网络层组播在流媒体直播系统中地研究与实现

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1、http://www.paper.edu.cn1网络层组播在流媒体直播系统中的研究与实现1，211王树辉，林予松，王宗敏1.郑州大学省信息网络重点学科开放实验室，郑州(450052)2.郑州大学信息工程学院计算机系，郑州（450052)E-mail:wangshuhui_zzu@126.com摘要：组播可以有效实现多点之间通信，如何利用网络层组播技术实现流媒体直播系统，是当前的研究热点之一。本文基于MixCast模型，提出并实现了一种新的基于网络层的安全组播模型。并且针对当前组管理协议IGMP不提供接入控制,任何端点用户可自由地加入组播

2、组，缺乏安全控制问题提出了依靠应用层单播对接收者认证，提出一种解决网络层组播的安全性问题和可控性问题的方法。实验结果表明本系统具有良好安全通信效率和可控性。关键词：网络层组播；组播安全；流媒体；应用层组播中图分类号：TP393文献标识码：A1.引言[1]网络技术和多媒体技术的发展，促进了通信技术的综合化、数字化、智能化和个人化的发展，使得在单一的网络平台上实现语音、数据、图像等多种业务成为可能。有许多Internet[2]的视频应用需要在Internet网络上直播，如现场直播、远程教育、视频点播、视频会议等直播业务，它们都要求让大范围的

3、观众观看高质量的节目，像看电视直播一样来满足观众的需求。在计算机网络上传输多媒体已经成为了当前计算机通信技术和多媒体技术研究的前沿课题，如何使得实时多媒体信息在网络上更高效的传输成为当前多媒体技术和计算机通信技[3]术的一个研究热点。目前的流媒体直播系统的通信方式有单播、网络层组播和应用层组播。单播通信是一种点对点的通信方式。在一对多的通信需求下，每个报文都被重复传递多次，当接收主机数目增多之后，由于受到服务器处理能力和网络带宽的限制，无法支持大规模的接收用户。网络层组播在满足一对一和一对多的通信场合下，数据流在每条分支上只需传播一次，

4、能够大大地节省服务器资源和网络带宽，但同时也需要路由器的支持。应用层组播在主机之间构造转发树，通过主机之间的单播进行数据传递，易于部署，缺点是可靠性差，不稳定。[4]针对现有的流媒体直播系统的数据传输方式的问题，文献给出了MixCast通信模型。MixCast是一种新型的混合了单播和组播的组通信模型，其核心思想是在域间使用单播通信，域内使用组播通信，域间通过应用层组播技术构造的转发树进行数据转发，域内数据使用网[5]络层组播技术进行数据分发，以满足大规模用户的实时数据分发要求。本文针对MixCast通信思想，在域内给出网络层组播流媒体直

5、播系统的设计和实现，提出一种解决网络层组播[6]的安全性问题的一种方案。2.系统架构MixCast系统是一个支持大规模用户的流媒体解决方案，系统采用二级转发结构，第一级是在域间进行数据转发，第二级是在域内进行转发，如图1所示。1本课题得到国家下一代互联网示范工程研究开发、产业化及应用试验项目（CNGI-04-13-2T）的资助。-1-http://www.paper.edu.cn图1MixCast模型本文主要研究域内网络层组播的实现方法,如图2所示。MP组播区域1MPMDPMPMDPMPMPMPMPMPMPMP图2域内网络层转发模型在每

6、个域内，都有一个节点服务器充当该域的MixCast数据代理MDP（MixCastDataProxy），客户端用MP（MixCastPeer）表示，来自数据源的数据首先沿着第一级数据转发树将流媒体数据转发给域内的每一个MDP，MDP采用主动部署的方式，只要一个MDP加入MixCast之后，无论其域内是否有接收者都不允许其主动离开，以增强MDP的可靠性；然后域内的MDP再负责将流媒体数据用网络层组播方式转发到域内的每一个接收者。3.系统的设计和实现3.1系统总体框架整个系统分为组播安全控制模块，消息处理模块，组播数据转发模块，流媒体控制模块

7、等。本文简要介绍各个模块的功能如下：-2-http://www.paper.edu.cn图3系统模块设计图3.2消息处理模块由于MDP既是域间各MDP的转发者，又是域内网络的管理者和数据发送者的多重身份，具有特殊的权限。而普通MP跟传统意义上的客户端一样，它没有特殊功能，权限也受了较大的限制。MDP设置安全审查策略ACL（AccessControlList），负责审核域内MP的身份验证，只有通过MDP验证的才可以申请加入组播组。MDP维护域内各MP节点的状态信息，IP地址等资源，体现了系统的可控性。MDP的组播组是不对外公开的，只有通过

8、身份验证的MP用户才能得到MDP发送给的组播地址和端口号等信息。因此，这里有两类消息：MP向MDP发出的加入请求消息和MDP验证应答的确认消息，以及通过身份验证的MP发出的加入组播消息和MDP的确认消息，我