【利用ＩＰｖ６组播技术提高校园网上流媒体传输的服务质量】流媒体和组播区别
时间：2018-12-26 03:34:40 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
校园网上的流媒体业务主要包括网络教学、视频点播VOD、视频会议等，这些业务与传统的以文本和静态图像为主的业务相比，有着数据量大、持续时间长、时延敏感性强等特点。近年来，随着我国教育信息化的高速发展，网络的规模、用户数量、业务量呈几何级数增长，校园网上流媒体的传输面临着越来越多的服务质量QoS问题，如带宽、抖动、延迟等。为了解决这些问题，人们提出各种各样的方案，如增加带宽、服务器集群与分散、部署QoS策略服务器、使用IP组播技术等。IP组播技术能够更好地节约带宽，降低服务器的负荷，保证信息传输质量，是一种比较理想的解决流媒体传输QoS的技术。
一、IP组播技术在流媒体传输方面的优势
1.在 IPv4网络中，数据传送方式有以下三种。
（1）单播传输。指在发送者和接收者之间建立单独的数据信道，发送者需要为每个接收者传送一份数据拷贝。
（2）广播传输。指发送者向网络发送数据包，子网内部所有主机都将收到这些数据包。
（3）组播。一种基于网络硬件设备实现的一种分组广播的数据传输方式。组播数据传输时，服务器可以将一个数据包通过网络硬件设备复制的方法同时分组发送给多个需要接收的客户端。
2.三种方式的比较。
在校园网内向多个点传输流媒体数据时，如果采用广播方式，必然会给不需要该数据的其它主机带来额外的负担。同时广播禁止在Internet网上传输，这就限制了广播只适用于局域网。
如果使用单播技术进行多点传送，首先，流媒体服务器必须始终保持在侦听状态，以了解每一个动态加入的客户端的服务请求，而套接字的侦听非常消耗系统的CPU资源，过于频繁的侦听容易造成系统的不稳定，同时还会影响流媒体传输的实时性，造成传输数据时出现频繁抖动，最终影响服务质量。其次，流媒体服务器面对不同的客户端的同一请求，需要进行重复发送，N个客户端需要占用N倍的网络带宽资源，极大地浪费了网络带宽资源，如果控制不力，还会引起广播风暴，造成系统全面崩溃。当有3个至5个客户机提出流媒体服务请求时，二者之间的差异就比较显著，采用单播方式的流媒体服务器明显已经力不从心，网络丢包和延迟比较严重，接收端视频明显滞后、不连续；当有5个以上的客户机提出服务请求时，就会造成广播风暴，系统处于崩溃的边缘。
如果采用组播技术，流媒体服务器不必知道某个客户端的存在，它只负责按组播地址将媒体流播放出去即可，而且仅仅播放一份，客户端不必向服务器注册，如果希望接收某流媒体服务器的数据时，只需加入提供该媒体流服务的组播组即可。这样组播节目就可以在有限的网络带宽下实现无限用户同时在线观看。因为无论有多少个目标地址，在整个网络的任何一条链路上只传送单一的数据包。
可见，采用组播技术可以提高数据传送效率，减少网络的拥塞和服务器的负担，提高QoS，比较适合于需要大量带宽和较高QoS的流媒体传输。
二、IP组播的局限性
IPv4协议主要特点是简单高效，在设计之初根本没有考虑QoS，遵循的是尽力而为的服务原则，因而对服务质量要求较高的流媒体传输缺乏足够的支持，而组播是后来为了解决流媒体的传输质量而采用一种技术手段。换句话说，IPv4协议在设计之初并没有过多地考虑组播这一功能，因而在IPv4中组播存在先天不足，主要表现在：
1.设备的支持。
主机要想得到组播服务，必须相关的节点路由器支持并打开组播协议，在局域网这很容易，但在城域网、广域网就很难做到。所以设备是IP组播服务所面临的最大问题。
2.安全问题。
因为IP组播使用的是UDP协议，所以它不能很好地被防火墙检测到。无连接协议是组播必须具备的条件。应用程序网关不能对无连接协议进行安全认证。
3.服务质量问题。
组播需要一个可靠的协议运行在其顶层，来减少或避免数据丢失事故和延迟。随着网络多媒体业务的发展，保护数据流的质量也变得越来越重要。
三、IPv6组播新特性
IPv4是支持组播的，但由于先天不足，应用受到很大的影响，虽然人们为此研究并提出了大量协议和技术来改进它，但与此同时也提高了网络规划和建设的成本，并使网络变得较为复杂，从而无法实现真正的端到端服务质量保证。IPv6是新一代互联网协议，是为了解决IPv4地址短缺的问题提出来的，在设计之初就考虑到了服务质量、路由、组播、自动配置等问题并作了相应的功能增强。IPv6中对组播的改进具体表现在以下5个方面：
1.网络设备都支持组播。
IPv6明确要求网络中的设备必须支持组播，这给组播应用扫清了一大障碍。
2.具有更大的组播地址空间。
组播通信必须依靠于组播地址，在IPv4中它是一个D类地址，范围从224.0.0.0到239.255.255.255。IPv6组播地址格式如图1所示，由图可知IPv6预留了112位的组标识符，用于标识组地址。很显然IPv6组播地址的范围要大得多，这对于组播大范围应用是非常有益的。
3.范围字段的应用。
IPv4虽然使用了TTL（报文存活时间）来控制组播报文传送的范围，但是TTL不够精确，还是会存在不同应用间报文范围重叠的情况。而IPv6在地址格式中规定了范围字段，这样就可以很方便地划分组播域，根据组播域来控制组播应用的传播范围。
在IPv4组播网络中，除了一些熟知的和保留的组播地址以外，其他地址并没有明确规定该怎么用，因此在广域范围内使用时存在着冲突的危险。而在Ipv6组播网络中，由于增加了标识和范围字段，临时组播地址在它们自己的范围以外没有意义，因此全球范围的临时组播地址和链路本地的组即使有相同的组标识符，也不会发生冲突，这更有利于组播功能的实现。
4.定义了新类型的组播地址―请求节地址。
请求节点地址是IPv6特有的组播地址，其形式为FF02：1：FFXX：XXX。该地址用于邻机发现等ICMPv6消息中，由于请求节点组播可将不同的聚类网络前缀映射到同一个被请求的节点地址，因此可减少必须加入的组播地址的数目。
5.引入了MLD协议增强组播成员管理功能。
虽然MLD（接收者发现）协议是由IGMPv2协议派生而来，但它使用全新的ICMPv6报文格式，专门用于管理IPv6组播群组。其主要功能为：IPv6路由器利用MLD协议发现直接相连的链路上是否有组播组成员，以及相邻的路由器正在监听那些组播地址。IPv6路由器上运行的组播路由协议根据这些信息，保证组播报文能发送给正确的接受者。
四、结语
组播是一种提高流媒体传输服务质量的行之有效的办法，IPv6的出现为组播的广泛应用带来了新的契机，结合了IPv6各项优点的组播通信过程必将给流媒体业务应用带来新的生机。
参考文献：
［1］谢希仁.计算机网络（第2版）［M］.北京：电子工业出版社，1999.
［2］张占军等.IPv6服务质量控制机制［J］.计算机工程与应用，2001，（1）.
［3］技桥译.IPv6精髓，清华大学出版社，2004.5.
