摘 要：现代远程教育是随着信息化社会发展而产生的一种新型的教育方式，传统的数据通信均采用单播或广播技术，而制约远程教育发展的一个瓶颈是有限的带宽和巨大的通信容量之间的矛盾问题。IPv6的出现不仅解决了IPv4地址空间接近枯竭的问题，更为重要的是IPv6能更好的支持组播，使视频、音频流媒体教学信息在网络带宽没有大幅度增加的情况下通畅传输，节省了网络带宽，减轻了网络负载，因此基于IPv6的组播技术为解决远程教育的带宽瓶颈问题提供了一条较好的途径。本文将根据目前远程教育的实际，探讨IPv6组播在现代远程教育中的应用及其优势。
关键词：IPv6；组播；组播地址；远程教育；组播流程
一、引言
近年来互联网的飞速发展产生了很多新应用，特别是高带宽需求的多媒体应用，使现代远程教育实现了网络化和实时交互的教学形式。在网络教育中，由于网络基础条件的原因，大量采用的是网上网下相结合的方式，难以做到真正的实时互动，而远程教育，更多的只是一种远程广播，学生只能被动地接受灌输，几乎不能同教师和其他学习者进行沟通，其瓶颈就是难以实时传输大规模数据，双向交互非常困难，这在很大程度上削弱了网络教育对众多学习者的吸引力，使远程教育的质量和效果大打折扣。
为了缓解网络瓶颈问题，业内提出了以下四种主要解决方案：增加网络带宽；采用QoS（服务质量）机制，控制不同业务的带宽使用；服务器的分散和集群；IPv6组播（IP Multicast）技术。其中，IPv6组播技术由于其独特优越性——在IPv6组播网络中，即使用户数量成倍增加，主干网络带宽不需要随之增加，而成为通行的网络技术之一。
二、IPv6及其组播技术
1．IPv6简介
IPv6协议与现在互联网采用的IPv4相比，有四大特点：更大的地址空间、更加安全、主机可移动、支持多媒体。
IPv6采用的IP地址为128位，即IPv6提供2128个地址空间，这巨大的地址空间能够很好地解决IPv4地址枯竭问题。IPv6协议的设计使路由器处理报文更加简便，其扩展性也更好。IPv6改变了地址的分配方式，从用户拥有变成了ISP拥有，全局网络号由Internet地址分配机构（IANA）分配给ISP，用户的全局网络地址是ISP地址空间的子集，每当用户改变ISP时，全局网络地址必须更新为新ISP提供的地址，这样ISP能有效地控制路由信息，避免路由爆炸现象的出现。
2．IPv6组播简介
组播是一种允许一个或多个发送者（组播源）发送同一报文到多个接收者的技术。组播源将一份报文发送到特定组播地址，组播地址不同于单播地址，它并不特定属于某单个主机，而是属于一组主机。一个组播地址表示一个群组，需要接收组播报文者加入这个群组。这样，无论有多少个组播报文接收者，整个网络中任何一条链路只传送单一的报文，大大节省了带宽。组播流程如下图所示：
图一 组播流程示意图
在组播通信中采用了组的概念，它把接收同一数据包的目的终端划分为一个逻辑组，称之为主机组。发送端只需发送一份数据，目的主机组成员就能收到相同的数据。同一主机组成员具有相同的IP地址，即组播地址。IP专门为组播划出了一个地址范围，在IPv4中为D类地址，其地址范围为224.0.0.0——239.255.255.255。IPv6中组播地址扩展为128位，不仅增大了表示范围，还丰富了地址内容，其格式如图二所示。IPv6组播地址的前8位为11111111；组播标志（4位）用于区分众所周知组播地址(值为0)和临时组播地址(值为1)，该字段的高3位保留；组播范围（4位）字段决定了组播报文能游走的范围。
11111111
（8bit）组播标志
(4bit)组播范围
(4bit)组播ID
（112bit）图二 IPv6组播地址格式
三、IPv6组播技术在现代远程教育中的应用
1．IPv6组播对流的支持
在现代远程教育中，Internet提供的对多媒体的支持具有重大的意义，多媒体的一般特点是带宽要求高、持续时间长，为此引入流的概念简化Internet对多媒体的处理。流是特定源和目的地之间的报文序列，源要求中间路由器对这些报文进行特殊处理。IPv6提供的组播技术改变了数据流的传统传输方式，克服了单播和广播的不足。一般来说，路由器收到流中报文后，根据流标识符查找路由器中保存的流上下文，对流中的报文进行同样的处理，加快了报文处理速度。
IPv6在设计之初就考虑了对流的支持。IP头的格式里，有专门的20bit流标签域。主机发送报文时，如果需要把报文放到流中传输，只需在流标签里填入相应的流编号，否则在流标签里填零就作为一般的报文处理。路由器收到流的第一个报文时，以流编号为索引建立处理上下文，流中的后续报文都按上下文处理。
2．采用IPv6组播技术的现代远程教育系统
采用组播技术进行数据传输的现代远程教育系统的拓扑结构图如图三所示。该系统的主要结构由三部分组成：第一部分是现代远程教育的授课中心（演播中心）；第二部分是由负责多媒体数据传输与交换的教学服务器、通信服务器和组播源服务器组成的网络通信平台；第三部分是远程学习的学习终端。利用该系统，无论是局域网用户还是广域网用户都可以有效地接收大量的多媒体教学信息，减少对整个网络带宽的需求。
图三 基于组播的远程教育系统拓扑图
2．同步教育和异步教学
现代远程教育有同步和异步两种教学模式。其中的同步教学模式是目前各远程教学点所采用的主要教学模式，它要求学员定时、定点集中参加远程学习，从授课中心发出的多媒体教学信息，多个教学点要同时进行接收。
教师在电子教室的现场讲授或报告经过摄像系统和调制系统处理成数字信号后，被送至组播源服务器，由IGMP来建立和维护源服务器和组播成员的关系，将数据信号传输到组播成员，远程学习者利用PC机可以实现实时听讲。由于组播使用了IPv6的报文格式，其传播速率较快，信号延迟较小，从而保证教学信息的传输质量。
异步教学：远程教育中心制作的学习资源（视频、音频、图像、动画和文本等内容）也可以通过教学服务器传到组播服务器，以组播方式发给各成员，远程学习者可以下载到本地硬盘，进行学习。
3．IPv6组播技术应用于现代远程教育的优越性
首先，实现了流畅的网络实时教学。由于IPv6改变了原有的数据传输和报文分割方式，使得在相同的网络带宽上可以运行更多的数据，从而使得视频、音频流媒体能够在普
通网络中传输，这就使得网络教育从单向交流转向双向互动。而组播可以大大节省网络带宽，在整个网络的任何一条链路上只传送单一的数据包，减少了主干网出现拥塞的可能性。
其次，教学资源更加丰富。利用IPv6组播对流媒体支持的优化，远程教育可以提供除简单课件外更加丰富的多媒体信息，为学习者提供丰富多彩的学习资源。
第三，远程教育范围更加广泛。IPv6庞大的地址资源能够为世界上任何一个人提供IP地址，每个人都能接入Internet进行远程学习，这将为现代远程教育的发展提供更为广阔的空间。
四、结语
采用IPv6组播技术的现代远程教育系统能够大大减少对网络带宽的需求，可以有效提高主机与网络资源的利用效率。IPv6协议和组播技术作为目前热门的研究领域，相应的协议和标准还在不断的制订、讨论和变化中，有许多的问题还没有完全解决，如服务质量、网络阻塞、数据安全等问题。随着组播技术的不断发展完善以及越来越多的网络设备对组播技术的支持，基于IPv6组播技术的现代远程教育必定会取得更好的教学效果。
