Đề tài Tìm hiêu công nghệ ip muliticast

TRƯỜNG . KHOA. ---------- Báo cáo tốt nghiệp Đề tài: TÌM HIÊU CÔNG NGHỆ IP MULITICAST LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Ngô Khánh Vân, người đã tận tình hướng 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 trường 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 như trong quá trình thực hiện luận văn. Hà Nội, tháng 08 năm 2009 Trương 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 tượng và mục tiêu luận văn................................................................. 1  3. Hướng tiếp cận ........................................................................................... 2  4. Kết cấu của luận văn .................................................................................. 2  CHƯƠNG 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 Đường 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  CHƯƠNG 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 ......................................................................................... 31  2.2 Giao thức PIM Dense Mode ...................................................................... 33  2.2.1 Tìm kiếm hàng xóm ............................................................................ 33  2.2.1.1 Thông điệp Hello ......................................................................... 33  2.2.1.2 Router được chỉ định.................................................................... 33  2.2.1.3 Cây phân phối multicast............................................................... 34  2.2.2 Cắt nhánh ............................................................................................ 35  2.2.3 Cơ chế xác nhận .................................................................................. 37  2.2.4 Ghép nhánh ......................................................................................... 38  2.3 PIM Sparse Mode....................................................................................... 39  2.3.1 Mô hình tham gia ................................................................................ 39  2.3.2 Cây chia sẻ .......................................................................................... 40  2.3.2.1 Tham gia cây chia sẻ .................................................................... 40  2.3.2.2 Cắt nhánh trên cây chia sẻ............................................................ 43  2.3.3 Cây đường đi ngắn nhất ...................................................................... 45  2.3.3.1 Tham gia cây đường đi ngắn nhất................................................ 45  2.3.3.2 Cắt nhánh trên cây đường đi ngắn nhất ....................................... 47  2.3.4 Thông điệp Join/Prune ........................................................................ 48  2.3.5 Đăng ký nguồn dữ liệu........................................................................ 49  2.3.5.1 Thông điệp PIM Register............................................................. 49  2.3.5.2 Thông điệp PIM Register – Stop.................................................. 50  2.3.6 Chuyển từ cây chia sẻ sang cây đường đi ngắn nhất .......................... 50  I 2.4 Giao thức Multicast Open Shortest Path First ........................................... 54  2.4.1 Định tuyến multicast trong vùng......................................................... 54  2.4.2 Định tuyến multicast trên nhiều vùng ................................................. 56  2.4.3 Định tuyến multicast trên các vùng tự trị............................................ 59  CHƯƠNG 3 ......................................................................................................... 61  SỬ DỤNG ACCESS GRID XÂY DỰNG .......................................................... 61  HỆ THỐNG HỘI NGHỊ TRUYỀN HÌNH DỰA TRÊN IP MULTICAST ........ 61  3.1 Các khái niệm chung về dịch vụ hội nghị truyền hình .............................. 61  3.1.1 Hệ thống hội nghị truyền hình ............................................................ 62  3.1.2 Các thành phần cơ bản của hội nghị truyền hình ................................ 63  3.2 Giao thức RTP............................................................................................ 64  3.2.1 Khuôn dạng RTP header ..................................................................... 64  3.2.2 Các ứng dụng sử dụng RTP ............................................................... 65  3.2.2.1 Thoại hội nghị đơn giản ............................................................... 65  3.2.2.2 Thoại và truyền hình hội nghị ...................................................... 67  3.2.2.3 Bộ trộn và bộ biên dịch ................................................................ 67  3.3 Đồng bộ luồng hình ảnh và âm thanh ........................................................ 68  3.4 Sử dụng Access Grid xây dựng một hội nghị truyền hình......................... 70  3.4.1 Các thành phần của Access Grid......................................................... 70  3.4.2 Sử dụng Access Grid client để tham gia vào hội nghị truyền hình..... 73  KẾT LUẬN.......................................................................................................... 76  HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ............................................................... 77  TÀI LIỆU THAM KHẢO  II DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Viết đầy đủ 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 Border Routers Router trên biên vùng tự trị DR Designated Router Router được lựa chọn DVMRP Distance Vector Multicast Routing Protocol Giao thức định tuyến multicast véc- tơ khoảng cách IGMP Internet Group Management Protocol Giao thức quản lý nhóm Internet LAN Local Area Network Mạng nội bộ LSA Link-State Advertisement Thông điệp quảng bá trạng thái liên kết MABR Multicast Area Border Router Router biên vùng multicast MBONE Multicast Backbone Đường trục multicast MOSPF Multicast Open Shortest Path First Giao thức định tuyến multicast dựa trên thuật toán đường 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 đường đi ngắn nhất II PIM Protocol Independent Multicast Giao thức định tuyến multicast độc lập PIM-DM Protocol Independent Multicast Dense Mode Giao thức định tuyến multicast độc lập theo mô hình tập trung PIM-SM Protocol Independent Multicast Sparse Mode Giao thức định tuyến multicast độc lập theo mô hình phân tán RAT Robust Audio Tool Công cụ truyền âm thanh trong ứng dụng hội nghị truyền hình RIP Routing Information Protocol Giao thức thông tin định tuyến RPF Reverse Path Forwarding Kiểm tra đường dẫn ngược RP Rendezvous Point Điểm hẹn RTCP Real Time Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền thông thời gian thực RTP Realtime Transport Protocol Giao thức truyền thông thời gian thực SPT Shortest Path Tree Cây đường đi ngắn nhất TTL Time To Live Thời gian tồn tại gói tin VIC Video Conference Ứng dụng video trong hội nghị 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 đường đi ngắn nhất của host A....................................................... 9  Hình 1.6: Cây đường 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 đường 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 đường 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 bước 1................................................... 27  Hình 2.3: Trao đổi định tuyến DVMRP bước 2................................................... 28  Hình 2.4: Trao đổi định tuyến DVMRP bước 3................................................... 29  Hình 2.5: Cắt nhánh trong DVMRP bước 1 ........................................................ 30  Hình 2.6: Cắt nhánh trong DVMRP bước 2 ........................................................ 31  Hình 2.7: Ghép nhánh trong DVMRP bước 1 ..................................................... 32  Hình 2.8: Ghép nhánh trong DVMRP bước 2 ..................................................... 32  Hình 2.9: Cây phân phối PIM-DM ...................................................................... 35  Hình 2.10: Cắt nhánh trong PIM-DM bước 1...................................................... 36  Hình 2.11: Cắt nhánh trong PIM-DM bước 2...................................................... 36  Hình 2.12: Cắt nhánh trong PIM-DM bước 3...................................................... 37  Hình 2.13: Xác nhận trong PIM-DM................................................................... 38  III Hình 2.14: Ghép nhánh trong PIM-DM............................................................... 39  Hình 2.15: Tham gia cây chia sẻ PIM bước 1...................................................... 40  Hình 2.16: Tham gia cây chia sẻ PIM bước 2...................................................... 41  Hinh 2.17: Tham gia cây chia sẻ PIM bước 3...................................................... 42  Hình 2.18: Tham gia cây chia sẻ PIM bước 4...................................................... 42  Hình 2.19: Tham gia cây chia sẻ PIM bước 5...................................................... 43  Hình 2.20: Tham gia cây chia sẻ PIM bước 6...................................................... 43  Hình 2.21: Cắt nhánh trên cây chia sẻ bước 1 ..................................................... 44  Hình 2.22: Cắt nhánh trên cây chia sẻ bước 2 ..................................................... 44  Hình 2.23: Cắt nhánh trên cây chia sẻ bước 3 ..................................................... 45  Hình 2.24: Tham gia cây đường đi ngắn nhất bước 1.......................................... 46  Hình 2.25: Tham gia cây đường đi ngắn nhất bước 2.......................................... 46  Hình 2.26: Tham gia cây đường đi ngắn nhất bước 3.......................................... 47  Hình 2.27: Cắt nhánh trên cây đường đi ngắn nhất bước 1 ................................. 47  Hình 2.28: Cắt nhánh trên cây đường đi ngắn nhất bước 2 ................................. 48  Hình 2.29: Cắt nhánh trên cây đường đi ngắn nhất bước 3 ................................. 48  Hình 2.30: Chuyển sang cây SPT bước 1 ............................................................ 51  Hình 2.31: Chuyển sang cây SPT bước 2 ............................................................ 51  Hình 2.32: Cắt bỏ nguồn khỏi cây chia sẻ bước 3 ............................................... 52  Hình 2.33: Cắt bỏ nguồn khỏi cây chia sẻ bước 4 ............................................... 53  Hình 2.34: Cắt bỏ nguồn khỏi cây chia sẻ bước 5 ............................................... 53  Hình 2.35: Vùng MOSPF chứa nguồn và thành viên nhóm G ............................ 55  Hình 2.36: Cây đường đi ngắn nhất MOSPF SPT cho mạng N3 và N4.............. 56  Hình 2.37: Thông điệp nhóm tóm tắt trong vùng đường trục.............................. 57  Hình 2.38: Cây đường đi ngắn nhất SPT trong vùng đường trục ........................ 58  Hình 2.39: Nguồn trong vùng không phải đường trục......................................... 59  Hình 2.40: Lưu lượng multicast xuống các miền MOSPF .................................. 60  Hình 3.1: Thành phần của hội nghị truyền hình .................................................. 63  Hình 3.2: Khuôn dạng RTP header ...................................................................... 64  Hình 3.3: Các thành phần của Access Grid ......................................................... 70  Hình 3.4: Desktop node........................................................................................ 71  III Hình 3.5: Office node........................................................................................... 72  Hình 3.6: Room node ........................................................................................... 72  Hình 3.7: Mối quan hệ giữa multicast và Access Grid ........................................ 73  Hình 3.8: Profile Dialog....................................................................................... 73  Hình 3.9: Điền địa chỉ virtual venue để kết nối ................................................... 73  Hình 3.10: Venue client ....................................................................................... 74  Hình 3.11: Cửa sổ video....................................................................................... 74  Hình 3.12: Cửa sổ audio....................................................................................... 75  III IV DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 1.1: Các trường trong thông điệp IGMPv1................................................. 18  Bảng 1.2: Các trường trong thông điệp IGMPv2................................................. 20  Bảng 1.3: Các trường trong thông điệp IGMPv3 Host Membership Query........ 22  Bảng 1.4: Các trường 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 lượng 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 phương pháp truyền dữ liệu unicast, đây là phương pháp truyền dữ liệu từ điểm tới điểm, tức là dữ được truyền từ một người gửi tới một người nhận. Tuy nhiên với một số ứng dụng yêu cầu phải thường xuyên gửi dữ liệu từ một điểm tới nhiều điểm, dữ liệu được gửi từ một người gửi tới nhiều người nhận, phương pháp truyền dữ liệu unicast trở nên không hiệu quả. Trong trường hợp này, các ứng dụng sử dụng unicast phải đóng gói cùng một dữ liệu nhiều lần và lần lượt 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 phương pháp gửi dữ liệu từ một điểm đến tất cả các điểm. Dễ thấy rằng cả hai phương pháp trên đều gây nên những sự lãng phí tài nguyên mạng, khi đó multicast là một sự thay thế tốt nhất, phương pháp này giúp ta tiết kiệm được băng thông mạng cũng như cải thiện được tốc độ truyền dữ liệu. Multicast là phương pháp truyền dữ liệu từ điểm tới nhiều điểm, trong đó một nguồn gửi sẽ gửi lưu lượng tới một nhóm nguồn nhận thông qua địa chỉ nhóm multicast. Trong phương 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 được xây dựng cho phép các ứng dụng có thể gửi dữ liệu một cách hiệu quả trên mạng. 2. Đối tượng và mục tiêu luận văn Xuất phát từ vấn đề nêu trên, luận văn xác định IP multicast là đối tượng nghiên cứu với những vấn đề tập trung chủ yếu như 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