đồ án tốt nghiệp xây dựng hệ thống đào tạo điện tử dựa trên công nghệ ip multicast

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm của riêng cá nhân tôi, không sao chép lại của người khác. Luận văn là kết quả của quá trình học tập, nghiên cứu và làm việc nghiêm túc trong suốt hơn hai năm học cao học. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều được trình bày hoặc là kết quả nghiên cứu của cá nhân hoặc là kết quả tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu khác. Những kết quả nghiên cứu nào của cá nhân đều được chỉ ra rõ ràng trong luận văn. Các thông tin tổng hợp hay các kết quả lấy từ nhiều nguồn tài liệu khác thì được trích dẫn một cách đầy đủ và hợp lý. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình. Thái Nguyên, tháng 10 năm 2010 Người cam đoan Trần Ngọc Sơn Trang: 2 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG 4 DANH MỤC HÌNH ẢNH 5 MỞ ĐẦU 7 1. Đặt vấn đề 7 2. Mục tiêu luận văn 7 3. Hướng tiếp cận 8 4. Kết cấu của luận văn 8 CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ IP MULTICAST 9 1.1. Khái quát về IP Multicast 9 1.1.1. Các thành phần cơ bản 9 1.1.2 Địa chỉ Multicast 10 1.1.3 Cây phân phối multicast 11 1.2. Định tuyến Multicast 18 1.2.1 Giao thức định tuyến multicast véctơ khoảng cách 18 1.2.2 Giao thức PIM Dense mode 20 1.2.2.1 Tìm kiếm hàng xóm 21 1.2.2.2 Cắt nhánh 22 1.2.2.3 Cơ chế xác nhận 23 1.2.2.4 Ghép nhánh 23 1.2.3 PIM Sparse Mode 24 1.2.3.1 Cây chia sẻ 24 1.2.3.2 Cây đường đi ngắn nhất 24 1.2.3.3 Thông điệp Join/Prune 25 1.2.3.4 Đăng ký nguồn dữ liệu 25 1.2.3.5 Chuyển từ cây chia sẻ sang cây đường đi ngắn nhất 27 1.2.4 Multicast Open Shortest Path First (MOSPF) 27 1.2.4.1 Định tuyến multicast trong vùng 27 1.2.4.2 Định tuyến multicast trên nhiều vùng 29 1.2.4.3. Định tuyến multicast trên các AS 32 CHƯƠNG 2: ĐÀO TẠO ĐIỆN TỬ DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ IP MULTICAST 33 2.1. Một số công nghệ mạng phục vụ cho hệ thông đào tạo điện tử 33 2.1.1. Giao thức ITU H.323: 33 2.1.1.1 Tổng quan: 33 2.1.1.2 Cấu trúc của H.323: 34 2.1.1.3 Chồng giao thức H.323: 34 2.1.1.4. Hoạt động của H.323: 35 2.1.1.5. Mô hình mạng cơ bản của H.323: 35 2.1.2 Giao thức khởi tạo phiên SIP 36 2.1.2.1 Tổng quan: 36 2.1.2.2. Cấu trúc của SIP 37 2.1.2.3 Tổng quan về hoạt động của SIP 39 2.1.2.4. Hoạt động chính của SIP 42 2.1.2.5. Mô hình liên mạng giữa SIP và H.323: 43 2.2. Đào tạo điện tử dựa trên công nghệ IP Multicast 44 2.2.1. Giới thiệu 45 Trang: 3 2.2.2. Dịch vụ E-Learning 46 2.2.3 Kiến trúc hệ thống 48 2.2.4. Chất lượng dịch vụ QOS 50 2.2.5. E-Learning dịch vụ và tính năng 51 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐÀO TẠO ĐIỆN TỬ DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ IP MULTICAST 53 3.1. Mục tiêu và yêu cầu dựng ứng dụng 53 3.2. Công cụ MBone 56 3.3. Xây dựng hệ thống Đào tạo điện tử dựa trên công nghệ Multicast 58 3.3.1. Cài đặt và cấu hình máy chủ Linux 62 3.3.1.1. Đặt địa chỉ IP 62 3.3.1.2. Thiết lập định tuyến (route) hỗ trợ Multicast 63 3.3.1.3. Cấu hình ZEBRA 63 3.3.1.4. Khởi động các dịch vụ mạng: 65 3.3.1.5. Kiểm tra lưu lượng trên NIC 66 3.3.2. Demo hệ thống truyền Video 67 3.3.2.1. Thao tác trên LAN 1 (Máy nguồn phát tín hiệu Video) 67 3.3.2.2. Thao tác trên LAN 2 (Các máy nhận Video) 69 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 71 KẾT LUẬN 72 NHỮNG KIẾN NGHỊ NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 Trang: 4 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Thông điệp IGMPv13 13 Bảng 1.2: Các trường trong thông điệp IGMPv1 13 Bảng 1.3: Thông điệp IGMPv2 14 Bảng 1.4: Các trường trong thông điệp IGMPv2 14 Bảng 1.5: Các trường trong thông điệp IGMPv3 16 Bảng 2.1. vic và chuột tham số QoS được sử dụng để điều chỉnh hồ sơ các ứng dụng . 50 Bảng 3.1. Thiết lập các thông số cho các phương thức khác nhau QoS thích 57 Trang: 5 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Các thành phần tham gia vào IP Multicast 9 Hình 1.2: Định dạng của địa chỉ IP lớp D 10 Hình 1.3: Ánh xạ địa chỉ IP multicast sang địa chỉ MAC 10 Hình 1.4: Cây đường đi ngắn nhất của host A 12 Hình 1.5: Cây chia sẻ 12 Hình 1.6: Tìm hàng xóm trong DVMRP 19 Hình 1.7: Cắt nhánh trong DVMRP 19 Hình 1.8: Ghép nhánh trong DVMRP 20 Hình 1.9: Cây phân phối PIM-DM 22 Hình 1.10: Cắt nhánh trong PIM-DM 22 Hình 1.11: Xác nhận trong PIM-DM 23 Hình 1.12: Ghép nhánh trong PIM-DM 24 Hình 1.13: Một vùng MOSPF chứa nguồn và thành viên nhóm multicast G 28 Hình 1.14 Thông điệp nhóm tóm tắt trong vùng đường trục 30 Hình 1.15 Cây đường đi ngắn nhất SPTs trong vùng đường trục 30 Hình 1.16 Nguồn trong vùng không phải đường trục 31 Hình 1.17. Lưu lượng multicast xuống các miền MOSPF 32 Hình 2.1: Cấu trúc của H.323 34 Hình 2.2: Chồng giao thức H.323 34 Hình 2.3. Các giai đoạn chính của H.323 35 Hình 2.4. Mô hình H.323 cơ bản thông qua Internet 35 Hình 2.5. Redirect Server 39 Hình 2.6. Hoạt động của Proxy server 42 Hình 2.7. Hoạt động của Redirect server 42 Hình 2.8. Kết hợp SIP và H.323 sử dụng TDM 43 Hình 2.9. Kết hợp SIP và H.323 sử dụng Proxy đa giao thức 43 Hình 2.10. Kết hợp SIP và H.323 không dùng kết nối 44 Trang: 6 Hình 2.11. QoS dung sai ứng dụng chung các loại âm thanh và video 47 Hình 2.12. hệ thống của kiến trúc 48 Hinh 3.1. BW nhu cầu cho từng chế độ QoS 59 Hình 3.2. CPU nhu cầu cho từng chế độ QoS 59 Hình 3.3. Tuyến tính phân phối băng thông bằng cách sử dụng các ứng dụng mặc định, thích ứng không được sử dụng 60 Hình 3.4. Tăng số lượng các thành viên trong nhóm đang hoạt động bằng cách sử dụng thích ứng để phân phối lại nguồn mạng 60 Hình 3.5 - Hình thức QoS thông qua hệ thống phải đối mặt với điều kiện nguồn tài nguyên có sẵn 61 Hình 3.6. Sơ đồ hệ thống 62 Hình 3.7. Khởi động Vic 67 Hình 3.8. Kết quả 1 68 Hình 3.9. Kết quả 2 69 Hình 3.10. Kết quả 3 70 Trang: 7 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Mạng máy tính và các ứng dụng trên mạng máy tính ngày càng trở nên thông dụng, nhu cầu chuyển một lượng rất lớn các thông tin đến nhiều nơi trong cùng một thời gian là rất cần thiết. Phần lớn các ứng dụng trên mạng hiện nay sử dụng phương pháp truyền dữ liệu unicast, đó là phương pháp truyền dữ liệu từ điểm tới điểm. Trong thực tế hiện nay nhu cầu phải thường xuyên gửi dữ liệu từ một điểm tới nhiều điểm, phương pháp truyền dữ liệu unicast không hiệu quả. Trường này sử dụng unicast thì cùng một dữ liệu sẽ phải được đóng gói nhiều lần và lần lượt gửi chúng tới từng điểm đích. Một cách khác để thực hiện việc truyền dữ liệu từ một điểm đến nhiều điểm thì có thể sử dụng giao thức broadcast, đây là phương pháp gửi dữ liệu từ một điểm đến tất cả các điểm trên mạng. Cả hai phương pháp trên đều gây nên những sự lãng phí tài nguyên mạng, trong trường hợp này với hạ tầng cơ sở mạng như hiện nay giao thức multicast thay thế là tốt nhất, giúp ta tiết kiệm được băng thông mạng cũng như cải thiện được tốc độ truyền dữ liệu. Multicast là phương pháp truyền dữ liệu từ điểm tới nhiều điểm, trong đó một nguồn dữ liệu sẽ gửi tới một nhóm thông qua địa chỉ nhóm multicast. Phương pháp multicast có các giao thức cho phép các máy tính có thể đơn giản gia nhập vào nhóm để nhận dữ liệu hay huỷ bỏ nhóm, các giao thức định tuyến cũng được xây dựng cho phép các ứng dụng có thể gửi dữ liệu một cách hiệu trên mạng. 2. Mục tiêu luận văn Xuất phát từ vấn đề nêu trên, luận văn “Tìm hiểu giao thức IP multicast ứng dụng trong đào tạo điện tử” là đối tượng nghiên cứu với những vấn đề tập trung chủ yếu như sau: Trang: 8 - Tìm hiểu các thành phần cơ bản của quá trình truyền dữ liệu multicast, cây multicast, chuyển tiếp multicast, cũng như quá trình tham gia nhóm multicast thông qua giao thức Internet Group Management Protocol (IGMP). - Tìm hiểu các giao thức định tuyến được sử dụng trong multicast như giao thức định tuyến Distance Vector Multicast Routing Protocol (DVMRP), giao thức định tuyến Protocol Independent Multicast (PIM) và giao thức định tuyến Multicast Open Shortest Path First (MOSPF). - Ứng dụng giao thức IP Multicast trong đào tạo điện tử 3. Hướng tiếp cận Với mục tiêu là tìm hiểu công nghệ IP multicast, luận văn được tiếp cận theo hướng tập trung nghiên cứu các khái niệm, tìm hiểu các giao thức phổ biến của multicast, từ đó chỉ ra được các ưu điểm nhược điểm cũng như khả năng áp dụng của IP multicast vào các ứng dụng đào tạo điện tử. 4. Kết cấu của luận văn Phần mở đầu Chương 1: Tìm hiểu về công nghệ IP Multicast Chương 2: Đào tạo điện tử dựa trên công nghệ IP Multicast Chương 3: Xây dựng hệ thống đào tạo điện tử dựa trên công nghệ IP Multicast Kết quả đạt được Kết luận Những kiến nghị nghiên cứu tiếp theo Tài liệu tham khảo Trang: 9 CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ IP MULTICAST 1.1. Khái quát về IP Multicast 1.1.1. Các thành phần cơ bản Để xây dựng hệ thống trao đổi được dữ liệu đầu tiên ta cần phải có các máy tính và các router hỗ trợ giao thức multicast, khi đó các máy tính có thể gửi hay nhận dữ liệu từ giao thức IP multicast. Thứ nhất máy nguồn gửi dữ liệu qua giao thức multicast tới một địa chỉ nhóm ( sử dụng một địa chỉ lớp D). Thứ hai các máy trạm muốn nhận các gói tin multicast sẽ liên hệ với router cục bộ để đăng ký tham gia nhóm và nhận dữ liệu. Thứ ba các router sẽ sử dụng một giao thức định tuyến multicast để xác định các mạng con và chuyển dữ liệu multicast tới các thành viên của nhóm. Nếu mạng con không có thành viên của nhóm, router sẽ không chuyển dữ liệu tới mạng đó. Hình 1.1: Các thành phần tham gia vào IP Multicast Trang: 10 1.1.2 Địa chỉ Multicast IP multicast sử dụng địa chỉ lớp D từ 224.0.0.0 đến 239.255.255.255 để cho các thiết bị mạng có thể dễ dàng xác định được các địa chỉ multicast bằng cách đọc 4 bit bên trái của một địa chỉ. Bốn bit này của một địa chỉ multicast luôn luôn bằng 1110. Class D 28 bits 1 1 1 0 Multicast Group ID Hình 1.2: Định dạng của địa chỉ IP lớp D Do không có cơ chế tương đương với giao thức phân giải địa chỉ như trong truyền thông unicast, một dạng giá trị đặc biệt dành riêng cho địa chỉ MAC của multicast sẽ được dùng. Các địa chỉ này bắt đầu bằng 01005E, phần 28 bit sau của địa chỉ IP multicast sẽ được ánh xạ vào 23 bit thấp của địa chỉ MAC bằng một giải thuật đơn giản. Hình 1.3: Ánh xạ địa chỉ IP multicast sang địa chỉ MAC Cơ chế ánh xạ địa chỉ, chỉ có 23 bit cuối của địa chỉ là được chép từ địa chỉ IP sang địa chỉ MAC còn 5 bit của địa chỉ IP không được chuyển sang địa chỉ MAC. Cơ chế ánh xạ này có thể có 32 địa chỉ multicast khác nhau có thể ánh xạ vào cùng một địa chỉ MAC. Vì vậy, khi một host nhận dữ liệu nó [...]... 1.17 Lưu lượng multicast xuống các miền MOSPF CHƯƠNG 2: ĐÀO TẠO ĐIỆN TỬ DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ IP MULTICAST 2.1.Một số công nghệ mạng phục vụ cho hệ thông đào tạo điện tử 2.1.1.Giao thức ITU H.323: 2.1.1.1 Tổng quan: H323 là một tập các tiêu chuẩn từ ITU-T, nó định nghĩa một tập các giao thức dùng để liên lạc bằng âm thanh và hình ảnh qua mạng máy tính Tiêu chuẩn H.323 đầu tiên được chính thức công bố và giải... DVMRP Prune lên cây multicast để yêu cầu dừng gửi dữ liệu và cắt bỏ nhánh khỏi cây multicast Hình 1.7: Cắt nhánh trong DVMRP * Ghép nhánh: Để thực hiện ghép nhánh thì router gửi một thông điệp DVMRP Graft tới router phía trên để thông báo nó muốn được ghép nhánh trở lại cây multicast Sau khi router phía trên nhận được nó sẽ phản hồi lại bằng thông điệp Graft-Ack và chuyển tiếp lưu lượng multicast xuống... vực rộng hơn cho các dịch vụ VoIP Cấu trúc của SIP cũng tương tự với cấu trúc HTTP (giao thức client-server) Nó bao gồm các yêu cầu được gửi đến từ người sử dụng SIP client tới SIP server Server xử lý các yêu cầu và đáp ứng đến các client Một thông điệp yêu cầu, cùng với các thông điệp đáp ứng tạo nên sự thực thi SIP SIP là một công cụ hỗ trợ hấp dẫn đối với điện thoại IP vì các lý do sau : + Nó có... router multicast trên vùng biên (Multicast AS Border Routers - MASBR) để chuyển tiếp dữ liệu muticast tới các router trên vùng đường Khi lưu lượng vào từ một miền khác thông qua MASBR lưu lượng này được chuyển qua đường trục tới MABR dựa vào LAS nhóm rút gọn Tiếp theo dữ liệu từ các router MABR tiếp tục được phát tán tới các thành viên nhóm multicast dựa vào cây đường đi ngắn nhất được minh họa như trên. .. cây multicast Trong trường hợp nhiều router có cùng metric, thì xét chọn router nào có địa chỉ IP cao nhất Hình 1.11: Xác nhận trong PIM-DM 1.2.2.4 Ghép nhánh Khi cần ghép nhánh thì router đó sẽ gửi một thông điệp Graft tới router trên nó để yêu cầu nhận dữ liệu Router trên nó nhận thông điệp và trả lời bằng cách gửi lại một thông điệp Graft-Ack thông báo đã được ghép nhánh Hình 1.12: Ghép nhánh trong... các vùng Để hỗ trợ multicast trên nhiều vùng, RFC 1584 định nghĩa chuyển tiếp multicast liên vùng là một tập con của các OSPF ABR trong mạng và được cấu hình để thực hiện các tác vụ multicast liên quan như: tóm tắt thông tin thành viên nhóm trong vùng 0 và chuyển tiếp gói tin multicast giữa các vùng Các router thực hiện chức năng này được gọi là router multicast trên biên của vùng (multicast area border... tiếp multicast Điều này đặc biệt đúng khi DVMRP hoạt động trên mạng đa truy cập như mạng Ethernet, vì trên mạng có thể có nhiều router DVMRP cùng tham gia Hình 1.6: Tìm hàng xóm trong DVMRP * Cắt nhánh: DVMRP sử dụng cây nguồn để điều khiển đường đi của luồng dữ liệu, ban đầu dữ liệu multicast được gửi xuống tất cả các nhánh của cây Để giảm lưu lượng dư thừa cần có một cơ chế cắt bỏ các nhánh cây mà trên. .. rải rác trên các mạng con - Giao thức hoạt động theo mô hình trạng thái liên kết như MOSPF 1.2.1 Giao thức định tuyến multicast véctơ khoảng cách DVMRP (Distance Vector Multicast Routing Protocol) là giao thức định tuyến multicast đầu tiên được sử dụng phổ biến DVMRP được phát triển dựa trên giao thức định tuyến unicast Routing Information Protocol (RIP) với một số thay đổi để phù hợp với cơ chế multicast. .. độ ưu tiên thì giá trị IP được so sánh để bầu chọn * Cây phân phối multicast: Sử dụng cây nguồn (hay cây đường đi ngắn nhất) chỉ ra quá trình phân phối dữ liệu tới các máy nhận trên mạng Các cây nguồn được xây dựng bằng cách sử dụng cơ chế quảng bá và loại bỏ (Flood and Prune) ngay khi nguồn multicast bắt đầu truyền dữ liệu Không như DVMRP là giao thức sử dụng bảng định tuyến multicast của riêng nó,... cắt nhánh Prune lên router phía trên để thông báo cắt nhánh Hình 1.10: Cắt nhánh trong PIM-DM 1.2.2.3 Cơ chế xác nhận Một router nhận dữ liệu multicast trên cổng mà cổng đó cũng gửi dữ liệu từ nguồn, thì router sẽ gửi một thông điệp PIM Assert tới cổng mà nó nhận dữ liệu để tìm ra router được lựa chọn Trong thông điệp PIM Assert chứa giá trị metric tới nguồn, và router nào có giá trị metric tốt nhất . đầu Chương 1: Tìm hiểu về công nghệ IP Multicast Chương 2: Đào tạo điện tử dựa trên công nghệ IP Multicast Chương 3: Xây dựng hệ thống đào tạo điện tử dựa trên công nghệ IP Multicast Kết quả đạt. 3: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐÀO TẠO ĐIỆN TỬ DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ IP MULTICAST 53 3.1. Mục tiêu và yêu cầu dựng ứng dụng 53 3.2. Công cụ MBone 56 3.3. Xây dựng hệ thống Đào tạo điện tử dựa trên. multicast trên các AS 32 CHƯƠNG 2: ĐÀO TẠO ĐIỆN TỬ DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ IP MULTICAST 33 2.1. Một số công nghệ mạng phục vụ cho hệ thông đào tạo điện tử 33 2.1.1. Giao thức ITU H.323: 33 2.1.1.1