Tài liệu Ip multicast và ứng dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRƯƠNG CÔNG ÁI IP MULTICAST VÀ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội – 2009 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Ngô Khánh Vân, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo tôi trong suốt thời gian dài thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Tam, công tác tại Viện công nghệ thông tin, đã chỉ bảo và cho tôi những lời khuyên quý báu để hoàn thiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trƣờng Đại Học Công Nghệ, Đại Học Quốc Gia Hà Nội đã giảng dạy, truyền đạt và tạo điều kiện học tập tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian học tập cũng nhƣ trong quá trình thực hiện luận văn. Hà Nội, tháng 08 năm 2009 Trƣơng Công Ái I MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH CÁC BẢNG MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 1. Đặt vấn đề .................................................................................................. 1 2. Đối tƣợng và mục tiêu luận văn ................................................................. 1 3. Hƣớng tiếp cận ........................................................................................... 2 4. Kết cấu của luận văn .................................................................................. 2 CHƢƠNG 1 ........................................................................................................... 3 CƠ BẢN VỀ IP MULTICAST .............................................................................. 3 1.1 Mở đầu ......................................................................................................... 3 1.2 Các thành phần tham gia vào truyền thông multicast .................................. 5 1.3 Địa chỉ multicast .......................................................................................... 7 1.4 Cây phân phối multicast ............................................................................... 9 1.4.1 Cây nguồn ............................................................................................. 9 1.4.2 Cây chia sẻ .......................................................................................... 10 1.5 Chuyển tiếp multicast ................................................................................. 13 1.6 Đƣờng trục multicast .................................................................................. 15 1.7 Giao thức quản lý nhóm Internet ............................................................... 17 1.7.1 Giao thức IGMPv1 .............................................................................. 17 1.7.1.1 Thông điệp Host Membership Report .......................................... 18 1.7.1.2 Thông điệp Host Membership Query........................................... 19 1.7.2 Giao thức IGMPv2 .............................................................................. 19 1.7.2.1 Lựa chọn router truy vấn .............................................................. 20 1.7.2.2 Thông điệp rời nhóm .................................................................... 21 1.7.2.3 Truy vấn cho từng nhóm .............................................................. 21 1.7.3 Giao thức IGMPv3 .............................................................................. 21 I 1.7.3.1 Lọc dữ liệu ................................................................................... 21 1.7.3.2 Thông điệp IGMPv3 Host Membership Query ........................... 22 1.7.3.3 Thông điệp IGMPv3 Host Membership Report ........................... 23 CHƢƠNG 2 ......................................................................................................... 25 ĐỊNH TUYẾN MULTICAST ............................................................................. 25 2.1 Giao thức định tuyến multicast véctơ khoảng cách ................................... 25 2.1.1 Tìm kiếm hàng xóm ............................................................................ 25 2.1.2 Trao đổi thông báo định tuyến ............................................................ 26 2.1.3 Cắt nhánh ............................................................................................ 29 2.1.4 Ghép nhánh ......................................................................................... 30 2.2 Giao thức PIM Dense Mode ...................................................................... 32 2.2.1 Tìm kiếm hàng xóm ............................................................................ 32 2.2.1.1 Thông điệp Hello.......................................................................... 32 2.2.1.2 Router đƣợc chỉ định .................................................................... 32 2.2.1.3 Cây phân phối multicast ............................................................... 33 2.2.2 Cắt nhánh ............................................................................................ 34 2.2.3 Cơ chế xác nhận .................................................................................. 36 2.2.4 Ghép nhánh ......................................................................................... 37 2.3 PIM Sparse Mode ....................................................................................... 38 2.3.1 Mô hình tham gia ................................................................................ 38 2.3.2 Cây chia sẻ .......................................................................................... 39 2.3.2.1 Tham gia cây chia sẻ .................................................................... 39 2.3.2.2 Cắt nhánh trên cây chia sẻ............................................................ 42 2.3.3 Cây đƣờng đi ngắn nhất ...................................................................... 44 2.3.3.1 Tham gia cây đƣờng đi ngắn nhất ................................................ 44 2.3.3.2 Cắt nhánh trên cây đƣờng đi ngắn nhất ....................................... 46 2.3.4 Thông điệp Join/Prune ........................................................................ 47 2.3.5 Đăng ký nguồn dữ liệu ........................................................................ 48 2.3.5.1 Thông điệp PIM Register ............................................................. 48 2.3.5.2 Thông điệp PIM Register – Stop.................................................. 49 2.3.6 Chuyển từ cây chia sẻ sang cây đƣờng đi ngắn nhất .......................... 49 I 2.4 Giao thức Multicast Open Shortest Path First ........................................... 53 2.4.1 Định tuyến multicast trong vùng ......................................................... 53 2.4.2 Định tuyến multicast trên nhiều vùng ................................................. 55 2.4.3 Định tuyến multicast trên các vùng tự trị ............................................ 58 CHƢƠNG 3 ......................................................................................................... 60 SỬ DỤNG ACCESS GRID XÂY DỰNG .......................................................... 60 HỆ THỐNG HỘI NGHỊ TRUYỀN HÌNH DỰA TRÊN IP MULTICAST ........ 60 3.1 Các khái niệm chung về dịch vụ hội nghị truyền hình............................... 60 3.1.1 Hệ thống hội nghị truyền hình ............................................................ 61 3.1.2 Các thành phần cơ bản của hội nghị truyền hình ................................ 62 3.2 Giao thức RTP ............................................................................................ 63 3.2.1 Khuôn dạng RTP header ..................................................................... 63 3.2.2 Các ứng dụng sử dụng RTP ............................................................... 64 3.2.2.1 Thoại hội nghị đơn giản ............................................................... 64 3.2.2.2 Thoại và truyền hình hội nghị ...................................................... 66 3.2.2.3 Bộ trộn và bộ biên dịch ................................................................ 66 3.3 Đồng bộ luồng hình ảnh và âm thanh ........................................................ 67 3.4 Sử dụng Access Grid xây dựng một hội nghị truyền hình ......................... 69 3.4.1 Các thành phần của Access Grid......................................................... 69 3.4.2 Sử dụng Access Grid client để tham gia vào hội nghị truyền hình..... 72 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 75 HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ............................................................... 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO II DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết đầy đủ Từ viết tắt Nghĩa tiếng Việt ABR Area Border Router Router biên vùng AG Access Grid Phần mềm hỗ trợ xây dựng ứng dụng hội nghị truyền hình AS Autonomous System Vùng tự trị ASBR Autonomous System Router trên biên vùng tự trị Border Routers DR Designated Router Router đƣợc lựa chọn DVMRP Distance Vector Multicast Giao thức định tuyến multicast véc- Routing Protocol tơ khoảng cách Internet Group Giao thức quản lý nhóm Internet IGMP Management Protocol LAN Local Area Network Mạng nội bộ LSA Link-State Advertisement Thông điệp quảng bá trạng thái liên kết MABR Multicast Area Border Router biên vùng multicast Router MBONE Multicast Backbone Đƣờng trục multicast MOSPF Multicast Open Shortest Giao thức định tuyến multicast dựa Path First trên thuật toán đƣờng đi ngắn nhất MCU Multipoint Control Unit Bộ điều khiển đa điểm OSPF Open Shortest Path First Giao thức định tuyến unicast dựa trên thuật toán đƣờng đi ngắn nhất II PIM PIM-DM PIM-SM RAT Protocol Independent Giao thức định tuyến multicast độc Multicast lập Protocol Independent Giao thức định tuyến multicast độc Multicast Dense Mode lập theo mô hình tập trung Protocol Independent Giao thức định tuyến multicast độc Multicast Sparse Mode lập theo mô hình phân tán Robust Audio Tool Công cụ truyền âm thanh trong ứng dụng hội nghị truyền hình RIP Routing Information Giao thức thông tin định tuyến Protocol RPF Reverse Path Forwarding Kiểm tra đƣờng dẫn ngƣợc RP Rendezvous Point Điểm hẹn RTCP Real Time Transport Giao thức điều khiển truyền thông Control Protocol thời gian thực Realtime Transport Giao thức truyền thông thời gian Protocol thực SPT Shortest Path Tree Cây đƣờng đi ngắn nhất TTL Time To Live Thời gian tồn tại gói tin VIC Video Conference Ứng dụng video trong hội nghị RTP truyền hình III DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Truyền thông unicast và multicast ......................................................... 3 Hình 1.2: Các thành phần tham gia vào truyền thông multicast ............................ 6 Hình 1.3: Định dạng của địa chỉ IP lớp D .............................................................. 7 Hình 1.4: Ánh xạ địa chỉ IP multicast sang địa chỉ MAC ...................................... 8 Hình 1.5: Cây đƣờng đi ngắn nhất của host A ....................................................... 9 Hình 1.6: Cây đƣờng đi ngắn nhất của host B ..................................................... 10 Hình 1.7: Cây chia sẻ ........................................................................................... 11 Hình 1.8: Cây chia sẻ hai chiều ............................................................................ 12 Hình 1.9: Cây chia sẻ một chiều sử dụng cây SPT .............................................. 12 Hình 1.10: Cây chia sẻ một chiều sử dụng định tuyến unicast ............................ 13 Hình 1.11: Giới hạn TTL ..................................................................................... 14 Hình 1.12: Cơ chế đƣờng hầm liên kết các ốc đảo multicast............................... 15 Hình 1.13: Đóng gói IP multicast theo cơ chế tunneling ..................................... 16 Hình 1.14: Cơ chế đƣờng hầm liên kết các MRouter .......................................... 16 Hình 1.15: Thông điệp IGMPv1 .......................................................................... 18 Hình 1.16: Thông điệp IGMPv2 .......................................................................... 19 Hình 2.1: Tìm hàng xóm trong DVMRP ............................................................. 26 Hình 2.2: Trao đổi định tuyến DVMRP bƣớc 1................................................... 27 Hình 2.3: Trao đổi định tuyến DVMRP bƣớc 2................................................... 27 Hình 2.4: Trao đổi định tuyến DVMRP bƣớc 3................................................... 28 Hình 2.5: Cắt nhánh trong DVMRP bƣớc 1 ........................................................ 29 Hình 2.6: Cắt nhánh trong DVMRP bƣớc 2 ........................................................ 30 Hình 2.7: Ghép nhánh trong DVMRP bƣớc 1 ..................................................... 31 Hình 2.8: Ghép nhánh trong DVMRP bƣớc 2 ..................................................... 31 Hình 2.9: Cây phân phối PIM-DM ...................................................................... 34 Hình 2.10: Cắt nhánh trong PIM-DM bƣớc 1 ...................................................... 35 Hình 2.11: Cắt nhánh trong PIM-DM bƣớc 2 ...................................................... 35 Hình 2.12: Cắt nhánh trong PIM-DM bƣớc 3 ...................................................... 36 Hình 2.13: Xác nhận trong PIM-DM ................................................................... 37 III Hình 2.14: Ghép nhánh trong PIM-DM ............................................................... 38 Hình 2.15: Tham gia cây chia sẻ PIM bƣớc 1 ...................................................... 39 Hình 2.16: Tham gia cây chia sẻ PIM bƣớc 2 ...................................................... 40 Hinh 2.17: Tham gia cây chia sẻ PIM bƣớc 3 ...................................................... 41 Hình 2.18: Tham gia cây chia sẻ PIM bƣớc 4 ...................................................... 41 Hình 2.19: Tham gia cây chia sẻ PIM bƣớc 5 ...................................................... 42 Hình 2.20: Tham gia cây chia sẻ PIM bƣớc 6 ...................................................... 42 Hình 2.21: Cắt nhánh trên cây chia sẻ bƣớc 1 ..................................................... 43 Hình 2.22: Cắt nhánh trên cây chia sẻ bƣớc 2 ..................................................... 43 Hình 2.23: Cắt nhánh trên cây chia sẻ bƣớc 3 ..................................................... 44 Hình 2.24: Tham gia cây đƣờng đi ngắn nhất bƣớc 1.......................................... 45 Hình 2.25: Tham gia cây đƣờng đi ngắn nhất bƣớc 2.......................................... 45 Hình 2.26: Tham gia cây đƣờng đi ngắn nhất bƣớc 3.......................................... 46 Hình 2.27: Cắt nhánh trên cây đƣờng đi ngắn nhất bƣớc 1 ................................. 46 Hình 2.28: Cắt nhánh trên cây đƣờng đi ngắn nhất bƣớc 2 ................................. 47 Hình 2.29: Cắt nhánh trên cây đƣờng đi ngắn nhất bƣớc 3 ................................. 47 Hình 2.30: Chuyển sang cây SPT bƣớc 1 ............................................................ 50 Hình 2.31: Chuyển sang cây SPT bƣớc 2 ............................................................ 50 Hình 2.32: Cắt bỏ nguồn khỏi cây chia sẻ bƣớc 3 ............................................... 51 Hình 2.33: Cắt bỏ nguồn khỏi cây chia sẻ bƣớc 4 ............................................... 52 Hình 2.34: Cắt bỏ nguồn khỏi cây chia sẻ bƣớc 5 ............................................... 52 Hình 2.35: Vùng MOSPF chứa nguồn và thành viên nhóm G ............................ 54 Hình 2.36: Cây đƣờng đi ngắn nhất MOSPF SPT cho mạng N3 và N4 .............. 55 Hình 2.37: Thông điệp nhóm tóm tắt trong vùng đƣờng trục .............................. 56 Hình 2.38: Cây đƣờng đi ngắn nhất SPT trong vùng đƣờng trục ........................ 57 Hình 2.39: Nguồn trong vùng không phải đƣờng trục ......................................... 58 Hình 2.40: Lƣu lƣợng multicast xuống các miền MOSPF .................................. 59 Hình 3.1: Thành phần của hội nghị truyền hình .................................................. 62 Hình 3.2: Khuôn dạng RTP header ...................................................................... 63 Hình 3.3: Các thành phần của Access Grid ......................................................... 69 Hình 3.4: Desktop node........................................................................................ 70 III Hình 3.5: Office node ........................................................................................... 71 Hình 3.6: Room node ........................................................................................... 71 Hình 3.7: Mối quan hệ giữa multicast và Access Grid ........................................ 72 Hình 3.8: Profile Dialog ....................................................................................... 72 Hình 3.9: Điền địa chỉ virtual venue để kết nối ................................................... 72 Hình 3.10: Venue client ....................................................................................... 73 Hình 3.11: Cửa sổ video....................................................................................... 73 Hình 3.12: Cửa sổ audio....................................................................................... 74 IV DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1: Các trƣờng trong thông điệp IGMPv1 ................................................. 18 Bảng 1.2: Các trƣờng trong thông điệp IGMPv2 ................................................. 20 Bảng 1.3: Các trƣờng trong thông điệp IGMPv3 Host Membership Query ........ 22 Bảng 1.4: Các trƣờng trong thông điệp IGMPv3 Host Membership Report ....... 24 1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Ngày nay mạng Internet và các ứng dụng trên mạng ngày càng trở nên thông dụng, vì thế có một lƣợng rất lớn các thông tin cần phải chuyển tiếp đến nhiều nơi trong cùng một thời gian. Phần lớn các ứng dụng trên mạng hiện nay sử dụng phƣơng pháp truyền dữ liệu unicast, đây là phƣơng pháp truyền dữ liệu từ điểm tới điểm, tức là dữ đƣợc truyền từ một ngƣời gửi tới một ngƣời nhận. Tuy nhiên với một số ứng dụng yêu cầu phải thƣờng xuyên gửi dữ liệu từ một điểm tới nhiều điểm, dữ liệu đƣợc gửi từ một ngƣời gửi tới nhiều ngƣời nhận, phƣơng pháp truyền dữ liệu unicast trở nên không hiệu quả. Trong trƣờng hợp này, các ứng dụng sử dụng unicast phải đóng gói cùng một dữ liệu nhiều lần và lần lƣợt gửi chúng từ điểm tới điểm. Một cách khác để thực hiện việc truyền dữ liệu từ điểm đến nhiều điểm là sử dụng broadcast, đây là phƣơng pháp gửi dữ liệu từ một điểm đến tất cả các điểm. Dễ thấy rằng cả hai phƣơng pháp trên đều gây nên những sự lãng phí tài nguyên mạng, khi đó multicast là một sự thay thế tốt nhất, phƣơng pháp này giúp ta tiết kiệm đƣợc băng thông mạng cũng nhƣ cải thiện đƣợc tốc độ truyền dữ liệu. Multicast là phƣơng pháp truyền dữ liệu từ điểm tới nhiều điểm, trong đó một nguồn gửi sẽ gửi lƣu lƣợng tới một nhóm nguồn nhận thông qua địa chỉ nhóm multicast. Trong phƣơng pháp multicast có các giao thức cho phép các máy tính có thể gia nhập vào nhóm để nhận dữ liệu hay rời bỏ nhóm một cách dễ dàng, các giao thức định tuyến cũng đƣợc xây dựng cho phép các ứng dụng có thể gửi dữ liệu một cách hiệu quả trên mạng. 2. Đối tƣợng và mục tiêu luận văn Xuất phát từ vấn đề nêu trên, luận văn xác định IP multicast là đối tƣợng nghiên cứu với những vấn đề tập trung chủ yếu nhƣ sau: Tìm hiểu các thành phần cơ bản của quá trình truyền dữ liệu multicast gồm: địa chỉ multicast, cây multicast, chuyển tiếp multicast cũng nhƣ quá trình tham gia nhóm multicast thông qua giao thức Internet Group Management Protocol. 2 Tìm hiểu các giao thức định tuyến cơ bản đƣợc sử dụng trong truyền thông multicast nhƣ giao thức định tuyến Distance Vector Multicast Routing Protocol, giao thức định tuyến Protocol Independent Multicast và giao thức định tuyến Multicast Open Shortest Path First. Tìm hiểu khả năng áp dụng của multicast trong ứng dụng thời gian thực. 3. Hƣớng tiếp cận Với mục tiêu là tìm hiểu công nghệ IP multicast, luận văn đƣợc tiếp cận theo hƣớng tập trung nghiên cứu các khái niệm, tìm hiểu các giao thức phổ biến của multicast từ đó chỉ ra đƣợc các ƣu điểm, nhƣợc điểm cũng nhƣ khả năng áp dụng của IP multicast vào các ứng dụng. 4. Kết cấu của luận văn Luận văn gồm phần mở đầu, 03 chƣơng và kết luận. Chƣơng 1: Trình bày các vấn đề cơ bản của IP multicast nhƣ địa chỉ multicast, cây phân phối multicast, chuyển tiếp multicast và quá trình tham gia nhóm multicast. Chƣơng 2: Trình bày các giao thức định tuyến đƣợc sử dụng trong truyền thông multicast gồm giao thức định tuyến Distance Vector Multicast Routing Protocol, giao thức định tuyến Protocol Independent Multicast theo hai mô hình tập trung và phân tán và giao thức định tuyến Multicast Open Shortest Path First. Chƣơng 3: Tìm hiểu về hội nghị truyền hình, ứng dụng phần mềm Access Grid để xây dựng hệ thống hội nghị truyền hình dựa trên IP multicast. Cuối cùng là kết luận và hƣớng nghiên cứu tiếp theo của luận văn. 3 CHƢƠNG 1 CƠ BẢN VỀ IP MULTICAST 1.1 Mở đầu IP multicast là một nhóm các công nghệ và tiêu chuẩn cho phép việc truyền tải đa điểm – đa điểm nhƣ hội nghị, hay truyền tài điểm – đa điểm nhƣ việc quảng bá âm thanh, video trên Internet. Việc ứng dụng công nghệ này ngày càng phát triển do nhu cầu ngày càng cao đối với các ứng dụng đa phƣơng tiện và sự cải tiến công nghệ IP multicast. Multicast là thuật ngữ kỹ thuật, có nghĩa một gói tin có thể đƣợc gửi đến nhiều nơi trong cùng thời điểm. Cách thức thông thƣờng trong việc truyền thông tin trên Internet là sử dụng các giao thức unicast, các giao thức này gửi các gói tin đến mỗi điểm thu tại một thời điểm. Trên mạng multicast, một gói tin có thể đƣợc gửi từ một máy tính đến một vài máy tính khác, thay vì gửi gói tin đó lần lƣợt đến từng máy tính. Do 5, 10 hay 100 máy có thể nhận đƣợc cùng gói tin nên băng thông đƣợc tiết kiệm. Khi sử dụng multicast để gửi đi gói tin thì không cần thiết phải biết địa chỉ của những ngƣời cần nhận luồng tin multicast đó: dữ liệu đƣợc quảng bá theo một phƣơng thức mà những ngƣời quan tâm đến nó có thể nhận đƣợc. Hình 1.1: Truyền thông unicast và multicast Các mạng hỗ trợ multicast cung cấp nhiều dịch vụ và các ứng dụng cho ngƣời sử dụng đầu cuối. Nhiều ứng dụng hỗ trợ multicast là các ứng dụng đa phƣơng tiện, tuy nhiên còn có nhiều loại ứng dụng khác nhau sử dụng công nghệ 4 IP multicast cho các mục đích không phải đa phƣơng tiện. Các ứng dụng thời gian thực bao gồm: truyền hình trực tiếp, đài phát thanh, hội nghị truyền hình, các ứng dụng không phải thời gian thực nhƣ truyền file, dữ liệu, video theo yêu cầu … Truyền tải multicast đƣa lại nhiều ƣu điểm so với unicast truyền thống. Băng thông của mạng đƣợc tận dụng hiệu quả hơn do nhiều luồng dữ liệu đƣợc thay thế bởi một luồng dữ liệu multicast. Công nghệ này đem lại chất lƣợng tối ƣu do cần ít bản sao dữ liệu để chuyển đi và xử lý tại các nút mạng. Để có thể có đƣợc các ƣu điểm của IP multicast, thì khả năng định tuyến multicast phải đƣợc hỗ trợ tại các nút mạng. Tùy thuộc vào chính sách sử dụng và nhu cầu của ngƣời sử dụng, thì các vấn đề liền quan đến định tuyến, độ tin cậy, đánh địa chỉ mạng và các giao thức truyền tải đa phƣơng tiện có tầm quan trọng đối với nhà vận hành mạng. Multicast không chỉ đem lại lợi ích cho ngƣời sử dụng đầu cuối. Hầu hết các ứng dụng multicast là dựa trên UDP, việc sử dụng giao thức này có thể dẫn đến các ảnh hƣởng phụ không mong muốn (các gói tin có thể bị hủy) so với các ứng dụng unicast tƣơng tự dựa trên TCP. Tuy nhiên, việc thiếu kiểm soát nghẽn có thể dẫn đến việc suy giảm chất lƣợng mạng tổng thể. Các gói tin trùng có thể thỉnh thoảng đƣợc tạo ra khi các topo mạng multicast thay đổi. Trong tƣơng lai việc triển khai IPv6 sẽ đem lại multicast có sẵn cho ngƣời sử dụng mạng. Phần mềm định tuyến tin cậy hơn với các giao thức mới sẽ tận dụng đƣợc hạ tầng mạng. Với multicast có sẵn, các vấn đề định tuyến sẽ đƣợc giải quyết dễ dàng hơn và băng thông sẽ đƣợc tiết kiệm hơn. Multicast là một công nghệ tƣơng đối mới cho phép các khách hàng đƣợc hƣởng lợi từ các ứng dụng thời gian thực mà đáng ra phải yêu cầu một lƣợng băng thông cực lớn. Công nghệ này cho phép nhiều loại công ty đƣa các sản phẩm của họ đến các nhóm ngƣời với chi phí thấp so với unicast. Multicast giảm lƣu lƣợng mạng và tiết kiệm băng thông cho phép ngƣời dùng khai thác khả năng sử dụng cực đại có thể của Internet. Multicast cung cấp cho các ngƣời sử dụng liên quan đến Internet (các ngƣời sử dụng đầu cuối, nhà vận hành mạng, ISP và 5 các công ty liên quan khác) giải pháp khả thi kinh tế và kỹ thuật cho vấn đề truyển tải khối lƣợng thông tin lớn đến các nhóm ngƣời dùng đƣợc lựa chọn. Để có đƣợc multicast trên Internet hay các mạng Intranet, cách đầu tiên là kết nối các ốc đảo mạng hỗ trợ multicast với các đƣờng hầm IP multicast. Do các đƣờng hầm này không khả phân cấp và không đƣa lại các ƣu điểm kế thừa của multicast, bƣớc kế tiếp là thay thế hạ tầng đƣờng hầm với hạ tầng định tuyến multicast thực sự. Công nghệ multicast hiện tại đƣa ra các thách thức khác nhau cho việc định tuyến và đánh địa chỉ, hiện nay thử thách lớn nhất là để thiết lập hạ tầng toàn cầu có tính tin cậy và có tính khả phân cấp tƣơng tự nhƣ hạ tầng mạng Internet unicast ngày nay. Trong khi giao thức mạng IP tự bản thân nó cung cấp các cơ chế kế thừa đối với IP multicast, các giao thức lớp cao hơn không hỗ trợ nó. Mặc dù các giao thức không tin cậy nhƣ UDP, RTP có thể sử dụng trên nóc của IP multicast, TCP và các giao thức truyền tải tin cậy hơn trong các môi trƣờng unicast không hộ trợ multicast. Do vậy các giao thức truyền tải multicast phải đƣợc phát triển và vì thế không có giao thức truyền tải mục đích chung cho mọi trƣờng hợp, tuy nhiên lại xuất hiện các giao thức khả cấu hình cao và các giao thức đƣợc chuyên biệt cao cho các mục đích truyền tải tin cậy đặc biệt trong môi trƣờng IP multicast. 1.2 Các thành phần tham gia vào truyền thông multicast Để tham gia vào quá trình trao đổi dữ liệu các máy tính và router cần hỗ trợ giao thức multicast, khi đó các máy có thể gửi hay nhận lƣu lƣợng multicast. Máy nguồn gửi dữ liệu multicast tới một địa chỉ nhóm, đây là một địa chỉ lớp D. Các máy trạm muốn nhận các gói tin multicast sẽ liên hệ với router cục bộ để đăng ký tham gia nhóm và nhận dữ liệu. Các router sẽ sử dụng một giao thức định tuyến multicast để xác định các mạng con có các thành viên của nhóm và chuyển dữ liệu multicast tới các máy nhận. Nếu mạng con không có thành viên của nhóm, router sẽ không chuyển dữ liệu tới mạng đó. Ta sẽ tìm hiểu các thành thành phần tham gia vào truyền thông multicast và hoạt động của chúng trong mạng qua minh hoạ trên hình 1.2: 6 Hình 1.2: Các thành phần tham gia vào truyền thông multicast Trong mô phỏng trên hình 1.2 các hoạt động diễn ra nhƣ sau: Host A trong Subnet 1 là một nguồn multicast và gửi dữ liệu multicast tới địa chỉ nhóm. Host B trong Subnet 1 gửi yêu cầu tham gia nhóm tới router cục bộ của nó. Bởi vì Host B đã gia nhập vào nhóm nên giao diện mạng của nó sẽ lắng nghe các gói dữ liệu gửi tới địa chỉ nhóm. Các máy tính còn lại trong Subnet 1 không tham gia nhóm nên chúng sẽ lọc bỏ các lƣu lƣợng gửi tới địa chỉ nhóm multicast. Router sẽ chuyển dữ liệu multicast tới tất cả các mạng con có thành viên của nhóm. Trong trƣờng hợp này, router sẽ chuyển dữ liệu từ Subnet 1 tới Subnet 3. Host C trong Subnet 3 đã tham gia vào nhóm do đó nó sẽ nhận dữ liệu multicast. Host D trong Subnet 3 gửi yêu cầu tới router để tham gia nhóm, sau khi tham gia nhóm giao diện mạng của nó sẽ lắng nghe và nhận các dữ liệu gửi tới địa chỉ nhóm. Các thành phần tham gia vào truyền thông multicast: 7 Host (bao gồm nguồn hoặc đích): là các là các máy tính tham gia kết nối vào mạng và hỗ trợ quá trình gửi và nhận dữ liệu multicast. Router: là các router hỗ trợ giao thức multicast, nó có khả năng xử lý các yêu cầu tham gia hay rời nhóm và có giao thức định tuyến multicast để xác định và chuyển dữ liệu tới các mạng con. Địa chỉ multicast: là địa chỉ lớp D, nó chính là địa chỉ của nhóm multicast. Nhóm multicast: là một tập các thiết bị đầu cuối lắng nghe dữ liệu gửi tới một địa chỉ multicast. MBone: viết tắt của từ Internet multicast backbone là một phần của Internet hỗ trợ quá trình định tuyến và gửi dữ liệu multicast. 1.3 Địa chỉ multicast Các router phải có phƣơng thức để phân biệt dữ liệu dạng multicast với dạng unicast hay broadcast. Điều này thực hiện thông qua việc gán địa chỉ IP, bằng cách dùng địa chỉ lớp D từ 224.0.0.0 đến 239.255.255.255 cho multicast các thiết bị mạng có thể nhanh chóng lọc ra các địa chỉ multicast bằng cách đọc 4 bit bên trái của một địa chỉ. Bốn bit này của một địa chỉ multicast luôn luôn bằng 1110, hình 1.3 thể hiện định dạng của một địa chỉ lớp D. 28 bits Class D 1 1 1 0 Multicast Group ID Hình 1.3: Định dạng của địa chỉ IP lớp D Làm thế nào để một router kết hợp một địa chỉ multicast của IP với một địa chỉ MAC. Do không có cơ chế tƣơng đƣơng với giao thức phân giải địa chỉ nhƣ trong truyền thông unicast, một dạng giá trị đặc biệt dành riêng cho địa chỉ MAC của multicast sẽ đƣợc dùng. Các địa chỉ này bắt đầu bằng 01005E, phần 28 bit sau của địa chỉ IP multicast sẽ đƣợc ánh xạ vào 23 bit thấp của địa chỉ MAC bằng một giải thuật đơn giản. 8 224 - 239 IP Multicast MAC Address Y Z 1110 Address Multicast X 5 bit 28 bit Không sử dụng Ánh xạ sang địa chỉ MAC 000 000 0100 0000 00010 111 010 01 00 5E X Y Z Hình 1.4: Ánh xạ địa chỉ IP multicast sang địa chỉ MAC Hình 1.4 cho thấy cơ chế ánh xạ địa chỉ, chỉ có 23 bit cuối của địa chỉ là đƣợc chép từ địa chỉ IP sang địa chỉ MAC. Tuy nhiên chú ý rằng có 5 bit của địa chỉ IP không đƣợc chuyển sang địa chỉ MAC. Ánh xạ này làm nảy sinh một vấn đề là có thể có 32 địa chỉ multicast khác nhau có thể ánh xạ vào cùng một địa chỉ MAC. Sự nhập nhằng này dẫn đến một vấn đề nhỏ khi host multicast nhận một Ethernet frame của địa chỉ multicast. Một địa chỉ MAC có thể tƣơng ứng với 32 địa chỉ IP multicast khác nhau. Vì vậy, khi một host nhận dữ liệu nó kiểm tra tất cả các frame có MAC mà nó quan tâm. Sau đó host này phải kiểm tra phần địa chỉ IP bên trong mỗi frame để nhận ra phần địa chỉ của từng nhóm multicast. Sau đây là một số không gian địa chỉ đƣợc dành riêng của multicast: Toàn bộ không gian địa chỉ multicast: 224.0.0.0 - 239.255.255.255. Địa chỉ link-local: 224.0.0.0 - 224.0.0.255 đƣợc dùng bởi các giao thức định tuyến. Router sẽ không chuyển các gói tin có địa chỉ này. Các địa chỉ bao gồm địa chỉ tất cả các host 224.0.0.1, tất cả các router 224.0.0.2, tất cả các OSPF router 224.0.0.5 … đây là địa chỉ các nhóm cố định vì các địa chỉ này đƣợc xác định trƣớc. Khoảng địa chỉ dành cho quản trị 239.0.0.0 - 239.255.255.255 đƣợc dùng trong các miền multicast khác nhau, giống nhƣ dãy địa chỉ dành riêng trong RFC1918. Địa chỉ này không đƣợc sử dụng giữa các miền multicast nên nó có thể đƣợc dùng lại nhiều lần. 9 Địa chỉ toàn cục 224.0.1.0 - 238.255.255.255 đƣợc dùng bởi bất cứ đối tƣợng nào. Các địa chỉ này đƣợc sử dụng trên Internet vì vậy địa chỉ này phải duy nhất. 1.4 Cây phân phối multicast Để phân phối dữ liệu multicast tới tới tất cả các máy nhận, cây phân phối multicast đƣợc sử dụng, nó có tác dụng điều khiển đƣờng đi của dữ liệu truyền trên mạng. Có hai loại cơ bản của cây phân phối multicast là cây nguồn và cây chia sẻ. 1.4.1 Cây nguồn Dạng đơn giản nhất của cây phân phối là cây nguồn,với gốc của nó chính là nguồn dữ liệu multicast và các nhánh của nó dẫn tới các đầu cuối nhận dữ liệu trên mạng. Do loại cây này sử dụng đƣờng đi ngắn nhất nên còn có tên là cây đƣờng đi ngắn nhất (Shortest Path Tree – SPT). Hình 1.5 biểu diễn một ví dụ của cây SPT cho nhóm 224.1.1.1 có gốc tại host A là nguồn dữ liệu và hai máy nhận là host B và host C. Hình 1.5: Cây đƣờng đi ngắn nhất của host A