Giao thức mạng

Dịch vụ IPTV bao gồm cả truyền hình trực tiếp (live TV) và truyền hình được lưu trữ sẵn (Video on Demand). Việc xem truyền hình qua IPTV cần một máy tính hoặc thiết bị “set-top-box” được kết nối tới TV. Các nội dung truyền hình được nén sử dụng chuẩn MPEG-2 hoặc MPEG-4 và được gửi đi dưới dạng luồng truyền tải MPEG qua IP Multicast trong trường hợp truyền hình trực tiếp hoặc qua IP Unicast trong trường hợp truyền hình theo yêu cầu. IP Multicast là phương pháp mà thông tin được truyền đến các máy tính trong cùng thời điểm

Một hệ thống IPTV tiêu chuẩn thường sử dụng các giao thức cơ bản sau:

* Truyền hình trực tiếp sử dụng giao thức IGMP version 2 để kết nối tới một luồng multicast (TV channel) hoặc dùng để chuyển các kênh truyền hình.

* VoD sử dụng giao thức luồng thời gian thực (RTSP) * Ghi hình ảnh cá nhân trên mạng (NPRV)

Multicast, còn được gọi là multiplex broadcast, là cách truyền thông tin tới một nhóm các đích đến một cách đồng thời sử dụng một phương pháp hiệu quả để truyền các bản tin trên mỗi kết nối của mạng chỉ một lần và chỉ tạo ra các bản sao khi các kết nối đến các đích đến rẽ nhánh.

Thuật ngữ đa hướng (Multicast) thường được sử dụng để ám chỉ đến IP Multicast, vốn là một giao thức được sử dụng để truyền một cách hiệu quả số liệu đến nhiều người nhận cùng một lúc trên các mạng sử dụng giao thức TCP/IP bằng cách sử dụng một địa chỉ đa hướng. IP Multicast thường có liên quan đến các giao thức audio/video như RTP.

Có nhiều kỹ thuật đa hướng được sử dụng trên Internet. Trong khi IP Multicast sử dụng lớp địa chỉ đa hướng (lớp D) thì đa hướng rõ ràng (còn gọi là Xcast) lại sử dụng các địa chỉ đơn hướng của tất cả các đích đến thay vì các địa chỉ đa hướng được ấn định. Do kích thước gói IP nhìn chung bị giới hạn, Ecast không thể được sử dụng cho các nhóm với số lượng lớn các địa chỉ đa hướng.

Mô hình IP Multicast đòi hỏi phải giải quyết nhiều trạng thái bên trong mạng hơn so với mô hình IP unicast. Và cũng chưa có một cơ chế nào chứng tỏ được sẽ cho phép mô hình IP multicast có thể mở rộng với hàng triệu người gửi và hàng triệu nhóm multicast, do đó không thể tạo ra các ứng dụng multicast hoàn toàn dụng thực tế thương mại trên Internet. Kể từ 2003, những nỗ lực mở rộng multicast đến các mạng lớn đã tập trung vào một trường hợp multicast một nguồn đơn giản hơn và dễ kiểm soát hơn.

Ưu điểm của đa hướng:

* Sử dụng băng thông của mạng hiệu quả so với unicast - với unicast, tổng dung lượng băng thông tăng tuyến tính với số thuê bao.

* Yêu cầu sử dụng máy chủ là tối thiểu so với unicast - với unicast, kết nối của mỗi khách hàng yêu cầu một luồng riêng; với IP Multicast, chỉ có một luồng được gửi ra từ máy chủ.

* Yêu cầu sử dụng mạng là tối thiểu - đây là hiệu quả của việc sử dụng IP Multicast.

Nhược điểm của đa hướng:

* Phân phát gói thiếu độ tin cậy - do IP Multicast sử dụng UDP làm giao thức truyền tải nên nó kế thừa sự thiếu tin cậy của UDP.

* Khả năng lặp gói trên mạng: trong khi một giao thức định tuyến IP Multicast hội tụ, có khả năng nhiều bản sao của một gói multicast sẽ đến khách hàng.

* Không có khả năng tránh tắc nghẽn: do IP Multicast sử dụng UDP làm giao thức truyền tải nên nó không có các cơ chế quay lui (backoff) và cửa sổ (window) của TCP.

So với đơn hướng thì đa hướng là phương thức truyền sử dụng ít băng thông của mạng hơn. Một ứng dụng unicast sẽ gửi một bản copy của mọi gói dữ liệu đến mọi người nhận. Ngược lại, multicast chỉ gửi một bản copy tới những người dùng muốn nhận. Đây là phương thức thường được sử dụng nhất cho hội nghị video và Video-on- Demand hiện nay. Đồ thị dưới đây so sánh lưu lượng sử dụng giữa multicast và unicast dùng cho audio streaming và mọi người dùng đều nghe nhạc ở cùng tốc độ 8 Kbps.

Một số cộng đồng trong mạng Internet công cộng vẫn thường sử dụng IP Multicast và IP Multicast được sử dụng cho nhiều ứng dụng đặc biệt bên trong mạng IP dùng riêng (private IP network). Các giao thức IP Multicast:

* Giao thức quản lý nhóm Internet (IGMP). * Giao thức đa hướng độc lập (PIM).

* Giao thức định tuyến đa hướng điều khiển khoảng cách (DVMRP). * Multicast OSPF (MOSPF).

* Multicast BGP (MBGP).

* Giao thức khôi phục nguồn đa hướng (MSDP). * Multicast Listener Discovery (MLD).

Đồ án tốt nghiệp Chương 3: Các công nghệ truyền hình trên IPTV

Hình 3.9 So sánh lưu lượng sử dụng giữa Unicast và Multicast

IGMP là giao thức truyền thông để thông báo cho các bộ định tuyến hướng lên rằng một host muốn nhận một luồng multicast. Một host trở thành một thành viên của một nhóm multicast (được định nghĩa bởi một địa chỉ IP Class D 224.0.0.0 đến 239.255.255.255) cùng với các thiết bị thu khác. Đây là một cơ chế khác của các cơ chế MPR (Multicast Routing Protocol) chỉ chạy trên các thiết bị định tuyến. Nói cách khác khi một host chỉ ra rằng nó muốn nhận một luồng multicast, tùy vào mạng các thiết bị định tuyến để quyết dịnh xử lý như thế nào và kết quả luôn là host sẽ nhận được một luồng.

IGMP sử dụng hai bản tin cơ sở cho các hoạt động tiêu chuẩn: các Report và Query, các host gửi các Report để gia nhập hoặc rời khỏi một nhóm. Một host nhận Query từ một thiết bị định tuyến nếu thiết bị đó muốn, cho dù host có muốn là thành viên của một nhóm multicast hay không.

Các giao thức định tuyến Multicast: Có hai kiểu giao thức định tuyến IP Multicast cơ bản là Dense Mode, Spare Mode.

* Phương thức dày đặc: sử dụng phương thức ”flood and prune”, nghĩa là khi một luồng multicast đi vào mạng, nó ngay lập tức được đẩy đến tất cả các điểm trên mạng cho đến khi các thiết bị định tuyến không có các mạng con, các thiết bị thu cắt bớt các nhánh của cây phân phối. Quá trình được lặp lại cứ sau mỗi khoảng thời gian 2 - 3 phút, dẫn đến sự không hiệu quả do các mạng con không cần phải liên tục nhận luồng đó. Mode này chỉ tốt cho các triển khai trên phạm vi nhỏ, với số chặng tối thiểu để hạn chế sự không hiệu quả của giao thức.

* Phương thức dự phòng: sử dụng cơ chế kéo (pull), nghĩa là mỗi thiết bị định tuyến mong muốn phải gia nhập một cây phân phối multicast (ngược lại so với các giao thức Dense Mode). Spare Mode cũng sử dụng cơ chế cây dùng chung, ở đó nhiều nguồn multicast có thể sử dụng cùng một cây phân phối. Điều này được thực hiện bằng cách ấn định một thiết bị định tuyến như một điểm gốc (RP) phục vụ ở đỉnh của cây phân phối. Các nguồn có thể gửi lưu lượng đến cây dùng chung, do đó tăng được hiệu quả tổng thể và yêu cầu duy trì ít trạng thái hơn trên thiết bị định tuyến. Mode này tốt cho việc triển khai nhiều nguồn vì nó sử dụng các cây dùng chung. Mode này cũng tốt cho việc triển khai trên phạm vi rộng hơn với các cây có tới hai hay nhiều mức sâu hơn.