Ipv6 在远程教学中的应用

苏海为

辽宁广播电视大学(沈阳 110034)

视频在远程教育中的应用

远程教育是以学习者为主体，以计算机技术、多媒体技术、通信技术和Internet 网络等高新技术为主要教学手段和传播媒体，是将图像、文字、动画、音频和视频相结合的一种新型的交互式网络教育方式。随着网络的高速发展，远程视频教学已经成远程教育的主要组成部分。但由于传统ip 网络在带宽、安全性等方面的限制，实时视频的应用受到影响。下一代网络协议IPv6 在多媒体数据的传输上更有优势，更适合应用于远程视频教学。

1 ipv6 介绍

目前几乎所有的网络都采用IP 协议作为通信协议，即现行的IPv4 社本。就目前的使用情况来说，IPv4无疑是非常成功的。但由于IPv4 的设计初衷及设计时对未来网络的发展情况估计严重不足，使得IPv4 在适应当前网络规模及应用时显得力不从心了。虽然IPv4不断推出新的算法进行弥补，但先天上的缺点却越发明显。在这种背景下推出的IPv6 社本就倍受关注。IPv6 在地址结构、安全性、QOS 等方面都较IPv4 有较大的改变。

1.1 地址结构

IPv4 的地址是32 位比特，即4 个8 位的字节组成。每个IPv4 地址分为网络部分及主机部分。根据网络地址的不同，IPv4 的地址分为A 类、B 类、C 类、D 类、E 类。其中A 类为科学研究及大型局域网，D类为广播地址，E 类作为保留。这也是为什么IPv4 有将近43 亿个地址而早早地址空间就告急了。

IPv6 的地址是128 位比特，8 组16 位的字节组成。这样算下来IPv6 的地址空间几乎是无限大的。IPv6采用分层的地址空间的形式，具有基于集中的层次结构。

1.2 报头比较

IPv4 报头结构如图1，IPv6 报头结构如图2。

如图1 及图2 所示，IPv4 的报头有15 个域而IPv6的报头只有8 个域。IPv4 的长度是不固定的，是由头部长度字节来指定的。IPv6的基本报头长度是固定的，即40 个字节。互联网上的绝大部分数据包只是被路由器进行简单转发，因此拥有固定长度报头的IPv6 路由器处理起来就更节省资源。IPv6 中定义了多种扩展报头(如图2)，这些扩展报头使得IPv6 有能力为更多种的网络应用提供有效支持。

1.3 地址分配

IPv6 提供两种自动配置方法：一种是和 IPv4 自动设定功能一样的名为全状态自动配置(Stateful Autoconfiguration)。 IPv6 还采用了一种无状态自动配置(Stateless Autoconfiguration)的服务。无状态自动配置要求本地链路支持组播，而且网络接口能够发送和接收组播。IPv6 的自动地址分配机制使得网络接入更加容易，特别是如手机等移动终端可以透明加入到网络中。这就使得远程教育可以拥有更大的受众群体。

1.4 服务质量保证QOS

早期Internet 设计的初衷是针对文本、静态图片等形式的数据，这些类型的数据对QOS 并没有什么要求。但多媒体数据，比如远程视频、音频就对传输的时延和延时抖动有着严格的要求。IPv4 的报头(见图1)中有8bit 的服务类型(Type Of Servic，TOS)字段，但实际应用中的TOS 字段往往是不被支持的。

IPv6 报头(见图2)中的优先级字段目的是允许发送数据流的源节点和转发业务流的路由器在数据包中加上标记，以便进行不同处理。另外在IPv6 的数据报头中新增了流标签字段应以标记数据流的IP 包的序列号，以便路由器根据数据流的流标签制定相应的QOS 策略，提高路由器的效率，减小网络开销。

1.5 安全性

IP 层的安全需要保证三个方面的安全。一是身份验证，二是完整性三是机密性。

Ipv6 拥有巨大的地址空间，可为每一个终端分配一个独立的ip 地址；并且提出了新的地址生成方式—密码生成地址，最大限度保证地址不被别人伪造。这两种地址特性保证用户、报文和攻击可以一一对应起来，便于安全监控和防范，以确保一致性。Ipv6 中内嵌了IPSec(IP Security)安全机制中的AH(Authenticat -ion Header，报文认证头)和ESP(Encapsulation Security Payload，报文封装安全载荷)，对访问控制、无连接的完整性、数据源身份验证、对包重放攻击的防御、加密、业务流机密性等方面大大提升安全性。Ipv6 同时提出隧道的概念。通过隧道嵌套方式可以获得多重的安全保护。

2 IPv6 在远程视频中的应用

2.1 流媒体通信特点

流媒体是指采用流式传输的方式在Internet/Intranet 播放的媒体格式，比如音频、视频等存储容量大、传输带宽要求高的多媒体文件。流媒体的传输方式为流式传输，将多媒体文件经过特殊的压缩算法编码为一个个数据包，由媒体源服务器向用户计算机进行实时传送。简单说就是由原来的“先下载，再播放”模式变为“边下载，边播放”模式。由于流媒体播放的多媒体文件在时间上是连续的，所以流媒体对延迟抖动非常敏感。但流媒体的实时性要求并不高。

2.2 IPv6 下流媒体传输

IPv6 地址空间巨大，可以使每个终端都拥有一个甚至多个固定IP 地址，这就为提高服务质量和网络系统管理带来方便。IPv6 报头比IPv4 更为简洁，寻址速度加快，路由选路效率更高。IPv6 可对各种多媒体信息根据紧急性和服务类别确定数据包的优先级，数据的传输质量和延时指标可以人为进行控制，在很大程度上保证多媒体数据的传输质量。IPv6 加强了组播功能，实现了基于组播、具有网络性能保障的大规模视频会议和高清晰电视广播的应用，这是下一代因特网的典型应用，具有高带宽、高性能、交互协同技术特性。

2.3 基于IPv6 组播的VOD

VOD(Video on Demand)即交互式多媒体视频点播。组播是一种允许一个或多个发送者(组播源)发送单一的数据包给多个接收者的网络技术，它适用于一点到多点或多点到多点的数据传输业务。IPv6 组播强制网络在数据分发树的分叉处进行信息包的复制。也即是将一个分组转发到一组节点，即用一个特殊的IP地址来表示多个节点。IPv6 组播地址(如图3)比IPv4更加严格。标志字段：由4 个单个位标志组成。该位用来表示该地址是由Internet 编号机构指定的熟知的组播地址，还是特定场合使用的临时组播地址。范围字段：长 4 位，用来表示组播的范围。组标识符字段：长 11 2 位，用于标识组播组。

图3 IPv6 组播地址

图4 组播组链接示意图

组播并不限定接收者的位置、个数，同一个节点也可以加入任意数量的组播组。如图4，当组播中的只有接受者2、接受者3、接受者5、接受者6 接收服务器的视频数据时，路由器R1 仅需要发送一份数据。在组成员很多的情况下可以大大节约宽带。各主机可以根据需要自由加入和离开组播组，组播数据由中间路由器判断是否将其转发给主机，发送方并不清楚组成员的情况。

3 结语

IPv6 为下一代网络的核心协议，相对与IPv4，在性能上有很大的提升。特别是其简化的报头、安全性能的提升以及组播方式的改变都更加适应当前对多媒体这类大容量数据的应用。但IPv6 还处在起步阶段，还没有得到全面的应用还有一段路要走。

[1]李长利.基于IPv6 和P2P 的网络传输技术及其应用研究.南开大学博士学位论文, 2009

[2]孙宇.基于IPV6 组播技术的VOD 系统设计与实现.北京邮电大学硕士学位论文, 2008

[3]王威.基于IPv6 的P2P 视频点播系统优化研究与实现.华中科技大学硕士学位论文, 2008

[4]Qing Li ,Tatuya Jinmei ,Keiichi Shima.IPv6 详解.人民邮电出社社,2009,(01).