Mở đầu IP multicast là một nhóm các công nghệ và tiêu chuẩn cho phép việc truyền tải đa điểm – đa điểm nhƣ hội nghị, hay truyền tài điểm – đa điểm nhƣ 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 phƣơng tiện và sự cải tiến công nghệ IP multicast. Multicast là thuật ngữ kỹ thuật, có nghĩa một gói tin có thể đƣợc gửi đến nhiều nơi trong cùng thời điểm. Cách thức thông thƣờng 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 đƣợc gửi từ một máy tính đến một vài máy tính khác, thay vì gửi gói tin đó lần lƣợt đến từng máy tính. Do 5, 10 hay 100 máy có thể nhận đƣợc cùng gói tin nên băng thông đƣợc tiết kiệm. Khi sử dụng multicast để gửi đi gói tin thì không cần thiết phải biết địa chỉ của những ngƣời cần nhận luồng tin multicast đó: dữ liệu đƣợc quảng bá theo một phƣơng thức mà những ngƣời quan tâm đến nó có thể nhận đƣợc.1: Truyền thông unicast và multicast Các mạng hỗ trợ multicast cung cấp nhiều dịch vụ và các ứng dụng cho ngƣời sử dụng đầu cuối. Nhiều ứng dụng hỗ trợ multicast là các ứng dụng đa phƣơng tiện, tuy nhiên còn có nhiều loại ứng dụng khác nhau sử dụng công nghệ TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 4 IP multicast cho các mục đích không phải đa phƣơng 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 nhƣ truyền file, dữ liệu, video theo yêu cầu … Truyền tải multicast đƣa lại nhiều ƣu điểm so với unicast truyền thống. Băng thông của mạng đƣợc tận dụng hiệu quả hơn do nhiều luồng dữ liệu đƣợc thay thế bởi một luồng dữ liệu multicast. Công nghệ này đem lại chất lƣợng tối ƣu do cần ít bản sao dữ liệu để chuyển đi và xử lý tại các nút mạng. Để có thể có đƣợc các ƣu điểm của IP multicast, thì khả năng định tuyến multicast phải đƣợc hỗ trợ tại các nút mạng.
Tùy thuộc vào chính sách sử dụng và nhu cầu của ngƣời 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 phƣơng tiện có tầm quan trọng đối với nhà vận hành mạng. Multicast không chỉ đem lại lợi ích cho ngƣời 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 hƣởng phụ không mong muốn (các gói tin có thể bị hủy) so với các ứng dụng unicast tƣơng tự dựa trên TCP. Tuy nhiên, việc thiếu kiểm soát nghẽn có thể dẫn đến việc suy giảm chất lƣợng mạng tổng thể.
Các gói tin trùng có thể thỉnh thoảng đƣợc tạo ra khi các topo mạng multicast thay đổi. Trong tƣơng lai việc triển khai IPv6 sẽ đem lại multicast có sẵn cho ngƣời sử dụng mạng. Phần mềm định tuyến tin cậy hơn với các giao thức mới sẽ tận dụng đƣợc hạ tầng mạng. Với multicast có sẵn, các vấn đề định tuyến sẽ đƣợc giải quyết dễ dàng hơn và băng thông sẽ đƣợc tiết kiệm hơn.
Multicast là một công nghệ tƣơng đối mới cho phép các khách hàng đƣợc hƣởng lợi từ các ứng dụng thời gian thực mà đáng ra phải yêu cầu một lƣợng băng thông cực lớn. Công nghệ này cho phép nhiều loại công ty đƣa các sản phẩm của họ đến các nhóm ngƣời với chi phí thấp so với unicast. Multicast giảm lƣu lƣợng mạng và tiết kiệm băng thông cho phép ngƣời dùng khai thác khả năng sử dụng cực đại có thể của Internet. Multicast cung cấp cho các ngƣời sử dụng liên quan đến Internet (các ngƣời sử dụng đầu cuối, nhà vận hành mạng, ISP và TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 5 các công ty liên quan khác) giải pháp khả thi kinh tế và kỹ thuật cho vấn đề truyển tải khối lƣợng thông tin lớn đến các nhóm ngƣời dùng đƣợc lựa chọn.
Để có đƣợc multicast trên Internet hay các mạng Intranet, cách đầu tiên là kết nối các ốc đảo mạng hỗ trợ multicast với các đƣờng hầm IP multicast. Do các đƣờng hầm này không khả phân cấp và không đƣa lại các ƣu điểm kế thừa của multicast, bƣớc kế tiếp là thay thế hạ tầng đƣờng hầm với hạ tầng định tuyến multicast thực sự. Công nghệ multicast hiện tại đƣa 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 tƣơng tự nhƣ 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 nhƣ UDP, RTP có thể sử dụng trên nóc của IP multicast, TCP và các giao thức truyền tải tin cậy hơn trong các môi trƣờng unicast không hộ trợ multicast. Do vậy các giao thức truyền tải multicast phải đƣợc phát triển và vì thế không có giao thức truyền tải mục đích chung cho mọi trƣờng hợp, tuy nhiên lại xuất hiện các giao thức khả cấu hình cao và các giao thức đƣợc chuyên biệt cao cho các mục đích truyền tải tin cậy đặc biệt trong môi trƣờng IP multicast.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 lƣu lƣợng 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: TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.2: Các thành phần tham gia vào truyền thông multicast Trong mô phỏng trên hình 1.2 các hoạt động diễn ra nhƣ 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 lƣu lƣợng gửi tới địa chỉ nhóm multicast. Router sẽ chuyển dữ liệu multicast tới tất cả các mạng con có thành viên của nhóm. Trong trƣờng 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: TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 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.3 Địa chỉ multicast Các router phải có phƣơng 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 224.255 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 1 1 1 0 Multicast Group ID 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 tƣơng đƣơng với giao thức phân giải địa chỉ nhƣ trong truyền thông unicast, một dạng giá trị đặc biệt dành riêng cho địa chỉ MAC của multicast sẽ đƣợc dùng. Các địa chỉ này bắt đầu bằng 01005E, phần 28 bit sau của địa chỉ IP multicast sẽ đƣợc ánh xạ vào 23 bit thấp của địa chỉ MAC bằng một giải thuật đơn giản.
TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com 8 224 - 239 X Y Z IP Multicast 1110 Address 5 bit 28 bit Không sử dụng Ánh xạ sang địa chỉ MAC Multicast 000 000 0100 0000 00010 111 010 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 đƣợc chép từ địa chỉ IP sang địa chỉ MAC. Tuy nhiên chú ý rằng có 5 bit của địa chỉ IP không đƣợc 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 tƣơng 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 đƣợc dành riêng của multicast: Toàn bộ không gian địa chỉ multicast: 224.
Địa chỉ link-local: 224.255 đƣợc dùng bởi các giao thức định tuyến.