蘇海為

遼寧廣播電視大學(xué)(沈陽(yáng) 110034)

視頻在遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用

遠(yuǎn)程教育是以學(xué)習(xí)者為主體，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)、通信技術(shù)和Internet 網(wǎng)絡(luò)等高新技術(shù)為主要教學(xué)手段和傳播媒體，是將圖像、文字、動(dòng)畫(huà)、音頻和視頻相結(jié)合的一種新型的交互式網(wǎng)絡(luò)教育方式。隨著網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展，遠(yuǎn)程視頻教學(xué)已經(jīng)成遠(yuǎn)程教育的主要組成部分。但由于傳統(tǒng)ip 網(wǎng)絡(luò)在帶寬、安全性等方面的限制，實(shí)時(shí)視頻的應(yīng)用受到影響。下一代網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IPv6 在多媒體數(shù)據(jù)的傳輸上更有優(yōu)勢(shì)，更適合應(yīng)用于遠(yuǎn)程視頻教學(xué)。

1 ipv6 介紹

目前幾乎所有的網(wǎng)絡(luò)都采用IP 協(xié)議作為通信協(xié)議，即現(xiàn)行的IPv4 社本。就目前的使用情況來(lái)說(shuō)，IPv4無(wú)疑是非常成功的。但由于IPv4 的設(shè)計(jì)初衷及設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展情況估計(jì)嚴(yán)重不足，使得IPv4 在適應(yīng)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)規(guī)模及應(yīng)用時(shí)顯得力不從心了。雖然IPv4不斷推出新的算法進(jìn)行彌補(bǔ)，但先天上的缺點(diǎn)卻越發(fā)明顯。在這種背景下推出的IPv6 社本就倍受關(guān)注。IPv6 在地址結(jié)構(gòu)、安全性、QOS 等方面都較IPv4 有較大的改變。

1.1 地址結(jié)構(gòu)

IPv4 的地址是32 位比特，即4 個(gè)8 位的字節(jié)組成。每個(gè)IPv4 地址分為網(wǎng)絡(luò)部分及主機(jī)部分。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址的不同，IPv4 的地址分為A 類(lèi)、B 類(lèi)、C 類(lèi)、D 類(lèi)、E 類(lèi)。其中A 類(lèi)為科學(xué)研究及大型局域網(wǎng)，D類(lèi)為廣播地址，E 類(lèi)作為保留。這也是為什么IPv4 有將近43 億個(gè)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(jié)組成。這樣算下來(lái)IPv6 的地址空間幾乎是無(wú)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(jié)構(gòu)。

1.2 報(bào)頭比較

IPv4 報(bào)頭結(jié)構(gòu)如圖1，IPv6 報(bào)頭結(jié)構(gòu)如圖2。

如圖1 及圖2 所示，IPv4 的報(bào)頭有15 個(gè)域而IPv6的報(bào)頭只有8 個(gè)域。IPv4 的長(zhǎng)度是不固定的，是由頭部長(zhǎng)度字節(jié)來(lái)指定的。IPv6的基本報(bào)頭長(zhǎng)度是固定的，即40 個(gè)字節(jié)?；ヂ?lián)網(wǎng)上的絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)包只是被路由器進(jìn)行簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)發(fā)，因此擁有固定長(zhǎng)度報(bào)頭的IPv6 路由器處理起來(lái)就更節(jié)省資源。IPv6 中定義了多種擴(kuò)展報(bào)頭(如圖2)，這些擴(kuò)展報(bào)頭使得IPv6 有能力為更多種的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供有效支持。

1.3 地址分配

IPv6 提供兩種自動(dòng)配置方法：一種是和 IPv4 自動(dòng)設(shè)定功能一樣的名為全狀態(tài)自動(dòng)配置(Stateful Autoconfiguration)。 IPv6 還采用了一種無(wú)狀態(tài)自動(dòng)配置(Stateless Autoconfiguration)的服務(wù)。無(wú)狀態(tài)自動(dòng)配置要求本地鏈路支持組播，而且網(wǎng)絡(luò)接口能夠發(fā)送和接收組播。IPv6 的自動(dòng)地址分配機(jī)制使得網(wǎng)絡(luò)接入更加容易，特別是如手機(jī)等移動(dòng)終端可以透明加入到網(wǎng)絡(luò)中。這就使得遠(yuǎn)程教育可以擁有更大的受眾群體。

1.4 服務(wù)質(zhì)量保證QOS

早期Internet 設(shè)計(jì)的初衷是針對(duì)文本、靜態(tài)圖片等形式的數(shù)據(jù)，這些類(lèi)型的數(shù)據(jù)對(duì)QOS 并沒(méi)有什么要求。但多媒體數(shù)據(jù)，比如遠(yuǎn)程視頻、音頻就對(duì)傳輸?shù)臅r(shí)延和延時(shí)抖動(dòng)有著嚴(yán)格的要求。IPv4 的報(bào)頭(見(jiàn)圖1)中有8bit 的服務(wù)類(lèi)型(Type Of Servic，TOS)字段，但實(shí)際應(yīng)用中的TOS 字段往往是不被支持的。

IPv6 報(bào)頭(見(jiàn)圖2)中的優(yōu)先級(jí)字段目的是允許發(fā)送數(shù)據(jù)流的源節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)流的路由器在數(shù)據(jù)包中加上標(biāo)記，以便進(jìn)行不同處理。另外在IPv6 的數(shù)據(jù)報(bào)頭中新增了流標(biāo)簽字段應(yīng)以標(biāo)記數(shù)據(jù)流的IP 包的序列號(hào)，以便路由器根據(jù)數(shù)據(jù)流的流標(biāo)簽制定相應(yīng)的QOS 策略，提高路由器的效率，減小網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)。

1.5 安全性

IP 層的安全需要保證三個(gè)方面的安全。一是身份驗(yàn)證，二是完整性三是機(jī)密性。

Ipv6 擁有巨大的地址空間，可為每一個(gè)終端分配一個(gè)獨(dú)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(bào)文和攻擊可以一一對(duì)應(yīng)起來(lái)，便于安全監(jiān)控和防范，以確保一致性。Ipv6 中內(nèi)嵌了IPSec(IP Security)安全機(jī)制中的AH(Authenticat -ion Header，報(bào)文認(rèn)證頭)和ESP(Encapsulation Security Payload，報(bào)文封裝安全載荷)，對(duì)訪問(wèn)控制、無(wú)連接的完整性、數(shù)據(jù)源身份驗(yàn)證、對(duì)包重放攻擊的防御、加密、業(yè)務(wù)流機(jī)密性等方面大大提升安全性。Ipv6 同時(shí)提出隧道的概念。通過(guò)隧道嵌套方式可以獲得多重的安全保護(hù)。

2 IPv6 在遠(yuǎn)程視頻中的應(yīng)用

2.1 流媒體通信特點(diǎn)

流媒體是指采用流式傳輸?shù)姆绞皆贗nternet/Intranet 播放的媒體格式，比如音頻、視頻等存儲(chǔ)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(jīng)過(guò)特殊的壓縮算法編碼為一個(gè)個(gè)數(shù)據(jù)包，由媒體源服務(wù)器向用戶計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送。簡(jiǎn)單說(shuō)就是由原來(lái)的“先下載，再播放”模式變?yōu)椤斑呄螺d，邊播放”模式。由于流媒體播放的多媒體文件在時(shí)間上是連續(xù)的，所以流媒體對(duì)延遲抖動(dòng)非常敏感。但流媒體的實(shí)時(shí)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(gè)終端都擁有一個(gè)甚至多個(gè)固定IP 地址，這就為提高服務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理帶來(lái)方便。IPv6 報(bào)頭比IPv4 更為簡(jiǎn)潔，尋址速度加快，路由選路效率更高。IPv6 可對(duì)各種多媒體信息根據(jù)緊急性和服務(wù)類(lèi)別確定數(shù)據(jù)包的優(yōu)先級(jí)，數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量和延時(shí)指標(biāo)可以人為進(jìn)行控制，在很大程度上保證多媒體數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量。IPv6 加強(qiáng)了組播功能，實(shí)現(xiàn)了基于組播、具有網(wǎng)絡(luò)性能保障的大規(guī)模視頻會(huì)議和高清晰電視廣播的應(yīng)用，這是下一代因特網(wǎng)的典型應(yīng)用，具有高帶寬、高性能、交互協(xié)同技術(shù)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(diǎn)播。組播是一種允許一個(gè)或多個(gè)發(fā)送者(組播源)發(fā)送單一的數(shù)據(jù)包給多個(gè)接收者的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它適用于一點(diǎn)到多點(diǎn)或多點(diǎn)到多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。IPv6 組播強(qiáng)制網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)分發(fā)樹(shù)的分叉處進(jìn)行信息包的復(fù)制。也即是將一個(gè)分組轉(zhuǎn)發(fā)到一組節(jié)點(diǎn)，即用一個(gè)特殊的IP地址來(lái)表示多個(gè)節(jié)點(diǎn)。IPv6 組播地址(如圖3)比IPv4更加嚴(yán)格。標(biāo)志字段：由4 個(gè)單個(gè)位標(biāo)志組成。該位用來(lái)表示該地址是由Internet 編號(hào)機(jī)構(gòu)指定的熟知的組播地址，還是特定場(chǎng)合使用的臨時(shí)組播地址。范圍字段：長(zhǎng) 4 位，用來(lái)表示組播的范圍。組標(biāo)識(shí)符字段：長(zhǎng) 11 2 位，用于標(biāo)識(shí)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(gè)數(shù)，同一個(gè)節(jié)點(diǎn)也可以加入任意數(shù)量的組播組。如圖4，當(dāng)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(wù)器的視頻數(shù)據(jù)時(shí)，路由器R1 僅需要發(fā)送一份數(shù)據(jù)。在組成員很多的情況下可以大大節(jié)約寬帶。各主機(jī)可以根據(jù)需要自由加入和離開(kāi)組播組，組播數(shù)據(jù)由中間路由器判斷是否將其轉(zhuǎn)發(fā)給主機(jī)，發(fā)送方并不清楚組成員的情況。

3 結(jié)語(yǔ)

IPv6 為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心協(xié)議，相對(duì)與IPv4，在性能上有很大的提升。特別是其簡(jiǎn)化的報(bào)頭、安全性能的提升以及組播方式的改變都更加適應(yīng)當(dāng)前對(duì)多媒體這類(lèi)大容量數(shù)據(jù)的應(yīng)用。但I(xiàn)Pv6 還處在起步階段，還沒(méi)有得到全面的應(yīng)用還有一段路要走。

[1]李長(zhǎng)利.基于IPv6 和P2P 的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)及其應(yīng)用研究.南開(kāi)大學(xué)博士學(xué)位論文, 2009

[2]孫宇.基于IPV6 組播技術(shù)的VOD 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).北京郵電大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2008

[3]王威.基于IPv6 的P2P 視頻點(diǎn)播系統(tǒng)優(yōu)化研究與實(shí)現(xiàn).華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文, 2008

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