摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播、視屏?xí)h、遠(yuǎn)程課程等應(yīng)用已經(jīng)逐漸普及。然而薄弱的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，已經(jīng)無法適應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，組播技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。它有效解決了流量控制困難、服務(wù)器負(fù)載壓力大等一系列問題。本文分為五個部分來對組播技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行研究：第一部分介紹了研究組播技術(shù)的背景和意義；第二部分介紹了組播技術(shù)的相關(guān)概念，它能夠加快數(shù)據(jù)的傳送速度，避免網(wǎng)絡(luò)的擁塞[1]；第三部分說明了組播技術(shù)的相關(guān)協(xié)議，主要有管理協(xié)議和路由協(xié)議；第四部分介紹了一個域內(nèi)二、三層組播實(shí)驗(yàn)的配置和測試；第五部分介紹了基于組播技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)視頻會議，多方的網(wǎng)絡(luò)視頻會議，組播能降低N倍的帶寬的使用長度[2]。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)播；組播；網(wǎng)絡(luò)視頻

中圖分類號：TP393.09 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）03-0052-03

Research and Implementation of Network Video Conference Based on

Multicast Technology

WANG Xiaoye

（Lingnan Normal University，Zhanjiang 524048，China）

Abstract：With the continuous development of science and technology，the application of network on demand，video conferencing，distance courses and so on has been gradually popularized. But the weak network technology can not adapt to the development of technology until the emergence of multicast technology. It effectively solves a series of problems such as the difficulty of flow control and the high load pressure of servers. This paper is divided into five parts to study the application of multicast technology：the first part talks about the background and significance of multicast technology；the second part talks about the related concepts of multicast technology，which speeds up data transmission and avoids network congestion [1]；the third part talks about the relevant protocols of multicast technology，mainly including management protocols and routing protocols；the fourth part introduces the configuration and testing of a two-tier and three-tier multicast experiment in the domain；the fifth part talks about network video conference based on multicast technology，multi-party network video conference，multicast can reduce N-times the bandwidth length [2].

Keywords：network on demand；multicast；network video

1 緒論

1.1 研究背景

隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，以及多媒體通信應(yīng)用的普及，組播技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中占有很重要的地位。它廣泛地應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)視頻會議、點(diǎn)播、遠(yuǎn)程課堂教育和醫(yī)療等方面，能夠更高地、更好地適應(yīng)社會技術(shù)的發(fā)展和人們對實(shí)時數(shù)據(jù)的高效傳輸?shù)囊?。計算機(jī)在當(dāng)今這個時代，它的傳輸方式一般是單播、組播和廣播。其中，組播的應(yīng)用更多，并且使用的效果較好。單播傳輸會導(dǎo)致發(fā)送者的負(fù)擔(dān)大、延遲時間加長、網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況嚴(yán)重。廣播可以使用的范圍不大，只好在自己的子網(wǎng)里有效地進(jìn)行傳輸。在注意到單播和廣播的缺點(diǎn)的同時，人們發(fā)現(xiàn)組播能很好地解決這些問題，提高數(shù)據(jù)在傳送過程中的效率，降低擁塞的情況。與單播和廣播這兩個通信方式一起運(yùn)行的就是組播技術(shù)，它在當(dāng)今社會運(yùn)用極為普遍，而且很受人們重視。組播技術(shù)節(jié)約了有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬被浪費(fèi)的情況，同時優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的加載效率，更有效地完成網(wǎng)絡(luò)通信中點(diǎn)到多點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸，為我們解決了在線信息服務(wù)對帶寬的高要求，所以組播技術(shù)成為目前網(wǎng)絡(luò)重要的應(yīng)用。

1.2 現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

組播技術(shù)處理了一方發(fā)送和多方同時接收的問題，完成了數(shù)據(jù)的快速傳送。我們在網(wǎng)絡(luò)中越來越多地使用到組播，是由于組播提供了很多新的服務(wù)，如網(wǎng)絡(luò)視頻會議、在線網(wǎng)絡(luò)電視、遠(yuǎn)程課堂教育和遠(yuǎn)程醫(yī)療等。組播到現(xiàn)在為止，經(jīng)歷了將近30年的發(fā)展。通信技術(shù)的發(fā)展和新技術(shù)的不斷提出，使得組播技術(shù)也變得更加完善。雖然在現(xiàn)今基于組播技術(shù)的應(yīng)用還沒有得到全面的發(fā)展，但是組播的網(wǎng)絡(luò)使用數(shù)量日益增長，組播未來的市場將會很開闊，將會逐漸普及世界，得到更大的推行和使用。

1.3 研究目的及意義

近年來，受到分布式數(shù)據(jù)共享業(yè)務(wù)的啟發(fā)，比如P2P應(yīng)用組播技術(shù)，得到了人們的廣泛關(guān)注，組播已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)中的重要應(yīng)用，如基于網(wǎng)絡(luò)視頻會議、點(diǎn)播、遠(yuǎn)程課堂和遠(yuǎn)程醫(yī)療等的應(yīng)用越來越普及。因此，作為當(dāng)代大學(xué)生的我們，了解和掌握組播技術(shù)的原理、模型、體系結(jié)構(gòu)和組網(wǎng)應(yīng)用有著重要的意義，并且在知識和技能上會有明顯的提升。

2 組播概述

2.1 組播概念及原理

組播加快了網(wǎng)絡(luò)的傳送，降低了主要網(wǎng)絡(luò)堵塞的可能性。組播技術(shù)包含了很多內(nèi)容，其中有關(guān)于地址的分配、組管理協(xié)議等等。組播的地址，我們用它來標(biāo)記組播組。

二進(jìn)制表示組播的MAC地址高24bit為0x01005e，第25bit為0，即高25bit是固定的。IP組播地址的前4bit是1110，代表了組播的標(biāo)識，其后28bit有23bit射入MAC地址，5bit信息的丟失，顯示32個射到了一樣的地址上[3]。圖2為組播的地址與以太網(wǎng)MAC地址的關(guān)系圖表。

2.2 組播模型

ASM模型即任意信源組播，模型中，任一發(fā)送消息的人都能依靠組播源來實(shí)現(xiàn)，接收的人沒辦法獲知組播源的方位信息，卻能在任一時間里參與進(jìn)去或從中退出。SFM模型也叫信源過濾組播，是對ASM的擴(kuò)充。接收信息的一方只能篩選來自組播源的消息。SSM模型也稱為指定信源組播，為使用的人提供一種可以在客戶端來指定的服務(wù)。

2.3 組播技術(shù)體系結(jié)構(gòu)

組播包含的機(jī)制有以下幾種：尋址機(jī)制，它是借助組播的地址，將信息從組播源發(fā)送到接收者；主機(jī)注冊，讓使用它的用戶進(jìn)入或者是遠(yuǎn)離這個組合，由此可以對所屬的成員進(jìn)行管理，而組播中的路由是那些利用報文中的樹狀結(jié)構(gòu)組建的，利用樹狀結(jié)構(gòu)的細(xì)小分支把它的內(nèi)容從組播的源頭傳遞給接收方?；诮M播技術(shù)來實(shí)現(xiàn)其在社會上的價值，比如視頻會議軟件，它支持組播的數(shù)據(jù)收到和發(fā)出，在企業(yè)中具有一定的應(yīng)用價值。

3 組播相關(guān)協(xié)議

3.1 組播組管理協(xié)議

組管理協(xié)議指IGMP。IGMP在實(shí)驗(yàn)中比較重要，大多數(shù)的組播實(shí)驗(yàn)都能支持IGMP協(xié)議。IGMP和組播的路由的協(xié)議不一樣，前者用在組成員的參與和分開，后一個是在路由器上進(jìn)行信息對換來建成組播樹[4]。IGMP是用來保護(hù)組成員間的數(shù)據(jù)的，運(yùn)轉(zhuǎn)在主機(jī)和路由器間。對處理網(wǎng)絡(luò)中組播數(shù)據(jù)包的途徑進(jìn)行抉擇，主機(jī)經(jīng)過其子網(wǎng)上的組播的路由器參與或分開一個組，組播用IGMP完成工作[5]。組播的路由器依靠已知的成員，去轉(zhuǎn)發(fā)組播的數(shù)據(jù)集。組播的路由器與分組之間，是一對一來接收的，它會查看數(shù)據(jù)集里的組播的地址，只有接口上有組的成員才會向其轉(zhuǎn)發(fā)[6]。

3.2 組播轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制

組播中信息的轉(zhuǎn)發(fā)是基于樹形的結(jié)構(gòu)的模式之下，其中組播的轉(zhuǎn)發(fā)要求查看報文的接入口是不是最優(yōu)的情況，我們所說的這些都是不同于單播的[7]。

3.3 組播路由協(xié)議

組播的路由的協(xié)議在三層設(shè)備間才能運(yùn)轉(zhuǎn)使用，該協(xié)議要用在建設(shè)和維修組播中的路由，并能夠不出錯以及效率達(dá)標(biāo)地轉(zhuǎn)發(fā)出組播的報文信息。

4 域內(nèi)二、三層組播配置的配置實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)是用模擬器進(jìn)行的，它的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖牵肞IM-SM來完成視頻流的組播發(fā)送，通過組播技術(shù)驗(yàn)證其能分擔(dān)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的壓力，減少帶寬的不必要浪費(fèi)，從而達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)使用的流通性的效果。

一個企業(yè)的核心網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，其中有兩個視頻源（Source1、Source2），這兩個視頻源是通過組播組來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸?shù)摹Ｎ覍⒃撈髽I(yè)的接入網(wǎng)的部分，進(jìn)行了VLAN的劃分（VLAN10、VLAN20、VLAN30），這是為了該使企業(yè)能更好、更全面地進(jìn)行管理，使其管理方法得到更新，以便于企業(yè)進(jìn)行高效的管理。

首先，我們要對服務(wù)器和路由器的IP地址做一下配置。下面是我用模擬器做的實(shí)驗(yàn)配置：（1）首先，我先對路由器進(jìn)行了基本配置。這里要注意的是，我們需要在全部的路由器上配置OSPF，然后使用PIM-SM，不然后面的驗(yàn)證將無法進(jìn)行；（2）接入網(wǎng)中的相關(guān)配置；（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果。所有的配置完成后，就到了該實(shí)驗(yàn)的重要部分，查看并驗(yàn)證所做的實(shí)驗(yàn)，看實(shí)驗(yàn)是否成功了。

在SWA上，查看所有組播VLAN，得知vlan5是子VLAN。然后又在SWA和SWC上對組播組進(jìn)行了查看，發(fā)現(xiàn)視頻流是正確傳送出去的，實(shí)驗(yàn)到此為止都是成功的，沒有出現(xiàn)相互中斷的情況。

查看路由表內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)組播組的LOOPBACK0接口的RP是有效的。實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)流傳輸順暢，沒有出現(xiàn)中斷的情況，接收方能夠很好地接收消息，因此實(shí)驗(yàn)是成功的。組播技術(shù)降低了負(fù)載壓力，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)寬帶。

5 基于組播技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)視頻會議

Internet應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展，使得基于組播技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)視頻會議、遠(yuǎn)程課堂和遠(yuǎn)程醫(yī)療等應(yīng)用越來越普及。它們有一個共同特點(diǎn)，就是在時間上面有著同一性，空間上面具有了分散布局的性質(zhì)。

網(wǎng)絡(luò)視頻會議系，指的是兩個或兩個以上的在不是同一個地方的個人或集體，利用組播技術(shù)傳輸運(yùn)行以及多媒體的一些設(shè)備，將音頻、視頻及相關(guān)會議的文件資料進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互傳，這使得人與人之間的溝通和協(xié)作得到了更好的改善，完善了跨地域間的通信與互動的會議模式[8]。

視頻會議系統(tǒng)很早就出現(xiàn)了，只是當(dāng)時的條件還不夠完善，不能有效地組織并進(jìn)行會議研討，這損失了人們的很多時間和精力，降低了工作的效率。過去傳統(tǒng)的交流的方法讓我們的工作受到了很多的限制，這無疑已經(jīng)是沒有辦法適應(yīng)社會的快速發(fā)展的需求了[9]。而我們現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)視頻會議，是基于組播技術(shù)的，這大大地改善了過去視頻會議的不足，傳輸和轉(zhuǎn)發(fā)信息的過程中，工作效率變高了，網(wǎng)絡(luò)的堵塞現(xiàn)象好了很多，降低了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載壓力，使我們的工作會議能夠流暢進(jìn)行，為人們減少了不必要的時間浪費(fèi)。

雖然組播實(shí)驗(yàn)成功地完成了，但是在實(shí)際應(yīng)用中的視頻會議實(shí)驗(yàn)還存在些問題?，F(xiàn)在的高科技視頻會議不太適用于中小型企業(yè)，因?yàn)樗某杀靖甙?，而且會議室需要足夠的網(wǎng)絡(luò)帶寬、光纖才可以，帶寬要達(dá)到20M以上，所以使用視頻會議所需的這些條件，限制了它的進(jìn)一步的普及。

6 總結(jié)與展望

組播技術(shù)的應(yīng)用，降低了網(wǎng)絡(luò)中帶寬的浪費(fèi)現(xiàn)象，減少服務(wù)器的負(fù)荷量和網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載壓力，并且使得網(wǎng)絡(luò)中的傳輸數(shù)據(jù)信息的質(zhì)量達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)今的組播技術(shù)已經(jīng)逐漸普及，在未來也會有更大的發(fā)展空間。組播的優(yōu)點(diǎn)其實(shí)還是挺多的，比如說它有廣播所有的一切優(yōu)點(diǎn)。組播的使用使得服務(wù)器的負(fù)載壓力減小了很多，它的客戶接收端的帶寬不會影響服務(wù)端的總帶寬，不會使其受到使用的限制。組播現(xiàn)在提供的服務(wù)很多，有的改善了我們的生活，將不可能變?yōu)榱丝赡?。人無完人，更何況是組播，所以它也存在一些問題。組播沒有糾錯機(jī)制，所以在傳輸數(shù)據(jù)時可能會發(fā)生丟包錯包的現(xiàn)象，這恐怕會很難彌補(bǔ)，但也不用太過擔(dān)心，因?yàn)槲覀兡苡靡欢ǖ娜蒎e機(jī)制和QoS來對它的失誤進(jìn)行彌補(bǔ)?，F(xiàn)在的組播的使用逐漸增多，所以未來對客戶認(rèn)證以及QoS還要不斷地去完善。通過這次的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，組播在網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制這一塊還存在些許問題，要減少延遲，要使音頻視圖更加清晰流暢，我們還需要繼續(xù)去研究和做實(shí)驗(yàn)，同時在實(shí)驗(yàn)中還需要加強(qiáng)系統(tǒng)的安全性，如基于組播的網(wǎng)絡(luò)視頻會議，這樣可以更有利于加強(qiáng)企業(yè)的管理。

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作者簡介：王曉曄（1979.07-），女，漢族，廣東湛江人，講師，碩士，研究方向：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全。