基于IPv6的瘦客戶端在網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)中應(yīng)用的展望

嚴小燕李旸夏桂林

（1安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)計算機系，安徽合肥230036）

（2巢湖學(xué)院計算機系，安徽巢湖238000）

基于IPv6的瘦客戶端在網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)中應(yīng)用的展望

嚴小燕1，2李旸1夏桂林2

（1安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)計算機系，安徽合肥230036）

（2巢湖學(xué)院計算機系，安徽巢湖238000）

瘦客戶系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求高、過分依賴服務(wù)器的計算能力、較差的多媒體應(yīng)用性能等使得其相對于傳統(tǒng)PC的優(yōu)勢在網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)中無法很好的體現(xiàn)。而IPv6網(wǎng)絡(luò)協(xié)議必選的組播技術(shù)和引入流標(biāo)簽概念支持更好的QoS（Quality of Service,服務(wù)質(zhì)量）保證支持，都對多媒體通信提供更好的技術(shù)支持。彌補了瘦客戶系統(tǒng)在多媒體應(yīng)用上的不足。

網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)；瘦客戶；IPv6；組播；QoS

1 引言

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的方式主要有視頻（視頻廣播、視頻點播和視頻會議）、BBS論壇、WEB頁面（教師提前將教學(xué)內(nèi)容制作成網(wǎng)頁的形式）、E–Mail等。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展為IP網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)多媒體通信提供了基礎(chǔ)條件，其中的多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)（視頻）寬帶網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用成為熱點。而基于瘦客戶和流媒體的視頻教學(xué)應(yīng)用以其信息量大、設(shè)備投入少、可擴展性良好、易于維護、安全性高等特點成為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)新的增長點。

完成多點多媒體通信的關(guān)鍵技術(shù)是組播技術(shù)。但在IPv4中由于組播并不是必選功能，因此并不是所有路由器都具有組播功能。這樣抑制了組播技術(shù)在IPv4網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的應(yīng)用。IPv6是IPv4的下一代網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，協(xié)議保留了組播技術(shù)，并更好地使用和管理組播應(yīng)用，通過更大的地址空間，范圍字段的應(yīng)用來對組播做了增強。近年來，我國積極參與IPv6的研究與實驗，CERNET于1998年6月加入6BONE，2003年啟動中國下一代網(wǎng)絡(luò)示范工程——CNGI。2008年9月，CNGI高校駐地網(wǎng)子項目及項目總體驗收順利完成，首批百所高校率先邁入IPv6網(wǎng)絡(luò)時代。這意味著基于IPv6的校園網(wǎng)建設(shè)從實驗階段走向了實際應(yīng)用階段。同時也意味著基于IPv6的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)大時代的到來。

2 瘦客戶系統(tǒng)及其常用協(xié)議

2.1 瘦客戶系統(tǒng)概述

一個典型的瘦客戶系統(tǒng)由三部分組成。（1）服務(wù)器：所有的軟件運行和數(shù)據(jù)存儲都在服務(wù)器端完成。為瘦客戶端提供各種計算、應(yīng)用、服務(wù)資源,對客戶的輸入進行響應(yīng)。（2）瘦客戶端:只完成兩個功能,將用戶的鍵盤、鼠標(biāo)等輸入信息傳送給服務(wù)器處理，以及把服務(wù)器處理結(jié)果在操作界面遠程顯示。（3）遠程顯示協(xié)議:負責(zé)客戶端和服務(wù)器之間的通信。

與傳統(tǒng)的PC相比,瘦客戶計算體系有如下優(yōu)點:（1）易于維護，系統(tǒng)只需要對服務(wù)器進行集中的安裝配置管理和升級，不用更改每臺客戶端的設(shè)置，使得整個瘦客戶系統(tǒng)有更低的系統(tǒng)維護費用，而現(xiàn)在信息系統(tǒng)中系統(tǒng)維護費用的比例越來越高；（2）安全性高，因為所有的軟件和數(shù)據(jù)都存儲在服務(wù)器端，瘦客戶計算有更高的安全保障；（3）設(shè)備投入少，成本低，系統(tǒng)對客戶端的性能要求很低，這無疑會大大降低整個信息系統(tǒng)的硬件平均成本；（4）因為客戶端的成本很低，容易安裝，無形中擴大了瘦客戶系統(tǒng)的應(yīng)用范圍[1]。瘦客戶計算成為一種重要的計算模式。但瘦客戶系統(tǒng)與傳統(tǒng)的PC相比仍然存在一些不足，例如：對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求更高，過分依賴服務(wù)器的計算能力、較差的多媒體應(yīng)用性能等。

B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器）模式的瘦客戶端是目前網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的主要架構(gòu)。用戶端軟件就是Web瀏覽器，用戶只要掌握了Web瀏覽器的使用，就能夠方便地使用服務(wù)器中提供的資源。然而，隨著網(wǎng)絡(luò)計算的發(fā)展，基于Web的應(yīng)用有時候往往難以滿足人們的需求（比如在需要從服務(wù)器端傳送大量數(shù)據(jù)到客戶端的場合）。

2.2 瘦客戶系統(tǒng)常用協(xié)議

遠程顯示協(xié)議的核心內(nèi)容是遠程顯示部分。具有良好遠程顯示機制的協(xié)議不僅能節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬，減輕客戶端機器運行負載，降低對客戶機的配置要求，協(xié)調(diào)機器處理速度和網(wǎng)絡(luò)帶寬之間的平衡，提供平臺獨立性；并且能夠提高遠程圖像更新速度和效果，提供高質(zhì)量的實時視頻流的播放。

目前常見瘦客戶系統(tǒng)的主要有Microsoft Terminal Services、Citrix MetaFrame、VNC等，它們實現(xiàn)協(xié)議包括Citrix的ICA（Independent Computing Architecture，獨立計算體系結(jié)構(gòu)）協(xié)議、Microsoft的RDP（Remote Desktop Protocol，遠程顯示協(xié)議）協(xié)議以及AT&T劍橋?qū)嶒炇业腣NC (Virtual Network Computing，虛擬網(wǎng)絡(luò)計算)等。

Windows終端因其安全性好,擁有成本低,易于管理等優(yōu)點在校園內(nèi)擁有大量用戶，RDP協(xié)議和ICA協(xié)議都可以為Windows終端提供服務(wù)。Citrix公司的ICA協(xié)議，還可在多種操作系統(tǒng)下使用,實現(xiàn)真彩，實現(xiàn)遠程終端，是一個優(yōu)秀的終端協(xié)議，在我國應(yīng)有巨大的應(yīng)用潛力。但該協(xié)議的終端軟件價格不菲，難于接受，也使其應(yīng)用受到了很大限制[2]。而RDP協(xié)議是顯示協(xié)議，在微軟的終端環(huán)境中無法獲得多媒體性能。給應(yīng)用帶來了一定的障礙。

VNC協(xié)議的實現(xiàn)完全基于RFB（Remote Frame Buffer，遠程幀緩沖）協(xié)議。由于該協(xié)議僅僅考慮如何將圖像傳送到遠程進行顯示，把其中大量工作留給服務(wù)器端，而只在顯示的客戶端設(shè)置很少的命令，因此有效地減輕了客戶端的負擔(dān)。這時，客戶端使用VNC協(xié)議就會出現(xiàn)當(dāng)客戶端數(shù)目增大時，由于傳送的是圖像信息，傳送的數(shù)據(jù)量增大，服務(wù)器端所需要的網(wǎng)絡(luò)帶寬和處理器速度都會線性增長，加大了網(wǎng)絡(luò)的壓力[3]。

通過測試和應(yīng)用，證明這些瘦客戶系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)中大部分的應(yīng)用都能取得良好的性能，但流媒體應(yīng)用的質(zhì)量一直沒有保障。對于校園網(wǎng)，其特點是用戶多為在校學(xué)生和教師，上網(wǎng)在線用戶數(shù)多，在線時間長，每用戶帶寬和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的多樣化等都遠遠超過商業(yè)網(wǎng)絡(luò)和小區(qū)網(wǎng)絡(luò)。我們有必要改善現(xiàn)有瘦客戶系統(tǒng)在校園網(wǎng)（特別是視頻教學(xué)的應(yīng)用）中的表現(xiàn)。

3 IPv6的技術(shù)特征及其在網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)中的表現(xiàn)

3.1 IPv6的基本技術(shù)

IP地址空間耗盡的過程使得人們認識到需要設(shè)計一個新的協(xié)議來代替目前的IPv4，并且這個協(xié)議不僅僅以擴大地址空間為最終目標(biāo)。下一代Internet協(xié)議，IPv6具有全新的報文結(jié)構(gòu)、巨大的地址空間、全新的地址配置方式，更有效路由轉(zhuǎn)發(fā)機制、新增的流標(biāo)簽字段，更好的QoS支持、內(nèi)置的安全性、全新的鄰居發(fā)現(xiàn)協(xié)議、良好的擴展性等新特性[4]。比IPv4協(xié)議對實時多媒體通信提供更多的支持和改進。

3.2 IPv6支持下的網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)

組播技術(shù)是實現(xiàn)多媒體多點通信的關(guān)鍵技術(shù)，組播無論有多少個目標(biāo)地址，在整個網(wǎng)絡(luò)的任何一條鏈路上只需傳送單一的數(shù)據(jù)報，這樣可以大大節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬。組播地址除了少數(shù)為協(xié)議實現(xiàn)而預(yù)留的地址外，其他地址都是根據(jù)需求，動態(tài)地分配給組播應(yīng)用的用戶。

IPv6協(xié)議對組播支持是必需的，并在地址格式中規(guī)定了范圍字段，方便地劃分組播域，根據(jù)組播域來控制組播應(yīng)用的傳播范圍，如圖1所示。范圍（scop）用來限制組播數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送的范圍。RFC2373對該字段有以下定義：0：預(yù)留；1：節(jié)點本地范圍；2：鏈路本地范圍；5：站點本地范圍；8：組織本地范圍；E：全球范圍；F：預(yù)留[5]。

圖1 組播地址結(jié)構(gòu)

IPv6網(wǎng)絡(luò)中的主機和路由器都支持多播通信流，可以提高數(shù)據(jù)傳送效率，有效利用帶寬，減小主干網(wǎng)出現(xiàn)擁塞的可能性，還可避免單播和廣播中可能出現(xiàn)的廣播風(fēng)暴問題。

但IPv4采用可選擇支持策略，因而基于IPv4組播的網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)系統(tǒng)由于組播路由器配置復(fù)雜而難以普及，而采用相應(yīng)替代技術(shù)導(dǎo)致不能充分發(fā)揮組播通信優(yōu)勢?；贗Pv6組播通信的網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)系統(tǒng)將改善由于IPv4組播限制導(dǎo)致折中設(shè)計影響的通信性能[6]。

多媒體應(yīng)用不僅對網(wǎng)絡(luò)有很高的帶寬要求,而且要求信息傳輸?shù)脱舆t和低抖動等，這些應(yīng)用大都能容忍一定程度的信息丟失和錯誤。貝爾試驗的研究預(yù)測表明：2010年，互聯(lián)網(wǎng)骨干業(yè)務(wù)流量的80%以上將會是敏感延時的流媒體業(yè)務(wù)。更為有效的QoS（Quality of Service,服務(wù)質(zhì)量）控制和保證是實時交互式流媒體應(yīng)用對下一代網(wǎng)絡(luò)提出的不同于數(shù)據(jù)應(yīng)用的QoS要求。

IPv6在設(shè)計上對QoS具有很好的支持，如簡化的報頭，分層次的高效路由，對移動性的支持以及多播機制等，更重要的是IPv6還定義了流標(biāo)簽和通信流類別字段來支持實時應(yīng)用和流[7]，使得網(wǎng)絡(luò)中的路由器可以對屬于一個流的數(shù)據(jù)包進行識別并提供特殊處理，實現(xiàn)更好的QoS支持。

IPv6的流標(biāo)簽和源地址惟一標(biāo)識一個業(yè)務(wù)流。在IPv6中，同一個業(yè)務(wù)流的所有數(shù)據(jù)包采用相同的流標(biāo)簽，這樣當(dāng)路由器檢測到具有同一流標(biāo)簽的多媒體數(shù)據(jù)分組的時候，就采用相同的路徑發(fā)出去，而不對多媒體數(shù)據(jù)分組的其余內(nèi)容進行檢測和處理，不需要排隊等待，也不需要為每一個數(shù)據(jù)包重新選擇路由，從而大大提高了數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的效率，降低了端到端的延遲，轉(zhuǎn)發(fā)過程如圖2所示[8]。

圖2 路由器根據(jù)IPv6流標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包

瘦客戶系統(tǒng)可廣泛運行于從PC到PDA等設(shè)備上，具有很好的通用性。隨著筆記本、手機等移動設(shè)備在校園網(wǎng)用戶中的普及，無線上網(wǎng)成為需求。IPv6的無狀態(tài)地址自動配置技術(shù)使網(wǎng)絡(luò)上的主機能自動給自己配置IPv6地址。這使得手機、PDA等移動終端設(shè)備可以快速的連接到網(wǎng)絡(luò)上,利用協(xié)議報中的路由擴展頭等選項優(yōu)化報文路徑、解決原地址過濾問題，使移動節(jié)點的應(yīng)用層對轉(zhuǎn)交地址透明處理，從而實現(xiàn)無縫的移動連接和提供端到端的視音頻和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。這樣無論學(xué)習(xí)者在何時、何地只要需要信息,就可以打開移動學(xué)習(xí)終端,通過校園網(wǎng)進行主動學(xué)習(xí)。享受無窮無盡的網(wǎng)上課程或者網(wǎng)上視頻資源,這為學(xué)習(xí)者提供了新的更為方便的學(xué)習(xí)方式。

因此，完全可以利用IPv6在實時多媒體傳輸上的優(yōu)點，改善瘦客戶系統(tǒng)較差的多媒體應(yīng)用性能，建立集視頻廣播、視頻點播、視頻會議等各項功能的網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)系統(tǒng)，圖3所示為IPv6瘦客戶平臺網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)構(gòu)成示意圖。

圖3 IPv6環(huán)境下的瘦客戶平臺網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模型

服務(wù)器端采用Windows 2003 Server上運行Windows 2003 Terminal Server，瘦客戶端采用NC（網(wǎng)絡(luò)計算機）或無線設(shè)備，Windows 2003 Terminal Server通過Windows RDP協(xié)議為用戶提供圖形界面和Windows下的應(yīng)用程序服務(wù)，并且存儲用戶數(shù)據(jù)[9]。校園主干網(wǎng)為IPv6網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)在用戶端啟動Web頁面或視頻播放器請求訪問服務(wù)器時，由于是IPv6必選的組播技術(shù)，在路由器之間只傳輸一個文件流，不會隨著用戶訪問量的增加而增加路徑上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，大大減少了流的數(shù)量。

4 結(jié)束語

IPv4地址資源基本消耗殆盡,不久的將來IPv6必將取代IPv4。借助于IPv6的優(yōu)勢技術(shù)彌補瘦客戶系統(tǒng)在多媒體應(yīng)用中的不足。進一步的工作結(jié)合前期筆者在實驗室環(huán)境下對RDP協(xié)議和ICA協(xié)議在視頻播放方面的比較，對RDP協(xié)議擴充技術(shù)，搭建IPv6下的試驗環(huán)境并考慮到實際網(wǎng)絡(luò)狀況，實現(xiàn)瘦客戶系統(tǒng)的視頻傳輸。

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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

責(zé)任編輯：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

嚴小燕（1984-），女，安徽廬江人。安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)計算機應(yīng)用技術(shù)專業(yè)研究生，巢湖學(xué)院計算機系教師，研究方向：計算機網(wǎng)絡(luò)。