hệ thống streaming trên giao thức tcp ip

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CAO ĐẲNG Chuyên ngành Điện Tử - Viễn Thông Đề tài: Hệ thống streaming trên giao thức TCP/IP Sinh viên thực hiện : Bùi Thu Phương Lớp :05B TM 01-DT. Khóa :K1 CNCĐ 2005-2008 Giáo viên hướng dẫn: TS. Nguyễn Chấn Hùng Khoa Điện Tử Viễn Thông Hà Nội, tháng 06/2008 1 Lêi nãi ®Çu Ngày nay ,chúng ta đang sống trong một thời đại mới, thời đại phát triển rực rỡ của công nghệ thông tin, đặc biệt là công nghệ máy vi tính và mạng máy tính với sự bùng nổ của hàng ngàn cuộc cách mạng lớn nhỏ.Qua rất nhiều năm phát triển không ngừng nghỉ, sự thay đổi về tốc độ các bộ vi xử lý và các phần mềm ứng dụng, công nghệ thông tin đã ở một bước phát triển cao,đặc biệt là sự phát triền của kỹ thuật số, đó là số hóa tất cả những dữ liệu thông tin, đồng thời kết nối chúng lại với nhau và luân chuyển mạnh mẽ. Hiện nay, mọi loại thông tin, số liệu, hình ảnh, âm thanh … đều được đưa về dạng kỹ thuật số để bất kỳ máy tính nào cũng có thể lưu trữ, xử lý cũng như chuyển tiếp với các máy tính hay thiết bị kỹ thuật số khác. Sự ra đời của các mạng máy tính và những dịch vụ của nó đã mang lại cho con người rất nhiều những lợi ích to lớn, góp phần thúc đẩy nền kinh tế phát triển mạnh mẽ.Một cuộc cách mạng mới của World Wide Web bắt đầu, đã mang đến cho thế giới nguồn thông tin phong phú qua mạng Internet.Sự mở rộng của băng thông và dung lượng các hệ thống đầu cuối đã nâng cao khả năng truyền tải các dữ liệu mang nhiều thông tin đi cùng với các trang web Video và Audio Mở đầu với hệ thống audiovisual streaming của RealAudio và Quicktime.Kỷ nguyên ngành công nghiệp giải trí qua mạng Internet đã bước sang 1 trang mới. Trong quá trình thực tập và làm đồ án tốt nghiệp của mình,được sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn Nguyễn Chấn Hùng em đã có nhiều điều kiện để tìm hiểu về mạng máy tính về vấn đề trao đổi thông tin cho việc kết nối các mạng máy tính qua HỆ THỐNG STREMING TRÊN GIAO THỨC TCP/IP. Đề tài mà em muốn nghiên cứu và trình bày trong đồ án tốt nghiệp này. Nội dung chính của đồ án gồm: • Tổng quan về video streaming • Hệ thống video streaming Do thời gian nghiên cứu chưa được nhiều và trình độ bản thân còn hạn chế, nên đồ án không tránh khỏi những khiếm khuyết. Em rất mong nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo của các thầy, và sự đóng góp nhiệt tình của các bạn để giúp em bổ xung vốn kiến thức và có thể tiếp tục nghiên cứu đề tài nêu trên một cách tốt hơn, hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm ơn! 2 Mục lục Lời nói đầu……………………………………………………………………………… 2 Mục lục ………………………………………………………………………………… 3 Danh mục hình ảnh………………………………………………………………………6 Thuật ngữ và viết tắt…………………………………………………………………… 8 Chương 1.Giới thiệu về mạng máy tính……………………………………………… 9 1.1 Định nghĩa và lịch sử mạng máy tính………………………………………………9 1.2 Nhu cầu và mục đích kết nối mạng máy tính…………………………………… 11 1.3 Đặc trưng kỹ thuật mạng máy tính……………………………………………… 12 1.3.a Đường truyền ……………………………………………………………… 12 1.3.b Kỹ thuật chuyển mạch……………………………………………………… 13 1.3.c Kiến trúc mạng……………………………………………………………… 13 1.3.d Hệ điều hành………………………………………………………………….14 1.4 Phân loại mạng máy tính………………………………………………………… 14 1.4.a Khoảng cách địa lý của mạng……………………………………………… 14 1.4.b Kỹ thuật chuyển mạch áp dụng trong mạng………………………………….15 1.4.c Kiến trúc mạng sử dụng………………………………………………………17 1.4.d Hệ điều hành mạng………………………………………………………… 21 1.4.e Một số mạng máy tính thông dụng nhất………………………………………22 Chương 2 Chuẩn hóa mạng máy tính và mô hình OSI………………………………25 2.1 Vấn đề chuẩn hóa mạng máy tính và các tổ chức chuẩn hóa mạng………………25 2.2 Mô hình tham chiếu OSI………………………………………………………….25 2.2.a Giới thiệu về mô hình OSI……………………………………………………26 2.2.b Các chức năng chủ yếu của các tầng của mô hình OSI………………………28 2.2.c Phương thức hoạt động của mô hình OSI…………………………………….32 2.2.d Quá trình truyền dữ liệu trong mô hình OSI………………………………….33 3 Chương 3 Giao thức IP…………………………………………………………………35 3.1 Họ giao thức TCP/IP………………………………………………………………35 3.1.a Giới thiệu về họ giao thức TCP/IP……………………………………………36 3.1.b Chức năng chính của _giao thức liên mạng IP(v4)………………………… 37 3.2 Địa chỉ IP………………………………………………………………………….37 3.3 Cấu trúc gói dữ liệu IP…………………………………………………………….39 3.4 Phân mảnh và hợp nhất các gói IP……………………………………………… 42 3.5 Định tuyến IP…………………………………………………………………… 43 3.6 Một số giao thức điều khiển ………………………………………………………44 3.6.a Giao thức ICMP…………………………………………………………… 45 3.6.b Giao thức ARP và giao thức RARP………………………………………….46 Chương 4. Giao thức lớp truyền tải TCP…………………………………………… 49 4.1 Giao thức TCP…………………………………………………………………….49 4.1.a Cấu trúc gói dữ liệu TCP…………………………………………………… 49 4.1.b Thiết lập và kết thúc kết nối TCP…………………………………………….52 4.2 Giao thức UDP……………………………………………………………………53 4.2.a Cấu trúc gói dữ liệu UDP…………………………………………………… 54 Chương 5. INTERNET…………………………………………………………………57 5.1 Lịch sử phát triển của Internet…………………………………………………….57 5.2 Kiến trúc của Internet…………………………………………………………… 58 5.3 Các dịch vụ thông tin trên Internet……………………………………………… 58 5.3.a Thư điện tử………………………………………………………………… 59 5.3.b Truyền file……………………………………………………………………59 5.3.c Truy cập từ xa……………………………………………………………… 59 5.3.d World Wide Web…………………………………………………………… 60 5.4 Hệ thống phân giải DNS………………………………………………………… 61 5.5 NAT……………………………………………………………………………….62 5.6 Modem…………………………………………………………………………….65 Chương 6 Hệ thống video streaming………………………………………………… 67 4 6.1 Mô hình tổng quát của một hệ thống viedeo streaming………………………… 67 6.2 Hoạt động của bên gửi dữ liệu…………………………………………………….67 6.3 Sử dụng dữ liệu video đã được ghi sẵn ………………………………………… 68 6.4 Quy trình hình thành các gói RTP……………………………………………… 69 6.5 Mô hình thời gian trong RTP…………………………………………………… 70 6.6 Phân đoạn dữ liệu…………………………………………………………………71 6.7 Header dữ liệu…………………………………………………………………….72 6.8 Hoạt động của bên nhận dữ liệu………………………………………………… 72 6.9 Nhận các gói điều khiển RTCP………………………………………………… 75 6.10 Hiển thị dữ liệu………………………………………………………………… 76 Kết luận…………………………………………………………………………………79 Tài liệu tham khảo…………………………………………………………………… 80 5 Danh mục hình ảnh Hình 1.1: Một mô hình liên kết các máy tính trong mạng Hình1.2: Mạng xử lý với bộ tiền xử lý Hình 1.3: Mạng máy tính nối trực tiếp các bộ tiền xử lý Hình 1.4: Mạng chuyển mạch kênh Hình 1.5: Mạng chuyển mạch thông báo Hình 1.6: Mạng chuyển mạch gói Hình 1.7: Mạng hình sao (Star) Hình 1.8: Mạng hình vòng (Ring) Hình 1.9: Mạng chu trình (Loop) Hình 1.10: Mạng trục tuyến tính (Bus) Hình 1.11: Mạng dạng cây (Tree) Hình 1.12: Mạng vô tuyến – Satellite (Vệ tinh) hoặc Radio Hình1.13: Mạng kết nối hỗn hợp Hình 1.14: Mạng diện rộng với kết nối LAN to LAN Hình 2.1 Mô hình 7 tầngOSI Hình 2.2: Các đường truyền kết nối kiểu “một điểm –một điểm “và”một điểm –nhiều điểm” Hình 2.3: Mô hình chuyển vận các gói tin trong mạng chuyển mạch gói Hình 2.4: Phương thức xác lập các gói tin trong mô hình OSI Hình2.5: Quá trình truyền dữ liệu trong mô hình OSI Hình 3.1: Mô hình OSI và mô hình kiến trúc của TCP/IP 6 Hình 3.2: Cấu trúc dữ liệu tại các lớp của TCP/IP Hình 3.3: Cách đánh địa chỉ TCP/IP Hình 3.4: Bổ sung vùng subnetID Hình 3.5: Cấu trúc gói dữ liệu TCP/IP Hình 3.6. Nguyên tắc phân mảnh gói dữ liệu Hình 3.7 Dùng các gateway để gửi các gói dữ liệu Hình 3.8 Mô tả một ứng dụng của giao thức ICMP thực hiện việc định tuyến lại (Redirect) Hình 3.9 dạng thông điệp ICMP derect Hình 3.10 :mô tả khuôn dạng của gói ARP Hình 3.11 : tiến trình ARP Hình 4.1: Khuôn dạng của TCP segment Hình 4.2 cổng truy nhập dịch vụ TCP Hình 4.3: Quá trình kết nối theo 3 bước (Three way Handshake) Hình 5.1 Mô hình kết nối của NAT Hình 5.2 cấu hình static NAT Hình 5.3 Đây là một dạng kết nối sử dụng modem qua mạng điện thoại điển hình Hình 6.1 Mô hình của hệ thống video streaming Hình 6.2 Lấy dữ liệu video Hình 6.3 Sử dụng dữ liệu video có sẵn Hình 6.4 Chia một frame dữ liệu thành nhiều gói nhỏ Hình 6.5 Sự sai lệch thời gian truyền giữa các gói gây ra bởi mạng Hình 6.6 Sử dụng các hàng đợi để tách các gói theo nguồn gửi Hình 6.7: sự sai lệch giữa tốc độ khung dữ liệu và tốc độ quét khung của thiết bị 7 Thuật ngữ và viết tắt Viết tắt Tiếng anh Tiếng việt DNS Domain Name System Hệ thống phân giải tên IP Internet Protocol Giao thức internet NAT Network address translation Dịch địa chỉ mạng OSI Open System Interconnection Mô hình tham chiếu hê thống mở RTCP Realtime Control Protocol Giao thức điều khiển RTP RTMP Reatime Message Protocol Giao thức truyền thông điệp thời gian thực RR Receviver Report Bản ghi thông tin bên nhận dữ liệu RTP Realtime Transport Protocol Phần tử mô tả nguồn dữ liệu SR Sender Report Bản ghi thông tin bên gửi dữ liệu 8 TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dữ liệu UDP User Datagram Protocol Chương 1: Giới thiệu về mạng máy tính 1.1 Định nghĩa và sự phát triển của mạng máy tính Ngày nay đa số các máy tính đều đã được nối mạng nên mạng máy tính không còn xa lạ với mọi người nữa • Mạng máy tính là một hệ thống kết nối các máy tính đơn lẻ thông qua các đường truyền vật lý theo một kiến trúc nào đó. Hình 1.1: Một mô hình liên kết các máy tính trong mạng Đường truyền vật lý dùng để chuyển các tín hiệu số hay tín hiệu tương tự giữa các máy tính. Đường truyền vật lý thường là: +Đường dây điện thoại thông thường. +Cáp đồng trục. +Sóng vô tuyến điện từ. +Cáp sợi quang 9 Mạng máy tính giúp cho người sử dụng dễ dàng trao đổi thông tin với nhau.Chính vì vậy mà mạng máy tính đã được sử dụng rỗng rãi trong các nghành,các lĩnh vực của đời sống xã hội,trong kinh doanh,trong quảng cáo,xây dựng ,kế toán ,học tập v v…Mỗi văn phòng đều có thể thiết kế cho mình 1 mạng máy tính riêng để phục vụ cho công việc của mình.Mạng máy tính làm cho con người có thể tiết kiệm được thời gian và tính kinh tế cao.Từ những năm 60, đã xuất hiện những mạng nối các máy tính và các Terminal để sử dụng chung nguồn tài nguyên, giảm chi phí khi muốn thông tin trao dổi số liệu và sử dụng trong công tác văn phòng một cách tiện lợi. Hình1.2: Mạng xử lý với bộ tiền xử lý • Việc tăng nhanh các máy tính mini, các máy tính cá nhân làm tăng nhu cầu truyền số liệu giữa các máy tính, các Terminal và giữa các Terminal với các máy tính là một trong những động lực thúc đẩy sự ra đời và phát triển ngày càng mạnh mẽ các mạng máy tính. Quá trình hình thành mạng máy tính có thể tóm tắt qua một số thời điểm chính sau: Những năm 60: Để tận dụng công suất của máy tính, người ta ghép nối các Terminal vào một máy tính được gọi là Máy tính trung tâm (Main Frame). Máy tính trung tâm làm tất cả mọi việc từ quản lý các thủ tục truyền dữ liệu, quản lý quá trình đồng bộ của các trạm cuối, … cho đến việc xử lý các ngắt từ các trạm cuối. Sau đó, để giảm nhẹ nhiệm vụ của Máy tính trung tâm, người ta thêm vào các Bộ tiền xử lý (Frontal) để nối thành một mạng truyền tin, trong đó có các Thiết bị tập trung (Concentrator) và Dồn kênh (Multiplexer) dùng để tập trung trên cùng một đường truyền các tín hiệu gửi tới trạm cuối. 10 [...]... 3 Giao thức IP 3.1 Họ giao thức TCP/ IP 3.1.a Giới thiệu về họ giao thức TCP/ IP Sự ra đời của họ giao thức TCP/ IP gắn liền với sự ra đời của Internet mà tiền thân là mạng ARPAnet (Advanced Research Projects Agency) do Bộ Quốc phòng Mỹ tạo ra Đây là bộ giao thức được dùng rộng rãi nhất vì tính mở của nó Điều đó có nghĩa là bất cứ máy nào dùng bộ giao thức TCP/ IP đều có thể nối được vào Internet Hai giao. .. đây TCP/ IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol) TCP/ IP là một họ giao thức cùng làm việc với nhau để cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng được hình thành từ những năm 70 Đến năm 1981, TCP/ IP phiên bản 4 mới hoàn tất và được phổ biến rộng rãi cho toàn bộ những máy tính sử dụng hệ điều hành UNIX Sau này Microsoft cũng đã đưa TCP/ IP trở thành một trong những giao thức căn bản của hệ. .. - Network Protocol: tập hợp các quy ước truyền thông giữa các thực thể truyền thông mà ta gọi là giao thức (hay nghi thức) của mạng Các giai thức thừong gặp là: TCP/ IP, NETBIOS, IPX/SPX,…… 1.3.d Hệ điều hành mạng Hệ điều hành mạng là một phần mềm hệ thống có các chức năng sau: - Quản lý tài nguyên của hệ thống, các tài nguyên này gồm: Tài nguyên thông tin (về phương diện lưu trữ) hay nói một cách đơn... nhiều họ giao thức đang được thực hiện trên mạng thông tin máy tính hiện nay như IEEE 802.X dùng trong mạng cục bộ, CCITT X25 dùng cho mạng diện rộng và đặc biệt là họ giao thức chuẩn của ISO (tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế) dựa trên mô hình tham chiếu bảy tầng cho việc nối kết các hệ thống mở Gần đây, do sự xâm nhập của Internet vào Việt nam, chúng ta được làm quen với họ giao thức mới là TCP/ IP mặc... Mạng kết nối hỗn hợp • Giao thức mạng: tập hợp các quy ước truyền thông giữa các thực thể truyền thông mà ta gọi là giao thức (hay nghi thức )của mạng Phân loại theo giao thức mà mạng sử dụng người ta phân loại thành mạng: TCP/ IP, mạng NETBIOS,… Tuy nhiên cách phân loại trên không phổ biến và chỉ áp dụng cho các mạng cục bộ 1.4.d Phân loại theo hệ điều hành mạng Nếu phân loại theo hệ điều hành mạng người... lớp của TCP/ IP  Lớp truy nhập mạng Network Access Layer là lớp thấp nhất trong cấu trúc phân bậc của TCP/ IP Những giao thức ở lớp này cung cấp cho hệ thống phương thức để truyền dữ liệu trên các tầng vật lý khác nhau của mạng Nó định nghĩa cách thức truyền các khối dữ liệu (datagram) IP Các giao thức ở lớp này phải biết chi tiết các phần cấu trúc vật lý mạng ở dưới nó (bao gồm cấu trúc gói số liệu,... của TCP/ IP tương đãng với hai lớp Datalink, và Physical Chức năng định dạng dữ liệu sẽ được truyền ở lớp này bao gồm việc nhúng các gói dữ liệu IP vào các frame sẽ được truyền trên mạng và việc ánh xạ các địa chỉ IP vào địa chỉ vật lý được dùng cho mạng  Lớp liên mạng Internet Layer là lớp ở ngay trên lớp Network Access trong cấu trúc phân lớp của TCP/ IP Internet Protocol là giao thức trung tâm của TCP/ IP. .. chiếu cho việc kết nối các hệ thống mở OSI (Open Systems Interconnection Theo mô hình OSI chương trình truyền thông được chia ra thành 7 tầng với những chức năng phân biệt cho từng tầng Hai tầng đồng mức khi liên kết với nhau phải sử dụng một giao thức chung Trong mô hình OSI có hai loại giao thức chính được áp dụng: giao thức có liên kết (connection - oriented) và giao thức không liên kết (connectionless)... CPU, các ngoại vi để tối ưu hoá việc sử dụng - Quản lý người dùng và các công việc trên hệ thống Hệ điều hành đảm bảo giao tiếp giữa người sử dụng, chương trình ứng dụng với thiết bị của hệ thống - Cung cấp các tiện ích cho việc khai thác hệ thống thuận lợi (Ví Dụ FORMAT đĩa, sao chép tệp và thư mục, in ấn chung ) Các hệ điều hành mạng thông dụng nhất hiện nay là: WindowsNT, Windows9X, Windows 2000,... dữ liệu nên giao thức tầng vận chuyển phụ thuộc rất nhiều vào bản chất của tầng mạng • Tầng 5: Giao dịch (Session) Tầng giao dịch (session layer) thiết lập "các giao dịch" giữa các trạm trên mạng, nó đặt tên nhất quán cho mọi thành phần muốn đối thoại với nhau và lập ánh xa giữa các tên với địa chỉ của chúng Một giao dịch phải được thiết lập trước khi dữ liệu được truyền trên mạng, tầng giao dịch đảm . qua HỆ THỐNG STREMING TRÊN GIAO THỨC TCP/ IP. Đề tài mà em muốn nghiên cứu và trình bày trong đồ án tốt nghiệp này. Nội dung chính của đồ án gồm: • Tổng quan về video streaming • Hệ thống video streaming . truyền thông mà ta gọi là giao thức (hay nghi thức) của mạng Các giai thức thừong gặp là: TCP/ IP, NETBIOS, IPX/SPX,…… 1.3.d. Hệ điều hành mạng Hệ điều hành mạng là một phần mềm hệ thống có các chức. thức ARP và giao thức RARP………………………………………….46 Chương 4. Giao thức lớp truyền tải TCP ………………………………………… 49 4.1 Giao thức TCP ………………………………………………………………….49 4.1.a Cấu trúc gói dữ liệu TCP …………………………………………………