1. Truyền hình lƣu động
2.3 Công nghệ cân bằng tải dạng Bonding
Kh c với công nghệ cân bằng tải Load Balancing không th sử dụng đồng thời tại cùng 1 thời đi m c c đường truyền kh c nhau cho cùng 1 ứng dụng, công nghệ cân bằng tải dạng Bonding có khả năng làm được điều này. Như vậy tức là, p dụng công nghệ cân bằng tải dạng Bonding, người dùng có th sử dụng đồng thời nhiều đường truyền tại 1 thời đi m cho 1 ứng dụng nhất định, điều này giúp tăng khả năng của đường truyền lên nhiều lần so với riêng lẻ từng đường một.
2.3.1 hế nào là ông nghệ cân bằng tải dạng Bonding
Công nghệ cân bằng tải dạng Bonding là một ki u kết hợp nhiều đường truy cập thành một kết nối băng thông rộng cho bất cứ một ứng dụng nào yêu cầu kết nối internet.
Ví dụ như, khi bạn ở một nơi nào có đồng thời một lúc c c đường truyền internet như: c p quang, wifi, kết nối 3G/4G….Theo truyền thống, bạn chỉ có th sử dụng một trong những kênh truyền trên tại một thời đi m duy nhất, và chưa có c ch
32
nào đ kết hợp tất cả c c kênh có sẵn đ có được băng thông tổng hợp (k cả với công nghệ cân bằng tải Load Balancing). Nhưng với công nghệ cân bằng tải dạng Bonding, điều đó là có th .
2.3.2 So s nh giữa ông nghệ cân bằng tải Load Balancing và ông nghệ cân bằng tải dạng Bonding (7)
Kh thường xuyên khi có sự nhầm lẫn đ nh đồng giữa 2 công nghệ cân bằng tải Load Balancing và công nghệ cân bằng tải dạng Bonding. Sự thật có kh nhiều sự kh c nhau giữa 2 công nghệ này. Và hiện nay nhiều sản ph m công nghệ p dụng công nghệ cân bằng tải dạng ghép kênh bonding nhờ vào c c ưu thế vượt trội của nó so với công nghệ cân bằng tải thông thường như một xu hướng mới trong lĩnh vực công nghệ Multi-Wan.
Cả hai công nghệ đều có mục đích tối ưu hóa khả năng truyền tải dữ liệu trên c c liên kết đ truy cập vào Internet và đảm bảo dữ liệu được định tuyến tới c c kết nối tối ưu một c ch chính x c. Sự kh c biệt chủ yếu là giữa hai công nghệ trên thì qu trình cân bằng tải xảy ra tại lớp nào trong mô hình OSI.
Cân bằng tải thông thường Load Balacing phân chia lưu lượng giữa c c giao diện mạng (interfaces) ở lớp 4 trong mô hình OSI ( network socket). Công nghệ Load Balacing thông thường hoạt động bằng c ch chọn c c đường đi/ kết nối kh c nhau đ định tuyến cho một phiên giao thức TCP hoặc UDP. Điều này có nghĩa mỗi phiên được nh xạ tới một kết nối cụ th với một tốc độ tối đa mà kết nối đó cho phép. Trong trường hợp một kết nối bị lỗi, phiên đó s kết thúc và một phiên làm việc mới được thiết lập và được định tuyến tới một kết nối kh c khả dụng.
Cân bằng tải dạng Bonding phân chia lưu lượng ở c c lớp thấp hơn: lớp 2 hoặc lớp 3 (C c trường hợp cụ th ở từng lớp s được trình bày ở mục tiếp theo). Như vậy công nghệ Bonding làm việc với những gói tin TCP/UDP, điều đó có nghĩa một phiên s được định tuyến qua tất cả c c kết nối khả dụng (available connection), về cơ bản bằng c ch phân phối tất cả c c gói dữ liệu cho tất cả c c kết nối. Điều này dẫn đến việc sử dụng băng thông của tất cả c c kết nối riêng lẻ một c ch đồng thời, đạt được tốc độ cao, cả đường
33
lên và đường xuống, ngay cả đối với một phiên duy nhất. Trong trường hợp có một vài kết nối bị lỗi trong qu trình truyền dữ liệu, phiên làm việc s không bị gi n đoạn mà chỉ bị giới hạn băng thông tổng do giảm băng thông của c c kết nối bị lỗi.
Một khía cạnh kh c nữa giữa hai công nghệ là việc quản lý chất lượng dịch vụ QoS. Việc đ nh gi , tính to n QoS đối với công nghệ cân bằng tải Load Balancing là kh phức tạp, do phải đ nh gi với từng đường truyền thành phần riêng lẻ. Như vậy một c ch đ nh gi tổng qu t, duy nhất khó có th x c định r rang và p dụng. Ngoài ra, khi sử dụng c c kết nối DSL – loại kết nối có hiệu suất biến động, c c quy tắc ưu tiên QoS có th không được p dụng một c ch chính x c do hoạt động không ổn định của mỗi kết nối.
Còn đối với công nghệ cân bằng tải dạng Bonding, quy tắc ưu tiên được x c định cho 1 kênh giao tiếp duy nhất, công suất đươc tính theo thời gian thực cho phép đ nh gi QoS dễ dàng.
Vì vậy, khi so s nh hai công nghệ, đi m kh c biệt quan trọng là việc sử dụng nhiều kết nối đồng thời tại một thời đi m đ nâng cao băng thông toàn đường truyền và độ tin cậy. Ngoài ra, công nghệ cân bằng tải dạng Bonding có nhiều đi m chung, tính năng với đường dây thuê bao vì nó tạo ra một kết nối duy nhất với tốc độ tổng hợp và độ tin cậy.
2.3.3 c trường hợp của công nghệ cân bằng tải Bonding:
Công nghệ cân bằng tải dạng Bonding có th được sử dụng tại c c lớp kh c nhau trong mô hình OSI.
Bonding trên lớp vật lý ( Physical Layer) có th được thực hiện bằng c ch sử dụng JMB (Joint Multi-user Beamforming) , một hệ thống cho phép cộng thêm c c đi m ph t Access Points (APs) trong cùng 1 kênh đ tăng băng thông trong mạng. Sử dụng JMB, một mạng LAN không dây có th mở rộng thông lượng (throughput) hiệu quả bằng c ch liên tục them vào c c Access Point (APs) trên cùng một kênh
Bonding trên lớp data link – lớp 2: Công nghệ này sử dụng 2 hoặc nhiều cổng mạng (network interfaces) trên một thiết bị đ tạo ra một đường truyền có băng thông lớn hơn. Nó có th thực hiện với Wifi và 3G.
34
Công nghệ cân bằng tải Bonding sử dụng c c kết nối 3G (3G Bonding): Công nghệ sử dụng nhiều kênh băng thông rộng của c c nhà mạng di động và kết hợp c c kênh vật lý lại đ tạo ra một đường truyền băng thông rộng tổng hợp. Đường truyền tổng hợp này s tồn tại như một đường truyền băng thông rộng duy nhất đối với người dùng cuối, cung cấp băng thông là tổng hợp c c đường truyền thành phần, ổn định. Công nghệ cân bằng tải 3G Bonding này sử dụng c c loại SIM của nhiều nhà mạng kh c nhau (Vinaphone, Mobiphone, Viettel….), kết hợp c c đường truyền riêng lẻ đ tạo nên một đường truyền tổng hợp.
Giải ph p kết hợp 3 kênh truyền 3G có khả năng cho một đường truyền tổng hợp lên tới 21Mbps trong khi trường hợp sử dụng 6 kênh truyền có th cho đường truyền tổng hợp lên tới 42Mbps. Đây chính là giải ph p được ứng dụng trong truyền hình lưu động độ nét cao hiện nay đ thực hiện c c chương trình truyền hình tại chỗ một c ch nhanh chóng, chất lượng cao và ổn định.
Cân bằng tải kết hợp Wifi (Wifi Bonding): kết hợp 2 kênh Wifi liền kề đ tăng gấp đôi băng thông. Công nghệ này phù hợp với tiêu chu n IEEE 802.11n cho phép thiết bị không dây có th hoạt động ở kênh rộng 40MHz bằng c ch nhân đôi chiều rộng kênh của nó từ 20Mhz lên. Mặc dù công nghệ cân bằng tải kết hợp Wifi này cho phép tăng băng thông lên nhưng lại gây nhiễu tới c c mạng Wifi xung quanh do phổ và công suất tiêu thụ của hệ thống tăng lên.
Cân bằng tải Bonding ở lớp 3 (Network-Layer Bonding): được thực hiện bằng c ch cộng gộp nhiều Router đ tạo ra một Router ảo duy nhất, duy trì kết nối ngay cả khi có một hay một vài Router thành phần bị lỗi. Nó đòi hỏi nhiều router trong đường mạng tham gia vào đ tạo ra một bộ định tuyến ảo duy nhất. Cân bằng tải kết hợp ở lớp 3 có th đạt được bằng c ch sử dụng VRRP (Virtual Router Redundancy Protocol). VRRP tạo ra kh i niệm về Router ảo, một đại diện trừu tượng của nhiều router, là sự kết hợp của c c Router chủ (Master Router) và các Router dự phòng ( backup Router). VRRP g n cho router ảo là cổng mặc định (default gateway) và nếu một router thực được định tuyến c c gói tin trên danh nghĩa của c c Router ảo bị lỗi, một Router thực kh c s được lựa chọn đ tự động thay thế nó. C c Router thực nào mà chuy n tiếp c c gói tin ở bất kỳ thời đi m nào
35
được gọi là router chủ (Master Router). Cân bằng tải kết hợp ở lớp 3 có th cung cấp khả năng dự phòng cần thiết.
Bonding lớp ứng dụng (App-level bonding): Hiện nay một số ứng dụng cho điện thoại di động cho phép người dùng chia sẻ kết nối băng thông di động; cung cấp nhiều kết nối logic (ví dụ như khi có kết nối Wifi s tự động giảm tải kết nối dữ liệu 3G)
2.4 Công nghệ cân bằng tải dạng Bonding
2.4.1 Giới thiệu chung
Công nghệ Bonding sử dụng 2 hoặc nhiều hơn c c kết nối (3G, Wifi, Ethernet…)
kết hợp lại đ tạo một đường truyền băng thông rộng, là tổng hợp băng thông của
c c đường truyền thành phần.
2.4.2 Nguyên lý
Như trên đã trình bày thì khi sử dụng công nghệ Bonding s tạo ra một đường truyền tổng hợp. Đường truyền tổng hợp xuất hiện như 1 đường truyền có địa chỉ IP duy nhất đ c c ứng dụng truy cập, sử dụng. Một hệ thống đầy đủ của Công nghệ Bonding này gồm c c thành phần:
+ Thiết bị ph t: thiết bị ph t nhận c c gói tin tới (ví dụ như những hình ảnh từ camera) và t ch chúng lên c c đường truyền thành phần (sử dụng giao diện socket với giao thức TCP/IP và port number đ x c định một tiến trình process, nói c ch kh c luồng thông tin dựa vào IP đ x c định kết nối giữa 2 ender đầu cuối và dựa vào port đ x c định tiến trình hoạt động của một ứng dụng).
+ Thiết bị thu: Thiết bị thu nhận tất cả c c gói tin được truyền tới từ c c đường truyền thành phần, tổng hợp lại và “t i tạo” lại thành hình ảnh đầy đủ ban đầu
36
Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống cân bằng tải dạng Bonding.
Trong mô hình trên, thiết bị ph t đóng vai trò như một client còn server thu đặt tại trung tâm đóng vai trò server.
+ Server đặt tại trung tâm sử dụng đường internet c p quang với 1 địa chi IP tĩnh, mở một số port number cho qu trình truyền dữ liệu (ví dụ 9000, 9001…) chỉ cho một ứng dụng cụ th trên mạng Internet.
+ Thiết bị ph t tại hiện trường được kết nối với server qua giao thức TCP/IP, nhờ IP và port s x c định được một qu trình kết nối nhất định.
Thiết bị ph t nhận được dữ liệu tới và chia nhỏ thành c c gói tin, đóng vai trò như một switch đ y c c gói tin này về server qua c c đường truyền 3G thành phần, chỉ cần đường truyền nào “rỗi” là c c gói tin được đ y đi. Đây chính là đi m cơ bản đ x c định 3G Bonding được thực hiện ở lớp 2 (vì thiết bị ph t đóng vai trò như một switch, nhận gói tin và đ y đi c c đường truyền thành phần). Dựa vào giao thức TCP mà c c gói tin tại server thu s được sắp xếp theo thứ tự và được phần mềm chuyên dụng ở server “t i tạo” lại hình ảnh ban đầu.
2.4.3 Giao thức P/IP:
Giao thức TCP (Transmission Control Protocol - "Giao thức điều khi n truyền vận") là một trong c c giao thức cốt l i của bộ giao thức TCP/IP. Sử dụng TCP, c c ứng dụng trên c c m y chủ được nối mạng có th tạo c c "kết nối" với nhau, mà qua đó chúng có th trao đổi dữ liệu hoặc c c gói tin. Giao thức này đảm bảo chuy n giao dữ liệu tới nơi nhận một c ch đ ng tin cậy và đúng thứ tự. TCP còn phân biệt giữa dữ liệu của nhiều ứng dụng (ch ng hạn, dịch vụ Web và dịch vụ thư
37
điện tử) đồng thời chạy trên cùng một m y chủ.
Trong bộ giao thức TCP/IP, TCP là tầng trung gian giữa giao thức IP bên dưới và một ứng dụng bên trên. C c ứng dụng thường cần c c kết nối đ ng tin cậy ki u đường ống đ liên lạc với nhau. TCP làm nhiệm vụ của tầng giao vận trong mô hình OSI đơn giản của c c mạng m y tính.
C c ứng dụng gửi c c dòng gồm c c byte 8-bit tới TCP đ chuy n qua mạng. TCP phân chia dòng byte này thành các đoạn(segment) có kích thước thích hợp (thường được quyết định dựa theo kích thước của đơn vị truyền dẫn tối đa (MTU) của tầng liên kết dữ liệu của mạng mà m y tính đang nằm trong đó). Sau đó, TCP chuy n c c gói tin thu được tới giao thức IP đ gửi nó qua mộtliên mạng tới mô đun TCP tại m y tính đích. TCP ki m tra đ đảm bảo không có gói tin nào bị thất lạc bằng c ch g n cho mỗi gói tin một "số thứ tự" (sequence number). Số thứ tự này còn được sử dụng đ đảm bảo dữ liệu được trao cho ứng dụng đích theo đúng thứ tự. Mô đun TCP tại đầu kia gửi lại "tin b o nhận" (acknowledgement) cho c c gói tin đã nhận được thành công; một "đồng hồ" (timer) tại nơi gửi s b o time-out nếu không nhận được tin b o nhận trong khoảng thời gian bằng một round-trip time (RTT), và dữ liệu (được coi là bị thất lạc) s được gửi lại. TCP sử dụng checksum (gi trị ki m tra) đ xem có byte nào bị hỏng trong qu trình truyền hay không; gi trị này được tính to n cho mỗi khối dữ liệu tại nơi gửi trước khi nó được gửi, và được ki m tra tại nơi nhận.
Không như giao thức UDP - giao thức có th lập tức gửi gói tin mà không cần thiết lập kết nối, TCP đòi hỏi thiết lập kết nối trước khi bắt đầu gửi dữ liệu và kết thúc kết nối khi việc gửi dữ liệu hoàn tất. Cụ th , c c kết nối TCP có ba pha:
1. Thiết lập kết nối 2. Truyền dữ liệu 3. Kết thúc kết nối
Trước khi miêu tả c c pha này, ta cần lưu ý c c trạng th i kh c nhau của một socket:
1. LISTEN 2. SYN-SENT
38 3. SYN-RECEIVED 4. ESTABLISHED 5. FIN-WAIT-1 6. FIN-WAIT-2 7. CLOSE-WAIT 8. CLOSING 9. LAST-ACK 10. TIME-WAIT 11. CLOSED LISTEN
Đang đợi yêu cầu kết nối từ một TCP và cổng bất kỳ ở xa (trạng th i này thường do c c TCP server đặt)
SYN-SENT
Đang đợi TCP ở xa gửi một gói tin TCP với c c cờ SYN và ACK được bật (trạng th i này thường do c c TCP client đặt)
SYN-RECEIVED
Đang đợi TCP ở xa gửi lại một tin b o nhận sau khi đã gửi cho TCP ở xa đó một tin b o nhận kết nối (connection acknowledgment) (thường do TCP server đặt)
ESTABLISHED
Cổng đã sẵn sàng nhận/gửi dữ liệu với TCP ở xa (đặt bởi TCP client và server)
TIME-WAIT
Đang đợi qua đủ thời gian đ chắc chắn là TCP ở xa đã nhận được tin b o nhận về
yêu cầu kết thúc kết nối của nó. Theo RFC 793, một kết nối có th ở tại trạng th i
TIME-WAIT trong vòng tối đa 4 phút.
Thiết lập ết nối
Đ thiết lập một kết nối, TCP sử dụng một quy trình bắt tay 3 bước (3-way handshake) Trước khi client thử kết nối với một server, server phải đăng ký một cổng và mở cổng đó cho c c kết nối: đây được gọi là mở bị động. Một khi mở bị động đã được thiết lập thì một client có th bắt đầu mở chủ động. Đ thiết lập một kết nối, quy trình bắt tay 3 bước xảy ra như sau:
39
1. Client yêu cầu mở cổng dịch vụ bằng c ch gửi gói tin SYN (gói tin TCP) tới server, trong gói tin này, tham số sequence number được g n cho một gi trị ngẫu nhiên X.
2. Server hồi đ p bằng c ch gửi lại phía client bản tin SYN-ACK, trong gói tin này, tham số acknowledgment number được g n gi trị bằng X + 1, tham số sequence number được g n ngẫu nhiên một gi trị Y
3. Đ hoàn tất qu trình bắt tay ba bƣớc, client tiếp tục gửi tới server bản tin
