Multicast ra đời cũng nhằm phục vụ cho một trong những mục đích trên. Với ưu điểm tiết kiệm băng thông, giảm tải cho mạng, IP multicast là một sự thay thế tốt cho phương thức truyền unicast khi mà các công ty cần chuyển thông tin đến nhiều khách hàng trong cùng một thời điểm. Nội dung của đồ án bao gồm: Chương 1: IP multicast và các vấn đề liên quan Chương 2: Ứng dụng IP multicast với IPTV Chương 3: Xây dựng ứng dụng Group chat
MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ 1 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 3 LỜI NÓI ĐẦU 5 CHƢƠNG I: IP MULTICAST VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 6 1.1 Giới thiệu về IP Multicast 6 1.1.1 Truyền thông Unicast 6 1.1.2 Truyền thông Broadcast 6 1.1.3 Truyền thông Multicast 7 1.2 Triển khai Multicast 8 1.2.1 Nhóm Multicast 8 1.2.2 Đƣờng hầm Multicast 8 1.2.3 Vấn đề địa chỉ trong IP Multicast 9 1.2.3.1 Địa chỉ IP Multicast 9 1.2.3.2 Ánh xạ địa chỉ IP multicast sang địa chỉ MAC 11 1.2.4 Chuyển tiếp lƣu lƣợng Multicast 12 1.2.4.1 Cây nguồn (source tree) 12 1.2.4.2 Cây chia sẻ (shared-tree) 14 1.3 Giao thức quản lý nhóm IGMP 15 1.3.1 IGMP v1 16 1.3.2 IGMP v2 17 1.3.3 IGMP v3 19 1.4 Định tuyến trong IP Multicast 19 1.4.1 Các thuật toán trong định tuyến IP Multicast 20 1.4.1.1 Flooding 20 1.4.1.2 Cây mở rộng (Spanning Tree) 21 1.4.1.3 RPB (Reverse Path Broadcasting) 21 1.4.1.4. TRPB (Truncated Reverse Path Broadcasting) 22 1.4.1.5 RPM (Reverse Path Multicasting) 23 1.4.1.6 Core-Based Trees 24 1.4.2 Các giao thức định tuyến IP Multicast 25 1.4.2.1 PIM 25 1.4.2.2 DVMRP 29 1.4.2.3 MOSPF 33 CHƢƠNG II: ỨNG DỤNG IP MULTICAST VỚI IPTV 39 2.1 Giới thiệu về IPTV 39 2.1.1 Lịch sử phát triển IPTV 39 2.1.2 Khái niệm IPTV 39 2.1.3 Sự khác biệt giữa IPTV và truyền hình Internet 40 2.1.4 Một số đặc tính của IPTV 41 2.2 Tổ chức mạng cung cấp dịch vụ IPTV 42 2.2.1 Cơ sở hạ tầng mạng IPTV 42 2.2.2 Kiến trúc hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV 43 2.2.3 Phƣơng pháp truyền nội dung IPTV 46 2.2.4 Các giao thức sử dụng trong truyền tải nội dung IPTV 47 2.3 Các thiết bị phần cứng trong mạng IPTV 51 2.3.1 Thiết bị phần cứng trung tâm Headend 51 2.3.1.1 Thiết bị tiếp nhận dữ liệu đầu vào 52 2.3.1.2 Bộ mã hóa video MPEG 53 2.3.1.3 Bộ đóng gói IP 54 2.3.1.4 Bộ chuyển đổi mã video 54 2.3.1.5 Server quản lý nội dung 54 2.3.1.6 Kho video 55 2.3.1.7 Video streaming server 55 2.3.1.8 Middleware server 55 2.3.2 Thiết bị mạng gia đình 57 2.3.2.1 Mạng gia đình 57 2.3.2.2 Bộ giải mã IP – STB 58 2.4 Các dịch vụ và ứng dụng của IPTV 60 2.4.1 Truyền hình quảng bá kỹ thuật số 60 2.4.2 Video theo yêu cầu VoD 61 2.4.3 Các dịch vụ quảng cáo 61 2.5 Tình hình triển khai IPTV tại Việt Nam 62 2.5.1 Nhu cầu sử dụng dịch vụ IPTV tại Việt Nam 62 2.5.2 Tình hình triển khai IPTV của FPT 63 2.5.3 Tình hình triển khai IPTV của VTC 64 2.5.4 Tình hình triển khai IPTV của VNPT 64 CHƢƠNG III: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG GROUP CHAT 66 3.1 Giới thiệu 66 3.1.1 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình Java 66 3.1.2 IP multicast trong Java 68 3.2 Phân tích thiết kế ứng dụng Group Chat 69 3.2.1 Mô tả ứng dụng 69 3.2.2 Mô hình chức năng và hoạt động của chƣơng trình 70 3.3 Kết quả 71 KẾT LUẬN 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 1 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Minh họa truyền thông Unicast Error! Bookmark not defined. Hình 1.2: Minh họa truyền thông Broadcast Error! Bookmark not defined. Hình 1.3: Minh họa truyền thông Multicast Error! Bookmark not defined. Hình 1.4: Minh họa đƣờng hầm Multicast Error! Bookmark not defined. Hình 1.5: Minh họa đƣờng hầm Multicast Error! Bookmark not defined. Hình 1.6: Chuyển đổi địa chỉ IP Multicast thành địa chỉ Ethernet/FDDI Error! Bookmark not defined. Hình 1.7: Ví dụ về cây nguồn Error! Bookmark not defined. Hình 1.8: Ví dụ IPTV đơn giản sử dụng SPT Error! Bookmark not defined. Hình 1.9: Minh họa sự thay đổi các nhánh trên thực tế Error! Bookmark not defined. Hình 1.10: Ví dụ về cây phân phối chia sẻ Error! Bookmark not defined. Hình 1.11: Định dạng của bản tin IGMP Error! Bookmark not defined. Hình 1.12: Minh họa bản tin Membership Query Error! Bookmark not defined. Hình 1.13: Định dạng của bản tin IGMPv2 Error! Bookmark not defined. Hình 1.14: Quá trình rời khỏi nhóm IGMPv2 Error! Bookmark not defined. Hình 1.15: Minh họa cây mở rộng Error! Bookmark not defined. Hình 1.16: Minh họa cây RPB Error! Bookmark not defined. Hình 1.17: Minh họa thuật toán TRPB Error! Bookmark not defined. Hình 1.18: Minh họa thuật toán RPM Error! Bookmark not defined. Hình 1.19: Minh họa thuật toán CBT Error! Bookmark not defined. Hình 1.20: Định dạng bản tin PIM Error! Bookmark not defined. Hình 1.21: Minh họa quá trình thiết lập cây broadcast rút gọn Error! Bookmark not defined. Hình 1.22: Cây broadcast rút gọn của mạng nguồn S1 thu đƣợc Error! Bookmark not defined. Hình 1.23: Cây broadcast rút gọn của mạng nguồn S2 thu đƣợc Error! Bookmark not defined. Hình 1.24: Flooding các gói multicast (S,G) qua TBT . Error! Bookmark not defined. Hình 1.25: Minh họa quá trình rút gọn Error! Bookmark not defined. Hình 1.26: Minh họa trạng thái rút gọn cuối cùng Error! Bookmark not defined. Hình 1.27: Minh họa định tuyến nội vùng Error! Bookmark not defined. Hình 1.28 : Minh họa thiết lập đƣờng truyền liên vùng Error! Bookmark not defined. 2 Hình 1.29: Minh họa quá trình truyền liên vùng Error! Bookmark not defined. Hình 1.30: Minh họa định tuyến liên miền Error! Bookmark not defined. Hình 1.31: Hạn chế của định tuyến liên miền Error! Bookmark not defined. Hình 2.1: Các thành phần của mạng IPTV Error! Bookmark not defined. Hình 2.2: Mô hình kiến trúc hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV Error! Bookmark not defined. Hình 2.3: Minh họa kỹ thuật multicast trong IPTV Error! Bookmark not defined. Hình 2.4: Minh họa tiêu đề gói tin UDP Error! Bookmark not defined. Hình 2.5: Tiêu đề bản tin RTP Error! Bookmark not defined. Hình 2.6: Minh họa giao thức RTSP Error! Bookmark not defined. Hình 2.7: Cấu trúc trung tâm Headend IPTV Error! Bookmark not defined. Hình 2.8: Cấu trúc hệ thống Middleware IPTV Error! Bookmark not defined. Hình 2.9: Cấu trúc IP – STB Error! Bookmark not defined. Hình 2.10: Minh họa tiến trình xử lý của IP - STP Error! Bookmark not defined. Hình 3.1: Kiến trúc multicast peer-to-peer 70 Hình 3.2: Mô tả hoạt động của chƣơng trình Group Chat: 71 Hình 3.3: Mô tả hoạt động của ứng dụng Group Chat 71 Hình 3.4: Ứng dụng Group Chat viết bằng Java 72 3 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ABR Area Border Router Router biên vùng ADLS Asymmetric Digital Subcriber Line Đƣờng dây thuê bao số bất đối xứng AS Autonomous System Hệ thống tự trị BRAS Broadband Remote Access Server Khối truy nhập từ xa băng rộng CAS Conditional Access System Hệ thống truy cập có điều kiện CBT Core-Based Tree Cây phân phối theo gốc CPU Central Processing Unit Đơn vị xử lý trung tâm DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình host động DR Desinated Router Router bổ nhiệm DRM Digital Rights Management Quản lý quyền nội dung số DSL Digital Subcriber Line Đƣờng dây thuê bao số DSLAM Digital Subcriber Line Access Multiplexer Thiết bị tập trung thuê bao số DVMRP Distance Vector Multicast Routing Protocol Giao thức định tuyến vector khoảng cách cho multicast FDDI Fiber Distributed Data Interface Giao diện phân phối dữ liệu qua cáp quang HTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu văn bản HTTPS Secure Hyper Text Transfer Protocol Giao thức HTTP bảo mật IETF Internet Engineering Task Force Lực lƣợng quản lý kỹ thuật Internet IGMP Internet Group Management Protocol Giao thức quản lý nhóm IP Internet Protocol Giao thức Internet IPTV Internet Protocol Television Truyền hình giao thức Internet IPTVCD IPTV Cunsumer Device Thiết bị khách hàng IPTV IRD Integrated Receiver Decoder Bộ giải mã đầu thu tích hợp ITU – T International Telecommunications Union – Telecommunication Tổ chức viễn thông quốc tế về các tiêu chuẩn viễn thông LAN Local Area Network Mạng cục bộ LAS Summary Membership LSA LSA thành viên tóm tắt LSA Link – State Advertisement Quảng bá trạng thái liên kết MDP Multicast Distribution Protocol Giao thức phân phối multicast MPEG Moving Picture Experts Group Nhóm chuyên gia về ảnh động MPLS Multi – Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa giao thức MOSPF Multicast Open Shortest Part First Giao thức OSPF cho multicast NTSC National Television System Ủy ban hệ thống truyền hình quốc gia Mỹ PIM Protocol – Independent Multicast Giao thức multicast độc lập PIM – DM PIM Dense Mode Giao thức PIM kiểu tập chung PIM – SM PIM Sparse Mode Giao thức PIM kiểu phân tán PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng OSPF Open Shortest Part First Giao thức định tuyến OSPF 4 RIP Routing Information Protocol Giao thức định tuyến RIP RP Rendezvous Point Điểm quy định RPB Reverse Path Broadcasting Quảng bá tuyến đƣờng nghịch đảo RPF Reverse Path Forward Chuyển tiếp tuyến đƣờng nghịch đảo RPM Reverse Path Multicasting Tuyến đƣờng multicast nghịch đảo TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol Giao thức điều khiển vận chuyển trên nền IP TRPB Truncated Reverse Path Broadcasting Cắt bỏ tuyến đƣờng nghịch đảo đang quảng bá TTL Time to Live Thời gian sống SPF Shortest Path First Tuyến đƣờng ngắn nhất đầu tiên SPT Shortest Path Tree Cây tuyến đƣờng ngắn nhất STB Set – Top Box Bộ giải mã SSL Secure Socket Layer Tầng Socket bảo mật UDP User Datagram Protocol Giao thức lƣợc đồ ngƣời sử dụng VCR Video Cassette Recorder Đầu ghi video VLAN Virtual Local Area Network Mạng LAN ảo VoD Video on Demand Video theo yêu cầu WAN Wide Area Network Mạng diện rộng 5 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay hạ tầng mạng viễn thông đã phát triển với tốc độ chóng mặt và việc trao đổi thông tin trên mạng là điều tất yếu. Cùng với tốc độ phát triển là sự ra đời của nhiều công nghệ mạng, nhiều kỹ thuật truyền tải giúp cho việc trao đổi dữ liệu trên mạng đƣợc nhanh chóng, chính xác và hiệu quả. Multicast ra đời cũng nhằm phục vụ cho một trong những mục đích trên. Với ƣu điểm tiết kiệm băng thông, giảm tải cho mạng, IP multicast là một sự thay thế tốt cho phƣơng thức truyền unicast khi mà các công ty cần chuyển thông tin đến nhiều khách hàng trong cùng một thời điểm. Cùng với việc nghiên cứu của bản thân và sự hƣớng dẫn của TS. Nguyễn Chiến Trinh em đã thực hiện đồ án: “Nghiên cứu IP multicast và các ứng dụng”. Mục đích của đồ án là đi sâu vào nghiên cứu nguyên tắc hoạt động cũng nhƣ các giao thức định tuyến trong IP multicast. Qua đó phân tích và phát triển ứng dụng của IP multicast trong ICT. Nội dung của đồ án bao gồm: Chƣơng 1: IP multicast và các vấn đề liên quan Chƣơng 2: Ứng dụng IP multicast với IPTV Chƣơng 3: Xây dựng ứng dụng Group chat Do hạn chế về thời gian cũng nhƣ kiến thức nên chắc rằng đồ án của em vẫn còn nhiều thiếu sót. Em mong nhận đƣợc các ý kiến đóng góp từ phía thầy cô và các bạn để đề tài đƣợc hoàn thiện hơn. Em xin đƣợc gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo trong khoa Viễn thông, các thầy cô trong Viện Khoa học Kỹ thuật Bƣu điện, đặc biệt là thầy giáo TS. Nguyễn Chiến Trinh, thầy đã tận tình hƣớng dẫn em hoàn thiện đồ án này. Em cũng xin đƣợc gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè đã quan tâm và giúp đỡ em trong suốt thời gian làm đồ án. Hà nội, ngày 05 tháng 12 năm 2010 Sinh viện thực hiện Nguyễn Văn Hƣng Đồ án tốt nghiệp đại học IP MULTICAST VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN Nguyễn Văn Hưng – D06VT2 6 CHƢƠNG I IP MULTICAST VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 1.1 Giới thiệu về IP Multicast IP Multicast là một chuẩn mở của IETF dùng để truyền dẫn các gói dữ liệu IP từ một nguồn đến nhiều đích trong một mạng LAN hay WAN. Các host tham gia vào một nhóm Multicast và các ứng dụng chỉ gửi một bản sao của gói tin cho một địa chỉ nhóm. Gói tin này chỉ gửi đến những điểm muốn nhận đƣợc lƣu lƣợng đó. Việc gửi bản tin Unicast và Broadcast là các trƣờng hợp đặc biệt của phƣơng pháp Multicast. Truyền Multicast cải thiện đáng kể hiệu suất, thƣờng sử dụng băng thông nhỏ hơn truyền truyền đơn trên mạng, và cho phép xây dựng ứng dụng phân tán hợp lý. 1.1.1 Truyền thông Unicast Truyền thông Unicast, hay còn gọi là truyền thông điểm - điểm. Trong hình thức truyền thông này, nhiều host muốn nhận gói tin từ một bên gửi thì bên đó phải truyền nhiều gói tin đến các bên nhận. Điều này sẽ dẫn đến gia tăng băng thông khi có quá nhiều bên nhận và không hiệu quả về nguồn và bộ đệm. Hình 1.1: Minh họa truyền thông Unicast 1.1.2 Truyền thông Broadcast Truyền thông Broadcast cho phép truyền gói tin từ một host tới tất cả các host khác trên subnet mà không quan tâm đến việc một số host không có nhu cầu nhận gói tin Các gói tin cho Host B Các gói tin cho Host D Host B Host A Host C Host D Host E Các gói tin cho Host E Nguồn Server Đồ án tốt nghiệp đại học IP MULTICAST VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN Nguyễn Văn Hưng – D06VT2 7 đó. Kiểu truyền thông này đƣợc coi nhƣ là một sát thủ băng thông do việc sử dụng tài nguyên không hiệu quả. Hình 1.2: Minh họa truyền thông Broadcast 1.1.3 Truyền thông Multicast Hình 1.3: Minh họa truyền thông Multicast Một địa chỉ Multicast cho phép phân phối gói tin tới một tập hợp các host đã đƣợc cấu hình nhƣ những thành viên của một nhóm Multicast trong các subnet phân tán khác nhau. Đây là phƣơng pháp truyền thông đa điểm, trong đó chỉ các host có nhu cầu nhận dữ liệu mới tham gia vào nhóm. Điều này hạn chế tối đa sự lãng phí băng Gói tin cho nhóm multicast Host B Host A Host C Host D Host E Nguồn Server Gói tin cho tất cả các host Host B Host A Host C Host D Host E Nguồn Server [...]... đại học IP MULTICAST VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN thông trên mạng, hơn nữa còn nhờ cơ chế gửi gói tin Multicast mà băng thông đƣợc tiết kiệm triệt để 1.2 Triển khai Multicast 1.2.1 Nhóm Multicast Một vấn đề quan trọng của IP Multicast là nhóm Multicast Việc xây dựng một nhóm Multicast bắt đầu với một server đang chạy một ứng dụng Multicast nhƣ audio, video Khi một server đƣợc xây dựng, một địa chỉ Multicast. .. phối multicast khi một trong các host thuộc mạng con của nó là thành viên của một nhóm multicast nào đó Các giao thức định tuyến dạng phân tán gồm: CBT và PIM-SM 1.4.1 Các thuật toán trong định tuyến IP Multicast Một giao thức định tuyến multicast chịu trách nhiệm cho việc xây dựng các cây phân phối lƣu lƣợng multicast và thực hiện chuyển tiếp các gói tin multicast Mục này sẽ khám phá một số các thuật... ít khi đƣợc sử dụng Các Mrouter sử dụng PIM để xác định các Mrouter khác cần nhận đƣợc gói tin multicast Thông thƣờng, mỗi giao thức PIM – DM hay PIM – SM sẽ đƣợc sử dụng trên một miền multicast riêng Tuy nhiên, chúng có thể đƣợc sử dụng cùng nhau trong một miền multicast, PIM – DM cho một số nhóm và PIM – SM cho vài nhóm khác Định tuyến với các giao thức PIM độc lập với các cơ chế của các giao thức... multicast Các host gửi sử dụng địa chỉ multicast làm địa chỉ IP đích của gói tin để truyền gói tin đó tới tất cả các thành viên trong nhóm 1.2.3.1 Địa chỉ IP Multicast Một địa chỉ IP multicast là một địa chỉ IP lớp D trong phạm vi từ 224.0.0.0 đến 239.255.255.255 Một số địa chỉ này đƣợc dành riêng cho mục đích đặc biệt Nguyễn Văn Hưng – D06VT2 9 Đồ án tốt nghiệp đại học IP MULTICAST VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN... một ứng dụng multicast khác có thể sẽ đƣợc phân biệt bằng địa chỉ lớp 3 1.2.4 Chuyển tiếp lƣu lƣợng Multicast Có một vài phƣơng pháp để chuyển tiếp lƣu lƣợng IP multicast từ nguồn đến các host thu Đầu tiên ta sắp xếp một nhóm bao gồm các host thu với một địa chỉ lớp D chung để đạt đƣợc sự phân phối lƣu lƣợng multicast hiệu quả Bƣớc tiếp theo là tạo ra một tập hợp các đƣờng phân phối multicast cho các. .. án tốt nghiệp đại học IP MULTICAST VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN hoặc nhận các cập nhập định tuyến giữa các router nhƣ thể giao thức định tuyến unicast truyền thống trên mạng IP: Thay vào việc xây dựng bảng định tuyến multicast riêng biệt, PIM sử dụng thông tin định tuyến unicast để hỗ trợ chức năng chuyển tiếp gói tin Các router hỗ trợ giao thức PIM còn đƣợc gọi là các PIM router Các router chạy giao thức... chất phi vật lý của các nhóm multicast Do đó các Mrouter phải hỗ trợ một số thuật toán định tuyến và giao thức dành riêng cho multicast Định tuyến lƣu lƣợng multicast phức tạp hơn nhiều so với định tuyến lƣu lƣợng unicast Số lƣợng các máy thu trong một phiên multicast có thể khá lớn Các router mạng phải có khả năng chuyển địa chỉ multicast sang địa chỉ host Trong định tuyến multicast, các router tƣơng... thu Đƣờng hầm multicast Hình 1.4: Minh họa đường hầm Multicast Nguyễn Văn Hưng – D06VT2 8 Đồ án tốt nghiệp đại học IP MULTICAST VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN Trong các đƣờng hầm là các router Unicast Khi một gói tin tiến vào đƣờng hầm, nó đƣợc đóng gói trong một gói IP Unicast với một địa chỉ đích của Mrouter ở phía bên kia của đƣờng hầm Khi rời khỏi đƣờng hầm, nó đƣợc bóc tách và đƣợc xử lý tại các Mrouter... bộ nhóm hay chỉ ra các địa chỉ IP riêng biệt của cặp (nguồn, nhóm) mà nó muốn rời khỏi 1.4 Định tuyến trong IP Multicast Để hỗ trợ truyền thông multicast, một router cần phải hỗ trợ ít nhất một trong các giao thức định tuyến multicast Với router Unicast, có một số giao thức định tuyến nhƣ RIP và OSPF thƣờng đƣợc sử dụng để xác định đƣờng đi từ nguồn tới đích cho gói tin Tuy nhiên, các giao thức đó không... phép lƣu lƣợng Multicast truyền liên tục giữa hai Mrouter thông qua các router Unicast Hình 1.5 là một ví dụ minh họa đƣờng hầm Multicast Giả sử rằng Mrouter A muốn gửi chuyển tiếp một multicast datagram tới Mrouter B A và B không đƣợc kết nối vật lý với nhau và các router trung gian giữa A và B không có khả năng multicast Để thiết lập đƣờng hầm, router A đóng gói multicast datagram vào trong một unicast . Nghiên cứu IP multicast và các ứng dụng . Mục đích của đồ án là đi sâu vào nghiên cứu nguyên tắc hoạt động cũng nhƣ các giao thức định tuyến trong IP multicast. Qua đó phân tích và phát triển ứng. triển ứng dụng của IP multicast trong ICT. Nội dung của đồ án bao gồm: Chƣơng 1: IP multicast và các vấn đề liên quan Chƣơng 2: Ứng dụng IP multicast với IPTV Chƣơng 3: Xây dựng ứng dụng Group. – D06VT2 6 CHƢƠNG I IP MULTICAST VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 1.1 Giới thiệu về IP Multicast IP Multicast là một chuẩn mở của IETF dùng để truyền dẫn các gói dữ liệu IP từ một nguồn đến nhiều