Tóm tắt luận văn thạc sĩ nghiên cứu hệ thống mạng ubiquitous và khả năng ứng dụng tại việt nam

Khác với cơ chế chuyển tải điểm -điểm unicast truyền thống – thông tin được gửi đến địa chỉ của một ngườidùng cụ thể - cơ chế multicast gửi thông tin đến địa chỉ của một nhóm multicastgồ

-

Hoàng Phương Thảo

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG MẠNG UBIQUITOUS VÀ KHẢ NĂNG

ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM

Chuyênngành: Kỹ thuật điện tử

Mãsố: 60.52.70

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI – 2012

Vàolúc: giờ ngày tháng năm

Cóthểtìmhiểuluậnvăntại:

- ThưviệncủaHọcviệnCôngnghệBưuchínhViễnthông

MỞ ĐẦU

IP Multicast là một cơ chế chuyển tải thông tin mới cho mạng IP đượcSteve Deering phát triển vào năm 1989 Khác với cơ chế chuyển tải điểm -điểm (unicast) truyền thống – thông tin được gửi đến địa chỉ của một ngườidùng cụ thể - cơ chế multicast gửi thông tin đến địa chỉ của một nhóm multicast(gồm nhiều người dùng)

Đối với việc chuyển tải thông tin tới nhiều người nhận cùng một lúc, cơchế multicast hoạt động hiệu quả hơn cơ chế unicast vì một số lý do sau Thứnhất, người gửi không cần bất kỳ một thông tin nào về những người nhận thuộcnhóm multicast mà vẫn có thể gửi được thông tin tới tất cả người nhận thuộcnhóm multicast Ngoài ra, cơ chế multicast sử dụng ít băng thông hơn unicast vìmulticast chỉ truyền một luồng tin trên cùng một kết nối vật lý trong khi đó,unicast truyền đồng thời nhiều luồng tin trên cùng một kết nối vật lý nếu kết nốinày nằm trên tuyến kết nối giữa người gửi đến nhiều người nhận

Do vậy, cơ chế IP multicast đặc biệt thích hợp cho việc cung cấp các dịch

vụ dựa trên giao thức Internet với kết nối băng rộng nói chung và dịch vụ đàotạo điện tử nói riêng

Để có thể hiểu biết hơn về công nghệ IP Multicast và ứng dụng, em chọn

đề tài

” làm đề tài luận văn của mình.

Nội dung của luận văn bao gồm:

Phần mở đầu

Chương 1: Công nghệ IP Multicast

Chương 2: Các yêu cầu kỹ thuật cho dịch vụ dựa trên công nghệ IPMulticast

Chương 3: Ứng dụng công nghệ IP Multicast trong đào tạo điện tử

Kết luận

CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ IP MULTICAST

1.1.1 G ớ h ệ h

IP Multicast là thuật ngữ kỹ thuật mô tả một nhóm các công nghệ và tiêuchuẩn 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 cácgiao thức unicast Các giao thức này gửi các gói tin đến mỗi điểm thu tại mộtthời điểm Công nghệ IP Multicast cho phép việc truyền tải đa điểm – đa điểmnhư hội nghị, hay truyền tải điểm – đa điểm như việc quảng bá âm thanh, videotrên internet Việc ứng dụng công nghệ IP Multicast hiện đang phát triển mạnh

mẽ do có nhu cầu ngày càng cao đối với các ứng dụng đa phương tiện và sự cảitiến, hoàn thiện của chính công nghệ IP Multicast

 Nhóm rạm

2

Gói tin Multicast được phân phát đến tất cả các thành viên của nhóm trạmđích của nó với cùng độ tin cậy “best-effort” như các gói tin unicast thôngthường Thành viên của nhóm trạm là động; các trạm có thể tham gia hay rờinhóm bất cứ lúc nào.

 Đị hỉ hóm M

Một nhóm trạm có thể là lâu dài hay tạm thời Một nhóm lâu dài có địa chỉđược gán tĩnh và tồn tại tại mọi thời điểm Tại bất cứ thời điểm nào, nhóm lâudài có số lượng thành viên bất kỳ, có thể là 0

 Q ả ý hà h viên nhóm Multicast

Các 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 Giao thức IGMP chỉchạy giữa các trạm và các bộ định tuyến chặng đầu của nó

 Kỹ h ậ phâ phố ó

Tràn

Tràn là kỹ thuật duy trì cây đơn giản nhất Sử dụng thuật toán tràn, thì khimột bộ định tuyến nhận một gói tin được đánh địa chỉ một nhóm Multicast nóquyết định xem liệu nó đã nhìn thấy gói tin này hay chưa

 Cấp phá đị hỉ M

IETF nghiên cứu “Kiến trúc cấp phát địa chỉ Multicast Internet” để các ứngdụng Multicast được triển khai trên diện rộng Kiến trúc được đề xuất bao gồmgiao thức host-server (MADCAP), giao thức server-server nội miền (AAP) haygiao thức liên miền (MASC)

1.2 N h ứ á o hứ IP M

1 .1 G ớ h ệ h

Dịch vụ multicast được thử nghiệm trên diện rộng lần đầu tiên vào năm

1992 trên mạng MBONE Tại thời điểm đó, giao thức Multicast được sử dụng

là DVMRP Distance Vector Multicast Routing Protocol (không có chức năngpruning) Từ đó, các giao thức multicast khác đã và đang được phát triển nhằmcải thiện những hạn chế đuợc phát hiện sau các quá trình thử nghiệm

Các giao thức định tuyến Multicast thường đi theo một trong hai hướngtiếp cận cơ bản, phụ thuộc vào việc phân phối các thành viên nhóm Multicasttrên khắp mạng:

Dense Mode: các thành viên nhóm Multicast được phân tán mật độ dày đặctrên mạng (nghĩa là nhiều mạng con chứa ít nhất một thành viên nhóm); băngthông mạng đầy đủ Mode này dựa vào kỹ thuật tràn để truyền thông tin đến tất

cả các bộ định tuyến

Sparse Mode: các thành viên nhóm Multicast được phân tán lẻ tẻ trênmạng; băng thông mạng là không nhất thiết sẵn sàng khắp mạng Sparse Modekhông có nghĩa là nhóm có vài thành viên, mà chỉ có nghĩa là được phân tánrộng Các giao thức định tuyến Multicast Sparse-Mode dựa trên một số kỹ thuậtđược lựa chọn để thiết lập và duy trì các cây Multicast

1 G o hứ ả ý hóm IGMP

IGMP (Internet Group Management Protocol) là một giao thức được sửdụng để quản lý nhóm thành viên IP Multicast IGMP được sử dụng bởi các IPHost gắn với định tuyến Multicast để thiết lập các nhóm thành viên Multicast

4

2 Cấu trúc mạ g để truyề dịc vụ Video sử dụ g IGMP

Giao thức IGMP phát triển từ giao thức Host Membership Protocol, được

mô tả trong tài liệu của Deering IGMP phát triển từ IGMPv1 (RFC1112) đếnIGMPv2 (RFC2236) và đến phiên bản cuối cùng IGMPv3 (RFC3376) Cácthông điệp IGMP được gửi bên trong gói tin IP với trường protocol numberbằng 2, trong đó trường TTL có giá trị bằng 1 Các gói IGMP chỉ được truyềntrong 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 trafficcủa một nhóm cụ thể

 Thông báo cho router rằng một có một máy muốn rời một nhóm multicast(nói cách khác, có một máy không còn quan tâm đến việc nhận multicasttraffic nữa) Các router thường dùng IGMP để duy trì thông tin cho từngcổng của router là những nhóm multicast nào router cần phải chuyển vànhững host nào muốn nhận

IGMPv1

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

IGMPv2

Phiên bản IGMPv2 giới thiệu vài sự khác biệt so với phiên bản đầu tiên.Các gói tin truy vấn bây giờ được gọi là General Queries Các gói này có thểgửi tới địa chỉ all-hosts hoặc tới từng nhóm cụ thể Một cải tiến khác nữa là cáchost 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 vàrouter truy vấn sẽ tiếp tục quá trình Router sẽ trả lời thông điệp trên bằng thôngđiệp truy cập gửi theo nhóm Thông điệp này sẽ hỏi rằng có còn host nào muốnnhận traffic cho nhóm đó nữa không? Bất cứ host nào cũng phải trả lời lại bằngthông 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 Khoảngthời gian này mặc định là 3 phút

IGMP V3

Tháng 10 năm 2002, RFC3376 định nghĩa đặc tả cho IGMPv3 IGMPv3

là một phiên bản cải tiến của giao thức IGMP và là giao thức khá phức tạp Đểdùng các đặc điểm mới của IGMP, router trạm cuối cùng phải được cập nhật, hệđiều hành của máy trạm phải thay đổi và ứng dụng multicast phải thiết kế vàviết lại.Ở thời điểm hiện tại, chỉ có rất ít các ứng dụng của IGMPv3 là có sẵn.Phần này chỉ tóm tắt các đặc điểm chủ yếu của IGMPv3

1 G o hứ đị h y PIM, PIM-DM và PIM-SM

1 G o hứ PIM

Protocol Independent Multicast (PIM) là một giao thức định tuyến có thểđược dùng để chuyển các multicast traffic PIM hoạt động độc lập với các giaothức định tuyến unicast IP vì vậy PIM sử dụng bảng định tuyến IP Cần chú ý làbảng unicast routing cũng không phụ thuộc vào các giao thức định tuyến vìnhiều giao thức định tuyến có thể đóng góp vào cùng một bảng định tuyến PIM

có thể hoạt động ở ba chế độ:

6

 PIM Dense Mode

 PIM Sparse Mode

 PIM Sparse Dense Mode (do Cisco đưa ra)

G o hứ PIM-DM

PIM-DM (PIM-Dense Mode) là giao thức định tuyến multicast dùng khinhóm multicast có rất nhiều thành viên nằm tại nhiều nơi PIM-DM sử dụnggiao thức định tuyến unicast hiện có để hỗ trợ cho hoạt động định tuyếnmulticast và vì vậy có khả năng thích ứng với sự thay đổi của cấu hình mạng

G o hứ đị h y PIM-SM

Giao thức định tuyến multicast chế độ dense là hữu ích khi các ứng dụngmulticast là dày đặc và bạn cần phân phối traffic đến hầu như tất cả các mạng.Tuy nhiên, nếu các người dùng chỉ ở vài mạng con, giao thức định tuyến chế độdense sẽ vẫn phát tán lưu lượng trên toàn bộ liên mạng, lãng phí băng thông vàtài nguyên

1.3 Đá h á h IP M

Khi triển khai IP Multicast,các nhà cung cấp dịch vụ cần phải lưu ý đếnnhững lợi ích cũng như những hạn chế của công nghệ này

1 .1 Nhữ ợ í h kh r ể kh IP M

Về mặt công nghệ, IP Multicast có nhiều ưu thế so với các công nghệ cũ:

 Khi bổ sung thêm người dùng mới không cần tăng lưu lượng của đườngtruyền

 Giảm tải cho các Server

 Tiết kiệm tài nguyên mạng lưới

 Nâng cao chất lượng các dịch vụ truyên thông đa phương tiện, hội nghịtruyền hình, IPTV, đào tạo trực tuyến, …

Về măt dịch vụ, công nghệ Multicast cho phép triển khai các dịch vụ mới đadạng với chất lượng cao

Đố ớ ườ â ư: các dịch vụ IP multicast có thể được nhìn

nhận trong những lĩnh vực sau:

 Dự báo thời thiết

 Thương mại điện tử

 Thông tin tài chính

 Tin tức

 Đào tạo điện tử

chi phí kết nối đường truyền Đối với công ty ở nhiều địa điểm, công nghệ này

có ích lợi trong các lĩnh vực:

 Thông tin đào tạo: phân phối video và text

 Thông tin sản xuất: thông tin mới về giá cả, tùy chọn, màu sắc của sảnphẩm

Tất cả các công ty cần số liệu thống kê, kinh tế và các số liệu khác cho côngviệc của họ Họ có thể đăng ký loại dịch vụ thông tin này

1 Nhữ ấ đ ầ ư ý kh r ể kh IP M

Để có thể có được các ưu điểm của IP Multicast, thì các khả năng định tuyếnMulticast phải được hỗ trợ tại các nút mạng Tùy thuộc vào chính sách sử dụngmạng và nhu cầu của người sử dụng, thì các vấn đề liên quan đến định tuyến, độtin cậy, đánh địa chỉ mạng và các giao thức truyền tải đa phương tiện có tầmquan trọng đối với nhà vận hành mạng

8

CHƯƠNG : C C U CẦU K THU T CH CH A T N

CÔNG NGHỆ IP MULTICAST

.1 Cá dị h d r IP M

Một “ứng dụng multicast” được định nghĩa là ứng dụng mà gửi đến/nhận

từ một địa chỉ IP multicast Các ứng dụng này có thể có hoặc không các địa chỉ

IP unicast tham chiếu

Có ba loại ứng dụng multicast sau:

 Một-nhiều (1 to M): một host gửi đến hay hoặc nhiều bộ nhận

 Nhiều-nhiều (M to M): Một số lượng host bất kỳ gửi đến cùng một địanhóm multicast cũng như nhận từ nhóm multicast đó

 Nhiều-một (M to1): Một số lượng bộ nhận bất kỳ gửi dữ liệu trở lại bộgửi (nguồn) thông qua unicast hoặc multicast

2.1.1 Các ứng d ng Một-Nhi u (1 to M)

Các ứng dụng 1toM có một bên gửi và nhiều bên nhận đồng thời Khi nóiđến multicast người ta thường nghĩ đến các ứng dụng multimedia dựa trênbroadcast: truyền hình (video) và radio (audio) Dưới đây là một số ứng dụngmulticast dạng 1toM:

- Phân phối audio/video (a/v) theo lịch định sẵn

- Push Media: Các ứng dụng dạng này bao gồm cập nhật bản tin thời tiết, tin tứcthời sự nổi bật, kết quả thể thao hoặc các loại thông tin động khác

- Ứng dụng File Distribution và Caching

- Các ứng dụng thông báo - Anouncements: thời gian mạng, đặt lịch phiênmulticast, số ngẫu nhiên, cập nhật cấu hình…

- Các ứng dụng giám sát – Monitoring: Giá cổ phiếu, thiết bị cảm biến, hệthống bảo mật và các loại thông tin thời gian thực khác

2.1.2 Các ứng d ng Nhi u-Nhi u (M to M)

Trong các ứng dụng MtoM hai hoặc nhiều bộ nhận cũng hoạt động như bộgửi Nói cách khác các ứng dụng MtoM được đặc trưng bởi các giao tiếpmulticast hai chiều

- Multimedia Conferencing: bao gồm các ứng dụng conference cơ bản

- Nguồn tài nguyên đồng bộ hóa: bao gồm các ứng dụng về cơ sở dữ liệu chia

sẻ thuộc bất cứ loại nào (đặt lịch, directory cũng như các cơ sở dữ liệu hệ thốngthông tin truyền thống)

- Xử lý đồng thời: Xử lý song song

- Cộng tác: ví dụ như chia sẻ soạn thảo văn bản

- Học từ xa: Đây là dịch vụ phân bố nội dung a/v một-nhiều với khả năng

“upstream” cho phép người học gửi câu hỏi đến người giảng

- Chat Groups: đây là dịch vụ conference dạng text nhưng có thể hỗ trợ các biểuhiện mô phỏng (gọi là avatar) cho mỗi người

- Distributed Interactive Simulations [DIS]: mỗi đối tượng trong mộtSimulation multicast thông tin mô tả vì vậy tất cả các đối tượng khác có thể đáptrả lại đối tượng này và tương tác khi cần thiết Băng thông cho ứng dụng này làlớn khi số đối tượng và độ phân giải thông tin mô tả ngày càng tăng

- Multi-player Game: Nhiều multi-player game đơn giản chỉ là các DistributedInteractive Simulation và có thể bao gồm khả năng Chat Group Băng thôngcho các ứng dụng dạng này có thể thay đổi rất mạnh mặc dù hiện nay các multi-player game đã nỗ lực để tối thiểu hóa việc sử dụng băng thông nhằm tăng sốngười chơi lên

- Jam Session: dịch vụ chia sẻ âm thanh mã hóa Băng thông cho dịch vụ này thaytổi tùy theo kỹ thuật mã hóa, tốc độ lấy mẫu, độ phân giả mẫu và số lượng kênh …

2.1.3 Các ứng d ng Nhi u-Một (M to 1)

Không giống như loại ứng dụng 1toM và MtoM, ứng dụng dạng Mto1 khôngbiểu diễn cơ chế giao tiếp tại lớp IP Các ứng dụng Mto1 có nhiều bên gửi vàmột bên nhận

10

- Resource Discovery – Phát hiện nguồn tài nguyên: Định vị dịch vụ, ví dụ IPmulticast cho phép thực thi một số dịch vụ kiểu như dịch vụ “host anycastingservice”, bên nhận multicast gửi đi một yêu cầu đến địa chỉ nhóm multicast đểlấy được đáp ứng từ host gần nhất mà có thể thỏa mãn yêu cầu.

- Data Collection – Tập hợp dữ liệu: Dịch vụ này ngược với ứng dụng giám sát– monitoring 1toM đã mô tả ở trên

- Auction – Dịch vụ bán đấu giá

Cá y ầ khá

Dưới đây là các yêu cầu đối với các ứng dụng multicast:

- Quản lý địa chỉ: lựa chọn và phân cấp địa chỉ tránh không bị xung đột địa chỉ

- Quản lý phiên: thực hiện các dịch vụ lớp ứng dụng trên đỉnh của truyền tảimulticast - Hỗ trợ các bộ nhận không đồng nhất: gửi đến nhiều bộ nhận vớidung lượng băng thông thay đổi lớn, đặc tính về latency và nghẽn mạng yêu cầu

sự phản hồi để kiểm soát hiệu năng của bộ nhận

- Phân phát dữ liệu một cách tin cậy: đảm bảo rằng tất cả dữ liệu gửi đi sẽ đượctất cả bộ nhận nhận được

- Tính bảo mật: Đảm bảo tính riêng tư của nội dung giữa các thành viên nhómmulitcast.

- Play-out được đồng bộ: cho phép nhiều bộ nhận trình diến dữ liệu nhận đượctheo cách đồng bộ

ảo mậ ro IP M

.1 Cá y ầ bảo mậ

Có ba vấn đề cần quan tâm trong việc cung cấp các dịch vụ bảomật Multicast

 Đầu tiên, các bên gửi cần phải mã hóa và nhận thực dữ liệu Multicast

 Thứ hai, điều khiển truy nhập có thể được tiến hành bằng sự phân phối mộtkhóa chung tới các thành viên nhóm, mà không cần tới sự thay đổi mô hình

IP Multicast

 Thứ ba, các thành viên phải có khả năng kiểm tra dữ liệu được nhận đã thực sựđược gửi bởi một thành viên đã được nhận thực hay không Bởi vậy nhận thựcnguồn gốc dữ liệu và mã hóa dữ liệu là một trong những vấn đề cần lưu tâm.Các yêu cầu về tính bảo mật multicast có thể bao gồm:

 Giới hạn bên gửi: Kiểm soát xem ai có thể gửi thông tin đến các địa chỉnhóm

 Giới hạn bên nhận: Kiểm soát xem ai có thể nhận thông tin

 Giới hạn truy nhập: Kiểm soát xem ai có thể xem được nội dung mulitcastbằng cách hoặc là mã hóa nội dung hoặc là giới hạn bên nhận

 Xác minh nội dung: Đảm bảo là dữ liệu có nguồn gốc từ bên gửi đã nhậnthực và dữ liệu này không bị thay đổi trong quá trình truyền tải

 Bảo vệ tính riêng tư của bên nhận: Kiểm soát xem liệu bên gửi hoặc các bênnhận khác có biết nhận dạng bên gửi hay không

 Firewall Traversal: Proxy các request “join” ra ngoài qua firewall, cho phépqua lưu lượng vào và ra, nhận thực bên nhận nhằm mục đích lọc và bảo mật

12

Mô h h k rú bảo mậ

Kiến trúc bảo mật vho IP multicast dựa trên ba khối chức năng chính, đượctrình bày ngắn gọn dưới đây

3 Kiế trúc bảo mât IP Multicast

MIKE (trao đổi khoá internet Multicast): khối chức năng này chịu tráchnhiệm quản lý khoá Việc này được thực hiện nhờ việc sử dụng API cho phépcác ứng dụng tham gia và rời bỏ nhóm Multicast Khối chức năng MIKE tạo ragắn kết an toàn internet MSA tương tự với tiêu chuẩn Security Association.MSA này chịu trách nhiệm đối với các khoá nhóm và xác thực dữ liệu để ký vàxác minh khoá, giữ các thông tin khác liên quan đến kết nối

Chuỗi là giải pháp chung cho việc giảm giá chữ ký số đối với nhận thực

dữ liệu kiểu luồng Đối với truyền dẫn tin cậy của dữ liệu kiểu luồng, ta giảthiết rằng bên gửi đã có sẵn luồng dữ liệu khả dụng