ðề tài nghiên cứu khoa học cấp học sinh – sinh viên Mục lục Trang i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH SÁCH HÌNH VẼ iv DANH MỤC BẢNG v THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vi LỜI MỞ ðẦU 1 CHƯƠNG I: MẠNG CHỒNG PHỦ NGANG HÀNG P2P 2 1.1. Giới thiệu mạng ngang hàng P2P 2 1.1.1. Khái niệm 2 1.1.2. Phân loại mạng ngang hàng 6 1.1.2.1. Mạng chồng phủ không có cấu trúc 8 1.1.2.2. Mạng ngang hàng lai (Hybird) 10 1.1.2.3. Mạng chồng phủ có cấu trúc 11 1.1.2.4. Chồng phủ phân cấp và chồng phủ liên kết 12 1.1.2.5. Chồng phủ dịch vụ 14 1.1.2.6. Mạng chồng phủ ngữ nghĩa 15 1.1.2.7. Chồng phủ cảm biến 16 1.1.2.8. Chồng phủ cho mạng MANET và Ad-hoc 16 1.2. Kết luận chương 17 CHƯƠNG II: CÁC DỊCH VỤ TRÊN MẠNG CHỒNG PHỦ NGANG HÀNG P2P 18 2.1. Chia sẻ file 18 2.2. P2P VoD 20 2.3. P2P live TV 21 2.4. P2P voice over IP 21 2.5. P2P gaming 22 2.6. Kết luận chương 22 CHƯƠNG III: CÁC GIẢI PHÁP TRUYỀN HÌNH QUA MẠNG NGANG HÀNG 23 3.1. Xu hướng xem video/TV hiện ñại 23 ðề tài nghiên cứu khoa học cấp học sinh – sinh viên Mục lục Trang ii 3.1.1. Internet TV 23 3.1.2. IPTV 24 3.1.3. P2P TV 26 3.2. P2P network và các dịch vụ luồng (streaming services) 29 3.2.1. Hệ thống P2P live streaming 32 3.2.1.1. Hệ thống P2P live streaming dạng cây 32 3.2.1.2. Hệ thống P2P live streaming dạng mesh 35 3.2.2. Hệ thống P2P VoD 36 3.2.2.1. Hệ thống P2P VoD ñệm-chuyển tiếp 36 3.2.2.2. Hệ thống P2P VoD lưu trữ-chuyển tiếp 38 3.2.2.3. Hệ thống P2P VoD lai-chuyển tiếp 39 3.3. Kết luận chương 40 CHƯƠNG IV: TÌM HIỂU ỨNG DỤNG P2PTV 41 4.1. Joost 41 4.2. PeerCast 42 4.3. Freecast 42 4.4. PPLive 42 4.5. Sopcast 42 4.6. PPMate 42 4.7. Kết luận chương 43 CHƯƠNG V: XÂY DỰNG MẠNG NGANG HÀNG VÀ THỬ NGHIỆM DỊCH VỤ TRUYỀN HÌNH 44 5.1. Xây dựng mạng ngang hàng bằng phần mềm Sopcast 44 5.1.1. ðăng ký kênh phát sóng 44 5.1.2. Phát sóng 45 5.2. Thử nghiệm dịch vụ truyền hình 46 5.2.1. Sử dụng Microsoft Expression Encoder 4 Sp2 46 5.2.2. So sánh Client-Server với P2PTV 47 5.2.2.1. Client-Server 47 ðề tài nghiên cứu khoa học cấp học sinh – sinh viên Mục lục Trang iii 5.2.2.2. P2PTV 48 5.3. Kết luận chương 49 KẾT LUẬN 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 ðề tài nghiên cứu khoa học cấp học sinh – sinh viên Danh sách hình vẽ Trang iv DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Mô hình client-server 2 Hình 1.2: Mô hình mạng ngang hàng 4 Hình 1.3: Mạng chồng phủ P2P 4 Hình 1.4: Phân loại mạng P2P 8 Hình 1.5: Mô hình mạng ngang hàng hybrid 10 Hình 1.6: Mạng chồng phủ phân cấp 13 Hình 1.7: Một mạng chồng phủ liên kết 14 Hình 1.8: Phân loại mạng chồng phủ dịch vụ 15 Hình 1.9: Mạng chồng phủ ngữ nghĩa 16 Hình 3.1: Cấu trúc mạng internet TV 24 Hình 3.2: Cấu trúc mạng IPTV 25 Hình 3.3: Cấu trúc mạng P2PTV 27 Hình 3.4: Cấu trúc mạng P2PTV của ForceTech 29 Hình 3.5: Trao ñổi các block giữa hai peer trong các hệ thống P2P khác nhau 32 Hình 3.6: hệ thống P2P live streaming dạng cây ñơn 33 Hình 3.7: Hệ thống P2P live streaming dạng ña cây 35 Hình 3.8: Chồng bộ ñệm giữa peer cung cấp và peer nhận trong hệ thống P2P VoD ñệm- chuyển tiếp 37 Hình 3.9: Cấu trúc chồng phủ trong hệ thống P2P VoD ñệm-chuyển tiếp 38 Hình 3.10: Hệ thống P2P VoD lai-chuyển tiếp 40 Hình 4.1: Giao diện của Joost 41 Hình 4.2: Giao diện của PPMate 43 Hình 5.2: Phát sóng trên sopcast 45 Hình 5.3: Phần mềm Microsoft Expression Encoder 4 Sp2 46 Hình 5.4: Thiết lập NAT cho modem 47 Hình 5.5: Kiểm tra ñịa chỉ IP 47 Hình 5.7: Chất lượng hình ảnh và thời gian lên sóng khi dùng sopcast (1 kết nối) 49 ðề tài nghiên cứu khoa học cấp học sinh – sinh viên Danh mục bảng Trang v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Một số mạng chồng phủ không có cấu trúc 9 Bảng 1.2: Một số mạng chồng phủ có cấu trúc 12 Bảng 1.3: ðặc ñiểm của chồng phủ P2P ñối với MANET 17 ðề tài nghiên cứu khoa học cấp học sinh – sinh viên Thuật ngữ viết tắt Trang vi THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt P2P Peer-to-Peer Mạng ngang hàng VoIP Voice over Internet Protocol Truyền giọng nói trên giao thức IP IPTV Internet Protocol Television Truyền hình giao thức Internet VoD Video on Demand Video theo yêu cầu IP Internet Protocol Giao thức mạng Internet DHT Distributed Hash Table Bảng băm phân tán P2PTV Peer-to-Peer Television Truyền hình qua mạng ngang hàng FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file DNS Domain Name System Hệ thống tên miền CDN Content Delivery Network Mạng phân phối nội dung UDP User Datagram Protocol Giao thức gói dữ liệu người dùng TCP Transmission Control Protocol Giao thức ñiều khiển truyền dẫn ID Identifier Số nhận dạng NAT Network Address Transverter Bộ biên dịch ñịa chỉ mạng ðề tài nghiên cứu khoa học cấp học sinh – sinh viên Lời mở ñầu Trang 1 LỜI MỞ ðẦU Trong sự phát triển của xã hội, nhu cầu giải trí của con người ñòi hỏi ngày càng cao chính vì thế mà các công nghệ truyền hình phải ngày càng phát triển. Trong một vài năm trở lại ñây ñã có những thay ñổi lớn trong việc phát triển các công nghệ truyền hình như truyền hình HD và phim 3D ñã ñược phát triển một cách rộng rãi. Những công nghệ truyền hình mới ra ñời thì cũng ñòi hỏi các công nghệ truyền dẫn cũng cần phải cải thiện. Từ công nghệ truyền hình tương tự, chúng ta ñã ñi lên truyền hình số ñể dần ñáp ứng nhu cầu của người xem. Nhu cầu của người xem ngày càng tăng họ ñòi hỏi rất nhiều từ truyền như là xem video theo yêu cầu, chia sẻ các video tự làm của mình cho nhiều người khác xem, hay là xem truyền hình mà không mất tiền mà chất lượng vẫn cao. Tất cả những yếu cầu này ñều có trong P2PTV. P2PTV là một giải pháp truyền hình qua mạng ngang hàng, người xem sẽ chia sẻ các video của mình ñang xem cho nhiều người khác khi mà số lượng càng cao thì chất lượng video sẽ càng tốt - ñây là một ưu ñiểm rất lớn của giải pháp truyền hình này. Khi một chương trình truyền hình trực tiếp lớn ñược cả thế giới mong ñợi, lượng người xem sẽ rất ñông. Bởi vậy nếu sử dụng mô hình client-server thì sẽ gây ra sự quá tải và chất lượng video sẽ rất xấu nhưng với P2PTV thì chất lượng sẽ rất tốt. Nghiên cứu khoa học này của chúng em ñã thực hiện nghiên cứu bốn vấn ñề sau: • Chương 1: Nghiên cứu về mạng chồng phủ ngang hàng P2P. • Chương 2: Nghiên cứu dịch vụ của mạng chồng phủ ngang hàng. • Chương 3: Nghiên cứu các giải pháp truyền hình qua mạng ngang hàng. • Chương 4: Tìm hiểu ứng dụng P2PTV. • Chương 5: Xây dựng mạng ngang hàng và thử nghiệm dịch vụ truyền hình. Mặc dù chúng em ñã nỗ lực hoàn thành nghiên cứu khoa học này nhưng do còn những hạn chế về thời gian và hiểu biết của bản thân nên không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, chúng em mong nhận ñược sự góp ý của các thầy cô và các bạn ñể phục vụ thêm cho công tác học tập của mình trong tương lai. Qua ñây chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành ñến ThS. Vũ Thúy Hà, người ñã tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu khoa học này. ðề tài nghiên cứu khoa học cấp học sinh – sinh viên Chương I Trang 2 CHƯƠNG I: MẠNG CHỒNG PHỦ NGANG HÀNG P2P 1.1. Giới thiệu mạng ngang hàng P2P 1.1.1. Khái niệm Chúng ta ñều biết hầu như mọi dịch vụ mà Internet cung cấp ngày nay ñều dựa trên mô hình client/server. Theo mô hình này thì một máy khách (client) sẽ kết nối với một máy chủ (server) thông qua một giao thức nhất ñịnh (WWW, FTP, Telnet, SMTP ). Máy khách gửi yêu cầu tới máy chủ, máy chủ xử lý và trả kết quả lại cho client. Các server thường có cấu hình mạnh (tốc ñộ xử lý nhanh, kích thước lưu trữ lớn) hoặc là các máy chuyên dụng. Dựa vào chức năng có thể chia thành các loại server như: file server (phục vụ các yêu cầu hệ thống tập tin trong mạng), print server (phục vụ các yêu cầu in ấn trong mạng), application server (cho phép các ứng dụng chạy trên các server và trả kết quả cho client), mail server (cung cấp các dịch vụ về gửi nhận email), web server (cung cấp các dịch vụ về web), database server (cung cấp các dịch vụ về lưu trữ, tìm kiếm thông tin), communication server (quản lý các kết nối từ xa). Hình 1.1: Mô hình client-server Mô hình client/server có rất nhiều ñiểm ưu việt như là: mọi xử lý sẽ nằm trên server do ñó sẽ tránh cho clients những tính toán nặng nề hoặc do tất cả dữ liệu ñều tập trung tại một vị trí nên việc dễ dàng trong quản lý hệ thống cũng như vấn ñề bảo mật . Tuy nhiên, khi mà Internet phát triển với tốc ñộ chóng mặt như ngày nay thì mô hình client/server tồn tại một nhược ñiểm quan trọng. Khi số lượng clients tăng ñến một mức ñộ nào ñó thì nhu cầu về tải, băng thông tăng lên và máy chủ không có khả năng cung cấp dịch vụ cho các máy khách thêm vào. Mô hình mạng ngang hàng (Peer to Peer hay P2P) ñược xem như một giải pháp sẽ khắc phục nhược ñiểm của mô hình mạng client/server. ðề tài nghiên cứu khoa học cấp học sinh – sinh viên Chương I Trang 3 Mạng ngang hàng thực ra không phải là một cái niệm mới. Các công ty và các trường ñại học ñã sử dụng cấu trúc này hơn 30 năm qua cho ñến khi ñược biết với tên là mạng ngang hàng. Thực tế, mạng Internet ñược phát triển từ cuối những năm 1960 là hệ thống mạng ngang hàng. Mạng ARPANET gốc kết nối tới ñại học California, Los Angeles UCLA, học viện nghiên cứu Stanford, UC Santa Barbara và ñại học Utah không thuộc ñịnh dạng client/server mà tương ñương với các peer máy tính. Vào năm 1979, Usenet ñược phát triển bởi hai sinh viên ñại học Duke và một sinh viên ñến từ ñại học Bắc Carolina ñể chao ñổi thông tin dựa trên truyền thông Unix. Dựa trên giao thức Unix-to- Unix-copy, hoặc UUCP, một máy tính Unix có thể tự ñộng quay số tới một máy tính khác, trao ñổi file và ngắt kết nối. Sinh viên của hai trường ñại học này có thể thông báo tin tức trong một topic chung, ñọc tin nhắn trong topic ñó, và có thể trao ñổi tin nhắn giữa hai trường. Trong một vài năm Usetnet ñã ñược mở rộng ra nhiều trường ñại học khác nhau và nhiều công ty phần mềm. Usenet phát triển từ 2 site gốc thành hàng trăm nghìn site nhưng vẫn giữ nguyên mô hình cơ bản của mạng P2P. Usenet về cơ bản là tiền thân của các ứng dụng mạng ngang hàng ngày này như Gnutella mà trong ñó các máy tính copy dữ liệu mà không cần ñến ñiều khiển trung tâm. Mạng P2P ñã ñược phát triển trong suốt những năm 1990 và ñược sử dụng cho các nhóm, tổ chức, giữa các công ty và trong giới hạn trao ñổi thông tin giữa các nhà hợp tác nghiên cứu. Chỉ ñến khi Internet bùng nổ vào giữa những năm 1990, cùng với sự ra ñời của các dịch vụ chia sẻ file, âm thanh, hình ảnh trong thời gian gần ñây thì mạng ngang hàng mới ñược chú ý ñến như là một công nghệ quan trọng của Internet. Hiện nay các ứng dụng P2P chiếm khoảng 50% (thậm chí 75%) băng thông trên Internet. Vậy mạng ngang hàng là gì? Mạng ngang hàng là mạng mà trong ñó các máy tính chia sẻ tập tin và truy cập tài nguyên (máy in, bộ nhớ lưu trữ, chu trình xử lý…) mà không cần ñến máy chủ hay phần mềm máy chủ. Ở dạng ñơn giản nhất, mạng P2P ñược tạo ra bởi hai máy tính ñược kết nối với nhau và chia sẻ tài nguyên mà không phải thông qua một máy chủ dành riêng. Một mạng ngang hàng ñúng nghĩa không có khái niệm máy chủ và máy khách, tất cả các máy tham gia ñều bình ñẳng và ñược gọi là peer, ñóng vai trò như cả máy chủ và máy khách ñối với các máy khác trong mạng. ðề tài nghiên cứu khoa học cấp học sinh – sinh viên Chương I Trang 4 Hình 1.2: Mô hình mạng ngang hàng Ta cũng ñịnh nghĩa mạng chồng phủ như sau: Mạng chồng phủ là mạng máy tính ñược xây dựng trên nền của một mạng khác. Các node trong mạng chồng phủ ñược xem là nối với nhau bằng liên kết ảo (logical links), mỗi liên kết ảo có thể bao gồm rất nhiều các liên kết vật lý của mạng nền. Rất nhiều mạng P2P ñược gọi là mạng chồng phủ bởi vì nó ñược xây dựng và hoạt ñộng dựa trên nền của Internet. Hình 1.3: Mạng chồng phủ P2P *ðặc ñiểm của hầu hết các hệ thống P2P ñó là: [...]... node m ng hàng xóm, ñi u này làm tăng ñáng k lưu lư ng trong m ng ð kh c ph như c ñi m c a m ng ngang hàng thu n túy, m t mô hình m ng ngang hàng m i ñư c phát tri n v i tên g i là m ng ngang hàng lai ðây ñư c coi như là m ng ngang hàng th h th 2 (ví d : Gnutella 0.6, Juxtapose JXTA, Skype…) Phân lo i theo th h có m t vài như c ñi m: nó b qua m t s v n ñ quan tr ng và không gi i thích ñư c v các th h... n ch b i các k thu t trong vi c xây d ng m ng, ch ng h n như: k thu t Flooding d n t i vi c tăng lưu lư ng m ng khi m r ng m ng Các h th ng không c u trúc thư ng phù h p trong trư ng h p các node ra vào m ng thư ng xuyên, tùy ý 1.1.2.2 M ng ngang hàng lai (Hybird) ð kh c ph c như c ñi m c a m ng ngang hàng thu n túy, m t mô hình mang ngang hàng m i ñư c phát tri n v i tên g i là m ng ngang hàng lai... m ng ngang hàng th h 2 Ph n m m tiêu bi u cho m ng ngang hàng ki u này là Gnutella 0.6 và JXTA (Juxtapose) JXTA ñư c b t ñ u phát tri n b i SUN t 2001 (ñây là giao th c P2P mã ngu n m ) JXTA ñư c s d ng cho PCs, mainframes, cell phones, PDAs – ñ giao ti p theo cách không t p trung Skype cũng ñư c xây d ng d a trên c u trúc này Hình 1.5: Mô hình m ng ngang hàng hybrid Trong mô hình m ng ngang hàng lai... ph m v m ng M t yêu c u quan tr ng cho m ng liên k t là m i quan h tin c y gi a m i mi n Tương t như m i quan h ngang hàng gi a các nhà cung c p d ch v Internet ñư ng tr c, các l h ng an ninh trong m t m ng có th lan ra các m ng ch ng ph khác nh các peering points Do ñó an ninh trong m t m ng ch ng ph tr thành m t v n ñ nh y c m cho các m ng ch ng ph còn l i Trang 13 ð tài nghiên c u khoa h c c p h... n i các node ch u nh hư ng c a n i dung Các peer có n i dung tương t , có quan h ng nghĩa s ñư c nhóm l i (clustered), ví d như, các peer có ch a các file “Jazz” s ñư c k t n i v i các peer ch a n i dung tương t Khi ñó m ng ng nghĩa làm tăng cơ h i tìm ki m nhanh chóng các file phù h p và gi m s tìm ki m các node không có n i dung phù h p Ví d như trong hình 1.9, các peer t A-H ñư c k t n i b i các. .. n i b i các ñư ng li n nét Các peer có n i dung quan h ng nghĩa s ñư c liên k t v i nhau, ví d , các peer A, B và C ñ u có các bài hát “rock”, nên thi t l p liên k t gi a các peer này Tương t , các peer C, E và F có ch a các bài nh c Rap, cho nên nhóm chúng l i v i nhau Trang 15 ð tài nghiên c u khoa h c c p h c sinh – sinh viên Chương I Hình 1.9: M ng ch ng ph ng nghĩa Các m ng thu c d ng này như:... hàng P2P Bên c nh ñó còn ñ c p ñ n vi c phân lo i m ng ngang hàng d a trên c u trúc m ng và d a theo ng d ng Trang 17 ð tài nghiên c u khoa h c c p h c sinh – sinh viên Chương II CHƯƠNG II: CÁC D CH V TRÊN M NG CH NG PH NGANG HÀNG P2P 2.1 Chia s file ðây là m t ng d ng khá ph bi n gi a các ngư i s d ng và ñư c s d ng r ng rãi trên m ng internet, ñ c bi t là ñ chia s các file có kích thư c l n như các. .. t lu n chương Chương 2 ñã ñ c p v các d ch v trên m ng ngang hàng như là chia s file, P2PVoD, P2P live TV, P2P voice over IP, P2P gaming … t ñó cho chúng ta th y ñư c nh ng ng d ng c a P2P ñư c dùng khá ph bi n và r ng rãi trên m ng internet Trang 22 ð tài nghiên c u khoa h c c p h c sinh – sinh viên Chương III CHƯƠNG III: CÁC GI I PHÁP TRUY N HÌNH QUA M NG NGANG HÀNG 3.1 Xu hư ng xem video/TV hi n... Trang 6 ð tài nghiên c u khoa h c c p h c sinh – sinh viên Chương I Ý ki n khác cho r ng chia m ng ngang hàng thành m ng ch ng ph có c u trúc và m ng không có c u trúc M ng ch ng ph không có c u trúc thư ng ñư c chú ý hơn b i cách g i các yêu c u tìm ki m, phân b các peer và s khác bi t trong thông tin ñư ng truy n v i các peer hàng xóm M ng ch ng ph có c u trúc ñư c phân bi t d a theo các tính ch t... ng thông qua giao di n ngư i s d ng ho c m t thông s file c u hình Ví d ñi n hình như các tham s : s các k t n i download và upload t i ña có th ch y song song v i nhau, kh năng upload ñ chia s l n nh t ho c s c ng Các cơ ch ñ ñi u khi n và qu n lý vi c phân ph i n i dung trong các m ng p2p có th ñư c phân bi t theo 2 lo i chính : • Các cơ ch ñi u khi n truy nh p ngu n tài nguyên, ví d là các thu t