基于IPv6的組播技術(shù)在遠(yuǎn)程教育中應(yīng)用

IPv6提供了很多優(yōu)質(zhì)的服務(wù)功能，特別是組播技術(shù)改變了數(shù)據(jù)流的傳統(tǒng)傳輸方式，克服了單播和廣播的不足�，F(xiàn)代遠(yuǎn)程教育可以利用這些先進(jìn)的功能促進(jìn)自身的發(fā)展。

一、問題的提出

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化和實(shí)時(shí)交互的教學(xué)形式。特別是Internet技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了眾多網(wǎng)絡(luò)大學(xué)和網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂的產(chǎn)生，教育網(wǎng)站的數(shù)量也迅速增長，網(wǎng)上的教學(xué)資源也越來越豐富，可以說現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育進(jìn)入了一個蓬勃發(fā)展的時(shí)期。但是由于網(wǎng)絡(luò)帶寬和傳輸機(jī)制的原因，目前教育網(wǎng)站的內(nèi)容大多數(shù)以靜態(tài)的教材為主，而很少有視頻、音頻流媒體教學(xué)信息，即使有些網(wǎng)站支持視頻、音頻流媒體教學(xué)內(nèi)容的在線瀏覽與下載，但由于網(wǎng)絡(luò)傳輸速率很慢，很難實(shí)現(xiàn)雙向交互，因此效果并不理想。這在很大程度上削弱了網(wǎng)絡(luò)教育對眾多學(xué)習(xí)者的吸引力，因此使遠(yuǎn)程教育的質(zhì)量和效果大大折扣。

IPv6協(xié)議的出現(xiàn)不僅解決了1Pv4地址空間幾乎接近枯竭的問題，而且改進(jìn)了IP數(shù)據(jù)包的基本報(bào)頭格式，最為重要的是IPv6能更好的支持組播，使視頻、音頻流媒體教學(xué)信息在網(wǎng)絡(luò)帶寬沒有大幅度增加的情況下通暢傳輸，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)帶寬，減輕了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，并且實(shí)現(xiàn)了隨時(shí)隨地的個性化教育和終身教育。因此基于IPv6的組播技術(shù)為解決遠(yuǎn)程教育的上述問題提供了一條較好的途徑。

二、IPv6及其組播技術(shù)簡介

(一)IPv6性能簡介

IPv6是為了解決IPv4地址空間已經(jīng)將近枯竭的問題而提出來的。其性能主要有：

1、巨大的地址空間

IPv6采用的IP地址為128位，即IPv6提供2128個地址空間。形象地說，對于地球上的每平方米都將有超過1000個IPv6地址。

2、簡便的尋址和路由方法

IPv6地址類型是基于分層的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)對于網(wǎng)絡(luò)安全是大有益處的。同時(shí)，IPv6改進(jìn)了IP包的基本報(bào)頭格式，它只有6個域和2個地址空間。這種簡化的報(bào)頭不僅所含字段少，而且報(bào)頭長度固定，使得路由器的硬件實(shí)現(xiàn)更加簡單，并且在路由分析中，IPv6不對數(shù)據(jù)進(jìn)行分割，進(jìn)一步減少了路由負(fù)載。

3、更好的安全特性

IPv6中提供了若干重要的安全功能。IPv6規(guī)范規(guī)定了“認(rèn)證頭標(biāo)”和“封裝安全凈荷”。認(rèn)證功能提供了接收方能確認(rèn)IP分組源地址的正確無誤，并且其內(nèi)容在傳輸過程中不被修改的機(jī)制;“封裝安全凈荷”功能則保證只有合法的受信者才能讀懂IP分組內(nèi)容。這種身份認(rèn)證方式能有效地防止網(wǎng)絡(luò)竊聽，從而保證用戶和系統(tǒng)的安全性，并能在一定程度上遏止黑客利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的漏洞進(jìn)行破獲活動。

4、支持組播

IPv6提供了新的集群通訊地址方式——組播，組播是利用IP網(wǎng)絡(luò)的組播能力，允許路由器一次將數(shù)據(jù)包復(fù)制給多個數(shù)據(jù)通道，實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對多點(diǎn)或多點(diǎn)對多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸方式。組播可以大大節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬，因?yàn)闊o論有多少個目標(biāo)地址，在整個網(wǎng)絡(luò)的任何一條鏈路上只傳送一個數(shù)據(jù)包，從而減輕了網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。

(二)組播技術(shù)簡介

1、組播的概念

組播是一種允許一個或多個發(fā)送者(組播源)發(fā)送單一的數(shù)據(jù)包到多個接受者(一次的，同時(shí)的)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。組播源把數(shù)據(jù)包發(fā)送到根據(jù)IP地址分組的組播組成員。組播組中的主機(jī)可以是在同一個物理網(wǎng)絡(luò)， 也可以來自不同的物理網(wǎng)絡(luò)(必須有組播路由器的支持)。

2、組播實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

組播技術(shù)是適用于一點(diǎn)到多點(diǎn)或多點(diǎn)到多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。組播實(shí)現(xiàn)的基本原則是：依托于IP協(xié)議完成組播;IP組播強(qiáng)制網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)分發(fā)樹的分叉處進(jìn)行信息包的復(fù)制。IP組播的實(shí)現(xiàn)主要包括三部分：尋址、組播成員管理和組播路由協(xié)議。

組播尋址：IPv6為組播預(yù)留了一定的地址空間，其地址高8位為“11111111”，后跟120位組播組標(biāo)識。此地址僅用作組播數(shù)據(jù)包的目標(biāo)地址，組播源地址只能是單播地址。發(fā)送方只需要發(fā)送數(shù)據(jù)給該組播地址，就可以實(shí)現(xiàn)對多個不同地點(diǎn)用戶數(shù)據(jù)的發(fā)送，而不需要了解接收方的任何信息。

組播成員管理：組播使用IGMP(Internet Group Manager Protocol)協(xié)議實(shí)現(xiàn)用戶的動態(tài)注冊過程。在主機(jī)與組播路由器之間通過IGMP協(xié)議建立并且維護(hù)組播組成員的關(guān)系。組播轉(zhuǎn)發(fā)路由器通過IGMP協(xié)議了解其在每個接口連接的網(wǎng)段上是否存在某個組播組的接收者，即組成員。如果出現(xiàn)成員，組播路由器將組播數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到這個網(wǎng)段;如果沒有則停止轉(zhuǎn)發(fā)或不轉(zhuǎn)發(fā)，以節(jié)省帶寬。

組播路由協(xié)議：組播路由協(xié)議的作用是建立和維護(hù)組播路由表，以充分利用帶寬。組播路由協(xié)議可以分為兩種類型：密集模式和稀疏模式。密集模式組播路由協(xié)議是指組播成員密布在整個網(wǎng)絡(luò)上，即許多子網(wǎng)至少包含一個成員，帶寬很充裕。它不適用于大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。稀疏模式則適用于組播成員稀疏地分布在整個網(wǎng)絡(luò)，并且未必有充裕的帶寬可用的情況。

三、基于IPv6的組播技術(shù)在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用

IPv6提供了很多優(yōu)質(zhì)的服務(wù)功能，特別是組播技術(shù)改變了數(shù)據(jù)流的傳統(tǒng)傳輸方式，克服了單播和廣播的不足�，F(xiàn)代遠(yuǎn)程教育可以利用這些先進(jìn)的功能促進(jìn)自身的發(fā)展。

(一)IP組播技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的可行性

1、提高了遠(yuǎn)程教學(xué)的覆蓋率

由于IPv6的組播地址范圍巨大，世界上任何一個人都能擁有一個獨(dú)立的屬于某個組播組的IP地址，使每位學(xué)員都能連接到Internet進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2、解決了網(wǎng)絡(luò)傳輸中的信道擁塞問題

組播可以大大節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬，因?yàn)闊o論有多少個目標(biāo)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。將組播技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育，能夠提高數(shù)據(jù)的傳輸效率，減少了主干網(wǎng)出現(xiàn)擁塞的可能性。

3、豐富教學(xué)資源，保障網(wǎng)絡(luò)安全

利用組播可以傳輸流媒體信息，為學(xué)習(xí)者提供豐富多彩的學(xué)習(xí)資源;并且由于IPv6提供了嚴(yán)密的安全機(jī)制和嚴(yán)格的身份認(rèn)證機(jī)制，保證了網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)的安全性和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的安全性，使得越來越多的教育資源提供方將其教育資源放在服務(wù)器上，讓更多的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)者利用。

4、實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)教學(xué)

由于IPv6改變了原有的數(shù)據(jù)傳輸和報(bào)文分割方式，使得在相同的網(wǎng)絡(luò)帶寬上可以運(yùn)行更多的數(shù)據(jù)，從而使得視頻、音頻流媒體能夠在普通網(wǎng)絡(luò)中傳輸，這就使得網(wǎng)絡(luò)教育有望從單向交流轉(zhuǎn)向雙向互動。另外，學(xué)習(xí)者還可以通過視頻點(diǎn)播、虛擬教室等實(shí)現(xiàn)真正意義上的個性化教學(xué)和遠(yuǎn)程沉浸式教學(xué)，這無疑將有助于提高遠(yuǎn)程教育的質(zhì)量。

(二)一個IP組播遠(yuǎn)程教育模型的實(shí)現(xiàn)

由于組播的優(yōu)勢和技術(shù)的成熟，將其應(yīng)用于現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育是完全可行的。在對目前IP組播技術(shù)和現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育深入調(diào)研的基礎(chǔ)上，本文嘗試構(gòu)建了一個基于IP組播的遠(yuǎn)程教育模型，該模型能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)同步教學(xué)和非實(shí)時(shí)異步教學(xué)功能。

實(shí)時(shí)同步教學(xué)：教師在電子教室的現(xiàn)場講授或報(bào)告經(jīng)過攝像系統(tǒng)和調(diào)制系統(tǒng)處理成數(shù)字信號后，被送至組播源服務(wù)器，由IGMP來建立和維護(hù)源服務(wù)器和組播成員的關(guān)系，將數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)浇M播成員，遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者利用PC機(jī)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)聽講。由于組播使用了IPv6的報(bào)文格式，其傳播速率較快，信號延遲較小，教學(xué)效果會比較理想。

異步教學(xué)：遠(yuǎn)程教育中心制作的學(xué)習(xí)資源(視頻、音頻、圖像、動畫和文本等內(nèi)容)也可以通過教學(xué)服務(wù)器傳到組播服務(wù)器，以組播方式發(fā)給各成員，遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)者可以下載到本地硬盤，進(jìn)行學(xué)習(xí)。

四、結(jié)束語

IPv6及其組播技術(shù)為遠(yuǎn)程教育的發(fā)展提供了新的契機(jī)，在遠(yuǎn)程教育中運(yùn)用IP組播會帶來很多好處。但任何技術(shù)都有其局限性和不盡如人意的地方，IP組播也一樣存在著需要提高和完善之處，比如對不可靠信息包的復(fù)制不僅會浪費(fèi)一定的網(wǎng)絡(luò)帶寬，還會影響系統(tǒng)的安全性。但毋庸致意，隨著Internet的發(fā)展，組播技術(shù)必將促進(jìn)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的新發(fā)展!

作者：佚名 來源：中國IT實(shí)驗(yàn)室