（通信与信息系统专业论文）基于宽带网络的视频点播系统的优化探讨.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 随着科技的迅速发展和宽带网络的不断延伸，使用视频点播的用户数量正在 以每年3 0 的速度增长，这使得原有v o d 系统的用户负载、服务器安全性和稳定性 等各项性能均不能满足日益增长的用户需求。但是，在不增加较大投资的情况下， 如何在原有v o d 系统基础上通过资源优化，为同益增加的用户提供高质量的服务， 将直接影响到v o d 的应用和推广。 基于上述情况，本文立足现有系统的软、硬件条件，查阅v o d 系统关键技术， 结合宽带网络理论知识，提出了优化基于宽带网络的v o d 系统的想法，分析了目 前宽带城域网和v o d 系统存在问题。 1 、服务器各自独立工作，隐患较大。 2 、服务器内容没有备份。 3 、服务器之间负载不均衡。 4 、用户识别软件存在安全隐患，恶意用户容易侵入系统； 5 、由于双环型网络的结构不合理性造成网络稳定的隐患。 6 、集中式v o d 分布，容易造成整个网络的负载均衡隐患。 7 、整体网络安全性隐患较大，防恶意攻击的能力较差。 8 、由于大量外网用户的访问，导致内网压力过大。 针对上述问题，从服务器端和网络端两个方而入手，从负载均衡、网络安全、 q o s 等多个角度对原有v o d 系统实施了优化，并对双星形网络结构改造和分命式网 络等问题的具体实施方案进行了说明。 第一、通过利用系统集群、组播、m d 5 、关键词过滤等技术对服务器进行优化， 使得系统服务质量得到提高，服务器的稳定性和安全性得到提升，系统负载承受 能力得到加强。 第二、构建基于双星形拓朴结构网络的分布式v o d 系统，使得网络结构更加 合理；利用i c m p 包过滤、屏蔽网络扫描和屏蔽典型网络病毒使用的端口和协议， 2 山东大学硕士学位论文 提高网络安全；并按照用户消费习惯对特定用户群实施差异服务以提高服务质量。 通过实施改造，解决了目前v o d 系统存在的八个问题。优化后的v o d 系统始终在 最佳状态运行，为日益增多的用户，提供着安全、稳定、高效的不间断高质量服务。 关键词：视频点播；宽带；系统集群技术；关键词过滤；组播技术 山东大学硕士学位论文 a b s t r a ct w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g ya n db r o a d b a n dn e t w o r k s c o n t i n u et oe x t e n d ，t h eu s e r so fv i d e o o n d e m a n dg r o wa tar a t eo f3 0 p e ry e a r , i t m a k e st h eo r i g i n a lv o ds y s t e mo v e r l o a d e d ，s e r v e rs e c u r i t ya n ds t a b i l i t ya n do t h e r p r o p e r t i e sc a nn o tm e e tt h eg r o w i n gn e e d so ft h eu s e r s h o wt om a k et h ee x i s t i n gv o d s y s t e mb a s e do nr e s o u r c eo p t i m i z a t i o n f o rt h eg r o w i n gn u m b e ro fu s e r sw i t h h i 曲一q u a l i t ys e r v i c e sw i t h o u tag r e a t e ri n c r e a s ei ni n v e s t m e n tw i l ld i r e c t l ya f f e c tt h e a p p l i c a t i o na n dp r o m o t i o no fv o d a g a i n s tt h i sb a c k g r o u n d ，t h i sp a p e r , b a s e do nt h ee x i s t i n gs y s t e ms o f t w a r ea n d h a r d w a r e ，a c c e s st ok e yt e c h n o l o g i e so fv o ds y s t e m ，c o m b i n e dw i t hb r o a d b a n d n e t w o r kt h e o r yo fk n o w l e d g e ，b r i n go u ta ni d e ao fb r o a d b a n dn e t w o r ko p t i m i z a t i o no f t h ev o ds y s t e ma n dg i v ea na n a l y s i so ft h ec u r r e n tb r o a d b a n dm a na n dv o d s y s t e m p r o b l e m s 11s e r v e r sw o r ks e p a r a t e l y , i t sa b i gh i d d e nt r o u b l e 2 ) n ob a c k u pf o rs e r v e rc o n t e n t 3 ) u n b a l a n c e db e t w e e ns e r v e r s 4 ) at h r e a t e no nu s e rr e c o g n i t i o ns o f t w a r e ，t h es y s t e mi se a s i l yb ec r a c k e d 5 ) t h ed o u b l el o o pn e t w o r kc a u s et h ei r r a t i o n a ls t r u c t u r eo ft h en e t w o r ks t a b i l i t y p r o b l e m s 6 ) c e n t r a l i z e dd i s t r i b u t i o no fv o d ，e a s i l yc a u s eal o a db a l a n c i n gr i s ko ft h ew h o l e n e t w o r k 7 ) t h ep o o ra n t i m a l i c i o u sa t t a c k sa b i l i t yc a u s e st h eo v e r a l lr i s ko fal a r g e r n e t w o r ks e c u r i t y 8 ) al a r g en u m b e ro f u s e r so u t s i d et h en e t w o r ka c c e s s i n gr e s u l t i n gap r e s s u r e i nr e s p o n s et ot h e s ei s s u e s ，t h i sp r o j e c te x p l o d ei ns e r v e r n e t w o r kp o i n t ，o p t i m i z e d t h ep r e v i o u sv o d s y s t e mw i t hl o a db a l a n c i n g ，n e t w o r ks e c u r i t y q o s ，e t c a n da l s o g i v ead e t a i lo nt r a n s f o r m a t i o no fd o u b l es t a r - s h a p e ds t r u c t u r ea n dd i s t r i b u t e dn e t w o r k t h ef i r s t l y , i to p t i m i z e dt h es e v e rt h r o u g hi n t e r g r a t e ds y s t e m ，m u l t i c a s t ，m d 5 ，k e y w o r d sf i l t e re t c ，w h i c hw i l li m p r o v eq u i l i t yo fs y s t e ms e r v i c e ，s t a b l i t ya n ds e c u r i t yo f 3 山东大学硕士学位论文 s e v e r , l o a d b e a r i n gc a p a c i t y t h es e c o n d l y , d o u b l es t a r - s h a p e ds 仃u c t u r em a k e sn e t w o r ks t r u c t u r em o r e s u i t a b l e t h ep o r ta n dp r o t o c o lb yi c m pp a c kf i l t e r , s h i e l dn e t w o r ks c a n n i n ga n ds h i e l d t y p i c a ln e t w o r kv i r u st h a tc a ni m p r o v es e c u r i t yo fn e t w o r ka n dq u a l i t yo fs e r v i c eb y d i f f e r e n ts e r v i c eo fc o n s u m e r su s a g e t h r o u g hi m p l e m e n t a t i o na n dr e c o n s t r u c t i o n ，t h i sp r o j e c ts o l v e de i g h te x i s t e d p r o b l e m so fp r e s e n tv o ds y s t e m t h eo p t i m i z e dv o ds y s t e mw i l lg oo nw i t hb e s ts t a t e ， w h i c hc a np r o v i d es e c u r e ，s t a b l e ，e f f e c t i v es e r v i c ef o rm o r eu s e r s k e yw o r d s ：v o d ；b r o a d b a n dn e t w o r k s ； f i l t e r ；m u l t i c a s t 4 c l u s t e rt e c h n o l o g ys y s t e m ；k e y w o r d s 山东大学硕士学位论文 a b r a d s l a s a s p a t m b g p b g p 4 b s r c b t c b w f q c d m a l x c d n c g m p c o s d n s d s c p d v m r p d w d m e g p f d d i f e f r p f r t x g e g m r p g p r s h f c h t t p i o i c m p i e e e i g m p i p l a n l d l l s m d 5 m d r r m o s p f m p l s m i 盯g 英文缩略语 a r e ab o r d e rr o u t e r a s y m m e t r i c a ld i 百t a ls u b s 甜b e rl o o p a u t o n o m o u ss y s t e m a c t i v es e r v i c ep a g e a s y n c h r o n o u st h n s f e rm o d e b o r d e rg a t e w a yp r o t o c o l b o o ts t r a pr o u t e r c o r eb a s e dt 诧e c l a s s b a s e dw e i g h t e df a i rq u e u i n g c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s si x c o n t e n td e l i v e r yn e t w o r k c i s c og r o u pm e m b e r s h i pp r o t o c o l c l a s so fs e r v i c e d o m a i nn a n l es y s t e m d i f f s e r vc o d ep o i n t d i s t a n c ev e c t o rm u l t i c a s tr o u t i n gp r o t o c o l d e n s ew a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g e x t e r i o rg a t e w a yp r o t o c o l f i b e rd i s t r i b u t e dd a t ai n t e r f a c e f a s te t h e m e t f i l et r a n s f e rp r o t o c o l f i b e r t ot h ex ge t h e m e t g r o u pm u l t i c a s tr e g i s t r a t i o np r o t o c o l g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e h y b r i df i b e rc o a x h y p e r t e x tt r a u s f e rp r o t o c o l i n p u t o u t p u t i n t e r n e tc o n t r o lm e s s a g e sp r o t o c o l i n s t i t u t eo fe l e c t r i c a la n de l e c t r o n i c se n g i n e e r s i n t e r n e tg r o u pm a n a g e m e n tp r o t o c o l i n t e r n e tp r o t o c o l l o c a la r e an e t w o r k l a s e rd i s c l i n e a rl e a s ts q u a r e s m e s s a g e - d i g e s ta l g o r i t h m5 m o d i f i e dd e f i c i tr o u n dr o b i n m u l t i c a s to p e ns h o r t e s tp a t hf i r s t m u l t ip r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g m u l t ir o u t e rt h f f i cg r a p h e r 区域边界路由器 非对称数字用户线 自治系统 动态服务网页 异步转移模式 边界网关协议 白举路由器 基于核心树的组播协议 基于类的加权公平排队 码分多址1 x 内容分发网络 c i s c o 组成员协议 服务分类 域名系统 区分服务代码点 距离向量组播路由协议 密集波分复用 外部网关协议 光纤分布式数据接口 快速以太网接口 文什传输协议 光纤接入方式 千兆以太网接口 组播注册协议 通州分组无线业务 混合光纤同轴电缆 超文本传输协议 输入输出 网间控制报文协议 电气和电子j i j 程师协会 互联网组管理协议 网际协议 局域网 激光视柱 线性最小二乘法 信息一摘要算法 改进型分布式循环 组 前开放最短路径优先协议 多协议标签交换 多路由传输记录 5 山东大学硕士学位论文 n l s 0 s p f p h b p i m p i m d m p i m s m p o s p q q o s r e d r i b r i p i 强 r s v p r t c p r t p r t s p s d h s m d s t c p t e t t l u d p ，a n v o d v o i p v p n w a n w d m w f q w r e d x d s l 6 n o n 1 i n e a rl e a s ts q u a r e s o p e ns h o r t e s tp a t hf i 娼t p e r - h o p b e h a v i o r p r o t o c 0 1 i n d e p e n d e n tm u t i c a a t p r o t o c 0 1 i n d e p e n d e n tm u l t i c a s t d e n s em o d e p r o t o c o l - i n d e p e n d e n tm u l t i c a s t s p a r s em o d e p a c k e to v e rs d h p r i o r i t yq u e u e s q u a l i t yo fs e r v i c e r a n d o m l ye a r l yd i s c a r d r o u t ei n f o r m a t i o nb a s e r o u t ei n f o r m a t i o np r o t o c o l r e n d e z v o u sp o i n t r e s o u r c er e s e r v a t i o np r o t o c o l r e a l t i m et r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c o l r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c o l r e a l - t i m et r a n s p o r ts t r e a m i n gp r o t o c o l s y n c h r o n o u sd i 西t a lh i e r a r c h y s w i t c h e dm u l t i m e g a b i td a t as e r v i c e t h n s f e rc o n t r o lp r o t o c o l t r a 筋ce n g i n e e r i n g t i m e t ol i v e u 8 e rd a t a g r a mp r o t o c o l v i r t u a ll o c a la r e an e t w o r k v i d e oo n d e m a n d v o i c eo v e ri n t e m e tp r o t o c o l v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k w i d ea r e an e t w o r k w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x e r w e i g h t e df a i rq u e u i n g w e i g h t e dr a n d o m l ye a r l yd i s c a r d xd i g i t a ls u b s c r i b e rl o o p 非线性最t b - - - - 乘法 开放最短路径优先 每跳行为 协议无关组播 密集模式独立组播协议 稀疏模式独立协议 s d h 上直接传输分组 优先队列 服务质量 随机早期检测 组播路由信息库 路由信息协议 汇聚点 带宽预留协议 实时传输控制协议 实时传输协议 实时流协议 同步数字体系 交换式多兆位数据服务 传输控制协议 流量i ：程 生存时间 用户数据报协议 虚拟局域网 交互式多媒体视频点播 由i p 网络传送话音技术 虚拟专用网络 广域网 波分复用 加权公平排队 加权随机甲明检测 x 数字川户线 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 日 期：型垄z 堂 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在 论文作者签名： 孑i o 7 1 0 山东大学硕士学位论文 第一章引言 近年来，宽带网络的兴起给传统的网络带来了巨大的变革，宽带网络的迅猛发 展，必将给我们的工作和生活带来巨大的变化，宽带网络代表了网络发展的未来 方向，我们将进入一个全新的宽带网络时代。 尽管我国宽带网建设起步较迟，但发展非常迅速。自1 9 9 9 年中国宽带网络开 始建设，到2 0 0 7 年底，据中国互联网络发展状况统计报告统计中国宽带接入 网民总人数已经达到1 6 3 亿人。 宽带网络的发展为中国的电信业发展提供了最为广阔的舞台。中国电信、中国 联通和中国网通等各大电信运营商以及广电已在这个广阔的舞台上展开了一场战 略角逐，都己经建成全国性宽带骨干网。在信息化大潮的带动下，各地的宽带网 建设也进行得如火如荼，北京、上海、天津、重庆、广州、深圳、南京、成都、 济南等大中型城市也相继建成当地宽带城域网。 可以说，宽带在通信、商务、娱乐等领域催生了一个庞大的新的发展空问和美 好的前景，而最能体现宽带网络优势的是宽带网络所能支撑的多媒体业务。多媒 体业务研究与发展已有多年，但其得到充分发挥是在在宽带兴起之后。但目前， 各种多媒体业务的发展又由于受到宽带网络发展的限制而存在诸多问题。随着我 国互联网业务的高速发展，原有的单机v o d 系统面临着严峻的考验，一方面互联网 用户数量以惊人的速度发展，网络的规模不断扩大，引起的网络质量问题趋于多 样化和复杂化，仅仅依靠原有的单机v o d 系统已经不能为越来越多的用户提供高质 量的视频点播服务；另一方面随着市场竞争的加剧和用户对服务质量要求的提高， 如何使v o d 系统始终在最佳状态运行，为用户安全提供不问断的高质量服务已成为 现在面临的最关键问题。 随着v o d 技术、宽带网络建设、以及多媒体通信技术的不断发展，三网合一r 见端倪，信息家电的号角将越吹越响，v o d 也将得到更为广泛的应用。如何在原有 v o d 系统基础上通过资源优化能够为同益增加的用户提供高质量的服务，将直接影 响到v o d 的应用和推广。针对这些问题，本文提出了优化宽带网络v o d 业务服务平 台的想法，分析了目前宽带城域网、v o d 系统网络现状和问题，针对问题从服务器 端和网络端两个方面入手，从网络安全、负载均衡、q o s 等多个角度对v o d 系统实 7 山东大学硕士学位论文 施优化并对整体结构合分布式网络等问题作了初步尝试。 1 1 宽带网络概述 1 1 1 宽带网络概念 什么是宽带网络昵? 通常人们把骨干网传输速率在2 5 g 以上，接入网能够达 到1 m 以上的网络定义为宽带网络。而所谓的“宽带”，是指在网络上的同一传输 介质上，以不同的频率进行多重的并行传输，使用户保持在一个高速接入i n t e n e t 的状态。目前常见的宽带技术主要有x d s l 、h f c 等等。 宽带网络将使往r 互联网的梦想变为现实，宽带网络时代也意味着真正数字化 生活时代的到来。只有进入宽带网络时代才有可能真正实现家电信息化、联网设 备多样化等。 1 1 2 宽带网络的发展现状 目前，宽带互联网的主要形式是中国网通和中国电信的a d s l 、f t t x + l a n 、c a b l e m o d e m 以及基于g p r s c d m a l x 等网络接入方式所占市场份额相对较小，但也呈现出 快速发展的状态。 互联网网络能力持续提升。近年来，中国电信、中国网通等互联网单位为支撑 中国互联网发展不断加大投入，对骨干网进行了多次扩容和升级，而且加大对新 技术、新业务的试验力度，打造出容量充足，功能齐全，能满足语音、视频、数 据业务承载要求且具备差异化服务能力的综合承载网络，为新兴的互联网应用及 向下一代互联网转型打下了坚实的基础。 互联网从业主体规模f 断壮大。据不完全统计，截至0 7 年上半年，提供互联 网相关服务的企业数量超过2 万1 千家。在互联网综合服务领域，中国电信、中 国网通、中国移动、中国联通等基础运营企业充分发挥了主力军的作用；在信息 服务领域，门户网站逐步脱颖而出，行业网站也开始大量涌现。我国互联网产业 已初步形成以基础电信运营企业为主体，以综合性门户网站和各专业网站为辅助 的，层次清晰，相互支撑，相互促进的发展格局。 中国的宽带网民数量增长迅速。2 0 0 7 年1 2 月的宽带网民数已经达到1 6 3 亿， 占网民总体的7 7 6 ，比2 0 0 7 年6 月增加了4 0 9 4 万人，比2 0 0 6 年1 2 月的1 0 4 山东大学硕士学位论文 亿增加了5 9 3 8 ) j - 人。宽带的快速发展是众多互联网应用快速扩大发展的基础。体 现互联网娱乐作用的网络音乐、网络影视、网络游戏等在网络应用排名靠前，中 国互联网市场娱乐功能占主体地位。2 0 0 7 年中国网络影视发展速度较快。目前网 络影视观看比例达到7 6 9 ，1 6 亿人曾经通过网络欣赏过影视节目。社会发展的 多种因素造成了网络影视的迅猛发展。宽带点播的普及，视频网站的兴起都是网 络影视扩散的动因。 1 1 3 宽带网络的特点 宽带网络具有如下几个特点： 1 、传输速率高 每个用户的最大速率都远远大于5 6 km o d e m ，一般提供1 0 0 m 到大楼，i o m 到桌 面的高速接入。这样，解决了全网及用户端的网络带宽瓶颈，有效地保证了图像、 声音、数据传送的清晰度和连贯性，无论是通过电子邮件收发大型文件还是下载 图像或软件均可在瞬间完成。 2 、费用相对低 一方面高速的连接节约了大量网上等待时间，使上网费用大大降低。另一方面， 宽带接入技术都不通过传统的电话网络交换机，不存在占用电话线的问题，无需 交纳电话费，进一步减少了用户的上网费用。 3 、内容较为丰富 宽带网络彳同于传统网络的地方，更多的体现在宽带所支撑的宽带内容所具有 的丰富性。宽带网络的高速连接使得视频点播，远程教育，视频电话，网上娱乐 等深层次应用成为可能，极大地丰富了互联网的应用。 4 、传媒手段的多样性 宽带网普及之前，网上传递的内容基本上还是双媒体，即文字加图形。宽带网 将运用文字、图形、图片、动画、声音和图象等各种传媒手段向用户提供丰富多 彩的内容。届时，现在网站上那些铺天盖地的文字将逐渐减少，而通过音频和视 频工具提供的服务将占主导地位。 5 、互动性增强 互联网的本质是互动，没有互动或者没有充分发挥互动功能的服务不是或者基 本不是互联网的服务。过去由于带宽的限制和技术开发的滞后，大多数服务的互 9 山东大学硕士学位论文 动性很差。随着带宽的增加，制约互动性发挥的瓶颈将基本消除，以互动为核心 的各种服务也将成为互联网服务的主流。 6 、网络服务的人性化 目前的网络服务方式有些笨拙、缺乏人性化。网络服务的非人性化阻碍着自身 的发展和赢利能力。而网络技术的成熟和网络服务经验的积累再加上带宽的增加 则为网络人性化服务提供了条件。以多媒体虚拟城市和社区为基本服务空间，以 拟人化的互动为基本服务形式的宽带网络服务正在逐步成形。在不久的将来，人 们可以用日常生活中所熟知的行为常识享受通过网络所提供的各种真实服务。 1 1 4 宽带i p 城域网的结构层次 宽带i p 城域网的网络层次可根据运营、管理等因素确定为核心层、汇聚层和 接入层三层( 图卜1 ) 。 高+ 瀚搦 业务和管理中心。 一1 一r i 一i 一一 ii ii 一 ： l ： i 。 l i- i l i i 核心层 ， t ， 汇聚层 ， ， ， f 一一一- 。 接入层 鼬节点【】燃黜点 接入层节点 图1 - 1 宽带i p 城域网的网络层次 核心层的作用是把多个边缘汇聚层连接起来，为汇聚层网络提供数据的高速转 发，同时实现与骨干网的互联，提供城市的高速i p 数据出口。汇聚层的作用是完 l o ， ；， !i 山东大学硕士学位论文 成本地业务的区域汇接，进行带宽和业务汇聚、收敛及分发，并进行用户管理， 通过识别定位用户实现基于用户的访问控制和带宽许可，以及提供安全保证和灵 活的计费方式。各汇聚层之间通过核心层实现互连。在城域网建设初期，若业务 量不大，核心层节点和汇聚层节点可以合为一体，随着业务需求的不断增长，再 分开设置，大型城域网根据业务发展情况可将汇聚层可以分为城域汇聚层和区域 汇聚层。城域网接入层节点可直接接入汇聚层。接入层通过各种接入技术和线路 资源实现对用户的覆盖，并提供多业务的用户接入，必要时配合完成用户流量控 制功能。为降低维护及管理成本，综合接入层应考虑与汇聚层统一实施业务和设 备管理。 接入层有3 种接入方式：a d s l 、c a b l em o d e m 和以太网技术。第一种方式是对 传统电话线进行改造，实现宽带接入：第二种是利用现有的有线电视网，用户需 要增加一个有线调制解调器；第三种则是重新铺设线路，光纤到楼，双绞线入户， 为用户提供独享带宽。目前，一般多采用以太网技术实现社区宽带网接入。 1 2v o d 概述 1 2 1 什么是v o d 什么是v o d 呢? 简单来说，v o d _ - v i d e oo nd e m a n d 即交互式多媒体视频点 播，是可以传送到播放电影和电视节目的电视屏幕、音响系统等的专门装置，其 主要应用是为家庭用户提供电影及电视节目。大多数网络及有线电视供应者力求 增加其信道数量，这样可以为用户增添更多的选择，而不只是传统的新闻和娱乐 节目。通过v o d 系统，人们足不出户便可观赏最流行的影视节目，查询众多服务 信息，进行网上购物，了解最新财经动念，欣赏高品质多媒体视频信息，尽享全 方位多功能的信息服务。 v o d 是随着计算机技术和网络通讯技术的发展，综合了计算机技术、通汛技术、 电视技术而迅速新兴的一门综合性技术。它利用了网络和视频技术的优势，彻底 改变了过去收看节目的被动方式，实现了节目的按需收看和任意播放，集动态影 视图像、静态图片、声音、文字等信息为一体，为用户提供实时、交互、按需点 播服务的系统。 与传统的电视相比，v o d 业务除了可以实现“想看什么就看什么，想什么时候 山东大学硕士学位论文 看就什么时候看之外，它还可以根据用户需要任意选择信息，并对信息进行相 应的控制，如在播出过程中留言、发表评论等，从而加强交互性，增加了用户与 节目之间的交流。v o d 可以在网络教育、图书馆、企业培训、媒体娱乐等多方面得 到应用。随着多媒体通信技术的发展和因特网及宽带数据通信网络等信息基础设 施的建设，视频点播将会与人们的生活紧密相关：在家中可以通过它随心所欲地 收看自己想看的节目，变被动为主动；在图书馆旱可以查找多媒体资料；在网络 教学中点播多媒体课件可以达到最好的教学效果，并使学生利用课件点播更好地 进行预习、复习，提高教学效率总之，它会改变我们的生活和学习方式，影 响我们的未来。 网络技术的发展正在对传统的远程通信领域产生着深远的影响，电视、电话 和电脑分别在各自的专用网络上拓宽服务范围，寻求新的经济增长点。电视电话 会议、网上购物、远程教学等早已不再是新鲜事物。在众多的应用中，视频点播 ( v o d ) 是独具特色的一种，同时它也是其他许多服务得以实现的基础。 1 2 2v 0 1 ) 系统的应用领域 v o d 在许多领域都具有广阔的应用前景。 1 、影视点播 影视点播应用于宾馆饭店、住宅小区等，用户可任意点播自己喜欢的影视节目。 2 、教育和培训 教育和培训应用于校园网和多媒体教室、远程教学、企业内部培训和远程医 疗等。例如，教师备课时可通过微机终端及时地提取备课及教学资料，同时，在 课掌上也可以为学生进行动态直观的演示，增强学生的记忆力和理解能力。 3 、多媒体信息发布 多媒体信息发布应用于电子图书馆、政府企业等。例如，企事业单位可通过 此系统调用以往会议的视频资料，负责人也可以通过系统发表讲话，系统会通过 网络将信息实时的传送到下端的各个部门，为企事业单位节省大量宝贵的时间。 4 、交互式多媒体展示 交互式多媒体展示应用于机场、火车站、影剧院、展览馆、博物馆、广告业、 商场、百货公司等。 1 2 山东大学硕士学位论文 1 2 3v o d 的系统组成 目前，v o d 系统一般是由三部分组成的。 l 、服务端系统 服务端系统由服务器媒体服务模块、服务器应用服务模块、服务器管理模块、 基于w e b 的管理系统和节目制作系统等几个子系统和网络接口组成。媒体服务模 块提供多媒体和服务信息；服务器应用服务模块可以接受用户请求，下载各种用 户终端应用，完成与用户终端的交互工作；服务器管理模块负责整个系统的运行， 记录有关信息；基于w e b 的管理系统能够保障管理员在任何位置、通过任何终端 经认证后对系统进行管理；节目制作系统是指用户直接将v c d 、d v d 节目加载到视 频服务器中或通过系统将录像带、l d 等存储介质中的模拟视频节目加载到视频库 中。网络接口主要实现与外部网络的数据交换和提供用户访问的接口。 2 、网络系统 网络系统包括城域网和接入网两部分。因为它负责视频信息流的实时传输， 所以是影响连续媒体网络服务系统性能极为关键的部分。同时，媒体服务系统的 网络部分投资巨大，故而在设计时不仅要考虑当前的媒体应用对高带宽的需求， 而且还要考虑将来发展的需要和向后的兼容性。当前，可用于建立这种服务系统 的网络物理介质主要是：光纤和双绞线。而采用的网络技术主要是：快速以太网、 f d d i 和a t m 技术等。 3 、客户端系统 客户端系统可以用个人计算机、专用机顶盒来实现。对性能较高的个人计算 机完全可以通过装载软件米实现，对于性能较低的个人计算机可以通过解压卡末 完成解码。使用专用的机顶盒可以配合电视来收看。 1 3 课题的提出 目前基于宽带网络v o d 系统是从在2 0 0 1 年9 月开始组建。最初用户较少，使 用3 台曙光2 u 机架式服务器，每台仅能支持六十人左右同时在线( 每个流媒体文 件f 常流量为4 5 0 k s ) 。从2 0 0 3 年5 月至2 0 0 4 年1 月先后购置浪潮英信n f l 8 0 服 务器、d e l l1 7 5 0 服务器，系统逐渐发展为可同时为3 0 0 0 用户提供服务。但是由 于互联网客户的迅速增加( 0 7 年用户总量已经达到7 0 0 0 0 户) ，使得平台的用户接 山东大学硕士学位论文 入能力无法满足迅速增长的用户需求，从而造成了服务器的工作不稳定，急需扩 容。又因为一些客观原因，对现有的视频点播平台不可能大规模投资扩容，因此 本着充分利旧，利用成熟技术提高现有平台的稳定性和安全性，成为本论文所围 绕的课题，同时面对用户服务差别，针对现有的商务客户和公众客户对原有网络 实施差别服务是本文讨论的又一课题。本文拟定的优化指标是通过网络结构和系 统集成以及加密技术，使得系统负载能力有较大幅度的提高，防御恶意攻击的能 力要有相应的提高，同时针对热门节目进行组播改造，将提高用户的访问质量， 并降低网络资源的重复占用，同时在此基础上的投资尽量压缩。 1 4 论文内容安排 文章包括以下六章： 第一章介绍宽带网络和视频点播的基本概念。 第二章介绍v o d 平台中需要涉及到的主要技术。 第三章从网络端、服务器端两个角度仔细分析了目前运行的视频点播系统和 宽带网络的特点，对存在的网络安全性、网络负载合理分配和服务器在极端情况 下稳定性问题以及网络服务质量保证等三方面问题进行了深入剖析。 第四章针对第三章的问题提出了服务器端和网络端的优化方案，并进行了具 体的实施操作，对不具备条件的优化措施也提出了解决方案。 第五章对优化方案实施结果分别进行数据测试。 第六章对课题研究进行了总结，并对课题未来的研究方向作出了展望。 1 4 山东大学硕士学位论文 第二章v o d 系统关键技术 v o d 平台中需要涉及到的技术包括协议和组播、集群、加密、c d n 等，本章将 分别讨论这些技术。 2 1 相关协议 2 1 1 边界网关协议b g p b g p 4 边界网关协议( b g p ) 是运行于t c p 上的一种自治系统的路由协议。b g p 是 唯一用来处理像因特网大小的网络的协议，也是唯一能够妥善处理好不相关路由 域问的多路连接的协议。b g p 构建在e g p 的经验之上。b g p 系统的主要功能是 和其他的b g p 系统交换网络可达信息。网络可达信息包括列出的自治系统( a s ) 的信息。这些信息有效地构造了a s 互联的拓朴图并由此清除了路由环路，同时在 a s 级别上可实施策略决策。 b g p - 4 提供了一套新的机制以支持无类域问路由。这些机制包括支持网络前缀 的通告、取消b g p 网络中“类”的概念。b g p 一4 也引入机制支持路由聚合，包括a s 路径的集合。这些改变为提议的过网方案提供了支持。 协议结构如图所示，m a r k e r 信息包含信息接收端可预测值；l e n g t h 包含协议 头的信息长度；t y p e 代表信息类型，信息可能是：o p e n 、u p d a t e 、n o t i f i c a t i o n 、 k e e p a li v e ，传输协议连接建立之后，各端发送的第一个信息是o p e n 信息，如果 o p e n 信息可以接收，会返回发送确认o p e n 信息的k e e p a l i v e 信息。一旦o p e n 信息获得确认，u p d a t e 、k e e p a l i v e 和n o t f i c a t i o n 信息进行相互交换。 2 1 2 实时传输协议r t p 图2 - 1b g p - 4 协议结构 r t p 是用于i n t e r n e t 上针对多媒体数据流的一种传输协议。r t p 被定义为 在一对一或一对多的传输情况下工作，与传统的具有间断性和爆发性的网络数据 山东大学硕士学位论文 相比，多媒体数据是由对时延极敏感的恒定数据流组成的，这就出现了i e t f 的 r t p 协议，它主要用于多媒体数据流传输。数据包包头包含了序列信息，描述了 包的净载负荷性质，还包括了用于同步不同数据流的时钟信息。 2 1 3 实时传输控制协议r t c p r t c p 和r t p 一起提供流量控制和拥塞控制服务；r t p 和r t c p 配合使用，能 以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，因而特别适合传送网上的实时数 据；r t c p 允许应用软件检测和适应网络中变化的通信量，通过与r t p 集合，多 媒体应用软件能够监视网络环境参数并做适当调整；r t c p 还可以用来搜集关于 s e s s i o n 的统计信息。 2 1 4 实时流协议r t s p r t s p 定义了一对多情况下如何有效地通过i p 网络传送多媒体数据。r t s p 在体系结构上位于r t p 和r t c p 之上，它使用r t p 完成数据传输；r t s p 可以 结合r t p ，r t c p ，r s v p 等协议进行实时流媒体的传送和捌塞控制以及流媒体播 放控制。 2 1 5 带宽预留协议r s v p 由于音视频数据流比传统数据对网络的时延更敏感，要在网络中传输高质量 的音视频信息，除带宽要求之外，还需其他条件，多媒体应用软件因此需要预留 一部分网络资源来满足服务需要；r s v p 用来保留网络部分带宽以使多媒体应用在 保证服务质量的同时可以和其他应用共存；r s v p 并不是一个路山协议，而是一种 i p 网络中的信令协议，它与路由协议相结合来实现对网络传输服务质量q o s 的控 制；r s v p 是为支持因特网综合业务而提出的，是解决i p 通信中q o s 的一种技 术，用来保证端到端的实时流媒体数据畅通传输。 2 2i p 组播 2 2 1i p 组播的概念 1 6 i p 组播技术，也称多址广播或多播，是一种允许一台或多台主机一次的、同 山东大学硕士学位论文 时的发送单一数据包到多台主机的t c p i p 网络技术。组播作为一点对多点的通信， 是节省网络带宽的有效方法之一。在网络音频视频广播的应用中，当需要将一个 节点的信号传送到多个节点时，无论是采用重复点对点通信方式，还是采用广播 方式，都会严重浪费网络带宽，只有组播才是最好的选择。组播能使一个或多个