TÌM HIÊU CÔNG NGHỆ IP MULITICAST

Chia sẻ: Đinh Công Thiện | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:91

Thêm vào BST

Báo xấu

197
lượt xem 60
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

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...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: 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 Router trên biên vùng tự trị Border Routers DR Designated Router Router được lựa chọn DVMRP Distance Vector Multicast Giao thức định tuyến multicast véc- Routing Protocol tơ khoảng cách IGMP Internet Group Giao thức quản lý nhóm Internet 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 Đường trục multicast MOSPF Multicast Open Shortest Giao thức định tuyến multicast dựa Path First 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 Giao thức định tuyến multicast độc Multicast lập PIM-DM Protocol Independent Giao thức định tuyến multicast độc Multicast Dense Mode lập theo mô hình tập trung PIM-SM Protocol Independent Giao thức định tuyến multicast độc Multicast Sparse Mode 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 Giao thức thông tin định tuyến Protocol RPF Reverse Path Forwarding Kiểm tra đường dẫn ngược RP Rendezvous Point Điểm hẹn RTCP Real Time Transport Giao thức điều khiển truyền thông Control Protocol thời gian thực RTP Realtime Transport Giao thức truyền thông thời gian Protocol 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 như quá trình
2 tham gia nhóm multicast thông qua giao thức Internet Group Management Protocol. − Tìm hiểu các giao thức định tuyến cơ bản được sử dụng trong truyền thông multicast như 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. Hướng tiếp cận Với mục tiêu là tìm hiểu công nghệ IP multicast, luận văn được tiếp cận theo hướng tập trung nghiên cứu các khái niệm, tìm hiểu các giao thức phổ biến của multicast từ đó chỉ ra được các ưu điểm, nhược điểm cũng như khả năng áp dụng của IP multicast vào các ứng dụng. 4. Kết cấu của luận văn − Luận văn gồm phần mở đầu, 03 chương và kết luận. − Chương 1: Trình bày các vấn đề cơ bản của IP multicast như địa chỉ multicast, cây phân phối multicast, chuyển tiếp multicast và quá trình tham gia nhóm multicast. − Chương 2: Trình bày các giao thức định tuyến được 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. − Chương 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 hướng nghiên cứu tiếp theo của luận văn.
3 CHƯƠNG 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 như hội nghị, hay truyền tài điểm – đa điểm như 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 phương tiện và sự cải tiến công nghệ IP multicast. Multicast là thuật ngữ kỹ thuật, có nghĩa 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. Trên mạng multicast, một gói tin có thể được gửi từ một máy tính đến một vài máy tính khác, thay vì gửi gói tin đó lần lượt đến từng máy tính. Do 5, 10 hay 100 máy có thể nhận được cùng gói tin nên băng thông được tiết kiệm. Khi sử dụng multicast để gửi đi gói tin thì không cần thiết phải biết địa chỉ của những người cần nhận luồng tin multicast đó: dữ liệu được quảng bá theo một phương thức mà những người quan tâm đến nó có thể nhận được. Hình 1.1: Truyền thông unicast và multicast Các mạng hỗ trợ multicast cung cấp nhiều dịch vụ và các ứng dụng cho người sử dụng đầu cuối. Nhiều ứng dụng hỗ trợ multicast là các ứng dụng đa
4 phương tiện, tuy nhiên còn có nhiều loại ứng dụng khác nhau sử dụng công nghệ IP multicast cho các mục đích không phải đa phương 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 như truyền file, dữ liệu, video theo yêu cầu … Truyền tải multicast đưa lại nhiều ưu điểm so với unicast truyền thống. Băng thông của mạng được tận dụng hiệu quả hơn do nhiều luồng dữ liệu được thay thế bởi một luồng dữ liệu multicast. Công nghệ này đem lại chất lượng tối ưu do cần ít bản sao dữ liệu để chuyển đi và xử lý tại các nút mạng. Để có thể có được các ưu điểm của IP multicast, thì khả năng định tuyến multicast phải được hỗ trợ tại các nút mạng. Tùy thuộc vào chính sách sử dụng và nhu cầu của người 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 phương tiện có tầm quan trọng đối với nhà vận hành mạng. Multicast không chỉ đem lại lợi ích cho người 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 hưởng phụ không mong muốn (các gói tin có thể bị hủy) so với các ứng dụng unicast tương tự dựa trên TCP. Tuy nhiên, việc thiếu kiểm soát nghẽn có thể dẫn đến việc suy giảm chất lượng mạng tổng thể. Các gói tin trùng có thể thỉnh thoảng được tạo ra khi các topo mạng multicast thay đổi. Trong tương lai việc triển khai IPv6 sẽ đem lại multicast có sẵn cho người sử dụng mạng. Phần mềm định tuyến tin cậy hơn với các giao thức mới sẽ tận dụng được hạ tầng mạng. Với multicast có sẵn, các vấn đề định tuyến sẽ được giải quyết dễ dàng hơn và băng thông sẽ được tiết kiệm hơn. Multicast là một công nghệ tương đối mới cho phép các khách hàng được hưởng lợi từ các ứng dụng thời gian thực mà đáng ra phải yêu cầu một lượng băng thông cực lớn. Công nghệ này cho phép nhiều loại công ty đưa các sản phẩm của họ đến các nhóm người với chi phí thấp so với unicast. Multicast giảm lưu lượng mạng và tiết kiệm băng thông cho phép người dùng khai thác khả năng sử dụng cực đại có thể của Internet. Multicast cung cấp cho các người sử dụng liên quan đến Internet (các người 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 lượng thông tin lớn đến các nhóm người dùng được lựa chọn. Để có được multicast trên Internet hay các mạng Intranet, cách đầu tiên là kết nối các ốc đảo mạng hỗ trợ multicast với các đường hầm IP multicast. Do các đường hầm này không khả phân cấp và không đưa lại các ưu điểm kế thừa của multicast, bước kế tiếp là thay thế hạ tầng đường hầm với hạ tầng định tuyến multicast thực sự. Công nghệ multicast hiện tại đưa 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 tương tự như 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 như UDP, RTP có thể sử dụng trên nóc của IP multicast, TCP và các giao thức truyền tải tin cậy hơn trong các môi trường unicast không hộ trợ multicast. Do vậy các giao thức truyền tải multicast phải được phát triển và vì thế không có giao thức truyền tải mục đích chung cho mọi trường hợp, tuy nhiên lại xuất hiện các giao thức khả cấu hình cao và các giao thức được chuyên biệt cao cho các mục đích truyền tải tin cậy đặc biệt trong môi trường 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 lưu lượng 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 như 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 lưu lượng gửi tới địa chỉ nhóm multicast. − Router sẽ chuyển dữ liệu multicast tới tất cả các mạng con có thành viên của nhóm. Trong trường 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 phương 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 Multicast Group ID 1 1 1 0 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 tương đương với giao thức phân giải địa chỉ như trong truyền thông unicast, một dạng giá trị đặc biệt dành riêng cho địa chỉ MAC của multicast sẽ được dùng. Các địa chỉ này bắt đầu bằng 01005E, phần 28 bit sau của địa chỉ IP multicast sẽ được ánh xạ vào 23 bit thấp của địa chỉ MAC bằng một giải thuật đơn giản.
8 224 - 239 X Y Z 1110 IP Multicast 28 bit 5 bit Không sử dụng Ánh xạ sang địa chỉ MAC Multicast 000000010 0000000010111010 MAC Address 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 được chép từ địa chỉ IP sang địa chỉ MAC. Tuy nhiên chú ý rằng có 5 bit của địa chỉ IP không được 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 tương 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 được 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 được 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 được xác định trước. − Khoảng địa chỉ dành cho quản trị 239.0.0.0 - 239.255.255.255 được dùng trong các miền multicast khác nhau, giống như dãy địa chỉ dành riêng trong RFC1918. Địa chỉ này không được sử dụng giữa các miền multicast nên nó có thể được dùng lại nhiều lần.