I. Tổng Quan Về Truyền Tin Multicast Khái Niệm và Ứng Dụng
Truyền tin đa phương tiện thời gian thực (live multimedia streaming) ngày càng được triển khai mạnh mẽ. Các ứng dụng nổi bật như hội thảo trực tuyến, truyền hình trực tiếp, xem phim trực tuyến. Ứng dụng đa phương tiện nhạy cảm với độ trễ, nhưng cho phép mất gói tin ở mức độ nhất định. Nghiên cứu đánh giá chất lượng truyền tin Multicast tầng ứng dụng giúp đánh giá lưu lượng truyền, tỉ lệ thành công, mất gói tin, độ trễ giữa các peer. Từ đó đưa ra các giải thuật và thiết kế kiến trúc mạng phù hợp. Đánh giá chất lượng truyền Multicast tầng ứng dụng là cơ sở để đưa ra các giải thuật cân bằng tải, xây dựng kiến trúc cây phân bổ trong truyền dữ liệu. Kỹ thuật và giải thuật phân tích gói tin theo chuẩn được áp dụng tương tự để đánh giá thông lượng, độ trễ của ứng dụng truyền multicast thực tế.
1.1. Khái Niệm Truyền Thông Đa Phương Tiện Tổng Quan
Truyền thông đa phương tiện (video streaming) ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong giải trí. Sự phát triển của vi mạch điện tử kéo theo số hóa dữ liệu và truyền thông video. Internet ra đời giúp truyền dữ liệu video ngày càng được quan tâm. Tuy nhiên, truyền này yêu cầu băng thông lớn và đối mặt với mất gói, độ trễ. Chia sẻ tài nguyên mạng giữa các luồng hay triển khai hiệu quả phương thức truyền một-nhiều là vấn đề cần giải quyết. Video streaming được định nghĩa là một “dòng chảy” video, truyền liên tục từ nguồn đến đích. Ý tưởng cơ bản là chia video thành frame, truyền liên tục và bên nhận hiển thị các phần đã nhận mà không cần đợi toàn bộ video.
1.2. Các Ứng Dụng Truyền Thông Đa Phương Tiện Phổ Biến
Có 2 dạng truyền dữ liệu multimedia cơ bản: Truyền audio và video đã lưu trữ và truyền audio và video thời gian thực. Đối với các ứng dụng loại này, người dùng tại các máy trạm truy cập đến các files audio hoặc video đã được lưu trữ sẵn trên các máy phục vụ (server). Các files audio có thể là các bài hát, bài giảng, hoặc các đoạn băng được ghi âm từ trước. Các files video có thể là những bộ phim, video clips, các đoạn video của những sự kiện thể thao, giải trí. Trong hầu hết các ứng dụng loại này, sau một thời gian trễ vài giây, các máy trạm có thể chạy được các file trong khi chúng vẫn tiếp tục nhận phần còn lại từ server.
II. Truyền Tin Multicast Giải Pháp Tối Ưu Cho Mạng Hiện Đại
Truyền dữ liệu đa luồng Multicast còn được hiểu là việc truyền dữ liệu một - nhiều (one to many), tức từ một nguồn có nhiều điểm nhận được. Nó phân biệt với gửi dữ liệu đơn luồng unicast (one - to - one) ở chỗ unicast chỉ gửi từ một nguồn phát tới một nguồn nhận. Unicast là phương thức truyền cơ bản của mạng cơ sở IP network, nó được sử dụng trong các ứng dụng truyền dữ liệu cơ bản như FTP, Telnet, HTTP,… Tuy nhiên với các ứng dụng đòi hỏi việc truyền đa điểm, như các ứng dụng Video conference hay truyền hình trực tuyến cho một lượng đông đảo người dùng thì chỉ có Multicast mới đảm nhiệm được. Ngoài ra còn có một phương pháp nữa là Broadcast. Cơ chế này node gửi sẽ gửi đến toàn bộ các node trong mạng cùng một thông tin giống nhau.
2.1. So Sánh Multicast Với Unicast và Broadcast
Với unicast, để truyền tới 03 node mạng (Peer Client), nguồn phát cần truyền đi 03 luồng unicast. Với giao thức IP multicast, nguồn chỉ cần phải truyền đi 01 luồng. Trong truyền tin Multicast, dữ liệu được nhân lên và truyền đi tiếp mà chúng ta sẽ xem xét kỹ thuật chi tiết của nó trong chương kế tiếp của luận văn.
2.2. Ứng Dụng Thực Tế Của Truyền Tin Multicast
Ứng dụng broadcast được dùng nhiều trong việc truyền tin giữa các máy trong một mạng LAN. Rõ ràng theo như trên hình vẽ ta thấy, với unicast, để truyền được tới 03 node mạng (Peer Client), nguồn phát cần truyền đi 03 luồng unicast. Với giao thức IP multicast, nguồn chỉ cần phải truyền đi 01 luồng. Trong truyền tin Multicast, dữ liệu được nhân lên và truyền đi tiếp mà chúng ta sẽ xem xét kỹ thuật chi tiết của nó trong chương kế tiếp của luận văn.
III. Kỹ Thuật Truyền Tin Multicast Tầng IP và Tầng Ứng Dụng
Trong IP multicast, các router sẽ đóng vai trò là node trung gian trong cây multicast và có trách nhiệm sao chép gói tin rồi truyền cho các node ứng dụng - ở đây, các node này sẽ đóng vai trò là ngọn của cây. Trong IP multicast mỗi node sẽ gửi yêu cầu một router gắn với nó khi muốn ra nhập hoặc rời khỏi nhóm. Sau đó các router multicast sẽ trao đổi các thông tin về việc quản lý nhóm thông qua cây multicast. Tất cả các công việc như tạo nhóm, nhập nhóm, rời nhóm đều được thực hiện bởi giao thức IGMP (Internet Group Membership Protocol).
3.1. Giao Thức IGMP Trong IP Multicast Chi Tiết
IGMP có trách nhiệm quản lý các nhóm multicast và việc phân phát các gói tin multicast từ router nội bộ đến các node trong nhóm. Việc gói tin làm thế nào để đi được từ nguồn đến các router biên (các router trực tiếp nối với node) phụ thuộc vào giao thức định tuyến multicast chạy trên các router trong mạng. Hiện nay có một vài giao thức định tuyến được phát triển dành riêng cho IP multicast như DVMRP (Distance Vector Multicast Routing Protocol) – giao thức định tuyến multicast đầu tiên hay như PIM (Protocol Independent Multicast) – giao thức định tuyến multicast được dùng phổ biến nhất hiện nay.
3.2. Ưu Điểm và Hạn Chế Của IP Multicast
Với các giao thức định tuyến multicast trong IP multicast, số lượng gói tin phải sao chép nhân bản trên đường truyền được giảm thiểu so với các phương thức truyền tin khác từ đó tiết kiệm đáng kể băng thông mạng. Tuy nhiên một nhược điểm khiến nó không được sử dụng nhiều và không có khả năng mở rộng đó là các router trong mạng phải hỗ trợ multicast. Đồng thời, IP multicast chỉ hỗ trợ các ứng dụng chạy trên nền UDP – giao thức truyền tin không tin cậy. Nhằm khắc phục những nhược điểm này, truyền tin multicast tầng ứng dụng đã và đang được nghiên cứu, phát triển rất nhiều trong những năm gần đây.
IV. Multicast Tầng Ứng Dụng ALM Multicast Giải Pháp Mới
Khái niệm multicast tầng ứng dụng chỉ đơn giản là việc thi hành multicasting như một dịch vụ tầng ứng dụng chứ không phải như một dịch vụ tầng mạng. Với việc chỉ sử dụng phương thức truyền tin unicast của tầng mạng, node nguồn S gửi hai gói tin cho D1 và D2; tại D1, D2 gói tin được nhân bản và chuyển tiếp cho D4,D3. Do các node ứng dụng biết ít thông tin về tầng mạng hơn là các router nên cây multicast tầng ứng dụng thường không có độ tối ưu bằng IP multicast. Trong multicast tầng ứng dụng, các công việc điều khiển như ra nhập nhóm, rời nhóm, sao lưu và chuyển tiếp gói tin, định tuyến multicast… đều được thực hiện tại điểm đầu cuối (end system hoặc proxy) chính vì vậy mà không yêu cầu cần có những router hỗ trợ multicast ở mạng lõi.
4.1. Tổng Quan Về ALM Multicast Định Nghĩa và Ưu Điểm
Khái niệm multicast tầng ứng dụng chỉ đơn giản là việc thi hành multicasting như một dịch vụ tầng ứng dụng chứ không phải như một dịch vụ tầng mạng. Với việc chỉ sử dụng phương thức truyền tin unicast của tầng mạng, node nguồn S gửi hai gói tin cho D1 và D2; tại D1, D2 gói tin được nhân bản và chuyển tiếp cho D4,D3. Do các node ứng dụng biết ít thông tin về tầng mạng hơn là các router nên cây multicast tầng ứng dụng thường không có độ tối ưu bằng IP multicast.
4.2. Các Mô Hình Truyền Tin Multicast Trên Tầng Ứng Dụng
Dựa vào cấu trúc mạng hoặc cách tạo cây multicast mà ta có các giải pháp truyền. Trong multicast tầng ứng dụng, các công việc điều khiển như ra nhập nhóm, rời nhóm, sao lưu và chuyển tiếp gói tin, định tuyến multicast… đều được thực hiện tại điểm đầu cuối (end system hoặc proxy) chính vì vậy mà không yêu cầu cần có những router hỗ trợ multicast ở mạng lõi.
