基于IPv6的瘦客戶端在網絡視頻教學中應用的展望

嚴小燕李旸夏桂林

（1安徽農業大學計算機系，安徽合肥230036）

（2巢湖學院計算機系，安徽巢湖238000）

基于IPv6的瘦客戶端在網絡視頻教學中應用的展望

嚴小燕1，2李旸1夏桂林2

（1安徽農業大學計算機系，安徽合肥230036）

（2巢湖學院計算機系，安徽巢湖238000）

瘦客戶系統對網絡環境的要求高、過分依賴服務器的計算能力、較差的多媒體應用性能等使得其相對于傳統PC的優勢在網絡視頻教學中無法很好的體現。而IPv6網絡協議必選的組播技術和引入流標簽概念支持更好的QoS（Quality of Service,服務質量）保證支持，都對多媒體通信提供更好的技術支持。彌補了瘦客戶系統在多媒體應用上的不足。

網絡視頻教學；瘦客戶；IPv6；組播；QoS

1 引言

網絡教學的方式主要有視頻（視頻廣播、視頻點播和視頻會議）、BBS論壇、WEB頁面（教師提前將教學內容制作成網頁的形式）、E–Mail等。網絡技術的快速發展為IP網絡實現多媒體通信提供了基礎條件，其中的多媒體網絡教學（視頻）寬帶網絡應用成為熱點。而基于瘦客戶和流媒體的視頻教學應用以其信息量大、設備投入少、可擴展性良好、易于維護、安全性高等特點成為網絡教學新的增長點。

完成多點多媒體通信的關鍵技術是組播技術。但在IPv4中由于組播并不是必選功能，因此并不是所有路由器都具有組播功能。這樣抑制了組播技術在IPv4網絡環境下的應用。IPv6是IPv4的下一代網絡協議，協議保留了組播技術，并更好地使用和管理組播應用，通過更大的地址空間，范圍字段的應用來對組播做了增強。近年來，我國積極參與IPv6的研究與實驗，CERNET于1998年6月加入6BONE，2003年啟動中國下一代網絡示范工程——CNGI。2008年9月，CNGI高校駐地網子項目及項目總體驗收順利完成，首批百所高校率先邁入IPv6網絡時代。這意味著基于IPv6的校園網建設從實驗階段走向了實際應用階段。同時也意味著基于IPv6的網絡教學大時代的到來。

2 瘦客戶系統及其常用協議

2.1 瘦客戶系統概述

一個典型的瘦客戶系統由三部分組成。（1）服務器：所有的軟件運行和數據存儲都在服務器端完成。為瘦客戶端提供各種計算、應用、服務資源,對客戶的輸入進行響應。（2）瘦客戶端:只完成兩個功能,將用戶的鍵盤、鼠標等輸入信息傳送給服務器處理，以及把服務器處理結果在操作界面遠程顯示。（3）遠程顯示協議:負責客戶端和服務器之間的通信。

與傳統的PC相比,瘦客戶計算體系有如下優點:（1）易于維護，系統只需要對服務器進行集中的安裝配置管理和升級，不用更改每臺客戶端的設置，使得整個瘦客戶系統有更低的系統維護費用，而現在信息系統中系統維護費用的比例越來越高；（2）安全性高，因為所有的軟件和數據都存儲在服務器端，瘦客戶計算有更高的安全保障；（3）設備投入少，成本低，系統對客戶端的性能要求很低，這無疑會大大降低整個信息系統的硬件平均成本；（4）因為客戶端的成本很低，容易安裝，無形中擴大了瘦客戶系統的應用范圍[1]。瘦客戶計算成為一種重要的計算模式。但瘦客戶系統與傳統的PC相比仍然存在一些不足，例如：對網絡環境的要求更高，過分依賴服務器的計算能力、較差的多媒體應用性能等。

B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務器）模式的瘦客戶端是目前網絡教學系統的主要架構。用戶端軟件就是Web瀏覽器，用戶只要掌握了Web瀏覽器的使用，就能夠方便地使用服務器中提供的資源。然而，隨著網絡計算的發展，基于Web的應用有時候往往難以滿足人們的需求（比如在需要從服務器端傳送大量數據到客戶端的場合）。

2.2 瘦客戶系統常用協議

遠程顯示協議的核心內容是遠程顯示部分。具有良好遠程顯示機制的協議不僅能節省網絡帶寬，減輕客戶端機器運行負載，降低對客戶機的配置要求，協調機器處理速度和網絡帶寬之間的平衡，提供平臺獨立性；并且能夠提高遠程圖像更新速度和效果，提供高質量的實時視頻流的播放。

目前常見瘦客戶系統的主要有Microsoft Terminal Services、Citrix MetaFrame、VNC等，它們實現協議包括Citrix的ICA（Independent Computing Architecture，獨立計算體系結構）協議、Microsoft的RDP（Remote Desktop Protocol，遠程顯示協議）協議以及AT&T劍橋實驗室的VNC (Virtual Network Computing，虛擬網絡計算)等。

Windows終端因其安全性好,擁有成本低,易于管理等優點在校園內擁有大量用戶，RDP協議和ICA協議都可以為Windows終端提供服務。Citrix公司的ICA協議，還可在多種操作系統下使用,實現真彩，實現遠程終端，是一個優秀的終端協議，在我國應有巨大的應用潛力。但該協議的終端軟件價格不菲，難于接受，也使其應用受到了很大限制[2]。而RDP協議是顯示協議，在微軟的終端環境中無法獲得多媒體性能。給應用帶來了一定的障礙。

VNC協議的實現完全基于RFB（Remote Frame Buffer，遠程幀緩沖）協議。由于該協議僅僅考慮如何將圖像傳送到遠程進行顯示，把其中大量工作留給服務器端，而只在顯示的客戶端設置很少的命令，因此有效地減輕了客戶端的負擔。這時，客戶端使用VNC協議就會出現當客戶端數目增大時，由于傳送的是圖像信息，傳送的數據量增大，服務器端所需要的網絡帶寬和處理器速度都會線性增長，加大了網絡的壓力[3]。

通過測試和應用，證明這些瘦客戶系統在網絡中大部分的應用都能取得良好的性能，但流媒體應用的質量一直沒有保障。對于校園網，其特點是用戶多為在校學生和教師，上網在線用戶數多，在線時間長，每用戶帶寬和網絡應用的多樣化等都遠遠超過商業網絡和小區網絡。我們有必要改善現有瘦客戶系統在校園網（特別是視頻教學的應用）中的表現。

3 IPv6的技術特征及其在網絡視頻教學中的表現

3.1 IPv6的基本技術

IP地址空間耗盡的過程使得人們認識到需要設計一個新的協議來代替目前的IPv4，并且這個協議不僅僅以擴大地址空間為最終目標。下一代Internet協議，IPv6具有全新的報文結構、巨大的地址空間、全新的地址配置方式，更有效路由轉發機制、新增的流標簽字段，更好的QoS支持、內置的安全性、全新的鄰居發現協議、良好的擴展性等新特性[4]。比IPv4協議對實時多媒體通信提供更多的支持和改進。

3.2 IPv6支持下的網絡視頻教學

組播技術是實現多媒體多點通信的關鍵技術，組播無論有多少個目標地址，在整個網絡的任何一條鏈路上只需傳送單一的數據報，這樣可以大大節省網絡帶寬。組播地址除了少數為協議實現而預留的地址外，其他地址都是根據需求，動態地分配給組播應用的用戶。

IPv6協議對組播支持是必需的，并在地址格式中規定了范圍字段，方便地劃分組播域，根據組播域來控制組播應用的傳播范圍，如圖1所示。范圍（scop）用來限制組播數據流在網絡中發送的范圍。RFC2373對該字段有以下定義：0：預留；1：節點本地范圍；2：鏈路本地范圍；5：站點本地范圍；8：組織本地范圍；E：全球范圍；F：預留[5]。

圖1 組播地址結構

IPv6網絡中的主機和路由器都支持多播通信流，可以提高數據傳送效率，有效利用帶寬，減小主干網出現擁塞的可能性，還可避免單播和廣播中可能出現的廣播風暴問題。

但IPv4采用可選擇支持策略，因而基于IPv4組播的網絡視頻教學系統由于組播路由器配置復雜而難以普及，而采用相應替代技術導致不能充分發揮組播通信優勢。基于IPv6組播通信的網絡視頻教學系統將改善由于IPv4組播限制導致折中設計影響的通信性能[6]。

多媒體應用不僅對網絡有很高的帶寬要求,而且要求信息傳輸低延遲和低抖動等，這些應用大都能容忍一定程度的信息丟失和錯誤。貝爾試驗的研究預測表明：2010年，互聯網骨干業務流量的80%以上將會是敏感延時的流媒體業務。更為有效的QoS（Quality of Service,服務質量）控制和保證是實時交互式流媒體應用對下一代網絡提出的不同于數據應用的QoS要求。

IPv6在設計上對QoS具有很好的支持，如簡化的報頭，分層次的高效路由，對移動性的支持以及多播機制等，更重要的是IPv6還定義了流標簽和通信流類別字段來支持實時應用和流[7]，使得網絡中的路由器可以對屬于一個流的數據包進行識別并提供特殊處理，實現更好的QoS支持。

IPv6的流標簽和源地址惟一標識一個業務流。在IPv6中，同一個業務流的所有數據包采用相同的流標簽，這樣當路由器檢測到具有同一流標簽的多媒體數據分組的時候，就采用相同的路徑發出去，而不對多媒體數據分組的其余內容進行檢測和處理，不需要排隊等待，也不需要為每一個數據包重新選擇路由，從而大大提高了數據包轉發的效率，降低了端到端的延遲，轉發過程如圖2所示[8]。

圖2 路由器根據IPv6流標簽轉發數據包

瘦客戶系統可廣泛運行于從PC到PDA等設備上，具有很好的通用性。隨著筆記本、手機等移動設備在校園網用戶中的普及，無線上網成為需求。IPv6的無狀態地址自動配置技術使網絡上的主機能自動給自己配置IPv6地址。這使得手機、PDA等移動終端設備可以快速的連接到網絡上,利用協議報中的路由擴展頭等選項優化報文路徑、解決原地址過濾問題，使移動節點的應用層對轉交地址透明處理，從而實現無縫的移動連接和提供端到端的視音頻和數據業務。這樣無論學習者在何時、何地只要需要信息,就可以打開移動學習終端,通過校園網進行主動學習。享受無窮無盡的網上課程或者網上視頻資源,這為學習者提供了新的更為方便的學習方式。

因此，完全可以利用IPv6在實時多媒體傳輸上的優點，改善瘦客戶系統較差的多媒體應用性能，建立集視頻廣播、視頻點播、視頻會議等各項功能的網絡視頻教學系統，圖3所示為IPv6瘦客戶平臺網絡視頻教學構成示意圖。

圖3 IPv6環境下的瘦客戶平臺網絡教學模型

服務器端采用Windows 2003 Server上運行Windows 2003 Terminal Server，瘦客戶端采用NC（網絡計算機）或無線設備，Windows 2003 Terminal Server通過Windows RDP協議為用戶提供圖形界面和Windows下的應用程序服務，并且存儲用戶數據[9]。校園主干網為IPv6網絡。當在用戶端啟動Web頁面或視頻播放器請求訪問服務器時，由于是IPv6必選的組播技術，在路由器之間只傳輸一個文件流，不會隨著用戶訪問量的增加而增加路徑上傳輸的數據量，大大減少了流的數量。

4 結束語

IPv4地址資源基本消耗殆盡,不久的將來IPv6必將取代IPv4。借助于IPv6的優勢技術彌補瘦客戶系統在多媒體應用中的不足。進一步的工作結合前期筆者在實驗室環境下對RDP協議和ICA協議在視頻播放方面的比較，對RDP協議擴充技術，搭建IPv6下的試驗環境并考慮到實際網絡狀況，實現瘦客戶系統的視頻傳輸。

[1]鄭維宏，張輝.Windows終端與瘦客戶機/服務器技術[M].北京:人民郵電出版社，2001.

[2]全曉東，吳洪才，王誠.基于RDP協議終端/服務器改進方案[J].計算機應用與軟件，2004，21（5）:77-79.

[3]程行榮，陳新.基于VNC和P2P技術的實時課堂直播系統[J].計算機時代，2007，（10）:75-78.

[4]沙斐，程莉，周立，等.IPv6詳解[M].北京:機械工業出版社，2000.

[5]華為3Com技術有限公司.IPv6技術[M].北京：清華大學出版社，2004.

[6]陳華勝，徐瑞，李偉華.基于混合式分級流標簽的IPv6組播通信[J].計算機工程，2008，34（1）:120-124.

[7]顧軍，夏世雄，張瑾.IPv6環境下的端到端QoS模型[J].計算機工程與設計，2007，28（9）:2037-2040.

[8]蔡茂國，楊淑更，黃海峰，周建華.基于IPv6的多媒體通信策略[J].計算機工程與應用，2002，（5）:139-141.

[9]高倩，王慧勇，張悠慧，汪東升.基于瘦客戶的混合計算設計與實現[J].小型微型計算機系統，2007，（6）:1134-1138.

Abstract:Due to the high demand on network environment,over reliance on the server’s computing power and poor performance of multimedia applications,thin client system can not well reflect its advantage over the traditional PC in the network video teaching.In contrast,the multicast technology in IPv6 network protocol and the introduction of the flow label for better QoS provide better technical support for multimedia communications,which makes up for the deficiencies of the thin client system in multimedia applications.

Key words:network video teaching；thin client；IPv6；multicast；QoS

責任編輯：宏彬

THE PROSPECT OF THIN CLIENT APPLICATED IN NETWORK VIDEO TEACHING BASED ON IPV6

YAN Xiao－yan1，2LI Yang1XIA Gui-lin2
（1 Computer Department of AnHui Agricultural University,Hefei Anhui 230036）
（2 Computer Department of ChaoHu College,Chaohu Anhui 238000）

TP393

A

1672－2868（2010）03－0036－04

2010－02-15

嚴小燕（1984-），女，安徽廬江人。安徽農業大學計算機應用技術專業研究生，巢湖學院計算機系教師，研究方向：計算機網絡。