基于IPv6的瘦客户端在网络视频教学中应用的展望

严小燕李旸夏桂林

（1安徽农业大学计算机系，安徽合肥230036）

（2巢湖学院计算机系，安徽巢湖238000）

基于IPv6的瘦客户端在网络视频教学中应用的展望

严小燕1，2李旸1夏桂林2

（1安徽农业大学计算机系，安徽合肥230036）

（2巢湖学院计算机系，安徽巢湖238000）

瘦客户系统对网络环境的要求高、过分依赖服务器的计算能力、较差的多媒体应用性能等使得其相对于传统PC的优势在网络视频教学中无法很好的体现。而IPv6网络协议必选的组播技术和引入流标签概念支持更好的QoS（Quality of Service,服务质量）保证支持，都对多媒体通信提供更好的技术支持。弥补了瘦客户系统在多媒体应用上的不足。

网络视频教学；瘦客户；IPv6；组播；QoS

1 引言

网络教学的方式主要有视频（视频广播、视频点播和视频会议）、BBS论坛、WEB页面（教师提前将教学内容制作成网页的形式）、E–Mail等。网络技术的快速发展为IP网络实现多媒体通信提供了基础条件，其中的多媒体网络教学（视频）宽带网络应用成为热点。而基于瘦客户和流媒体的视频教学应用以其信息量大、设备投入少、可扩展性良好、易于维护、安全性高等特点成为网络教学新的增长点。

完成多点多媒体通信的关键技术是组播技术。但在IPv4中由于组播并不是必选功能，因此并不是所有路由器都具有组播功能。这样抑制了组播技术在IPv4网络环境下的应用。IPv6是IPv4的下一代网络协议，协议保留了组播技术，并更好地使用和管理组播应用，通过更大的地址空间，范围字段的应用来对组播做了增强。近年来，我国积极参与IPv6的研究与实验，CERNET于1998年6月加入6BONE，2003年启动中国下一代网络示范工程——CNGI。2008年9月，CNGI高校驻地网子项目及项目总体验收顺利完成，首批百所高校率先迈入IPv6网络时代。这意味着基于IPv6的校园网建设从实验阶段走向了实际应用阶段。同时也意味着基于IPv6的网络教学大时代的到来。

2 瘦客户系统及其常用协议

2.1 瘦客户系统概述

一个典型的瘦客户系统由三部分组成。（1）服务器：所有的软件运行和数据存储都在服务器端完成。为瘦客户端提供各种计算、应用、服务资源,对客户的输入进行响应。（2）瘦客户端:只完成两个功能,将用户的键盘、鼠标等输入信息传送给服务器处理，以及把服务器处理结果在操作界面远程显示。（3）远程显示协议:负责客户端和服务器之间的通信。

与传统的PC相比,瘦客户计算体系有如下优点:（1）易于维护，系统只需要对服务器进行集中的安装配置管理和升级，不用更改每台客户端的设置，使得整个瘦客户系统有更低的系统维护费用，而现在信息系统中系统维护费用的比例越来越高；（2）安全性高，因为所有的软件和数据都存储在服务器端，瘦客户计算有更高的安全保障；（3）设备投入少，成本低，系统对客户端的性能要求很低，这无疑会大大降低整个信息系统的硬件平均成本；（4）因为客户端的成本很低，容易安装，无形中扩大了瘦客户系统的应用范围[1]。瘦客户计算成为一种重要的计算模式。但瘦客户系统与传统的PC相比仍然存在一些不足，例如：对网络环境的要求更高，过分依赖服务器的计算能力、较差的多媒体应用性能等。

B/S（Browser/Server，浏览器/服务器）模式的瘦客户端是目前网络教学系统的主要架构。用户端软件就是Web浏览器，用户只要掌握了Web浏览器的使用，就能够方便地使用服务器中提供的资源。然而，随着网络计算的发展，基于Web的应用有时候往往难以满足人们的需求（比如在需要从服务器端传送大量数据到客户端的场合）。

2.2 瘦客户系统常用协议

远程显示协议的核心内容是远程显示部分。具有良好远程显示机制的协议不仅能节省网络带宽，减轻客户端机器运行负载，降低对客户机的配置要求，协调机器处理速度和网络带宽之间的平衡，提供平台独立性；并且能够提高远程图像更新速度和效果，提供高质量的实时视频流的播放。

目前常见瘦客户系统的主要有Microsoft Terminal Services、Citrix MetaFrame、VNC等，它们实现协议包括Citrix的ICA（Independent Computing Architecture，独立计算体系结构）协议、Microsoft的RDP（Remote Desktop Protocol，远程显示协议）协议以及AT&T剑桥实验室的VNC (Virtual Network Computing，虚拟网络计算)等。

Windows终端因其安全性好,拥有成本低,易于管理等优点在校园内拥有大量用户，RDP协议和ICA协议都可以为Windows终端提供服务。Citrix公司的ICA协议，还可在多种操作系统下使用,实现真彩，实现远程终端，是一个优秀的终端协议，在我国应有巨大的应用潜力。但该协议的终端软件价格不菲，难于接受，也使其应用受到了很大限制[2]。而RDP协议是显示协议，在微软的终端环境中无法获得多媒体性能。给应用带来了一定的障碍。

VNC协议的实现完全基于RFB（Remote Frame Buffer，远程帧缓冲）协议。由于该协议仅仅考虑如何将图像传送到远程进行显示，把其中大量工作留给服务器端，而只在显示的客户端设置很少的命令，因此有效地减轻了客户端的负担。这时，客户端使用VNC协议就会出现当客户端数目增大时，由于传送的是图像信息，传送的数据量增大，服务器端所需要的网络带宽和处理器速度都会线性增长，加大了网络的压力[3]。

通过测试和应用，证明这些瘦客户系统在网络中大部分的应用都能取得良好的性能，但流媒体应用的质量一直没有保障。对于校园网，其特点是用户多为在校学生和教师，上网在线用户数多，在线时间长，每用户带宽和网络应用的多样化等都远远超过商业网络和小区网络。我们有必要改善现有瘦客户系统在校园网（特别是视频教学的应用）中的表现。

3 IPv6的技术特征及其在网络视频教学中的表现

3.1 IPv6的基本技术

IP地址空间耗尽的过程使得人们认识到需要设计一个新的协议来代替目前的IPv4，并且这个协议不仅仅以扩大地址空间为最终目标。下一代Internet协议，IPv6具有全新的报文结构、巨大的地址空间、全新的地址配置方式，更有效路由转发机制、新增的流标签字段，更好的QoS支持、内置的安全性、全新的邻居发现协议、良好的扩展性等新特性[4]。比IPv4协议对实时多媒体通信提供更多的支持和改进。

3.2 IPv6支持下的网络视频教学

组播技术是实现多媒体多点通信的关键技术，组播无论有多少个目标地址，在整个网络的任何一条链路上只需传送单一的数据报，这样可以大大节省网络带宽。组播地址除了少数为协议实现而预留的地址外，其他地址都是根据需求，动态地分配给组播应用的用户。

IPv6协议对组播支持是必需的，并在地址格式中规定了范围字段，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，如图1所示。范围（scop）用来限制组播数据流在网络中发送的范围。RFC2373对该字段有以下定义：0：预留；1：节点本地范围；2：链路本地范围；5：站点本地范围；8：组织本地范围；E：全球范围；F：预留[5]。

图1 组播地址结构

IPv6网络中的主机和路由器都支持多播通信流，可以提高数据传送效率，有效利用带宽，减小主干网出现拥塞的可能性，还可避免单播和广播中可能出现的广播风暴问题。

但IPv4采用可选择支持策略，因而基于IPv4组播的网络视频教学系统由于组播路由器配置复杂而难以普及，而采用相应替代技术导致不能充分发挥组播通信优势。基于IPv6组播通信的网络视频教学系统将改善由于IPv4组播限制导致折中设计影响的通信性能[6]。

多媒体应用不仅对网络有很高的带宽要求,而且要求信息传输低延迟和低抖动等，这些应用大都能容忍一定程度的信息丢失和错误。贝尔试验的研究预测表明：2010年，互联网骨干业务流量的80%以上将会是敏感延时的流媒体业务。更为有效的QoS（Quality of Service,服务质量）控制和保证是实时交互式流媒体应用对下一代网络提出的不同于数据应用的QoS要求。

IPv6在设计上对QoS具有很好的支持，如简化的报头，分层次的高效路由，对移动性的支持以及多播机制等，更重要的是IPv6还定义了流标签和通信流类别字段来支持实时应用和流[7]，使得网络中的路由器可以对属于一个流的数据包进行识别并提供特殊处理，实现更好的QoS支持。

IPv6的流标签和源地址惟一标识一个业务流。在IPv6中，同一个业务流的所有数据包采用相同的流标签，这样当路由器检测到具有同一流标签的多媒体数据分组的时候，就采用相同的路径发出去，而不对多媒体数据分组的其余内容进行检测和处理，不需要排队等待，也不需要为每一个数据包重新选择路由，从而大大提高了数据包转发的效率，降低了端到端的延迟，转发过程如图2所示[8]。

图2 路由器根据IPv6流标签转发数据包

瘦客户系统可广泛运行于从PC到PDA等设备上，具有很好的通用性。随着笔记本、手机等移动设备在校园网用户中的普及，无线上网成为需求。IPv6的无状态地址自动配置技术使网络上的主机能自动给自己配置IPv6地址。这使得手机、PDA等移动终端设备可以快速的连接到网络上,利用协议报中的路由扩展头等选项优化报文路径、解决原地址过滤问题，使移动节点的应用层对转交地址透明处理，从而实现无缝的移动连接和提供端到端的视音频和数据业务。这样无论学习者在何时、何地只要需要信息,就可以打开移动学习终端,通过校园网进行主动学习。享受无穷无尽的网上课程或者网上视频资源,这为学习者提供了新的更为方便的学习方式。

因此，完全可以利用IPv6在实时多媒体传输上的优点，改善瘦客户系统较差的多媒体应用性能，建立集视频广播、视频点播、视频会议等各项功能的网络视频教学系统，图3所示为IPv6瘦客户平台网络视频教学构成示意图。

图3 IPv6环境下的瘦客户平台网络教学模型

服务器端采用Windows 2003 Server上运行Windows 2003 Terminal Server，瘦客户端采用NC（网络计算机）或无线设备，Windows 2003 Terminal Server通过Windows RDP协议为用户提供图形界面和Windows下的应用程序服务，并且存储用户数据[9]。校园主干网为IPv6网络。当在用户端启动Web页面或视频播放器请求访问服务器时，由于是IPv6必选的组播技术，在路由器之间只传输一个文件流，不会随着用户访问量的增加而增加路径上传输的数据量，大大减少了流的数量。

4 结束语

IPv4地址资源基本消耗殆尽,不久的将来IPv6必将取代IPv4。借助于IPv6的优势技术弥补瘦客户系统在多媒体应用中的不足。进一步的工作结合前期笔者在实验室环境下对RDP协议和ICA协议在视频播放方面的比较，对RDP协议扩充技术，搭建IPv6下的试验环境并考虑到实际网络状况，实现瘦客户系统的视频传输。

[1]郑维宏，张辉.Windows终端与瘦客户机/服务器技术[M].北京:人民邮电出版社，2001.

[2]全晓东，吴洪才，王诚.基于RDP协议终端/服务器改进方案[J].计算机应用与软件，2004，21（5）:77-79.

[3]程行荣，陈新.基于VNC和P2P技术的实时课堂直播系统[J].计算机时代，2007，（10）:75-78.

[4]沙斐，程莉，周立，等.IPv6详解[M].北京:机械工业出版社，2000.

[5]华为3Com技术有限公司.IPv6技术[M].北京：清华大学出版社，2004.

[6]陈华胜，徐瑞，李伟华.基于混合式分级流标签的IPv6组播通信[J].计算机工程，2008，34（1）:120-124.

[7]顾军，夏世雄，张瑾.IPv6环境下的端到端QoS模型[J].计算机工程与设计，2007，28（9）:2037-2040.

[8]蔡茂国，杨淑更，黄海峰，周建华.基于IPv6的多媒体通信策略[J].计算机工程与应用，2002，（5）:139-141.

[9]高倩，王慧勇，张悠慧，汪东升.基于瘦客户的混合计算设计与实现[J].小型微型计算机系统，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

责任编辑：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

严小燕（1984-），女，安徽庐江人。安徽农业大学计算机应用技术专业研究生，巢湖学院计算机系教师，研究方向：计算机网络。