。CSRC列表識別在此包中負載的有貢獻源。識別符的數目在CC域中給定。 通過(guò)對RTP協(xié)議的分析，總結出以下幾條“流特征”： (1)UDP負荷頭兩個(gè)比特是0x10(RTP的版本號是2)。 (2)RTP流負載類(lèi)型PT值保持不變。即同一流媒體數據包RTP頭的9～15b的值保持不變。 (3)RTP流的SN值為遞增。 (4)RTP包的SSRC值為定值，同一流媒體數據各包的SSRC值保持不變。 3 算法實(shí)現 首先通過(guò)Winpcap過(guò)濾器對數據包進(jìn)行捕獲，識別其中的握手數據包，然后分析呼叫信令的內容，獲取傳輸流媒體的源、目的地址和端口號，再通知給過(guò)濾器針對該源、目的地址和端口號進(jìn)行數據捕捉；識別其中的UDP數據包進(jìn)行分析，根據“流特征”進(jìn)行分析，確定所要捕捉的RTP數據流。 采用以上4條作為判斷RTP流量的必要條件，當對每一個(gè)UDP數據流，如能連續檢出4個(gè)包符合上述策略，則認定其滿(mǎn)足為RTP數據流的充分條件。 經(jīng)過(guò)大量實(shí)際數據的測試，該算法可以有效識別網(wǎng)絡(luò )流媒體。 4 結語(yǔ) 在分析網(wǎng)絡(luò )流媒體傳輸協(xié)議的基礎上，利用Winpcap實(shí)現了一個(gè)網(wǎng)絡(luò )流媒體識別算法。經(jīng)試驗證明，該算法能夠有效識別流媒體，對網(wǎng)絡(luò )流媒體的應用具有積極的作用。 |
