Nghiên Cứu Cơ Chế Chuyển Đổi Multicast Từ IPv4 Sang IPv6 Trong Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Điện Tử

Nghiên cứu cơ chế chuyển đổi multicast từ IPv4 sang IPv6 trong luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện tử, tập trung vào giải pháp hiệu quả cho mạng hiện đại.

• Tác giả: Hoàng Thị Ngoan
• Người hướng dẫn: TS. Trịnh Quang Khải
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
• Đề tài: Nghiên Cứu Cơ Chế Chuyển Đổi Multicast IPv4 Sang IPv6
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: TP.Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT CƠ SỞ
• 1.1. Giới thiệu
• 1.2. Sự khác nhau giữa IPv6 và IPv4
• 1.2.1. Phần mào đầu
• 1.2.2. Kỹ thuật phân mảnh và đơn vị truyền dẫn tối đa MTU
• 1.2.3. Chất lượng dịch vụ
• 1.2.4. Địa chỉ nhóm multicast
• 1.2.4.1. Multicast nguồn bất kỳ (ASM)
• 1.2.4.2. Multicast nguồn riêng biệt (SSM)
• 1.3. Các giao thức liên quan đến định tuyến multicast
• 1.3.1. Giao thức quản lý nhóm Internet IGMP
• 1.3.2. Giao thức MLD (Multicast Listener Discovery)
• 2. CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH CÁC TIÊU CHUẨN VÀ YÊU CẦU TRONG QUÁ TRÌNH PHIÊN DỊCH, XÂY DỰNG BỘ PHIÊN DỊCH MULTICAST IPv4 – IPv6 MỚI
• 3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH CÁC KẾT QUẢ PHIÊN DỊCH SO VỚI CÁC TIÊU CHUẨN VÀ YÊU CẦU ĐƯA RA TRONG CHƯƠNG 2
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Mạng Internet hiện nay chủ yếu sử dụng IPv4. Tuy nhiên, với sự gia tăng nhanh chóng của các thiết bị kết nối, không gian địa chỉ của IPv4 đã gần như cạn kiệt. IPv6 ra đời với không gian địa chỉ lớn hơn, nhưng sự không tương thích giữa hai giao thức này gây ra nhiều thách thức trong việc chuyển đổi. Luận văn này tập trung vào việc nghiên cứu cơ chế chuyển đổi multicast từ IPv4 sang IPv6, nhằm đảm bảo các dịch vụ hiện có vẫn hoạt động trong quá trình chuyển đổi. Việc sử dụng các bộ phiên dịch là giải pháp tối ưu để duy trì tính tương thích giữa hai giao thức này. Đặc biệt, dịch vụ truyền hình IP (IPTV) là một trong những ứng dụng quan trọng nhất của multicast, cho phép truyền tải tín hiệu đến nhiều người dùng mà không làm tăng băng thông. Mục tiêu của luận văn là xây dựng bộ phiên dịch giữa các dịch vụ multicast của IPv4 và IPv6, giúp các host IPv6 kết nối với nhóm host multicast của IPv4.

II. Sự khác nhau giữa IPv4 và IPv6

Sự khác biệt giữa IPv4 và IPv6 không chỉ nằm ở không gian địa chỉ mà còn ở cấu trúc và cách thức hoạt động. IPv4 sử dụng 32 bit cho địa chỉ, trong khi IPv6 sử dụng 128 bit, cho phép tạo ra một lượng địa chỉ khổng lồ. Cấu trúc phần mào đầu của IPv4 bao gồm nhiều trường thông tin, trong khi IPv6 đã đơn giản hóa bằng cách loại bỏ một số trường không cần thiết. Điều này giúp giảm thiểu độ phức tạp trong việc xử lý gói tin. Hơn nữa, IPv6 cải thiện khả năng quản lý lưu lượng và chất lượng dịch vụ thông qua các trường như Traffic class và Flow label. Việc phân mảnh gói tin cũng được cải tiến, với IPv6 không cho phép router phân mảnh gói, mà yêu cầu nguồn phát tự phân mảnh trước khi gửi. Điều này giúp tăng cường hiệu suất và độ tin cậy trong việc truyền tải dữ liệu.

2.1. Cấu trúc phần mào đầu

Cấu trúc phần mào đầu của IPv4 và IPv6 có nhiều điểm khác biệt. IPv4 có các trường như Version, Header length, Type of service, trong khi IPv6 chỉ cần các trường cơ bản như Version, Traffic class, Flow label. Điều này cho thấy sự tối ưu hóa trong thiết kế của IPv6, giúp giảm thiểu kích thước gói tin và tăng tốc độ xử lý. Việc loại bỏ trường kiểm tra lỗi checksum trong IPv6 cũng giúp giảm tải cho các router, vì kiểm tra lỗi đã được thực hiện ở các lớp trên như TCP và UDP.

2.2. Địa chỉ nhóm multicast

Địa chỉ nhóm multicast trong IPv4 và IPv6 cũng có sự khác biệt rõ rệt. IPv4 sử dụng các địa chỉ trong vùng tiền tố 224.0/4, trong khi IPv6 sử dụng tiền tố FF00::/8. Điều này cho phép IPv6 mở rộng khả năng nhóm multicast, đồng thời cung cấp các phương thức quản lý nhóm hiệu quả hơn. Các giao thức liên quan đến định tuyến multicast như IGMP và MLD cũng có sự tương ứng, với MLD là phiên bản tương đương của IGMP trong IPv6.

III. Kỹ thuật chuyển đổi multicast

Kỹ thuật chuyển đổi multicast từ IPv4 sang IPv6 đòi hỏi một bộ phiên dịch hiệu quả. Bộ phiên dịch này sẽ đảm bảo rằng các gói tin multicast từ IPv4 có thể được nhận và xử lý bởi các host IPv6 mà không cần thay đổi từ phía phát. Điều này có nghĩa là các dịch vụ hiện tại trên IPv4 vẫn có thể hoạt động trên IPv6 mà không cần phải thay đổi cấu trúc mạng. Việc triển khai bộ phiên dịch này sẽ tập trung vào dịch vụ IPTV, vì đây là một trong những ứng dụng quan trọng nhất của multicast. Các tiêu chuẩn và yêu cầu trong quá trình phiên dịch sẽ được xác định rõ ràng để đảm bảo tính tương thích và hiệu suất cao nhất.

3.1. Tiêu chuẩn và yêu cầu

Tiêu chuẩn và yêu cầu trong quá trình phiên dịch giữa IPv4 và IPv6 cần được xác định rõ ràng. Điều này bao gồm việc đảm bảo rằng tất cả các gói tin multicast từ IPv4 được chuyển đổi một cách chính xác và hiệu quả sang định dạng IPv6. Các yêu cầu về băng thông, độ trễ và chất lượng dịch vụ cũng cần được xem xét để đảm bảo rằng người dùng cuối nhận được trải nghiệm tốt nhất. Việc xây dựng bộ phiên dịch cần phải tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế và các quy định hiện hành để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả trong thực tế.

3.2. Phân tích kết quả

Phân tích kết quả phiên dịch sẽ giúp đánh giá hiệu quả của bộ phiên dịch trong việc chuyển đổi các gói tin multicast. Các tiêu chí như tỷ lệ thành công, độ trễ và băng thông sử dụng sẽ được xem xét để xác định tính khả thi của giải pháp. Việc so sánh với các tiêu chuẩn đã đặt ra trong chương trước sẽ giúp xác định những điểm mạnh và điểm yếu của bộ phiên dịch, từ đó đưa ra các giải pháp cải tiến trong tương lai.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Luận văn đã trình bày rõ ràng về cơ chế chuyển đổi multicast từ IPv4 sang IPv6, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc duy trì tính tương thích giữa hai giao thức này. Bộ phiên dịch được đề xuất không chỉ giúp kết nối các dịch vụ hiện có mà còn mở ra cơ hội cho việc phát triển các ứng dụng mới trên nền tảng IPv6. Hướng phát triển trong tương lai có thể bao gồm việc tối ưu hóa bộ phiên dịch để cải thiện hiệu suất và khả năng mở rộng, cũng như nghiên cứu thêm về các dịch vụ đặc biệt khác ngoài IPTV. Việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp tương thích sẽ góp phần quan trọng vào sự phát triển bền vững của mạng Internet trong thời gian tới.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Mạng Internet hiện nay chủ yếu sử dụng giao thức IPv4 với không gian địa chỉ 32 bit, cung cấp khoảng 4,3 tỷ địa chỉ. Tuy nhiên, do sự gia tăng nhanh chóng của các thiết bị kết nối, nguồn địa chỉ IPv4 dự kiến sẽ cạn kiệt vào năm 2012 theo ước tính. Để giải quyết vấn đề này, IPv6 với không gian địa chỉ 128 bit được phát triển, cung cấp một lượng địa chỉ gần như vô hạn. Tuy nhiên, IPv4 và IPv6 không tương thích trực tiếp, gây khó khăn trong việc duy trì các dịch vụ hiện có khi chuyển đổi mạng. Đặc biệt, các dịch vụ multicast như IPTV, vốn dựa trên phương thức truyền thông đa hướng, cần được hỗ trợ xuyên suốt giữa hai giao thức.

Luận văn tập trung nghiên cứu cơ chế phiên dịch multicast từ IPv4 sang IPv6 nhằm đảm bảo các host IPv6 có thể kết nối và nhận dữ liệu multicast từ mạng IPv4 mà không cần thay đổi ở phía phát hoặc thu. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào dịch vụ IPTV, một ứng dụng quan trọng của multicast, trong khoảng thời gian nghiên cứu đến năm 2011 tại Việt Nam. Mục tiêu chính là xây dựng bộ phiên dịch multicast hỗ trợ cả hai loại multicast nguồn bất kỳ (ASM) và multicast nguồn riêng biệt (SSM), đồng thời đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất như độ trễ, tỷ lệ mất gói và thời gian gia nhập nhóm multicast.

Việc phát triển bộ phiên dịch này có ý nghĩa quan trọng trong việc duy trì tính liên tục của các dịch vụ truyền hình IP và các ứng dụng multicast khác trong quá trình chuyển đổi từ IPv4 sang IPv6, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng băng thông và mở rộng khả năng kết nối mạng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Giao thức IP phiên bản 4 và 6 (IPv4 và IPv6): Phân tích cấu trúc phần mào đầu, kỹ thuật phân mảnh, và các trường thông tin quan trọng như địa chỉ nguồn, đích, và các trường phục vụ chất lượng dịch vụ (QoS).
• Multicast và các loại multicast: Bao gồm multicast nguồn bất kỳ (ASM) và multicast nguồn riêng biệt (SSM), với các không gian địa chỉ đặc trưng cho từng loại.
• Giao thức quản lý nhóm multicast: IGMP (phiên bản 3) cho IPv4 và MLD (phiên bản 2) cho IPv6, dùng để quản lý thành viên nhóm multicast.
• Giao thức định tuyến multicast PIM-SM: Xây dựng sơ đồ cây truyền tải multicast, bao gồm các router chỉ định (DR) và điểm hội tụ (RP), với các cơ chế gia nhập và rời nhóm.
• Thuật toán phiên dịch giao thức SIIT: Thuật toán phi trạng thái để phiên dịch header IP giữa IPv4 và IPv6, được lựa chọn để phiên dịch multicast do không hạn chế giao thức lớp truyền tải.
• Kiến trúc bộ phiên dịch multicast MCAST46: Sử dụng ba tiền tố IPv6 để ánh xạ địa chỉ IPv4, hỗ trợ cả ASM và SSM, và tích hợp với các giao thức IGMP, MLD, PIM-SM.

Các khái niệm chính bao gồm: địa chỉ multicast, thuật toán phiên dịch IP, giao thức quản lý nhóm multicast, định tuyến multicast, và các phương pháp truyền tải IPTV (RTP và UDP).

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập từ các tài liệu kỹ thuật, tiêu chuẩn quốc tế (DVB BlueBook A086 Rev.7), các giao thức mạng, và các hệ thống phiên dịch multicast hiện có.
• Phương pháp phân tích: Phân tích cấu trúc giao thức, so sánh các giải pháp phiên dịch multicast hiện tại, xác định các hạn chế và yêu cầu hiệu suất. Thiết kế và triển khai bộ phiên dịch dựa trên thuật toán SIIT và kiến trúc MRD6.
• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Thực nghiệm trên môi trường mạng mô phỏng với hàng chục kênh IPTV đồng thời, sử dụng các thiết bị và phần mềm mạng chuẩn Linux.
• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết và phân tích các giải pháp hiện có trong 6 tháng đầu, thiết kế và triển khai bộ phiên dịch trong 6 tháng tiếp theo, thử nghiệm và đánh giá hiệu suất trong 3 tháng cuối năm 2011.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa phân tích lý thuyết, thiết kế hệ thống và thử nghiệm thực tế nhằm đảm bảo tính khả thi và hiệu quả của bộ phiên dịch multicast IPv4 sang IPv6.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Khác biệt cấu trúc header IPv4 và IPv6: IPv6 có phần mào đầu ngắn gọn hơn, bỏ các trường không cần thiết và sử dụng header mở rộng khi cần thiết. Địa chỉ IPv6 dài 128 bit so với 32 bit của IPv4, tạo điều kiện cho không gian địa chỉ rộng lớn hơn.

   • IPv6 bỏ trường checksum, tăng MTU tối thiểu lên 1280 byte (IPv4 là 68 byte).
   • Router IPv6 không phân mảnh gói, thay vào đó gửi thông báo lỗi ICMPv6.

2. Phiên dịch multicast phức tạp do khác biệt địa chỉ và giao thức quản lý nhóm:

   • Địa chỉ multicast IPv4 nằm trong vùng 224.0/4, IPv6 trong FF00::/8.
   • Giao thức IGMPv3 và MLDv2 có cơ chế tương tự nhưng không hoàn toàn tương thích.
   • Bộ phiên dịch phải ánh xạ địa chỉ và chuyển đổi các bản tin quản lý nhóm.

3. Bộ phiên dịch MCAST46 được thiết kế với ba tiền tố IPv6 để ánh xạ địa chỉ IPv4, hỗ trợ cả ASM và SSM:

   • Hỗ trợ gia nhập nhóm multicast IPv4 từ host IPv6 thông qua MLD hoặc PIM-SM.
   • Thuật toán phiên dịch dựa trên SIIT giúp phiên dịch header IP hiệu quả, không yêu cầu tính toán lại checksum lớp truyền tải.
   • Bộ phiên dịch không yêu cầu thay đổi ở phía phát hoặc thu multicast.

4. Hiệu suất bộ phiên dịch đáp ứng yêu cầu IPTV:

   • Thời gian trượt do bộ phiên dịch giới hạn trong 5ms, tổng thời gian trượt cho phép là 40ms.
   • Tỷ lệ mất gói được giảm tối đa, không sắp xếp lại hoặc nhân đôi gói để hỗ trợ truyền dẫn trực tiếp trên UDP.
   • Thời gian gia nhập và rời nhóm multicast dưới 500ms, đảm bảo chuyển mạch kênh IPTV nhanh chóng.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy việc phiên dịch multicast IPv4 sang IPv6 là khả thi và hiệu quả khi sử dụng thuật toán SIIT kết hợp với kiến trúc MRD6. Việc sử dụng ba tiền tố IPv6 để ánh xạ địa chỉ IPv4 giúp duy trì tính toàn vẹn của địa chỉ multicast và hỗ trợ cả hai loại multicast ASM và SSM. So với các giải pháp trước như TRT, NAT-PT hay MTP, bộ phiên dịch này khắc phục được các hạn chế về hỗ trợ multicast, cấu hình thủ công và hiệu suất.

Việc giới hạn thời gian trượt và tỷ lệ mất gói phù hợp với tiêu chuẩn DVB BlueBook A086 Rev.7 chứng tỏ bộ phiên dịch có thể ứng dụng thực tế trong các dịch vụ IPTV. Các biểu đồ so sánh thời gian trượt và tỷ lệ mất gói giữa mạng gốc IPv4 và mạng có bộ phiên dịch cho thấy sự chênh lệch nhỏ, không ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng dịch vụ.

Tuy nhiên, bộ phiên dịch không hỗ trợ phiên dịch unicast và các dịch vụ multicast đặc biệt, điều này phù hợp với phạm vi nghiên cứu và có thể được mở rộng trong các nghiên cứu tiếp theo. Việc triển khai trên nền tảng Linux và sử dụng các giao thức chuẩn giúp bộ phiên dịch dễ dàng tích hợp vào mạng hiện tại mà không cần thay đổi phần cứng hoặc phần mềm router.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai bộ phiên dịch multicast IPv4 sang IPv6 trong các mạng cung cấp dịch vụ IPTV:

   • Mục tiêu: Đảm bảo các thuê bao IPv6 có thể nhận dịch vụ IPTV từ mạng IPv4.
   • Thời gian: Triển khai thử nghiệm trong 6 tháng, đánh giá hiệu suất sau 12 tháng.
   • Chủ thể thực hiện: Nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) và các nhà mạng truyền hình.

2. Mở rộng hỗ trợ phiên dịch multicast cho các dịch vụ đặc biệt và unicast:

   • Mục tiêu: Nâng cao khả năng tương thích và mở rộng ứng dụng bộ phiên dịch.
   • Thời gian: Nghiên cứu và phát triển trong 12-18 tháng tiếp theo.
   • Chủ thể thực hiện: Các nhóm nghiên cứu và phát triển công nghệ mạng.

3. Phát triển giao diện giám sát hiệu suất bộ phiên dịch:

   • Mục tiêu: Theo dõi băng thông sử dụng, số lượng nhóm multicast và các sự kiện lỗi.
   • Thời gian: Thiết kế và tích hợp trong 6 tháng.
   • Chủ thể thực hiện: Đội ngũ kỹ thuật vận hành mạng.

4. Xây dựng cơ chế dự phòng và mở rộng quy mô bộ phiên dịch:

   • Mục tiêu: Đảm bảo tính sẵn sàng cao và khả năng xử lý hàng trăm kênh IPTV đồng thời.
   • Thời gian: Triển khai trong 12 tháng sau khi hoàn thiện phiên bản cơ bản.
   • Chủ thể thực hiện: Nhà cung cấp dịch vụ và các nhà phát triển phần mềm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà cung cấp dịch vụ Internet và truyền hình IP:

   • Lợi ích: Áp dụng bộ phiên dịch để duy trì và mở rộng dịch vụ IPTV cho khách hàng sử dụng IPv6.
   • Use case: Triển khai bộ phiên dịch trong mạng để hỗ trợ khách hàng chuyển đổi giao thức.

2. Các nhà nghiên cứu và phát triển công nghệ mạng:

   • Lợi ích: Nắm bắt kiến thức về phiên dịch multicast, thuật toán SIIT và các giao thức multicast.
   • Use case: Phát triển các giải pháp mạng tương thích IPv4 và IPv6.

3. Quản trị viên mạng doanh nghiệp và tổ chức:

   • Lợi ích: Hiểu rõ cơ chế phiên dịch multicast để thiết kế mạng nội bộ hỗ trợ đa giao thức.
   • Use case: Tối ưu hóa mạng nội bộ cho các ứng dụng truyền hình và hội nghị truyền hình.

4. Sinh viên và học viên ngành kỹ thuật điện tử, công nghệ thông tin:

   • Lợi ích: Học tập kiến thức chuyên sâu về giao thức mạng, multicast và kỹ thuật phiên dịch.
   • Use case: Tham khảo để nghiên cứu, làm luận văn hoặc phát triển dự án liên quan.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ phiên dịch multicast IPv4 sang IPv6 có hỗ trợ tất cả các dịch vụ multicast không?
   Bộ phiên dịch hỗ trợ cả multicast nguồn bất kỳ (ASM) và multicast nguồn riêng biệt (SSM) cho các dịch vụ phổ biến như IPTV. Tuy nhiên, các dịch vụ multicast đặc biệt và unicast không được hỗ trợ trong phạm vi nghiên cứu này.

2. Thuật toán SIIT có ưu điểm gì trong việc phiên dịch multicast?
   SIIT là thuật toán phi trạng thái, phiên dịch header IP mà không cần tính toán lại checksum lớp truyền tải, giúp giảm tải tài nguyên và tăng hiệu suất phiên dịch multicast.

3. Bộ phiên dịch có ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ IPTV không?
   Bộ phiên dịch giới hạn thời gian trượt trong 5ms và tỷ lệ mất gói rất thấp, đảm bảo chất lượng dịch vụ IPTV không bị suy giảm đáng kể so với mạng gốc IPv4.

4. Có cần thay đổi cấu hình ở phía phát hoặc thu multicast khi sử dụng bộ phiên dịch không?
   Không, bộ phiên dịch được thiết kế để không yêu cầu bất kỳ thay đổi nào từ phía phát IPv4 hoặc thu IPv6, giúp triển khai dễ dàng và không gây gián đoạn dịch vụ.

5. Bộ phiên dịch có thể mở rộng để hỗ trợ nhiều kênh IPTV đồng thời không?
   Có, bộ phiên dịch hiện tại đủ khả năng hỗ trợ hàng chục kênh IPTV đồng thời và có thể mở rộng quy mô với cơ chế dự phòng và nâng cấp phần cứng.

Kết luận

• Bộ phiên dịch multicast IPv4 sang IPv6 được xây dựng dựa trên thuật toán SIIT và kiến trúc MRD6, hỗ trợ cả ASM và SSM, đáp ứng yêu cầu của dịch vụ IPTV.
• Giới hạn thời gian trượt do bộ phiên dịch là 5ms, tỷ lệ mất gói thấp, thời gian gia nhập nhóm multicast dưới 500ms, phù hợp với tiêu chuẩn DVB BlueBook.
• Bộ phiên dịch không yêu cầu thay đổi ở phía phát hoặc thu multicast, dễ dàng tích hợp vào mạng hiện tại.
• Giải pháp này khắc phục các hạn chế của các bộ phiên dịch trước, nâng cao hiệu quả và khả năng tương thích giữa IPv4 và IPv6.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng hỗ trợ dịch vụ, phát triển giao diện giám sát và triển khai quy mô lớn trong thực tế.

Các nhà cung cấp dịch vụ và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng và phát triển thêm bộ phiên dịch multicast này để thúc đẩy quá trình chuyển đổi mạng IPv4 sang IPv6 một cách hiệu quả và bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 Khi thành viên cuối cùng rời khỏi nhóm, DR sẽ ngưng chuyển tiếp lưu lượng multicast và gửi bản tin PIM-Loại trừ (*,G) đến các router PIM ở phía nguồn phát. Tuy nhiên để đảm bảo rằng trước khi ngưng chuyển tiếp cho một nhóm thì không còn host nào của nhóm đang nhận lưu lượng, DR sẽ gửi đi bản tin “Truy vấn thành viên” IGMP hoặc MLD đến link. Nếu vẫn còn host đang nhận lưu lượng thì host đó sẽ gửi bản tin “Báo cáo thành viên”, khi đó DR sẽ vẫn tiếp tục chuyển tiếp lưu lượng cho nhóm. Thông tin trạng thái thành viên chỉ là tạm thời.

Tất cả các host nhận lưu lượng sẽ phải “Báo cáo thành viên” khi nhận được các bản tin “Truy vấn thành viên” định kỳ. Tương tự, tất cả các router PIM cũng phải cập nhật tình trạng gia nhập và rời khỏi nhóm bằng cách gửi đi các bản tin này đến các router lân cận. Kết nối đa vùng multicast Internet bao gồm một vài vùng quản lý gọi là các hệ thống tự trị (AS). Mỗi AS sẽ có một chính sách định tuyến rõ ràng, riêng biệt.

Xét về định tuyến multicast thì một hệ thống AS sẽ bao gồm một tập hợp các điểm hội tụ RP. Các router sử dụng chung một tập hợp RP tạo thành một vùng multicast. Tuy nhiên chỉ có một RP có thông tin về các nguồn hoạt động của nhóm ASM, do đó phải có sự hỗ trợ liên vùng ASM và phối hợp giữa các router multicast, hoặc tất cả vùng multicast trên mạng đều phải sử dụng chung một tập các RP, hoặc thông tin của các nguồn hoạt động trên mạng phải được truyền đi bằng các phương tiện khác. Nếu không có sự phối hợp thì các nguồn thu multicast không thể nhận được lưu lượng multicast từ các vùng multicast khác nhau.

Trịnh Quang Khải HVTH: Hoàng Thị Ngoan 18 Nghiên cứu cơ chế phiên dịch multicast IPv4 sang IPv6 Chương 1 1. Giao thức phát hiện nguồn multicast MSDP Giao thức phát hiện nguồn multicast MSDP cung cấp một phương pháp chuyển giao thông tin về các nguồn multicast hoạt động giữa các RP trong các vùng multicast khác nhau. Khi một nguồn mới đăng ký với một RP, RP này sẽ gửi một bản tin “Nguồn hoạt động” đến tất cả các RP khác để tuyên truyền thông tin về nguồn hoạt động giữa các vùng multicast. Nếu một RP nhận được một bản tin “Gia nhập” của một nhóm mà trong nhóm đã có nguồn hoạt động thì RP này sẽ gửi bản tin “Gia nhập (S,G)” đến mỗi nguồn trong nhóm để nhận lưu lượng theo yêu cầu.

Lưu lượng từ các nguồn này đầu tiên sẽ được chuyển tiếp thông qua cây truyền dẫn RP, nhưng sau đó nó sẽ được chuyển tiếp qua cây truyền dẫn ngắn nhất được xây dựng riêng cho từng nguồn. MSDP chỉ được sử dụng riêng cho IPv4, IPv6 không sử dụng phương pháp này. RP nhúng Trong mạng IPv6 không sử dụng MSDP mà sử dụng phương pháp nhúng RP. RP nhúng không thực hiện chuyển giao thông tin về các nguồn hoạt động cho các RP khác.

Phương pháp này cho phép sử dụng một RP đơn cho tất cả các địac chỉ nhóm multicast trong mạng. Tất cả các vùng multicast sẽ sử dụng cùng một RP, do đó thông tin về các nguồn hoạt động không phải truyền tải lòng vòng trong mạng. Phương pháp RP nhúng tận dụng được ưu điểm không gian địa chỉ dành cho multicast rất lớn của IPv6. RP nhúng xác định một chính sách phân bố địa chỉ multicast, trong đó địa chỉ của các RP phụ trách nhóm ASM được nhúng CBHD: TS.

Trịnh Quang Khải HVTH: Hoàng Thị Ngoan 19 Nghiên cứu cơ chế phiên dịch multicast IPv4 sang IPv6 Chương 1 vào trong địa chỉ nhóm multicast. Các địa chỉ có tiền tố FF70::/12 được sử dụng cho các RP nhúng. RP nhúng cũng xác định một cơ chế ánh xạ từ nhóm nguồn – RP, cơ chế này cho phép các router PIM-SM lựa chọn RP cho nhóm bằng cách sử dụng địa chỉ RP nhúng. Các DR sử dụng địa chỉ RP nhúng cho các bản tin PIM- Đăng ký và bản tin Gia nhập.

SSM và đa vùng multicast Việc chuyển phát lưu lượng các nguồn SSM giữa các vùng SSM thì đơn giản hơn là chuyển phát lưu lượng các nguồn ASM. Một kênh SSM xác định rõ địa chỉ nguồn gửi S và nguồn nhận G là các nhóm multicast (S,G). DR sẽ luôn xây dựng được cây truyền dẫn ngắn nhất bằng cách gửi bản tin PIM- “Gia nhập (S,G)” đến nguồn gửi. Mặt khác, các thiết bị trong mạng cũng sẽ biết được địa chỉ của nguồn nếu nhận được các ứng dụng multicast từ nguồn.

Các phương pháp truyền tải IPTV Các hệ thống DVB-IPVT (Digital Video Broadcasting – Internet Protocol Television) sử dụng sử dụng phương pháp truyền tải MPEG-2 (Moving Picture Experts Group – 2) viết tắt là MTS (MPEG-2 Transport Streams) để truyền tải tín hiệu truyền hình số. DVB BlueBook A086 Rev.7 xác định hai phương pháp truyền tải MTS qua mạng Internet đó là giao thức truyền tải thời gian thực RTP (Real-time Transport Protocol) và truyền tải trực tiếp trên UDP. Trịnh Quang Khải HVTH: Hoàng Thị Ngoan 20 Nghiên cứu cơ chế phiên dịch multicast IPv4 sang IPv6 Chương 1 1. Giao thức truyền tải thời gian thực RTP.

RTP là một giao thức của lớp truyền tải được định nghĩa dành riêng cho việc truyền tải dữ liệu thời gian thực như tín hiệu video, audio, tín hiệu truyền hình số. RTP được sử dụng trên UDP. RTP bổ sung cho UDP một số header để sử dụng trong truyền tải đa phương tiện. RTP thường đi kèm với giao thức điều khiển RTP (RTCP).

RTCP cung cấp phương pháp thu thập số liệu thống kê, xác định thành phần tham gia và đồng bộ hóa các luồng RTP. Điều quan trọng nhất là RTP đánh số thứ tự trong các gói tin. Số thứ tự này được sử dụng để sắp xếp thứ tự các gói tin đầu vào theo thứ tự đầu ra. Số thứ tự cũng giúp xác định việc mất gói tin hay gói tin bị lặp lại.

Một gói RTP có thể mang tối đa bảy gói MTS, và mỗi gói MTS trong RTP đều được đánh số thứ tự và mỗi gói RTP cũng được đánh số thứ tự. Một gói RTP trong IPv4 có thể dài tối đa là 1356 byte và trong IPv6 là 1376 byte. Truyền dẫn MTS trực tiếp trên UDP. MTS có thể được vận chuyển trực tiếp trên UDP.

Phương pháp vận chuyển này hiệu quả hơn vận chuyển bằng RTP bởi vì không cần gắn thêm phần header của RTP, tuy nhiên phương pháp này không cho phép đánh số thứ tự của gói tin. Vì vậy, nếu sử dụng truyền tải trực tiếp trên UDP thì phải yêu cầu một mạng không đánh thứ tự gói. Tương tự như RTP, các gói MTS trong UDP đều được đánh số thứ tự. Một gói UDP cũng bao gồm bảy gói MTS, kích thước tối đa của một gói UDP trong mạng IPv4 là 1344 byte, và trong IPv6 là 1364 byte.

Trịnh Quang Khải HVTH: Hoàng Thị Ngoan 21 Nghiên cứu cơ chế phiên dịch multicast IPv4 sang IPv6 Chương 1 1. Bộ phiên dịch truyền tải chuyển tiếp IPv6-IPv4 (TRT) TRT là một hệ thống phiên dịch truyền tải chuyển tiếp IPv6-IPv4 (IPv6- to-IPv4 Transport Relay Translator) viết tắt là TRT. TRT cho phép các host IPv6 thông tin với các host IPv4 bằng các giao thức TCP và UDP. TRT thực hiện phiên dịch giữa các host IPv4 và IPv6 nhưng TRT không yêu cầu bất cứ sự chuyển đổi nào từ phía các đầu cuối.

Tuy nhiên TRT không hỗ trợ phiên dịch multicast. TRT ánh xạ toàn bộ không gian địa chỉ IPv4 sang một tiền tố đặc biệt của IPv6, tiền tố này do nhà quản trị mạng lựa chọn. Tất cả lưu lượng chuyển đến tiền tố này đều được định tuyến đến một hệ thống TRT. Ví dụ như tiền tố 2001:DB8::/64 được chọn là tiền tố đặc biệt thì lưu lượng chuyển đến một địa chỉ bất kỳ của tiền tố này, như địa chỉ 2001:DB8::10.1, sẽ được gửi đến một hệ thống TRT để chuyển đến địa chỉ 10.1 trong mạng IPv4.

Khi hệ thống TRT nhận được các gói tin TCP hoặc UDP ở đầu vào, hệ thống sẽ chấp nhận các gói này nếu địa chỉ đích ánh xạ là địa chỉ nội bộ của hệ thống. Đối với mỗi gói TCP hoặc UDP hệ thống sẽ thiết lập các kết nối tương ứng trong mạng IPv4. Địa chỉ đích cho mỗi kết nối IPv4 được lấy từ các địa chỉ ánh xạ. Địa chỉ giao diện của hệ thống TRT được xem như địa chỉ nguồn đối với các gói TCP hoặc UDP trong mạng IPv4.

Một hệ thống TRT thiết lập các kết nối TCP và UDP riêng biệt nhau cho mỗi cuộc thoại. Do đó TRT là một cơ chế phiên dịch trạng thái, khi số lượng các cuộc thoại tăng lên thì số kết nối tăng và nguồn tài nguyên hệ thống phiên dịch yêu cầu cũng tăng lên. Đây cũng là lý do khiến TRT thất bại. Nếu sử dụng TRT với quy mô lớn, hệ thống đòi hỏi phải thiết lập một DNS server để thực hiện việc ánh xạ địa chỉ.

Hoặc là thiết lập một host thành DNS server để phiên dịch đối với các dịch vụ IPv4 được lựa chọn. Trịnh Quang Khải HVTH: Hoàng Thị Ngoan 22 Nghiên cứu cơ chế phiên dịch multicast IPv4 sang IPv6 Chương 1 1. Thuật toán phiên dịch IP/ICMP phi trạng thái (SIIT) Thuật toán phiên dịch IP/ICMP phi trạng thái (SIIT) là một thuận toán phi trạng thái để phiên dịch header từ IPv4 sang IPv6 và ngược lại. SIIT cho phép các host của các mạng IPv4 thuần túy và IPv6 thuần túy liên lạc với nhau.

Tuy nhiên SIIT không phải là giải pháp hoàn chỉnh, nó chỉ cho phép phiên dịch phần header, và như vậy thì SIIT mới chỉ thực hiện được một phần công việc phiên dịch. SIIT nhúng địa chỉ IPv4 sang địa chỉ IPv6 theo hai cách. Các địa chỉ IPv6 được ánh xạ từ địa chỉ IPv4 được sử dụng để truy xuất đến địa chỉ của các host IPv4 theo định dạng địa chỉ IPv6. Một địa chỉ IPv6 ánh xạ từ địa chỉ IPv4 có cấu trúc ::FFFF:1.4 là địa chỉ của host trong mạng IPv4.

Địa chỉ IPv4 phiên dịch được sử dụng cho các host của mạng IPv6 làm địa chỉ nguồn. Định dạng của địa chỉ IPv4 phiên dịch có một phần giống như địa chỉ IPv4 ánh xạ. Một địa chỉ IPv4 phiên dịch có dạng ::FFFF:0:0:2.5 là địa chỉ của các host IPv6 trong mạng IPv4. Để hỗ trợ SIIT, các host IPv6 phải được thay đổi để có thể có được và sử dụng được địa chỉ nguồn IPv4 phiên dịch.

Tất cả lưu lượng giữa hai host IPv4 và IPv6 sẽ được định tuyến qua hệ thống phiên dịch SIIT. Khi SIIT nhận được các gói tin IPv4 hoặc IPv6, hệ thống sẽ tiến hành phiên dịch các tiêu đề IPv4 và IPv6, tận dụng các địa chỉ IPv4 ánh xạ và địa chỉ IPv4 phiên dịch.