基于组播技术的网络视频会议的研究与实现

摘 要：随着科学技术的不断发展，网络点播、视屏会议、远程课程等应用已经逐渐普及。然而薄弱的网络技术，已经无法适应技术的发展，组播技术应运而生。它有效解决了流量控制困难、服务器负载压力大等一系列问题。本文分为五个部分来对组播技术的应用进行研究：第一部分介绍了研究组播技术的背景和意义；第二部分介绍了组播技术的相关概念，它能够加快数据的传送速度，避免网络的拥塞[1]；第三部分说明了组播技术的相关协议，主要有管理协议和路由协议；第四部分介绍了一个域内二、三层组播实验的配置和测试；第五部分介绍了基于组播技术的网络视频会议，多方的网络视频会议，组播能降低N倍的带宽的使用长度[2]。

关键词：网络点播；组播；网络视频

中图分类号：TP393.09 文献标识码：A 文章编号：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 绪论

1.1 研究背景

随着通信技术的迅速发展，以及多媒体通信应用的普及，组播技术在网络中占有很重要的地位。它广泛地应用于网络视频会议、点播、远程课堂教育和医疗等方面，能够更高地、更好地适应社会技术的发展和人们对实时数据的高效传输的要求。计算机在当今这个时代，它的传输方式一般是单播、组播和广播。其中，组播的应用更多，并且使用的效果较好。单播传输会导致发送者的负担大、延迟时间加长、网络的拥塞情况严重。广播可以使用的范围不大，只好在自己的子网里有效地进行传输。在注意到单播和广播的缺点的同时，人们发现组播能很好地解决这些问题，提高数据在传送过程中的效率，降低拥塞的情况。与单播和广播这两个通信方式一起运行的就是组播技术，它在当今社会运用极为普遍，而且很受人們重视。组播技术节约了有限的网络带宽被浪费的情况，同时优化网络的加载效率，更有效地完成网络通信中点到多点的数据传输，为我们解决了在线信息服务对带宽的高要求，所以组播技术成为目前网络重要的应用。

1.2 现状及发展趋势

组播技术处理了一方发送和多方同时接收的问题，完成了数据的快速传送。我们在网络中越来越多地使用到组播，是由于组播提供了很多新的服务，如网络视频会议、在线网络电视、远程课堂教育和远程医疗等。组播到现在为止，经历了将近30年的发展。通信技术的发展和新技术的不断提出，使得组播技术也变得更加完善。虽然在现今基于组播技术的应用还没有得到全面的发展，但是组播的网络使用数量日益增长，组播未来的市场将会很开阔，将会逐渐普及世界，得到更大的推行和使用。

1.3 研究目的及意义

近年来，受到分布式数据共享业务的启发，比如P2P应用组播技术，得到了人们的广泛关注，组播已经成为网络中的重要应用，如基于网络视频会议、点播、远程课堂和远程医疗等的应用越来越普及。因此，作为当代大学生的我们，了解和掌握组播技术的原理、模型、体系结构和组网应用有着重要的意义，并且在知识和技能上会有明显的提升。

2 组播概述

2.1 组播概念及原理

组播加快了网络的传送，降低了主要网络堵塞的可能性。组播技术包含了很多内容，其中有关于地址的分配、组管理协议等等。组播的地址，我们用它来标记组播组。

二进制表示组播的MAC地址高24bit为0x01005e，第25bit为0，即高25bit是固定的。IP组播地址的前4bit是1110，代表了组播的标识，其后28bit有23bit射入MAC地址，5bit信息的丢失，显示32个射到了一样的地址上[3]。图2为组播的地址与以太网MAC地址的关系图表。

2.2 组播模型

ASM模型即任意信源组播，模型中，任一发送消息的人都能依靠组播源来实现，接收的人没办法获知组播源的方位信息，却能在任一时间里参与进去或从中退出。SFM模型也叫信源过滤组播，是对ASM的扩充。接收信息的一方只能筛选来自组播源的消息。SSM模型也称为指定信源组播，为使用的人提供一种可以在客户端来指定的服务。

2.3 组播技术体系结构

组播包含的机制有以下几种：寻址机制，它是借助组播的地址，将信息从组播源发送到接收者；主机注册，让使用它的用户进入或者是远离这个组合，由此可以对所属的成员进行管理，而组播中的路由是那些利用报文中的树状结构组建的，利用树状结构的细小分支把它的内容从组播的源头传递给接收方。基于组播技术来实现其在社会上的价值，比如视频会议软件，它支持组播的数据收到和发出，在企业中具有一定的应用价值。

3 组播相关协议

3.1 组播组管理协议

组管理协议指IGMP。IGMP在实验中比较重要，大多数的组播实验都能支持IGMP协议。IGMP和组播的路由的协议不一样，前者用在组成员的参与和分开，后一个是在路由器上进行信息对换来建成组播树[4]。IGMP是用来保护组成员间的数据的，运转在主机和路由器间。对处理网络中组播数据包的途径进行抉择，主机经过其子网上的组播的路由器参与或分开一个组，组播用IGMP完成工作[5]。组播的路由器依靠已知的成员，去转发组播的数据集。组播的路由器与分组之间，是一对一来接收的，它会查看数据集里的组播的地址，只有接口上有组的成员才会向其转发[6]。

3.2 组播转发机制

组播中信息的转发是基于树形的结构的模式之下，其中组播的转发要求查看报文的接入口是不是最优的情况，我们所说的这些都是不同于单播的[7]。

3.3 组播路由协议

组播的路由的协议在三层设备间才能运转使用，该协议要用在建设和维修组播中的路由，并能够不出错以及效率达标地转发出组播的报文信息。

4 域内二、三层组播配置的配置实验

本实验是用模拟器进行的，它的实验目的是，用PIM-SM来完成视频流的组播发送，通过组播技术验证其能分担网络负载的压力，减少带宽的不必要浪费，从而达到提高网络使用的流通性的效果。

一个企业的核心网的结构，其中有两个视频源（Source1、Source2），这两个视频源是通过组播组来进行网络中数据的传输的。我将该企业的接入网的部分，进行了VLAN的划分（VLAN10、VLAN20、VLAN30），这是为了该使企业能更好、更全面地进行管理，使其管理方法得到更新，以便于企业进行高效的管理。

首先，我们要对服务器和路由器的IP地址做一下配置。下面是我用模拟器做的实验配置：（1）首先，我先对路由器进行了基本配置。这里要注意的是，我们需要在全部的路由器上配置OSPF，然后使用PIM-SM，不然后面的验证将无法进行；（2）接入网中的相关配置；（3）实验结果。所有的配置完成后，就到了该实验的重要部分，查看并验证所做的实验，看实验是否成功了。

在SWA上，查看所有组播VLAN，得知vlan5是子VLAN。然后又在SWA和SWC上对组播组进行了查看，发现视频流是正确传送出去的，实验到此为止都是成功的，没有出现相互中断的情况。

查看路由表内容，发现组播组的LOOPBACK0接口的RP是有效的。实验中数据流传输顺畅，没有出现中断的情况，接收方能够很好地接收消息，因此实验是成功的。组播技术降低了负载压力，节省了网络宽带。

5 基于组播技术的网络视频会议

Internet应用技术的迅速发展，使得基于组播技术的网络视频会议、远程课堂和远程医疗等应用越来越普及。它们有一个共同特点，就是在时间上面有着同一性，空间上面具有了分散布局的性质。

网络视频会议系，指的是两个或两个以上的在不是同一个地方的个人或集体，利用组播技术传输运行以及多媒体的一些设备，将音频、视频及相关会议的文件资料进行网络互传，这使得人与人之间的沟通和协作得到了更好的改善，完善了跨地域间的通信与互动的會议模式[8]。

视频会议系统很早就出现了，只是当时的条件还不够完善，不能有效地组织并进行会议研讨，这损失了人们的很多时间和精力，降低了工作的效率。过去传统的交流的方法让我们的工作受到了很多的限制，这无疑已经是没有办法适应社会的快速发展的需求了[9]。而我们现代的网络视频会议，是基于组播技术的，这大大地改善了过去视频会议的不足，传输和转发信息的过程中，工作效率变高了，网络的堵塞现象好了很多，降低了网络的负载压力，使我们的工作会议能够流畅进行，为人们减少了不必要的时间浪费。

虽然组播实验成功地完成了，但是在实际应用中的视频会议实验还存在些问题。现在的高科技视频会议不太适用于中小型企业，因为它的成本高昂，而且会议室需要足够的网络带宽、光纤才可以，带宽要达到20M以上，所以使用视频会议所需的这些条件，限制了它的进一步的普及。

6 总结与展望

组播技术的应用，降低了网络中带宽的浪费现象，减少服务器的负荷量和网络的负载压力，并且使得网络中的传输数据信息的质量达到更高的标准，现今的组播技术已经逐渐普及，在未来也会有更大的发展空间。组播的优点其实还是挺多的，比如说它有广播所有的一切优点。组播的使用使得服务器的负载压力减小了很多，它的客户接收端的带宽不会影响服务端的总带宽，不会使其受到使用的限制。组播现在提供的服务很多，有的改善了我们的生活，将不可能变为了可能。人无完人，更何况是组播，所以它也存在一些问题。组播没有纠错机制，所以在传输数据时可能会发生丢包错包的现象，这恐怕会很难弥补，但也不用太过担心，因为我们能用一定的容错机制和QoS来对它的失误进行弥补。现在的组播的使用逐渐增多，所以未来对客户认证以及QoS还要不断地去完善。通过这次的实验发现，组播在网络的拥塞控制这一块还存在些许问题，要减少延迟，要使音频视图更加清晰流畅，我们还需要继续去研究和做实验，同时在实验中还需要加强系统的安全性，如基于组播的网络视频会议，这样可以更有利于加强企业的管理。

参考文献：

[1] 蒲俊峰.基于安全组播的认证服务的设计与实现 [D].成都：电子科技大学，2011.

[2] 王娜.组播VPN应用简介及技术实现 [J].科技信息，2010（32）：672-673.

[3] 许卫国.单播、广播、组播解析 [J].网管员世界，2005（10）：153.

[4] 韩旭.IGMP组播协议与安全 [J].才智，2010（4）：35.

[5] 朱敏，邹君妮，林如俭.EPON系统中IGMP Proxy技术实现方案[J].光通信技术，2006（12）：19-21.

[6] 龔向阳，金跃辉，王文东，等.宽带通信网原理 [M].北京：邮电大学出版社，2006.

[7] 王振，杜学绘.基于委托转发技术的延迟容忍网络组播路由算法 [J].计算机应用研究，2011，28（9）：3417-3422.

[8] 项颖，王文生.视频会议应用浅析 [J].农业网络信息，2006（4）：63-65.

[9] 田瑞雄，向哲，李星.基于分层排列图结构的流媒体应用层组播系统 [J].清华大学学报（自然科学版），2004（4）：493-497.

作者简介：王晓晔（1979.07-），女，汉族，广东湛江人，讲师，硕士，研究方向：计算机网络安全。