!!K Đồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!


GVHD:Võ Trường Sơn
121


SVTH: Vũ Văn Trực

Hình 5.2 Điểm nhìn trung tâm vệ tinh của mạng trái đất
()
()
EG
G
G
RR
R
Or
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
−
= 1
2

2
2
γ
(
)
()
LG
G
G
RR
R
Or
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
−
= 1
2
2
2
γ
G
O

E
R
L
R
G
R
L
Rr =
E
Rr =

Hình 5.3 Ánh xạ điểm nhìn từ trung tâm trái đất tới điểm nhìn trung tâm GEO
5.1.3. Điểm nhìn trung tâm mạng của mạng vệ tinh
Hệ thống và kỹ thuật mạng vệ tinh tập trung vào 2 mặt:vùng khơng gian và
vùng mặt đất . Trong vùng khơng gian (tải trong truyền thơng vệ tinh) nhiều loại kỹ
thuật có thể được sử dụng bao gồm bộ phát đáp trong suốt(ống cong), xử lý onboard,
chuyển mạch mạch onboard, chuyển mạch gói onboard (cũ
ng có thể chuyển mạch
ATM), chuyển mạch DVB-S và DVB-RCS hoặc định tuyến IP.
!!K Đồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!


GVHD:Võ Trường Sơn
122


SVTH: Vũ Văn Trực
Tổng quan trung tâm mạng của hệ thống vệ tinh nhấn mạnh đến chức năng
mạng hơn là kỹ thuật vệ tinh, tuy nhiên người sử dụng xem các loại mạng và kết nối
logic khác nhau hơn là các kỹ thuật mạng và sự triển khai vật lý. Hình 5.4 trình bày

tổng quan trung tâm mạng của mạng vệ tinh.

Hình 5.4 Điểm nhìn trung tâm trái đất của mạng vệ tinh
Tất cả các chức năng thêm vào là gia tăng độ phức tạp của tải trọng vệ tinh
trong khả năng hỗ trợ cấu trúc liên kết đa chùm điểm “sao” (điểm đến đa điểm có tâm
tại gateway trạm mặt đất) và “lưới” (đa điểm tới đa điểm) vì vậy có khả năng th
ất bại
nhưng chúng cũng cung cấp nhiều lợi ích của việc sử dụng tối ưu hố băng thơng và
nguồn cơng suất.
Vệ tinh trong tương lai với chức năng chuyển mạch DVB onboard sẽ có thể
tích hợp dịch vụ quảng bá và tương tác bằng việc kết hợp với chuẩn DVB-S và DVB-
RCS . khơi phục tải trọng DVB-S có thể ghép thơng tin từ các nguồn khác nhau vào
một chuẩn luồng DVB-S đường xuống. Mộ
t ví dụ khác của việc sử dụng chuyển
mạch onboard DVB là liên kết mạng các LAN sử dụng IP thơng qua đóng gói
MPEG-2, thơng qua khơi phục lại tải trọng vệ tinh.
Thực hiện các chức năng phụ thuộc vào u cầu của việc vận hành và bảo mật
mạng để mang lại độ tin cậy và hiệu quả về giá thành của vệ tinh.
5.2. Đóng gói IP
Đóng gói gói IP là một cách làm cho IP có thể thơng qua bất kỳ kỹ thuật m
ạng
nào. Đó là một kỹ thuật dùng đóng gói gói IP vào khung dữ liệu do đó nó phù hợp
cho việc truyền thơng qua các cơng nghệ mạng. các cơng nghệ mạng khác nhau có
thể được sử dụng trong các định dạng khung, kích thước khung hoặc tốc độ bit dùng
cho truyền dẫn gói IP khác nhau. Các IP được đóng gói sẽ đặt các gói vào trong
khung tải trọng lớp liên kết dữ liệu dùng cho truyền dẫn qua mạng. Ví dụ mạng
Ethernet, token ring, LAN khơng dây chúng có các định dạng khung tiêu chuẩn để
đ
óng gói các gói IP
5.2.1. Khái niệm căn bản

Do định dạng khung khác nhau cho nên kỹ thuật dùng để đóng gói cũng có thể
khác nhau, đơi khi gói IP q lớn khơng vừa với khung tải trọng trong trường hợp
này các gói IP phải được chia ra thành các phần nhỏ hơn (phân mảnh) để các gói IP
có thể truyền qua nhiều khung. Trong trường hợp này các mào đầu được gắn thêm
vào mỗi đoạn để có thể đi tới đúng đích, gói IP gốc có thể ráp trở l
ại từ các mảnh. Có
thể nhận thấy rằng q trình xử lý đóng gói có thể có một số tác động đáng kể đến
!!K Đồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!


GVHD:Võ Trường Sơn
123


SVTH: Vũ Văn Trực
hiệu suất mạng do việc phải xử lý thêm các mào đầu. Hình 5.5 mơ tả khái niệm đóng
gói gói IP.

Hình 5.6 Khái niệm cơ bản của đóng gói IP

5.2.2. Giao thức điều khiển liên kết dữ liệu ở lớp cao (HDLC)
HDLC là một giao thức tiêu chuẩn quốc tế tại lớp 2(lớp liên kết) đây là một
giao thức quan trọng và được sử dụng rộng rãi tại lớp 2. Nó định nghĩa 3 loại trạm
(chuẩn, thứ cấp và hỗn hợp), 2 cấu hình liên kết (cân bằng và khơng cân bằng) và 3
chế độ truyển dữ liệu( đáp ứng bình thưòng (NRM), đáp ứng khơng đồng bộ (AMR)
và đáp ứng cân bằng khơng đồng bộ (ABM). Hình 5.6 mơ tả cấu trúc khung HDLC.

Hình 5.7 Cấu trúc khung HDLC

Bit định hướng dựa trên kỹ thuật chèn bit và bao gồm 2 cờ mẫu 8 bit 01111110

để nhận dạng điểm đầu và điểm cuối của khung và trường 8 bit địa chỉ dùng để xác
định các thiết bị đầu cuối và trường 8 bit điều khiển được sử dụng để định nghĩa 3
loại khung (khung thơng tin,khung giám sát và khung khơng số). Trường tải trọng
dùng để mang dữ liệu (lớp liên k
ết dữ liệu bao gồm gói IP) và 16 bit dùng để kiểm tra
lỗi CRC
!!K Đồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!


GVHD:Võ Trường Sơn
124


SVTH: Vũ Văn Trực
5.2.3. Giao thức điểm-điểm (PPP)
Khung HDLC được làm thích nghi với giao thức PPP (điểm-điểm) là một
chuẩn internet được sử dụng rộng rãi trong kết nối bằng quay số. PPP được dùng cho
việc kiểm tra lỗi, hỗ trợ đa giao thức thêm vào IP, cho phép các địa chỉ có thể thương
lượng thời gian kết nối và cho phép chứng thực. Hình 5.7 mơ tả cấu trúc khung của
PPP.
Cờ
01111110
Điều khiển
00000011
Giao thức
Tổng kiểm
tra
Cờ
01111110
Địa chỉ

11111111
111
1 hoặc 2
2 hoặc 4
1
Byte
Tải trọng
Thay đổi
Mặc định là 2
Mặc định là
1500
Binh thường 2 nhưng có
thể thương lượng 4
Mặc định Mặc định hoặc khung 0 số
0: net layer protocol
1: khác

Hình 5.7 Cấu trúc khung của giao thức điểm-điểm
5.2.4. Điều khiển truy nhập mơi trường
HDLC và PPP được thiết kế cho việc truyền thơng qua mơi trường kết nối
điểm-điểm. Đối với mạng có mơi trường chia sẻ, lớp bổ sung được biết đến như là
lớp phụ điều khiển truy nhập mơi trường (MAC) của lớp liên kết được dùng để kế
t
nối một số lưọng lớn trạm vào mạng mà khơng đưa đầy đủ chi tiết. Hình 5.8 minh
hoạ định dạng của khung MAC.

Hình 5.8 Định dạng khung của khung MAC
5.2.5. IP qua vệ tinh
Để hỗ trợ IP qua vệ tinh thì mạng vệ tinh cần phải cung cấp các cấu trúc khung
mà các gói dữ liệu có thể đóng gói vào trong khung và truyền thơng qua vệ tinh từ

điểm truy nhập này đến điểm truy nhập khác. Trong mơi trường mạng vệ tinh khung
có thể được dựa trên tiêu chuẩn giao thức lớp liên kết dữ liệu.
Đóng gói IP cũng được định nghĩa trên mạng đang t
ồn tại như là liên kết quay
số, ATM, DVB-S và DVB-RCS mà hỗ trợ các giao thức internet hoặc liên mạng với
internet. Mạng ATM dùng lớp tương thích ATM loại 5(AAL5) để đóng gói gói IP
!!K Đồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!


GVHD:Võ Trường Sơn
125


SVTH: Vũ Văn Trực
dùng truyền mạng ATM và trong DVB-S gói IP bao gồm quảng bá được đóng gói
trong tiêu đề kiểu Ethernet sử dụng chuẩn được gọi là đóng gói đa giao thức(MPE).
Nó cũng có thể đóng gói gói IP vào một gói IP khác ví dụ tạo nên một đường
hầm để truyền gói IP từ mạng internet này tới một mạng internet khác
5.3. Nối mạng vệ tinh IP
Một lợi ích đặc biệt quan trong mà mạng vệ tinh cung cấp đó là mở rộng phạm
vi
địa lý trên tồn bộ trái đất (bao gồm đất liền, biển và bầu trời),lợi ích của chúng
được đưa đến số lượng lớn người dùng trên quy mơ lớn và làm giảm các chi phí
người dùng. Một vệ tinh có thể thực hiện nhiều vai trò khác nhau trong mạng
internet:
• Kết nối đoạn cuối : (như trong hình 5.9) đầu cuối người dùng kết nối trực
tiếp với vệ tinh mà cung cấp liên kết phía trước hoặc phía sau trự
c tiếp. Kết
nối nguồn lưu lượng tới dây tiếp sóng (feeder) vệ tinh hoặc các trạm Hub
thơng qua liên kết internet, đường hầm hoặc quay số. nó là đoạn cuối để tiếp

cận đến người dùng.

Hình 5.9 Điểm nhìn trung tâm vệ tinh của kết nối đoạn cuối
• Kết nối chuyển tiếp (như trong hình 5.11) vệ tinh cung cấp các kết nối giữa
các gateway internet hoặc giữa các gateway ISP. Lưu lượng được định tuyến
thơng qua các liên kết vệ tinh tới các giao thức định tuyến đã được xác định
và định nghĩa các metric liên kết trong mạng để giảm thiểu chi phí kết nối và
đáp ứng các u cấ
u khắt khe về QoS đối với nguồn lưu lượng.
!!K Đồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!


GVHD:Võ Trường Sơn
126


SVTH: Vũ Văn Trực
Điểm truy
nhập
Mạng vệ tinh
Bề mặt trái đất
Vùng bao phủ
Host
Trạm mặt
đất
gateway
ISP1
ISP2
ISP3
ISP4

ISP5
ISP6
Trạm mặt
đất
gateway

Hình 5.11 Điểm nhìn trung tâm vệ tinh với kết nối chuyển tiếp tới internet
• kết nối đoạn đầu (như trong hình 5.10) mạng vệ tinh cung cấp kết nối liên
kết hướng tới và hưóng ngược tới một lượng lớn các ISP. Các gói IP bắt đầu
từ nhà cung cấp như đoạn đầu của chuyến hành trình của họ tới đầu cuối
người dùng. Như kế
t nối đoạn cuối nhà cung cấp dịch vụ có thể kết nối tới
ống dẫn sóng vệ tinh hoặc trạm Hub trực tiếp hoặc thơng qua đường hầm
internet hoặc liên kết quay số.

Hình 5.10 Điểm nhìn trung tâm vệ tinh với kết nối đoạn đầu tới internet
5.3.1. Định tuyến trên vệ tinh
Lợi ích của việc định tuyến IP trong khơng gian là nó cho phép mạng vệ tinh có
thể tích hợp vào mạng internet tồn cầu sử dụng thuật tốn định tuyến tiêu chuẩn.
Mạng internet bao gồm nhiều mạng con được biết như là hệ thống tự quản hoặc tên
miền
!!K Đồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!


GVHD:Võ Trường Sơn
127


SVTH: Vũ Văn Trực
Trong mạng vệ tinh GEO thơng thường chỉ có một vệ tinh phủ một vùng rộng

lớn để tạo thành các mạng con và khơng có định tuyến trong mạng vệ tinh. Với một
chòm điểm có nhiều vệ tinh tạo nên mạng con để bao phủ tồn bộ trái đất vì vậy định
tuyến trong mạng chòm điểm vệ tinh là bắt buộc. Mối quan hệ liên kết giữa các vệ
tinh trong cùng mặt phẳng quỹ đạo là cố
định nhưng biến đổi thành động trong các
mặt phẳng khác.
Kể từ khi vị trí của các vệ tinh được dự báo trước thì có khả năng sử dụng
những dự báo này để cập nhật động các bảng định tuyến trên vệ tinh và gia tăng các
thuật tốn định tuyến.
5.3.2. IP di động trong mạng vệ tinh
Do vệ tinh GEO có vùng bao phủ rộng, nên ta có thể coi mạng trái đất được kết
nối vĩnh vi
ễn trong cùng một mạng con vệ tinh và phiên đầu cưối người dùng trong
suốt q trình truyền thơng, tuy nhiên đối với mạng với chòm điểm vệ tinh LEO mối
quan hệ giữa mạng vệ tinh và đầu cuối người dùng và mạng trái đất thì thay đổi liên
tục, vì vậy nảy sinh một số vấn đề liên quan đến mạng di động:
• Thiết lập lại kết nối vật lý với các mạng vệ tinh.
• Th
ời gian để cập nhật thơng tin về các bảng định tuyến để các gói IP có thể
được định tuyến đến đúng đích.
• Tính di động trong mạng vệ tinh.
• Tính di động giữa mạng trái đất và mạng vệ tinh.
Ở đây thảo luận dựa trên các giao thức chuẩn internet cho IP di động (RFC
2002)
Trong các giải pháp tiêu chuẩn, cho phép các nút di động sử dụng 2 địa chỉ IP:
Một địa chỉ nhà cố định(home address) và một
địa chỉ chăm sóc (care-of address) địa
chỉ này thay đổi vào mỗi thời điểm truy nhập. Chúng ta lấy điểm nhìn vệ tinh trung
tâm của mạng vệ tinh làm điểm cố định nhưng tất cả mọi thứ trên trái đất thì chuyển
động bao gồm cả đầu cuối người dùng và mạng mặt đất như trong hình 5.12

!!K Đồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!


GVHD:Võ Trường Sơn
128


SVTH: Vũ Văn Trực

Hình 5.12 Điểm nhìn vệ tinh trung tâm với trái đất là chuyển động.
Trong chuẩn IP động , sự kết nối các lớp truyền tải sẵn có được duy trì giống
như là một nút di động di chuyển từ nơi này đến nơi khác trong đó đia chỉ IP vẫn
được giữ ngun. Hầu hết các ứng dụng internet các được sử dụng ngày nay là dựa
trên TCP. Một kết nối TCP được xác định bởi thơng số: địa ch
ỉ IP nguồn, địa chỉ IP
đích, số cổng nguồn và số cổng đích
Bất kỳ sự thay đổi nào của bốn yếu tố này cũng sẽ dẫn đến mất và phá vỡ kết
nối. Mặt khác, sự phân phối chính xác các gói đến các nút di động hiện hành thì phụ
thuộc vào số mạng được đính kèm trong các địa chỉ nút IP di động, số mạng này thì
thay đổi tại mỗi điể
m đính kèm mới.
Trong IP di động, các home address là địa chỉ tĩnh và được sử dụng, ví dụ, để
xác định các kết nối TCP. Care of address thì thay đổi tại mỗi điểm đính kèm mới và
địa chỉ này được coi là một địa chỉ quan trong của nút IP di động; thơng qua địa chỉ
này chúng ta xác định được số mạng và nút di động trong mơ hình mạng. Các home
address làm cho các nút di động có thể nhận được dữ liệu một cách liên tục trong
mạng của nó, nơ
i lưu giữ các u cầu của IP di động được gọi là home agent. Bất cứ
khi nào mà nút di động khơng được gắn liền với mạng chủ (do đó nó gắn với một
mạng ngồi nào đó), home gent nhận tất cả các gói được xác định trước của nút di

động và sắp xếp chúng để phân phối đến các nút di động hiện thời. Khi nút di động di
chuyển đến một vị trí mới chúng sẽ đăng kí một care-of address mới vớ
i home agent.
Để nhận được gói từ home agent tới điểm di động, các home agent sẽ phát gói tin từ
mạng chủ đến care-of address, hơn nũa nó phát u cầu tới care-of address để biến
đổi hoặc chuyển hướng gói IP. Khi các gói đến care-of address sự biến đổi ngược lại
sẽ được sử dụng để gói một lần nữa xuất hiện trong địa chỉ nút di động như là địa chỉ
IP đích.
Khi gói đến đi
ểm di động, gửi tới home address nó sẽ được xử lý đúng theo
TCP/IP. Trong IP di động home agent chuyển hướng gói từ mạng chủ tới care-of
adddress bằng cách xây dựng header IP mới mà chứa các nút di động care-of address
!!K Đồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!


GVHD:Võ Trường Sơn
129


SVTH: Vũ Văn Trực
như địa chỉ đích IP. Header mới này sau đóng gói hoặc bảo vệ trong các gói ngun
thuỷ, vì địa chỉ nút di động khơng ảnh hưởng đến định tuyến các gói đã được đóng
gói cho đến khi nó đến care-of address, do đó đóng gói còn có tên gọi là đường hầm
mà rẽ mạch thường do ảnh hưởng của định tuyến IP.
IP di động thì được hiểu đúng nhất là sự kết hợp của 3 cơ chế riêng:
•
Phát hiện care-of address:chi nhánh advertisement và chi nhánh solicitation
(RFC 1256).
• Đăng ký care-of address: thủ tục đăng ký bắt đầu khi nút di động đi vào vùng
của một chi nhánh ngồi, gửi một u cầu đăng ký với thơng tin care-of

address. Khi home agent nhận được u cầu này nó(thường) thêm các thơng
tin cần thiết vào bảng định tuyến, chấp nhận u cầu và gởi ngược bản tin trả
lời đăng ký tới nút di động. Đăng ký được chứng thực bằng cách sử dụng
Message Digest 5(MD5)
• Tạo
đường hầm care-of address: theo mặc định cơ chế đóng gói phải hỗ trợ
tất cả các đại lý di động là cơ chế IP lồng nhau (tunnelling). Đóng gói tối
thiểu thì phức tạp hơn một chút so với tunnelling bởi vì một số thơng tin từ
tiêu đề tunnel được kết hợp với tiêu đề đóng gói tối thiểu bên trong để thiết
lập lại tiêu đề IP ngun thuỷ. Mặt khác tiêu đề mào đầu làm giảm chi phí.
5.3.3.
Xác định địa chỉ
Xác định địa chí IP được gọi là ánh xạ và cấu hình địa chỉ. Các kỹ thuật mạng
khác nhau có thể sử dụng các mơ hình xác định địa chỉ khác nhau để gán địa chỉ được
gọi là địa chỉ vật lý dành cho các thiết bị. Trong LAN IEEE.802 sử dụng 48 bit địa
chỉ đính kèm với mỗi thiết bị, mạng ATM sử dụng 15 chữ số thập phân để đánh đị
a
chỉ và ISDN sử dụng sơ đồ địa chỉ ITU-T E.164. Tương tự trong mạng vệ tinh mỗi
nhóm trạm mặt đất hoặc gateway có địa chỉ vật lý cho kết nối mạch hoặc truyền gói
tuy nhiên việc định tuyến để liên kết với nhau bằng mạng vệ tinh lại chỉ có thể biết
được bằng địa chỉ IP của các định tuyến khác do đó u cầu địa chỉ phả
i được ánh xạ
giữa mỗi địa chỉ IP và địa chỉ vật lý liên quan vì vậy việc trao đổi gói giữa các router
có thể được thực hiện thơng qua mạng vệ tinh sử dụng địa chỉ vật lý. Chi tiết chính
xác của việc ánh xạ này phụ thuộc vào các giao thức liên kết dữ liệu lớp dưới được sử
dụng trên các vệ tinh.
5.4. IP multicast qua mạng vệ tinh
Sự thành cơng của việc phát quảng bá d
ịch vụ vệ tinh kỹ thuật số (cho TV và
vơ tuyến) và bản chất khơng đối xứng của luồng lưu lượng IP đã được kết hợp dẫn

đến kết quả là hệ thống vệ tinh có khả năng hỗ trợ truy nhập internet tốc độ cao, từ đó
nó là một bước cơ bản để xem xét thêm khả năng khai thác quảng bá của vệ tinh:
nghiên cứu phát quảng bá IP qua vệ tinh.
mạ
ng vệ tinh có thể là một phần của cây định tuyến IP multicast tại nguồn, trục
hoặc kết thúc của nhánh những gói IP chuyển tiếp hướng về đích chúng. Hình 5.13
!!K Đồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!


GVHD:Võ Trường Sơn
130


SVTH: Vũ Văn Trực
minh hoạ một ví dụ về mơ hình mạng và hình sao sử dụng trong dự án GEOCAST
trên IP multicast của vệ tinh GEO được tài trợ trong khn khổ chương trình EU thứ
5

Hình 5.13 Hệ thống GEOCAST với mơ hình mạng hình sao và lưới
5.4.1. IP multicast
Ở chương này chúng sẽ nghiên cứu về cơng nghệ IP multicast. Multicast cho
phép một nguồn mạng truyền thơng gửi một dữ liệu đến nhiều nơi cùng một lúc trong
khi chỉ có một bản sao dữ liệu duy nhất được truyền đi. Sau đó mạng sẽ tạo ra một
bản sao và gửi nó đến người nhận nếu cần thiết.
Multicast đượ
c coi là một phần của ba loại truyền thơng :
• Unicast: truyền dữ liệu từ 1 điểm nguồn đến 1 điểm đích( ví dụ tải một trang
web từ một server đến trình duyệt của người dùng hoặc copy từ server này
đến một server khác
• Multicast: truyền dữ liệu từ một điểm nguồn đến nhiều điềm đích, định nghĩa

này cũng bao hàm mạng truy
ền thơng có nhiều nguồn (ví dụ đa điểm–đa
điểm) một ví dụ gần đây chính là hội nghị truyền hình tại đó các bên tham
gia có thể được coi như là nguồn đơn multicast đến các người tham gia khác.
• Broadcast: truyền dữ liệu từ một một nguồn tới tất cả các người nhận trong
miền (ví dụ như trong mạng LAN hoặc từ vệ tinh tới tất cả các ng
ười nhận
trong chùm vết vệ tinh). Các thuận lợi của multicast là :
─ Giảm băng thơng sử dụng mạng: ví dụ nếu gói dữ liệu được multicast
đến 100 người nhận thì nguồn chỉ gửi một bản sao của mỗi gói dữ liệu.
Mạng sẽ chuyển hướng gói này tới đích khi cần gửi gói trên các liên kết
mạng khác nhau để tới được tất cả các đích thì chỉ cần tạ
o nhiều bản
sao của gói dữ liệu do đó chỉ có bản sao của mỗi gói được truyền đi
!!K Đồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!


GVHD:Võ Trường Sơn
131


SVTH: Vũ Văn Trực
thơng qua bất kỳ đường nào trong mạng và tổng tải trọng của mạng là
giảm 100 lần so với kết nối unicast. Đây là một lợi ích vơ cùng quan
trọng trong hệ thống vệ tinh nơi mà tài ngun là vơ cùng hạn chế và
đắt.
─ Giảm tải xử lý nguồn: nguồn đích khơng cần duy trì trạng thái thơng tin
về liên kết truyền thơng giữa mỗi cá nhân người nhận.
Multicast có thể có nỗ lực cao nhất hoặc đáng tin cậ
y, “nỗ lực cao nhất” khơng

có nghĩa kỹ thuật là đảm bảo rằng gói dữ liệu truyền từ bất kỳ nguồn multicast nào thì
được nhận bởi tất cả hoặc bất kỳ người nhận nào và thường thì được thực hiện bởi
truyền gói UDP nguồn trên một địa chỉ multicast. “độ tin cậy” có nghĩa kỹ thuật là
thực hiện đảm bảo rằng tất cả các gói dữ
liệu thì được gửi từ một nguồn : điều này
đòi hỏi giao thức multicast đáng tin cậy.
5.4.2. Xác định địa chỉ IP multicast
Với mỗi đầu cuối hoặc host trong mạng internet thì được nhận dạng bằng một
địa chỉ IP là duy nhất. Trong IP version 4 địa chỉ IP có 32 bit được chia thành số
network và số host mà tương ứng dùng để xác định mạng và đầu cuối được đính kèm
mỗi mạng. Một gói d
ữ liệu IP unicast bình thường bao gồm địa chỉ nguồn và địa chỉ
đích trong tiêu đề (header) gói IP, router sẽ sử dụng địa chỉ đích để định tuyến gói tin
từ nguồn tới đích như vậy cơ chế này có thể khơng được sử dụng cho mục đích
multicast từ khi đầu cuối nguồn có thể khơng biết khi nào, ở đâu và đầu cuối nào cố
nhận gói tin do đó có một dải
địa chỉ được thiết lập chỉ dành cho mục đích multicast,
dải địa chỉ đó được gọi là lớp D từ 224.0.0.0 đến 239.255.255.255. Khơng giống như
lớp A, B, C những địa chỉ này khơng có liên kết đến bất kỳ số mạng vật lý hoặc số
host nhưng thay vào đó nó liên kết với nhóm multicast giống như kênh vơ tuyến các
thành viên của nhóm nhận gói multicast được gửi đến địa chỉ này và địa chỉ này đượ
c
sử dụng bởi các router multicast để định tuyến gói IP multicast tới các người dùng
đăng ký là thành viên nhóm multicast. Cơ chế mà các đầu cuối đăng ký cho một
nhóm gọi là IGMP được mơ tả như bên dưới:
5.4.3. Quản lý nhóm Multicast
Để thực hiện hiệu quả sử dụng tài ngun mạng, mạng chỉ gửi những gói
multicast tới những mạng và mạng con mà các người dùng thuộc nhóm multicast.
Giao thức phát đa điểm (multicast) nhóm internet cho phép các host hoặc đầu cuối
thi

ết lập một kết nối vào nhận truyền multicast. IGMP hỗ trợ 3 loại bản tin là: báo
cáo, truy vấn và rời khỏi. Đầu cuối nào muốn nhận truyền multicast phải phát ra bản
tin IGMP tham gia mà được nhận từ router gần nhất. Bản báo cáo này xác định địa
chỉ IP multicast lớp D của nhóm tham gia. Router sau đó sử dụng giao thức định
tuyến multicast (được trình bày sau) để xác định đường đến nguồn. Để xác định trạng
thái của thi
ết bị đầu cuối nhận multicast thỉnh thoảng router cũng phát một IGMP
truy vấn tới thiết bị đầu cuối trong mạng hoặc mạng con. Khi thiết bị đầu cuối nhận
được chẳng hạn truy vấn nó sẽ đặt thời gian rời cho mỗi thành viên nhóm. Khi thời
gian này hết hạn thiết bị đầu cuối phát bản tin báo cáo IGMP để xác định rằng nó vẫn
!!K Đồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!


GVHD:Võ Trường Sơn
132


SVTH: Vũ Văn Trực
muốn nhận việc truyền multicast, tuy nhiên để xố bỏ bản sao báo cáo cho các địa chỉ
cùng nhóm D. Nếu đầu cuối đã nhận được bản báo cáo từ các nhóm đầu cuối khác nó
sẽ dừng q trình của nó lại và khơng gửi báo cáo nữa. Lợi ích của điều này là tránh
làm q tải mạng con vì những báo cáo IGMP
Khi một đầu cuối muốn kết thúc việc nhận sự truyền dẫn multicast nó cần có
một bản tin cho phép IGMP. Những thư cho phép đượ
c hỗ trợ trong IGMP phiên bản
2. Ở phiên bản 1 một máy chủ hoặc một đầu cuối biến đổi một cách ổn định nó
thường ở trong tình trạng khơng phải là thành viên và khơng có thư gửi đến router.
Nếu tất cả các thành viên của nhóm trong một subnet có lỗi thì router sẽ khơng
chuyển bất kì gói multicast nào khác đến subnet đó nữa
5.4.4. Định tuyến IP multicast

Trong một router IP bình thường được sử dụng cho unicast, các bảng định
tuyến chứa nh
ững thơng tin để xác định đường dẫn đến địa chỉ các IP đích. Tuy
nhiên, các bảng định tuyến này khơng hữu ích cho IP multicast từ khi các gói
multicast khơng chứa thơng tin về vị trí của các gói đích. Do đó giao thức định tuyến
và các bảng định tuyến khác sẽ được sử dụng.
Địa chỉ giao thức định tuyến multicast giúp cho việc đồng nhất hố router để dữ
liệu được truyền qua mạng từ nguồn và đến tất cả
các điểm đích của nó, điều này thì
làm giảm tối thiểu nguồn mạng cần thiết cho cơng việc này. Trong IP multicast, thì
bảng định tuyến router tỏ ra có hiệu quả hơn trong việc định hướng từ các đích đến
các nguồn hơn là từ các nguồn đến các đích, trừ khi có một địa chỉ nguồn trong gói
dữ liệu IP tương ứng với một địa điểm vật lí xác
định. Kỹ thuật “đường
ống”(tunnelling) cũng có thể được dùng để hỗ trợ các multicast qua các router mà
khơng cần dùng đến khả năng multicast. Một số giao thức định tuyến multicast được
phát triển bởi IETE. Gồm có những multicast mở rộng là : OSPF(M-OSPF)giao thức
định tuyến phát đa phương theo vectơ khoảng cách(DVMRP)giao thức multicast độc
lập và chế độ giảm tải(PIM-SM), chế độ tăng cường PIM(PIM-SM) và cây cơ bản
chính (CBT). Ở đ
ây chúng ta chỉ xem xét sơ lược về ngun tắc hoạt động của 2 giao
thức DVMRP và PIM-DM, DVMRP và PIM-DM là thuật tốn “làm đầy và vét cạn”;
trong giao thức này, khi một nguồn bắt đầu gửi dữ liệu, các giao thức sẽ làm đầy
mạng bằng các dữ liệu. Tất cả các router khơng có đính kèm multicast nhận gửi một
sẽ gửi một thơng điệp báo lỗi về cho nguồn(tức là các router này biết rằng chúng đã
khơng nhận được vì chúng khơng có báo cáo gia nh
ập IGMP). Những giao thức này
có một bất tiện đó là ở trạng thái “ vét cạn” chúng u cầu tất cả các router (ví dụ
chúng ta cần vét cạn những địa chỉ multicast), bao gồm ln cả những router khơng
có nhận multicast xuống.

Giao thức làm đầy và vét cạn còn sử dụng con đường ngược lại (RPF) để
chuyển tiếp những gói multicast từ nguồn đến người nhận: giao diện RPF cho tất cả
các gói là giao diện mà router sẽ sử dụ
ng để để gửi gói unicast đến gói nguồn (hình
5.14 minh hoạ ngun tắc này trong một mạng trái đất
!!K Đồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!


GVHD:Võ Trường Sơn
133


SVTH: Vũ Văn Trực
Nếu một gói có trong giao diện RPF thì nó làm đầy tất cả các giao diện khác
(trừ khi chúng đã vét cạn trước đó). Nhưng nếu gói đến bất kỳ giao diện khác nó sẽ
khơng có gì ảnh hưởng đến hệ thống cả. Điều này đảm bào hiệu quả làm đầy và ngăn
ngừa các gói lặp.
DVMRP sử dụng chính bảng định tuyến của nó để xác định con đường tốt nhất
dẫn tới nguồ
n, trong khi PIM-DM thì sử dụng một cơ sở giao là thức định tuyến
unicast.

Hình 5.14 Ví dụ RPF trái đất
5.4.5. Phạm vi IP multicast
Phạm vi là cơ chế để điều khiển lớp địa lý của việc truyền multicast, bằng cách
sử dụng thời gian sống (TTL)phần trong IP header. Nó sẽ cho mạng biết khoảng cách
(khoảng cách giữa các router) bất kỳ gói IP được phép truyền đi, cho phép các nguồn
IP multicast xác định được có nên gửi các gói đến mạng con, các domain lớn hoặc
tồn internet hay khơng. Điều này được thực hiện bằ
ng cách giảm TTL ở mỗi router

1 đơn vị. Khi chuyển các gói đến chặng kế tiếp và loại ra các gói nếu TTL bằng 0.
Mỗi mạng con có một bộ lọc hoặc tường lửa để loại ra những gói khơng hợp u cầu,
cơng việc này vượt ra khỏi tầm điều khiển của nguồn multicast. Cơng việc này có thể
xảy ra khi mà TTL q nhỏ( khơng đáng kể). Các gói IP multicast có thể đến với tất
cả các thành viên trong nhóm mặc dù họ
ở các vùng khác nhau
5.4.6. Trạng thái IGMP trong mơi trường vệ tinh
Trong mơi trường vệ tinh, phương thức quản lí nhóm multicast cùng với
phương thức phạm vi có thể cung cấp một giải pháp hữu hiệu để hỗ trợ IP multicast
tới một lượng lớn người dùng ở nhiều vùng miền khác nhau. Tuy nhiên trên vệ tinh
phải xây dựng một trạng thái IGMP tương thích, như chúng ta đã từng tìm hiểu, trong
quy ước mạng LAN mặt đất, một báo cáo IGMP được thu b
ởi một người nhận
multicast khác trong mạng LAN, và điều này ngăn ngừa mạng LAN bị các báo cáo
làm đầy. Trong hệ thống vệ tinh, các trạm mặt đất có thể khơng nhận ra nhau, việc
cung cấp nhiều multicast người nhận trong hệ thống vệ tinh( khoảng 105 hoặc 106)
!!K Đồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!


GVHD:Võ Trường Sơn
134


SVTH: Vũ Văn Trực
nhiều báo cáo IGMP có thể là ngun nhân chính gây ra tắc mạng vì lưu lương
IGMP. Vì thế cần phải được triển khai một số IGMP và multicast thích hợp
Có 2 lựa chọn như sau, ví dụ minh hoạ về một multicast từ cổng mặt đất liên
kết ngược đến nhiều đầu cuối người dùng thơng qua một router như hình 5.15
• Kênh multicast được cấu hình để truyền qua liên kết vệ tinh rồi tải xuống
mỗi router, với lưu lượ

ng IGMP chỉ hoạt động giữa router và đầu cuối người
dùng như trong hình 5.15(a)thì khơng có sự truyền dẫn của lưu lượng IGMP
trong khơng khí trong trường hợp này. Đây là một giải pháp đơn giản nhưng
tương đối hiệu quả nó cho phép tiết kiệm tài ngun cong suất vệ tinh. Nếu
khơng có kênh multicast đặc biệt trong bất kì vị trí nào.

Hình 5.15 a) IGMP qua vệ tinh: Multicast tĩnh
• Những kênh multicast(như quy ước về mạng mặt đất)truyền thơng qua liên
kết vệ tinh nếu có một hoặc nhiều hơn một người dùng cuối. Thơng điệp
IGMP lúc này được truyền thơng qua khơng khí. Khi một router người nhận
tải xuống một bản báo cáo IGMP từ một đầu cuối sau IGMP tìm kiếm , hoặc
router phải truyền thơng điệp IGMP qua vệ tinh cho tất cả các trạm khác để
tránh làm đầy mạng, hay những người nhận khác cũng phải truyền thơng
điệp IGMP là mạng đã bị đầy như trong hình 5.15(b)
!!K Đồ án tốt nghiệp Liên kết mạng IP qua hệ thống vệ tinh thế hệ sauK!


GVHD:Võ Trường Sơn
135


SVTH: Vũ Văn Trực

Hình 5.15 b)IGMP qua vệ tinh: Multicast động
Trong kỹ thuật khơng có router trong việc tại dữ liệu xuống, IGMP theo dõi
(IGMP snooping) được sử dụng để chuyển tiếp lưu lương multicast đến các
thành viên trong nhóm tránh việc truyền IGMP trong mơi trường khơng khí.
Một hệ thống vệ tinh linh động cho phép multicast từ bất kỳ người dùng nào
cũng trở nên phức tạp hơn, ví dụ một vệ tinh với manh chuyển đổi ATM, với
thư IGMP được kích hoạt truyền lạ

i, riêng từng mạch ảo đến nhiều mạch ảo
khác nhau(VCs)cần phải được thiết lập nguồn tại mặt đất bởi một vệ tinh có
chùm tia hẹp.