中山大学:流媒体入IPv6   教育信息化

中山大学:流媒体入IPv6 教育信息化

时间:2020-02-12 07:11 作者:admin 点击:
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流媒体应用与IPv6校园网

  对于校园网而言,流媒体有着用户数量庞大、互联网出口链路集中且带宽有限的特点,这些特点对互联网流媒体应用的使用带来了限制。这些限制体现在:由于流媒体码率的提高增加了单用户的带宽消耗,当大量用户同时连接到互联网时容易导致校园网的出口拥塞。

  为缓解上述问题,宜在校园网内部构建流媒体应用,这可充分利用校内网高速互连的特点,不仅推动校园网流媒体应用的发展,还将多数用户引导到使用校内流媒体应用(尤其是在大型比赛、晚会直播时),从而减轻了校园网的互联网出口压力,保证了用户体验。

  目前,中山大学校园网已实现全网IPv4/IPv6双栈支持,覆盖四个校区,总用户数达到4.6万以上,内部实现了10000Mb网络互连,这为建设大规模的流媒体应用提供网络和用户基础。

流媒体的建设

   设计思路

  校园网流媒体应用的实现方式既可以采取C/S方式,也可以采取P2P方式,其中C/S方式在实现上较为简单,而且技术上能较好地兼容IPv6协议;而P2P方式虽然也是IPv4流媒体应用的主流方式,但迄今还没有基于IPv6的成熟技术方案。综合考虑,中大依然选择C/S方式作为校园网流媒体应用的实现方式。

  流媒体应用首先要有流媒体源,源的提供可以使用不同的方法。以中大的校园网络电视应用为例,它不考虑校园网络区域的划分,是由单套设备提供流媒体源。显然,单套设备会成为整个流媒体应用中的瓶颈和故障点,因此需要在架构上进行优化,以提高应用系统的可靠性和稳定性。

  首先进行层次划分,增加中间层次以实现源提供设备和用户之间的隔离,避免用户直接访问源提供设备,以减轻其压力,保证其稳定可靠。此中间层次是以服务器群的方式实现,它结合用户区域分布的特点,采取分布式的架构。

  大规模校园网流媒体应用还有带宽消耗的问题需要解决,尤其是对于高清视频应用,其带宽消耗成为无法忽视的问题。以1.5Mb/s码率的网络电视应用为例,普通一台流媒体服务器可以提供1000Mb/s的用户带宽,那么单台服务器最多也只能承受600左右的用户同时连接,但是实际的并发用户数是远远超过600人的,特别是在进行大型体育赛事或节目转播的时候,网络电视用户数将会有级数级的增长。以“2010南非世界杯”为例,最高并发用户达1万人以上,显然采用常规的单播方式是很难支撑这么大的用户需求的。

   技术路线

  中大的校园网网络电视提供电视节目的实时转播,电视节目的信号源来自数字电视信号,在服务的提供上采用了传统的C/S方式。C/S方式的流媒体推送包括了两种方案,一种是单播方式,这种方式需要在客户端和流媒体服务器之间建立点对点的连接来传输流媒体数据,如HTTP、TCP、MMS方式等;另一种是组播方式,可以实现一点对多点的流媒体传输,客户端不需要通过TCP连接来从服务器获取数据,而是通过网络设备对流媒体数据进行复制和转发来获取,可以大大减轻校园网核心网和流媒体服务器的压力。

  单播方式的流媒体应用会消耗大量的网络带宽,特别是实施高清流媒体应用的时。因此需要采用更为合适的组播方式,组播方式通过组播路由器将流媒体数据复制并转发到作为组成员的客户端。对于流媒体服务器只需要提供一份数据即可,而核心网也只需要传递一份数据,从而解决其由于单播方式引起的带宽消耗问题。

  IPv6组播技术体系结构涉及到网络的各个层面:MAC地址层、IP层、应用层,需要在核心和汇聚层设备((路由器、三层交换机)、接入层交换机、组播源服务器和接收者主机各个层次配置相应的组播协议。这些协议包括主机-路由器之间的维持组成员关系协议、抑制组播报文在数据链路层广播的第二层组播协议、路由器-路由器之间的组播路由协议等。

   总体架构

  中大在构建基于IPv6的流媒体应用的总体架构时,结合了分层结构、分布式结构和组播技术,如图1所示,流媒体源服务器通过TCP连接向4台在各校区部署的组播服务器推送流媒体数据,组播服务器分别为其所属区域的终端用户提供流媒体服务。

  而在组播网络设计上,中大采取了双“RP路由器”的设计方案,通过冗余备份来提高可靠性,如图2所示。在PIMv6-SM网络启动后,主BSR收集网络内的RP信息,然后将RP信息集发布到整个PIMv6-SM网络。所有三层设备都在收集BSR消息,从中获取合适的组播组到RP的映射。RP在一个组播网络中可以存在多个,并且可以基于组播地址范围进行转发分工。不同组映射到不同RP可以实行RP负载分担。

图1 基于组播技术的IPv6流媒体应用的总体架构

图 2 IPv6组播网络设计 1 2 下一页 尾页