ĐỀ tài tìm HIỂU MULTICAST và ỨNG DỤNG MULTICAST TRONG IPTV

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 LỚP : 06T4 CBHD : NGUYỄN THẾ XUÂN LY ĐÀ NẴNG, 6/2011 LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Công Nghệ Thông Tin thầy cô Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng truyền đạt kiến thức quý báu cho năm học vừa qua Đặc biệt em chân thành thầy Nguyễn Thế Xuân Ly tận tình hướng dẫn giúp đỡ em trình thực đề tài Xin chân thành cám ơn bạn Khoa Công Nghệ Thông Tin ủng hộ, giúp đỡ, chia sẻ kiến thức, kinh nghiệm tài liệu có cho em trình nghiên cứu thực đề tài Một lần xin cám ơn! Sinh viên thực PHAN THANH HẢI LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan : Những nội dung luận văn thực hướng dẫn trực tiếp thầy Nguyễn Thế Xuân Ly Mọi tham khảo dùng luận văn trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên cơng trình, thời gian, địa điểm công bố Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Sinh viên thực PHAN THANH HẢI MỤC LỤC TỔNG QUAN VỀ IPTV I Giới thiệu chung IPTV I.1 Khái niệm IPTV I.2 Một số đặc tính IPTV I.3 Sự khác IPTV truyền hình Internet .2 I.4 Các thành phần hệ thống IPTV I.4.1 Mạng chuyển tải .3 I.4.2 Mạng cung cấp nội dung I.4.3 Hệ thống Video Headend I.4.4 Hệ thống Middleware .4 I.4.5 Hệ thống phân phối nội dung I.4.6 Hệ thống quản lý quyền số (DRM) I.4.7 Set-top Box (STB) I.5 Các dịch vụ cung cấp IPTV I.5.1 Dịch vụ truyền hình I.5.2 Dịch vụ VoD .5 I.5.3 Dịch vụ NPVR I.5.4 Dịch vụ Pay-per-View (PPV) I.5.5 Trò chơi theo yêu cầu (Gamings on Demand) I.5.6 Âm nhạc theo yêu cầu (Musics on Demand) I.5.7 Truyền hình hơm trước (TV of Yesterday) I.5.8 Karaoke theo yêu cầu .6 II Hệ thống truyền hình IPTV mạng xDSL .6 II.1 Mơ hình tổng qt II.1.1 Các thành phần cung cấp dịch vụ Broadcast Video II.1.2 Các thành phần cung cấp dịch vụ VoD CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT VÀ CƠNG NGHỆ CHO HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH TRÊN MẠNG XDSL .8 I Chuẩn nén sử dụng IPTV .8 I.1 Nén MPEG: I.2 Chuẩn nén MPEG-2 .8 I.3 Chuẩn nén MPEG-4 .9 I.4 Chuẩn nén MPEG4 part 10 II Các giao thức mạng sử dụng 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 chất lượng dịch vụ 17 III.2 Cung cấp chất lượng dịch vụ mạng IP 17 III.3 Các mơ hình QoS 18 III.3.1 Best-effort delivery 19 i III.3.2 III.3.3 III.4 III.5 III.5.1 III.5.2 III.5.3 III.6 III.7 III.8 III.8.1 III.8.2 Intergrated Service Model 19 Differentiated Service Model 20 Phân loại đánh dấu 21 Sự phân loại – Classification 21 Class-Based Marking .22 Phân loại với NBAR (Network-Based Application Recognition) 23 Đánh dấu – Marking 23 IP header QoS – Precedence DSCP 23 Chuyển tiếp đảm bảo (Assured Forwarding) 25 Các công cụ phân loại đánh dấu .25 Cấu hình theo Class-Based Marking .25 Network-Based Application Recognition .26 PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG .27 I Phân tích trang web mơ người sử dụng dịch vụ IPTV .27 I.1 Phân tích 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 sở liệu 27 I.2.1 Các bảng sở liệu 27 I.2.2 Quan hệ bảng 28 II Giới thiệu ngôn ngữ Cakephp 29 II.1 Giới thiệu 29 II.1.1 Tính cakephp 29 II.1.2 Mơ hình MVC cakephp 29 II.2 Cài đặt cấu hình 30 II.3 Cấu trúc thư mục cakephp 30 II.4 Các qui ước cakephp 31 II.4.1 Các qui ước file tên lớp 31 II.4.2 Quy ước tên model tên bảng sở liệu 31 II.4.3 Quy ước Controller 32 II.4.4 Quy ước View .32 II.5 Các thành phần cakephp 32 II.5.1 Model .32 II.5.2 View 34 II.5.3 Controller .35 III Phân tích truyền gói tin Multicast IPTV 36 III.1 Phân tích yêu cầu 36 III.2 Thiết kế mô 36 III.3 Chức thiết bị lab .37 III.4 Quá trình truyền nhận gói tin multicast 38 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM 39 I Một số hình ảnh trang web mô giao diện IPTV 39 I.1 Trang đăng nhập 39 I.2 Trang chủ 39 I.3 Trang tìm kiếm 40 I.4 Trang admin .41 II Kết mơ truyền gói tin multicast .41 ii Mục lục iii II.1 Mơ hình đặt địa IP cho thiết bị .41 II.2 Kết .42 II.2.1 Truyền bắt gói tin multicast 42 II.2.2 Kết mô chất lượng dịch vụ(QoS) 47 Mục lục iv DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình IPTV Công nghệ tương lai Hình Sơ đồ mạng IPTV Hình Hoạt động NPVR Hình Mơ hình tổng quát hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV Hình 5.Các kết nối nhiều unicast cho nhiều user IPTV 10 Hình Truyền theo kiểu Broadcast 11 Hình Các kết nối sử dụng multicast .12 Hình Ví dụ nguồn 15 Hình Ví dụ chia sẻ 16 Hình 10 Sơ đồ áp dụng mơ hình QoS 18 Hình 11 Mơ hình tổng quan Intergrated Service 19 Hình 12 Mơ hình tổng qt chế Diff-Serv .20 Hình 13 Mơ hình MVC cakephp 29 Hình 14 Sơ đồ IPTV thực tế 36 Hình 15 Phân phát Multicast 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 Multicast 44 Hình 26 Bắt luồng phát 45 Hình 27 Gõ địa Multicast 45 Hình 28 Kết bắt luồng Multicast 46 Hình 29 Bắt luồng Multicast lúc 46 Hình 30 Tốc độ video 47 Hình 31 Tốc độ tải File 48 Hình 32 Play video sau dùng QoS 48 Hình 33 Tốc độ tải File sau dùng QoS 49 Mục lục v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Bảng Các trường so trùng ACL mở rộng .22 Thể loại dịch vụ (ToS) 23 Trường DiffServ .24 Xác định mức thứ tự DiffServ 24 Xác định cấp DSCP để định class AF .25 Một vài lệnh match CB-marking 26 Bảng khách hàng 27 Bảng thể loại 28 Bảng phim 28 10 Bảng tính tiền 28 11 Quan hệ bảng 28 12 Kiểu liệu MySQL tương ứng với Cakephp 34 13 Kiểu liệu Oracle tương ứng với cakephp 34 Mục lục vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TV IGMP IPTV PIM DM SM Int-Ser Diff-Ser PC VoD QoS DRM NPVR MPEG SPT DSCP ToS UDP TCP : Television : Internet Group Management Protocol : Internet Protocol Television : Protocol Independent Multicast : Dense Mode : Sparse Mode : Intergrated Services : Differentiated Services : Personal Computer : Video on Demand : Quality of Service : Digital Right Management : Network Personal Video Recorder : Moving Pictures Exert Group : Shortest-Path Tree : Differentiated Service Code Point : Type of Service : User Datagram Protocol : Transmission Control Protocol Mục lục vii LỜI MỞ ĐẦU Sự phát triển mạng Internet tồn cầu nói riêng cơng nghệ thơng tin nói chung đem lại tiến phát triển vượt bậc khoa học kỹ thuật Với phát triển vượt bậc làm thay đổi nội dung kỹ thuật truyền hình Hiện có nhiều dạng khác nhau: truyền hình số, truyền hình vệ tinh, truyền hình Internet IPTV IPTV cấp độ cao cơng nghệ truyền hình tương lai Sự vượt trội IPTV tính tương tác hệ thống với người xem, cho phép người xem chủ động thời gian khả triển khai nhiều dịch vụ giá trị gia tăng tiện ích khác nhằm đáp ứng nhu cầu người dùng Với hướng dẫn thầy Nguyễn Thế Xuân Ly mong muốn tìm hiểu cơng nghệ mới, sau thời gian tìm hiểu em hoàn thành báo cáo luận văn tốt nghiệp với đề tài “Tìm hiểu Multicast ứng dụng Multicast IPTV” Nội dung báo cáo gồm có lý thuyết thực hành trình bày chương sau: Chương I: Tổng quan IPTV Chương trình bày khái niệm IPTV, cấu trúc IPTV, công nghệ IPTV Chương II: Các giải pháp công nghệ truyền hình cho IPTV Chương trình bày chuẩn nén sử dụng IPTV, giao thức sử dụng chất lượng dịch vụ Chương III: Phân tích thiết kế hệ thống Chương phân tích yêu cầu giới thiệu ngôn ngữ cakephp Chương IV: Kết mơ Trình bày kết đạt trình triển khai Tìm hiểu Multicast ứng dụng Multicast IPTV 10 - High Profile: Dùng cho ứng dụng quảng bá ứng dụng truyền hình yêu cầu độ nét cao .II Các giao thức mạng sử dụng IPTV Các kiểu lưu lượng mạng IP thời gian thực khác tạo loại dịch vụ IP khác VOIP hay truy cập internet tốc độ cao Với loại dịch vụ có đặc điểm riêng nội dung, cần phải có phương thức phân phối thích hợp Hiện có ba phương thức dùng để phân phối nội dung IPTV qua mạng IP unicast, multicast broadcast .II.1 Unicast Truyền dẫn Unicast, hay cịn gọi truyền dẫn điểm- điểm Trong hình thức truyền dẫn này, nhiều host muốn nhận thông tin từ bên gửi bên gửi phải truyền nhiều gói tin đến bên nhận Điều dẫn đến gia tăng băng thơng có q nhiều bên nhận Hình 5.Các kết nối nhiều unicast cho nhiều user IPTV PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4 10 Tìm hiểu Multicast ứng dụng Multicast IPTV 11 II.2 Broadcast Kiểu truyền dẫn cho phép truyền gói tin từ địa điểm đến tất host mạng mà khơng quan tâm đến việc host có nhu cầu nhận hay không Kiểu truyền gây lãng phí băng thơng khơng hiệu Hình Truyền theo kiểu Broadcast .II.3 Multicast Một địa Multicast cho phép phân phối liệu tới tập hợp host cấu thành viên nhóm multicast mạng phân tán khác Đây phương pháp truyền dẫn đa điểm, host có nhu cầu nhận liệu tham gia vào nhóm Điều hạn chế tối đa lãng phí băng thơng mạng PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4 11 Tìm hiểu Multicast ứng dụng Multicast IPTV 12 Hình Các kết nối sử dụng multicast .II.3.1 Giao thức IGMP Giao thức IGMP (Internet Group Management Protocol) phát triển từ giao thức Host Membership Protocolm mô tả tài liệu Deering IGMP phát triển từ IGMPv1 đến IGMPv2 phát triển đến cuối IGMPv3 Các thông điệp IGMP gửi bên gói tin IP với trường protocol number 2, trường TTL(time to live) có giá trị Hai mục đích quan trọng IGMP là: - Thơng báo cho router multicast có máy muốn nhận multicast traffic nhóm cụ thể - Thơng báo cho router có máy muốn rời nhóm multicast Các router thường dùng igmp để trì thơng tin cho cổng router nhóm multicast router cần phải chuyển host muốn nhận Trước host nhận multicast trafic nào, ứng dụng multicast phải cài đặt chạy host Sau host tham gia vào nhóm, phần mềm tính tốn địa multicast sau card mạng bắt đầu lắng nghe địa multicast MAC Trước host người dùng muốn tham gia vào nhóm, người dừng cần biết nhóm tồn làm để tham gia nhóm Đối với ứng dụng mức doanh nghiệp, người dùng cần đơn giản nhấp vào link trang web địa multicast cấu hình trước client Ví dụ, người dùng yêu cầu để đăng nhập xác PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4 12 Tìm hiểu Multicast ứng dụng Multicast IPTV 13 thực, người dùng xác thực ứng dụng multicast tự động cài lên pc người dùng Có nghĩa người dùng tham gia vào nhóm multicast - IGMP v1: Để tham gia vào nhóm multicast, host gửi thơng điệp đăng ký nhóm đến router cục Thơng điệp có tên Membership Report IGMP chứa địa multicast, thông báo cho router địa multicast mà host muốn tham gia vào Cứ 60 giây, router phân đoạn mạng gửi truy vấn đến tất host để kiểm tra xem host có cịn quan tâm nhận lưu lượng multicast khơng Router gọi IGMPv1 Querier chức mời host tham gia vào nhóm Tuy nhiên IGMPv1 khơng có chế phép host rời khỏi nhóm host khơng cịn quan tâm đến nội dung nhóm multicast - IGMPv2: Phiên IGMPv2 giới thiệu vài khác biệt so với phiên Các gói tin truy vấn gọi General Queries Các gói gửi tới địa all-hosts tới nhóm cụ thể Một cải tiến khác host phép rời nhóm Khi host định rời khỏi nhóm gửi thơng điệp LeaveGroup - IGMPv3 : Phiên giới thiệu bổ sung tin Group-Source Report cho phép host định nhận lưu lượng từ nguồn riêng biệt nhóm multicast Một tin Group-Source Report cho phép host địa IP nguồn riêng biệt mà muốn nhận Một tin Exclusion Gourp-Source Report cho phép host nhận dạng xác nguồn mà khơng muốn nhận Cuối tin Leave Group IGMPv2 nâng cao thành tin Group-Source Leave Đặc điểm cho phép host rời khỏi tồn nhóm hay ip riêng biệt mà muốn rời khỏi .II.3.2 Giao thức PIM Các router multicast sử dụng PIM (Protocol Independent Multicast) để xác định router Multicast khác cần nhận gói multicast PIM có hai phương thức làm việc đồng thời thích hợp: Kiểu Dense (tập trung) Sparse (phân tán) Hỗ trợ Pim có số sản phẩm router Mục đích việc nỗ lực phát triển PIM mở rộng định tuyến liên miền qua Internet Định tuyến dựa vào giao thức PIM độc lập với chế giao thức định tuyến Unicast Bất kỳ triển khai hỗ trợ PIM yêu cầu có mặt giao thức định tuyến unicast để cung cấp thông tin bảng định tuyến để làm thích nghi với thay đổi cấu hình Cả PIM-DM PIM- SM sử dụng chuyển tiếp đường dẫn đảo ngược Một router nhận gói multicast dựa vào bảng định tuyến unicast để tìm nguồn đường dẫn tốt tới nguồn - PIM-Dense Mode: Giao thức PIM-DM thường sử dụng mà lưu lượng luồng multicast lớn PIM-DM ln có cổng trạng thái prune khoản ba phút Các PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4 13 Tìm hiểu Multicast ứng dụng Multicast IPTV 14 thông điệp prune liệt kê nguồn nhóm Các PIM router cấu hình theo kiểu Dense Mode (kiểu tập trung) host tham gia vào nhóm multicast nằm khắp nơi subnet Địa Multicast nguồn trở thành gốc multicast xây dựng từ nguồn đến đích Cơ chế cịn gọi ký hiệu (S, G) đường từ nguồn đến thành viên nhóm Giao thức PIM-DM nhận biết thiết bị láng giềng cách trao đổi gói “hello” Thông tin láng giềng dùng trước để xây dựng đến tất láng giềng Sau đó, nhánh bị loại bỏ Nếu dòng multicast bắt đầu, xây dựng, tồn thành viên tích cự cịn tồn Nếu host đăng kí tham gia nhóm, nhánh phân đoạn đính thêm vào - PIM- Spare Mode: Giao thức PIM-DM hữu dụng ứng dụng multicast dày đặc bạn cần phân phối đến hầu tất mạng Tuy nhiên, người dùng vài mạng con, giao thức định tuyến chế độ desen phát tán lưu lượng tồn mạng gây lãng phí băng thông tài nguyên Trong trường hợp này, PIM-SM dùng để giảm lãng phí tài nguyên mạng Các giao thức chế độ SM không truyền lưu lượng nhóm tới router trừ nhận thơng điệp u cầu gói tin gửi tới nhóm multicast đặc biệt PIM-SM hoạt động với chiến lược khác hẳn với PIM-DM chế giao thức khơng hồn tồn đối lập PIM-SM giả sử khơng có máy muốn nhận lưu lượng multicast máy chủ động hỏi Kết là, subnet có máy yêu cầu nhận multicast multicast phân phối vào subnet Với PIM-SM, router downstream phải yêu cầu nhận multicast dùng thông điệp PIM Join Khi router nhận thông điệp này, router bên phải định kỳ gửi thông điệp Join lên router upstream Nếu khác đi, router upstream không đưa lưu lượng xuống, đặt kết nối vào trạng thái prune Tiến trình ngược lại với tiến trình dùng PIM-DM, mặc định phát tán lưu lượng multicast với router downstream cần phải liên tục gửi thông điệp prune hay thông điệp làm trạng thái để giữ kết nối trạng thái prune .II.3.3 Chuyển tiếp lưu lượng multicast Có vài phương pháp để chuyển tiếp lưu lượng multicast từ nguồn đến host thu Đầu tiên người ta xếp nhóm bao gồm host thu với địa lớp D chung để đạt phân phối lưu lượng Multicast hiệu Bước tạo tập hợp đường phân phối multicast cho router sử dụng Các giao thức xây dựng router giúp xây dựng phân phối Multicast để chuyển tiếp gói Giao thức chuyển tiếp multicast chủ yếu sử dụng hai kỹ thuật sau: PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4 14 Tìm hiểu Multicast ứng dụng Multicast IPTV 15 - Cây nguồn (Source Tree): Dạng đơn giản phân phối Multicast nguồn có gốc nguồn multicast nhánh có dạng mở rộng theo mạng đến điểm thu Nó đường ngắn (SPT) Hình Ví dụ nguồn Hình ví dụ SPT cho nhóm 224.1.1.1 có gốc đặt nguồn, host A nguồn, host B host C máy thu Ký hiệu (S,G) cho SPT S địa nguồn, G địa nhóm multicast Trong hình SPT có ký hiệu (192.168.1.1, 224.1.1.1) - Cây chia sẻ (Shared- tree) Phương pháp chuyển tiếp chia sẻ có nhiều ưu phân phối multicast Phương phấp chuyển tiếp lựa chọn tốt so với phương pháp chung gốc mơi trường multicast bao gồm nhóm multicast phân bố rãi rác với kết nối bậc thấp PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4 15 Tìm hiểu Multicast ứng dụng Multicast IPTV 16 Hình Ví dụ chia sẻ Phương pháp chia sẻ sử dụng router trung tâm, coi router lõi Các host nguồn multicast gửi gói multicast chúng tới router lõi này, chuyển tiếp gói qua chia sẻ đến thành viên nhóm Một chia sẻ sử dụng đơn nguồn thành viên nhóm Trên ví dụ chia sẻ cho nhóm 224.2.2.2 với gốc đặt router D Khi sử dụng chia sẻ này, nguồn phải gửi lưu lượng chúng đến gốc sau lưu lượng chuyển tiếp xuống chia sẻ đến tất máy thu Trong ví dụ trên, lưu lượng từ host nguồn A D chuyển đến gốc (router D) sau chuyển xuống điểm nhận theo chia sẻ router B router C Do tất nguồn multicast sử dụng chia sẻ nên kí hiệu wild-card (*, G) sử dụng đại diện cho Các thành viên nhóm multicast gia nhập rời nhóm thời điểm phân phối multicast phải cập nhật cách linh hoạt Khi tất host nhánh multicast ngừng yêu cầu nhận lưu lượng nhóm multicast đó, router phải xóa nhánh khỏi phân phối multicast ngừng chuyển lưu lượng xuống nhánh Các SPT có ưu điểm việc tạo đường dẫn tối ưu nguồn máy thu Điều đảm bảo trễ chuyển tiếp lưu lượng multicast thấp cho mạng Các chia sẻ có ưu điểm việc hạn chế số trạng thái router Do nhớ u cầu cho tồn mạng sử dụng chia sẻ Tuy nhiên, hạn chế chia sẻ đường dẫn nguồn máy thu đường dẫn tối ưu tạo trễ phân phối gói PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4 16 Tìm hiểu Multicast ứng dụng Multicast IPTV 17 III Chất lượng dịch vụ (QoS) III.1 Giới thiệu chất lượng dịch vụ Cung cấp chất lượng dịch vụ mạng IP cho phép đảm bảo chất lượng ứng dụng thời gian thực VOIP, Video Streaming hạn chế nghẽn mạng Để giải vấn đề trên, có hai giải pháp - Thứ nâng cấp tài nguyên mạng, tốn đáp ứng đến giới hạn - Thứ hai, bổ sung chế quản lý, phân phối tài nguyên mạng để đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) IETF IEEE đưa nhiều chuẩn lĩnh vực Một số nhà cung cấp thiết bị mạng Cisco, Nortel, Extreme, hỗ trợ chất lượng dịch vụ định tuyến .III.2 Cung cấp chất lượng dịch vụ mạng IP Cung cấp chất lượng dịch vụ thực chất cung cấp dịch vụ chuyển tiếp khác cho lưu lượng mạng khác Trên mạng IP nay, có hai loại lưu lượng lưu lượng thời gian thực lưu lượng liệu Hai loại lưu lượng có đặc trưng khác chúng có yêu cầu khác Lưu lượng thời gian thực tạo ứng dụng thời gian thực video, voice,… yêu cầu độ trễ nhỏ, nhạy cảm với biến thiên đỗ trễ cần đảm bảo lượng băng thông tối thiểu Khi độ trễ lớn, biến thiên độ trễ không ổn định băng thông mức tối thiểu gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng ứng dụng Trong ứng dụng lưu lượng liệu không yêu cầu cao độ trễ, miễn truyền đủ xác nội dung liệu Với mạng IP này, cần phải áp dụng kỹ thuật xử lý lưu lượng nhằm phân loại lưu lượng áp dụng sách ưu tiên khác nhằm đảm bảo băng thông cho loại lưu lượng Để đánh giá chất lượng dịch vụ mạng IP người ta dựa vào tham số sau - Tỷ lệ gói: Tham số cho biết tỷ lệ phần trăm số gói IP bị tổng số tồn gói IP gửi chuyển vào mạng cho phía đầu nhận - Độ trễ gói: Tham số cho biết khoản thời gian gói IP chuyển từ đầu gửi đến đầu nhận - Độ biến thiên trễ (Jitter): Tham số cho biết dao động độ lớn độ trễ gói - Khả đáp ứng dịch vụ: Tham số cho biết xác suất sử dụng thành công dịch vụ Cài đặt chất lượng dịch vụ mạng chia thành ba hoạt động sau: - Phân loại gói tin (Classification) - Hàng đợi gói tin (Queuing) PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4 17 Tìm hiểu Multicast ứng dụng Multicast IPTV - 18 Lập lịch trình gói tin (Queuing scheduling) .III.3 Các mơ hình QoS Ba cấp bậc để thực thi QoS mạng, áp dụng cho hệ thống mạng hỗn hợp - Mạng đòi hỏi khả tối đa dịch vụ (Best-effort) - Mạng đòi hỏi dịch vụ với khả khác (Diff-Serv) - Các dịch vụ đảm bảo (Int-Serv) Các yếu tố để định loại dịch vụ thích hợp để thực thi mạng: - Dựa vào ứng dụng hay vấn đề cần giải khách hàng Mỗi ba dạng áp dụng cho dịch vụ liên quan đến dịch vụ cụ thể Điều không thật hợp lý thực tế khách hàng có yêu cầu phức tạp đồng thời phải đảm bảo dịch vụ cho họ Các mạng tối ưu hóa khả dịch vụ hay mạng đòi hỏi khả khác dịch vụ áp dụng trường hợp - Nếu tốc độ vấn đề cần nâng cấp cho hệ thống khách hàng, có cách đơn giản để nâng cấp áp dụng mơ hình mạng với dịch vụ chất lượng tùy thuộc vào yêu cầu khách hàng thay mơ hình mạng nhằm đảm bảo cho dịch vụ luôn chạy tốt tốc độ khả tương đương - Chi phí để áp dụng cho mơ hình đảm bảo tất dịch vụ cao mơ hình trọng vào dịch vụ trọng yếu Hình 10 Sơ đồ áp dụng mơ hình QoS Trong thực tế người ta áp dụng hai mơ hình Int-Serv Diff-Serv PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4 18 Tìm hiểu Multicast ứng dụng Multicast IPTV 19 III.3.1 Best-effort delivery Một network đơn chuyển tiếp packets mà nhận Switch router cố gắng (best-effort) để chuyển tiếp packet mà không quan tâm đến kiểu traffic hay độ ưu tiên dịch vụ .III.3.2 Intergrated Service Model Sắp xếp đường trước từ nguồn đến đích cho liệu ưu tiên Mỗi thiết bị mạng đường phải kiểm tra xem hỗ trợ cho yêu cầu hay không Khi yêu cầu tối thiểu đáp ứng, ứng dụng nguồn thông báo xác nhận Sau đó, ứng dụng sử dụng đường truyền Nguyên lý mơ hình dành riêng tài nguyên mạng (băng thông, độ trễ) cho luồng thơng tin xun suốt từ nguồn đến đích Tài ngun chiếm dụng không tận dụng cho luồng thông tin Nếu tài nguyên bị chiếm dụng mà khơng dùng tượng lãng phí tài nguyên xảy - Tải FULL (67 trang): https://bit.ly/3jNOJke - Dự phịng: https://bit.ly/3l68gwc Hình 11 Mơ hình tổng quan Intergrated Service Một đặc điểm mô hình Int-Serv đảm bảo chất lượng dịch vụ theo luồng (flow) Một luồng xác định tham số: địa IP nguồn, IP đích, Port nguồn, Port đích… Mơ hình Int-Serv thường sử dụng giao thức RSVP (Resource Reservation Protocol) để báo hiệu Đây giao thức điều khiển Internet thiết kế để cài đặt chất lượng dịch vụ mạng IP Nhưng khơng thiết phải sử dụng mơ hình Int-Serv Hạn chế mơ hình với hệ thống mạng có số lượng flow lớn, IntServ mơ hình đảm bảo chất lượng dịch vụ tuyệt đối từ đầu đến cuối khơng linh hoạt khả mở rộng thấp nên không lựa chọn để thực QoS mạng có quy mơ lớn Vì mơ hình Int-Serv thích hợp cho mạng nhỏ với luồng lưu lượng PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4 19 Tìm hiểu Multicast ứng dụng Multicast IPTV 20 III.3.3 Differentiated Service Model Mơ hình Diff-Serv thiết kế để khắc phục hạn chế mơ hình IntServ Mơ hình Diff-Serv có khả linh hoạt cao khả mở rộng lớn Thay thực chất lượng dịch vụ xuyên suốt thống đường truyền mơ hình Int-Serv, mơ hình Diff-Serv thực chất lượng dịch vụ riêng lẻ router Với cách mơ hình Diff-Serv khơng cần phải tiến hành báo hiệu theo luồng nên tiết kiệm băng thơng có khả mở rộng lớn, phù hợp mơ hình hệ thống mạng lớn Ngun lý hoạt động Diff-Serv sau: Đầu tiên gói tin phân loại thành nhiều nhóm ưu tiên từ thấp đến cao tùy theo đặc điểm dịch vụ, thiết bị tiến hành cung cấp tài nguyên theo nhóm Nhóm có thứ tự cao cung cấp quyền sử dụng tài nguyên ưu tiên Tất trình thực riêng lẻ thiết bị Hình 12 Mơ hình tổng qt chế Diff-Serv Giải pháp QoS theo mơ hình Diff-Serv thực qua bước sau: - Quản lý tắc nghẽn: Cơ chế quản lý tắc nghẽn thực giao diện thiết bị mạng Khi gói tin đến giao diện này, gói tin phân chia theo hàng đợi có mức độ ưu tiên khác - Tránh tắc nghẽn: Cơ chế loại bỏ gói tin trước gây tượng tắc nghẽn - Đặt ngưỡng: Cơ chế đặt ngưỡng trên, ngưỡng cho băng thông, cụ thể băng thông đảm bảo ngưỡng tối thiểu lớn ngưỡng gói tin bị loại bỏ đưa vào hàng đợi - Nén Header: Header chiếm phần lớn gói tin không mang thông tin thực sự, chế nén header giúp tiết kiệm băng thông PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4 20 Tìm hiểu Multicast ứng dụng Multicast IPTV 21 - Phân mảnh: Các gói tin liệu thường có độ dài lớn, điều gây trễ tắc nghẽn Cơ chế phân mảnh phân gói tin thành gói tin nhỏ để tránh tắc nghẽn .III.4 Phân loại đánh dấu QoS có khả cung cấp mức xử lý khác hướng đến lớp lưu lượng riêng Trước ứng dụng hay kỹ thuật QoS áp dụng, lưu lượng phải nhận biết xếp vào lớp khác Những lớp khác lưu lượng gọi lớp dịch vụ thuật ngữ QoS Công cụ phân loại đánh dấu không phân loại packet vào lớp dịch vụ mà đánh dấu chúng lớp với giá trị trường header Các IP header, Lan trunking header, Frame Relay có trường dùng cho tiến trình đánh dấu QoS Điều giúp cho công cụ QoS khác phân loại gói tin cách phân tích bit đánh dấu dễ dàng .III.5 Sự phân loại – Classification Phân loại gói tin phần quan trọng chức QoS giúp cho việc nhận biết phân biệt luồng thông tin khác mạng Phân loại thực để nhận dạng lưu lượng phân chia lưu lượng thành lớp khác Để phân loại gói, ta dùng mơ tả lưu lượng để phân chia gói phạm vi nhóm riêng biệt để định nghĩa gói Một số mơ tả đặc trưng dùng để phân loại gói bao gồm: giao tiếp ngõ vào, độ ưu tiên IP (IP Precedence), DSCP, địa nguồn hay địa đích ứng dụng Sau gói định danh, chúng có khả tiến hành chức QoS mạng Hầu hết công cụ phân loại đánh dấu hoạt động gói tin vào khỏi interface Về logic giống Access List hoạt động đánh dấu cho phép hay loại bỏ gói tin Chúng hoạt động theo phương thức sau: - Với gói tin vào interface, hợp với tiêu chuẩn 1, đánh dấu field với giá trị - Nếu gói tin khơng phù hợp, so sánh tiếp với tiêu chuẩn sau đánh dấu field khác với giá trị khác - Tiếp tục so sánh gói chúng phù hợp với tiêu chuẩn Nếu gói tin khơng phù hợp với tiêu chuẩn nào, khơng có xử lý cụ thể cho gói tin chuyển khơng có tác động QoS .III.5.1 Class-Based Marking Class-Based Marking phân loại gói tin vào lớp dịch vụ cách phân tích frame, cell( dùng cho ATM), packet segment (các bit có TCP hay UDP header PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4 21 Tìm hiểu Multicast ứng dụng Multicast IPTV 22 datalink hay network header) CB Marking dùng ACL(Access Control List) để đánh dấu packet, với packet cho phép từ ACL Trường Ý nghĩa Địa IP nguồn Một chuỗi địa nguồn dùng match dùng wildcard mark Địa IP đích Một dải địa đích match dùng wildcard mark IP Precedence Các giá trị IP Precedence 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 khơng Cổng TCP Có thể kiểm tra cổng nguồn hay đích hay dãy cổng xem số hiệu cổng có lớn hay nhỏ số xác định khơng Thiết lập TCP Mặc dù khơng hồn tồn hữu dụng QoS, ACL match hết tất TCP Segment sau khởi gán segment dành cho việc kết nối UDP Có thể kiểm tra cổng nguồn đích, hay dãy có cổng xem số hiệu cổng có lớn hay nhỏ số xác định không ICMP Kiểm tra lượng lớn thông điệp ICMP khác loại code IGMP Kiểm tra thông điệp Internet Group Management Protocol Bảng Các trường so trùng ACL mở rộng Mặc dù IP Precedence DSCP so trùng với ACL, đối chiếu trực tiếp với CB Marking mà không cần dùng ACL .III.5.2 Phân loại với NBAR (Network-Based Application Recognition) CB Marking cấu hình để tìm kiếm nhiều trường hai bảng để phân loại gói tin trực tiếp Tuy nhiên dùng NBAR để phân loại packet NBAR cung cấp cho router khả phân loại gói tin đặc biệt gói tin khó nhận dạng - Tải FULL (67 trang): https://bit.ly/3jNOJke - Dự phòng: https://bit.ly/3l68gwc PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4 22 Tìm hiểu Multicast ứng dụng Multicast IPTV 23 III.5.3 Đánh dấu – Marking Hoạt động đánh dấu cho phép thiết bị mạng phân loại gói hay khung dựa vào mô tả lưu lượng đặc trưng Một số mô tả lưu lượng sử dụng để đánh dấu : Lớp dịch vụ (Class of service), DSCP (Diff-Serv Code Point), độ ưu tiên IP (IP Precedence) Đánh dấu bao gồm việc đặt vài bit bên lớp data-link hay network header với mục đích giúp cho cơng cụ QoS thiết bị khác phân loại dựa giá trị đánh dấu Một vài field sử dụng nhiều, field khác khơng .III.6 IP header QoS – Precedence DSCP Precedence DSCP hai trường sử dụng nhiều để đánh dấu Các công cụ QoS sử dụng chúng header gói tin IP tồn mạng Đế thiết lập giá trị DSCP xem xét mối quan hệ DSCP IP Precedence, ta cần phải biết trường IP header - DSCP Trong gói IP có chứa byte gọi ToS (Type of Service) Sáu bit có ý nghĩa trường DiffServ biết trường phân biệt dịch vụ đánh dấu mẫu bit đặc biệt gọi DSCP dùng để cách thức định tuyến cần xử lý gói Giá trị IP Precedence ánh xạ đến trường DSCP Bảng Thể loại dịch vụ (ToS) P2 đến P0 thứ tự IP, bit Delay, Bandwidth, Reality CU1 CU2 không sử dụng - DiffServ Fields Trường DiffServ chuẩn gói packet đánh dấu với giá trị người nhận xử lý chuyển tiếp nút mạng Bảng Trường DiffServ Mặc định DSCP 000000 Người lựa chọn class DSCP phải ý điểm cho tương thích với thứ tự IP Khi thay đổi thứ tự IP DSCP, quan trọng phải so khớp với bit đầu Ví dụ: IP Pre 6(110) ánh xạ cho IP DSCP 110000 ToS byte PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4 23 Tìm hiểu Multicast ứng dụng Multicast IPTV 1 T2 T1 24 T0 CU1 CU0 DiffServ Fileds 1 0 0 ECN ECN Sử dụng chuẩn DiffServ tương tự thứ tự bit ( bit quan trọng DS5, DS4, DS3) để thiết lập ưu tiên Mức thự tự Mơ tả Lớp liên kết trì Routing Protocol Sử dụng cho IP Routing Protocol Express Forwarding (EF) Class4 Class Class Class Best-effort Bảng Xác định mức thứ tự DiffServ .III.7 Chuyển tiếp đảm bảo (Assured Forwarding) Chuyển tiếp đảm bảo AF mô tả tiềm cho nhà cung cấp vùng DS theo cấp độ khác chuyển tiếp đảm bảo dành cho packet IP nhận từ client vùng DS 24 PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4 6231580 ... THANH HẢI, LỚP 06T4 Tìm hiểu Multicast ứng dụng Multicast IPTV 10 - High Profile: Dùng cho ứng dụng quảng bá ứng dụng truyền hình yêu cầu độ nét cao .II Các giao thức mạng sử dụng IPTV Các kiểu lưu... HẢI, LỚP 06T4 12 Tìm hiểu Multicast ứng dụng Multicast IPTV 13 thực, người dùng xác thực ứng dụng multicast tự động cài lên pc người dùng Có nghĩa người dùng tham gia vào nhóm multicast - IGMP... nhằm đáp ứng nhu cầu người dùng Với hướng dẫn thầy Nguyễn Thế Xuân Ly mong muốn tìm hiểu cơng nghệ mới, sau thời gian tìm hiểu em hoàn thành báo cáo luận văn tốt nghiệp với đề tài ? ?Tìm hiểu Multicast