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一、問題的提出
隨著計算機技術、網絡技術和多媒體技術的發展,現代遠程教育實現了網絡化和實時交互的教學形式。特別是Internet技術的發展,促進了眾多網絡大學和網絡學堂的產生,教育網站的數量也迅速增長,網上的教學資源也越來越豐富,可以說現代遠程教育進入了一個蓬勃發展的時期。但是由于網絡帶寬和傳輸機制的原因,目前教育網站的內容大多數以靜態的教材為主,而很少有視頻、音頻流媒體教學信息,即使有些網站支持視頻、音頻流媒體教學內容的在線瀏覽與下載,但由于網絡傳輸速率很慢,很難實現雙向交互,因此效果并不理想。這在很大程度上削弱了網絡教育對眾多學習者的吸引力,因此使遠程教育的質量和效果大大折扣。
IPv6協議的出現不僅解決了1Pv4地址空間幾乎接近枯竭的問題,而且改進了IP數據包的基本報頭格式,最為重要的是IPv6能更好的支持組播,使視頻、音頻流媒體教學信息在網絡帶寬沒有大幅度增加的情況下通暢傳輸,節省了網絡帶寬,減輕了網絡負載,并且實現了隨時隨地的個性化教育和終身教育。因此基于IPv6的組播技術為解決遠程教育的上述問題提供了一條較好的途徑。
二、IPv6及其組播技術簡介
(一)IPv6性能簡介
IPv6是為了解決IPv4地址空間已經將近枯竭的問題而提出來的。其性能主要有:
1、巨大的地址空間
IPv6采用的IP地址為128位,即IPv6提供2128個地址空間。形象地說,對于地球上的每平方米都將有超過1000個IPv6地址。
2、簡便的尋址和路由方法
IPv6地址類型是基于分層的網絡拓撲結構,這一結構對于網絡安全是大有益處的。同時,IPv6改進了IP包的基本報頭格式,它只有6個域和2個地址空間。這種簡化的報頭不僅所含字段少,而且報頭長度固定,使得路由器的硬件實現更加簡單,并且在路由分析中,IPv6不對數據進行分割,進一步減少了路由負載。
3、更好的安全特性
IPv6中提供了若干重要的安全功能。IPv6規范規定了“認證頭標”和“封裝安全凈荷”。認證功能提供了接收方能確認IP分組源地址的正確無誤,并且其內容在傳輸過程中不被修改的機制;“封裝安全凈荷”功能則保證只有合法的受信者才能讀懂IP分組內容。這種身份認證方式能有效地防止網絡竊聽,從而保證用戶和系統的安全性,并能在一定程度上遏止黑客利用網絡協議的漏洞進行破獲活動。
4、支持組播
IPv6提供了新的集群通訊地址方式——組播,組播是利用IP網絡的組播能力,允許路由器一次將數據包復制給多個數據通道,實現一點對多點或多點對多點的數據傳輸方式。組播可以大大節省網絡帶寬,因為無論有多少個目標地址,在整個網絡的任何一條鏈路上只傳送一個數據包,從而減輕了網絡負載。
(二)組播技術簡介
1、組播的概念
組播是一種允許一個或多個發送者(組播源)發送單一的數據包到多個接受者(一次的,同時的)的網絡技術。組播源把數據包發送到根據IP地址分組的組播組成員。組播組中的主機可以是在同一個物理網絡,也可以來自不同的物理網絡(必須有組播路由器的支持)。
2、組播實現的關鍵技術
組播技術是適用于一點到多點或多點到多點的數據傳輸業務。組播實現的基本原則是:依托于IP協議完成組播;IP組播強制網絡在數據分發樹的分叉處進行信息包的復制。IP組播的實現主要包括三部分:尋址、組播成員管理和組播路由協議。
組播尋址:IPv6為組播預留了一定的地址空間,其地址高8位為“11111111”,后跟120位組播組標識。此地址僅用作組播數據包的目標地址,組播源地址只能是單播地址。發送方只需要發送數據給該組播地址,就可以實現對多個不同地點用戶數據的發送,而不需要了解接收方的任何信息。
組播成員管理:組播使用IGMP(InternetGroupManagerProtocol)協議實現用戶的動態注冊過程。在主機與組播路由器之間通過IGMP協議建立并且維護組播組成員的關系。組播轉發路由器通過IGMP協議了解其在每個接口連接的網段上是否存在某個組播組的接收者,即組成員。如果出現成員,組播路由器將組播數據包轉發到這個網段;如果沒有則停止轉發或不轉發,以節省帶寬。
組播路由協議:組播路由協議的作用是建立和維護組播路由表,以充分利用帶寬。組播路由協議可以分為兩種類型:密集模式和稀疏模式。密集模式組播路由協議是指組播成員密布在整個網絡上,即許多子網至少包含一個成員,帶寬很充裕。它不適用于大規模的網絡。稀疏模式則適用于組播成員稀疏地分布在整個網絡,并且未必有充裕的帶寬可用的情況。
三、基于IPv6的組播技術在現代遠程教育中的應用
IPv6提供了很多優質的服務功能,特別是組播技術改變了數據流的傳統傳輸方式,克服了單播和廣播的不足。現代遠程教育可以利用這些先進的功能促進自身的發展。
(一)IP組播技術應用于現代遠程教育的可行性
1、提高了遠程教學的覆蓋率。
由于IPv6的組播地址范圍巨大,世界上任何一個人都能擁有一個獨立的屬于某個組播組的IP地址,使每位學員都能連接到Internet進行學習。
2、解決了網絡傳輸中的信道擁塞問題。
組播可以大大節省網絡帶寬,因為無論有多少個目標地址,在整個網絡的任何一條鏈路上只傳送單一的數據包。將組播技術應用于遠程教育,能夠提高數據的傳輸效率,減少了主干網出現擁塞的可能性。
3、豐富教學資源,保障網絡安全
利用組播可以傳輸流媒體信息,為學習者提供豐富多彩的學習資源;并且由于IPv6提供了嚴密的安全機制和嚴格的身份認證機制,保證了網絡傳輸數據的安全性和網絡服務器的安全性,使得越來越多的教育資源提供方將其教育資源放在服務器上,讓更多的網絡學習者利用。
4、實現網絡實時教學
由于IPv6改變了原有的數據傳輸和報文分割方式,使得在相同的網絡帶寬上可以運行更多的數據,從而使得視頻、音頻流媒體能夠在普通網絡中傳輸,這就使得網絡教育有望從單向交流轉向雙向互動。另外,學習者還可以通過視頻點播、虛擬教室等實現真正意義上的個性化教學和遠程沉浸式教學,這無疑將有助于提高遠程教育的質量。
(二)一個IP組播遠程教育模型的實現
由于組播的優勢和技術的成熟,將其應用于現代遠程教育是完全可行的。在對目前IP組播技術和現代遠程教育深入調研的基礎上,本文嘗試構建了一個基于IP組播的遠程教育模型,該模型能實現實時同步教學和非實時異步教學功能。
實時同步教學:教師在電子教室的現場講授或報告經過攝像系統和調制系統處理成數字信號后,被送至組播源服務器,由IGMP來建立和維護源服務器和組播成員的關系,將數據信號傳輸到組播成員,遠程學習者利用PC機可以實現實時聽講。由于組播使用了IPv6的報文格式,其傳播速率較快,信號延遲較小,教學效果會比較理想。
異步教學:遠程教育中心制作的學習資源(視頻、音頻、圖像、動畫和文本等內容)也可以通過教學服務器傳到組播服務器,以組播方式發給各成員,遠程學習者可以下載到本地硬盤,進行學習。
四、結束語
IPv6及其組播技術為遠程教育的發展提供了新的契機,在遠程教育中運用IP組播會帶來很多好處。但任何技術都有其局限性和不盡如人意的地方,IP組播也一樣存在著需要提高和完善之處,比如對不可靠信息包的復制不僅會浪費一定的網絡帶寬,還會影響系統的安全性。但毋庸致意,隨著Internet的發展,組播技術必將促進現代遠程教育的新發展!