基于組播技術的網絡視頻會議的研究與實現

摘 要：隨著科學技術的不斷發展，網絡點播、視屏會議、遠程課程等應用已經逐漸普及。然而薄弱的網絡技術，已經無法適應技術的發展，組播技術應運而生。它有效解決了流量控制困難、服務器負載壓力大等一系列問題。本文分為五個部分來對組播技術的應用進行研究：第一部分介紹了研究組播技術的背景和意義；第二部分介紹了組播技術的相關概念，它能夠加快數據的傳送速度，避免網絡的擁塞[1]；第三部分說明了組播技術的相關協議，主要有管理協議和路由協議；第四部分介紹了一個域內二、三層組播實驗的配置和測試；第五部分介紹了基于組播技術的網絡視頻會議，多方的網絡視頻會議，組播能降低N倍的帶寬的使用長度[2]。

關鍵詞：網絡點播；組播；網絡視頻

中圖分類號：TP393.09 文獻標識碼：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

隨著通信技術的迅速發展，以及多媒體通信應用的普及，組播技術在網絡中占有很重要的地位。它廣泛地應用于網絡視頻會議、點播、遠程課堂教育和醫療等方面，能夠更高地、更好地適應社會技術的發展和人們對實時數據的高效傳輸的要求。計算機在當今這個時代，它的傳輸方式一般是單播、組播和廣播。其中，組播的應用更多，并且使用的效果較好。單播傳輸會導致發送者的負擔大、延遲時間加長、網絡的擁塞情況嚴重。廣播可以使用的范圍不大，只好在自己的子網里有效地進行傳輸。在注意到單播和廣播的缺點的同時，人們發現組播能很好地解決這些問題，提高數據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行的就是組播技術，它在當今社會運用極為普遍，而且很受人們重視。組播技術節約了有限的網絡帶寬被浪費的情況，同時優化網絡的加載效率，更有效地完成網絡通信中點到多點的數據傳輸，為我們解決了在線信息服務對帶寬的高要求，所以組播技術成為目前網絡重要的應用。

1.2 現狀及發展趨勢

組播技術處理了一方發送和多方同時接收的問題，完成了數據的快速傳送。我們在網絡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，如網絡視頻會議、在線網絡電視、遠程課堂教育和遠程醫療等。組播到現在為止，經歷了將近30年的發展。通信技術的發展和新技術的不斷提出，使得組播技術也變得更加完善。雖然在現今基于組播技術的應用還沒有得到全面的發展，但是組播的網絡使用數量日益增長，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，受到分布式數據共享業務的啟發，比如P2P應用組播技術，得到了人們的廣泛關注，組播已經成為網絡中的重要應用，如基于網絡視頻會議、點播、遠程課堂和遠程醫療等的應用越來越普及。因此，作為當代大學生的我們，了解和掌握組播技術的原理、模型、體系結構和組網應用有著重要的意義，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

組播加快了網絡的傳送，降低了主要網絡堵塞的可能性。組播技術包含了很多內容，其中有關于地址的分配、組管理協議等等。組播的地址，我們用它來標記組播組。

二進制表示組播的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MAC地址的關系圖表。

2.2 組播模型

ASM模型即任意信源組播，模型中，任一發送消息的人都能依靠組播源來實現，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去或從中退出。SFM模型也叫信源過濾組播，是對ASM的擴充。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。

2.3 組播技術體系結構

組播包含的機制有以下幾種：尋址機制，它是借助組播的地址，將信息從組播源發送到接收者；主機注冊，讓使用它的用戶進入或者是遠離這個組合，由此可以對所屬的成員進行管理，而組播中的路由是那些利用報文中的樹狀結構組建的，利用樹狀結構的細小分支把它的內容從組播的源頭傳遞給接收方。基于組播技術來實現其在社會上的價值，比如視頻會議軟件，它支持組播的數據收到和發出，在企業中具有一定的應用價值。

3 組播相關協議

3.1 組播組管理協議

組管理協議指IGMP。IGMP在實驗中比較重要，大多數的組播實驗都能支持IGMP協議。IGMP和組播的路由的協議不一樣，前者用在組成員的參與和分開，后一個是在路由器上進行信息對換來建成組播樹[4]。IGMP是用來保護組成員間的數據的，運轉在主機和路由器間。對處理網絡中組播數據包的途徑進行抉擇，主機經過其子網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，去轉發組播的數據集。組播的路由器與分組之間，是一對一來接收的，它會查看數據集里的組播的地址，只有接口上有組的成員才會向其轉發[6]。

3.2 組播轉發機制

組播中信息的轉發是基于樹形的結構的模式之下，其中組播的轉發要求查看報文的接入口是不是最優的情況，我們所說的這些都是不同于單播的[7]。

3.3 組播路由協議

組播的路由的協議在三層設備間才能運轉使用，該協議要用在建設和維修組播中的路由，并能夠不出錯以及效率達標地轉發出組播的報文信息。

4 域內二、三層組播配置的配置實驗

本實驗是用模擬器進行的，它的實驗目的是，用PIM-SM來完成視頻流的組播發送，通過組播技術驗證其能分擔網絡負載的壓力，減少帶寬的不必要浪費，從而達到提高網絡使用的流通性的效果。

一個企業的核心網的結構，其中有兩個視頻源（Source1、Source2），這兩個視頻源是通過組播組來進行網絡中數據的傳輸的。我將該企業的接入網的部分，進行了VLAN的劃分（VLAN10、VLAN20、VLAN30），這是為了該使企業能更好、更全面地進行管理，使其管理方法得到更新，以便于企業進行高效的管理。

首先，我們要對服務器和路由器的IP地址做一下配置。下面是我用模擬器做的實驗配置：（1）首先，我先對路由器進行了基本配置。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，不然后面的驗證將無法進行；（2）接入網中的相關配置；（3）實驗結果。所有的配置完成后，就到了該實驗的重要部分，查看并驗證所做的實驗，看實驗是否成功了。

在SWA上，查看所有組播VLAN，得知vlan5是子VLAN。然后又在SWA和SWC上對組播組進行了查看，發現視頻流是正確傳送出去的，實驗到此為止都是成功的，沒有出現相互中斷的情況。

查看路由表內容，發現組播組的LOOPBACK0接口的RP是有效的。實驗中數據流傳輸順暢，沒有出現中斷的情況，接收方能夠很好地接收消息，因此實驗是成功的。組播技術降低了負載壓力，節省了網絡寬帶。

5 基于組播技術的網絡視頻會議

Internet應用技術的迅速發展，使得基于組播技術的網絡視頻會議、遠程課堂和遠程醫療等應用越來越普及。它們有一個共同特點，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。

網絡視頻會議系，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，利用組播技術傳輸運行以及多媒體的一些設備，將音頻、視頻及相關會議的文件資料進行網絡互傳，這使得人與人之間的溝通和協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]。

視頻會議系統很早就出現了，只是當時的條件還不夠完善，不能有效地組織并進行會議研討，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，這無疑已經是沒有辦法適應社會的快速發展的需求了[9]。而我們現代的網絡視頻會議，是基于組播技術的，這大大地改善了過去視頻會議的不足，傳輸和轉發信息的過程中，工作效率變高了，網絡的堵塞現象好了很多，降低了網絡的負載壓力，使我們的工作會議能夠流暢進行，為人們減少了不必要的時間浪費。

雖然組播實驗成功地完成了，但是在實際應用中的視頻會議實驗還存在些問題。現在的高科技視頻會議不太適用于中小型企業，因為它的成本高昂，而且會議室需要足夠的網絡帶寬、光纖才可以，帶寬要達到20M以上，所以使用視頻會議所需的這些條件，限制了它的進一步的普及。

6 總結與展望

組播技術的應用，降低了網絡中帶寬的浪費現象，減少服務器的負荷量和網絡的負載壓力，并且使得網絡中的傳輸數據信息的質量達到更高的標準，現今的組播技術已經逐漸普及，在未來也會有更大的發展空間。組播的優點其實還是挺多的，比如說它有廣播所有的一切優點。組播的使用使得服務器的負載壓力減小了很多，它的客戶接收端的帶寬不會影響服務端的總帶寬，不會使其受到使用的限制。組播現在提供的服務很多，有的改善了我們的生活，將不可能變為了可能。人無完人，更何況是組播，所以它也存在一些問題。組播沒有糾錯機制，所以在傳輸數據時可能會發生丟包錯包的現象，這恐怕會很難彌補，但也不用太過擔心，因為我們能用一定的容錯機制和QoS來對它的失誤進行彌補。現在的組播的使用逐漸增多，所以未來對客戶認證以及QoS還要不斷地去完善。通過這次的實驗發現，組播在網絡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，我們還需要繼續去研究和做實驗，同時在實驗中還需要加強系統的安全性，如基于組播的網絡視頻會議，這樣可以更有利于加強企業的管理。

參考文獻：

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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：計算機網絡安全。