Nghiên cứu công nghệ IP multicast và ứng dụng trong công nghệ MobileTV

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

TÊN SINH VIÊN : NGUYỄN THỊ LỘC

TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ
IPMULTICAST VÀ ỨNG DỤNG TRONG
DỊCH VỤ MOBILETV

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐAI HỌC
CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

THÁI NGUYÊN, NĂM 2012


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Điện tử - Viễn thông

Đề tài:
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ IPMULTICAST
VÀ ỨNG DỤNG TRONG DỊCH VỤ MOBILETV

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ LỘC

Lớp ĐTVT-K6A, Hệ chính quy.

Giáo viên hướng dẫn: ThS. TRẦN TRUNG DŨNG

Thái nguyên. Tháng 6.2012


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất cả các Thầy, Cô đang
giảng dạy trong trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông – Đại Học
Thái Nguyên đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu giúp em hoàn thành
nhiệm vụ học tập trong suốt thời gian là sinh viên của trường.
Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Thầy giáo Th.S Trần Trung Dũng,
người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, nhắc nhở em trong suốt quá trình hoàn
thành đồ án này.
Cho con gửi lời cảm ơn chân thành đến ông bà, bố mẹ đã luôn động viên,
ủng hộ, tạo mọi điều kiện cho con trong suốt những năm tháng ngồi trên ghế nhà
trường.
Cho tôi gửi lời cảm ơn đến những người bạn của tôi, những người luôn
động viên chia sẻ, giúp đỡ và luôn bên tôi mỗi khi tôi gặp khó khăn.

Thái Nguyên, Tháng 6 năm 2012.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Lộc.

i


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan bản đồ án này do em tìm hiểu và nghiên cứu dưới sự
hướng dẫn tận tình của thầy giáo ThS. TRẦN TRUNG DŨNG.
Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu đã ghi trong danh

mục tham khảo. Em xin cam đoan nội dung của đồ án này không phải là bản sao
chép của bất cứ đồ án hoặc công trình đã có từ trước.
Nếu sai, em xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định.

Thái Nguyên, Tháng 6 năm 2012.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Lộc.

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................... ii
MỤC LỤC ........................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ........................................................................... vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................... vii
KÍ HIỆU CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ viii
LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IP MULTICAST ..............................................2
1.1 Công nghệ IP Multicast ..............................................................................2
1.1.1 Giới thiệu chung .................................................................................2
1.1.2 Cơ chế chung cho IP Multicast ...........................................................3
1.2 Nghiên cứu các giao thức IP Multicast .......................................................6
1.2.1 Giới thiệu chung .................................................................................6
1.2.1.1 Giao thức định tuyến IP Multicast ...............................................6
1.2.1.2 Giao thức truyền tải Multicast .....................................................8
1.2.2 Giao thức quản lý nhóm IGMP ......................................................... 10
1.2.2.1 Giới thiệu chung ........................................................................ 10
1.2.2.2 IGMPv1 .................................................................................... 10

1.2.2.3 IGMPv2 .................................................................................... 12
1.2.2.4 IGMPv3 .................................................................................... 14
1.2.2.5 Giao thức IGMP Snooping ........................................................ 18
1.2.2.6 Giao thức IGMP Proxy ............................................................. 22
1.2.3 Giao thức định tuyến PIM, PIM-DM và PIM-SM ............................. 22
1.2.3.1 Giao thức PIM ........................................................................... 22
1.2.3.2 Giao thức PIM-DM ................................................................... 23
1.2.3.3 Giao thức định tuyến PIM-SM .................................................. 24
1.3 Đánh giá chung về IP Multicast ............................................................... 27
1.3.1 Những lợi ích khi triển khai IP Multicast .......................................... 27
1.3.2 Những vấn đề cần lưu ý khi triển khai IP Multicast .......................... 29

iii


1.4 Kết luận ................................................................................................... 29
CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CÁC YÊU CẦU KỸ THUẬT CỦA MỘT SỐ DỊCH
VỤ DỰA TRÊN IP MULTICAST .................................................................... 30
2.1 Các dịch vụ dựa trên IP Multicast ............................................................ 30
2.1.1 Giới thiệu chung ............................................................................... 30
2.1.2 Những vấn đề cần lưu ý khi triển khai dịch vụ .................................. 31
2.2 Phân loại ứng dụng .................................................................................. 32
2.2.1 Các ứng dụng Một - Nhiều (1toM) ................................................... 32
2.2.2 Các ứng dụng Nhiều – Nhiều (MtoM) .............................................. 32
2.2.3 Các ứng dụng Nhiều – Một (Mto1)................................................... 33
2.3 Các yêu cầu kỹ thuật đối với dịch vụ Multicast ........................................ 34
2.3.1 Các yêu cầu chung đối với dịch vụ Multicast.................................... 34
2.3.1.1 Yêu cầu về băng thông .............................................................. 34
2.3.1.2 Yêu cầu về độ trễ....................................................................... 34
2.3.2 Các yêu cầu chỉ dùng cho dịch vụ Multicast ..................................... 35

2.3.2.1 Quản lý địa chỉ .......................................................................... 35
2.3.2.3 Hỗ trợ các bộ nhận không đồng nhất ......................................... 36
2.3.2.4 Phân phát dữ liệu một cách tin cậy ............................................ 36
2.3.2.5 Tính bảo mật ............................................................................. 37
2.3.2.6 Play out được đồng bộ hóa ........................................................ 37
2.4 Kết luận ................................................................................................... 38
CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MULTICAST TRONG DỊCH VỤ MOBILE TV ... 39
3.1 Giới thiệu các dịch vụ của Mobile TV ...................................................... 39
3.1.1 Giới thiệu ......................................................................................... 39
3.1.2 Các dịch vụ của Mobile TV .............................................................. 39
3.2 Ứng dụng Multicast trong dịch vụ Mobile TV.......................................... 41
3.2.1 Công nghệ truyền hình di động DVB-H ........................................... 44
3.2.1.1 Sơ lược về lịch sử hình thành chuẩn DVB-H ............................. 44
3.2.1.2 Kiến trúc hệ thống ..................................................................... 45
3.2.1.3 Kiến trúc phân lớp ..................................................................... 46

iv


3.2.1.4 Lớp liên kết dữ liệu ................................................................... 47
3.2.1.5 Lớp vật lý .................................................................................. 51
3.2.2 Các mạng truyền dẫn DVB-H ........................................................... 53
3.2.2.1 Hệ thống DVB-H sử dụng IP datacasting .................................. 53
3.2.2.2 Các cấu hình mạng DVB-H ....................................................... 54
3.2.2.3 Các mạng máy phát DVB-H ...................................................... 57
3.2.3 Thiết bị đầu cuối DVB-H ................................................................. 58
3.2.5 Tình hình triển khai các công nghệ truyền hình số ở Việt Nam ......... 61
3.2.5.1 Công nghệ truyền hình số mặt đất ............................................. 61
3.2.5.2 Công nghệ truyền hình di động .................................................. 62
3.2.6 Kết luận ............................................................................................ 63

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.......................................................... 64
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................... 65

v


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Truyền tin theo phương thức Unicast và Multicast ........................................ 2
Hình 1.2 Phân cấp giao thức định tuyến Multicast ....................................................... 6
Hình 1.3 Phân cấp các giao thức truyền tải IP Multicast .............................................. 9
Hình 1.4 Cấu trúc mạng để truyền dịch vụ Video sử dụng IGMP ............................. 10
Hình 1.5 Cấu trúc thông điệp IPMGv1 ...................................................................... 11
Hình 1.6 Cấu trúc thông điệp IGMPv2 ...................................................................... 13
Hình 1.7 Cơ chế báo cáo trong IGMPv3 .................................................................... 15
Hình 1.8 Quá trình tổng quát của IGMP Snooping .................................................... 18
Hình 1.9 Quá trình rời bỏ nhóm trong IGMP Snooping ............................................. 20
Hình 1.10 Giao diện hướng lên và xuống trong hệ thống cấu hình IGMP Proxy ....... 22
Hình 1.11 Mô hình mạng sử dụng PIM...................................................................... 23
Hình 1.12 Mô hình hoạt động của PIM-DM .............................................................. 24
Hình 1.13 Mô hình hoạt động của PIM-SM ............................................................... 25
Hình 3.1 Phân loại các công nghệ Mobile TV............................................................ 41
Hình 3.2 Một hệ thống DVB-H ................................................................................. 46
Hình 3.3 Chồng ngăn xếp giao thức DVB-H............................................................ 47
Hình 3.4 Cấu trúc Time-Slicing DVB-H .................................................................... 49
Hình 3.5 Tốc độ bít đầu ra là một hằng số ................................................................. 49
Hình 3.6 Tạo MPE-FEC (a) và cấu trúc của một frame FEC(b) ................................. 51
Hình 3.7 Hệ thống IPDC điển hình. ........................................................................... 54
Hình 3.9 Hệ thống truyền dẫn Mobile TV sử dụng DVB-H ....................................... 55
Hình 3.10 Mạng DVB-H dành riêng .......................................................................... 56
Hình 3.11 Sơ đồ khối máy thu DVB-H ...................................................................... 58

Hình 3.12 Thiết bị thu DVB-H Nokia 7700 ............................................................... 59

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Giao thức định tuyến nội miền ...................................................................... 7
Bảng 1.2 Giao thức định tuyến liên miền ..................................................................... 8
Bảng 1.3 So sánh các phiên bản IGMPvx ................................................................. 17
Bảng 3.1: Hai bít của TPS DVB-T được sử dụng cho báo hiệu DVB-H..................... 53

vii


KÍ HIỆU CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Viết đầy đủ

Ý nghĩa của từ viết tắt

ACK

Acknowledgement

Bản tin báo nhận

AD

Administrative Distance

Giá trị để đánh giá đường đi tốt
nhất

AH

Authentication Header

Xác thực tiêu đề

ALF

Application Layer Framing

Đóng khung lớp ứng dụng

API

Application Programming

Giao tiếp lập trình ứng dụng

Interface
ATM

Asynchronous Transfer Mode

Truyền tải không đồng bộ

BGMP

Border Gateway Multicast

Giao thức BGMP

Protocol
BGP

Border Gateway Protocol

Giao thức BGP

(Routing Protocol)
CIDR

Classless Inter-Domain Routing

Định tuyến nội miền Classless

CMB

Compression/decompression

Nén/ Giải nén

CODEC

Compression/decompression

Nén/ Giải nén

COFDM

Orthogonal frequency-division

Ghép kênh phân chia theo tần

multiplexing

số trực giao

CPU

Central Processing Unit

Đơn vị xử lí trung tâm

DMB

Digital Multimedia Broadcasting

Truyền hình đa phương tiện kỹ
thuật số

Digital Video Broadcasting -

Truyền hình kỹ thuật số DVB-

Handheld

H

Digital Video Broadcasting -

Truyền hình kỹ thuật số mặt

Terrestrial

đất

EPGs

Electronic Programming Guide

Dịch vụ hướng dẫn điện tử

ESP

Encapsulating Security Payloads

Các tải trọng đóng gói bảo mật

DVB-H

DVB-T

viii


FM

Frequency Modulation

Điều chế theo tần số

GPRS

General Packet Radio Service

Mạng GPRS

HSRP

Hot Stanby Router Protocol

ICMP

Internet Control Messaging

Giao thức ICMP

Protocol
IETF

Internet Engineering Task Force

Tổ chức IETF

IGMP

Internet Group Management

Giao thức quản lý nhóm

Protocol

Internet IGMP

IP

Internet Protocol

Giao thức Internet

IPTV

Internet Protocol Television

Truyền hình qua giao thức
Internet

IPX

Internet Protocol Exchange

Giao thức trao đổi gói dữ liệu
mạng

ISDN

Integrated Services Digital

Mạng số tích hợp đa dịch vụ

Network
ISP

Internet Service Provider

Nhà cung cấp dịch vụ Internet

L3

Layer 3

Lớp 3

LAN

Local Area Network

Mạng nội bộ

MAC

Media Access Control

Điều khiển truy nhập phương
tiện

MADCAP

MBGP

Multicast Address Allocation

Giao thức cấp phát địa chỉ

Protocol

Multicast

Multicast Border Gateway

Giao thức MBGP

Protocol
MBMS

MBONE

Multimedia Broacast Multicast

Công nghệ dịch vụ Broadcast

Service

Multicast đa phương tiện

Multicast Backbone on the

Đường trục Multicast

Internet
MFTP

Multisource File Transfer

Giao thức truyền tệp nhiều

Protocol

nguồn

ix


MIKE

Multicast Internet Key Exchange

ML

Muticast Latency

MOSPF

Multicast Open Shortest Path

Trao đổi khóa MIKE

Định tuyến MOSPF

First
Multi Protocol Encapsulation –

Đóng gói đa giao thức – Sửa

Forward Error Correction

lỗi chuyển tiếp

MSA

Multicast Security Association

Liên kết an toàn Multicast

MTP

Multicast Transport Protocol

Giao thức truyền tải Multicast

NRT

Non-Real Time

Phi thời gian thực

NSAP

Network Service Access Point

Địa chỉ NSAP

OSPF

Open Shortest Path First

Định tuyến OSPF

PC

Personal Computer

Máy tính cá nhân

PIM

Protocol Independent Multicast

Giao thức Multicast độc lập

PIM-DM

Protocol Independent Multicast -

Giao thức Multicast độc lập-

Dense Mode

chế độ trù mật

Protocol Independent Multicast-

Giao thức Multicast độc lập-

Sparse Mode

chế độ thưa

Quadrature Amplitude

Điều chế biên độ cầu phương

MPE-FEC

PIM-SM

QAM

Modulation
QoS

Quality of Service

Chất lượng dịch vụ

QPSK

Quadrature Phase Shift Keyed

Điều chế pha trực giao

RBP

Reliable Broadcast Protocol

Giao thức quảng bá tin cậy

ROM

Read Only Memory

Bộ nhớ chỉ đọc

RSVP

Resource ReSerVation Protocol

Giao thức dự phòng tài nguyên

RTP

Real-Time Protocol

Giao thức truyền tải thời gian
thực

RTT

Round Trip Time

Thời gian gói tin gửi đi và nhận
về ACK

SDP

Session Description Protocol

Giao thức mô tả phiên

SFN

Single Frequency Network

Mạng đơn tần

x


SONET

Synchronous Optical Network

Mạng quang đồng bộ

SPT

Shortest Path Tree

Cây đường đi ngắn nhất

TCP

Transmission Control Protocol

Giao thức điều khiển truyền
vận

TS

Transport Streamming

Dòng truyền tải

TTL

Time to Live

Thời gian tồn tại của gói tin

UDP

User Datagram Protocol

Giao thức dữ liệu người dùng

UMTS

Universal Mobile

Hệ thống viễn thông di động

Telecommunications System

toàn cầu

Uniform Resource Locator

Được dùng tham chiếu tới tài

URL

nguyên trên Internet
VLAN

Virtual LAN

Mạng LAN ảo

VoD

Video on Demand

Video theo yêu cầu

WAN

Wide Area Network.

Mạng diện rộng

xi


LỜI NÓI ĐẦU
Trong thực tế hiện nay nhu cầu truyền một lượng lớn các thông tin đến
nhiều nơi trong cùng một lúc là rất cần thiết. Việc thường xuyên gửi dữ liệu từ
một điểm tới nhiều điểm, thì phương pháp truyền dữ liệu kiểu unicast và
broadcast trở nên thiếu hiệu quả vì nó gây nên những lãng phí tài nguyên mạng,
và công nghệ multicast ra đời là sự thay thế tốt nhất, giúp ta tiết kiệm được băng
thông cũng như cải thiện được tốc độ truyền dữ liệu với kết nối băng rộng.
Được sự hướng dẫn của Thầy giáo Th.S Trần Trung Dũng và việc nghiên
cứu của bản thân, em đã thực hiện đồ án với đề tài: “Nghiên cứu công nghệ IP
multicast và ứng dụng trong dịch vụ MobileTV”. Đồ án nghiên cứu các khái
niệm, các giao thức phổ biến của multicast, tìm hiểu các yêu cầu kỹ thuật của
một số dịch vụ dựa trên IP multicast, từ đó chỉ ra được các ưu, nhược điểm cũng
như khả năng áp dụng của IP multicast vào ứng dụng trong dịch vụ MobileTV.
Nội dung của đồ án được trình bày như sau :
 Chương 1. Tổng quan về IP Multicast. Chương trình bày về công
nghệ IP Multicast bao gồm nguyên lý hoạt động, các giao thức định
tuyến và truyền tải IP Multicast.
 Chương 2. Tìm hiểu các yêu cầu kỹ thuật của một số dịch vụ dựa
trên IP Multicast. Tìm hiểu các dịch vụ dựa trên công nghệ IP
Multicast, phân loại ứng dụng và các yêu cầu kỹ thuật đối với dịch vụ.
 Chương 3. Ứng dụng Multicast trong dịch vụ MobileTV. Giới thiệu
về dịch vụ MobileTV và ứng dụng Multicast trong dịch vụ MobileTV
đưa ra kết luận và một số kiến nghị.

Do hạn chế về thời gian cũng như khả năng chưa cho phép nên chắc rằng
đồ án vẫn còn nhiều thiếu sót. Em mong nhận được các ý kiến đóng góp từ phía
Thầy, Cô và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn.
Thái Nguyên, Tháng 6 năm 2012.
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Lộc.

1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IP MULTICAST
1.1 Công nghệ IP Multicast
1.1.1 Giới thiệu chung
IP Multicast là thuật ngữ kỹ thuật mô tả một nhóm các công nghệ và tiêu
chuẩn cho phép một gói tin có thể được gửi đến nhiều nơi trong cùng thời điểm.
Cách thức thông thường 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. Công nghệ IP Multicast cho phép việc truyền tải đa điểm – đa điểm như
hội nghị, hay truyền tải điểm – đa điểm như việc quảng bá âm thanh, video trên
internet.

Unicast
Host

Router

Multicast
Host

Router

Hình 1.1 Truyền tin theo phương thức Unicast và Multicast.
Trong chương này trình bày những vấn đề chung nhất về công nghệ dựa trên
IP Multicast. Từ đó nghiên cứu những cứu lợi ích khi triển khai IP Multicast.

2


1.1.2 Cơ chế chung cho IP Multicast
Phần này mô tả cách thức xác định và quản lý các nhóm IP Multicast. Đồng
thời trình bày các kỹ thuật phân phối dữ liệu từ nguồn đến các thành viên nhóm
IP Multicast. Các kỹ thuật cho Multicast tin cậy thỏa mãn các yêu cầu của một số
ứng dụng cũng được giới thiệu.
 Thành viên nhóm IP Multicast
Thành viên nhóm Multicast có thể là người gửi hay người nhận.
 Nhóm trạm
Một vấn đề quan trọng của IP Multicast là nhóm Multicast. Một nhóm
Multicast được cấp phát cho một địa chỉ lớp D làm địa chỉ đại diện cho nhóm đó.
Số lượng thành viên của nhóm có thể là 0, 1 hay nhiều thành viên. Các thành
viên có thể nằm tại các subnet khác nhau.
 Địa chỉ nhóm IP Multicast
Một địa chỉ multicast được gán tới một tập các host nhận để định nghĩa một
nhóm multicast. Các host gửi sử dụng địa chỉ multicast làm địa chỉ IP đích của
gói tin để truyền gói tin đó tới tất cả các thành viên trong nhóm.


Địa chỉ IP multicast

Một địa chỉ IP multicast là một địa chỉ IP lớp D trong phạm vi từ 224.0.0.0
đến 239.255.255.255. Một số địa chỉ này được dành riêng cho mục đích đặc biệt.



Ánh xạ địa chỉ IP multicast sang địa chỉ MAC

Khi một router trong một subnet nhận được một gói tin multicast lớp 3, nó
có thể ánh xạ một địa chỉ IP multicast này thành một địa chỉ multicast lớp 2, có
thể là một địa chỉ Ethernet MAC.
 Quản lý thành viên nhóm IP Multicast
Do thành viên nhóm Multicast có thể thay đổi động, do đó cần thiết phải có
giao thức quản lý thành viên nhóm. Các mạng IP sử dụng giao thức IGMP để
thông báo cho các bộ định tuyến về các thành viên.

3


 Kỹ thuật phân phối
 Tràn (Flooding)
Sử dụng thuật toán tràn, khi một bộ định tuyến nhận một gói tin được đánh
địa chỉ một nhóm Multicast nó quyết định xem liệu nó đã nhìn thấy gói tin này
hay chưa. Nếu đó là gói tin được nhận lần đầu, gói tin này sẽ được chuyển tiếp
đến tất cả các giao tiếp chỉ trừ giao tiếp nó đến. Nếu bộ định tuyến đã nhận bản
tin này trước đó thì gói tin này sẽ bị hủy để tránh lặp định tuyến.
 Cây mở rộng (Spanning tree)
Một giải pháp hiệu quả hơn flooding là lựa chọn một subnet của topo mạng
để hình thành một cây mở rộng. Cây mở rộng định nghĩa một cấu trúc cây mà chỉ
có một tuyến đường hoạt động giữa bất cứ 2 router nào đó.
Cây mở rộng giúp tập trung lưu lượng trên một số lượng nhỏ các liên kết
và có thể cung cấp tuyến đường hiệu quả giữa mạng nguồn và các thành viên
trong nhóm.
 Kỹ thuật cây nguồn (source-based tree)

Xây dựng một spanning tree cụ thể đối với mỗi nguồn.
Đây là dạng đơn giản nhất của một cây phân phối multicast. Một cây nguồn
có gốc là nguồn multicast và các nhánh được mở rộng qua mạng đến các máy thu
(receiver). Ký hiệu (S,G) được sử dụng để mô tả một cây SPT với S là địa chỉ IP
của nguồn và G là địa chỉ nhóm multicast.
Các SPT đạt được tạo thành topo tuyến đường tối ưu giữa nguồn và các
máy thu, tức là số lượng các hop là nhỏ nhất. Kết quả, trễ chuyển tiếp cho việc
phân phối lưu lượng multicast là thấp nhất cho mạng. Tuy nhiên các Mrouter
luôn phải duy trì thông tin về tuyến đường từ nó tới mỗi nguồn. Trong một mạng
lớn có nhiều nguồn và nhiều điểm nhận thì thông tin trạng thái tuyến đường trở
thành gánh nặng với các router. Các router cần phải có bộ nhớ lớn để lưu trữ
bảng định tuyến.

4


 Kỹ thuật cây chia sẻ (shared-tree)
Cây chia sẻ sử dụng 1 gốc chung đặt ở một điểm đã lựa chọn trên mạng.
Gốc chung này được gọi là một điểm hẹn RP (Rendezvous Point) hay còn gọi là
lõi.
Cây chia sẻ đòi hỏi số lượng về thông tin trạng thái trên mỗi router là nhỏ
nhất, bởi vậy bộ nhớ yêu cầu cho mỗi router là tối ưu.
 Pruning ( lược bỏ ).
Lược bỏ đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì các cây phân phối
Multicast do việc giảm lưu lượng không mong muốn. Do một số thành viên trong
các phiên Multicast là thay đổi linh hoạt, các giao thức định tuyến Multicast phải
duy trì trạng thái của các cây phân phối các gói tin Multicast. Việc này được thực
hiện bởi một cơ chế pruning. Các lá và nhánh không còn chứa các thành viên của
nhóm Multicast bị loại bỏ khỏi cây.
 Các kỹ thuật Multicast tin cậy

Hầu hết các giao tiếp truyền tải Multicast tin cậy là khởi tạo bởi người nhận
hay sử dụng hướng tiếp cận lai - kết hợp tính tin cậy khởi tạo bởi người gửi và
người nhận, nghĩa là sử dụng NACK và ACK.
 Scoped Multicast
Hầu hết các thực thi Multicast hiện nay đạt được một số mức độ bằng việc
sử dụng trường TTL trong mào đầu gói tin IP.
 Cấp phát địa chỉ Multicast
IETF nghiên cứu “Kiến trúc cấp phát địa chỉ Multicast Internet” để các ứng
dụng Multicast được triển khai trên diện rộng.

5


1.2 Nghiên cứu các giao thức IP Multicast
1.2.1 Giới thiệu chung
Dịch vụ multicast được thử nghiệm trên diện rộng lần đầu tiên vào năm
1992 trên mạng MBONE.

1.2.1.1 Giao thức định tuyến IP Multicast
Chức năng của bất kỳ giao thức định tuyến nào là giúp router chuyển một
gói tin đi theo đúng hướng để cuối cùng giúp gói tin đến được địa chỉ đích dự
kiến.
Các giao thức định tuyến Multicast thường đi theo một trong hai hướng tiếp
cận cơ bản, phụ thuộc vào việc phân phối các thành viên nhóm Multicast trên
khắp mạng:

Multicast

Định tuyến Multicast

Giao thức quản
lý nhóm thành
viên

Truyền tải Multicast

Các giao thức
cấp phát địa
chỉ Multicast

Định tuyến nội miền

Định tuyến
Dense-Mode

Các giao thức
định tuyến
Multicast

Định tuyến liên miền

Định tuyến
Sparse-Mode

Hình 1.2 Phân cấp giao thức định tuyến Multicast

6


+, Dense Mode: các thành viên nhóm được phân tán mật độ dày đặc trên

mạng, băng thông mạng đầy đủ. Mode dựa vào kỹ thuật tràn để truyền thông tin.
+, Sparse Mode: các thành viên nhóm Multicast được phân tán lẻ tẻ trên
mạng; băng thông mạng là không nhất thiết sẵn sàng khắp mạng.

a, Giao thức định tuyến nội miền
Tính độc lập

Tính khả

giao thức

phân cấp

Tính hiệu quả

Dense Mode
Distance Vector Multicast

√

Routing Protocol (DVMRP)
[DVMRP, 99],[RFC1075,
88]
Multicast Open Shortest Path

√

First (MOSPF) [RFC1584,
94]
Protocol Independent

√

√

Multicast Dense Mode (PIMDM) [PIM-DM, 98], [RFC
2362]
Sparse Mode
Core Based Trees (CBT)

√

√

√

√

√

√

[RFC2189, 97]
Protocol-Independent
Multicast - Sparse Mode
(PIM-SM) [PIM-SM, 98]
[RFC2316, 98]

Bảng 1.1 Giao thức định tuyến nội miền

7


b, Giao thức định tuyến liên miền

Hierarchical Distance Vector

Tính độc lập

Tính khả

giao thức

phân cấp

√

Tính hiệu quả

√

Multicast Routing
Protocol (HDVMRP)
Ordered Core Based Tree

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

√

(OCBT)
Hierarchical Protocol
Independent Multicast (HPIM)
Border Gateway Multicast
Protocol (BGMP) [BGMP, 98]
Multicast đơn giản (SM)
Multicast tập trung (CM)

Bảng 1.2 Giao thức định tuyến liên miền

1.2.1.2 Giao thức truyền tải Multicast
Mạng hỗ trợ Multicast kích hoạt sự phát triển của các ứng dụng thông tin
nhóm như việc phổ biến dữ liệu đa điểm và các công cụ hội nghị đa người tham
gia. Gần đây đã được công nhận rộng rãi rằng các ứng dụng thông tin nhóm có
phạm vi yêu cầu truyền tải rộng hơn các ứng dụng unicast. Để hỗ trợ các ứng
dụng đó, một vài giao thức truyền tải Multicast đã được đề xuất và thực thi. Một
số giao thức truyền tải Multicast đặt ra các yêu cầu cho các dịch vụ thời gian thực
nhạy cảm trễ, như các công cụ hội nghị đa phương tiện. Các dịch vụ này có thể
chấp nhận mức độ tổn thất dữ liệu nhất định, nhưng nhạy cảm đối với biến đổi trễ
gói tin. Mặt khác, các dịch vụ phân phối dữ liệu truyền thống như truyền file đa
điểm không nhạy cảm với trễ nhưng cần được phân phát toàn bộ và không lỗi
(tính tin cậy).

8


Multicast

Định tuyến
Multicast

Truyền tải
Multicast tin
cậy

Truyền tải
Multicast

Ứng dụng định nghĩa
gói tin Truyền tải

Các giao thức
truyền tải
Multicast cho
ứng dụng thời
gian thực

Tin cậy

Giao thức
truyền tải
Multicast

Đóng
khung
lớp
ứng
dụng
(ALF)

Thời gian thực

Hình 1.3 Phân cấp các giao thức truyền tải IP Multicast
Các giao thức truyền tải Multicast có thể được chia thành ba nhánh chính.
Tương ứng với các yêu cầu của ứng dụng:
 Giao thức truyền tải Multicast tin cậy (truyền tin tức và file).
 Giao thức truyền tải Multicast cho các ứng dụng thời gian thực (như

RTP).
 Giao thức truyền tải Multicast dựa trên khái niệm Application Layer
Framing (ALF).

9


1.2.2 Giao thức quản lý nhóm IGMP
1.2.2.1 Giới thiệu chung

Hình 1.4 Cấu trúc mạng để truyền dịch vụ Video sử dụng IGMP
IGMP (Internet Group Management Protocol) là một giao thức được sử
dụng để quản lý nhóm thành viên IP Multicast. IGMP được sử dụng bởi các IP
Host gắn với định tuyến Multicast để thiết lập các nhóm thành viên Multicast.
Giao thức IGMP phát triển từ giao thức Host Membership Protocol. IGMP
phát triển từ IGMPv1 (RFC1112) đến IGMPv2 (RFC2236) và đến phiên bản cuối
cùng IGMPv3 (RFC3376). Các thông điệp IGMP được gửi bên trong gói tin IP
với trường protocol number bằng 2, trong đó trường TTL có giá trị bằng 1. Các
gói IGMP chỉ được truyền trong LAN và không được tiếp tục chuyển sang LAN
khác do giá trị TTL của nó. Hai mục đích quan trọng nhất của IGMP là:
 Thông báo cho router multicast rằng có một máy muốn nhận multicast
traffic của một nhóm cụ thể.
 Thông báo cho router rằng một có một máy muốn rời một nhóm multicast.

1.2.2.2 IGMPv1
Cứ mỗi 60 giây, một router trên mỗi phân đoạn mạng sẽ gửi truy vấn đến
tất cả các host để kiểm tra xem các host này có còn quan tâm nhận multicast
traffic nữa không? Router này gọi là router truy vấn IGMPv1 Querier và chức
năng của nó là mời các host tham gia vào nhóm.

10


Nếu một host muốn tham gia vào một nhóm, hoặc nó muốn tiếp tục nhận
traffic từ một nhóm mà nó đã tham gia, nó phải trả lời lại bằng thông điệp
membership-report. Các host có thể tham gia vào các nhóm multicast ở bất kỳ
thời điểm nào.
Tuy nhiên IGMPv1 không có cơ chế để cho phép một host rời khỏi một
nhóm nếu host đó không còn quan tâm đến nội dung của nhóm multicast đó.
Thay vào đó, router sẽ kết luận là một cổng giao tiếp của nó không còn thuộc về
một nhóm multicast nào nếu router không nhận được thông điệp membershipreport trong ba chu kỳ truy vấn liên tiếp.
Để tham gia vào một nhóm multicast, một host sẽ gửi một thông điệp đăng
ký tham gia vào nhóm đến router cục bộ của nó. Thông điệp này có tên là
Membership Report IGMP. Thông điệp này sẽ thông báo cho router về địa chỉ
nhóm multicast mà host muốn tham gia vào. Địa chỉ multicast tượng trưng cho
tất cả các máy 224.0.0.1 được dùng như địa chỉ đích. Trong thông điệp này có
chứa địa chỉ nhóm multicast.
Định dạng bản tin IGMPv1 như sau:
0

34
Version

7 8
Type

15 16
Code

31

Checksum

Group Address

Hình 1.5 Cấu trúc thông điệp IPMGv1
Một thông điệp IGMPv1 có 5 trường:
1. Version: độ dài 4-bit, luôn luôn gán giá trị bằng 1.
2. Type: Trường giá trị 4-bit, chỉ ra 2 loại thông điệp được định nghĩa bởi
IGMPv1. Type 1 là kiểu Host Membership Query, được dùng chỉ bởi router.
Type 2 là kiểu Host Membership report được dùng chỉ bởi host.
3. Unused: độ dài 8-bit chứa giá trị 0 khi được gửi và bị bỏ qua khi được
nhận.

11


4. Checksum: mang giá trị 16-bit checksum được tính toán bởi nguồn của
thông điệp IGMP.
5. Địa chỉ nhóm: Được gán về giá trị 0.0.0.0 khi router gửi ra gói tin
Membership query.

1.2.2.3 IGMPv2
Phiên bản IGMPv2 có các gói tin truy vấn là General Queries. Các gói này
có thể gửi tới địa chỉ all-hosts hoặc tới từng nhóm cụ thể. Một cải tiến khác nữa
là các host được phép rời khỏi nhóm. Khi một host quyết định rời khỏi một nhóm
nó đã tham gia, nó sẽ gửi thông điệp LeaveGroup đến địa chỉ all-router 224.0.0.2.
Tất cả các router trên một phân đoạn mạng nội bộ sẽ lưu ý thông điệp này và
router truy vấn sẽ tiếp tục quá trình. Router sẽ trả lời thông điệp trên bằng thông
điệp truy cập gửi theo nhóm. Thông điệp này sẽ hỏi rằng có còn host nào muốn
nhận traffic cho nhóm đó nữa không? Bất cứ host nào cũng phải trả lời lại bằng

thông điệp membership report. Nếu khác đi, router sẽ kết luận một cách an toàn
là không cần thiết chuyển traffic cho nhóm đó trên phân đoạn mạng đó. Khoảng
thời gian này mặc định là 3 phút.
IGMPv2 có thêm một số tính năng mới:
 Group-specific Query: cho phép router gửi truy vấn cho một nhóm cụ thể
thay vì cho tất cả các nhóm.
 Maximum response Time: Một trường mới trong gói tin truy vấn, cho
phép hiệu chỉnh khoảng thời gian cho thông điệp Host membership report.
 Leave group message: cho phép host thông báo cho router rằng host muốn
rời khỏi nhóm.
 Bầu chọn router truy vấn: cung cấp cơ chế cho phép bầu chọn router gửi
ra các thông điệp truy vấn khi có nhiều router cùng kết nối vào một
subnet.

12