Khóa luận Xây dựng ứng dụng video streamming dựa trên mạng ngang hàng Chord

TRƯỜNG ………………….

KHOA……………………….

‐‐‐‐‐[\ [\‐‐‐‐‐

Báo cáo tốt nghiệp

Đề tài:

Xây dựng ứng dụng video streamming dựa

trên mạng ngang hàng Chord

Tóm tắt

Khóa luận này đưa ra một phương thức truyền tin multicast trên nền tảng mạng

ngang hàng mới nhằm khắc phục những nhược điểm của một số phương thức truyền tin

multicast đã tồn tại từ trước. Những nhược điểm đó gồm có việc phải phụ thuộc hoàn

toàn vào khả năng của router đối với IP multicast hay vấn đề quản lý cây multicast khó

khăn đối với một số giao thức truyền tin multicast trên tầng ứng dụng khác.

Khóa luận mô tả chi tiết giao thức mạng ngang hàng có cấu trúc Chord và cách thức

truyền tin multicast trên nền mạng ngang hàng Chord. Trong khóa luận, vấn đề truyền

video streaming cũng được đề cập đến. Từ đó khóa luận đã xây dựng nên ứng dụng

truyền video streaming multicast trên nền Chord. Việc đánh giá kết quả thu được qua quá

trình xây dựng ứng dụng cho ta thấy được những ưu điểm của việc triển khai multicast

trên mạng ngang hàng, cũng như những nhược điểm cần khắc phục.

MỤC LỤC

Mở đầu......................................................................................................................................................... 5

Chương I: Tổng quan về video streaming multicast .............................................................................. 7

1.1. Giới thiệu về video streaming.................................................................................................7

1.2. Giới thiệu multicast.................................................................................................................9

1.3. IP multicast ............................................................................................................................10

1.4. Multicast tầng ứng dụng ( ALM – Application-layer Multicast)......................................12

1.4.1. Giới thiệu...................................................................................................................12

1.4.2. Một số giải pháp truyền tin multicast trên tầng ứng dụng...................................13

Chương II: Truyền tin multicast trên nền mạng ngang hàng có cấu trúc Chord............................... 16

2.1. Giới thiệu mạng ngang hàng ................................................................................................16

2.2.1. Khái niệm..................................................................................................................16

2.2.2. Ưu thế của mạng ngang hàng..................................................................................16

2.2.3. Phân loại mạng ngang hàng ....................................................................................16

2.2. Mạng ngang hàng có cấu trúc Chord ..................................................................................18

2.2.1. Giới thiệu chung .......................................................................................................18

2.2.2. Finger table ...............................................................................................................20

2.2.3. Node tham gia/ rời mạng và quá trình đồng bộ ( stabilization) ...........................21

2.3. Thuật toán truyền tin multicast dựa trên nền mạng Chord..............................................22

Chương III: Xây dựng ứng dụng truyền tin video streaming multicast thời gian thực trên nền mạng

ngang hàng có cấu trúc Chord................................................................................................................. 26

3.1. Mục tiêu và yêu cầu của việc xây dựng ứng dụng ..............................................................26

3.2. Ý tưởng...................................................................................................................................26

3.3. Thiết kế hệ thống...................................................................................................................27

3.3.1. Tạo cây multicast......................................................................................................27

3.3.1. Tạo dữ liệu thời gian thực........................................................................................28

3.3.2. Truyền hình ảnh.......................................................................................................28

3.3.3. Xử lý và hiển hình ảnh.............................................................................................29

3.4. Thiết kế giao thức..................................................................................................................29

3.4.1. Giao thức máy chủ ...................................................................................................29

3.4.2. Giao thức máy khách ...............................................................................................31

3.5. Thiết kế chương trình ...........................................................................................................33

3.5.1. Lớp WebcamServer .................................................................................................34

3.5.2. Lớp WebcamClient ..................................................................................................36

Chương IV: Kết quả đánh giá hệ thống................................................................................................. 39

4.1. Kết quả thử nghiệm...............................................................................................................39

4.1.1. Môi trường chạy thử ................................................................................................39

4.1.2. Kết quả đạt được......................................................................................................39

4.2. Kết quả đánh giá hiệu năng..................................................................................................39

Chương V: Kết luận.................................................................................................................................. 41

Tài liệu tham khảo .................................................................................................................................... 42

Mở đầu

Trong những ngày đầu phát triển của ứng dụng đa phương tiện, khoảng nửa cuối

thập niên 90, việc xem một video trên mạng gần như là điều không thể. Ngày nay, cùng

với sự bùng nổ của Internet, các ứng dụng đa phương tiện trong đó có video streaming đã

trở thành nhu cầu không thể thiếu của nhiều cư dân mạng.Theo thống kê, riêng tại Mỹ đã

có khoảng 13,5 tỉ video được xem trong tháng 10 – 2008 (nguồn comScore). Con số trên

đủ cho ta thấy được sự lớn mạnh không ngừng của các ứng dụng video streaming.

Tuy nhiên, để phát triển một ứng dụng video streaming tốt gặp phải nhiều vấn đề.

Ứng dụng video streaming đòi hỏi nhiều băng thông và yêu cầu độ trễ thấp. Chính vì vậy

cần phải có một phương thức phân phát video trên đường truyền hợp lý. IP multicast với

khả năng tối ưu hóa đường truyền là một giải pháp cho vấn đề này. Tuy nhiên, việc triển

khai IP multicast lại rất tốn kém bởi nó đòi hỏi toàn mạng phải có những Router đắt tiền,

chuyên dụng. Điều này hoàn toàn không khả thi trong một mạng diện rộng như Internet.

Triển khai multicast trên tầng ứng dụng với việc không làm thay đổi hạ tầng mạng phía

dưới là một giải pháp thay thế hữu hiệu cho IP multicast.

Hiện nay, trên thế giới đã và đang phát triển rất nhiều phương pháp truyền tin

multiast trên tầng ứng dụng khác nhau. Trong đó truyền tin multicast dựa mạng ngang

hàng hứa hẹn có nhiều ưu điểm. Đặc thù của truyền tin multicast là phải tạo được một

cây multicast tối ưu, có sự liên kết chặt chẽ giữa các node với nhau, có khả năng phục hồi

lỗi nhanh. Mạng ngang hàng có cấu trúc hoàn toàn có thể đáp ứng được yêu cầu đó với

việc các node được liên kết với nhau bằng một thuật toán cụ thể.

Để làm rõ hơn những lợi thế của mạng ngang hàng có cấu trúc trong việc truyền tin

multicast, khóa luận này đã nghiên cứu xây dựng một ứng dụng truyền video streaming

multicast dựa trên nền tảng mạng ngang hàng có cấu trúc Chord. Sau đây là tóm tắt nội

dung khóa luận gồm 5 chương.

Chương 1: Tổng quan về video streaming và multicast

Giới thiệu về video streaming và trình bày những khái cơ bản về multicast, so sánh

với các phương thức truyền tin khác. IP multicast và multicast tầng ứng dụng được trình

bày một cách ngắn gọn để từ đó có thể thấy được ưu điểm của multicast tầng ứng dụng so

với IP multicast.

Chương 2: Truyền tin multicast trên nền mạng ngang hàng có cấu trúc Chord

Phần này đưa ra cái nhìn tổng quan về mạng ngang hàng bao gồm: khái niệm, phân

loại và ưu điểm chung của mạng ngang hàng. Tiếp đó, sẽ giới thiệu hoạt động của giao

thức Chord. Đặc biệt, việc truyền tin multicast dựa trên nền mạng Chord được đề cập một

cách chi tiết.

Chương 3: Xây dựng ứng dụng truyền multicast video streaming thời gian

thực trên nền Chord

Chương 3 đề cập đến những yêu cầu, mục tiêu của ứng dụng và cách thức xây dựng

ứng dụng sao cho phù hợp với những mục tiêu đó. Trong đó, trình bày chi tiết về thiết kế

hệ thống, thiết kế giao thức và thiết kế chương trình của ứng dụng.

Chương 4: Kết quả đánh giá hệ thống

Sau các nghiên cứu ở các phần trên, chương 4 trình bày về môi trường chạy thử

chương trình, các kết quả và đánh giá thu được sau quá trình thử nghiêm.

Chương 5: Kết luận

Chương I: Tổng quan về video streaming multicast

1.1. Giới thiệu về video streaming

Video là một loại dữ liệu đa phương tiện quan trọng phục vụ cho truyền thông hoặc

cho nhu cầu giải trí của con người trong nhiều thập niên. Trong thời kỳ đầu video được

xử lý và truyền dưới dạng tín hiệu tương tự (analog). Với sự phát triển không ngừng

của mạch điện tử và máy tính dẫn đến việc số hóa video và mở ra một cuộc cách mạng về

nén và truyền thông video. Sự phát triển và phổ biến của Internet giữa những năm 90 đã

định hướng truyền thông video qua mạng chuyển mạch gói best-effort. Video qua mạng

qua mạng Internet gặp phải rất nhiều yếu tố bất lợi về băng thông, độ trễ và mất gói tin,

cùng với một số vấn đề như làm thế nào để chia sẽ tài nguyên mạng giữa các luông hay

làm thế nào có thể triển khai hiệu quả phương thức truyền thông một- nhiều ( truyền dữ

liệu từ một nguồn đến nhiều đích cùng một lúc). Từ đó đã có rất nhiều giải pháp được

nghiên cứu và phát triển nhằm khác phục những vấn đề này.

Video streaming được định nghĩa là một “dòng chảy” video , nghĩa là dữ liệu video

được truyền liên tục từ một nguồn đến một đích nào đó. Ý tưởng cơ bản của video

streaming đó là chia video thành từng frame, sau đó liên tục truyền những phần được chia

ra và bên nhận có thể hiện thị những phần video đã nhận được mà không phải đợi cho

đến khi toàn bộ video được truyền xong.

Tuy nhiên có một vài vấn đề ảnh hưởng trực tiếp đến video streaming. Video

streaming qua mạng Internet gặp rất nhiều khó khăn bởi Internet chỉ cung cấp dịch vụ

truyền best-effort (cố gắng tối đa). Do đó, nó không đảm bảo về băng thông, độ trễ,

jitter hay sự mất gói tin. Những nhân tố này thường không đoán trước được và động.

Chính vì vậy, mục tiêu chính của việc xây dựng một ứng dụng video streaming là phải

thiết kết một hệ thống phân phát video chất lượng cao đáng tin cây qua mạng Internet.

Các ứng dụng video streaming thường được nhiều người dùng cùng một lúc, tức là

video phải được truyền cùng lúc tới nhiều người như video conference hay truyền hình

trực tuyến. Truyền tin multicast là một giải pháp thích hợp cho những ứng dụng đó. Phần

dưới đây sẽ trình bày chi tiết về multicast.

Cấu thành nên một hệ thống video streaming gồm có 6 yếu tố cơ bản: cơ chế nén

video, cơ chế điều khiển chất lượng dịch vụ tầng ứng dụng, dịch vụ phân phát video, máy

chủ streaming, cơ chế đồng bộ dữ liệu và giao thức dành cho video streaming [10]. Hình

1 cho ta thấy được mối liên hệ giữa các yếu tố này với nhau.

Hình 1: Cấu trúc ứng dụng video streaming

Cơ chế nén video. Dữ liệu video nguyên gốc cần phải được nén trước khi

được truyền nhằm tiết kiệm băng thông.

Cơ chế điều khiển chất lượng dịch vụ tầng ứng dụng. Để đối phó với sự

biến thiên của tài nguyền mạng hoặc để cung cấp chất lượng hình ảnh thay

đổi theo từng người dùng, nhiều kỹ thuật điều kiển chất lượng dịch vụ tầng

ứng dụng đã được đưa ra. Kỹ thuật đó bao gồm điều khiển tắc nghẽn và điều

khiển lỗi. Điều khiển tắc nghẽn được triển khai để ngăn ngừa việc mất gói tin

và giảm độ trễ. Trong khi đó, điều khiển lỗi cải thiện chất lượng hình ảnh khi

có gói tin bị mất.

Dịch vụ phân phát video trên đường truyền. Được xây dựng trên nền của

Internet ( giao thức IP), dịch vụ phân phát video trên đường truyền cho phép

đạt được QoS ( chất lượng dịch vụ) và hiệu quả cho việc phân phát video qua

mạng Internet.

Máy chủ streaming. Máy chủ streaming đóng vai trò quan trọng trong việc

cung cấp dịch vụ streaming. Máy chủ streaming được yêu cầu phải xử lý các

dữ liệu video với sự rằng buộc về thời gian, đồng thời hỗ trợ các hành động

tương tác như dừng (pause), tua (fast forward). Một server streaming gồm 3

hệ thống con: bộ truyền tin (communicator) ví dụ như giao thức tầng giao

vận, hệ điều hành và hệ thống lưu trữ.

Cơ chế đồng bộ dữ liệu. Với cơ chế đồng bộ, ứng dụng tại bên nhận có thể

hiển thị video gần giống như khi nó được khởi tạo tại bên gửi. Một ví dụ của

cơ chế đồng bộ là cử động môi của người nói phải phù hợp với tiếng nói họ

phát ra.

Giao thức dành cho video streaming. Giao thức được thiết kế và chuẩn hóa

cho truyền thông giữa máy khách và máy chủ streaming. Giao thức có thể

được chia làm 3 loại: giao thức tầng mạng như Internet Protocol (IP), giao

thức tầng giao vận như User Datagram Protocol (UDP) và giao thức điều

khiển phiên như Real-time Streaming Protocol (RTSP).

1.2.

Giới thiệu multicast

Trong hệ thống mạng của chúng ta hiện nay có 3 cách truyền tin cơ bản đó là

unicast, multicast và broadcast (Hình 2).

Unicast là phương thức truyền tin cơ sở của IP network. Với unicast một máy

truyền và chỉ có một máy nhận theo kiểu point to point. Hiện nay hầu hết các ứng dụng

mạng được phát triển và sử dụng trên nền phương thức unicast như HTTP, Telnet, FTP

… Nhưng với những ứng dụng đòi hỏi phải truyền tin từ một nguồn cho một nhóm người

dùng như video streaming thì việc triên khai trên unicast là không hiệu quả và truyền tin

multicast là giải pháp thay thế.

Multicast là cách truyền dữ liệu từ một – nhiều (one-to-many) tức là dữ liệu được

gửi từ một node nguồn và một nhóm node đích sẽ nhận được cùng dữ liệu đó. Cách

truyền này khác với unicast– gửi thông tin trên mạng theo cách truyền gói tin một- một

(one – to – one). Nếu multicast có thể so sánh với cuộc gọi chung cho nhiều người

(conference call) thì unicast có thể so sánh với cuộc gọi riêng giữa hai người.

Broadcast được mô tả như truyền thông tin cho toàn mạng, tất cả các điểm trong

mạng đều nhận được thông báo này. Trong trường hợp này chỉ một người gửi nhưng tất

cả người trong mạng đều nhận được. Broadcast được hỗ trợ trong mạng LAN (ví dụ

Ethernet) và được sử dụng để gửi những gói tin giống nhau đến các máy trong mạng

LAN (ví dụ ARP được sử dụng gửi địa chỉ đến toàn bộ máy trong mạng LAN). Network

protocol (như IP) hỗ trợ khuôn dạng gói tin để gửi đến bất kỳ hệ thống nào trong logical

network.

Có thể nói, multicast là cách thức hiệu quả nhất để truyền dữ liệu đến một nhóm

người trên Internet. Chúng ta cũng có thể sử dụng unicast để truyền tin lần lượt từ nguồn

đến từng node trong nhóm. Tuy nhiên, với cách này thì node nguồn sẽ phải lặp đi lặp lại

việc truyền 1 gói tin cho rất nhiều node khác, dẫn đến việc tiêu tốn tài nguyên của node

nguồn ( CPU, memory …). Đồng thời, sẽ có rất nhiều gói tin không cần thiết được lưu

thông trên mạng, dẫn đến lãng phí tài nguyên mạng.

Với multicast, một cây multicast sẽ được hình thành với nguồn là gốc của cây và

các thành phần còn lại của cây có thể là node đầu cuối ( end – host ) hoặc có thể là router

tùy vào từng công nghệ multicast khác nhau. Thay vì việc node nguồn nhân bản gói tin

và gửi đến từng node trong nhóm thì nó chỉ truyền cho 1 hoặc vài node nhất định và các

node này có nhiệm vụ sao chép và truyền gói tin theo cây multicast.

Hình 2: Các phương thức truyền tin trên mạng

1.3.

IP multicast

IP multicast (Hình 3) là chuẩn mở của IETF (Internet Engineering Task Force)[3],

dùng để truyền dữ liệu tới nhiều người nhận. Trong IP multicast, các router sẽ đóng vai

trò là node trung gian trong cây multicast và có trách nhiệm sao chép gói tin rồi truyền

cho các node ứng dụng - ở đây, các node này sẽ đóng vai trò là ngọn của cây.

Hình 3: Thành phần của IP multicast

Trong IP multicast mỗi node sẽ gửi yêu cầu một router gắn với nó khi muốn ra

nhập hoặc rời khỏi nhóm. Sau đó các router multicast sẽ trao đổi các thông tin về việc

quản lý nhóm thông qua cây multicast. Tất cả các công việc như tạo nhóm, nhập nhóm,

rời nhóm đều được thực hiện bởi giao thức IGMP (Internet Group Membership

Protocol)(Hình 4)[4].

IP multicast sử dụng địa chỉ IP lớp D để định danh các nhóm multicast. Đây là dạng

địa chỉ IP đặc biệt dành riêng cho multicast. Tất cả các máy nối kết vào Internet phải có

địa chỉ IP thuộc lớp A, lớp B, hoặc lớp C. Một máy có thể có một hoặc nhiều địa chỉ

multicast lớp D tùy thuộc vào số nhóm multicast mà nó tham gia. Địa chỉ lớp D có độ dài

là 32 bit. 4 bit đầu tiên được dùng để xác định nó thuộc lớp D, 28 bit còn lại được dùng

để xác định nhóm multicast. Một địa chỉ lớp D có thể so sánh với một kênh trên tivi. Khi

bạn truy cập một địa chỉ lớp D, bạn sẽ nhận được tất cả thông tin được multicasting đến

địa chỉ đó.

Hình 4: Internet Group Management Protocol – Thông điệp Query

IGMP chỉ có trách nhiệm quản lý các nhóm multicast và việc phân phát các gói tin

multicast từ router nội bộ đến các node trong nhóm. Việc gói tin làm thế nào để đi được

từ nguồn đến các router biên ( các router trực tiếp nối với node) phụ thuộc vào giao thức

định tuyến multicast chạy trên các router trong mạng. Hiện nay có một vài giao thức định

tuyến được phát triển dành riêng cho IP multicast như DVMRP (Distance Vector

Multicast Routing Protocol) – giao thức định tuyến multicast đầu tiên hay như PIM

(Protocol Independent Multicast) – giao thức multicast được dùng phổ biến nhất hiện

nay.

Với các giao thức định tuyến multicast trong IP multicast, số lượng gói tin phải sao

chép nhân bản trên đường truyền được giảm thiểu so với các phương thức truyền tin khác

từ đó tiết kiệm đáng kể băng thông mạng. Tuy nhiên một nhược điểm khiến nó không

được sử dụng nhiều và không có khả năng mở rộng đó là các router trong mạng phải hỗ

trợ multicast. Đồng thời, IP multicast chỉ hỗ trợ các ứng dụng chạy trên nền UDP – giao

thức truyền tin không tin cậy. Nhằm khắc phục những nhược điểm này, truyền tin

multicast tầng ứng đã và đang được nghiên cứu, phát triển rất nhiều trong những năm gần

đây. Phần tiếp của khóa luận sẽ trình bày về phương thức truyền tin multicast tầng ứng

dụng.

1.4.

Multicast tầng ứng dụng ( ALM – Application-layer Multicast)

1.4.1. Giới thiệu

Khái niệm multicast tầng ứng dụng chỉ đơn giản là việc thi hành multicasting như

một dịch vụ tầng ứng dụng chứ không phải như một dịch vụ tầng mạng. Hình 5 mô tả

việc truyền multicast cho cùng một nhóm người nhận và người gửi của multicast tầng

ứng dụng và IP multicast. Ở đây, cây multicast được hình thành ở tầng ứng dụng. Với

việc chỉ sử dụng phương thức truyền tin unicast của tầng mạng, node nguồn S gửi hai gói

tin cho D1 và D2; tại D1, D2 gói tin được nhân bản và chuyền tiếp cho D4,D3.

Hình 5: (a) IP multicast (b) Multicast tầng ứng dụng

IP multicast được triên khai tại các node mạng ( Router) trong khi đó muticast tầng

ứng dụng được triển khai tại các node ứng dụng ( end host hoặc proxy ). Do các node ứng

dụng biết ít thông tin về tầng mạng hơn là các router nên cây multicast tầng ứng dụng

thường không có độ tối ưu bằng IP multicast.

Trong multicast tầng ứng dụng, các công việc điều khiển như ra nhập nhóm, rời

nhóm, sao lưu và chuyển tiếp gói tin, định tuyến multicast… đều được thực hiện tại điểm

đầu cuối (end system hoặc proxy) chính vì vậy mà không yêu cầu cần có những router hỗ

trợ multicast ở mạng lõi.

1.4.2.

Một số giải pháp truyền tin multicast trên tầng ứng dụng

Dựa vào cấu trúc mạng hoặc cách tạo cây multicast mà ta có các giải pháp truyền tin

multicast tầng ứng dụng khác nhau: Proxy-based ALM và end system ALM; mesh first

và tree first [7]

Proxy-based ALM và end system ALM

Hình 6: (a) Proxy-based ALM

(b) End-system ALM

Trong mô hình Proxy-based ALM (Hình 6a), yêu cầu triển khai nhiều proxy hoặc

server trên Internet, các proxy hay server này sẽ tự thành lập một mạng phủ (overlay

network) với nhau và cũng cấp dịch vụ multicast trong suốt cho các người dùng cuối

(end-user). Ngược lại, mô hình end-system ALM (Hình 6b) chỉ yêu cầu hạ tầng mạng

phía dưới cũng cấp duy nhất dịch vụ truyền tin unicast, việc truyền multicast sẽ được

thực hiện bởi các node đầu cuối (end-system).

Với mô hình proxy-based ALM thì các ứng dụng chạy trên node đầu cuối sẽ ít phức

tạp hơn bởi vì dịch vụ multicast trong suốt với chúng. Một điểm mạnh nữa của mô hình

này đó là băng thông tại các proxy thường lớn hơn tại các node đầu cuối chính vì vậy mà

tránh xảy ra hiện tượng “nút thắt cổ chai” như trong mô hình end-system ALM. Nhược

điểm của mô hình này là chi phí phải trả cho hệ thống proxy hay server là rất cao.

Mesh-fist và tree-first

Trong mô hình mesh-first, các node muốn tham gia vào quá trình truyền hoặc nhận

multicast sẽ tham gia vào một mạng phủ hình thành nên một tô pô dạng lưới liên kết các

node với nhau (Hình 7a). Sau khi tô pô mạng được hình thành thì node nguồn sẽ sử dụng

thuật toán định tuyến để truyền multicast thông qua mạng đó (Hình 7b). Thông thường

cây multicast tạo ra từ phương thức không được tối ứu do gặp phải vấn đề vấn đề “nút cổ

chai” khi một node có tài nguyên kém mà phải chịu tải cao. Hơn nữa việc duy trì mạng

phủ cũng đòi hỏi một phần băng thông cho các thông tin điều khiển mạng. Tuy nhiên lợi

thế của mô hình này là khả năng chịu lỗi cao bởi các node trong cây không chỉ biết đến

node cha của nó mà còn biết thông tin về các node khác. Mô hình này thường được sử

dụng với các ứng dụng đa nguồn multicast như video conference.

Với mô hình tree-first, cây multicast được hình thành mà không cần các node tạo

thành mạng phủ với nhau. Một node chọn cha của nó từ một số thành viên đã biết trong

cây. Mô hình này cần có thuật toán phát hiện và tránh lặp xảy ra trong cây multicast. Các

node trong cây sẽ chọn được vị trí tối ưu nhất tránh hiện tượng nút thắt cổ chai. Tuy

nhiên điều này có thể dẫn đến cây bị lệch. Hơn nữa khi một node bị lỗi hoặc rời mạng thì

việc khôi phục lại cây multicast sẽ khó khăn hơn rất nhiều so với mô hình mesh-first.

Hình 7: (a) Mạng phủ 7 node

(b) Cây multicast tạo từ mạng phủ

Chương II: Truyền tin multicast trên nền mạng ngang hàng có cấu trúc Chord

2.1. Giới thiệu mạng ngang hàng

2.2.1. Khái niệm

Một mạng máy tính ngang hàng (Peer-to-peer hoặc P2P) chủ yếu dựa trên sức

mạnh tính toán và băng thông của các máy tham gia trong mạng hơn là tập trung vào một

số lượng nhỏ các máy chủ (server). Mạng P2P được sử dụng điển hình cho việc kết nối

các node thông qua những kết nối ad-hoc lớn. Những mạng như vậy có ích cho nhiều

mục đích sử dụng. Chia sẻ file chứa audio, video, data hoặc mọi thứ ở định dạng số, các

dữ liệu thời gian thực, ví dụ như truyền tải giọng nói, video streaming đều có thể thực

hiện với công nghệ P2P.

Một mạng P2P thuần túy sẽ không có khái niệm về khách (client) và chủ (server),

mà chỉ có những node ngang hang thực hiện cả hai chức năng của một máy chủ và máy

khách đối với những node khác trong mạng. Mô hình mạng này khác với mô hình mạng

khách-chủ mà việc giao tiếp thường là với các máy chủ trung tâm. Một ví dụ điển hình

cho việc truyền file theo mô hình khách-chủ là giữa một FTP Client và một FTP Server,

hai chương trình FTP Client và FTP Server có vai trò rất khác nhau, client khởi tạo việc

download/upload file, còn server thì tiếp nhận và phục vụ các yêu cầu đó.

2.2.2.

Ưu thế của mạng ngang hàng

Mục đích quan trọng của mạng ngang hàng là trong mạng tất cả các máy tham gia

đều đóng góp tài nguyên, bao gồm băng thông, lưu trữ, và khả năng tính toán. Do đó khi

càng có nhiều máy tham gia mạng thì khả năng tổng thể của hệ thống mạng càng lớn.

Ngược lại, trong mô hình máy khách-chủ, nếu số lượng máy chủ là cố định, thì khi số

lượng máy khách tăng lên khả năng chuyển dữ liệu từ các máy chủ cho mỗi máy khách sẽ

giảm xuống.

Tính chất phân tán của mạng ngang hàng cũng giúp cho mạng hoạt động tốt khi một

số máy gặp sự cố. Đối với cấu trúc tập trung, chỉ cần máy chủ gặp sự cố thì cả hệ thống

sẽ ngưng trệ.

2.2.3.

Phân loại mạng ngang hàng

Mạng ngang hàng P2P được chia làm hai loại chính: mạng ngang hàng thuần túy và

mạng ngang hàng lai ghép (Hình 8).

Peer-to-Peer

Lai ghép

Thuần túy

Không cấu trúc

Có cấu trúc

Gnutella

CAN

Napster

Chord

Hinh 8: Phân loại mạng ngang hàng

Mạng ngang hàng thuần túy được chia làm 2 loại: mạng ngang hàng có cấu trúc

và mạng ngang hàng không cấu trúc.

Mạng ngang hàng không cấu trúc là khi các liên kết giữa các nút mạng trong

mạng phủ được thiết lập ngẫu nhiên (tức là không theo qui luật nào). Những mạng như

thế này dễ dàng được xây dựng vì một máy mới khi muốn tham gia mạng có thể lấy các

liên kết có sẵn của một máy khác đang ở trong mạng và sau đó dần dần tự bản thân nó sẽ

thêm vào các liên kết mới của riêng mình. Khi một máy muốn tìm một dữ liệu trong

mạng đồng đẳng không cấu trúc, yêu cầu tìm kiếm sẽ được truyền trên cả mạng để tìm ra

càng nhiều máy chia sẻ càng tốt. Sự hiểu biết về mạng của các node trong mạng không

cấu trúc là rất ít, mỗi node chỉ nắm bắt thông tin về nhưng node kết trực tiếp và một số ít

các node khác, thông tin về những node còn lại hoàn thông qua broadcast. Chính vì vậy

với những ứng dụng cần có sự liên kết chặt chẽ giữa các node với nhau như multicast thì

mạng ngang hàng không cấu trúc không phải là sự lựa chọn tối ưu.

Mạng ngang hàng có cấu trúc khắc phục nhược điểm của mạng không cấu trúc

bằng cách sử dụng hệ thống DHT (Bảng Băm Phân Tán, tiếng anh: Distributed Hash

Table). Hệ thống này định nghĩa liên kết giữa các nút mạng trong mạng phủ theo một

thuật toán cụ thể, đồng thời xác định chặt chẽ mỗi nút mạng sẽ chịu trách nhiệm đối với

một phần dữ liệu chia sẻ trong mạng. Với cấu trúc này, khi một máy định tuyến thông

báo, nó chỉ cần áp dụng một giao thức chung để xác định nút cần thông báo và sau đó

liên lạc trực tiếp đến nút mạng đó. Bởi vậy việc tao cây multicast sẽ diễn ra rất dễ dàng

và việc quản lý cậy cũng có nhiều thuận lợi khi các node đều được liên kết chặt chẽ với

nhau. Một số mạng ngang hàng có cấu trúc nổi tiếng bao gồm Chord, CAN, Kademlia,

Pastry và Tapestry.[5,6,9]

Mạng ngang hàng lai ghép: Trong mô hình mạng ngang hàng lại ghép, tồn tại

một server trung gian có trách nhiệm điều khiển hoạt động của mạng. Server này lưu dữ

các chỉ mục bao gồm thông tin về các node nó quản lý và vị trí các cặp key-value trên

mạng. Các node trong mạng phải tạo liên kết với server này. Một node muốn trao đổi

thông tin với một node khác thì nó sẽ phải liên lạc trực tiếp với server, sau đó server sẽ

tìm kiếm trong cơ sở dữ liệu và gửi lại địa chỉ node đích. Quá trình trao đổi thông tin sau

đó được diễn ra trực tiếp giữa 2 node. Việc triển khai truyền tin multicast trên mạng

ngang hàng lai ghép gần giống như mô hình proxy-base ALM. Nhược điểm chính của nó

vẫn là chi phí cao cho các server trung gian. Ứng dụng điển hình cho mô hình mạng này

là Napster.

2.2.

Mạng ngang hàng có cấu trúc Chord

2.2.1. Giới thiệu chung

Giao thức Chord là một giao thức định tuyến DHT bởi một nhóm sinh viên từ

trường Đại học California ở Berkeley và MIT nhằm mục đích phân tán và tìm kiếm dữ

liệu một cách tốt nhất với nhiều đặc trưng như scalability (khả năng mở rộng), complete

decentralization (phân tán hoàn toàn), load blancing (cân bằng tải), và simplicity (đơn

giản).

Chord[6] được mô tả dưới dạng một vòng tròn và có không gian định danh cỡ m,

với m là số bit định danh của không gian. Mạng Chord sẽ có tối đa 2^mđịnh danh. Một

Chord node (hay một phần tử - một máy tính trong mạng Chord) có một định danh id, và

các id trong mạng Chord sắp xếp thành vòng tròn và tăng theo chiều kim đồng hồ. Mỗi

node trên vòng tròn sẽ biết thông tin về node trước và sau nó trên vòng tròn gọi là

predecessor và successor của node đó. Thêm vào đó, mỗi node sẽ lưu một bảng định

tuyến gọi là bảng Finger table, cho phép node đó định tuyến tới các node ở xa. Mỗi dòng

trong bảng Finger table sẽ lưu thông tin về 1 node ở xa, gọi là 1 entry. Không gian định

danh có bao nhiêu bit thì Finger Table có bấy nhiêu entry. Ví dụ trong hình 9

predescessor của node 1 sẽ là node 6 và successor của nó là node 3.

Kĩ thuật Consistent hashing cấp cho mỗi node và key m-bit định danh dựa trên cơ

sở hàm băm SHA-1[1]. Định danh của một node được xác định bằng cách băm địa chỉ IP

node đó, định danh của một key xác định bắng cách băm key đó (Ở đây chúng ta quy ước

từ khóa “key” vừa là key gốc vừa là định danh của key). Chiều dài của định danh cần đủ

lớn để khi băm tránh xảy ra trường hợp 2 key hoặc node có định danh giống nhau.

Hình 9: Vòng tròn Chord

Giao thức Chord hỗ trợ duy nhất một hoạt động : đưa ra 1 key, nó sẽ ánh xạ

key đó vào một node. Tùy thuộc vào ứng dụng sử dụng Chord ( văn bản, hình

ảnh, media..), node đó sẽ lưu trữ một giá trị kết hợp với key. Chord sử dụng kí

thuật consistent hashing để cấp key cho các node. Consistent hashing dùng để

phân bổ các node cũng như các key đều trên vòng tròn từ đó nâng cao khả năng

cần bằng tải, mỗi node sẽ nhận được số lượng key gần ngang nhau, đồng thời

giúp cho việc ổn định mạng khi có node tham gia hay rời khỏi hệ thống.

Trong mạng Chord mỗi node không cần biết thông tin về tất cả các node khác. Mỗi

node Chord chỉ cần biết một lượng nhỏ thông tin định tuyến về các node khác. Vì những

thông tin này là phân tán, một node sẽ sử dụng finger table để giao tiếp với các node

khác. Khi mạng được thiết lập, một hệ thống Chord gồm N-node, trong đó mỗi node chứa

thống tin về O(log N) node xung quanh nó, và tìm kiếm các node khác thông qua O(log

N) thông điệp tới các node đó. Chord cần phải cập nhập lại thông tin định tuyến khi các

node tham gia/rời khỏi hệ thống, với sự tham gia hay vào mạng của một node cũng chỉ

cần không quá O(log²N) thông điệp được gửi đi để cập nhập lại thông tin định tuyến.

2.2.2.

Finger table

Trong mạng Chord, mỗi node cần một lượng nhỏ thông tin định tuyến trong 1 môi

trường phân tán. Chord node chỉ cần biết node successor của nó trong mạng. Các truy

vấn đến một định danh ( một key hoặc một node) nào đó được truyền theo vòng tròn

thông qua các node successor cho đến khi tìm được node biết thông tin về định danh đó.

Với việc mỗi node đều duy trì một điểm successor của nó cũng đủ đảm bảo mọi truy vấn

tìm kiếm đều được thực hiện chính xác. Tuy nhiên giải pháp này tỏ ra không hiệu quả khi

một truy vấn có thể phải lan truyền qua toàn bộ các node mạng để tìm được node ánh xạ

với nó. Để đẩy quá trình này, mỗi node Chord duy trì thêm một số thông tin định tuyến.

Với chiều dài định danh key/node là m bit, mỗi node n sẽ duy trì một bảng định

tuyến với m entry, được gọi là bảng finger table. Entry thứ i trong bảng finger table chứa

định danh của node đầu tiên, s, mà tiếp sau n ít nhất 2^{i -1}trên vòng tròn định danh, s =

successor(n + 2^{i - 1}), với 1 ≤ i ≤ m. Node s được gọi là finger thứ i của node n và ký hiệu

là n.finger[i].node. Một entry trong bảng finger table còn bao gồm địa chỉ IP, định danh,

cổng của node finger đó. Có thể nhận thấy rằng, entry đầu tiên trong bảng finger table

của node n chính là successor của node n.

Hình 10: Bảng Finger table và các key gán cho từng node 0, 1, 3

Nhìn vào hình 10 ta thấy được mỗi entry trong bảng finger table của node 1 trỏ đến

successor node của các định danh (1+2⁰) mod 2³= 2, (1+2¹) mod 2³= 3, (1+2²) mod 2³=

5. Successor của định danh 2 là node 3, nó chính là node đầu tiên theo sau 2 trên vòng

tròn Chord; successor của định danh 3 chỉnh là node 3 và successcor của định danh 5 là

node 0.

2.2.3.

Node tham gia/ rời mạng và quá trình đồng bộ ( stabilization)

Trong mạng Chord, mỗi node sẽ chạy định kỳ thuật toán đồng bộ mạng nhằm cập

nhập bảng finger table và các thông tin về successor, predecessor của nó. Việc này sẽ

giúp cho mạng Chord luôn hoạt động chính xác kể cả khi có node mới tham gia/rời mạng

hay một node bị lỗi.

Khi một node mới muốn tham gia vào mạng, nó sẽ trải qua các bước sau:

Bước 1: Node mới sử dụng consistent hashing băm địa chỉ IP của chính nó để một

định danh ID.

Bước 2: Node mới gửi thông điệp join với định danh ID của nó cho một node nào

đó đã tồn tại trên mạng – gọi là bootstrap node

Bước 3: Bootstrap node sử dụng bảng finger table để tìm kiếm successor của định

danh ID – successor(ID) và sau đó sẽ gửi kết quả tìm kiếm cho node mới.

Bước 4: Sau khi biết được successor của mình, node mới sẽ gửi thông điệp cảnh

bảo về việc gia nhập mạng của mình cho successor đó. Successor nhận được thông

điệp cảnh báo đó nó sẽ trỏ đến predecessor mới là node mới gia nhập mạng.

Bước 5: Node mới sử dụng thuật toán đồng bộ để cập nhập các thông tin về mạng.

Thuật toán đồng bộ chạy định kỳ tại mỗi node Chord. Giả sử node A đang định kỳ

chạy thuật toán đồng bộ. A sẽ yêu cầu successor của nó gửi thông tin về predecessor (

predecessor của successor của A). Nếu không có node nào join vào giữa node A và

successor của A thì kết quả trả về chính là định danh của node A. Ngược lại nếu có một

node mới join vào giữa node A và successor của nó thì kết quả trả về sẽ là định danh của

node mới, từ đó node A có thể nhận biết được có node mới tham gia vào mạng. Và đến

lần đồng bộ tiếp theo, node A sẽ gửi thông báo đến node mới, node mới sẽ cập nhập lại

predecessor của nó trở thành node A.

Quá trình một node Chord rời mạng diễn ra đơn giản hơn khi một node tham gia

mạng. Trước khi rời mạng, node sẽ gửi toàn bộ dữ liệu của nó – các cặp (key - value) cho

successor. Sau đó nó sẽ thông báo cho successor cập nhập lại predecessor và thông báo

cho predecessor cập nhập lại successor. Cuối cùng node sẽ giải phóng các tài nguyên của

nó và thoát khỏi mạng. Trong trường hợp, một node rời mạng không đúng theo quy tắc (

node bị lỗi) thì toàn bộ dữ liệu mà node đó nắm dữ sẽ bị mất và phải nhờ đến quá trình

đồng bộ thì mạng mới phát hiện và khôi phục được lỗi.

2.3.

Thuật toán truyền tin multicast dựa trên nền mạng Chord

Một trong những vấn đề quan trọng nhất của multicast đó là tạo nhóm multicast,

tham gia và rời nhóm. Thay vì liên lạc với Router để tham gia hoặc là rời nhóm multicast

như IP multicast, tất cả các node muốn tham gia vào nhóm multicast sẽ hình thành một

mạng phủ ( overlay network) . Trong trường hợp này mạng phủ chính là mạng Chord.

Node nguồn khởi tạo mạng Chord. Các node trong nhóm multicast tham gia vào

nhóm bằng cách kết nối vào mạng Chord mà node nguồn vừa tạo. Từ đó việc truyền

multicast trở thành việc truyền broadcast trên toàn mạng Chord. Phần dưới đây mô tả chi

tiết thuật toán truyền broadcast trong mạng Chord [8].

Thuật toán truyền tin broadcast trên mạng Chord

Mô hình hệ thống và ký hiệu

Chúng ta giả thiết hệ thống của chúng ta gồm tập hợp N node hình thành một mạng

Chord và bảng finger tại mỗi node đã được cập nhập đầy đủ.

Thuật toán phân tán được chạy trên mỗi node của hệt thống được miêu tả dưới dạng

một “luật” có dạng sau:

receive(Sender: Receiver: Message(arg1….argn))

action(s)…

“Luật” này miêu tả sự kiện khi một node nhận được một thông điệp (Message) và

hành động action(s) sẽ được gọi với sự kiện đó. Node gửi sẽ gọi lệnh send(Sender:

Receiver: Message(arg1….argn)) để gửi một thông điệp cho node nhận.

Khơi tạo một phiên broadcast

Broadcast có thể được khởi tạo ở bất kỳ node nào nếu như lớp ứng dụng trên lớp đó

yêu cầu. Đó là khi, một thực thể ứng dụng multicast tại node Q có thể yêu cầu node Q

một thông điệp InitBroadCast(Info) với Info là một phần của thông tin cần được

broadcast ví dụ như một phần của hình ảnh cần được gửi đi trong ứng dụng video

streaming.

start int.

succ.

1

[1, 2)

2

[2, 4)

2

4

[4, 8)

5

8

[8, 16)

[16, 32)

11

16

…..

Hình 11: Node Q ứng với định danh 0 khởi tạo broadcast và finger table của node 0

Trong hình 11, hành động của node Q với định danh là 0, khi nhận được yêu cầu

gửi thông điệp InitBroadCast(Info) từ ứng dụng P:

receive(P : 0 : InitBroadcast(Info))

send(0 : 2 : Broadcast(Info, 5))

send(0 : 5 : Broadcast(Info, 11))

send(0 : 11 : Broadcast(Info, 16))

send(0 : 16 : Broadcast(Info, 0))

Node Q sẽ hoạt động như gốc của một cây không lặp. Như trong hình 11, node Q

thực hiện việc đó bằng cách gửi một thông điệp broadcast tới tất cả các hàng xóm của nó

trong bảng finger table.

Thông điệp Broadcast(Info, Limit) chứa đựng thông tin Info cần được broadcast và

một tham số giới hạn Limit. Limit được sử dụng để hạn chế không gian chuyển tiếp gói

tin của node nhận được gói tin. Limit của finger[i] chính là finger[i+1], ( 1 ≤ i ≤ M - 1)

với M là số entry trong bảng finger table. Giới hạn cho entry cuối cùng trong bảng finger

table là một trường hợp đặc biệt khi Limit được đặt là định danh của chính node gửi gói

tin.

Xứ lý một thông điệp Broadcast

Khi node Q nhận được một thông điệp Broadcast(Info, Limit) , node Q phải chịu

trách nhiệm chuyển tiếp thông điệp cho cây con được xác định trong khoảng (Q, Limit).

Node Q sẽ chuyển tiếp thông điệp cho bất cứ finger nào mà có định danh đứng trước

Limit (nhỏ hơn Limit). Hơn nữa, khi chuyển tiếp cho mỗi finger, node Q sẽ áp đặt một

giới hạn mới NewLimit để định nghĩa một cây con nhỏ hơn cho node nhận tiếp theo.

NewLimit được xác định trong bảng finger table tương tự như tại node nguồn. Chú ý là,

NewLimit chỉ được xác định khi NewLimit vẫn còn thuộc khoảng (Q, Limit). Hình sau

đây mô tả luật khi một node nhận được một thông điệp broadcast

start int.

succ.

6

[6, 7)

7

[7, 9)

7

9

[9, 13)

[13, 21)

[21, 37)

11

13

22

13

21

…..

(a)

(b)

Hình 12: (a)Hành động của các node khi nhận được gói tin broadcast

(b)finger table của node 5

Trong hình 12, khi node 5 nhận được thông điệp Broadcast(Info, 11) từ node 0 thì

nó sẽ gửi chuyển tiếp gói thông điệp đó cho node 7 với giới hạn Limit vẫn là 11.

receive(0 : 5 : Broadcast(Info,11))

send(5 : 7 : Broadcast(Info, 11))

Phản hồi (Reply)

Việc phản hồi thông điệp broadcast nhận được phụ thuộc vào loại thông tin chứa

đựng trong nó hoặc phụ thuộc vào yêu cầu của ứng dụng. Có 2 cách phản hồi đó là: (i)

Gói tin phản hồi sẽ được gửi ngược lại theo cây broadcast đã được hình thành từ trước

(ii) Gói tin phản hồi được gửi trực tiếp đến node nguồn của broadcast.

Chương III: Xây dựng ứng dụng truyền tin video streaming multicast thời gian

thực trên nền mạng ngang hàng có cấu trúc Chord

3.1.

Mục tiêu và yêu cầu của việc xây dựng ứng dụng

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều ứng dụng truyền video streaming, hầu hết trong

số chúng sử dụng mô hình khách – chủ (client – server) dựa trên unicast, tức là máy

khách gửi yêu cầu đến máy chủ, máy chủ gửi dữ liệu cho từng máy khách sử dụng truyền

tin unicast; hoặc có số ít ứng dụng video streaming sử dụng truyền tin IP multicast cho

việc phân phát video cho người dùng ví dụ như Cisco IPTV. Các ứng dụng trên đều có

nhược điểm của nó. Đó là, với mô hình khách – chủ dựa trên unicast đơn thuần thì máy

chủ sẽ bị quá tải khi có quá nhiều người dùng, với IP multicast thì cần có những router hỗ

trợ multicast.

Ứng dụng được xây dựng trong khóa luận này phải đáp ứng được những yêu cầu

sau:

Tối ưu hóa băng thông của máy chủ, máy chủ không phải chịu tải quá nhiều khi số

lượng người sử dụng tăng lên. Các máy khách chia sẻ tải cùng máy chủ.

Xây dựng một phương thức truyền tin multicast tầng ứng dụng theo kiểu end-

system ALM, không cần sự hỗ trợ của router hay proxy chuyên dụng. Việc tham gia vào

cây multicast phải được diễn ra một cách nhanh chóng, dễ dàng. Cây multicast có khả

năng khôi phục lỗi khi có một node bị lỗi. Thông tin để duy trì và điểu khiển cây

multicast càng nhỏ càng tốt.

Với đặc thù là một ứng dụng về video nên hình ảnh hiển thị tại máy khách phải

tương đối rõ ràng không gây khó chịu cho người dùng.

Với những yêu cầu trên, mục tiêu của khóa luận đặt ra là:

Đưa ra giải pháp và thiết kế giao thức truyền video streaming.

Xây dựng chương trình thử nghiệm dựa trên giải pháp và thiết kế được đưa ra.

Cuối cùng, đánh giá chương trình đã xây dựng để kiểm tra xem ứng dụng có đạt

được những yêu cầu đặt ra ban đầu hay không.

3.2.

Ý tưởng

Như đã trình bày ở những phần trên, giao thức Chord là một giao thức mạng ngang

hàng có cấu trúc đơn giản và mạnh mẽ, lượng thông tin được truyền để duy trì mạng là

thấp; Chord có cơ chế phục hồi khi một node hoặc nhiều node bị lỗi. Thuật toán truyền

multicast trên nền Chord cũng rất đơn giản và hiệu quả. Chính vì vậy, truyền video

streaming multicast được xây dựng trên nền mạng Chord.

Giao thức UDP được sử dụng để truyền dữ liệu video. UDP có ưu điểm là truyền dữ

liệu nhanh nhất có thể. Tuy nhiên nhược điểm của nó là không có cơ chế sắp xếp lại gói

tin đến không đúng thứ tự. Ý tưởng được đưa ra ở đây là sử dụng thêm một số giải pháp

trong giao thức RTP (Real-time Transport Protocol) – một giao thức hỗ trợ truyền ứng

dụng thời gian thực như đánh số thứ tự gói tin [2].

3.3.

Thiết kế hệ thống

Hình dưới đây mô tả các chứa năng của hệ thống.

Hệ thống truyền video

streaming thời gian thực

multicast nền Chord

Tạo cây

Xử lý và hiển

thị hình ảnh

Tạo dữ liệu

Truyền

multicast

video thời

gian thực

hình ảnh

Hình 13: Các chức năng của hệ thống

Tạo cây multicast

Giao thức Chord được sử dụng để tạo nhóm multicast. Qua trình tạo nhóm mulicast

gồm các bước:

3.3.1.

Node nguồn khỏi tạo mạng Chord.

Các node khác tham gia vào mạng Chord.

Node nguồn sử dụng thuật toán truyền broadcast trên mạng Chord để tạo cậy

multicast.

Như trong ví dụ Hình 12(a) ta thu được cây multicast như hình dưới đây.

Hình 14: Cây multicast thu được từ mạng Chord

Nhìn vào hình 14 ta thấy được, cây multicast được xây dựng là cây lệch phải. Do

các node ở cuối vòng tròn Chord thường có độ sâu lớn hơn nhiều so với các node ở đầu

vòng tròn. Chính vì vậy, độ trễ tương đối của dữ liệu nhận được giữa các node là không

đều nhau. Tuy nhiên, nếu hàm băm được xây dựng tốt thì có thể làm giảm đáng kể sự

chênh lệch trên.

3.3.1.

Tạo dữ liệu thời gian thực

Trong ứng dụng video streaming, video có thể là các bản ghi sẵn từ trước hoặc có

thể được bắt lấy trức tiếp theo thời gian thực với các thiết bị thu hình. Hệ thống đã sử

dụng webcam để tạo dữ liệu thời gian thực. Hình ảnh sẽ được bắt lấy (capture) từ

webcam theo những khoảng thời gian liên tiếp. Việc tính toán khoảng thời gian giữa 2 lần

capture phụ thuộc vào nhiều yếu tố như băng thông mạng, khả năng xử lý của máy, chất

lượng hình ảnh thu được.

3.3.2.

Truyền hình ảnh

Truyền hình ảnh là một trong những bước quan trọng nhất trong video streaming.

Kỹ thuật truyền không tốt sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của hình ảnh thu được.

Thực chất việc truyền video stream là việc truyền một chuỗi liên tiếp các hình ảnh

(frame). Mồi hình ảnh nguyên gốc thường có dung lượng lớn. Nén ảnh là giải pháp được

nghĩ tới nhằm tối ưu hóa đường truyền, tiết kiệm băng thông. JPEG là một chuẩn nén ảnh

mà chất lượng của hình ảnh không thay đổi nhiều so với nguyên bản. Với JPEG hình ảnh

thu được có dung lượng giảm đáng kể.

Do mỗi đường truyền mạng đều có một giá trị MTU ( Maximum Transmission

Unit) giới hạn kích thước gói tin gửi trên đường truyền nên không thể gửi cả frame lên

đường truyền cùng một lúc. Cách khắc phục duy nhất đó là phân mảnh frame ra thành

cách gói tin nhỏ hơn đủ để truyền trên mạng. Việc này đòi hỏi cơ chế đánh số thứ tự cho

từng gói tin nhàm đảm bảo các gọi tin sẽ được ghép theo đúng thứ tự tại bên nhận.

3.3.3.

Xử lý và hiển hình ảnh

Sau khi được phân mảnh tại máy gửi dữ liệu bắt đầu được gửi đến máy nhận. Trong

quá trình gửi có thể có sự mất mát gói tin, hoặc các gói tin đến không theo đúng thứ tự.

Chính vì vậy tại máy nhận có cơ chế sắp xếp lại gọi tin đến không đúng thứ tư, đồng sử

dụng timeout để không phải chờ quá lâu gói tin bị mất. Để hỉnh ảnh hiện thị không gây

khó chịu cho người dùng, các hình ảnh sau khi được ghép lại sẽ được lưu trong buffer và

hiển thị trong những khoảng thời gian đều nhau.

3.4.

Thiết kế giao thức

3.4.1. Giao thức máy chủ

Quy trình hoạt động của máy chủ được biểu diễn dưới hình sau:

Tạo nhóm multicast

Tạo dữ liệu thời gian thực

Phân mảnh frame

Hiển thị hình ảnh

Khởi tạo multicast

Tạo nhóm multicast

Máy chủ sử dụng hàm create() với địa chỉ IP và port để khởi tạo một mạng Chord.

Máy khách sẽ liên lạc với máy chủ bằng địa chỉ IP và port được khai báo ở trên.

Tạo dữ liệu thời gian thực

Dữ liệu thực được tạo ra bằng cách bắt lấy (capture) hình ảnh thu được từ webcam

trong những khoảng thời gian định kỳ. Với mỗi lần capture ta thu được một frame dưới

dạng một chuỗi byte.

Phân mảnh hình ảnh

Đầu vào của quá trình phân mảnh là hình ảnh dưới dạng một chuỗi byte. Chuỗi byte

đó sẽ được chia thành các phân nhỏ hơn để có thể gửi được trên mạng.

Khởi tạo multicast

Sau khi hình ảnh được phân mảnh thành các phần nhỏ, nó sẽ được thêm vào một số

trước rồi đóng gói trong gói tin UDP và cuối cùng sẽ được gửi đi đến node phù hợp.

Cấu trúc gói tin multicast tầng ứng dụng: