基于P2P流媒体技术的远程网络教学系统的研究与设
The Research and Realization of Network Teaching System Based on P2P and Streaming Media Technology PAN Hui-ping
(zhaoqing Business and Technology College, Zhaoqing 526060, China)
: P2P streaming technology is based on the P2P network structure, application of RTPReal-time Transport Protocol, to take the download while playing side, point-to-point play audio and video network video technology. In this paper, the research is based on the needs of the advantages of P2P streaming and distance learning system, based P2P streaming media technology, the use of remote network
teaching system solutions.
伴随着计算机网络技术应用的发展，人们在日常生活、工作
生活以及个人学习中，对网络技术的使用越来越依赖，更多的人
已经习惯通过网络去学习、去工作和娱乐。但是，由于JSP的不
同，网络的带宽不同，网络连接设备的不同，一般的多媒体文件，文件比较大，在网络带宽不够的情况下，肯定会造成文件的传输速度缓慢，从而影响传输效果。流媒体技术就是为了解决这种现状而产生的，网民可以通过这种技术在网络上快速欣赏到自己喜欢歌曲和视频。在网络教学中流媒体技术也在发挥着巨大的作用，各行业都在充分利用便利的网络进行各种教学活动、职员培训等工作。尤其是在高等学校中，教学资源可以通过网络共享，从而达到很好的效果。同时，利用网络技术的优点来实现远程教学，也是当前学校努力实现的项目，所以网路传输速度和传输质量就显得很重要。因为流媒体采用的传输是“边下载、边输出” 的数据流方式，这种方
式不仅对系统缓存的需求降低，还大幅缩短启动延时，还可以进行控制、标识、同步等。流媒体技术所具有这些优点今天被广泛应用，例如在网络多媒体音乐播放、视频播放、视频会议、网络在线教育、电视网络直播等各方面。
远程网络教学系统，是一种有传统教学的优点，又能够再现课堂真实场景的系统，最重要的功能是教学授课功能部分。现在，可以通过网络，传输教师的影响、声音和电子教案给学生，同时回送学生的反馈给教师，来完成教学双方的互动，从而得到授课效果。
目前的远程网络教学系统，主要有基于C/S 结构、基于B/S
结构和基于P2P结构三类。每一类结构都有它的优点和缺点，因此应该根据不同的需求来对系统进行选择。
网络的最大优势就是实现资源共享，因此远程网络教学系统更偏向于P2P结构，基于P2P技术的流媒体网络教学系统与传统的教学方式相比优势如下：
1）可以充分利用互联网上的资源，数据流由集中传输转向
分散传输，信息内容由集中提供转向自行搜索，合理使用网络中工作站的资源。
2）教学内容不受用户数量和播放内容的限制，真正做到了
教学互动及视频点播功能，资源共享效率高。
3）用较小的软硬件资源投入得到海量教学资源的共享，并
且易于管理和控制。
本文主要是运用P2P技术来设计远程网络教学系统中的教师学生互动系统，可以在减轻服务器负担的前提下，提高硬件资源利用率，有效的避免系统瓶颈问题，网络的性能得到增强。
1拓扑结构
采用混合式P2P对等网络结构，因为混合式P2P容易管理，
可扩展性好，搜索性能较高，节点无需维持P2P网络的结构状态，节点进出P2P网络时，不会有大冲击，P2P网络的容错能力和稳定性得到增强。大大
提高了节点性能和效率。
因为系统是P2P结构，所以为客户提供服务的，是分散的服务器群组，使每个服务器都成为一个节点。而在网络中，节点的进出随机性较大，P2P结构会选择网络中运算性能和带宽较好的节点作为超级节点。但这些超级节点在得到资源后，随时可能退出，而不再为系统提供服务。因此需要采用稳定性好的节点作为超级节点。
使用这种结构，多个超级节点还可以分担中央索引服务器的
压力，减少客户响应时间，避免单点失效，提高节点的性能。假如网络中有一个节点失效，这个节点下的普通节点可以连接到其他节点上去，而不影响系统的使用。
2体系结构
系统的每个节点上，分为网络层、媒体传输层、媒体播放层。
网络层的功能：采用HTTP协议进行信息交换。负责建立和
维护节点树，负责节点之间的信息交换，确定媒体传输层接收数据的上级节点及数据将要转发的下级节点。
媒体传输层的功能：负责接收和发送流数据。对收到的数据进行缓存，并将流数据发送到媒体播放层及下级节点。媒体传输层的上级节点的网络地址由网络层提供，对于媒体传输层来说，
整个节点树是透明的，媒体传输层接收数据，并采用RTSP协议
建立并控制一个或几个时间同步的连续流媒体，实现实时数据的受控、按需传送，因为RTSP客户端可打开或关闭多个对服务器
的可靠传输连接以发出RTSP青求。所以加入流媒体教学系统的
节点可以接受不同上级节点的数据，这样的策略可在节点的某个上级节点退出时不会带来延时，媒体传输层采用RTP /TCP协议传
输流数据。
采用数据驱动设计媒体传输层，将节点组织成一个“无向
图”结构，每个节点不依赖数据驱动的P2P媒体传输有如下优
点：
八、、?
1）每个节点都接收和提供数据，即数据的双向传输。
2）通过缓存交换机制，不产生垃圾数据。
3）任意节点的退出对网络不产生较大的影响。
4）使用半同步机制，不产生数据传输延迟。
媒体播放层的功能：负责对收到的流媒体数据进行播放。它并不关心流媒体数据的来源，因此可采用支持该数据播放的媒体播放器。
3节点之间的通信策略
1）节点之间的关系模式
节点间的关系有两种模式。一种是各种用户之间的自发交流，这种交流模式下登录到系统的所有用户都可以任意使用，受限制；第二种是课堂上的交流。由此可以看出，存在着“一对
”和“一对多”两种通信模式。
2）节点的加入和管理
系统中的节点的标识都是唯一的，像节点的IP 地址，面且
还有用来存储网络中部分活跃成员的标识符的一个缓存
mCache新加入的节点通过节点添加算法，先联系源节点，然后
源节点随机地挑选出一个代理节点从自己的mCache中，同时，
新加入的节点重定向到这个代理节点上，从而获得一个可以视为候选伙伴的成员列表，然后与这些候选伙伴建立连接，确定了在网络中该节点的伙伴关系。流数据在传送时源节点都是持续的，并且知道它的IP 地址，因此，节点的加入一般都是可行的，只要传送方向重新改编，就有新节点可以选择加入，确立新的伙伴
关系，减轻源节点的负载。
为了适应具有动态性的网络，一个关键问题在系统中就是如何更新和创建节点的mCache定义节点的消息由4部分组成，
每个节点为了宣告自己的存在，周期性地发送一个消息。其中
Time_To_Live 是该消息剩余的生存时间，Num_Partner 是节点的当前
伙伴数量，id是节点的标识，Seq_Nun是消息的序列号。
接收节点判断是否为新消息是根据接收到的Seq_Num如果是，则更新该节点mCache的Id值，如果没有该Id号在mCache
中，就新建，新建消息由5 部分组成。最后一项表示最后一次更新的时间，前四项与节点消息中的数据相同。
除此之外，（1）节点作为代理节点被包含在伙伴列表中；
2）节点消息通过Gossip 转发给其它节点。这两个事件也将触
发更新mCache但不管是哪一个事件，节点的生存时间=当前时间一最后一次更新的时间（即
time_to_live=current_local_time_last_up?
date_time ）。当该值小于或等于0 时，将删除该节点，并不再转发消息，否则，
num_partner 加1。
3）P2P的通信和定位过程
在IP 协议中，一台计算机要和另一台计算机通信时，要通过TCP或UDP指定对方的IP地址和端口号。每台计算机都有
已分配好的一个固定的IP 地址。
P2P网络上的节点之间也必须知道对方的IP地址和端口才
能建立通信链路，因为它们仍然是在Internet 上的网络通信。
那么它们可以完成整个的能信过程，在索引服务器的帮助下。
假设有两个点Peer1和Peer2，他们建立连接的具体步骤如下：
①Peerl准备接受别的Peer的连接请求，在端口Portl的
监听下；
②Peerl连接到索引服务器;
③Peerl报告监听端口Portl给服务器;
④服务器记录Peer1 的监听端口Port1 和地址IP1 在列表
i==f -
⑤Peer2要查询Peer1的IP地址和端口，得通过服务器;
⑥服务器告知Peer2 列表中Peer1 的信息;
⑦Peer2直接向Peer1发出连接请求，在获得Peer1的IP
地址和端口之后;
⑧Peerl接受Peer2的连接。
至此，Peer1和Peer2可以抛开索引服务器进行P2P通信了，
因为他们的通信链路已建立成功。
网络技术和多媒体信息技术的高速发展，使得网络在线教学应用越来越普遍。但在传统服务模式下，有限的网络带宽和服务器资源，制约了远程网络教学系统中声音、视频等资源的传输，不能满足用户需要，影响了网络教学的质量和效果。在网络教学系统中，随着P2P技术的使用，能减轻服务器端的负荷并支持较
大规模的流媒体发布，解决了教学资源的共享和互动问题，具有广阔的应用前景。