Tài liệu Nghiên cứu và ứng dụng giao thức rtp

Nghiên cứu và ứng dụng giao thức RTP. Mục Trang Mục lục. Lời nói đầu. 1 3 CHƯƠNG 0:TRUYỀN DÒNG DỮ LIỆU THỜI GIAN THỰC. 0.1. Khái niệm truyền dòng. 0.2. Quá trình truyền dòng. 4 5 CHƯƠNG I: LỰA CHỌN CÁC GIAO THỨC PHÙ HỢP VỚI CÁC ỨNG DỤNG THỜI GIAN THỰC. 1.1. Giao thức TCP: ( Transmision Control Protocol) . 1.2. Giao thức UDP: (User Datagram Protocol). 1.3. Định tuyến multicast. 1.4. Giao thức nào có thể đáp ứng được yêu cầu thời gian 11 16 17 19 thực? CHƯƠNG II: TỔNG QUAN GIAO THỨC THỜI GIAN THỰC RTP (REAL TIME PROTOCOL). 3.1 Những khái niệm ban đầu. 3.2 ứng dụng của RTP trong hội thảo đa phương tiện. 22 24 CHƯƠNG III: GIAO THỨC TRUYỀN TẢI THỜI GIAN THỰC (REAL TIME TRANSPORT PROTOCOL). 3.1. Một số khái niệm liên quan đến RTP. 3.2. Cấu trúc phần tiêu đề gói RTP. 3.3 Ghép các phiên truyền RTP. 3.4. Sự thay đổi phần tiêu đề trong một số trường hợp. 28 32 36 37 CHƯƠNG IV: GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN RTP (RTCP: RTP CONTROL PROTOCOL). 4.1 Chức năng và hoạt động của RTCP. 4.2. Các loại gói tin RTCP. 4.3 Khoảng thời gian truyền các gói RTCP. 4.4 Cập nhật số thành viên tham gia phiên truyền. 4.5 Qui định đối với việc gởi và nhận các gói RTCP. 4.6. Các bản tin thông báo của người gởi và người nhận. 4.7 Gói tin mô tả các thông tin của nguồn. 4.8. Gói BYE. 4.9. Gói APP. 39 41 44 47 48 54 64 70 71 1 Nghiên cứu và ứng dụng giao thức RTP. CHƯƠNG V: CÁC BỘ RTP TRANSLATORS VÀ RTP MIXERS . 5.1. Khái niệm chung. 5.2. Hoạt động của bộ Translators. 5.3. Hoạt động của Mixers. 5.4. Các “mixer” mắc phân tầng. 73 76 78 80 PHẦN VI: MỘT SỐ THUẬT TOÁN CẦN CHÚ Ý. 6.1. Phân phối các định danh SSRC. 6.2 Vấn đề bảo mật trong RTP. 6.3. Điều khiển tắc nghẽn. 6.4. RTP với các giao thức lớp mạng và lớp giao vận. 82 86 87 88 CHƯƠNG VII: ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT VÀO THỰC TẾ. 7.1 Phân tích yêu cầu đặt ra. 7.2. thực hiện. 7.3. Kết quả. Phụ lục. Kết luận. Tài liệu tham khảo. 90 92 93 96 99 100 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, mạng máy tính không còn là khái niệm xa lạ gì. sau hơn 40 năm phát triển, mạng máy tính, giờ đây mạng máy tính đã trải rộng trên toàn cầu, với chất lượng đường truyền có chất lượng cao. Ngoài ra tính bảo mật, độ tin cậy trên mạng cũng ngày càng được củng cố. Những ứng dụng trên mạng đang ngày càng phong phú. Chính những sự phát triển này làm nảy sinh một vấn đề, đó là truyền thông đa phương tiện trên mạng. Yếu tố rất quan trọng, có mặt trong rất nhiều lĩnh vực. Trong các buổi hội thảo trực tuyến, trong đào tạo từ xa trên mạng, trong dịch vụ video/audio theo yêu cầu….Tuy nhiên sự phát triển của truyền thông đa phương tiện đòi hỏi tính 2 Nghiên cứu và ứng dụng giao thức RTP. thời gian thực rất cao, chùm giao thức TCP/IP hiện đang được sử dụng rất phổ biến không thể đáp ứng được yêu cầu này. Do vậy, đòi hỏi các chuyên gia mạng phải tìm ra một giải pháp mới, một giao thức mới có thể đáp ứng được việc truyền tải dữ liệu thời gian thực trên mạng. Hiện nay, giao thức RTP đã và đang chứng tỏ những ưu điểm của mình trong việc đáp ứng các ứng dụng thời gian thực. Tại Việt Nam, các ứng dụng thời gian thực còn chưa phát triển, nhưng với như cầu cấp thiết của thực tế, trong thời gian tới chắc chắn các ứng dụng thời gian thực sẽ phát triển mạnh mẽ. Đây cũng là một trong những lý do chính để em chọn lựa đề tài này. CHƯƠNG 0: TRUYỀN DÒNG DỮ LIỆU THỜI GIAN THỰC (REAL TIME STREAMING) Có rất nhiều ứng dụng hiện nay đòi hỏi tính thời gian thực (real time). Trong các dịch vụ truyền hình qua mạng, hội thảo trực tuyến, chat hình, chat tiếng…mỗi ứng dụng có những đặc điểm riêng của nó, tuy nhiên có một số điều chung nhất mà các dịch vụ này đều yêu cầu đó là việc truyền dữ liệu theo dòng (streaming). Do vậy chúng ta sẽ bắt đầu với việc tìm hiểu về khái niệm truyền dòng. 0.1. KHÁI NIỆM TRUYỀN DÒNG: 3 Nghiên cứu và ứng dụng giao thức RTP. Khái niệm truyền dòng có thể hiểu là khi nội dung của audio hay video được truyền tới nơi nhận, nơi nhận có thể thể hiện được ngay trong quá trình truyền mà không cần phải đợi đến khi toàn bộ nội dung video được truyền xong. Cơ chế này hoàn toàn khác với cơ chế download file của các giao thức HTTP hay FTP. Truyền dòng cho phép chúng ta thể hiện các dòng video thời gian thực mà không phụ thuộc vào độ dài của video. Điều này rất có ý nghĩa khi truyền các file video có kích thước lớn hay các dòng video có độ dài không xác định. Khi đó, các giao thức khác như FTP hay HTTP sẽ không thể sử dụng được. Chúng ta có thể bắt gặp rất nhiều trường hợp sử dụng cơ chế truyền dòng như các chương trình truyền hình trực tiếp, hội thảo qua mạng. Với khả năng truyền tải nội dung video, audio thông qua mạng, chúng ta có một phương pháp giao tiếp và truy nhập thông tin mới. Với góc nhìn bao quát, truyền dòng là một phương pháp truyền thông tin liên tục, trong đó nội dung video được truyền đi theo thời gian thể hiện của nội dung video đó. Bên nhận khi nhận dòng thông tin nội dung video sẽ có thể thể hiện ngay nội dung của video theo thời gian. Khả năng này rất có ý nghĩa đối với các loại dữ liệu phụ thuộc thời gian như video, audio, bởi vì để đảm bảo chất lượng cảm thụ video thì phải đảm bảo được mối quan hệ về mặt thời gian giữa các khung hình. Để có thể hình dung một cách đơn giản về cơ chế truyền dòng thời gian thực, chúng ta lấy một ví dụ như sau. Giả thiết có hai máy được kết nối với nhau, trong đó một máy đóng vai trò là máy truyền và một máy đóng vai trò là máy nhận. Bên truyền được trang bị camera để thu hình giảng viên giảng bài và dữ liệu video thu được được truyền tới máy nhận. Bên nhận có nhiệm vụ nhận dòng dữ liệu từ bên truyền gửi tới và thể hiện lên thiết bị ra như TV hay màn hình máy tính. Khi đó với việc sử dụng cơ chế truyền dòng thời gian thực, các hình ảnh của giảng viên mà bên nhận thể hiện sẽ phản ánh một cách tức thời (về mặt lí thuyết) những gì đang xảy ra đối với giảng viên ở bên truyền. Còn với các bài giảng được lưu trữ trước, truyền dòng thời gian thực sẽ đảm bảo việc thể hiện của video tương đương 4 Nghiên cứu và ứng dụng giao thức RTP. như khi nó được thể hiện trên máy truyền. Khi đó, môi trường mạng là trong suốt đối với người sử dụng, người sử dụng có cảm giác việc thể hiện đoạn video như là được thực hiện ngay trên máy cục bộ. 0.2. QUÁ TRÌNH TRUYỀN DÒNG: Truyền dòng đối với video hay audio phải trải qua nhiều công đoạn với từng nhiệm vụ riêng để đi đến kết quả cuối cùng là đạt được khả năng thể hiện ngay ở bên nhận. Dòng video/audio Lấy Lấymẫu mẫu Giải Giảinén nén video/audio video/audio Khôi Khôiphục phụcdữ dữ liệu liệuvà vàđồng đồngbộ bộ Network RTP Packets Hình 0.1: Quá trình truyền dòng video/audio Để có thể tìm hiểu sâu được cơ chế truyền dòng, chúng ta cần đi sâu vào quá trình mà thông tin được truyền đi thông qua môi trường mạng. Bất cứ một nội dung video hay audio nào được truyền đi dưới dạng truyền dòng đều phải trải qua các bước sau: Bước 1 - Mã hoá: Việc mã hoá video, mà cụ thể là nén video là một công đoạn không bắt buộc nhưng rất cần thiết. Với các loại dữ liệu video thô như dữ liệu thu từ camera, thì 5 Nghiên cứu và ứng dụng giao thức RTP. việc lưu trữ hay truyền video không nén sẽ phải trả giá cao, đôi khi là điều không thể. Ta lấy ví dụ với một định dạng tiêu biểu thường được sử dụng trong các ứng dụng hội nghị từ xa bằng video là định dạng CIF (Common Intermediate Format). CIF sử dụng độ phân giải 352 pixel mỗi dòng và 288 dòng tất cả. Một ảnh không nén cho một frame hình (chế độ 352x288x16bpp) chiếm 202752 byte. Việc ghi video không nén với tốc độ 15 hình một giây sẽ cần xấp xỉ 3 MB một giây và nếu truyền qua mạng thì băng thông cần thiết cho một dòng video không nén là 24 Mbps. Từ ví dụ trên đây, ta thấy việc nén video gần như là không thể thiếu được nếu các dòng video được truyền trên môi trường mạng tốc độ thấp. Bảng sau cho biết độ nén cần thiết đối với từng môi trường mạng khác nhau: Dạng kết nối Bit Rate Tỉ lệ nén OC3 155 Mbps 1:1 T3 42 Mbps 4:1 Ethernet 10 Mbps 17:1 T1 1.5 Mbps 110:1 ISDN 128 Kbps 1300:1 Modem 56 Kbps 3000:1 B¶ng 0-2: B¨ng th«ng m¹ng vµ tØ lÖ nÐn yªu cÇu Cã thÓ sö dông nhiÒu chuÈn nÐn kh¸c nhau cho viÖc nÐn video. Tuú theo yªu cÇu chÊt lîng vµ b¨ng th«ng, mµ ta cã thÓ lùa chän ®îc ph¬ng ph¸p nÐn thÝch hîp. Víi viÖc ¸p dông mét chuÈn nÐn cho d÷ liÖu video, kh«ng gian lu tr÷ cÇn thiÕt còng nh b¨ng th«ng m¹ng yªu cÇu cho dßng video gi¶m ®ét ngét. VÝ nh ®èi víi dßng video ë trªn, nÕu sö dông chuÈn nÐn H.263 th× b¨ng th«ng yªu cÇu cho viÖc truyÒn dßng video nµy chØ vµo kho¶ng 140 Kbps vµ kh«ng gian lu tr÷ cÇn thiÕt cho mét ngµy víi 24 giê vµo kho¶ng 1.4 MB. HiÖn phæ biÕn hai hä chuÈn nÐn, lµ hä CCITT víi c¸c chuÈn d¹ng H.26x, H.36x vµ hä ISO MPEG víi 6 Nghiên cứu và ứng dụng giao thức RTP. c¸c chuÈn MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, MPEG-7. Sù ph¸t triÓn cña c¸c chuÈn nÐn cã thÓ tham kh¶o trong s¬ ®å díi ®©y: H.261 - Một kĩ thuật với tốc độ dòng bit nhỏ, được đưa ra vào năm 1984 bởi ITU sử dụng cho các dịch vụ audio-visual. MPEG-1 - Chuẩn ISO, ứng dụng trong ngành công nghiệp quảng bá. MPEG-1 được tạo ra như là một sự sửa đổi của H.261 cho việc chuyển video vào đĩa CD với tốc độ dòng bit thấp. MPEG-2 - Được phát triển cho việc quảng bá video chất lượng cao bằng cách sử dụng tỉ lệ nén thấp. H.263 - Một sửa đổi phỏng theo MPEG-2 với mục đích thu được độ nén cao trong khi vẫn đảm bảo chất lượng hình ảnh cao. H.263+ và H.263++ là các phiên bản mở rộng của H.263. MPEG-4 - Được phát triển song song với H.263 như là một phương pháp thay thế cho MPEG-1 với tốc độ dòng bit thấp. H.323 - Một hệ thống hoàn hảo cho việc truyền thông multimedia, trong đó thành phần video được thực hiện trên cơ sở H.261/263. JPEG-2000 - Chuẩn JPEG mới nhất, dựa trên cơ sở DWT (Discrete Wavelet Transform), ban đầu được phát triển cho việc nén ảnh tĩnh, hiện nay được áp dụng cho cả video. H.264 - Mở rộng H.263, hiện chưa được phát triển 7 Nghiên cứu và ứng dụng giao thức RTP. H×nh 0.3: sù ph¸t triÓn cña c¸c chuÈn nÐn. Bíc 2 - LÊy mÉu: ViÖc lÊy mÉu thùc chÊt lµ viÖc chia nhá néi dung cña video hay audio ra thµnh c¸c khèi nhá thÝch hîp ®Ó cã thÓ truyÒn ®i trong m«i trêng m¹ng. §èi víi c¸c d÷ liÖu audio, viÖc lÊy mÉu ®îc thùc hiÖn theo thêi gian. T¬ng øng sau mét kho¶ng thêi gian b»ng chu k× lÊy mÉu phÇn d÷ liÖu audio t¬ng øng trong kho¶ng thêi gian ®ã sÏ ®îc sö dông ®Ó truyÒn ®i.Víi c¸c d÷ liÖu video, ngoµi viÖc lÊy mÉu theo thêi gian cßn cã viÖc lÊy mÉu theo kh«ng gian. ViÖc lÊy mÉu theo thêi gian t¬ng øng víi thêi gian thÓ hiÖn cña c¸c khung h×nh vµ viÖc lÊy mÉu theo kh«ng gian sÏ ®îc thùc hiÖn b»ng c¸ch chia nhá c¸c khung h×nh thµnh c¸c phÇn víi kÝch thíc thÝch hîp ®èi víi viÖc truyÒn ®i. Khi lÊy mÉu, c¸c mÉu ph¶i chøa ®ùng ®Çy ®ñ c¸c th«ng tin dïng cho viÖc kh«i phôc l¹i d÷ liÖu video hay audio vÒ c¶ mÆt kh«ng gian còng nh thêi gian khi bªn nhËn nhËn ®îc c¸c mÉu nµy. Víi viÖc sö dông mét giao thøc nh giao thøc truyÒn th«ng thêi gian thùc nh RTP, qu¸ tr×nh lÊy mÉu sÏ ®îc tiÕn hµnh tù ®éng. Bíc 3 - TruyÒn c¸c mÉu qua m¹ng: ViÖc truyÒn c¸c mÉu d÷ liÖu video cã thÓ ®îc thùc hiÖn mét c¸ch trùc tiÕp th«ng qua c¸c giao diÖn cña m«i trêng m¹ng nh Socket hay ®îc thùc hiÖn th«ng qua mét giao thøc cÊp cao ë tÇng øng dông nh RTP. Th«ng thêng ngêi ta sÏ chän gi¶i ph¸p 8 Nghiên cứu và ứng dụng giao thức RTP. thø hai, tøc lµ sö dông mét giao thøc truyÒn dßng thêi gian thùc cho viÖc truyÒn c¸c mÉu nÕu nh giao thøc ®ã ®îc hç trî trªn nÒn phÇn cøng còng nh phÇn mÒm. ViÖc sö dông mét giao thøc truyÒn dßng thêi gian thùc cã nhiÒu u ®iÓm. ¦u ®iÓm thø nhÊt lµ tÝnh hiÖu qu¶, bëi v× c¸c giao thøc truyÒn th«ng thêi gian thùc ®îc thiÕt kÕ cho viÖc truyÒn c¸c lo¹i d÷ liÖu ®éng, nh d÷ liÖu video ch¼ng h¹n, khi ®ã tÝnh thêi gian thùc sÏ ®îc chó träng h¬n lµ tÝnh chÝnh x¸c vÒ mÆt d÷ liÖu. VÝ dô nh ®èi víi giao thøc RTP, giao thøc truyÒn th«ng líp díi thêng ®îc sö dông lµ UDP (User Datagram Protocol) lµ giao thøc víi ®é tin cËy thÊp nhng cã tèc ®é truyÒn d÷ liÖu cao h¬n c¸c giao thøc víi ®é tin cËy cao nh TCP. ¦u ®iÓm thø hai lµ c¸c giao thøc thêi gian thùc hç trî m¹nh viÖc ®ång bé c¸c dßng d÷ liÖu tõ c¸c nguån kh¸c nhau nhng cã quan hÖ víi nhau vÒ mÆt thêi gian thùc. VÝ dô nh ®èi víi viÖc truyÒn ©m thanh vµ h×nh ¶nh cña cïng mét sù vËt, khi ®ã bªn nhËn khi thÓ hiÖn ph¶i ®¶m b¶o yªu cÇu lµ ©m thanh ph¶i phï hîp víi h×nh ¶nh. Ngoµi ra, c¸c giao thøc ®iÒu khiÓn cßn cung cÊp c¸c dÞch vô cho phÐp qu¶n lÝ c¸c thµnh viªn tham gia vµ ®iÒu khiÓn chÊt lîng cña viÖc ph©n phèi d÷ liÖu. Víi viÖc sö dông mét giao thøc truyÒn th«ng thêi gian thùc cho viÖc truyÒn, khi ®ã c¸c mÉu sÏ ®îc ®ãng gãi thµnh c¸c gãi tin. C¸c gãi tin sÏ mang ®Çy ®ñ c¸c th«ng tin nh nh·n thêi gian, sè thø tù cña gãi tin vµ c¸c th«ng tin kh¸c ®ñ dïng cho viÖc kh«i phôc d÷ liÖu vµ ®ång bé c¸c dßng khi bªn nhËn tiÕn hµnh nhËn 9 Nghiên cứu và ứng dụng giao thức RTP. vµ thÓ hiÖn néi dung cña video hay audio. Th«ng qua c¸c giao thøc líp díi, c¸c gãi tin sÏ ®îc truyÒn ®i trong m«i trêng m¹ng. Bíc 4 - NhËn vµ kh«i phôc d÷ liÖu vµ ®ång bé c¸c dßng: §©y lµ qu¸ tr×nh ngîc víi bíc thø ba, ®îc thùc hiÖn ë bªn nhËn khi d÷ liÖu díi d¹ng c¸c gãi tin ®îc truyÒn ®Õn. C¸c gãi tin ®îc truyÒn ®Õn cã thÓ lµ cña nhiÒu dßng t¬ng øng víi nhiÒu nguån d÷ liÖu kh¸c nhau vµ còng cã thÓ thø tù c¸c gãi tin nhËn ®îc kh«ng gièng nh khi chóng ®îc göi ®i. Khi ®ã bªn nhËn ph¶i c¨n cø vµo c¸c th«ng tin ®îc ghi trong tõng gãi tin ®Ó cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc vÞ trÝ vÒ mÆt kh«ng gian vµ thêi gian cña c¸c mÉu d÷ liÖu mµ gãi tin mang theo. ViÖc x¸c ®Þnh ®îc vÞ trÝ cña c¸c mÉu d÷ liÖu trong gãi tin gióp cho viÖc kh«i phôc l¹i néi dung cña video hay audio mét c¸ch chÝnh x¸c nhÊt. Víi viÖc truyÒn c¸c dßng ®¬n lÎ kh«ng cã quan hÖ víi nhau vÒ m¨th thêi gian, th× néi dung cña audio hay video võa ®îc kh«i phôc cã thÓ ®uîc sö dông ®Ó tr×nh diÔn. Cßn trong trêng hîp cã nhiÒu dßng kh¸c nhau cã cã quan hÖ víi nhau vÒ mÆt thêi gian thùc th× cÇn ph¶i ®ång bé c¸c dßng vÒ mÆt thêi gian. ViÖc ®ång bé c¸c dßng chØ cÇn thiÕt khi c¸c dßng cã quan hÖ víi nhau vÒ mÆt thêi gian, ch¼ng h¹n nh viÖc ®ång bé h×nh víi tiÕng khi truyÒn video, khi ®ã thêi gian thÓ hiÖn cña c¸c dßng ph¶i ®îc tÝnh to¸n sao cho phï hîp víi nhau. ViÖc ®ång bé lµ mét c«ng viÖc phøc t¹p, thêng ®îc thùc hiÖn tù ®éng bëi c¸c giao thøc truyÒn th«ng thêi gian thùc nh RTP. Khi ®ã, mÆc dï thø tù c¸c gãi tin nhËn ®îc cã thÓ kh«ng gièng nh thø tù khi ®îc göi, thËm chÝ cã mét sè gãi tin bÞ mÊt nhng giao thøc vÉn ph¶i 10 Nghiên cứu và ứng dụng giao thức RTP. ®¶m b¶o tÝnh ®ång bé cho c¸c dßng khi ®îc thÓ hiÖn ë n¬i nhËn Bíc 5 - Gi¶i nÐn: Bíc nµy sÏ tiÕn hµnh gi¶i nÐn dßng video/audio víi chuÈn nÐn ®îc sö dông khi nÐn. D÷ liÖu sau khi gi¶i nÐn cã thÓ ®îc thÓ hiÖn ra c¸c thiÕt bÞ ra hay ®îc ghi ra file. CHƯƠNG I: LỰA CHỌN CÁC GIAO THỨC PHÙ HỢP VỚI CÁC ỨNG DỤNG THỜI GIAN THỰC Trong chương trước chúng ta đã tìm hiểu qua khái niệm truyền dòng và phần nào đã hiểu một số yêu cầu cơ bản của truyền dòng. Chúng ta cũng đã đề cập đến việc sử dụng giao thức RTP cho việc truyền dòng dữ liệu thời gian thực. Vậy tại sao ta lại có sự lựa chọn đấy? Trong phần này chúng ta sẽ đi lý giải sâu hơn việc chọn lựa này, thông qua việc tìm hiểu sơ bộ về các giao thức lớp truyền tải: TCP, UDP cùng với khái niệm truyền đa điểm multicast. 1.3. GIAO THỨC TCP: ( Transmision Control Protocol) TCP là một giao thức kiểu có liên kết (Connection – Oriented), tức là phải có giai đoạn thiết lập liên kết giữa một cặp thực thể TCP trước khi truyền dữ liệu. Là một giao thức ở tầng giao vận TCP nhận thông tin từ các lớp trên chia nó thành nhiều đoạn nếu cần thiết. Mỗi gói dữ liệu được chuyển tới giao thức lớp mạng (thường là IP) để truyền và định tuyến. Bộ xử TCP của nó nhận thông báo đã nhận từng gói, nếu nó nhận thành công, các gói dữ liệu không có thông báo sẽ 11 Nghiên cứu và ứng dụng giao thức RTP. được truyền lại. TCP của nơi nhận lắp ráp lại thông tin và chuyển nó tới tầng cao hơn khi nó nhận được toàn bộ. Trước khi các gói dữ liệu được gửi tới máy đích nơi gửi và nơi nhận phải thương lượng để thiết lập một kết nối logic tạm thời. Kết nối này về đặc trưng sẽ ở trạng thái mở trong suốt phiên truyền. 1.1.1. Đặc điểm giao thức TCP: Trong bộ giao thức TCP/IP TCP là giao thức được phát triển như là cách để kết nối các mạng máy tính khác nhau về các phương pháp truyền dẫn và hệ điều hành. TCP thiết lập kết nối hai đường giữa hai hệ thống cần trao đổi thông tin với nhau, thông tin trao đổi giữa hai hệ thống được chia thành các gói. TCP có những đặc điểm sau:  Sự bắt tay: Hai hệ thống cần kết nối với nhau cần phải thực hiện một loạt các sự bắt tay để trao đổi những thông tin về việc chúng muốn kết nối. Quá trình bắt tay đảm bảo ngăn trặn sự tràn và mất mát dữ liệu khi truyền.  Xác nhận: Trong phiên truyền thông tin, hệ thống nhận dữ liệu cần phải gửi các xác nhận cho hệ thống phát để xác nhận rằng nó đã nhận được dữ liệu.  Trật tự: Các gói tin có thể đến đích không theo thứ tự sắp xếp của dòng dữ liệu liên tục bởi các gói tin đi từ cùng một nguồn tin theo những đường dẫn khác nhau để đi tới cùng một đích. Vì vậy thứ tự đúng của các gói tin phải được đảm bảo sắp xếp lại tại hệ thống nhận.  Phát lại: Khi phát hiện gói tin bị lỗi thì nơi gửi chỉ phát lại những gói tin bị lỗi nhằm để tránh loại bỏ toàn bộ dòng dữ liệu. 12 Nghiên cứu và ứng dụng giao thức RTP. Sending Receiving Application Application Presentation Presentation TCP End to End Commmunication Secssion Secssion TCP Router Router TCP IP IP IP IP Dadalink Dadalink Dadalink Dadalink Physical Physical Physical Physical Subnet Subnet Hình 1.1 :Hoạt động của giao thức TCP trong việc cung cấp kết nối. 1.1.2. Cấu trúc đơn vị truyền tải TCP: Đơn vị dữ liệu sử dụng trong giao thức TCP được gọi là Segment. Khuôn dạng của Segment được mô tả như hình sau: Bit 0 15 16 Sourse Port 31 Destination Port Sequence Number Acknowledgment Number Data Reserve U A P R S F Offse d R C S S Y I Window (16 bits) t (6 bits) G K H T N N (4 bits) Checksum Urgent poier Option Padding TCPdata Hình 1.2: Khuôn dạng TCP Segment. 13 Nghiên cứu và ứng dụng giao thức RTP. Các tham số của khuôn dạng trên có ý nghĩa như sau: - Source Port (16 bits): Số hiệu của cổn g nguồn. - Destination Port (16 bits): Số hiệu cổng của trạm đích. Số hiệu này là địa chỉ thâm nhập dịch vụ lớp giao vận (CCISAP Addess) cho biết dịch vụ mà TCP cung cấp là dịch vụ gì. TCP có số lượng cổng trong khoảng 0216-1 tuy nhiên các cổng nằm trong khoảng từ 01023 là được biết nhiều nhất vì nó được sử dụng cho việc truy cập các dịch vụ tiêu chuẩn, ví dụ 23 là dịch vụ Telnet, 25 là dịch vụ mail . . . . - Sequence Number (32 bits): Số hiệu của Byte đầu tiên của Segment trừ khi bit SYN được thiết lập. Nếu bit SYN được thiết lập thì Sequence Number là số hiệu tuần tự khởi đầu (ISN) và Byte dữ liệu đầu tiên là ISN+1. Tham số này có vai trò như tham số N(S) trong HDLC. - Acknowledgment Number (32 bits): Số hiệu của Segment tiếp theo mà trạm nguồn dang chờ để nhận. Ngầm ý báo đã nhận tốt các Segment mà trạm trạm đích đã gửi cho trạm nguồn. Tham số này có vai trò như tham số N(R) trong HDLC. - Data offset (4bits): Số lượng từ 32 bit trong TCP header (Tham số này chỉ ra vùng bắt đầu của vùng dữ liệu ). - Reserved (6 bits): Dành để dùng trong tương lai. - Control bits: Các bits điều khiển. Nếu tính từ trái sang phải: URG : Vùng con trỏ khẩn có hiệu lực. ACK : Vùng báo nhận (ACK number) có hiệu lực . PSH: Chức năng PUSH. RST: Khởi động lại (reset) liên kết. SYN : Đồng bộ các số liệu tuần tự (sequence number). 14 Nghiên cứu và ứng dụng giao thức RTP. FIN : Không còn dữ liệu từ trạm nguồn . - Window (16bits): Cấp phát credit để kiểm soát luồng dữ liệu (cơ chế cửa sổ). Đây chính là số lượng các Byte dữ liệu bắt đầu từ Byte được chỉ ra trong vùng ACK number, mà trạm nguồn đã sẵn sàng để nhận. - Checksum (16bits): Mã kiểm soát lỗi (theo phương pháp CRC) cho toàn bộ Segment. - Urgent Pointer (16 bits) : Con trỏ này trỏ tới số liệu tuần tự của Byte đi theo sau dữ liệu khẩn, cho phép bên nhận biết được độ dài của dữ liệu khẩn. Vùng này chỉ có hiệu lực khi bit URG được thiết lập. - Option (độ dài thay đổi): Khai báo các option của TCP, trong đó có độ dài tối đa của vùng TCP data trong một Segment . - Padding (độ dài thay đổi): Phần chèn thêm vào Header để bảo đảm phần Header luôn kết thúc ở một mốc 32 bits. Phần thêm này gồm toàn số 0. Việc kết hợp địa chỉ IP của một máy trạm và số cổng được sử dụng tạo thành một Socket. Các máy gửi và nhận đều có Socket riêng. Số Socket là duy nhất trên mạng. 1.1.3. Điều khiển luồng dữ liệu: Trong việc điều khiển luồng dữ liệu phương pháp hay sử dụng là dùng phương pháp cửa sổ trượt. Phương pháp này giúp cho việc nhận luồng dữ liệu hiệu quả hơn. Phương pháp cửa sổ trượt cho phép nới gửi (Sender) có thể gửi đi nhiều gói tin rồi sau đó mới đợi tín hiệu báo nhận ACK (Acknowledgement) của nơi nhận (Receiver).Với phương pháp cửa sổ trượt khi cần truyền các gói tin, giao thức sẽ đặt một cửa sổ có kích cố định lên các gói tin. Những gói tin nào nằm trong vùng cửa sổ ở một thời điểm nhất định sẽ được truyền đi. 1.1.4. Thiết lập và huỷ bỏ liên kết: Như ta đã biết TCP là một giao thức kiểu có liên kết, tức là cần phải có giai đoạn thiết lập một liên kết giữa một cặp thực TCP trước khi truyền dữ liệu và huỷ bỏ liên kết khi không còn nhu cầu trao đổi dữ liệu nữa. 15 Nghiên cứu và ứng dụng giao thức RTP. Thiết lập liên kết TCP: Một liên kết có thể được thiết lập theo một trong hai cách chủ động (active) và bị động (passive). Nếu liên kết được thiết lập theo cách bị động thì đầu tiên TCP tại trạm muốn thiết lập liên kết sẽ nghe và chờ yêu cầu liên kết từ một trạm khác. Tuỳ trường hợp của lời gọi hàm mà người sử dụng phải chỉ ra cổng yêu cầu kết nối hoặc có thể kết nối với một cổng bất kỳ. Với phương thức chủ động thì người sử dụng yêu cầu TCP thử thiết lập một liên kết với một Socket nào đó với một mức ưu tiên và độ an toàn nhất định. Nếu trạm ở xa kia đáp lại bằng một hàm Passive open tương hợp hoặc đã gửi một active open tương hợp thì liên kết sẽ được thiết lập. Nếu liên kết được thiết lập thành công thì thì hàm Open success primitive được dùng để thông báo cho người sử dụng biết (cũng được sử dụng trong trường hợp Passive Open) còn nếu thất bại thì hàm Open failure primitive được dùng để thông báo. Huỷ bỏ một liên kết: Khi không còn nhu cầu trao đổi dữ liệu nữa thì liên kết TCP có thể được huỷ bỏ. Liên kết có thể được huỷ bỏ theo hai cách: - Huỷ bỏ một cách bất thường. - Huỷ bỏ một cách bình thường. Liên kết được huỷ bỏ một cách bình thường khi toàn bộ dữ liệu đã được truyền hết. Tức là hai bên không còn nhu cầu trao đổi dữ liệu nữa. Liên kết có thể bị huỷ bỏ một cách bất thường vì một lý do nào đó(do người sử dụng hoặc do TCP đóng liên kết do không thể duy trì được liên kết). Toàn bộ dữ liệu đang truyền có thể bị mất. 1.1.5. Truyền và nhận dữ liệu: Sau khi liên kết được thiết lập giữa một cặp thực thể TCP thì có thể tiến hành việc truyền dữ liệu. Với liên kết TCP dữ liệu có thể được truyền theo cả hai hướng. Khi nhận được một khối dữ liệu cần chuyển đi từ người sử dụng, TCP sẽ lưu giữ nó tại bộ đệm gửi. Nếu cờ PUST được dựng thì toàn bộ dữ liệu trong bộ đệm sẽ được gửi đi hết dưới dạng các TCP Sgment. Còn nếu cờ PUST không được 16 Nghiên cứu và ứng dụng giao thức RTP. dựng thì toàn bộ dữ liệu vẫn được lưu giữ trong bộ đệm để chờ gửi đi khi có cơ hội thích hợp. Tại bên nhận, dữ liệu gửi đến sẽ được lưu giữ trong bộ đệm nhận. Nếu dữ liệu đệm được đánh dấu bởi cờ PUST thì toàn bộ dữ liệu trong bộ đệm nhận sẽ được gửi lên cho người sử dụng. Còn nếu dữ liệu không được đánh dấu với cờ PUST thì chúng vẫn được lưu trong bộ đệm. Nếu dữ liệu khẩn cần phải chuyển gấp thì cờ URGENT được dùng và đánh dấu dữ liệu bằng bit URG để báo rằng dữ liệu khẩn cần được chuyển gấp. 1.2 GIAO THỨC UDP: (USER DATAGRAM PROTOCOL) UDP (User Datagram Protocol) là một giao thức kiểu không kết nối, được sử dụng trong một số yêu cầu ứng dụng thay thế cho TCP. Tương tự như giao thức IP, UDP không thực hiện các giai đoạn thiết lập và huỷ bỏ liên kết, không có các cơ chế báo nhận (Acknowledgement) như trong TCP. UDP cung cấp các dịch vụ giao vận không đáng tin cậy. Dữ liệu có thể bị mất, bị lỗi hay bị truyền luẩn quẩn trên mạng mà không hề có thông báo lỗi đến nơi gửi hoặc nơi nhận. Do thực hiện ít chức năng hơn TCP nên UDP chạy nhanh hơn, nó thường được sử dụng trong các dịch vụ không đòi hỏi độ tin vậy cao. Đơn vị dữ liệu dùng trong giao thúc UDP là UDP Datagram. Khuôn dạng của một UDP Datagrram gồm hai phần : Phần tiêu đề (Header) chứa các thông tin điều khiển và phần Data chứa dữ liệu Khuôn dạng của UDP Datagram cụ thể như hình 2.5. UDP Source Port UDP Message Length UDP Destination Port UDP Checksum Data ... ... Hình 1.3: Khuôn dạng UDP Datagram Trong đó ý nghĩa của các trườnglà: - UDP Source Port (16 bits) : Cho biết địa chỉ cổng của trạm nguồn. Nếu nó không được chỉ ra thì trường này được thiết lập là 0. 17 Nghiên cứu và ứng dụng giao thức RTP. - UDP Destination Port (16 bits) : Cho biết địa chỉ cổng của trạm đích. - UDP Message Length (16 bits): Cho biết kích thước của một UDP Datagram (kể cả phần Header). Kích thước tối thiểu của một UDP Datagram là 8 Bytes (chỉ có phần Header, không có phần dữ liệu). - UDP Checksum (16 bits): Là mã kiểm soát lỗi theo phương pháp CRC . Lớp UDP được đặt trên lớp IP, tức là UDP Datagram khi chuyển xuống tầng dưới sẽ được đặt vào IP Datagram để truyền trên liên mạng. IP Datagram này được ghép vào một khung tin rồi được gửi tới liên mạng đến trạm đích. Tại trạm đích các PDU được gửi từ dưới lên trên, qua mỗi tầng phần Header của PDU được gỡ bỏ và cuối cùng chỉ còn lại phần dữ liệu như ban đầu được chuyển cho người sử dụng. 1.3. ĐỊNH TUYẾN MULTICAST: IP Multicast là một kỹ thuật duy trì dải thông bằng cách làm giảm lưu lượng thông qua việc phân phát đồng thời một luồng dữ liệu tới hang ngàn người bên nhận. Các ứng dụng sử dụng ưu điểm của Multicast như là hội nghị video, truyền thông theo nhóm, lớp học từ xa, hoặc là để phân phối các phần mềm, các chỉ số chứng khoán và tin tức. 18 Nghiên cứu và ứng dụng giao thức RTP. Hình 1.4: Truyền Multicast IP Multicast thực hiện phân phối nguồn thông tin tới rất nhiều các bên nhận mà không cần them bất thông tin gì vào trong nguồn hay các bên nhận trong khi chỉ sử dụng một mức dải thông tối thiểu. Các gói multicast được tái tạo lại bên trong các Router mà đã kích hoạt khả năng PIM (Protocol Independent Multicast) và các giao thức hỗ trợ multicast khác đưa đến kết quả là nó tạo ra khả năng phát chuyển dữ liệu tới nhiều thành viên một cách hiệu quả nhất. Tất cả mọi con đường đều yêu cầu nguồn phải gửi nhiều hơn một bản copy của dữ liệu. Một vài cách thì yêu cầu nguồn gửi cho mỗi một bên nhận một bản copy độc lập. Nếu như có hang ngàn bên nhận, việc sử dụng IP Multicast là rất có lợi. Với các ứng dụng yêu cầu băng thông cao như là MPEG video, thì nó có thể yêu cầu một phần lớn dải thông đường truyền cho một luồng đơn. Trong những ứng dụng này, cách duy nhất để gửi dữ liệu tới hang ngàn đích một cách đồng thời là sử dụng IP Multicast. Hình dưới đây sẽ cho chúng ta biết làm thế nào mà một nguồn gửi dữ liệu tới nhiều đích sử dụng IP Multicast. Khái niệm nhóm Multicast: Multicast dựa trên khái niệm của nhóm. Một nhóm tuỳ ý của các bên nhận biểu diễn một sự quan tâm đến việc nhận một luồng dữ liệu. Nhóm này không có bất cứ một ranh giới rõ rang về mặt vật lý hay địa lý. Các thành viên (hosts) của nhóm này có thể nằm ở bất cứ nơi nào trên Internet. Các thành viên này có cùng sở thích là nhận một luồng dữ liệu phát tới một nhóm đơn mà để nhận được luồng thông tin này thì buộc phải tham gia vào nhóm sử dụng giao thức IGMP. Các máy này phải là thành viên của nhóm thì mới nhận được luồng dữ liệu mà họ quan tâm. Địa chỉ Multicast: 19 Nghiên cứu và ứng dụng giao thức RTP. Địa chỉ Multicast chỉ rõ một nhóm tuỳ ý các máy trạm theo IP mà các máy đó tham gia vào nhóm này để nhận dữ liệu gửi tới nhóm. Trong IP multicast thì địa chỉ multicast là địa chỉ nhóm D, có cấu trúc: Hình1.5: địa chỉ multicast. Bốn bít đầu tiên chứa 1110 và xác định đây là địa chỉ multicast. Phần còn lại, 28 bit, xác định nhóm multicast cụ thể. Không còn cấu trúc nào nữa trong nhóm các bit. Cụ thể, vùng group không được phân chia thành các bit để xác định nguồn gốc hay đơn vị sở hữu của nhóm, nó cũng không chứa thông tin quản trị như là các thành viên của nhóm có ở trên một mạng vật lý không. 1.4 GIAO THỨC NÀO CÓ THỂ ĐÁP ỨNG ĐƯỢC YÊU CẦU THỜI GIAN THỰC? Trong những ứng dụng truyền thông đa phương tiện, yêu cầu đảm bảo khắt khe về thời gian thực (không cho phép có thời gian trễ lớn, jitter). Việc các gói tin đến không liên tục, đều đặn làm cho chất lượng hình ảnh, hoặc âm thanh thu được thấp. Rất có thể gây ra vấp hình, méo tiếng. Để đáp ứng được những yêu cầu này, một giao thức thời gian thực cần có các yếu tố: - Hộ trợ việc định tuyến muticast: Với các ứng dụng tryền thông đa phương tiện đòi hỏi thời gian thực, có sự phân phối giống dữ liệu từ một nguồn tới nhiều đầu cuối nhận dữ liệu thì việc hỗ trợ multicast là rất cần thiết. Đây là một yêu cầu rất quan trọng. Khi đó, sẽ tồn tại 1 nguồn phát và rất nhiều nguồn thu, một máy chủ xuất luồng dữ liệu thời gian thực đến rất nhiều máy khách. Nếu ta sử dụng truyền unicast, tải trọng tác động lên máy chủ rất lớn. Trong khi đó, nếu mạng có hỗ trợ truyền multicast, ta chỉ việc xuất một luồng duy nhất từ máy chủ tới một địa chỉ multicast. Sau đó tại các nút mạng, luồng dữ liệu sẽ được nhân lên và chuyển tiếp tới những địa chỉ đích. 20