TRUYỀN HÌNH QUA MẠNG CHỒNG PHỦ NGANG HÀNG P2PTV

TRUYỀN HÌNH QUA MẠNG CHỒNG PHỦ NGANG HÀNG P2PTV

Chương 1 : Tổng quan về P2P

Chương 2 : Các ứng dụng triển khai trên mạng P2P-overlay

Chương 3 : Truyền hình trực tuyến qua mạng ngang hàng sử dụng phương

pháp tiếp cận Pull-Push

Cấu trúc P2PTV với cấu trúc các mạng truyền hình TV khác Đánh

giá chất lượng P2PTV trên cơ sở so sách blocking với IPTV

Ngày giao đồ án:……/ /2014

Ngày nộp đồ án: ……/12/2014

Ngày … tháng 12 năm

2014Giảng viên hướng dẫn

Vũ Đức Minh

1

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

Điểm: (bằng chữ ……… )

Ngày … tháng 12 năm 2014 Giảng viên hướng dẫn

Vũ Đức Minh

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

……….

Điểm: (bằng chữ ……… )

Ngày … tháng 12 năm 2014 Giảng viên phản biện

Mục Lục

Mục Lục

Danh Mục hình vẽ

Danh mục công thức :

Thuật ngữ viết tắt

Từ viết tắt

Chương 1: Tổng quan về P2P

1.1 Phân loại các hệ thống mạng máy tinh :

1.2 Tổng quan về mạng ngang hàng :

1.2.1 Giới thiệu :

1.2.2 Định nghĩa :

1.2.3 So sánh mô hình P2P với mô hình truyền thống client/server :

1.3 Phân loại mạng ngang hàng :

1.3.1 Mạng ngang hàng không cấu trúc:

1.3.1.1 1.3.1.2 1.3.1.3 Đặc điểm hệ thống mạng ngang hàng tập trung :

Các mạng ngang hàng thuần túy :

Các mạng ngang hàng lai ghép :

1.3.2 Mạng ngang hàng có cấu trúc :

1.4 Các vấn đề đối với mạng ngang hàng :

1.4.1 Tính bảo mật :

1.4.2 Độ tin cậy :

1.4.3 Độ linh động:

1.4.4 Cân bằng tải :

1.5 Kết luận chương 1 :

Chương 2: Các ứng dụng trên mạng ngang hàng

2.1 Các loại dịch vụ trong mạng ngang hàng che phủ

2.1.1 Chia sẻ file :

2.1.2 P2p Video-on-demand :

2.1.3 P2P live TV :

2.1.4 P2P voice over IP :

2.1.5 P2P gaming :

2.1.6 Các mạng phân phối nội dung :

2.1.6.1 2.1.6.2 2.1.6.3 Phân loại kiểu cung cấp nội dung

P2p Caching :

Vấn đề về tính toàn vẹn của dữ liệu và đồng bộ :

2.2 Các ví dụ về các ứng dụng cho các loại dịch vụ :

2.2.1 Chia sẻ và lưu trữ file :

2.2.1.1 2.2.1.2 2.2.1.3 2.2.1.4 eDonkey :

BiTtorent :

Mạng Gnutella :

Mạng Napster :

2.2.2 P2P VoD and Live TV :

2.2.2.1 2.2.2.2 2.2.2.3 2.2.2.4 PeerCast :

Freecast :

PPLive :

Sopcast :

2.2.3 P2P VoIP:

2.2.3.1 Skype :

2.3 Kết luận chương 2 :

Chương 3: So sánh chất lượng P2PTV với IPTV thông qua tham số đánh giá xác suất bị chặn

3.1 Xu hướng xem video/TV hiện đại

3.1.1 Internet TV :

3.1.2 IPTV : 3.1.3 P2P TV :

3.1.4 Hướng tiếp cận Netalter:

3.2 Đánh giá chất lượng của IPTV P2P trên cơ sở so sánh xác suất blocking với IPTV :

3.2.1 Định nghĩa :

3.2.2 Xác suất blocking trong IPTV :

3.2.2.1 3.2.2.2 3.2.2.3 Mô hình giả định :

Tính toán khả năng blocking:

Trường hợp nghiên cứu cụ thể là IPTV Dutch

3.2.3 Xác suất blocking trong P2PTV :

3.2.3.1 3.2.3.2 3.2.3.3 Mô hình giả sử : Tính xác suất blocking :

Trường hợp nghiên cứu cụ thể là Sopcast :

3.2.4 So sánh blocking của 2 phương pháp :

Kết luận :

Kết luận

Tài liệu tham khảo

Danh Mục hình vẽ Hình 1-1 : Hệ thống mạng 7

Hình 1-2: Hệ thống mạng chủ/khánh 8

Hình 1-3 : Mô hình client /server 10

Hình 1-4 : Mô hình peer-to-peer 10

Hình 1-5 : Mạng ngang hàng tập trung thế hệ thứ nhất (Napster) 15

Hình 1-6 : Mạng ngang hàng thuần túy (Gnutella 4.0, FreeNet) 16

Hình 1-7 :Mô hình mạng ngang hàng kiểu lai ghép 17

Hình 2-1 : Ví dụ về caching trong mạng CDN 37

Hình 2-2 : Ví dụ cụ thể về Caching trong CDN 38

Hình 2-3 : Mạng Gnutella 43

Hình 2-4 : Mạng Napster 45

Hình 2-5 : Tìm kiếm trên mạng Napster 45

Hình 3-1 Cấu trúc mạng internet TV 52

Hình 3-2 Cấu trúc mạng IPTV 53

Hình 3-3 : Cấu trúc mạng P2PTV 58

Hình 3-4: Cấu trúc mạng NetAlter 61

Hình 3-5 : Mô hình giả định về kiến trúc IPTV 66

Hình 3-6 : Chuỗi Markov hai trạng thái biểu thị cho tình trạng của kênh i 68

Hình 3-7 :Biểu thị B(i) blocking end-to-end với m=60,n=120 Hình dưới biểu diễn các B(i) khác nhau với các C khác nhau với K=170 ,s=171, QIPTV=400 71

Hình 3-8: Mô hình P2PTV khi người sử dụng U có 2 parents 73

Hình 3-9 : Blocking P2PTV end-to-end với các giá trị khác nhau ( có số kênh là K , số người sử dụng đang hoạt đọng trong hệ thống là N và QP2PTV =λ/өi 79

Danh mục công thức :

CT : 3-1 : Khả năng blocking B(i) 66

CT : 3-2 : Bproc 67

CT : 3-3 Blink 67

CT : 3-4 : Pi 68

CT : 3-5: BEngset(i) 68

CT : 3-6 b(i) 74 CT : 3-7 74 CT : 3-8 btime(i) 76 CT : 3-9 bdyn(i) 76

hàng mã nguồn mở củaSun Microsystems

MSD Multipe Soure Download Tải nguồn tài nguyên

từ nhiều phíaISP Internet service Provider Nhà cung cấp dịch vụ

internet

Chương 1: Tổng quan về mạng ngang hàng

1.1 Phân loại các hệ thống mạng máy tinh

Ban đầu khi mạng máy tính mới ra đời, tốc độ máy còn thấp, số lượng máy tham gia trong mạng chưa cao, nhu cầu trao đổi thông tin mới chỉ dừng lại ở những tập tin có kích thước bé nên việc quản lý mạng còn rất đơn giản, cấu trúc của mạng chỉ gồm một vài máy Các máy trong mạng được nối trực tiếp với nhau thông qua cổng com hay cổng máy in LPT… Đó là mô hình mạng ngang hàng sơ khai nhưng lại là cơ sở để phát triển mạng ngang hàng sau này trên một hệ thống máy tính rộng lớn

Sự phát triển vượt bậc của công nghệ làm cho các máy tính ngày càngnhanh hơn, lượng tài nguyên lưu trữ là rất lớn và nhu cầu trao đổi của con ngườingày càng tăng lên Lúc này các máy tính được kết nối khắp toàn cầu đòi hỏi phải

có sự ra đời của phương thức quản lý mới với những giao thức, giao diện mới.Các mô hình hệ thống mạng ra đời, Hình 1-1 thể hiện sự phát triển của hệ thốngmạng máy tính

Hình 1-1 : Hệ thống mạng

Sự tính toán xử lí dữ liệu đầu vào hoặc tài nguyên tại các node trên mạng

có thể chia thành hệ thống xử lí tập trung và xử lí phân tán Giải pháp tập trung dựa vào một node được chỉ định là computer node sẽ xử lí tất cả các ứng dụng cục

bộ Hệ thống tập trung thường được triển khai tại một cơ quan, tổ chức khi các máy tính được liên kết với nhau trong một không gian kín, không có sự liên kết với mạng bên ngoài Với hệ thống phân tán, các bước xử lí một ứng dụng được chia đều giữa các node tham gia với mục đích giảm thiểu chi phí tính toán và truyền thông Mọi thông tin, tài nguyên trong mạng được phân tán khắp nơi

Hệ thống phân tán có thể được chia nhỏ hơn thành mô hình mạng khách và mô hình ngang hàng Trong hệ thống mạng chủ-khách có sự phân biệt giữa các máy tính trong mạng, một số ít các máy gọi là máy chủ (server), đây là những máy có khả năng tính toán rất mạnh, tốc độ xử lý nhanh Tại những máy này có lưu trữ tài nguyên mạng và các dịch vụ, nó đóng vai trò là người phục vụ cho các yêu cầu của máy tính khác trong mạng về tài nguyên và dịch vụ Phần lớncác máy còn lại gọi là máy khách (client), nó chỉ đưa ra các yêu cầu và sử dụng tàinguyên trên mạng mà không thể chia sẻ các tài nguyên hay dịch vụ của chính nó Trong hệ thống chủ-khách các máy khách khi vào hệ thống được nối với máy chủ,nhận quyền truy nhập và tài nguyên mạng từ máy chủ Các máy khách được sắp xếp tổ chức theo một quy luật nhất định và đặt dưới sự quản lý của máy chủ Mô hình hệ thống chủ-khách được minh họa như Hình 1-2

chủ-Hình 1-2: Hệ thống mạng chủ/kháchTrong hệ thống chủ-khách có thể phân loại ra thành hệ thống phẳng (flat)

và hệ thống có trật tự phân cấp (hierachical) Việc phân loại này dựa trên cấu

trúc của hệ thống Trong hệ thống phẳng tất cả các máy khách chỉ kết nối với duynhất một máy chủ phục vụ, còn trong hệ thống có phân cấp thì các máy đượcphân theo thứ bậc về vai trò trong mạng làm cải thiện tính linh hoạt của hệ thống.

Ưu điểm chính của hệ thống này là sự đơn giản của nó Vì tất cả dữ liệu đều được tập trung tại một vị trí nên việc quản lý hệ thống là khá dễ dàng và cũng tương đối dễ bảo mật Tuy nhiên, trở ngại của hệ thống này cũng chính bởi mọi thông tin đều tập trung tại máy chủ Do đó, nó là một điểm có thể gây lỗi trầm trọng cho hệ thống vì nếu gặp trục trặc, toàn bộ các ứng dụng client nối với servercũng sẽ gặp trục trặc theo Server cũng là nơi làm đình trệ hiệu năng của hệ thống.Mặc dù kiến trúc Client/Server được chấp nhận rộng rãi tại các Web-server hay các database-server nhưng nhược điểm về tính mở rộng và tỉ lệ gặp lỗi làm cho hệthống này không thích hợp với việc triển khai các ứng dụng phân tán đa năng

1.2 Tổng quan về mạng ngang hàng

1.2.1 Giới thiệu

Mạng ngang hàng (Peer-to-Peer – P2P) bắt đầu xuất hiện từ 1999 và đã thu hút sự quan tâm của giới CNTT trong những năm gần đây Đặc biệt việc áp dụng các mô hình P2P trong việc xây dựng những ứng dụng chia sẻ file (file sharing), điện thoại trên nền Internet (Internet-based telephony) đã đạt được nhiều thành công

Hiện nay các ứng dụng P2P chiếm khoảng 50% (thậm chí 75%) băng thôngtrên Internet

1.2.2 Định nghĩa

“Mạng ngang hàng” là một kiểu mạng được thiết kế cho các thiết bị trong

đó có chức năng và khả năng của các thiết bị đó là như nhau

Mạng P2P không có khái niệm máy trạm (client) hay máy chủ (server), mà chỉ có khái niệm các node (peers) đóng vai trò như cả client và server

Hình 1-4 : Mô hình client /server

Overlay network:

Hình 1-3 : Mô hình peer-to-peer

• Là mạng máy tínhđược xây dựngtrên nền của mộtmạng khác Cácnodes trongmạng overlayđược xem là nốivới nhau bằngliên kết ảo(logical links),mỗi liên kết ảo

có thể bao gồmrất nhiều các liênkết vật lí củamạng nền

• Rất nhiều cácmạng P2P đượcgọi là overlay

networks vì nóđược xây dựng

và hoạt độngtrên nền củaInternet VD:

Gnutella,Freenet, DHTs

…

• Dial-up Internet cũng là một overlay networktrên nền

telephone network

1.2.3 So sánh mô hình P2P với mô hình truyền thống client/server

P2P

-Một mạng ngang hàng cho phép

các node (PCs) đóng góp, chia sẻ

nguồn tài nguyên với nhau Tài

nguyên riêng rẽ của các node (ổ

cứng, CD-ROM, máy in … Các

nguồn tài nguyên này có thể được

truy cập từ bất cứ node nào trong

mạng

- Các node đóng vai trò như cả

Client (truy vấn thông tin) và

Server (cung cấp thông tin)

-Dữ liệu được lưu trữ ở một Server trungtâm, tốc độ cao (Tốc độ truy cập thườnglớn hơn so với mạng (P2P)

- Khi một máy client yêu cầu lấy thôngtin về thời gian nó sẽ phải gửi một yêucầu theo một tiêu chuẩn do server định

ra, nếu yêu cầu được chấp nhận thì máyserver sẽ trả về thông tin mà client yêucầu

Ưu điểm

- Không cần server riêng, các

client chia sẻ tài nguyên Khi

-Thuận lợi cho việc chia sẽ file,

máy in, CD-ROM v.v…

-Tốc độ truy cập nhanh

-Khả năng mở rộng cao

-Hoạt động với bất kì loại ứng dụng nào

-Sử dụng được với các ứng dụng chia sẻ

cơ sở dữ liệu

- Đáng tin cậy hơn (có server riêng)

Nhược điểm

1.3 Phân loại mạng ngang hàng

Mạng ngang hàng có thể được phân loại theo mục đích sử dụng và phân loại theo mức độ tập trung của mạng (đối với P2P overlay networks)

Phân loại theo mục đích sử dụng :

• Chia sẻ file (file sharing)

• Điện thoại VoIP (telephony)

• Đa phương tiện media streaming (audio, video)

• Diễn đàn thảo luận (Discussion forums)

Phân loại theo mức độ tập trung của mạng : bao gồm phân phối tài nguyên lưu trữ, sự xử lý, thông tin chia sẻ cũng như thông tin điều khiển

1.3.1 Mạng ngang hàng không cấu trúc

Nơi lưu trữ nội dung (files) hoàn toàn không liên quan gì đến overlay

topology (cấu trúc hình học của mạng)

Kĩ thuật tìm kiếm chủ yếu là sử dụng flooding với các giải thuật tìm kiếm

ưu tiên theo chiều rộng (breadth – first), hoặc ưu tiên theo chiều sâu (depth-first) cho đến khi nội dung được tìm thấy Các kĩ thuật khác phức tạp hơn gồm bước nhảy ngẫu nhiên (random walk) và chỉ số routing (routing indices)

Các hệ thống không cấu trúc thường phù hợp trong trường hợp các node ra vào mạng thường xuyên, tùy y

1.3.1.1 Đặc điểm hệ thống mạng ngang hàng tập trung

Đây là mạng ngang hàng thế hệ thứ nhất, đặc điểm là vẫn còn dựa trên một máy chủ tìm kiếm trung tâm, chính vì vậy nó còn được gọi là mang ngang hàng tập trung (centralized Peer-to-Peer networks) Cấu trúc Overlay của mạng ngang hàng tập trung có thể được mô tả như một mạng hình sao

Nguyên tắc hoạt động :

• Mỗi client lưu trữ files định chia sẻ với các node khác trong mạng

• Một bảng lưu trữ thông tin kết nối của người dùng đăng kí (IP address,connection bandwidth ….)

• Một bảng liệt kê danh sách các files mà mỗi người dùng định chia sẻ (tên file, dung lượng, thời gian tạo file …….)

• Mọi máy tính tham gia mạng được kết nối với máy chủ tìm kiếm trungtâm, các yêu cầu tìm kiếm được gửi tới máy chủ trung tâm phân tích,nếu yêu cầu được giải quyết máy chủ sẽ gửi trả lại địa chỉ IP của máychứa tài nguyên trong mạng và quá trình truyền file được thực hiện theo đúng cơ chế của mạng ngang hàng, giữa các host với nhau mà không cần quan máy chủ trung tâm

Ưu điểm :

• Dễ xây dựng

• Tìm kiếm nhanh và hiệu quả

tố về luật pháp Khái niệm và kiến trúc của Napster vẫn còn được sử dụng trong các ứng dụng khác như: Audiogalaxy, WinMX

File download

Hình 1-5 : Mạng ngang hàng tập trung thế hệ

Với Napster, việc tìm kiếm file bị thất bại khi bảng tìm kiếm trên máy chủ

vì lý do nào đó không thực hiện được Chỉ có các file truy vấn và việc lưu trữ được phân tán, vì vậy máy chủ đóng vai trò là một nút cổ chai Khả năng tính toán

và lưu trữ của máy chủ tìm kiếm phải tương xứng với số nút mạng trong hệ thống,

do đó khả năng mở rộng mạng bị hạn chế rất nhiều

1.3.1.2 Các mạng ngang hàng thuần túy

Mạng ngang hàng thuần túy là một dạng khác của thế hệ thứ nhất trong hệ

thứ nhất (Napster)

thống các mạng ngang hàng Không còn máy chủ tìm kiếm tập trung như trong mạng Napster, nó khắc phục được vấn đề nút cổ chai trong mô hình tập trung Tuy nhiên vấn đề tìm kiếm trong mạng ngang hàng thuần túy lại sử dụng cơ chế Flooding, yêu cầu tìm kiếm được gửi cho tất cả các node mạng là láng giềng với

nó, điều này làm tăng đáng kể lưu lượng trong mạng Đây là một yếu điểm của các mạng ngang hàng thuần túy Các phần mềm tiêu biểu cho mạng ngang hàng dạng này là Gnutella 4.0, FreeNet

Hình 1-6 : Mạng ngang hàng thuần túy (Gnutella 4.0, FreeNet)

Ưu điểm :

• Dễ xây dựng

• Đảm bảo tính phân tán hoàn toàn cho các node tham gia mạng, cácnode tham gia và rời khỏi mạng một cách tùy ý mà không ảnh hưởngđến cấu trúc của mạng

1.3.1.3 Các mạng ngang hàng lai ghép

Để khắc phục nhược điểm của mạng ngang hàng thuần túy, một mô hình mang ngang hàng mới được phát triển với tên gọi là mạng ngang hàng lai Đây được gọi là mạng ngang hàng thế hệ 2 Phần mềm tiêu biểu cho mạng ngang hàng kiểu này là Gnutella 6.0 và JXTA (Juxtapose) JXTA được bắt đầu phát triển bởi SUN từ 2001 (Đây là giao thức P2P mã nguồn mở) JXTA được sử dụng cho PCs,mainframes, cell phones, PDAs – để giao tiếp theo cách không tập trung Skype cũng được xây dựng dựa trên cấu trúc này

Hình 1-7 :Mô hình mạng ngang hàng kiểu lai ghép

Trong mô hình mạng ngang hàng lai tồn tại một trật tự phân cấp bằng việc định nghĩa các Super Peers

Các SupperPeer tạo thành một mạng không cấu trúc, có sự khác nhau giữa SupperPeers và ClientPeers trong mạng, mỗi SupperPeer có nhiều kết nối đến các ClientPeers

Mỗi SupperPeer chứa một danh sách các file được cung cấp bởi cácClientPeer và địa chỉ IP của chúng vì vậy nó có thể trả lời ngay lập tức các yêu

cầu truy vấn từ các ClientPeer gửi tới Các máy khách có vai trò lưu trữ thông tin,tài nguyên được chia sẻ và cung cấp các thông tin của nó cho máy chủ Tất cả cácluồng dữ liệu thông thường đều được truyền trực tiếp giữa các peer, chỉ các luồngthông tin điều khiển mới được truyền qua Server trung tâm

Ưu điểm :

• Hạn chế việc Flooding các query, làm giảm lưu lượng trong mạng,nhưng vẫn tránh được hiện tượng nút cổ chai (do có nhiềuSuperPeers)

• Khắc phục được nhược điểm về sự khác nhau về CPU power,bandwidth … ở mạng ngang hàng thuần túy, các SuperPeer sẽ chịutải chính, các node khác chịu tải nhẹ

1.3.2 Mạng ngang hàng có cấu trúc

• Topo mạng được kiểm soát chặt chẽ

• Files (hoặc con trỏ trỏ tới files) được đặt ở một vị trí xác định

• Điều quan trọng đối với những hệ thống có cấu trúc là cung cấp sự liên kế(mapping) giữa nội dung (ví dụ: id của file) và vị trí node (ví dụ: địa chỉ node) Việc này thường dựa trên một cấu trúc dữ liệu bảng băm phân tán (Distributed Hash Table)

Dựa trên cấu trúc bảng băm phân tán đã có nhiều nghiên cứu và đề xuất ra các mô hình mạng ngang hàng có cấu trúc, điển hình là cấu trúc dạng vòng (như trong hình vẽ mô tả): Chord, Pastry…, và cấu trúc không gian đa chiều: CAN, Viceroy

Ưu điểm :

• Khả năng mở rộng hệ thống mạng trong mô hình không cấu trúcthường bị hạn chế bởi các kỳ thuật trong việc xây dựng mạng chẳnghạn như: Mô hình tập trung dẫn tới việc thắt nút cổ chai khi mởrộng, kỹ thuật Flooding dẫn tới việc tăng lưu lượng mạng khi

mở rộng mạng Trong khi đó khả năng mở rộng với mô hình mạng

có cấu trúc được nâng cao rõ rệt

Nhược điểm :

• Việc quản lí cấu trúc của topo mạng gặp khó khăn, đặc biệt trong

trong trường hợptỷ lệ vào/ra mạng của các nodes cao.

• Vấn đề cân bằng tải trong mạng

Chương 1 : Tổng quan về P2P Đồ án tốt nghiệp

1.4 Các vấn đề đối với mạng ngang hàng

Hệ thống P2P có một số ưu điểm hơn so với hệ thống client-server truyền thống như khả năng mở rộng, khả năng chịu lỗi, hiệu năng cao Tuy nhiên còn nhiều vấn đề mà các hệ thống P2P hiện nay đang phải giải quyết

1.4.1 Tính bảo mật

Bảo mật cho hệ thống P2P khó khăn hơn các hệ thống khác, các node trong

hệ thống là động, phân tán khắp nơi, các node không chứng thực lẫn nhau Các cơchế bảo mật truyền thống như tường lửa, xác thực… không thể bảo vệ hệ thống P2P ngược lại có thể ngăn cản quá trình truyền thông trong hệ thống Bởi vậy những khái niệm bảo mật mới được đặt ra đối với hệ thống P2P

1.4.2 Độ tin cậy

Một hệ thống đáng tin cậy là hệ thống có thể phục hồi khi lỗi xảy ra.Những nhân tố cần phải quan tâm khi tính toán cho sự tin cậy là: nhân bản dữliệu, phát hiện node lỗi, phục hồi… đảm bảo cho thông tin định vị tránh lỗi đơn

và khả năng sẵn sàng nhiều đường dẫn tới dữ liệu Nhân bản dữ liệu tăng sự tincậy bằng việc tăng sự dư thừa và định vị Có hai chiến lược cho nhân bản: nhânbản nguyên gốc và nhân bản đường dẫn Trong nhân bản nguyên gốc, khi tìmkiếm thành công dữ liệu được lưu trữ chỉ tại node yêu cầu Trong nhân bản đườngdẫn khi tìm kiếm thành công dữ liệu được lưu trữ tại tất cả các node dọc theođường dẫn từ node yêu cầu tới node cung cấp

1.4.3 Độ linh động

Chính là khả năng tự chủ của các node trong việc gia nhập hoặc rời bỏ hệthống Để giải quyết vấn đề quy mô lớn, phân tán và linh động của các hệ thốngP2P, khi xây dựng các hệ thống P2P cần chú ý đến khả năng điều chỉnh và tự tổchức

1.4.4 Cân bằng tải

Phân phối dữ liệu để lưu trữ hoặc tính toán trên các node là vấn đề rất quan trọng trong các hệ thống mạng ngang hàng, một giải pháp đặc biệt cho sự phân phối này là Bảng băm phân tán (DHT) Trong cách tiếp cận này, cân bằng tải được xem xét trên hai khía cạnh: cân bằng không gian địa chỉ tức là cân bằng phân phối của không gian key address trên các node và cân bằng item trong trường hợp phân phối của các item trong không gian địa chỉ không thể là ngẫu nhiên Cân bằng tải giữa các node tính toán trong hệ thống P2P cũng có thể được cài đặt sử dụng mô hình tự tổ chức dựa trên agent

1.5 Kết luận chương 1

Chương 1 trình bày một số khái niệm tổng quan về mạng ngang hàng Ta phân loại các hệ thống mạng ngang hàng dựa trên cơ sở về mức độ phân quyền,

về cơ chế tìm kiếm dữ liệu và về cấu trúc mạng Ta cũng trình bày một vài ứng dụng và một số vấn đề chủ yếu đối với mạng ngang hàng hiện nay Từ đó phân tích các ưu điểm, nhược điểm so với mạng Client-Server truyền thống Và phần cuối chương đã đưa ra các vấn đề còn tồn tại trong mạng ngang hàng như vấn đề

độ tin cậy , cân bằng tải , độ linh động và tính bảo mật

Chương 2: Truyền hình trực tuyến qua mạng ngang hàng

Peer-to-Peer

2.1 Xu hướng xem video/TV hiện đại

Trong quá khứ , TV chỉ được phân phối bởi các hệ thống cable , vệ tinh

hoặc trạm mặt đất Nhưng giờ đây với việc cải thiện tốc độ internet , mọi người

dần trở nên biết nhiều đến internet và họ mong muốn nhiều hơn về TV trong thời buổi hiện nay

• Mọi người cần xem TV thường xuyên cũng như lướt web nhưng sửdụng cùng một thiết bị như TV , PC hoặc các thiết bị có tính di động

• Người ta cần xem các video theo yêu cầu

• Người ta cần xem mợi thứ từ các sản phẩm máy quay ít tiền tới những sản phẩm chuyên nghiệp đắt tiền

• Người ta cần ghi lại những đoạn video mình thích mà không cần sử dụng các thiết bị lưu trữ

• Người ta cần chia sẻ hoặc cho phép các người khác xem các video được làm ở nhà mình từ bất cứ nơi nào

2.2 Phân tích một số điểm còn tồn tại của kỹ thuật streaming truyền thống

Kỹ thuật streaming truyền thống dựa trên hệ thống Client - Server cung cấp hiệusuất tốt và tỷ lệ sẵn sàng cao nếu số lượng khách hàng được giới hạn Tuy nhiên, việctriển khai và chi phí bảo trì của các hệ thống này thường rất cao Ước tính hiện tại chochi phí của YouTube là 1 triệu USD mỗi ngày và các chi phí có thể tăng lên nhanh nếunhiều video tiếp tục được chuyển sang chất lượng cao hơn Trong thực tế, nhiều dịch

vụ luồng trực tuyến hiện nay đều có độ phân giải tương đối thấp để tiết kiệm băngthông Chất lượng của các dịch vụ luồng trực tuyến thường không thể so sánh được vớimạng lưới truyền hình truyền thống Do đó quản lý tài nguyên là một vấn đề quantrọng trong việc triển khai kỹ thuật streaming trên Internet

Mặt khác, khả năng xử lý, dung lượng lưu trữ, lưu lượng của máy chủ I/O có thể

tạo thành nút thắt cổ chai Mặt khác, số lượng lớn các kết nối mạng đường dài cũng có thể dẫn đến tắc nghẽn lưu thông Do đó, hệ thống không thể đáp ứng yêu cầu thực hiện của các ứng dụng luồng đa phương tiện quy mô lớn, thời gian thực Tuy nhiên, kỹ thuật

IP multicast được cung cấp để giải quyết những vấn đề này cần sự hỗ trợ từ phần cứng đặc biệt và các chi phí thiết lập cơ sở hạ tầng và quản lý là rất tốn kém Về bản chất, các

kỹ thuật truyền thống không thể giải quyết hiệu quả những vấn đề của video streaming

Do đó, mô hình phân phối luồng video quy mô lớn qua mạng Internet đang nổi lên

Mạng P2P đã được chấp nhận rộng rãi như là một cách để giải quyết các vấn đề tài

nguyên với các ứng dụng luồng Internet như VoD , live streaming và cung cấp một sự

thay thế cho hệ thống client - server.

2.3 Các vấn đề cần xem xét trong P2P streaming

Trong vài năm qua, mạng P2P đã xuất hiện như là một phương pháp thuận lợi choviệc cung cấp các nội dung đa phương tiện trên nền một mạng phủ lớn Các đặc tínhbên trong mạng P2P làm cho các mô hình P2P trở thành một ứng cử viên tiềm năng đểgiải quyết các vấn đề khác nhau trong truyền thông đa phương tiện trên mạng Internet.P2P Streaming là giải pháp tốt hơn vì hai l do Đầu tiên, mạng P2P không cần sự hỗ trợ

từ các bộ định tuyến Internet và do đó chi phí hiệu quả và đơn giản để triển khai Thứhai, một peer đồng thời hoạt động như một client cũng như server, do đó có thể tảixuống một luồng video và cùng một lúc tải lên luồng video đó để các peer khác xemchương trình đó Do đó, truyền tải P2P làm giảm đáng kể nhu cầu băng thông của nútnguồn Mục tiêu của cơ chế P2P streaming là tối đa hóa chất lượng phân phối nội dungcho các điểm peer riêng l Tổng hợp nguồn tài nguyên có sẵn của các peer và có khảnăng mở rộng đến số lượng bất kỳ các điểm tham gia Mỗi peer có thể tiếp tục cungcấp nội dung phù hợp với các peer đã kết nối với nó trong lớp phủ bằng cách sử dụngbăng thông của các điểm peer đang tham gia Tuy nhiên, việc cung cấp các dịch

vụ P2P streaming video cho một số lượng lớn người xem tạo ra những thách thức công nghệ rất khó khăn trên cả hệ thống và tài nguyên mạng

Trong khi các ứng dụng phân phối file P2P truyền thống nhằm mục tiêu truyền dữliệu linh hoạt, P2P streaming tập trung vào việc phân phối hiệu quả các nội dung audio

và video theo yêu cầu thời gian ràng buộc Luồng dữ liệu được nhận, phát ngay lập tức

và truyền cho các điểm peer liên quan khác Ví dụ: ứng dụng chia s file P2P,BitTorrent cho phép các điểm peer trao đổi đoạn bất kỳ của các nội dung được phânphối mà nó là không quan trọng thứ tự Ngược lại, các kỹ thuật như vậy là không khảthi trong ứng dụng streaming Các tập tin video được phát trực tiếp trong lúc nó đangđược tải xuống Ngoài ra, các peer đã hạn chế khả năng tải lên, mà xuất phát từ thực tế

là Internet được thiết kế cho các mô hình client – server và các ứng dụng Hơn nữa, hệthống streaming chịu việc rớt gói tin hoặc chậm trễ do tắc nghẽn mạng

Trong P2P streaming, trễ end-to-end từ nguồn đến nơi nhận lớn bởi vì nội dung cóthể phải đi qua một số nơi nhận trung gian Hành vi của người nhận là không thể đoántrước, họ được tự do tham gia và rời bỏ bất cứ lúc nào, do đó loại bỏ các peer kế tiếpcủa họ Người nhận có thể phải lưu một số cấu trúc dữ liệu cục bộ và trao đổi thông tintrạng thái với nhau để bảo vệ các kết nối Các chi phí kiểm soát ở mỗi điểm nhận đápứng mục đích như vậy sẽ nhỏ để giữ cho không sử dụng quá nhiều tài nguyên mạng và

để khắc phục hạn chế tài nguyên ở mỗi điểm nhận Điều này là quan trọng đối với khảnăng mở rộng của hệ thống với một số lượng lớn các điểm nhận

Việc cấu trúc các nút thành lập một mạng phủ cung cấp video đảm bảo QoS Mặtkhác, hệ thống có quy mô mở rộng nên có thể chứa hàng chục ngàn người nhận tạicùng một thời điểm Đồng thời, các chi phí quản lý liên quan hợp lý ngay cả ở quy môlớn

2.4 Các phương pháp tiếp cận xây dựng lớp phủ

Kỹ thuật streaming trong cách tiếp cận P2P được phân loại thành truyền video thờigian thực (P2P live video streaming) và truyền video theo yêu cầu (P2P on demandvideo streaming) Một số hệ thống P2P streaming đã được triển khai để cung cấp xemvideo theo yêu cầu hoặc các dịch vụ truyền video trực tuyến qua Internet.

Hình 2.2 Các loại P2P Streaming dựa vào

cấu trúc mạng phủ

Dựa trên cấu trúc mạng che phủ, hệ thống P2P streaming được sắp xếp thành baloại: tree-based (phương thức tiếp cận dạng cây), mesh-based (phương thức tiếpcậndạng lưới) and hybrid schemes (phương thức tiếp cận dạng ẩn) Phương pháp tiếpcận tree-based sử dụng phương pháp đẩy dữ liệu để phân phối nội dung Tuy nhiên,phương pháp tiếp cận mesh-based sử dụng tràn lụt dữ liệu để phân phối nội dung

2.4.1 Phương pháp tiếp cận dạng cây

Tương tự như một cây IP multicast được hình thành bởi các bộ định tuyến ở lớpmạng, các người dùng tham gia vào một phiên video streaming có thể tạo thành mộtcây ở lớp ứng dụng có gốc được bắt nguồn từ máy chủ video nguồn như hình 2.3 Vềnguyên tắc, mỗi nút nhận dữ liệu từ một nút cha, có thể là nút nguồn hoặc một peer.Các hệ thống dựa trên cây thường phân phối video bằng cách chủ động đẩy dữ liệu từmột peer tới các nút con của nó

Một cách tiếp cận chung của P2P streaming là sắp xếp các peer tham gia vào mộtlớp phủ có cấu trúc cây đơn luồng mà nội dung được đẩy đi từ nguồn tới tất cả cácpeer Nội dung được lan truyền như một dòng chảy liên tục của thông tin từ nguồnxuống Mỗi người dùng tham gia vào cây ở vị trí nhất định Các hệ thống loại này chủyếu là khác nhau trong các thuật toán được sử dụng để tạo ra, duy trì cấu trúc cây Chomột tập hợp của các điểm peer, có rất nhiều cách để kết nối các peer Mục tiêu củathuật toán xây dựng cây là tối đa hóa băng thông tới gốc của tất cả các nút Vì các hệthống này rất gần với IP multicast, cố gắng để mô phỏng cấu trúc cây của nó, nó có thể

để đạt được độ dài đường truyền dữ liệu tương ứng mà không chênh lệch quá nhiều từcác đường dẫn IP multicast