Ipv6 在遠程教學中的應用

蘇海為

遼寧廣播電視大學(沈陽 110034)

視頻在遠程教育中的應用

遠程教育是以學習者為主體，以計算機技術、多媒體技術、通信技術和Internet 網絡等高新技術為主要教學手段和傳播媒體，是將圖像、文字、動畫、音頻和視頻相結合的一種新型的交互式網絡教育方式。隨著網絡的高速發展，遠程視頻教學已經成遠程教育的主要組成部分。但由于傳統ip 網絡在帶寬、安全性等方面的限制，實時視頻的應用受到影響。下一代網絡協議IPv6 在多媒體數據的傳輸上更有優勢，更適合應用于遠程視頻教學。

1 ipv6 介紹

目前幾乎所有的網絡都采用IP 協議作為通信協議，即現行的IPv4 社本。就目前的使用情況來說，IPv4無疑是非常成功的。但由于IPv4 的設計初衷及設計時對未來網絡的發展情況估計嚴重不足，使得IPv4 在適應當前網絡規模及應用時顯得力不從心了。雖然IPv4不斷推出新的算法進行彌補，但先天上的缺點卻越發明顯。在這種背景下推出的IPv6 社本就倍受關注。IPv6 在地址結構、安全性、QOS 等方面都較IPv4 有較大的改變。

1.1 地址結構

IPv4 的地址是32 位比特，即4 個8 位的字節組成。每個IPv4 地址分為網絡部分及主機部分。根據網絡地址的不同，IPv4 的地址分為A 類、B 類、C 類、D 類、E 類。其中A 類為科學研究及大型局域網，D類為廣播地址，E 類作為保留。這也是為什么IPv4 有將近43 億個地址而早早地址空間就告急了。

IPv6 的地址是128 位比特，8 組16 位的字節組成。這樣算下來IPv6 的地址空間幾乎是無限大的。IPv6采用分層的地址空間的形式，具有基于集中的層次結構。

1.2 報頭比較

IPv4 報頭結構如圖1，IPv6 報頭結構如圖2。

如圖1 及圖2 所示，IPv4 的報頭有15 個域而IPv6的報頭只有8 個域。IPv4 的長度是不固定的，是由頭部長度字節來指定的。IPv6的基本報頭長度是固定的，即40 個字節。互聯網上的絕大部分數據包只是被路由器進行簡單轉發，因此擁有固定長度報頭的IPv6 路由器處理起來就更節省資源。IPv6 中定義了多種擴展報頭(如圖2)，這些擴展報頭使得IPv6 有能力為更多種的網絡應用提供有效支持。

1.3 地址分配

IPv6 提供兩種自動配置方法：一種是和 IPv4 自動設定功能一樣的名為全狀態自動配置(Stateful Autoconfiguration)。 IPv6 還采用了一種無狀態自動配置(Stateless Autoconfiguration)的服務。無狀態自動配置要求本地鏈路支持組播，而且網絡接口能夠發送和接收組播。IPv6 的自動地址分配機制使得網絡接入更加容易，特別是如手機等移動終端可以透明加入到網絡中。這就使得遠程教育可以擁有更大的受眾群體。

1.4 服務質量保證QOS

早期Internet 設計的初衷是針對文本、靜態圖片等形式的數據，這些類型的數據對QOS 并沒有什么要求。但多媒體數據，比如遠程視頻、音頻就對傳輸的時延和延時抖動有著嚴格的要求。IPv4 的報頭(見圖1)中有8bit 的服務類型(Type Of Servic，TOS)字段，但實際應用中的TOS 字段往往是不被支持的。

IPv6 報頭(見圖2)中的優先級字段目的是允許發送數據流的源節點和轉發業務流的路由器在數據包中加上標記，以便進行不同處理。另外在IPv6 的數據報頭中新增了流標簽字段應以標記數據流的IP 包的序列號，以便路由器根據數據流的流標簽制定相應的QOS 策略，提高路由器的效率，減小網絡開銷。

1.5 安全性

IP 層的安全需要保證三個方面的安全。一是身份驗證，二是完整性三是機密性。

Ipv6 擁有巨大的地址空間，可為每一個終端分配一個獨立的ip 地址；并且提出了新的地址生成方式—密碼生成地址，最大限度保證地址不被別人偽造。這兩種地址特性保證用戶、報文和攻擊可以一一對應起來，便于安全監控和防范，以確保一致性。Ipv6 中內嵌了IPSec(IP Security)安全機制中的AH(Authenticat -ion Header，報文認證頭)和ESP(Encapsulation Security Payload，報文封裝安全載荷)，對訪問控制、無連接的完整性、數據源身份驗證、對包重放攻擊的防御、加密、業務流機密性等方面大大提升安全性。Ipv6 同時提出隧道的概念。通過隧道嵌套方式可以獲得多重的安全保護。

2 IPv6 在遠程視頻中的應用

2.1 流媒體通信特點

流媒體是指采用流式傳輸的方式在Internet/Intranet 播放的媒體格式，比如音頻、視頻等存儲容量大、傳輸帶寬要求高的多媒體文件。流媒體的傳輸方式為流式傳輸，將多媒體文件經過特殊的壓縮算法編碼為一個個數據包，由媒體源服務器向用戶計算機進行實時傳送。簡單說就是由原來的“先下載，再播放”模式變為“邊下載，邊播放”模式。由于流媒體播放的多媒體文件在時間上是連續的，所以流媒體對延遲抖動非常敏感。但流媒體的實時性要求并不高。

2.2 IPv6 下流媒體傳輸

IPv6 地址空間巨大，可以使每個終端都擁有一個甚至多個固定IP 地址，這就為提高服務質量和網絡系統管理帶來方便。IPv6 報頭比IPv4 更為簡潔，尋址速度加快，路由選路效率更高。IPv6 可對各種多媒體信息根據緊急性和服務類別確定數據包的優先級，數據的傳輸質量和延時指標可以人為進行控制，在很大程度上保證多媒體數據的傳輸質量。IPv6 加強了組播功能，實現了基于組播、具有網絡性能保障的大規模視頻會議和高清晰電視廣播的應用，這是下一代因特網的典型應用，具有高帶寬、高性能、交互協同技術特性。

2.3 基于IPv6 組播的VOD

VOD(Video on Demand)即交互式多媒體視頻點播。組播是一種允許一個或多個發送者(組播源)發送單一的數據包給多個接收者的網絡技術，它適用于一點到多點或多點到多點的數據傳輸業務。IPv6 組播強制網絡在數據分發樹的分叉處進行信息包的復制。也即是將一個分組轉發到一組節點，即用一個特殊的IP地址來表示多個節點。IPv6 組播地址(如圖3)比IPv4更加嚴格。標志字段：由4 個單個位標志組成。該位用來表示該地址是由Internet 編號機構指定的熟知的組播地址，還是特定場合使用的臨時組播地址。范圍字段：長 4 位，用來表示組播的范圍。組標識符字段：長 11 2 位，用于標識組播組。

圖3 IPv6 組播地址

圖4 組播組鏈接示意圖

組播并不限定接收者的位置、個數，同一個節點也可以加入任意數量的組播組。如圖4，當組播中的只有接受者2、接受者3、接受者5、接受者6 接收服務器的視頻數據時，路由器R1 僅需要發送一份數據。在組成員很多的情況下可以大大節約寬帶。各主機可以根據需要自由加入和離開組播組，組播數據由中間路由器判斷是否將其轉發給主機，發送方并不清楚組成員的情況。

3 結語

IPv6 為下一代網絡的核心協議，相對與IPv4，在性能上有很大的提升。特別是其簡化的報頭、安全性能的提升以及組播方式的改變都更加適應當前對多媒體這類大容量數據的應用。但IPv6 還處在起步階段，還沒有得到全面的應用還有一段路要走。

[1]李長利.基于IPv6 和P2P 的網絡傳輸技術及其應用研究.南開大學博士學位論文, 2009

[2]孫宇.基于IPV6 組播技術的VOD 系統設計與實現.北京郵電大學碩士學位論文, 2008

[3]王威.基于IPv6 的P2P 視頻點播系統優化研究與實現.華中科技大學碩士學位論文, 2008

[4]Qing Li ,Tatuya Jinmei ,Keiichi Shima.IPv6 詳解.人民郵電出社社,2009,(01).