Nghiên cứu giải pháp mạng ngang hàng cho hệ
thống truyền hình theo yêu cầu
Cao Lê Mạnh Hà
Trường Đại học Công nghệ
Luận văn Thạc sĩ ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy tính; Mã số: 60 48 15
Người hướng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Văn Tam
Năm bảo vệ: 2009
Abstract: Xây dựng cơ chế quản lý chỉ mục nhằm quản lý dữ liệu phân tán và hỗ trợ
các peer tìm kiếm và chia sẻ tài nguyên. Nghiên cứu cơ chế lưu đệm (caching) giúp
cho việc tìm kiếm và download của các peer được thuận tiện và tối ưu. Đánh giá
những hạn chế của các cách tiếp cận dựa trên mô hình tập trung client/server. Giới
thiệu tổng quan về mạng ngang hàng (MNH) và một số hệ thống V0D dựa trên MNH.
Mô tả hệ thống giải pháp PPV0D, đề cập tới cơ chế quản lý chỉ mục cũng như phương
thức lưu đệm và tìm kiếm các phân đoạn video. Xây dựng giải thuật lập lịch nhằm kết
hợp băng thông từ nhiều peer cung cấp phục vụ cho một yêu cầu streaming và đảm
bảo chất lượng dịch vụ (playback quality) cho các client. Tìm hiểu về vấn đề bảo mật,
đánh giá và lựa chọn giải pháp bảo mật thích hợp cho hệ thống để đối phó với hình
thức tấn công ô nhiễm (pollution attack), là hình thức tấn công đặc trưng đối với các
hệ thống Media Streaming dựa trên MNH. Mô phỏng thử nghiệm, đánh giá hiệu năng
của hệ thống PPV0D, giới thiệu một mô hình ứng dụng cho phương thức truyền hình
qua mạng Internet.
Keywords: Công nghệ thông tin; Mạng máy tính; Mạng ngang hàng; Tin học; Truyền
hình
Content
MỞ ĐẦU
Sự phổ biến của Internet băng thông rộng đã mở ra giai đoạn phát triển bùng nổ của
các ứng dụng truyền thông đa phương tiện (multimedia streaming). Sức hấp dẫn của các ứng
dụng này (đặc biệt là trong lĩnh vực giải trí) đã khiến cho số lượng người dùng tăng lên nhanh
chóng. Tuy nhiên, theo xu thế phát triển thì không chỉ có số lượng người dùng ngày càng
nhiều mà nhu cầu về chất lượng cũng ngày càng cao đòi hỏi băng thông phục vụ của các hệ
thống ngày càng lớn. Với cách tiếp cận của hầu hết các hệ thống hiện nay đều dựa trên mô

hình Client/Server (sử dụng một vài server lưu trữ dữ liệu phục vụ cho tất cả các client) thì
với đặc điểm tiêu tốn băng thông của các ứng dụng multimedia streaming đã khiến cho các
server luôn có nguy cơ bị quá tải. Đặc biệt là các hệ thống truyền hình theo yêu cầu (Video on
demand - VoD), có số lượng người xem rất lớn, lượng chương trình phong phú, tiêu tốn lượng


lớn băng thông mạng và cần nhiều dung lượng lưu trữ. Nhận thấy hạn chế này, giải pháp
quảng bá video dựa trên IP multicast đã được đề xuất. Mặc dù xuất hiện từ những năm 90 và
đã tốn kém rất nhiều nỗ lực đầu tư - nghiên cứu nhưng đến nay do sự triển khai không đồng
đều của các nhà cung cấp dịch vụ khác nhau đã khiến cho công nghệ multicast không được
phổ biến. Để đạt được hiệu năng mong muốn, nhiều công ty lớn đã phải chấp nhận các giải
pháp như proxy-base hoặc mạng phân phối nội dung CDN có chi phí thuê bao rất tốn kém.
Nhưng khi số lượng người dùng ngày càng tăng dẫn đến chi phí cho hệ thống ngày càng nhiều
lại là một sự cản trở cho các mục tiêu thương mại. Việc xây dựng một hệ thống VoD đạt được
hiệu quả trên quy mô nhưng tiết kiệm về mặt chi phí vẫn là điều mà các nhà cung cấp dịch vụ
truyền hình qua mạng hiện nay đang hướng tới.
Tuy mới nổi lên trong những năm gần đây nhưng công nghệ mạng ngang hàng Peerto-Peer (P2P) đã thu hút được rất nhiều sự quan tâm chú ý. Nhờ việc cho phép các peer phục
vụ lẫn nhau và tận dụng hiệu quả các tài nguyên dư thừa của hệ thống nên giải pháp P2P đã
khắc phục được những hạn chế của kiến trúc Client/Server. Công nghệ này không chỉ cho
phép hệ thống đáp ứng được lượng lớn truy cập tăng đột biến mà còn có khả năng mở rộng
quy mô (scalability). Hơn nữa giải pháp P2P không cần đến bất kỳ một yêu cầu đặc biệt nào
về phần cứng mạng nên rất dễ triển khai. Những đầu tư và nghiên cứu cho Peer-to-Peer ngày
một nhiều đã dẫn đến kết quả là các ứng dụng P2P ngày càng phổ biến, trong số đó có thể kể
ra các ứng dụng chia sẻ file (BitTorrent, uTorrent, eMule), các ứng dụng hội thoại qua mạng
VoIP (Skype)…. Mặc dù vậy, cho đến nay việc xây dựng các ứng dụng quảng bá video dựa
trên mạng ngang hàng như video on-demand vẫn còn đang gặp nhiều khó khăn - thách thức.
Khó khăn chủ yếu xuất phát từ những nhược điểm của mạng ngang hàng như mức độ tham
gia đóng góp tài nguyên của các peer không đồng đều, các peer có thể tham gia hoặc ngắt kết
nối khỏi hệ thống vào thời điểm bất kỳ .... Trong khi đó ứng dụng VoD lại là loại ứng dụng
yêu cầu hiệu năng thời gian thực và băng thông lớn. Điều này đã khiến cho việc xây dựng các

ứng dụng VoD dựa trên mạng ngang hàng trở nên phức tạp hơn hẳn so với mô hình
Client/Server. Mặt khác hầu hết các ứng dụng ngang hàng hiện nay đều là các ứng dụng miễn
phí, còn VoD vốn là một loại hình dịch vụ chủ yếu được cung cấp bởi các công ty truyền
thông hoặc các nhà cung cấp dịch vụ. Việc chuyển đổi hệ thống sang kiến trúc phân tán Peerto-Peer mà vẫn duy trì được phương thức quản lý dịch vụ như kiến trúc tập trung
Client/Server là điều không đơn giản. Mục đích của luận văn “Nghiên cứu giải pháp mạng
ngang hàng cho hệ thống truyền hình theo yêu cầu” là nhằm đưa ra một giải pháp cho vấn đề
kể trên.
Ý tưởng chính của giải pháp trong luận văn là xây dựng hệ thống video on demand
dựa trên kiến trúc mạng ngang hàng lai ghép, nhằm kết hợp những ưu điểm của cả kiến trúc
ngang hàng thuần túy và Client/Server. Trong đó server vẫn duy trì các chức năng quản lý,
còn mạng ngang hàng được sử dụng để giảm tải cho server.
Với đặc điểm mang tính phức tạp của bài toán xây dựng hệ thống có nhiều khía cạnh
cần phải xét đến, trong khuôn khổ luận văn của mình, tác giả tập trung vào bốn nội dung
chính:
1 - Xây dựng một cơ chế quản lý chỉ mục nhằm quản lý dữ liệu phân tán và hỗ trợ các
peer tìm kiếm và chia sẻ tài nguyên.

2


2 - Nghiên cứu cơ chế lưu đệm (caching) để giúp cho việc tìm kiếm và download của
các peer được thuận tiện và tối ưu.
3 - Với đặc tính biến động (dynamic) và hỗn tạp (heterogeneous) của mạng ngang
hàng. Tác giả xây dựng giải thuật lập lịch nhằm kết hợp băng thông từ nhiều peer cung cấp
phục vụ cho một yêu cầu streaming và đảm bảo chất lượng dịch vụ (playback quality) cho các
client.
4 - Thông qua tìm hiểu về vấn đề bảo mật, tác giả đã đánh giá và lựa chọn giải pháp
bảo mật thích hợp cho hệ thống để đối phó với hình thức tấn công ô nhiễm (pollution attack)
là hình thức tấn công đặc trưng đối với các hệ thống media streaming dựa trên mạng ngang
hàng.

 Luận văn có cấu trúc như sau:
Luận văn bao gồm năm chương, Chương 1 tìm hiểu và đánh giá những hạn chế của
các cách tiếp cận dựa trên mô hình tập trung Client/Server, sau đó là tổng quan về mạng
ngang hàng và giới thiệu một số hệ thống VoD dựa trên mạng ngang hàng. Nội dung Chương
2 tập trung mô tả hệ thống giải pháp PPVoD, phần đầu là tổng quan về hệ thống, tiếp theo đề
cập đến cơ chế quản lý chỉ mục cũng như phương thức lưu đệm và tìm kiếm các phân đoạn
video. Trong chương này tác giả cũng đã đề xuất một giải thuật lập lịch media streaming,
phần cuối chương đề cập đến vấn đề bảo mật cho hệ thống. Chương 3 trình bày các mô phỏng
thử nghiệm đánh giá hiệu năng của hệ thống PPVoD. Chương 4 đề cập đến một mô hình ứng
dụng cho IPTV. Cuối cùng, Chương 5 là kết luận và các định hướng phát triển của đề tài
trong tương lai.
References
Tài liệu tiếng Anh:
[1] A. Hu. "Video-on-demand broadcasting protocols: A comprehensive study", in
Proceedings of the IEEE Infocom, April 2001.
[2] A. Rowstron and P. Druschel, "Pastry: Scalable, Distributed Object Location and Routing
for Large-Scale Peer-to-Peer Systems", in Proc. of 18th IFIP/ACM International Conference
on Distributed Systems Platforms (Middleware 2001), Heidelberg, Germany, November
2001.
[3] B.Zhao, J. Kubiatowicz, Jeseph, Anthony, “Tapestry: An Infrastructure for Fault-tolerant
Wide-area Location and Routing”, U.C. Berkeley Technical Report UCB/CDS-01-1141,
April 2001.
[4] Bram Cohen. "Incentives build robustness in BitTorrent". Workshop on Economics of
Peer-to-Peer Systems, May 2003.
[5] CNN pipeline review by pc magazine. Internet, Februari 2007. />[6] CNN pipeline. Website: />
3


[7] D. S. Milojicic, V. Kalogeraki, R. Lukose, K. Nagaraja, J. Pruyne, B. Richard, S.Rollins,
Z. Xu, "Peer-to-Peer computing", Technical Report HPL-2002-57, HP Laboratories, Palo

Alto.
[8] Dongyan Xu, Mohamed Hefeeda, Susanne Hambrusch, and Bharat Bhargava, "On Peerto-Peer Media Streaming", in Proc. of Int. Conf. on Distributed Computing Systems 2002,
Austria, July 2002.
[9] Ernesto,"P2P-Next Introduces Live BitTorrent Streaming", -m/p2pnext-introduces-live-bittorrent-streaming-080718, July 2008.
[10] Forbes. Internet, December 2006. />[11] Gnutella. Website:
[12] I. Stoica, R. Morris, D. Karger, M. Kaashoek, H. Balakrishnan, "Chord: A Scalable
Peer-to-Peer Lookup Service for Internet Applications", in Proceedings. of ACM SIGCOMM
’01, 2001.
[13] J. Kurose Y. Guo, K. Suh and Don Towsley, "P2cast: Peer-to-peer patching scheme for
vod service", in Proceedings of the 12th international conference on World Wide Web, pages
201–209, Budapest, Hungary, May 2002.
[14] Jin B. Kwon, Heon Y. Yeom, "Distributed Multimedia Streaming over Peer-to-Peer
Networks", 2003.
[15] K. Aberer, M. Hauswirth, “Peer-to-Peer Information Systems: Concepts and Models,
State-of-the-Art and Future Systems”, in Proceedings of ICDE’02, 2002.
[16] KaZaa. Website: />[17] Michalis Faloutsos Aggelos Vlavianos, Marios Iliofotou, "BiTos: Enhancing bittorrent
for supporting streaming applications", In IEEE INFOCOM, 2006.
[18] Mohamed M. Hefeeda, Bharat K. Bhargava, and David K. Y. Yau, "A Hybrid
Architecture for Cost-Effective On-Demand Media Streaming", Computer Networks 44
(2004).
[19] Napster. Website:
[20] Nate Anderson, "Major EU P2P research project hopes to kill traditional TV",
July 2008.
[21] Padhye, J. Kurose, D. Towsley, R. Koodli, "A Model-based TCP-friendly Rate Control
Protocol', in Proceedings of NOSSDAV’99, 1999.
[22] Peer-to-Peer Working Group. Website:

4



[23] R. Rejaie, M. Handley, and D. Estrin, "RAP: An End-to-End Rate-based Congestion
Control Mechanism for Realtime Streams in the Internet", in proceedings of IEEE
INFOCOM’99, 1999.
[24] S. Ratnasamy, P. Francis, M. Handley, R. Karp, S. Shenker, "A Scalable ContentAddressable Network", in Proceedings. of ACM SIGCOMM ’03, 2003.
[25] S. Sen, J. Rexford, and D. Towsley, "Proxy prefix caching for multimedia streams", in
IEEE INFOCOM’99, NewYork, USA, March 1999.
[26] Wikipedia, "CNN Pipeline", Februari 2007.
[27] Xinyan Zhang, Jiangchuan Liu, Bo Li, Tak-Shing Peter Yum, "CoolStreaming /DONet:
A Data-Driven Overlay Network for Efficient Live Media Streaming", 2004.
[28] Xu-Xian Jiang and Yu Dong, "Gnustream: A mpeg video streaming system over peer-topeer network", project report for cs590n p2p networks and services. Technical report, Fall
2002.
[29] Y. Dong D. Xu D. Jiang and B. Bhargava, "Gnustream: a p2p media streaming system
prototype", in Proceedings of the International Conference on Multimedia and Expo (ICME),
volume 2, pages 325–328, July 2003.
[30] Y. Wang, Z. Zhang, D. Du, and D. Su, "A network-conscious approach to end-to-end
video delivery over wide area networks using proxy servers", in Proc. of IEEE
INFOCOM’98, San Francisco, CA, USA, April 1998.

Tài liệu tiếng Việt:
[31] />[32] Nguyễn Văn Tam, tập bài giảng "Mạng máy tính nâng cao", viện Công nghệ thông tin,
2006.
[33] Nguyễn Đại Thọ, tập bài giảng "Công nghệ mạng ngang hàng", trường Đại học Công
nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội, 2006-2007.

5