基于组播技术的军队医院视频教学系统的设计

肖永平，王晓虹，边华，王志文

基于组播技术的军队医院视频教学系统的设计

肖永平，王晓虹，边华，王志文

组播技术；路由；视频教学；实现

随着网络和信息技术的发展，在线视频教学在学习中的作用越来越重要。建立一个稳定、高效、即时、实用的视频教学系统，对提高医院中医护人员的业务能力有着重要的作用，也是医院的信息化建设的一个重要方面。笔者所在医院有大量的视频教学内容，比如手术、护理、远程会诊录像等，广大医护人员在日常的工作学习中都需要在线学习这些视频教学资料。基于以上考虑，笔者所在医院开发了基于组播技术的医院视频教学系统。

网络中数据包的传输方式有三种，单播、广播和组播。通常采用的都是单播的传输方式，服务器与每个连接的用户都需建立一个数据通道，对每个客户端都发送相同的内容，这会造成IP包的重复发送，浪费网络带宽，增加了服务器的负担。笔者所在医院中没有专门的高性能的视频服务器，医师站、护士站和各种终端总共200多台，当大量客户访问服务器时，造成服务器拥塞乃至瘫痪。如果采用广播方式，面临着网络中的所有终端都要被动的接受信息的问题，往往会造成信息泛洪。

1 组播技术简介

组播技术的出现解决了IP包重复发送的问题。组播是介于单播和广播之间的一种数据传输方式，笔者根据实际情况将许多终端划分到一个组播组，组播源把数据包发送到特定的组播组，数据的分发仅限于同一组内。组播服务器仅发送一次信息，组播路由协议为组播数据包的传输建立树形路由，被传递的信息只在路由器处被复制和分发。在从组播源到组播组成员的任何一条链路上只有一份数据包在传输，这样既大大地降低了网络中的信息量，又保证了信息的准确高效传递[1]。目前，组播技术已被广泛应用在网络音/视频广播、点播、网络视频会议、多媒体远程教育、“Push”技术（如股票行情）和虚拟现实游戏等方面。

1.1 组播技术实现的软硬件条件实现组播传输，在组播源和接收者以及两者之间的网络都必须支持组播，包括以下几个方面：①主机的TCP/IP支持发送和接收IP组播；②介于组播源和接收者之间的路由器、交换机、防火墙等支持组播；③支持组播的应用软件；④有一套将第三层IP组播地址映射到第二层MAC地址的分配策略。

1.2 组播地址IANA把D类地址作为组播地址[2]，D类地址的高4位被设置成1110，后面的28位是组播标识符，所以用作组播的地址范围是224.0.0.0到239.255.255.255。其中224.0.0.0到224.0.0.255为路由协议和其他用途保留的地址，路由器不转发此范围的IP包；224.0.1.0到238.255.255.255为用于全球范围或网络协议的地址；239.0.0.0到239.255.255.255是私有地址（如192.168.x..x）。224.0.0.0为保留地址。224.0.0.1标识网络上的所有IP组播主机，224.0.0.2标识同一个子网中的所有路由器。

2 医院组播视频教学系统的搭建

图1 组播视频教学系统网络拓朴

图1是笔者所在医院的视频教学系统的网络拓扑图，图中，发送组播的数据包要经过路由器和交换机，特别是接入层的交换机。这不仅需要在路由器上配置IGMP协议，而且也需要在交换机上配置IGMP Snooping协议。采用了H3C的MSR3020路由器，该路由器完全支持组播的各种协议，笔者主要配置PIM-DM和IGMP协议。在本方案中，网络客户端有220个，由192.168.0.0和192.168.1.0两个网段组成。

首先，在H3C的MSR3020上使能IP组播路由，在各接口上使能PIM-DM，并在主机侧接口Ethernet0/1和Ethernet1/1上使能IGMP。

system-view

[Router]multicast routing-enable

[Router]interface ethernet 1/1

[Router-Ethernet1/1]igmp enable

[Router-Ethernet1/1]pim dm

[Router-Ethernet1/1]quit

本方案中通过以上配置的IP组播平台，采用Windows Media 9流媒体解决方案实现系统的媒体流。Windows Media 9视频技术是Microsoft公司推出的一种适应多种网络带宽条件的流式多媒体信息的发布平台，包括了流媒体的制作、发布、播放和管理的一整套解决方案。Windows Media服务器使用ASF，这是一种支持在各类网络和协议下进行数据传递的公开标准，用于排列、组织、同步多媒体数据以通过网络传输。ASF不但最适于通过网络发送多媒体流，也同样适于在本地播放。通过提供“通知”，可使用户方便地申请和接收ASF内容。“通知”是特殊格式的文本文件，以.asx扩展名存储，由Web网页链接以进行下载。用户只需运行.asx文件即可访问ASF内容。

Windows Media服务管理器中进行如下设置：多播站（即组播）名称、多播IP、端口、流格式(所要广播的实况流文件的名称)、广播站文件.nsc的路径(用于存储广播站中用于将ASF流传递到Windows Media Player的所有必要信息，包括IP地址、端口、流格式等)。Windows Media Player必须能够访问.nsc文件，以便定位广播站发送ASF内容流时使用的IP地址。.nsc文件通常存储在Web服务器目录中。当Windows Media Player打开通过电子邮件消息收到的“通知”时，将通过UNC路径或Web页链接提取指向.nsc文件的URL。创建完广播站后，还要为其添加节目和流。必须为节目创建流或者使用与其他节目相关的现有的流。可在Windows Media管理器为一个多播站添加节目和流。

在Windows编码器中，建立新的编码会话并在工具菜单中创建asf文件来进行组播，该文件中包含了Window Media Player用以解码和播放流的信息。Windows Media Player通过访问“通知”（.asx文件）的UNC路径或Web页链接来提取指向.nsc文件的URL，从而访问Windows Media服务器的组播广播流。需要注意的是，在Web服务器中，Web服务器的默认端口与Media服务器的默认HTTP端口必须不同。

在客户端的Media Player打开文件时，URL一栏输入：http://239.0.8.12:81/filename.asx，即可实时观看组播视频内容。

3 总结

组播技术能够使用最少的网络资源实现点到多点应用，从而减轻信息源服务器和网络设备CPU的负荷，减少冗余流量，提高传输效率。已经越来越多地应用于网络电视、实时视/音频会议、远程教育、远程医疗等任何“点到多点”的数据传输和发布应用。笔者所在医院已实现医院局域网范围内的组播视频教学系统，未来将以此为基础继续扩展其应用，利用各种传输渠道，开展针对部队卫生所和海岛驻军的远程视频医学教育。

[1]田红鹏.组播技术综述.IP[DB/OL].http://www.ccw.com.cn/net，2001-05.

[2]Thaler D,Handley M,Estrin D."The Internet Multicast Address Allocation Architecture"[R].RFC2908,September,2000.

[3]Grdlian R.Parkhurst.组播路由与交换技术[M].北京：机械工业出版社，1999.78.

[4]Fenner B,Thyagarajan A."Internet Group Management Protocol,Version 3"[R].RFC3376,October,2002.

[5]Nicholas J,Adams A,Siadak W."Protocol Independent Multicast-Dense Mode(PIM-DM)"[R].RFC3973,January,2005.

[2011-03-03收稿，2011-04-10修回]

G434

B

264000山东烟台，107医院信息科（肖永平，王晓虹，边华，王志文）

由于所有的IP数据包都是封装在以太网帧中传输，在组播中，除标识组播组的IP组播地址外，还需要一个组播MAC地址。IANA保留01:00:5e:00:00:00到01:00:5e:7f:ff:ff这个范围的地址为组播MAC地址。组播传输时，数据链路层将IP组播地址中低23位取代组播MAC地址01:00:5e:00:00:00（前25位为固定值）的低23位映射成真正的组播MAC地址。

1.3 组播分发树和组播路由协议组播数据包从组播数据源到各个接收者之间所走的路径称为组播路由，这些组播路由构成了组播树[3]。在一个特定的“发送源，目的组”中，IP组播流量都是通过这个扩展树从发送源传输到接收者的，这个扩展树连接了该组播组中的所有主机。

在主机与三层组播设备之间通常采用组播组的管理协议IGMP[4]。该协议规定了主机与三层组播设备之间建立和维护组播组成员关系的机制。组播路由协议运行在三层组播设备之间，用于建立和维护组播路由，并正确、高效地转发组播数据包。组播路由建立一个从单个数据源到多个接收端的无环（loop-free）数据传输路径，即组播分发树。常用的域内组播路由协议有PIM-DM[5]（Dense Mode，密集模式）和PIMSM（Sparse Mode，稀疏模式）。域间组播路由协议目前比较成型的方案有：MSDP（组播源发现协议）和MP-BGP（多协议边界网关协议）。

[本文编辑：吴蓉]