GIẢI PHÁP CỔNG BIÊN DỊCH ĐỊA CHỈ MẠNG CHO CÁC GIAO THỨC GIAO VẬN DÙNG CHO ỨNG DỤNG HỘI THẢO VIDEO TỪ XA TRÊN INTERNET

Luận văn đã tìm hiểu về các khái niệm về mạng Internet, bộ giao thức Internet TCPIP, định tuyến trong mạng Internet và giao thức IPv4IPv6. Luận văn tập trung vào giải pháp cổng biên dịch địa chỉ mạng, để cung cấp giao tiếp giao tiếp tập trung thông qua địa chỉ IP công cộng duy nhất giao tiếp trong miền công cộng để giao tiếp với các thành phần ứng dụng phân tán trong miền nội bộ, giải pháp hỗ trợ đầy đủ các bộ giao thức TCPUDP và SCTP

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ──────── * ─────── NGUYỄN TIẾN UY GIẢI PHÁP CỔNG BIÊN DỊCH ĐỊA CHỈ MẠNG CHO CÁC GIAO THỨC GIAO VẬN DÙNG CHO ỨNG DỤNG HỘI THẢO VIDEO TỪ XA TRÊN INTERNET LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI 06 – 2021 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ──────── * ─────── NGUYỄN TIẾN UY GIẢI PHÁP CỔNG BIÊN DỊCH ĐỊA CHỈ MẠNG CHO CÁC GIAO THỨC GIAO VẬN DÙNG CHO ỨNG DỤNG HỘI THẢO VIDEO TỪ XA TRÊN INTERNET NGÀNH CHUYÊN NGÀNH MÃ SỐ : CÔNG NGHỆ THÔNG TIN : HỆ THỐNG THÔNG TIN : 8480104.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH VIỆT HÀ NỘI 06 – 2021 LỜI CAM ĐOAN Với mục đích học tập, nghiên cứu để nâng cao kiến thức trình độ chun mơn nên tơi làm luận văn cách nghiêm túc hồn tồn trung thực Trong luận văn tơi có sử dụng số tài liệu tham khảo số tác giả Tơi thích nêu phần tài liệu tham khảo cuối luận văn Tôi xin cam đoan chịu trách nhiệm nội dung trung thực luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Hà Nội, ngày 06 tháng 06 năm 2021 Nguyễn Tiến Uy LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trường Đại Học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội, đặc biệt các thầy cô khoa Công Nghệ Thông Tin truyền đạt cho kiến thức, kinh nghiệm vô quý báu suốt thời gian qua Tôi xin gửi lời cảm ơn đến PGS.TS Nguyễn Đình Việt – giảng viên khoa Công Nghệ Thông tin – Trường Đại học Công Nghệ tận tình giúp đỡ, trực tiếp bảo hướng dẫn tận tình suốt trình làm luận văn Cuối cùng, xin cảm ơn đến gia đình, bạn bè động viên, đóng góp ý kiến giúp đỡ trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Do thời gian, kiến thức kinh nghiệm tơi cịn hạn chế nên luận văn cịn sai sót Tơi hy vọng nhận ý kiến nhận xét, góp ý thầy cô giáo bạn để luận văn hồn Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 06 tháng 06 năm 2021 Nguyễn Tiến Uy MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ 10 DANH MỤC BẢNG BIỂU 11 MỞ ĐẦU 12 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 1.1 Mạng Internet 14 1.1.1 Tổng quan mạng Internet [1] 14 1.1.2 Bộ giao thức Internet TCP/IP [2] 14 1.1.3 Định tuyến mạng Internet [3] 20 1.1.4 Lưu lượng mạng [4] 24 1.2 Giao thức IPv4 IPv6 25 1.2.1 IPv4 [5][12] 25 1.2.2 IPv6 [6][13] 30 1.2.3 So sánh IPv6 với IPv4 [7] 34 1.3 Các giao thức áp dụng biên dịch địa mạng 36 1.3.1 Giao thức TCP [8][14] 36 1.3.2 Giao thức UDP [9][15] 39 1.3.3 Giao thức SCTP [10][16] 40 1.4 Các vấn đề mà luận văn nghiên cứu giải 42 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TUYẾN VÀ BIÊN DỊCH ĐỊA CHỈ MẠNG 44 2.1 Giới thiệu phương pháp 44 2.2 Áp dụng phương pháp 45 2.2.1 Bước 1: Khởi tạo tài nguyên xử lý hệ thống (initProcessSystem) 46 2.2.2 Bước 2: Thiết lập địa IP cổng biên dịch địa mạng (initNatIP) 47 2.2.3 Bước 3: Thiết lập bảng cấu hình thơng tin định tuyến biên dịch địa mạng (establishNatCfg) 47 2.2.4 Bước 4: xác định địa MAC cho các địa IP tương tác với Hệ thống (updateMAC) 50 2.2.5 Bước 5: xử lý gói tin nhận để định tuyến biên dịch địa mạng (natProcessing) 51 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG THỰC TẾ VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 55 3.1 Hệ thống thử nghiệm 5G Core áp dụng 55 3.2 Tổ chức hoạt động hệ thống 57 3.3 Giao diện quản lý giám sát hệ thống 61 3.4 Kết xử lý nghiệp vụ 65 3.4.1 Luồng xử lý hệ thống nội có vai trị máy khách 65 3.4.2 Luồng xử lý hệ thống nội có vai trị máy chủ 67 3.4.3 Luồng xử lý cho ứng dụng hội thảo video từ xa Internet 68 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 PHỤ LỤC 72 Quyết định chấp nhận đơn đăng ký sáng chế từ cục sở hữu trí tuệ 72 Tờ khai đăng ký sáng chế “Phương pháp định tuyến biên dịch địa mạng” 73 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt Thuật ngữ đầy đủ Giải thích 5G Generation Thế hệ mạng di động thứ 5G Core 5G Core Là phần xử lý lõi các dịch vụ hệ thống mạng di động 5G ARP Address Resolution Protocol Là giao thức truyền thơng sử dụng để tìm địa MAC tầng liên kết liệu cho địa IP máy chủ Bond Bond Phương pháp để tổng hợp nhiều cạc mạng thành cạc mạng lôgic CIDR Classless Inter-Domain Routing Phương pháp định tuyến liên miền dùng địa IP không phân lớp Là thuật toán tổng kiểm phổ biến sử dụng để phát lỗi liệu CRC32 Domain Name System Hệ thống tên miền DPDK Data Plane Development Kit Là dự án phần mềm mã nguồn mở, bao gồm các thư viện để tăng tốc khối lượng công việc xử lý gói tin chạy nhiều kiến trúc xử lý CPU EPC Evolved Packet Core Là hệ thống viễn thông cung cấp liệu thoại hội tụ mạng 4G FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tập tin GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vơ tuyến gói tổng hợp GTP GPRS Tunnelling Protocol Là nhóm các giao thức truyền thơng dựa IP cho mạng GPRS GTPv2 GPRS Tunnelling Protocol Là giao thức GTP phiên DNS HDLC High-Level Data Link Control Giao thức điều khiển liên kết liệu mức cao HTTP HyperText Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu văn IANA Internet Assigned Numbers Authority Tổ chức cấp phát số hiệu Internet ICANN Internet Corporation for Assigned Names and Numbers Tập đoàn Internet cấp số tên miền ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức tin điều khiển Internet IETF Internet Engineering Task Force Lực lượng chuyên trách kỹ thuật Internet IGMP Internet Group Management Protocol Giao thức quản lý nhóm Internet IMS IP Multimedia Subsystem Là kiến trúc khung cho việc truyền đa phương tiện dựa IP IPSEC Internet Protocol Security Giao thức IP có bảo mật KPM Knuth–Morris–Pratt algorithm Thuật toán so khớp chuỗi Knuth–Morris– Pratt LAN Local Area Network Mạng máy tính cục MAC Media Access Control Điều khiển truy cập phương tiện truyền NAT Network address translation Phương pháp ánh xạ không gian địa IP vào khơng gian địa IP khác cho gói tin chúng truyền qua thiết bị định tuyến NGAP NG Application Protocol Một giao thức báo hiệu sử dụng mạng 5G NIC Network Interface Controller/Card Bộ điều khiển giao diện mạng OSI Model Open Systems Interconnection Model Mơ hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở PFCP Packet Forwarding Control Protocol Giao thức điều khiển chuyển tiếp gói PSTN Public switched telephone network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức dành riêng tài nguyên RTP Real-time Transport Protocol Giao thức giao vận thời gian thực SCTP Stream Control Transmission Protocol Giao thức giao vận điều khiển luồng, giao thức truyền thông tầng giao vận giao thức mạng SMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao thức truyền tải thư điện tử đơn giản Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền, các giao thức giao thức Internet User Datagram Protocol Giao thức liệu người dùng, các giao thức giao thức Internet TCP UDP DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1: Mơ hình TCP/IP OSI 15 Hình 1-2: Truyền thơng thực thể giao thức mạng TCP/IP 16 Hình 1-3: Việc đóng gói gói tin tầng giao thức TCP/IP 16 Hình 1-4: Cơ chế định tuyến unicast 22 Hình 1-5: Cơ chế định tuyến Broadcast 22 Hình 1-6: Cơ chế định tuyến Multicast 23 Hình 1-7: Cơ chế định tuyến Anycast 23 Hình 1-8: Cơ chế định tuyến Geocast 24 Hình 1-9: Định dạng tiêu đề IPv4 26 Hình 1-10: Sự phân rã biểu diễn địa IPv4 29 Hình 1-11: Cấu trúc tiêu đề gói tin IPv6 31 Hình 1-12: Tiêu đề mở rộng IPv6 33 Hình 1-13: Cấu trúc tiêu đề gói tin TCP 36 Hình 1-14: Các thành tính tốn lên tổng kiểm tra tầng TCP 38 Hình 1-15: Cấu trúc tiêu đề gói tin UDP 39 Hình 1-16: Cấu trúc gói tin SCTP 40 Hình 1-17: Cơ chế Multihoming 42 Hình 2-1: Mơ hình tổng quan hệ thống cổng biên dịch địa mạng 44 Hình 2-2: Cơ chế hoạt động hệ thống cổng biên dịch địa mạng 46 Hình 3-1: Mơ hình mạng 5G 56 Hình 3-2: Hệ thống thử nghiệm 5G Core 57 Hình 3-3: Thư mục hệ thống cổng biên dịch địa mạng 58 Hình 3-4: Giám sát thơng tin tài ngun xử lý 64 Hình 3-5: Luồng giao tiếp gói tin qua cổng biên dịch 66 Hình 3-6: Danh sách gói tin UDP gửi nhận cổng biên dịch 67 Hình 3-7: Luồng giao tiếp gói tin qua cổng biên dịch 68 Hình 3-8: Ứng dụng hội thảo video từ xa thông qua tảng 5G Core Viettel 69 Hình A-1: Quyết định từ cục Sở hữu trí tuệ 72 Hình A-2: Tờ khai đăng ký sáng chế 76 10 Zoom, Google meet, Skype, nhiều ứng dụng khác Mơ hình hoạt động ứng dụng hội thảo sử dụng hệ thống 5G Core thể qua Hình 3-8 Các ứng dụng hội thảo video từ xa hoạt động các gói tin trao đổi đầu cuối định tuyến qua hệ thống 5G Core Viettel để gửi nhận thơng tin hình ảnh video thành phần đó, chế xử lý gói tin qua hệ thống định tuyến cổng biên dịch hệ thống 5G Core theo chế xử lý trình bày mục 3.4.1 3.4.2 GnodeB GnodeB 5G Core Viettel Video Conference Internet Video Conference Internet Hình 3-8: Ứng dụng hội thảo video từ xa thơng qua tảng 5G Core Viettel 69 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Giải pháp cổng biên dịch địa mạng trình bày luận văn cho phép áp dụng với phạm vi rộng cho nhiều hệ thống các lĩnh vực khác nhau, đặc biệt hệ thống viễn thông lớn, giúp đơn giản các trao đổi tăng lực xử lý nội bên hệ thống, giúp hệ thống hoạt động ổn định Giải pháp yêu cầu bắt buộc phép triển khai hệ thống lớn viễn thơng, điển hình hệ thống 5G Core mạng 5G Viettel, hệ thống mạng tiên tiến Với giá trị có ý nghĩa lớn mà giải pháp mang lại người trực tiếp xây dựng hệ thống nên đăng ký sáng chế để ghi nhận với giá trị mang lại Hiện sáng chế Cục sở hữu trí tuệ thẩm định Thơng tin định chấp nhận đơn đăng ký sáng chế từ cục sở hữu trí tuệ thể Hình A-1 Và tờ khai đăng ký sáng chế thể Hình A-2, với Tơi tác giả sáng chế Trong phạm vi luận văn này, toán tơi trình bày xây dựng dừng lại mức để đảm bảo tính đắn logic nghiệp vụ, các tính hệ thống hoạt động Để hệ thống triển khai thực tế thời gian tới tơi phải hồn thiện hệ thống để đảm bảo các tính đầy đủ mặt hoạt động, bảo trì, tính sẵn sàng cao Đầu tiên để đảm bảo hệ thống điểm chết lực tăng lên tối đa hệ thống cần cho phép triển khai nhiều thành phần cổng biên dịch địa mạng với đầy đủ chế Active-active áp dụng cho hệ thống yêu cầu tải cao hoặc active-backup với hệ thống yêu cầu độ ổn định cao hơn; hệ thống cho phép triển khai nhiều dải mạng phía ứng dụng nội bộ, để ứng dụng tùy biến lựa chọn dải mạng cho cho phép mở rộng ứng dụng mạng nội kết nối vào hệ thống, thời điểm, Hệ thống cổng biên dịch triển khai cho nhiều ứng dụng độc lập 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Internet https://en.wikipedia.org/wiki/Internet, September 2020 – June 2021 [2] Internet Protocol Suite https://en.wikipedia.org/wiki/Internet_protocol_suite, September 2020 – June 2021 [3] Routing https://en.wikipedia.org/wiki/Routing, September 2020 – June 2021 [4] Network traffic https://en.wikipedia.org/wiki/Network_traffic [5] IPv4 https://en.wikipedia.org/wiki/IPv4, September 2020 – June 2021 [6] IPv6 https://en.wikipedia.org/wiki/IPv6, September 2020 – June 2021 [7] Differences between ipv4 and ipv6 https://www.geeksforgeeks.org/differences-betweenipv4-and-ipv6/ [8] Transmission Control Protocol https://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_Control_Protocol, September 2020 – June 2021 [9] User Datagram Protocol September 2020 – June 2021 https://en.wikipedia.org/wiki/User_Datagram_Protocol, [10] Stream Control Transmission Protocol https://en.wikipedia.org/wiki/Stream_Control_Transmission_Protocol, September 2020 – June 2021 [11] Network Address Translation https://en.wikipedia.org/wiki/Network_address_translation, September 2020 – June 2021 [12] Postel, J., "Internet Protocol", RFC 791, September 1981 [13] Deering, S and R Hinden, "Internet Protocol, Version (IPv6) Specification", RFC 2460, December 1998 [14] Postel, J., "Transmission Control Protocol", RFC 793, September 1981 [15] Postel, J., "User Datagram Protocol", RFC 768, August 1980 [16] R Stewart, Ed., "Stream Control Transmission Protocol", RFC 4960, September 2007 [17] P Srisuresh, M Holdrege, "IP Network Address Translator (NAT) Terminology and Considerations", RFC 2663, August 1999 [18] F Audet, Ed., C Jennings, "Network Address Translation (NAT) Behavioral Requirements for Unicast UDP", RFC 4787, January 2007 71 PHỤ LỤC Quyết định chấp nhận đơn đăng ký sáng chế từ cục sở hữu trí tuệ Hình A-1: Quyết định từ cục Sở hữu trí tuệ 72 Tờ khai đăng ký sáng chế “Phương pháp định tuyến biên dịch địa mạng” 73 74 75 Hình A-2: Tờ khai đăng ký sáng chế 76 77 78 79 80 81 82 83 ... SỬ DỤNG CỔNG BIÊN DỊCH ĐỊA CHỈ MẠNG Các hệ thống tương tác Các ứng dụng miền nội Cổng biên dịch địa mạng Mạng công cộng 200.100.10.1 Mạng nội 10.0.0.1 150.50.0.1 Ứng dụng nội gửi gói tin Địa IP... đó: Địa IP miền cơng cộng: Để khai báo các địa IP ứng dụng miền công cộng hệ thống giao tiếp với hệ thống cổng biên dịch địa mạng Hệ thống cổng biên dịch cho phép khai báo dải địa IP Địa IP cổng. .. IP Địa IP cổng biên dịch địa mạng miền công cộng: địa IP thiết lập cổng biên dịch địa mạng giao tiếp với ứng dụng miền công cộng Số cổng để định tuyến: Thông tin số cổng tầng giao vận gói tin