96 Trang 6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ26TUHình 1.1: Mạng ARPAnet năm 1969U26 T ...1126TUHình 1.2: Unicasting một bộ film đến 10000 người dùng.U26T ...1426TUHình 1.3: Multicasting một bộ film t
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC CƠ CHẾ MULTICAST LỚP ỨNG DỤNG ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG LUỒNG VIDEO NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: NGUYỄN THỊ THU HÀ Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Hữu Thanh HÀ NỘI 2006 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131475091000000 -2- LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, luận văn nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận văn trung thực khách quan Nguyễn Thị Thu Hà Luận văn cao học ĐTVT 2004 – 2006 Nguyễn Thị Thu Hà -3- MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 26T 26 T DANH MUC BẢNG BIỂU 26T 26 T LỜI GIỚI THIỆU 26T 26 T LỜI CẢM ƠN 10 26T 26T CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 11 26T 26T 1.1 Internet: khứ, tại, tương lai 11 26T 26T 1.2 Multicasting lớp mạng (IP) 14 26T 26T 1.3 Multicasting lớp ứng dụng (AL) 17 26T 26T 1.4 Cơ sở mục đích nghiên cứu luận văn 18 26T 26 T 1.5 Tổ chức luận văn 19 26T 26T CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC GIAO THỨC MULTICAST LỚP ỨNG DỤNG 20 26T 26T 2.1 Multicast theo lưới (mesh-based) 21 26T 26 T 2.1.1 Narada 21 26T 26T 2.1.2 ScatterCast 24 26T 26T 2.2 Multicast theo (tree-based) 25 26T 26 T 2.2.1 Giao thức chuối – BTP (Banana Tree Protocol) 25 26T 26T 2.2.2 Giao thức HMTP (Host Multicast Tree Protocol) 27 26T 26T 2.2.3 YOID 29 26T 26T 2.2.4 ALMI 30 26T 26T 2.2.5 Overcast 31 26T 26T 2.2.6 Giao thức điều khiển xây dựng overlay – TBCP (Tree Building Control Protocol) 32 26T 26T 2.2.7 So sánh giao thức dựa theo lưới (mesh based) dựa theo (tree based) 33 26T 26T 2.3 Multicast lớp đỉnh mạng overlay có cấu trúc P2P 34 26T 26 T 2.3.1 Multicast theo CAN – MCAN 37 26T 26 T 2.3.2 SCRIBE 40 26T 26T 2.3.3 Pastry 41 26T 26T 2.3.4 Bayeux 42 26T 26T Luận văn cao học ĐTVT 2004 – 2006 Nguyễn Thị Thu Hà -4- 2.3.5 Giao thức tam điểm Delauny 43 26T 26T 2.3.6 HyperCast 46 26T 26T 2.4 Multicast phân cấp 48 26T 26T 2.4.1 Kudos 48 26T 26 T 2.4.2 NICE 50 26T 26T 2.5 Kết luận 52 26T 26 T 2.5.1 Hiệu 52 26T 26T 2.5.2 Tính mềm dẻo 52 26T 26T CHƯƠNG 3: ĐỊNH TUYẾN MULTICAST VÀ PHÂN PHỐI BĂNG THÔNG TRONG CÁC MẠNG OVERLAY 54 26T 26T 3.1 Cơ sở 54 26T 26T 3.2 Mục đích thiết kế xác định toán 58 26T 26 T 3.3 Các thuật toán định tuyến multicast 61 26T 26T 3.3.1 Thuật toán rút gọn (Copact Tree Algorithm) 61 26T 26 T 3.3.2 Thuật toán rút gọn cân (Balanced Compact Tree Algorithm) 64 26T 26T 3.3.3 Cấp phát bậc cân – BDA (Balanced Degree Allocation) 64 26T 26T 3.4 Định cỡ băng thông 68 26T 26T 3.4.1 Định cỡ ranh giới (baseline) 68 26T 26T 3.4.2 Định cỡ lặp 70 26T 26 T 3.5 Đánh giá thuật toán định tuyến 71 26T 26T 3.5.1 Thiết lập mô 71 26T 26 T 3.5.2 So sánh kỹ thuật xây dựng 72 26T 26T 3.5.3 Đánh giá hiệu suất – Tỉ lệ loại bỏ phiên 76 26T 26 T 3.5.4 Đánh giá hiệu suất – Đường kính 78 26T 26 T 3.5.5 Độ phức tạp thuật toán ICT 79 26T 26 T 3.6 Nguyên lý kết hợp thuật toán CP CT 80 26T 26T 3.7 KẾT LUẬN 81 26T 26T CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG MULTICAST LỚP ỨNG DỤNG ĐỂ TRUYỀN VoD 82 26T 26T 4.1 Cơ sở nghiên cứu 82 26T 26 T 4.2 Phát biểu toán 84 26T 26T Luận văn cao học ĐTVT 2004 – 2006 Nguyễn Thị Thu Hà -5- 4.3 Giải toán 85 26T 26T 4.3.1 Sắp xếp client 86 26T 26T 4.3.2 Các hoạt động giao thức 87 26T 26 T 4.3.2.1 Giai đoạn nhập mạng 87 26T 26T 4.3.2.2 Giai đoạn làm việc 89 26T 26T 4.3.2.3 Giai đoạn rời mạng 89 26T 26T 4.3.2.4 Các nút mồ côi khôi phục 90 26T 26 T 4.3.2.5 Khả xác định lỗi client 91 26T 26 T 4.3.3 Phân tích – Các kết thực nghiệm 92 26T 26T KẾT LUẬN 96 26T 26T Kết đạt ứng dụng luận văn 96 26T 26T Hướng phát triển nghiên cứu 96 26T Luận văn cao học ĐTVT 2004 – 2006 26T Nguyễn Thị Thu Hà -6- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Mạng ARPAnet năm 1969 .11 26TU U26 T Hình 1.2: Unicasting film đến 10000 người dùng 14 26TU U26T Hình 1.3: Multicasting film tới 10000 người dùng 14 26TU U26T Hình 1.4: Mạng overlay hạ tầng lớp mạng với người dùng cuối (end- 26TU user) 18 U26T Hình 2.1: Giao thức Narada 22 26TU U26T Hình 2.2: Tối ưu hố BTP: chuyển sang nút cha khác 25 26TU U26T Hình 2.3: (a) Vòng lặp BTP: chuyển đồng thời, (b) Vịng lặp BTP: 26TU thơng tin lỗi thời 27 U26 T Hình 2.4: Thủ tục gia nhập HMTP 28 26TU U26T Hình 2.5: Cơ chế gia nhập TBCP: đánh giá cấu hình nội hạt 33 26TU U26T Hình 2.6: Minh hoạ mạng overlay CAN hai chiều 37 26TU U26 T Hình 2.7: Thuật toán chuyển tiếp multicast từ nút gốc CAN 40 26TU U 26T Hình 2.8: Tập nút bảng định tuyến mạng Pastry cho NodeID = 26TU 12030321 42 U26 T Hình 2.9: Định tuyến mạng Pastry 43 26TU U26T Hình 2.10: Tam điểm Delaunay (DelaunayTriangulation) 45 26TU U26T Hình 2.11: Thuộc tính đẳng giác cục 45 26TU U26 T Hình 2.12: Định tuyến compass 45 26TU U26T Hình 2.13: Cấu trúc siêu lập thể - hypercube 47 26TU U 26T Hình 2.14: Cây với nút gốc 000 nhúng siêu lập thể chưa hoàn 26TU chỉnh .48 U26T Hình 2.15: Phân cấp hai lớp Kudos .49 26TU U26 T Hình 2.16: Cấu trúc phân cấp NICE tạo cụm (clustering) 50 26TU U26T Hình 3.1 Kiến trúc dịch vụ multicast sử dụng mạng Overlay 55 26TU U26T Hình 3.2 Minh hoạ thuật toán rút gọn .62 26TU Luận văn cao học ĐTVT 2004 – 2006 U26T Nguyễn Thị Thu Hà -7- Hình 3.3: Thuật toán thu gọn cho MDDL 63 26TU U26T Hình 3.4: Cấp phát bậc cân 65 26TU U26T Hình 3.5: Minh hoạ thuật tốn ICT điều chỉnh bậc .68 26TU U26T Hình 3.6: Định cỡ băng thơng truy nhập Server [24] 70 26TU U26T Hình 3.7: Ba cấu hình mạng Overlay [24] 72 26TU U26T Hình 3.8: Độ nhậy giới hạn đường kính [24] 73 26TU U26T Hình 3.9: Độ nhậy vòng điều chỉnh bậc [24] 74 26TU U26T Hình 3.10: So sánh tỉ lệ loại bỏ phiên [24] 75 26TU U26T Hình 3.11: Hiệu suất trễ end-to-end 78 26TU U26 T Hình 3.12: Độ phức tạp thuật toán ICT [24] .79 26TU U26T Hình 3.13: Hiệu suất thuật toán kết hợp CP CT 81 26TU U26T Hình 4.1: Cấu trúc phân cấp ALM 86 26TU U26T Hình 4.2: Các nút mơ cơi khôi phục 91 26TU U26 T Hình 4.3: Xác suất bị lỗi hàng loạt [26] 94 26TU U26T DANH MUC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Số liệu thống kê sử dụng Internet 03/02/2005 12 26TU U 26T Bảng 2.1: So sánh mã nhị phân mã Gray 46 26TU Luận văn cao học ĐTVT 2004 – 2006 U26T Nguyễn Thị Thu Hà -8- THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AL ALMI ASM BGMP BGP BTP CAN DHT DIS DT Application Layer Application Level Multicast Infrastructure Any Source Multicast Border Gateway Multicast Protocol Border Gateway Protocol Banana Tree Protocol Cooperative Association for Internet Data Analysis Content Addressable Network Distributed Hash Table Distributed Interactive Simulations Delaunay Triangulation DVMRP Distance Vector Multicast Routing Protocol HMTP HTML ICMP IGMP IP ISP Host Multicast Tree Protocol Hyper-Text Markup Language Internet Control Message Protocol Internet Group Membership Protocol Internet Protocol Internet Service Provider MBGP Multiprotocol Border Gateway Protocol MBone MCAN MSDP MST NCP NICE p2p pdf Multicast Backbone CAN-based multicast Multicast Source Discovery Protocol Minimum Spanning Tree Network Communication Protocol NICE is the Internet Cooperative Environment Peer to Peer Probability density function PIM-DM Protocol Independent Multicast-Dense Mode PIM-SM Protocol Independent Multicast-Sparse Mode RFC RP RPF rtt Request for Comments Random Graph with uniformly distributed link weights Rendezvous Point Reverse Path Forwarding round trip time Mạng đánh đánh địa nội dung Bảng Hash phân tập Mô tương tác phân tập Tam điểm Delaunay Giao thức định tuyến Multicast vector khoảng cách Giao thức Multicast cho host Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn Giao thức tin điều khiển Internet Giao thức thành viên nhóm Internet Giao thức Internet Nhà cung cấp dịch vụ Internet Giao thức cho Gateway đường biên sử dụng nhiều loại giao thức Xương sống Multicast Multicast dựa CAN Giao thức phát nút nguồn multicast Cây bao trùm Giao thức truyền thông mạng Môi trường hợp tác Internet Mạng ngang hàng (điểm – tới – điểm) Hàm phân bố xác suất Multicast độc lập giáo thức – chế độ đông đúc Multicast độc lập giao thức – chế độ thưa thớt Cơng bố thức mạng Internet Đồ thị ngẫu nhiên với trọng số đường liên kết phân bố Điểm “gặp gỡ” Chuyển tiếp đường lùi Thời gian đường vòng SCX Scattercast Proxies Các proxy giao thức Scattercast SMT SPT SSM TBCP TCP TTL URT VLAN Steiner Minimum Tree Shortest Path Tree Source Specific Multicast Tree Building Control Protocol Transmission Control Protocol Time to Live Uniform Recursive Tree Virtual Local Area Network Cây tối thiểu Steiner Cây đường ngắn Multicast có nút nguồn nút gốc Giao thức xây dựng Giao thức điều khiển đường truyền Thời gian tồn Cây đệ quy đồng Mạng nội hạt ảo CAIDA RGU Luận văn cao học ĐTVT 2004 – 2006 Lớp ứng dụng Kiến trúc Multicast tầng ứng dụng Multicast với nút nguồn Giao thức Multicast cho Gateway đường biên Giao thức Gateway đường biên Giao thức chuối Hiệp hội hợp tác phân tích liệu Internet Nguyễn Thị Thu Hà -9- LỜI GIỚI THIỆU Trong trình triển khai multicast tầng mạng (IP), hướng tiếp cận đề xuất để thực dịch vụ multicast diện rộng multicast tầng ứng dụng Trong cách tiếp cận này, chức multicast thực host kết cuối thay định tuyến Không multicast lớp mạng, multicast lớp ứng dụng không cần hỗ trợ sở hạ tầng mà dễ dàng triển khai mạng Internet Trong luận văn, tác giả trình bầy số giao thức multicast tầng ứng dụng đề xuất gần đây, phân loại chúng đánh giá hiệu suất khả áp dụng giao thức Luận văn trình bầy toán định tuyến mạng overlay tốn liên quan đến ấn định băng thơng cho việc hoạch định mạng Cuối luận văn trình bầy giao thức tầng mạng ứng dụng cho ứng dụng luồng liệu băng thông thấp với số lượng lớn người thu Kỹ thuật dựa phân cấp điều khiển cấu hình siêu lập thể cho nút mạng ngang hàng Luận văn cao học ĐTVT 2004 – 2006 Nguyễn Thị Thu Hà - 10 - LỜI CẢM ƠN Đề tài Cơ chế multicast lớp ứng dụng đảm bảo chất lượng luồng video lựa chọn làm luận văn tốt nghiệp cao học Trong q trình tìm hiểu nghiên cứu, tơi thấy đề tài cịn khó Tuy nhiên hướng dẫn, bảo thầy cô; động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện gia đình, bạn bè đồng nghiệp, tơi hồn thành luận văn Nhân đây, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Hữu Thanh, người hướng dẫn, giúp đỡ q trình hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến thầy Khoa Điện Tử Viễn Thông, thầy cô Trung tâm đào tạo sau đại học trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội giảng dạy kiến thức giúp đỡ tơi suốt q trình học tập trường Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới bố mẹ, gia đình; bạn bè đồng nghiệp Trung tâm CNTT – Ngân hàng Công Thương giúp đỡ, tạo điều kiện cho suốt q trình hồn thành luận văn Luận văn cao học ĐTVT 2004 – 2006 Nguyễn Thị Thu Hà