Mô hình truyền dữ liệu Multicast

[thanhsang_truong]

Tác giả:
Trần Lâm Đăng Khoa

Mô hình truyền dữ liệu

Multicasting được xây dựng dựa trên khái niệm nhóm. Một nhóm multicast là một nhóm không hạn chế các đầu cuối nhận có chung mối quan tâm đến một luồng dữ liệu cụ thể. Nhóm này không bị hạn chế về mặt vật lý cũng như vị trí địa lý. Các host có thể nằm ở bất cứ nơi nào trên mạng Internet hay ở bất cứ mạng riêng nào. Mỗi host muốn nhận được luồng dữ liệu của một nhóm thì phải tham gia vào nhóm thông qua giao thức quản lý nhóm IGMP (Internet Group Management Protocol). IGMP được sử dụng để đǎng ký động các host riêng lẻ trong một nhóm multicast hoặc trong một mạng LAN cụ thể. Các host xác định các thành viên trong nhóm bằng cách gửi đi các bản tin IGMP đến router multicast cục bộ.

Hình 4.1 Xác định nhóm trong multicast – Bước 1.gửi yêu cầu.

Hình 4.2 Xác định nhóm trong multicast – Bước 2.Nhận diện nhóm

Hình 4.3 Xác định nhóm trong multicast – Bước 3.Gửi thông tin

- Các router nghe các bản tin IGMP và định kỳ gửi đi các thông tin truy vấn để phát hiện những nhóm nào đang hoạt động hoặc không hoạt động trên một mạng con cụ thể. Chỉ khi là thành viên của nhóm, host mới có thể nhận được dữ liệu.
- Hình trên cho thấy cách Multicast được ứng dụng để phân phối dữ liệu từ một nguồn tới rất nhiều đích quan tâm. Các đầu cuối nhận (ở trong nhóm có nhu cầu chưa chính thức) muốn nhận luồng dữ liệu video từ nguồn, chúng sẽ gửi đi một thông báo IGMP host tới các router trong mạng. Tiếp đó, các router trong mạng sẽ chịu trách nhiệm phân phát dữ liệu từ nguồn tới các đích. Router sử dụng cơ chế PIM (Protocol Independent Multicast) hay một loại giao thức hỗ trợ multicast nào đó để tạo ra một cây phân phối multicast động. Luồng dữ liệu video chỉ được phân phối qua các router nằm trong vùng mà đường truyền từ nguồn đến đích đi qua.
- Trong hầu hết các thiết bị hiện nay đều hỗ trợ giao thức IGMP v2. Trong đó có các hàm truyền thông điệp được định nghĩa cho Multicast như sau:

• Thông điệp thông báo trang thái thành viên.
• Phiên bản 1 của thông điệp thông báo trang thái thành viên
• Thông điệp thông báo rời nhóm.

- Các hàm trong IGMP v2 dành riêng cho router để phát hiện các nhóm:

• Thông điệp phát hiện nhóm (General Query)
• Thông điệp phát hiện nhóm riêng biệt (Group Specific Query)

- Tổng quát về phương thức chuyển tiếp multicast
- Có nhiều phương thức để chuyển tiếp các gói tin multicast từ một nguồn đến các nơi nhận. Bước đầu tiên là ánh xạ một nhóm vào một địa chỉ lớp D, bước thứ hai là sử dụng một trong các giao thức định tuyến multicast để thiết lập một đường chuyển tiếp các gói tin. Trong bước này router cần liên lạc trước với các thành phần khác trong mạng để cập nhật thông tin định tuyến.

[thanhsang_truong]

1. Cây phân phối multicast:
- Các router hỗ trợ multicast tạo ra các cây phân phối để điều khiển đường dẫn của các lưu lượng IP multicast. Hai loại cây phân phối cơ bản là cây nguồn và cây chia sẻ. Cây nguồn là dạng cây phân phối đơn giản nhất với gốc là nguồn dữ liệu multicast và các nhánh là đường dẫn tới các đầu cuối nhận dữ liệu. Do loại cây này sử dụng đường dẫn ngắn nhất nên còn có tên là SPT (Shortest Path Tree).
- Không có gốc từng nguồn như các cây nguồn, các cây chia sẻ sử dụng một gốc chung duy nhất tại một điểm đã chọn trên mạng. Gốc chia sẻ này chính là điểm hẹn (RP – Rendezvous Point). Khi sử dụng cây chia sẻ, nguồn phải gửi lưu lượng của nó tới gốc và sau đó lưu lượng này được chuyển tiếp theo các nhánh của cây đến các đầu cuối nhận dữ liệu.

Hình 4.4 Truyền dữ liệu sử dụng cây chia sẻ

- Do các thành viên của nhóm có thể tham gia hoặc dời khỏi nhóm bất cứ lúc nào nên các cây phân phối phải cập nhật động.
- Giải pháp sử dụng cây nguồn có ưu điểm tạo ra đường dẫn tối ưu giữa nguồn dữ liệu và các đầu cuối nhận dữ liệu, giảm thiểu trễ truyền dẫn các lưu lượng multicast. Tuy nhiên, các router phải duy trì các thông tin về đường dẫn cho từng nguồn. Với mạng có hàng ngàn nguồn dữ liệu và hàng ngàn nhóm thì vấn đề sẽ trở nên nghiêm trọng đối với các router đặc biệt là vấn đề tiêu thu không gian lưu trữ các bảng định tuyến multicast.
- Giải pháp sử dụng cây chia sẻ không gặp phải vấn về bộ nhớ cần thiết cho bảng định tuyến nhưng trong một số trường hợp cụ thể đường dẫn giữa nguồn và đích không tối ưu gây trễ trong quá trình phân phát dữ liệu. Lựa chọn điểm hẹn là vấn đề quan trọng nhất khi áp dụng giải pháp này cho mạng multicast.
2. Chuyển tiếp multicast:
- Trong cơ chế định tuyến đơn hướng, lưu lượng được chuyển tiếp qua mạng theo một đường duy nhất từ nguồn tới đích. Router unicast (đơn hướng) không thực sự quan tâm đến địa chỉ nguồn, nó chỉ quan tâm đến địa chỉ đích và cách để chuyển tiếp lưu lượng tới đích. Router quét bảng định tuyến của nó và chuyển tiếp một bản copy duy nhất qua giao diện hướng đến đích.
- Trong cơ chế định tuyến đa hướng, nguốn sẽ gửi lưu lượng tới một nhóm các host đặc thù được đại diện bởi một địa chỉ multicast của nhóm. Router multicast phải xác định được hướng nào là upstream (tới nguồn dữ liệu) và hướng nào là downstream (tới phía đầu cuối nhận dữ liệu). Nếu có nhiều đường dẫn downstream, router sẽ nhân bản gói dữ liệu và chuyển tiếp theo các đường dẫn đó.

Hình 4.5 Chuyển tiếp theo đường dẫn ngược (RPF - Reverse Path Forwarding)

- Cơ chế này cho phép các router chuyển tiếp các lưu lượng multicast xuống cây phân phối một cách chính xác nhờ sử dụng các bảng định tuyến unicast sẵn có để xác định các router "hàng xóm". Router sẽ chuyển tiếp gói multicast chỉ khi gói đó được nhận từ giao diện upstream. Các gói sẽ được kiểm tra RPF để đảm bảo cây phân phối không bị lặp vòng.

[reoma]

Bạn có thể up lại hình được không ? Thanks.