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 đ
iều kiện học tập tốt

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

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

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 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

ử 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. D
ễ 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 l
ượng 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

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 tiế
t 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 th
ống.
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 phả
i 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

multicast, bước kế tiếp là thay thế hạ t
ầng 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 th
ừa
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 bi
ệt 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 m
ạng 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


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 mộ
t địa chỉ lớp D.

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 b
ằng 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.
Multicast Group ID
0 1 1 1
Class D
28 bits
8 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

X Y Z
IP Multicast
224 - 239
9

− Địa chỉ toàn cục 224.0.1.0 - 238.255.255.255 được dùng bởi bất cứ đối
tượng nào. Các địa chỉ này được 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 được sử dụng, nó có tác dụng điều khiển đường 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 đường đi ngắn nhất nên còn có tên là cây
đường 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 đường đi ngắn nhất của host A
10 Hình 1.6: Cây đường đi ngắn nhất của host B
Ký hiệu đặc biệt (S, G) chỉ ra một cây SPT trong đó S là địa chỉ IP của
nguồn dữ liệu và G là địa chỉ của nhóm multicast. Áp dụng cho mạng như trên
hình 1.5 ký hiệu có thể được viết như sau (192.1.1.1, 224.1.1.1). Mỗi ký hiệu (S,
G) ứng với một nguồn gửi dữ liệu vì thế nếu host B cũng gửi dữ liệu tới nhóm

dụng đó là cho gốc của cây chia sẻ tham gia vào một cây SPT có gốc là nguồn dữ
liệu. Hình 1.9 minh họa một cây chia sẻ một chiều trong đó gốc của cây tham gia
vào cây SPT có g
ốc là host B và dữ liệu được gửi từ B tới gốc. Khi gốc cây nhận
12

dữ liệu nó sẽ gửi dữ liệu xuống các nhánh để tới các máy nhận. Giao thức định
tuyến PIM sử dụng phương pháp này để lấy dữ liệu từ nguồn tới router RP.

Hình 1.8: Cây chia sẻ hai chiều

Hình 1.9: Cây chia sẻ một chiều sử dụng cây SPT
13 Hình 1.10: Cây chia sẻ một chiều sử dụng định tuyến unicast
Một cách khác để gửi dữ liệu multicast tới gốc cây là cho gốc cây kết nối
trực tiếp với nguồn và dữ liệu được gửi tới gốc thông qua phương thức unicast.
Giao thức định tuyến CBT sử dụng phương pháp này khi một máy nguồn chỉ gửi
dữ liệu tới nhóm (máy nguồn chỉ gửi dữ liệu và không nhậ
n dữ liệu từ nhóm).
Trong hình 1.10 host A là nguồn chỉ gửi dữ liệu nó không tham gia vào nhóm
multicast vì thế nó không thuộc một nhánh trên cây chia sẻ.
Trong ví dụ trên router A đóng gói dữ liệu multicast từ host A và sử dụng
định tuyến unicast để gửi gói tin trực tiếp đến gốc cây. Tại gốc cây dữ liệu được
mở gói và gửi xuống các nhánh cây để tới máy nhận.
1.5 Chuyển tiếp multicast
Trong cơ chế định tuyến unicast, lưu lượng được chuyển tiếp qua mạng
theo một đường duy nhất từ nguồn tới đích. Router unicast không thực sự quan
tâm đến địa chỉ nguồn, nó chỉ quan tâm đến địa chỉ đích và cách để chuyển tiếp