ĐỀ TÀI : TÌM HIỂU MULTICAST VÀ ỨNG DỤNG MULTICAST TRONG IPTV

IPTV là một hệ thống dịch vụ truyền hình kỹ thuật số được phát đi nhờ vàogiao thức Internet thông qua một hạ tầng mạng, hạ tầng mạng này có thể bao gồm việctruyền thông qua một kết nối b

Trang 1

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Tel (84-511) 736 949, Fax (84-511) 842 771

Website: itf.ud.edu.vn, E-mail: cntt@edu.ud.vn

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

MÃ NGÀNH : 05115

ĐỀ TÀI : TÌM HIỂU MULTICAST VÀ

ỨNG DỤNG MULTICAST TRONG IPTV

Mã số : 06T4-010 Ngày bảo vệ : 15-16/6/2011

SINH VIÊN : PHAN THANH HẢI

ĐÀ NẴNG, 6/2011

Trang 2

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô Khoa Công Nghệ Thông Tin cũng như các thầy cô trong Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng đã truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong những năm học vừa qua Đặc biệt em chân thành thầy Nguyễn Thế Xuân Ly đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài.

Xin chân thành cám ơn các bạn trong Khoa Công Nghệ Thông Tin đã ủng hộ, giúp đỡ, chia sẻ kiến thức, kinh nghiệm và tài liệu có được cho em trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài.

Một lần nữa xin cám ơn!

Sinh viên thực hiện PHAN THANH HẢI

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan :

1 Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Nguyễn Thế Xuân Ly.

2 Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố.

3 Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá,

tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Sinh viên thực hiện PHAN THANH HẢI

Trang 4

MỤC LỤC

TỔNG QUAN VỀ IPTV 1

I Giới thiệu chung về IPTV 1

I.1 Khái niệm IPTV 1

I.2 Một số đặc tính của IPTV 2

I.3 Sự khác nhau giữa IPTV và truyền hình Internet 2

I.4 Các thành phần trong hệ thống IPTV 3

I.4.1 Mạng chuyển tải 3

I.4.2 Mạng cung cấp nội dung 4

I.4.3 Hệ thống Video Headend 4

I.4.4 Hệ thống Middleware 4

I.4.5 Hệ thống phân phối nội dung 4

I.4.6 Hệ thống quản lý bản quyền số (DRM) 4

I.4.7 Set-top Box (STB) 4

I.5 Các dịch vụ được cung cấp bởi IPTV 4

I.5.1 Dịch vụ truyền hình 4

I.5.2 Dịch vụ VoD 5

I.5.3 Dịch vụ NPVR 5

I.5.4 Dịch vụ Pay-per-View (PPV) 5

I.5.5 Trò chơi theo yêu cầu (Gamings on Demand) 5

I.5.6 Âm nhạc theo yêu cầu (Musics on Demand) 5

I.5.7 Truyền hình của hôm trước (TV of Yesterday) 6

I.5.8 Karaoke theo yêu cầu 6

II Hệ thống truyền hình IPTV mạng xDSL 6

II.1 Mô hình tổng quát 6

II.1.1 Các thành phần cung cấp dịch vụ Broadcast Video 6

II.1.2 Các thành phần cung cấp dịch vụ VoD 7

CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ CHO HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH TRÊN MẠNG XDSL 8

I Chuẩn nén sử dụng trong IPTV 8

I.1 Nén MPEG: 8

I.2 Chuẩn nén MPEG-2 8

I.3 Chuẩn nén MPEG-4 9

I.4 Chuẩn nén MPEG4 part 10 9

II Các giao thức mạng sử dụng trong IPTV 10

II.1 Unicast 10

II.2 Broadcast 11

II.3 Multicast 11

II.3.1 Giao thức IGMP 12

II.3.2 Giao thức PIM 13

II.3.3 Chuyển tiếp lưu lượng multicast 14

III Chất lượng dịch vụ (QoS) 17

III.1 Giới thiệu về chất lượng dịch vụ 17

III.2 Cung cấp chất lượng dịch vụ trên mạng IP 17

i

Trang 5

III.3 Các mô hình QoS 18

III.3.1 Best-effort delivery 19

III.3.2 Intergrated Service Model 19

III.3.3 Differentiated Service Model 20

III.4 Phân loại và đánh dấu 21

III.5 Sự phân loại – Classification 21

III.5.1 Class-Based Marking 22

III.5.2 Phân loại với NBAR (Network-Based Application Recognition) 23

III.5.3 Đánh dấu – Marking 23

III.6 IP header QoS – Precedence và DSCP 23

III.7 Chuyển tiếp đảm bảo (Assured Forwarding) 25

III.8 Các công cụ phân loại và đánh dấu 25

III.8.1 Cấu hình theo Class-Based Marking 25

III.8.2 Network-Based Application Recognition 26

PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG 27

I Phân tích trang web mô phỏng người sử dụng dịch vụ IPTV 27

I.1 Phân tích các yêu cầu 27

I.1.1 Yêu cầu trang web 27

I.1.2 Yêu cầu người dùng 27

I.1.3 Yêu cầu quản lý 27

I.2 Thiết kế cơ sở dữ liệu 27

I.2.1 Các bảng cơ sở dữ liệu 27

I.2.2 Quan hệ giữa các bảng 28

II Giới thiệu ngôn ngữ Cakephp 29

II.1 Giới thiệu 29

II.1.1 Tính năng của cakephp 29

II.1.2 Mô hình MVC trong cakephp 29

II.2 Cài đặt và cấu hình 30

II.3 Cấu trúc thư mục của cakephp 30

II.4 Các qui ước của cakephp 31

II.4.1 Các qui ước về file và tên lớp 31

II.4.2 Quy ước về tên model và tên bảng cơ sở dữ liệu 31

II.4.3 Quy ước về Controller 32

II.4.4 Quy ước về View 32

II.5 Các thành phần chính của cakephp 32

II.5.1 Model 32

II.5.2 View 34

II.5.3 Controller 35

III Phân tích truyền gói tin Multicast trong IPTV 36

III.1 Phân tích các yêu cầu 36

III.2 Thiết kế mô phỏng 36

III.3 Chức năng của các thiết bị trong bài lab 37

III.4 Quá trình truyền và nhận gói tin multicast 38

KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM 39

I Một số hình ảnh trang web mô phỏng giao diện IPTV 39

Trang 6

Mục lục iii

I.3 Trang tìm kiếm 40

I.4 Trang admin 41

II Kết quả mô phỏng truyền gói tin multicast 41

II.1 Mô hình và đặt địa chỉ IP cho từng thiết bị 41

II.2 Kết quả 42

II.2.1 Truyền và bắt gói tin multicast 42

II.2.2 Kết quả mô phỏng chất lượng dịch vụ(QoS) 47

Trang 7

Mục lục iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 IPTV Công nghệ tương lai 1

Hình 2 Sơ đồ mạng IPTV 3

Hình 3 Hoạt động của NPVR 5

Hình 4 Mô hình tổng quát hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV 6

Hình 5.Các kết nối nhiều unicast cho nhiều user IPTV 10

Hình 6 Truyền theo kiểu Broadcast 11

Hình 7 Các kết nối được sử dụng trong multicast 12

Hình 8 Ví dụ về cây nguồn 15

Hình 9 Ví dụ về cây chia sẻ 16

Hình 10 Sơ đồ áp dụng 3 mô hình QoS 18

Hình 11 Mô hình tổng quan Intergrated Service 19

Hình 12 Mô hình tổng quát cơ chế Diff-Serv 20

Hình 13 Mô hình MVC trong cakephp 29

Hình 14 Sơ đồ IPTV thực tế 36

Hình 15 Phân phát Multicast trong IPTV 37

Hình 16 Sơ đồ lab 37

Hình 17 Trang login 39

Hình 18 Trang chủ 40

Hình 19 Trang tìm kiếm 40

Hình 20 Trang admin 41

Hình 21 Sơ đồ triển khai 41

Hình 22 Tạo luồng Multicast 43

Hình 23 Chọn luồng 43

Hình 24 Chọn File 44

Hình 25 Chọn địa chỉ Multicast 44

Hình 26 Bắt luồng phát 45

Hình 27 Gõ địa chỉ Multicast 45

Hình 28 Kết quả bắt luồng Multicast 46

Hình 29 Bắt 2 luồng Multicast cùng lúc 46

Hình 30 Tốc độ video 47

Hình 31 Tốc độ tải File 48

Hình 32 Play video sau khi dùng QoS 48

Hình 33 Tốc độ tải File sau khi dùng QoS 49

Trang 8

Mục lục v

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 Các trường có thể so trùng trong ACL mở rộng 22

Bảng 2 Thể loại dịch vụ (ToS) 23

Bảng 3 Trường DiffServ 24

Bảng 4 Xác định các mức thứ tự trong DiffServ 24

Bảng 5 Xác định cấp DSCP để chỉ định class AF 25

Bảng 6 Một vài lệnh match trong CB-marking 26

Bảng 7 Bảng khách hàng 27

Bảng 8 Bảng thể loại 28

Bảng 9 Bảng phim 28

Bảng 10 Bảng tính tiền 28

Bảng 11 Quan hệ giữa các bảng 28

Bảng 12 Kiểu dữ liệu MySQL tương ứng với Cakephp 34

Bảng 13 Kiểu dữ liệu Oracle tương ứng với cakephp 34

Trang 9

Mục lục vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

IGMP : Internet Group Management Protocol

IPTV : Internet Protocol Television

PIM : Protocol Independent Multicast

Int-Ser : Intergrated Services

Diff-Ser : Differentiated Services

PC : Personal Computer

VoD : Video on Demand

QoS : Quality of Service

DRM : Digital Right Management

NPVR : Network Personal Video Recorder

MPEG : Moving Pictures Exert Group

SPT : Shortest-Path Tree

DSCP : Differentiated Service Code Point

ToS : Type of Service

UDP : User Datagram Protocol

TCP : Transmission Control Protocol

Trang 10

Mục lục vii

LỜI MỞ ĐẦU

Sự phát triển của mạng Internet toàn cầu nói riêng và công nghệ thông tin nóichung đã đem lại tiến bộ và phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật Với sự pháttriển vượt bậc đó nó đã làm thay đổi cả về nội dung và kỹ thuật truyền hình Hiện nay

có nhiều dạng khác nhau: truyền hình số, truyền hình vệ tinh, truyền hình Internet vàIPTV IPTV đang là cấp độ cao nhất và là công nghệ truyền hình của tương lai Sựvượt trội của IPTV là tính năng tương tác giữa hệ thống với người xem, cho phépngười xem chủ động về thời gian và khả năng triển khai nhiều dịch vụ giá trị gia tăngtiện ích khác nhằm đáp ứng nhu cầu của người dùng

Với sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Thế Xuân Ly và mong muốn tìm hiểu côngnghệ mới, sau một thời gian tìm hiểu em đã hoàn thành cuốn báo cáo luận văn tốtnghiệp với đề tài “Tìm hiểu Multicast và ứng dụng Multicast trong IPTV” Nội dungbáo cáo gồm có lý thuyết và thực hành được trình bày trong 4 chương như sau:

Chương I: Tổng quan về IPTV Chương này trình bày khái niệm IPTV, cấu trúcIPTV, các công nghệ IPTV

Chương II: Các giải pháp công nghệ và truyền hình cho IPTV Chương này trìnhbày các chuẩn nén sử dụng trong IPTV, giao thức sử dụng và chất lượng dịch vụ.Chương III: Phân tích thiết kế hệ thống Chương này phân tích các yêu cầu và giớithiệu ngôn ngữ cakephp

Chương IV: Kết quả mô phỏng Trình bày các kết quả đạt được trong quá trìnhtriển khai

Trang 11

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ IPTV

I Giới thiệu chung về IPTV

I.1 Khái niệm IPTV

IPTV viết tắt của Internet Protocol Television, có nghĩa là truyền hình giao thứcInternet IPTV là một hệ thống dịch vụ truyền hình kỹ thuật số được phát đi nhờ vàogiao thức Internet thông qua một hạ tầng mạng, hạ tầng mạng này có thể bao gồm việctruyền thông qua một kết nối băng thông rộng

IPTV được cung cấp trên Internet nên đôi khi dịch vụ này còn gọi là Internet TVhay Web TV Nó thường được cung cấp cùng với dịch vụ Video-on-Demand (VoD:video theo yêu cầu) cùng với các dịch vụ Internet khác như Web và Voip nên cònđược gọi là công nghệ TriplePlay và được cung cấp bởi nhà khai thác dịch vụ băngthông rộng sử dụng chung một hạ tầng mạng

Hình 1 IPTV Công nghệ tương lai.

IPTV sẽ mang đến cho người dùng những nội dung kỹ thuật số chất lượng cao nhưvideo theo yêu cầu(VoD), hội nghị truyền hình( Video Conference), tin nhắn nhanh qua TV…

Có thể thấy, IPTV là một dịch vụ số mà có khả năng cung cấp những tính năng vượt trội hơn khả năng của bất kỳ cơ chế phân phối truyền hình nào khác Ví dụ, set-top box IPTV có thể thông qua phần mềm để cho phép xem đồng thời nhiều chương

Trang 12

I.2 Một số đặc tính của IPTV

- Hỗ trợ truyền hình tương tác: Khả năng hai chiều của hệ thống IPTV cho phép nhà cung cấp dịch vụ phân phối toàn bộ các ứng dụng truyền hình tương tác Các loại dịch vụ được truyền tải thông qua một dịch vụ IPTV có thể bao gồm truyền hình trực tiếp chuẩn, truyền hình chất lượng cao, trò chơi tương tác và khả năng truy cập Internet tốc độ cao

- Sự dịch thời gian: IPTV kết hợp với một máy ghi video kỹ thuật số cho phép dịch thời gian nội dung chương trình – một cơ chế cho việc ghi và lưu trữ nội dung các chương trình truyền hình yêu thích để xem sau

- Cá nhân hóa: Một hệ thống IPTV từ đầu cuối đến đầu cuối hỗ trợ truyền thông tin hai chiều và cho phép người dùng cá nhân hóa những thói quen xem TV của

họ bằng cách cho phép họ quyết định nội dung và thời gian họ muốn xem

- Yêu cầu băng thông thấp: Thay vì phân phối trên mọi kênh để tới mọingười dùng như trong truyền hình quảng bá thông thường, công nghệ IPTV cho phépnhà cung cấp dịch vụ chỉ truyền trên một kênh mà người dùng yêu cầu Đặc điểm hấpdẫn này cho phép nhà cung cấp dịch vụ có thể tiết kiệm băng thông của mạng

- Hỗ trợ nhiều loại thiết bị đầu cuối: Việc xem nội dung IPTV bây giờ không chỉ giới hạn thiết bị đầu cuối là TV Người dùng có thể sử dụng máy tính cá nhân hay thiết bị di động để truy xuất vào các dịch vụ IPTV

I.3 Sự khác nhau giữa IPTV và truyền hình Internet

Cả hai dịch vụ IPTV và Internet đều dựa trên giao thức IP, nên người ta hay nhầmlẫn IPTV là truyền hình Internet Tuy nhiên, hai dịch vụ này có nhiều điểm khác nhau

- Được truyền tải trên nền mạng khác nhau

Truyền hình Internet sử dụng mạng Internet công cộng để phát tán các nội dungvideo tới người sử dụng cuối

IPTV sử dụng mạng trên nền IP tương tự như mạng Internet, song đó là các mạngriêng được bảo mật để truyền các nội dung video đến khác hàng Các mạng riêng nàythường được tổ chức và vận hành bởi nhà cung cấp dịch vụ IPTV

- Về mặt địa lý

Các mạng do nhà cung cấp dịch vụ viễn thông sở hữu và điều khiển không chophép người sử dụng Internet nói riêng và những người không sử dụng dịch vụ IPTVnói chung truy cập Các mạng này chỉ giới hạn trong khu vực địa lý cố định

Trong khi đó, mạng Internet không giới hạn về mặt địa lý, người dùng Internet nàocũng có thể xem truyền hình Internet ở bất kỳ đâu trên thế giới

Trang 13

Tìm hiểu Multicast và ứng dụng Multicast trong IPTV

vụ truyền hình ảnh qua mạng Internet không đảm bảo chất lượng truyền hình, và cóthể chất lượng hình ảnh thấp

Trong khi đó, IPTV chỉ được phân phối qua một hạ tầng mạng của nhà cung cấpdịch vụ Do đó người vận hành mạng có thể điều chỉnh để có thể cung cấp hình ảnhvới chất lượng cao hơn

- Cơ chế truy cập

Một set-top box số thường được sử dụng để truy cập và giải mã nội dung videođược phân phát qua hệ thống IPTV, trong khi PC ( máy tính cá nhân) thường được sửdụng để truy cập các dịch vụ Internet Các loại phần mềm được sử dụng trong PCthường phụ thuộc vào loại nội dung truyền hình Internet Ví dụ, để có thể tải cácchương trình TV từ trên mạng Internet đôi khi cần phải cài đặt các phần mềm cầnthiết để xem được nội dung đó, hay hệ thống quản lý bản quyền cũng cần để hỗ trợ cơchế truy cập

và DSLAM) cần phải được hỗ trợ Multicast Mạng cũng phải có khả năng hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QoS) từ đầu cuối đến đầu cuối, đảm bảo băng thông cần thiết và độ ưutiền cho các kênh truyền hình quảng bá cũng như các phiên video theo yêu cầu đang

sử dụng

Trang 14

Mạng cung cấp nội dung

Thu, nhận và xử lý các dữ liệu chương trình từ các nguồn khác nhau như vệ tinh,truyền hình mặt đất và các nguồn khác để chuyển sang hệ thống Video Headend

I.4.1. Hệ thống Video Headend

Thu và giải mã nội dung hình ảnh và âm thanh từ các nguồn khác nhau và sử dụngcác thiết bị mã hóa (encoder) để chuyển đổi nội dung này thành các luồng IP multicast

ở khuôn dạng mã hóa mong muốn

Hệ thống Middleware

Middleware là bộ phận rất quan trọng trong hệ thống IPTV Middleware đảm nhiệm rất nhiều các nhiệm vụ trong hệ thống Nó cung cấp và quản lý thuê bao ( giámsát các thuê bao và STB, giám sát các dịch vụ cung cấp cho thuê bao, cài đặt mới hoặc gỡ bỏ các dịch vụ ), quản lý các gói cước và giá cả

Hệ thống phân phối nội dung

Bao gồm các cụm máy chủ Video theo yêu cầu (VoD) và hệ thống quản lý VoD tương ứng, cho phép lưu trữ các nội dung đã được mã hóa và thiết lập các chính sách phân phối nội dung một cách mềm dẻo Hệ thống này cho phép nhà khai thác mở rộngmột cách kinh tế phù hợp với yêu cầu dịch vụ của các thuê bao

Hệ thống quản lý bản quyền số (DRM)

DRM giúp nhà khai thác bảo vệ nội dung của mình bằng cách trộn các tín hiệu truyền hình hay mã hóa nội dung VoD, khi truyền đi trên mạng Internet và tích hợp các tính năng an ninh tại STB ở phía thuê bao

I.5 Các dịch vụ được cung cấp bởi IPTV

Dịch vụ truyền hình

Các nội dung truyền hình được quảng bá theo lịch trình thời gian cố định như truyền hình truyền thống Sự lựa chọn các gói kênh theo yêu cầu của khách hàng có thể bao gồm các kênh truyền hình công cộng, các kênh truyền hình trả tiền, các kênh truyền hình được ưa thích, các kênh về mua sắm, thời trang…

Trang 15

Dịch vụ VoD

Việc phát các nội dung truyền hình được lựa chọn bắt đầu khi người sử dụng lựa chọn nội dung đó Thông thường, nội dung là các bộ phim hay các phim đã được ghi lại từ một thư viện Dịch vụ này có thể được sử dụng trong một thời gian giới hạn Các chức năng thường giống như chức năng của máy ghi hình (VCR) hay đầu DVD…

TV

1

Tín hiệu Media stream

VOD server 2

4

5

3 6

PPV là hình thức trả tiền để xem một phần chương trình truyền hình, ví dụ: trả tiền

để xem một sự kiện thể thao hay trả tiền để nghe một bản nhạc Hệ thống cung cấp một kênh truyền hình theo hình thức PPV cho các thuê bao

Trò chơi theo yêu cầu (Gamings on Demand)

Dịch vụ này sẽ cung cấp nhiều loại game tùy chọn đến thuê bao từ một danh sách

có sẵn IPTV yêu cầu game đơn giản dựa trên HTML

Âm nhạc theo yêu cầu (Musics on Demand)

Các thuê bao có thể xem những clip ca nhạc theo yêu cầu giống như dịch vụ VoD

Trang 16

Truyền hình của hôm trước (TV of Yesterday)

Dịch vụ này cho phép các thuê bao xem phim truyền hình đã được phát những ngày trước đó

Karaoke theo yêu cầu

Các thuê bao có thể chọn và xem các bài Karaoke qua Set-top Box trên TV Từ danh sách các bài Karaoke đã được giới thiệu, thuê bao có thể mua một hoặc nhiều bài hát cùng lúc Dịch vụ này đang được triển khai

II Hệ thống truyền hình IPTV mạng xDSL

II.1 Mô hình tổng quát

Dịch vụ IPTV được chia làm hai loại chính: Dịch vụ video quảng bá (Broadcast Video) và dịch vụ video theo yêu cầu (VoD)

Các thành phần cung cấp dịch vụ Broadcast Video

- Bộ nén video thời gian thực

Bộ nén video thời gian thực tiếp nhận tín hiệu audio, video từ các nguồn phát broadcast video (tín hiệu có thể ở dạng tương tự hoặc số), sau đó chuyển đổi tín hiệu này thành luồng các gói IP mang dữ liệu audio/video ở dạng đã được nén sô

- Hướng dẫn chương trình điện tử EPG (Electronic Program Guide)

Cung cấp các thông tin về các kênh truyền hình đến broadcast client chạy trên các STB EPG thường được xây dựng dưới dạng một http server và các kênh được hiển thị dưới dạng các trang web

Trang 17

Các thành phần cung cấp dịch vụ VoD

- Hệ thống phân phối nội dung (Asset Distribution System – ADS)

ADS lấy nội dung từ các nhà cung cấp và sử dụng qui tắc kinh doanh để phân phốinội dung này đến những khu vực khác nhau trong hệ thống mạng của nhà cung cấp dịch vụ

- Navigation server

Navigation Server cung cấp các thông tin về nội dung VoD cho client chạy trên STB Thông tin về nội dung video được hiển thị dưới dạng các trang web

- Phân hệ quản lý phiên

Phân hệ quản lý phiên là điểm liên lạc trung tâm cho các yêu cầu phiên VoD từ client chạy trên STB

Trang 18

I Chuẩn nén sử dụng trong IPTV

Nén cho phép nhà cung cấp dịch vụ tuyền các kênh truyền hình và tiếng với chấtlượng cao qua mạng IP băng rộng Mắt của con người không thể phân biệt được toàn

bộ các phần của hình ảnh nên việc nén sẽ làm giảm độ lớn của tín hiệu ban đầu bằngcách bỏ bớt các phần của hình ảnh

I.1 Nén MPEG:

MPEG (Moving pictures exert group) là một chuẩn nén được sử dụng rộng rãitrong thông tin vệ tin, truyền hình cáp và trong các hệ thống truyền hình mặt đất.MPEG được thành lập nhằm phát triển các kỹ thuật nén cho phù hợp với việc truyềnhình ảnh Từ khi thành lập, MPEG đã đưa ra các chuẩn nén như: MPEG-1, MPEG-2,MPEG4 (part 2 và part 10), MPEG-7, và MPEG-21 Trong các chuẩn này, MPEG-2

và MPEG-4 part 10 được sử dụng rộng rãi trong IPTV

I.2 Chuẩn nén MPEG-2

Chuẩn nén MPEG-2 là chuẩn nén phát triển tiếp sau MPEG-1, kế thừa tất cả cáctiêu chuẩn của MPEG-1 và mục đích là nhằm hỗ trợ việc truyền video số, tốc độ bitlớn hơn 4Mb/s, bao gồm các ứng dụng DSM (phương tiện lưu trữ số), các hệ thốngtruyền hình, cáp, truyền hình độ phân giải cao (HDTV)…

Chuẩn Mpeg-2 cung cấp khả năng nén rất cao bằng cách dùng các thuật toán tiêuchuẩn, nó trở thành chuẩn cho TV số với các đặc tính:

- Nén video tương thích với Mpeg-1

- Chế độ full-screen kết hợp với cải tiến chất lượng video (cho TV và mànhình PC)

- Cải tiến mã hóa Audio

- Truyền phối hợp nhiều thành phần

Mpeg-2 được dùng để mã hóa hình ảnh động và âm thanh để tạo ra ba kiểu khung

số liệu ( intra frame, forward predictive frame và bidirectional pridicted frame) có thể

8

Trang 19

Tìm hiểu Multicast và ứng dụng Multicast trong IPTV 9

được sắp xếp theo một trật tự cụ thể gọi là cấu trúc nhóm các hình ảnh (group ofpictures, GOP)

I.3 Chuẩn nén MPEG-4

Chuẩn Mpeg-4 thành công hơn so với chuẩn Mpeg-2 Mpeg-4 đưa ra một hệ thốnghoàn chỉnh với các đặc điểm hỗ trợ các định dạng dữ liệu Chuẩn Mpeg-4 là mộtchuẩn động dễ thay đổi Với Mpeg-4, các đối tượng khác nhau trong một khung hình

có thể được mô tả, mã hóa và truyền đi một cách riêng biệt đến bộ giải mã trong cácdòng cơ bản ES (Elementary Stream) khác nhau Việc xác định, tách và xử lý riêngcác đối tượng ( như nhạc, đồ vật, đối tượng ảnh như con người hay động vật…) giúpcho người sử dụng có thể loại bỏ riêng từng đối tượng ra khỏi khung hình Sự tổ hợpkhung hình chỉ được thực hiện sau khi giải mã các đối tượng này

I.4 Chuẩn nén MPEG4 part 10

Các ứng dụng trên mạng Internet hiện nay gặp vấn đề khó khăn về sự hạn chế củabăng thông, nghẽn mạng và sự đa dạng các thiết bị hiển thị của người dùng Với tốc

độ mã hóa dữ liệu khoản 1.5Mb/s chuẩn nén Mpeg-4 part 10 ( hay còn gọi H.264) đãgiải quyết một phần việc tắc nghẽn mạng và sự hạn chế của băng thông Mục tiêuchính của chuẩn này nhằm cung cấp video có chất lượng tốt hơn nhiều so với nhữngchuẩn nén video trước đây

Một số tính năng quan trọng của chuẩn này:

- Phân chia mỗi hình ảnh thành các block bao gồm nhiều điểm ảnh, do vậyquá trình xử lý từng ảnh có thể được tiếp cận tới mức block

- Khai thác triệt để sự dư thừa về mặt không tồn tại giữa các ảnh liên tiếp bởimột vài mã của những block gốc thông qua dự đoán về không gian, phép biến đổi…

- Khai thác sự phụ thuộc tạm thời của các block của hình ảnh liên tiếp, do đóchỉ cần mã hóa những chi tiết thay đổi ảnh liên tiếp Việc này được thực hiện thôngqua dự đoán và bù chuyển động

- Khai thác tất cả sự dư thừa về không gian còn lại trong ảnh bằng việc giải

mã các block dư thừa

Mpeg-4 part 10 hay còn gọi H.264 thường làm việc tốt hơn nhiều so với Mpeg-2.H.264 cung cấp các profile sau:

- Baseline Profile: Được ứng dụng cho thời gian thực như các dịch vụ đàmthoại và hội nghị truyền hình

- Main Profile: Được thiết kế cho các thiết bị lưu trữ số và truyền hình quảngbá

Trang 20

- Extend Profile: Có khả năng nén khá cao Ứng dụng cho các dịch vụ đaphương tiện trên internet

- High Profile: Dùng cho các ứng dụng quảng bá và các ứng dụng truyềnhình yêu cầu độ nét cao

II Các giao thức mạng sử dụng trong IPTV

Các kiểu lưu lượng mạng IP thời gian thực khác nhau được tạo ra bởi các loại dịch

vụ trên nền IP khác nhau như VOIP hay truy cập internet tốc độ cao Với mỗi loạidịch vụ có những đặc điểm riêng về nội dung, vì thế cần phải có những phương thứcphân phối thích hợp Hiện nay có ba phương thức dùng để phân phối nội dung IPTVqua mạng IP là unicast, multicast và broadcast

II.1 Unicast

Truyền dẫn Unicast, hay còn gọi là truyền dẫn điểm- điểm Trong hình thức truyềndẫn này, nhiều host muốn nhận thông tin từ một bên gửi thì bên gửi đó phải truyềnnhiều gói tin đến các bên nhận Điều này sẽ dẫn đến gia tăng băng thông khi có quánhiều bên nhận

Hình 5 Các kết nối nhiều unicast cho nhiều user IPTV.

Trang 21

II.2 Broadcast

Kiểu truyền dẫn này cho phép truyền gói tin từ một địa điểm đến tất cả các hosttrên một mạng con mà không quan tâm đến việc host đó có nhu cầu nhận hay không.Kiểu truyền này gây lãng phí băng thông và không hiệu quả

Hình 6 Truyền theo kiểu Broadcast.

II.3 Multicast

Một địa chỉ Multicast cho phép phân phối dữ liệu tới một tập hợp các host đã đượccấu hình như những thành viên của một nhóm multicast trong các mạng con phân tánkhác nhau Đây là phương pháp truyền dẫn đa điểm, trong đó các host có nhu cầunhận dữ liệu mới tham gia vào nhóm Điều này hạn chế tối đa sự lãng phí băng thôngtrên mạng

Trang 22

Hình 7 Các kết nối được sử dụng trong multicast.

II.3.1 Giao thức IGMP

Giao thức IGMP (Internet Group Management Protocol) phát triển từ giao thứcHost Membership Protocolm được mô tả trong tài liệu của Deering IGMP phát triển

từ IGMPv1 đến IGMPv2 và phát triển đến bản cuối cùng IGMPv3 Các thông điệpIGMP được gửi bên trong gói tin IP với trường protocol number bằng 2, trong đótrường TTL(time to live) có giá trị bằng 1 Hai mục đích quan trọng nhất của IGMPlà:

- Thông báo cho router multicast rằng có một máy muốn nhận multicasttraffic của một nhóm cụ thể

- Thông báo cho router rằng có một máy muốn rời nhóm multicast Cácrouter thường dùng igmp để duy trì thông tin cho từng cổng của router là những nhómmulticast nào router cần phải chuyển và những host nào muốn nhận

Trước khi một host nào đó có thể nhận bất kỳ một multicast trafic nào, một ứngdụng multicast phải được cài đặt và chạy trên host đó Sau khi một host tham gia vàomột nhóm, phần mềm sẽ tính toán địa chỉ multicast và sau đó card mạng sẽ bắt đầulắng nghe địa chỉ multicast MAC Trước khi một host hoặc một người dùng muốntham gia vào một nhóm, người dừng cần biết nhóm nào đang tồn tại và làm thế nào đểtham gia nhóm đó Đối với các ứng dụng mức doanh nghiệp, người dùng chỉ cần đơngiản nhấp vào một link trên một trang web hoặc địa chỉ multicast có thể cấu hìnhtrước trên client Ví dụ, một người dùng có thể được yêu cầu để đăng nhập và xác

Trang 23

thực, nếu người dùng đó được xác thực thì ứng dụng multicast đó sẽ tự động cài lên

pc của người dùng Có nghĩa là người dùng đã tham gia vào một nhóm multicast

- IGMP v1: Để tham gia vào một nhóm multicast, một host sẽ gửi thông điệpđăng ký nhóm đến router cục bộ của nó Thông điệp này có tên Membership ReportIGMP chứa địa chỉ multicast, thông báo cho router về địa chỉ multicast mà host muốntham gia vào Cứ 60 giây, một router trên mỗi phân đoạn mạng sẽ gửi truy vấn đếntất cả các host để kiểm tra xem các host này có còn quan tâm nhận lưu lượngmulticast nữa không Router này gọi là IGMPv1 Querier và chức năng của nó là mờicác host tham gia vào nhóm Tuy nhiên IGMPv1 không có cơ chế để cho phép mộthost rời khỏi một nhóm nếu host đó không còn quan tâm đến nội dung của nhómmulticast đó

- IGMPv2: Phiên bản IGMPv2 giới thiệu một vài khác biệt so với phiên bảnđầu tiên Các gói tin truy vấn bây giờ được gọi là General Queries Các gói này có thểgửi tới địa chỉ all-hosts hoặc tới từng nhóm cụ thể Một cải tiến khác nữa là các hostđược phép rời nhóm Khi một host quyết định rời khỏi nhóm thì nó sẽ gửi thông điệpLeaveGroup

- IGMPv3 : Phiên bản này giới thiệu bổ sung bản tin Group-Source Reportcho phép một host có thể quyết định nhận lưu lượng từ các nguồn riêng biệt của mộtnhóm multicast Một bản tin Group-Source Report cho phép một host chỉ ra địa chỉ IPcủa các nguồn riêng biệt mà nó muốn nhận Một bản tin Exclusion Gourp-SourceReport cho phép host nhận dạng chính xác các nguồn mà nó không muốn nhận Cuốicùng bản tin Leave Group của IGMPv2 được nâng cao thành bản tin Group-SourceLeave Đặc điểm này cho phép một host rời khỏi toàn bộ nhóm hay chỉ ra các ip riêngbiệt mà nó muốn rời khỏi

II.3.2 Giao thức PIM

Các router multicast sử dụng PIM (Protocol Independent Multicast) để xác địnhcác router Multicast khác cần nhận được gói multicast PIM có hai phương thức làmviệc đồng thời thích hợp: Kiểu Dense (tập trung) và Sparse (phân tán) Hỗ trợ Pimhiện có trong một số sản phẩm router Mục đích của việc nỗ lực phát triển PIM là mởrộng định tuyến liên miền qua Internet Định tuyến dựa vào giao thức PIM độc lập vớicác cơ chế của các giao thức định tuyến Unicast Bất kỳ sự triển khai nào hỗ trợ PIMđều yêu cầu sự có mặt của một giao thức định tuyến unicast để cung cấp thông tinbảng định tuyến và để làm thích nghi với những thay đổi về cấu hình

Cả PIM-DM và PIM- SM sử dụng chuyển tiếp đường dẫn đảo ngược Một routernhận một gói multicast dựa vào bảng định tuyến unicast của nó để tìm nguồn vàđường dẫn tốt nhất tới nguồn

- PIM-Dense Mode:

Trang 24

Giao thức PIM-DM thường được sử dụng khi mà lưu lượng luồng multicast là rấtlớn PIM-DM luôn có một cổng trong trạng thái prune trong khoản ba phút Các thôngđiệp prune liệt kê một nguồn và nhóm Các PIM router có thể được cấu hình theo kiểuDense Mode (kiểu tập trung) nếu các host tham gia vào nhóm multicast nằm ở khắpnơi trên các subnet Địa chỉ Multicast nguồn trở thành gốc của cây và cây multicastđược xây dựng từ nguồn đến đích Cơ chế này còn được gọi bằng ký hiệu (S, G) trong

đó đường đi từ nguồn đến các thành viên trong nhóm là duy nhất

Giao thức PIM-DM nhận biết các thiết bị láng giềng bằng cách trao đổi các gói

“hello” Thông tin láng giềng này được dùng trước để xây dựng cây đến tất cả cácláng giềng Sau đó, các nhánh của cây sẽ lần lượt bị loại bỏ Nếu một dòng multicastbắt đầu, cây sẽ được xây dựng, cây sẽ chỉ tồn tại khi các thành viên tích cự còn tồntại Nếu một host mới đăng kí tham gia nhóm, nhánh của phân đoạn đó sẽ được đínhthêm vào cây

- PIM- Spare Mode:

Giao thức PIM-DM hữu dụng khi các ứng dụng multicast dày đặc và bạn cần phânphối đến hầu tất cả các mạng Tuy nhiên, nếu các người dùng chỉ ở vài mạng con,giao thức định tuyến chế độ desen sẽ phát tán lưu lượng toàn mạng gây lãng phí băngthông và tài nguyên Trong những trường hợp này, PIM-SM có thể được dùng đểgiảm lãng phí tài nguyên mạng Các giao thức chế độ SM không truyền lưu lượng củanhóm tới bất kỳ router nào trừ khi nó nhận được một thông điệp yêu cầu các bản saocủa các gói tin được gửi tới một nhóm multicast đặc biệt

PIM-SM hoạt động với một chiến lược khác hẳn với PIM-DM mặc dù cơ chế củagiao thức không hoàn toàn đối lập PIM-SM giả sử rằng không có máy nào muốnnhận lưu lượng multicast cho đến khi nào các máy chủ động hỏi Kết quả là, cho đếnkhi nào trong một subnet có một máy yêu cầu nhận multicast thì multicast mới đượcphân phối vào subnet đó Với PIM-SM, các router downstream phải yêu cầu nhậnmulticast dùng thông điệp PIM Join Khi các router nhận được thông điệp này, cácrouter bên dưới phải định kỳ gửi thông điệp Join lên router upstream Nếu khác đi,router upstream sẽ không đưa lưu lượng xuống, đặt kết nối vào trạng thái prune Tiếntrình này thì ngược lại với tiến trình được dùng trong PIM-DM, trong đó mặc định làphát tán lưu lượng multicast với các router downstream cần phải liên tục gửi thôngđiệp prune hay thông điệp làm mới trạng thái để giữ một kết nối là trong trạng tháiprune

II.3.3 Chuyển tiếp lưu lượng multicast

Có một vài phương pháp để chuyển tiếp lưu lượng multicast từ các nguồn đến cáchost thu Đầu tiên người ta sắp xếp một nhóm bao gồm các host thu với một địa chỉlớp D chung để đạt được sự phân phối lưu lượng Multicast hiệu quả Bước tiếp theotạo ra một tập hợp các đường phân phối multicast cho các router sử dụng Các giao

Trang 25

thức xây dựng trong các router giúp xây dựng cây phân phối Multicast để chuyển tiếpcác gói Giao thức chuyển tiếp multicast chủ yếu sử dụng một trong hai kỹ thuật sau:

- Cây nguồn (Source Tree): Dạng đơn giản nhất của cây phân phối Multicast

là cây nguồn có gốc là nguồn multicast và các nhánh của nó có dạng cây mở rộng theomạng đến các điểm thu Nó là một cây đường ngắn nhất (SPT)

Hình 8 Ví dụ về cây nguồn.

Hình trên là một ví dụ về một SPT cho nhóm 224.1.1.1 có gốc đặt tại nguồn, host

A là nguồn, host B và host C là các máy thu Ký hiệu (S,G) cho một SPT trong đó S

là địa chỉ nguồn, G là địa chỉ nhóm multicast Trong hình trên SPT có ký hiệu là (192.168.1.1, 224.1.1.1)

- Cây chia sẻ (Shared- tree)

Phương pháp chuyển tiếp cây chia sẻ có nhiều ưu thế nhất trong phân phối

multicast Phương phấp chuyển tiếp này là một sự lựa chọn tốt hơn so với phương pháp cây chung gốc khi môi trường multicast bao gồm các nhóm multicast phân bố rãirác với những kết nối bậc thấp

Trang 26

Các thành viên của các nhóm multicast có thể gia nhập hoặc rời nhóm bất cứ thời điểm nào do đó cây phân phối multicast phải luôn cập nhật một cách linh hoạt Khi tất

cả các host của một nhánh multicast nào đó ngừng yêu cầu nhận lưu lượng đối với nhóm multicast nào đó, các router phải xóa nhánh đó ra khỏi cây phân phối multicast

và ngừng chuyển lưu lượng xuống nhánh đó

Các SPT có ưu điểm trong việc tạo ra đường dẫn tối ưu nguồn và các máy thu Điều này đảm bảo trễ chuyển tiếp lưu lượng multicast thấp nhất cho mạng Các cây chia sẻ có ưu điểm trong việc hạn chế số trạng thái của mỗi router Do đó bộ nhớ yêu cầu cho toàn mạng khi sử dụng cây chia sẻ cũng ít hơn Tuy nhiên, hạn chế của cây chia sẻ là đường dẫn giữa nguồn và máy thu không phải là đường dẫn tối ưu và do đó

có thể tạo ra trễ trong phân phối các gói

Trang 27

III Chất lượng dịch vụ (QoS)

III.1 Giới thiệu về chất lượng dịch vụ

Cung cấp chất lượng dịch vụ trên mạng IP cho phép đảm bảo chất lượng của cácứng dụng thời gian thực như VOIP, Video Streaming và hạn chế nghẽn mạng Để giảiquyết vấn đề trên, có hai giải pháp

- Thứ nhất là nâng cấp tài nguyên mạng, nhưng tốn kém và chỉ đáp ứng đượcđến một giới hạn nào đó

- Thứ hai, bổ sung cơ chế quản lý, phân phối tài nguyên mạng để đảm bảochất lượng dịch vụ (QoS) IETF và IEEE đã đưa ra nhiều chuẩn về lĩnh vực này Một

số nhà cung cấp thiết bị mạng như Cisco, Nortel, Extreme, đã hỗ trợ chất lượng dịch

vụ trong các bộ định tuyến

III.2 Cung cấp chất lượng dịch vụ trên mạng IP

Cung cấp chất lượng dịch vụ thực chất là cung cấp các dịch vụ chuyển tiếp khácnhau cho các lưu lượng mạng khác nhau Trên mạng IP hiện nay, về cơ bản có hailoại lưu lượng là lưu lượng thời gian thực và lưu lượng dữ liệu Hai loại lưu lượng này

có đặc trưng khác nhau do đó chúng có yêu cầu khác nhau Lưu lượng thời gian thựctạo ra bởi các ứng dụng thời gian thực như video, voice,… yêu cầu độ trễ nhỏ, nhạycảm với sự biến thiên đỗ trễ và cần được đảm bảo một lượng băng thông tối thiểu Khi

độ trễ lớn, biến thiên độ trễ không ổn định hoặc băng thông dưới mức tối thiểu sẽ gâyảnh hưởng lớn đến chất lượng của ứng dụng Trong khi đó ứng dụng lưu lượng dữliệu không yêu cầu cao về độ trễ, miễn là truyền đủ và chính xác nội dung dữ liệu.Với mạng IP này, chúng ta cần phải áp dụng các kỹ thuật xử lý lưu lượng nhằm phânloại lưu lượng và áp dụng các chính sách ưu tiên khác nhau nhằm đảm bảo băng thôngcho các loại lưu lượng

Để đánh giá chất lượng dịch vụ của mạng IP người ta dựa vào các tham số sau

- Tỷ lệ mất gói: Tham số này cho biết tỷ lệ phần trăm số gói IP bị mất trêntổng số toàn bộ gói IP đầu tiên gửi đã chuyển vào mạng cho phía đầu nhận

- Độ trễ gói: Tham số này cho biết khoản thời gian gói IP được chuyển từđầu gửi đến đầu nhận

- Độ biến thiên trễ (Jitter): Tham số này cho biết sự dao động về độ lớn của

Trang 28

- Hàng đợi gói tin (Queuing)

- Lập lịch trình gói tin (Queuing và scheduling)

III.3 Các mô hình QoS

Ba cấp bậc cơ bản để thực thi QoS trong mạng, có thể được áp dụng cho một hệthống mạng hỗn hợp

- Mạng đòi hỏi khả năng tối đa của dịch vụ (Best-effort)

- Mạng đòi hỏi các dịch vụ với khả năng khác nhau (Diff-Serv)

- Các dịch vụ được đảm bảo (Int-Serv)

Các yếu tố để quyết định loại dịch vụ nào thích hợp để thực thi trong mạng:

- Dựa vào các ứng dụng hay các vấn đề cần được giải quyết của kháchhàng Mỗi một trong ba dạng áp dụng cho các dịch vụ trên đều liên quan đến các dịch

vụ cụ thể Điều này không thật sự hợp lý khi trong thực tế khách hàng có những yêucầu rất phức tạp đồng thời phải đảm bảo các dịch vụ cho họ Các mạng tối ưu hóa cáckhả năng của dịch vụ hay mạng đòi hỏi khả năng khác nhau của các dịch vụ có thể ápdụng trong trường hợp này

- Nếu tốc độ chính là vấn đề cần được nâng cấp cho hệ thống của kháchhàng, có một cách rất đơn giản để nâng cấp là áp dụng mô hình mạng với các dịch vụchất lượng tùy thuộc vào yêu cầu của khách hàng thay vì mô hình mạng chỉ nhằmđảm bảo cho các dịch vụ luôn luôn chạy tốt nhưng tốc độ và khả năng tương đươngnhau

- Chi phí để áp dụng cho mô hình đảm bảo tất cả các dịch vụ thì cao hơn

là mô hình chỉ chú trọng vào các dịch vụ trọng yếu

Hình 10 Sơ đồ áp dụng 3 mô hình QoS.

Trong thực tế người ta chỉ áp dụng hai mô hình là Int-Serv và Diff-Serv

Trang 29

III.3.1 Best-effort delivery

Một network chỉ đơn thuần chuyển tiếp những packets mà nó nhận được Switch

và router chỉ cố gắng (best-effort) để chuyển tiếp các packet mà không quan tâm đếnkiểu của traffic hay độ ưu tiên của dịch vụ

III.3.2 Intergrated Service Model

Sắp xếp đường đi trước từ nguồn đến đích cho các dữ liệu được ưu tiên Mỗi thiết

bị mạng trên đường đi phải kiểm tra xem nó có thể hỗ trợ cho yêu cầu trên hay không.Khi yêu cầu tối thiểu được đáp ứng, ứng dụng nguồn sẽ được thông báo xác nhận Sau

đó, ứng dụng có thể sử dụng đường truyền

Nguyên lý cơ bản của mô hình nay là dành riêng tài nguyên mạng (băng thông, độtrễ) cho từng luồng thông tin xuyên suốt từ nguồn đến đích Tài nguyên này đượcchiếm dụng và không được tận dụng cho bất kỳ luồng thông tin nào Nếu tài nguyên

bị chiếm dụng mà không dùng thì hiện tượng lãng phí tài nguyên sẽ xảy ra

Hình 11 Mô hình tổng quan Intergrated Service.

Một đặc điểm nữa là mô hình Int-Serv đảm bảo chất lượng dịch vụ theo luồng (flow) Một luồng được xác định bởi các tham số: địa chỉ IP nguồn, IP đích, Port nguồn, Port đích… Mô hình Int-Serv thường sử dụng giao thức RSVP (Resource Reservation Protocol) để báo hiệu Đây là giao thức điều khiển Internet được thiết kế

để cài đặt chất lượng dịch vụ trên mạng IP Nhưng nó không nhất thiết phải sử dụng

mô hình Int-Serv

Hạn chế của mô hình này với hệ thống mạng có số lượng flow lớn, mặc dù Serv là mô hình đảm bảo chất lượng dịch vụ tuyệt đối từ đầu đến cuối nhưng nó không linh hoạt và khả năng mở rộng thấp nên không được lựa chọn để thực hiện QoS

Trang 30

Int-Tìm hiểu Multicast và ứng dụng Multicast trong IPTV 20

III.3.3 Differentiated Service Model

Mô hình Diff-Serv được thiết kế để khắc phục những hạn chế của mô hình Serv Mô hình Diff-Serv có khả năng linh hoạt cao và khả năng mở rộng lớn Thay vìthực hiện chất lượng dịch vụ xuyên suốt và thống nhất trên cả đường truyền như môhình Int-Serv, mô hình Diff-Serv thực hiện chất lượng dịch vụ riêng lẻ trên từngrouter Với cách thực hiện như vậy mô hình Diff-Serv không cần phải tiến hành báohiệu theo từng luồng nên tiết kiệm băng thông và có khả năng mở rộng lớn, phù hợptrong mô hình hệ thống mạng lớn

Int-Nguyên lý hoạt động của Diff-Serv như sau: Đầu tiên các gói tin được phân loại

ra thành nhiều nhóm ưu tiên từ thấp đến cao tùy theo đặc điểm của từng dịch vụ, thiết

bị sẽ tiến hành cung cấp tài nguyên theo từng nhóm Nhóm nào có thứ tự cao hơn thì

sẽ được cung cấp quyền được sử dụng tài nguyên ưu tiên hơn Tất cả các quá trìnhnày sẽ được thực hiện riêng lẻ trên từng thiết bị

Hình 12 Mô hình tổng quát cơ chế Diff-Serv.

Giải pháp QoS theo mô hình Diff-Serv được thực hiện qua những bước sau:

- Quản lý tắc nghẽn: Cơ chế quản lý tắc nghẽn được thực hiện trên các giao diện của thiết bị mạng Khi gói tin đến các giao diện này, các gói tin sẽ được phân chia theo từng hàng đợi có mức độ ưu tiên khác nhau

- Tránh tắc nghẽn: Cơ chế loại bỏ gói tin trước khi nó có thể gây ra hiện tượng tắc nghẽn

- Đặt ngưỡng: Cơ chế đặt ngưỡng trên, ngưỡng dưới cho băng thông, cụ thể là băng thông sẽ được đảm bảo một ngưỡng dưới tối thiểu và khi lớn hơn ngưỡng trên thì gói tin có thể bị loại bỏ hoặc đưa vào hàng đợi

- Nén Header: Header chiếm phần lớn trong 1 gói tin nhưng không mang thông tin thực sự, cơ chế nén header giúp tiết kiệm băng thông

Trang 31

- Phân mảnh: Các gói tin dữ liệu thường có độ dài lớn, điều này sẽ gây trễ

và tắc nghẽn Cơ chế phân mảnh sẽ phân các gói tin này thành các gói tin nhỏ hơn để tránh tắc nghẽn

III.4 Phân loại và đánh dấu

QoS có khả năng cung cấp các mức xử lý khác nhau hướng đến các lớp lưu lượngriêng Trước khi các ứng dụng hay các kỹ thuật QoS được áp dụng, lưu lượng phảiđược nhận biết và sắp xếp vào trong các lớp khác nhau Những lớp khác nhau này củalưu lượng được gọi là các lớp dịch vụ trong thuật ngữ QoS

Công cụ phân loại và đánh dấu không chỉ phân loại packet vào các lớp dịch vụ màcòn đánh dấu chúng trong cùng một lớp với cùng giá trị trong trường header

Các IP header, Lan trunking header, Frame Relay đều có ít nhất một trường có thểđược dùng cho tiến trình đánh dấu QoS Điều này giúp cho các công cụ QoS khácphân loại các gói tin đó bằng cách phân tích các bit được đánh dấu sẽ dễ dàng hơn

III.5 Sự phân loại – Classification

Phân loại gói tin là một phần quan trọng trong các chức năng của QoS giúp choviệc nhận biết và phân biệt các luồng thông tin khác nhau trên mạng Phân loại đượcthực hiện để nhận dạng lưu lượng và phân chia lưu lượng thành các lớp khác nhau Đểphân loại gói, ta dùng bộ mô tả lưu lượng để phân chia các gói trong phạm vi cácnhóm riêng biệt để định nghĩa các gói đó Một số bộ mô tả đặc trưng dùng để phânloại gói bao gồm: bộ giao tiếp ngõ vào, độ ưu tiên IP (IP Precedence), DSCP, địa chỉnguồn hay địa chỉ đích và các ứng dụng Sau khi các gói đã được định danh, chúng cókhả năng tiến hành các chức năng QoS trên mạng

Hầu hết các công cụ phân loại và đánh dấu đều hoạt động trên các gói tin vào hoặc

ra khỏi interface nào đó Về logic nó giống như một Access List nhưng hoạt độngchính là đánh dấu cho phép hay loại bỏ gói tin Chúng hoạt động theo phương thứcsau:

- Với mỗi gói tin vào một interface, nếu nó hợp với tiêu chuẩn 1, đánh dấumột field với một giá trị

- Nếu gói tin không phù hợp, so sánh tiếp với tiêu chuẩn 2 sau đó đánh dấufield khác với một giá trị khác

- Tiếp tục so sánh các gói cho tới khi chúng phù hợp với tiêu chuẩn

Nếu gói tin đó không phù hợp với tiêu chuẩn nào, không có một xử lý cụ thể chogói tin đó và nó sẽ được chuyển đi như không có tác động của QoS

Trang 32

III.5.1 Class-Based Marking

Class-Based Marking có thể phân loại gói tin vào trong các lớp dịch vụ bằng cách phântích các frame, cell( dùng cho ATM), packet và segment (các bit có TCP hay UDP headernhưng không có datalink hay network header) CB Marking cũng có thể dùng ACL(AccessControl List) để đánh dấu packet, với packet được cho phép từ ACL

Địa chỉ IP nguồn Một chuỗi các địa chỉ nguồn có thể được dùng match dùng

wildcard mark

Địa chỉ IP đích Một dải các địa chỉ đích có thể match dùng wildcard mark

IP Precedence Các giá trị của IP Precedence được định mức ưu tiên cho traffic

IP DSCB Dùng DSCB theo giá trị thập phân

IP ToS Có thể kiểm tra bit ToS có bật lên hay không

Cổng TCP Có thể kiểm tra các cổng nguồn hay đích hay một dãy các cổng

xem số hiệu của cổng có lớn hơn hay nhỏ hơn một số xác địnhkhông

Thiết lập TCP Mặc dù không hoàn toàn hữu dụng như QoS, ACL vẫn có thể

match hết tất cả các TCP Segment sau khi khởi gán segmentdành cho việc kết nối

UDP Có thể kiểm tra cổng nguồn và đích, hay một dãy có các cổng

xem số hiệu của cổng có lớn hơn hay nhỏ hơn một số xác địnhkhông

ICMP Kiểm tra một lượng lớn các thông điệp ICMP khác nhau và loại

code

IGMP Kiểm tra các thông điệp Internet Group Management Protocol

Bảng 1 Các trường có thể so trùng trong ACL mở rộng.

Mặc dù IP Precedence và DSCP có thể được so trùng với ACL, nó có thể được đốichiếu trực tiếp với CB Marking mà không cần dùng ACL

III.5.2 Phân loại với NBAR (Network-Based Application Recognition)

CB Marking có thể cấu hình để tìm kiếm nhiều trường trong hai bảng trên để phânloại gói tin trực tiếp Tuy nhiên nó cũng có thể dùng NBAR để phân loại packet

Trang 33

NBAR cung cấp cho router khả năng phân loại gói tin đặc biệt là các gói tin khó nhậndạng

III.5.3 Đánh dấu – Marking

Hoạt động đánh dấu cho phép các thiết bị mạng phân loại gói hay khung dựa vào

bộ mô tả lưu lượng đặc trưng Một số bộ mô tả lưu lượng được sử dụng để đánh dấunhư : Lớp dịch vụ (Class of service), DSCP (Diff-Serv Code Point), độ ưu tiên IP (IPPrecedence)

Đánh dấu bao gồm việc sắp đặt một vài bit bên trong một lớp data-link haynetwork header với mục đích giúp cho các công cụ QoS của thiết bị khác có thể phânloại dựa trên các giá trị được đánh dấu Một vài field được sử dụng nhiều, những fieldkhác thì không

III.6 IP header QoS – Precedence và DSCP

Precedence và DSCP là hai trường được sử dụng nhiều nhất để đánh dấu Cáccông cụ QoS sử dụng chúng bởi vì header của gói tin IP tồn tại ở trên mạng Đế thiếtlập giá trị DSCP và xem xét mối quan hệ giữa DSCP và IP Precedence, ta cần phảibiết các trường trong IP header

- DSCP

Trong mỗi gói IP có chứa một byte gọi là ToS (Type of Service) Sáu bit có ýnghĩa trong trường DiffServ được biết như là trường phân biệt dịch vụ và được đánhdấu bởi một mẫu bit đặc biệt gọi là DSCP dùng để chỉ ra cách thức mỗi bộ định tuyếncần xử lý gói Giá trị IP Precedence có thể được ánh xạ đến trường DSCP

Định dạng
Số trang	67
Dung lượng	2,89 MB