IPv6和MPTCP环境下视频直播系统的设计与实现

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目前,IPv4的地址即将耗尽,互联网正处于从IPv4向IPv6网络过渡的阶段,未来互联网应用必将从IPv4网络向IPv6网络迁移。当前越来越多的关键实时业务在网络中传输,这些业务对网络带宽、数据传输延时和抖动都有更高的要求。随着网络技术的快速发展,低延时的移动宽带网络已具备可用性,实时视频流传输也已成为可能,国内外已经涌现出一大批的视频直播平台,而且这些应用在末来几年将受到更多人们的亲睐,网络用户需求会巨增。这种需求的巨增意味着对网络带宽、时延、鲁棒性等服务质量的要求就越高,而且,目前大多数网络应用都基于IPv4网络,且只能通过TCP协议进行单路径传输。因此,本文设计了一个基于IPv6和MPTCP环境下能实现多路径传输的视频直播平台。该平台能用于IPv6网络环境中,利用 MPTCP+IPv6的模式通过多路径传输技术来解决当今网络存在的负载均衡、延时及网络的鲁棒性问题。本课题在研究网络层的IPv6、传输层的MPTCP技术、流媒体技术以及网络编程技术的基础上,阐述了 IPv4向IPv6的转换技术。并通过分析和比较IPv4和IPv6 Socket API的差异,提出了一种将网络应用系统从IPv4网络环境向IPv4/IPv6双栈式网络环境移植的解决方案。并按照该解决方案对开源的流媒体服务器软件SRS(Simple RTMP Server)进行重构,使原来只支持IPv4网络环境的SRS系统能支持IPv4/IPv6双栈式网络环境。最后利用MPTCP技术搭建的多路径传输测试平台,结合重构后的SRS系统和FFmpeg工具,构建了 IPv6和MPTCP环境下能实现多路径传输的视频直播平台,并成功地部署到了 NorNet国际测试床上。同时设计了几种测试场景,对该IPv6和MPTCP环境下的视频直播平台进行系统测试和性能分析,验证其是否具有良好的性能,满足用户需求。最终通过在本地局域网构建的小型多路径测试平台和NorNet大规模国际测试床上对该视频直播平台的系统测试和性能分析,有效证明了该IPv6和MPTCP环境下的视频直播平台的良好性能,验证了 IPv6、MPTCP及RTMP三者的完美结合的可用性和有效性,具有重要的现实意义及实践意义。并为开发基于IPv6和MPTCP协议的下一代互联网应用提供了一个有效的范例,作为实例验证了以下重要事实:(1)MPTCP和IPv6协议良好的兼容性;(2)MPTCP能通过多路径并发传输实现负载均衡;(3)MPTCP能通过网络冗余提供良好的稳健性,实现了无缝切换。
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