利用ＩＰｖ６組播技術(shù)提高校園網(wǎng)上流媒體傳輸?shù)姆召|(zhì)量

校園網(wǎng)上的流媒體業(yè)務主要包括網(wǎng)絡(luò)教學、視頻點播VOD、視頻會議等，這些業(yè)務與傳統(tǒng)的以文本和靜態(tài)圖像為主的業(yè)務相比，有著數(shù)據(jù)量大、持續(xù)時間長、時延敏感性強等特點。近年來，隨著我國教育信息化的高速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模、用戶數(shù)量、業(yè)務量呈幾何級數(shù)增長，校園網(wǎng)上流媒體的傳輸面臨著越來越多的服務質(zhì)量QoS問題，如帶寬、抖動、延遲等。為了解決這些問題，人們提出各種各樣的方案，如增加帶寬、服務器集群與分散、部署QoS策略服務器、使用IP組播技術(shù)等。IP組播技術(shù)能夠更好地節(jié)約帶寬，降低服務器的負荷，保證信息傳輸質(zhì)量，是一種比較理想的解決流媒體傳輸QoS的技術(shù)。

一、IP組播技術(shù)在流媒體傳輸方面的優(yōu)勢

1.在 IPv4網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)傳送方式有以下三種。

（1）單播傳輸。指在發(fā)送者和接收者之間建立單獨的數(shù)據(jù)信道，發(fā)送者需要為每個接收者傳送一份數(shù)據(jù)拷貝。

（2）廣播傳輸。指發(fā)送者向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)包，子網(wǎng)內(nèi)部所有主機都將收到這些數(shù)據(jù)包。

（3）組播。一種基于網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備實現(xiàn)的一種分組廣播的數(shù)據(jù)傳輸方式。組播數(shù)據(jù)傳輸時，服務器可以將一個數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備復制的方法同時分組發(fā)送給多個需要接收的客戶端。

2.三種方式的比較。

在校園網(wǎng)內(nèi)向多個點傳輸流媒體數(shù)據(jù)時，如果采用廣播方式，必然會給不需要該數(shù)據(jù)的其它主機帶來額外的負擔。同時廣播禁止在Internet網(wǎng)上傳輸，這就限制了廣播只適用于局域網(wǎng)。

如果使用單播技術(shù)進行多點傳送，首先，流媒體服務器必須始終保持在偵聽狀態(tài)，以了解每一個動態(tài)加入的客戶端的服務請求，而套接字的偵聽非常消耗系統(tǒng)的CPU資源，過于頻繁的偵聽容易造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定，同時還會影響流媒體傳輸?shù)膶崟r性，造成傳輸數(shù)據(jù)時出現(xiàn)頻繁抖動，最終影響服務質(zhì)量。其次，流媒體服務器面對不同的客戶端的同一請求，需要進行重復發(fā)送，N個客戶端需要占用N倍的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，極大地浪費了網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，如果控制不力，還會引起廣播風暴，造成系統(tǒng)全面崩潰。當有3個至5個客戶機提出流媒體服務請求時，二者之間的差異就比較顯著，采用單播方式的流媒體服務器明顯已經(jīng)力不從心，網(wǎng)絡(luò)丟包和延遲比較嚴重，接收端視頻明顯滯后、不連續(xù)；當有5個以上的客戶機提出服務請求時，就會造成廣播風暴，系統(tǒng)處于崩潰的邊緣。

如果采用組播技術(shù)，流媒體服務器不必知道某個客戶端的存在，它只負責按組播地址將媒體流播放出去即可，而且僅僅播放一份，客戶端不必向服務器注冊，如果希望接收某流媒體服務器的數(shù)據(jù)時，只需加入提供該媒體流服務的組播組即可。這樣組播節(jié)目就可以在有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬下實現(xiàn)無限用戶同時在線觀看。因為無論有多少個目標地址，在整個網(wǎng)絡(luò)的任何一條鏈路上只傳送單一的數(shù)據(jù)包。

可見，采用組播技術(shù)可以提高數(shù)據(jù)傳送效率，減少網(wǎng)絡(luò)的擁塞和服務器的負擔，提高QoS，比較適合于需要大量帶寬和較高QoS的流媒體傳輸。

二、IP組播的局限性

IPv4協(xié)議主要特點是簡單高效，在設(shè)計之初根本沒有考慮QoS，遵循的是盡力而為的服務原則，因而對服務質(zhì)量要求較高的流媒體傳輸缺乏足夠的支持，而組播是后來為了解決流媒體的傳輸質(zhì)量而采用一種技術(shù)手段。換句話說，IPv4協(xié)議在設(shè)計之初并沒有過多地考慮組播這一功能，因而在IPv4中組播存在先天不足，主要表現(xiàn)在：

1.設(shè)備的支持。

主機要想得到組播服務，必須相關(guān)的節(jié)點路由器支持并打開組播協(xié)議，在局域網(wǎng)這很容易，但在城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)就很難做到。所以設(shè)備是IP組播服務所面臨的最大問題。

2.安全問題。

因為IP組播使用的是UDP協(xié)議，所以它不能很好地被防火墻檢測到。無連接協(xié)議是組播必須具備的條件。應用程序網(wǎng)關(guān)不能對無連接協(xié)議進行安全認證。

3.服務質(zhì)量問題。

組播需要一個可靠的協(xié)議運行在其頂層，來減少或避免數(shù)據(jù)丟失事故和延遲。隨著網(wǎng)絡(luò)多媒體業(yè)務的發(fā)展，保護數(shù)據(jù)流的質(zhì)量也變得越來越重要。

三、IPv6組播新特性

IPv4是支持組播的，但由于先天不足，應用受到很大的影響，雖然人們?yōu)榇搜芯坎⑻岢隽舜罅繀f(xié)議和技術(shù)來改進它，但與此同時也提高了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)的成本，并使網(wǎng)絡(luò)變得較為復雜，從而無法實現(xiàn)真正的端到端服務質(zhì)量保證。IPv6是新一代互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，是為了解決IPv4地址短缺的問題提出來的，在設(shè)計之初就考慮到了服務質(zhì)量、路由、組播、自動配置等問題并作了相應的功能增強。IPv6中對組播的改進具體表現(xiàn)在以下5個方面：

1.網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都支持組播。

IPv6明確要求網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備必須支持組播，這給組播應用掃清了一大障礙。

2.具有更大的組播地址空間。

組播通信必須依靠于組播地址，在IPv4中它是一個D類地址，范圍從224.0.0.0到239.255.255.255。IPv6組播地址格式如圖1所示，由圖可知IPv6預留了112位的組標識符，用于標識組地址。很顯然IPv6組播地址的范圍要大得多，這對于組播大范圍應用是非常有益的。

3.范圍字段的應用。

IPv4雖然使用了TTL（報文存活時間）來控制組播報文傳送的范圍，但是TTL不夠精確，還是會存在不同應用間報文范圍重疊的情況。而IPv6在地址格式中規(guī)定了范圍字段，這樣就可以很方便地劃分組播域，根據(jù)組播域來控制組播應用的傳播范圍。

在IPv4組播網(wǎng)絡(luò)中，除了一些熟知的和保留的組播地址以外，其他地址并沒有明確規(guī)定該怎么用，因此在廣域范圍內(nèi)使用時存在著沖突的危險。而在Ipv6組播網(wǎng)絡(luò)中，由于增加了標識和范圍字段，臨時組播地址在它們自己的范圍以外沒有意義，因此全球范圍的臨時組播地址和鏈路本地的組即使有相同的組標識符，也不會發(fā)生沖突，這更有利于組播功能的實現(xiàn)。

4.定義了新類型的組播地址—請求節(jié)地址。

請求節(jié)點地址是IPv6特有的組播地址，其形式為FF02：1：FFXX：XXX。該地址用于鄰機發(fā)現(xiàn)等ICMPv6消息中，由于請求節(jié)點組播可將不同的聚類網(wǎng)絡(luò)前綴映射到同一個被請求的節(jié)點地址，因此可減少必須加入的組播地址的數(shù)目。

5.引入了MLD協(xié)議增強組播成員管理功能。

雖然MLD（接收者發(fā)現(xiàn)）協(xié)議是由IGMPv2協(xié)議派生而來，但它使用全新的ICMPv6報文格式，專門用于管理IPv6組播群組。其主要功能為：IPv6路由器利用MLD協(xié)議發(fā)現(xiàn)直接相連的鏈路上是否有組播組成員，以及相鄰的路由器正在監(jiān)聽那些組播地址。IPv6路由器上運行的組播路由協(xié)議根據(jù)這些信息，保證組播報文能發(fā)送給正確的接受者。

四、結(jié)語

組播是一種提高流媒體傳輸服務質(zhì)量的行之有效的辦法，IPv6的出現(xiàn)為組播的廣泛應用帶來了新的契機，結(jié)合了IPv6各項優(yōu)點的組播通信過程必將給流媒體業(yè)務應用帶來新的生機。

參考文獻：

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