Giải pháp triển khai dịch vụ VoIp cho mạng internet Việt Nam

Chương IV: Giải pháp triển khai dịch vụ VoIp cho mạng internet việt nam. I. Cấu hình mạng Internet backbone ở Việt Nam. Mạng đường trục (backbone) internet ở Việt Nam do công ty điện toán và truyền số liệu VDC (Vietnam Datacommunication Company) chịu trách nhiệm điều hành và quản lý có cấu hình như sau: Mạng có cấu hình vòng ring với ba trung tâm tại Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh và Đà Nẵng. Nối giữa các trung tâm là những đường liên kết tạo thành từ hai luồng 2Mbps thuê của công ty viễn thông liên tỉnh (VTN). Các luồng này chạy trong mạng cáp quang do công ty viễn thông liên tỉnh quản lý. Tại hai trung tâm Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh có các gateway kết nối ra internet quốc tế: * Gateway tại Hà Nội có 3 đường:1 đường đi Nhật, dung lượng 2Mbps. 1đường đi Hồng Kông, dung lượng 2Mbps. 1 đường đi Australia, dung lượng 64Kbps. * Gateway tại thành phố Hồ Chí Minh có 2 đưòng: 1 đường đi Mỹ và 1 đường đi Singapore. Các đường này đều có dung lượng 2Mbps. * Nối giữa hai gateway quốc tế có một kết nối dung lượng bằng hai luồng 2Mbps. Đường backbone trong nước được nối qua các router đặt tại 3 trung tâm. Các router này là các Cisco Rounter 7513 với phần mềm Cisco IOS version 11.3 (ở Hà Nội) và version 12.0 (ở thành phố Hồ Chí Minh). Các thuê bao trực tiếp thuê các đường leased line nối đến các router này để truy nhập vào internet. Các thuê bao trực tiếp có thể là các tỉnh, các tổ chức, các trường đại học hay các công ty lớn. Các thuê bao quay số sử dụng các modem truy nhập vào các Access Server rồi qua mạng LAN nội bộ của các trung tâm nối tới các Cisco Router. Cấu hình mạng Internet Việt Nam được minh hoạ trong hình IV.1 Hình IV.1: Mạng internet ở Việt Nam II. Thiết bị Cisco router 7513. Trên đường trục backbone của mạng Internet Việt Nam sử dụng các thiết bị Cisco Router 7513 của do hãng Cisco sản xuất. II.1. Đặc điểm kỹ thuật của Cisco Router 7513. Cisco Router có thể hoạt động với hai bộ xử lý chuyển mạch định tuyến RSP2 hoặc RSP4 (Route Switch Processor) và 11 card xử lý giao diện. Hệ thống bus bên trong của thiết bị có tốc độ rất cao cho phép truyền thông tin với tốc độ 2.134 Gbps (Hai đường CyBus mỗi đường cung cấp thông lượng 1,067Gbps) Giao diện của thiết bị được cung cấp bởi các card xử lý giao diện (interface processor). Các card giao diện sẵn có bao gồm: AIP (ATM Interface Processor) CIP2 (Channel Interface Processor) CT3IP (Channelized T3 Interface Processor) cung cấp giao diện T1 (DS1) và T3 (DS3) EIP (Ethernet Interface Processor) cung cấp các giao diện Ethernet FEIP (Fast Ethernet Interface Processor) cung cấp các giao diện Fast Ethernet FIP (FDDI Interface Processor) FSIP (Fast Serial Interface Processor): cung cấp các giao diện nối tiếp tốc độ cao: V35, EIA/TIA 232, EIA-TIA-449, EIA-530, X21, E1-G.703 GEIP (Gigabit Ethernet Interface Processor) HIP (Hight Speed Serial interface Interface Processor) MIP (MultiChannel Interface Processor) POSIP (Packet OC-3 Interface Processor) TRIP (Token Ring Interface Processor), cung cấp hai hoặc 4 giao diện Token Ring tốc độ cao (4 và 16Mbps) VIP2 (Second Generation Versatile Interface Processor): Card giao diện đa năng, tích hợp nhiều giao diện và dịch vụ trên một card. Các cổng chuyển đổi có thể có trên card bao gồm: Synchronous serial (port adapter) Token Ring (port adapter) Ethernet 10BASE-FL (port adapter) Ethernet 10BASE-T (port adapter) Fast Ethernet 100BASE-TX and 100BASE-FX (port adapter) FDDI (half-duplex and full-duplex port adapters) HSSI (port adapter) Basic Rate Interface (BRI) port adapter) Primary Rate Interface (PRI) port adapter) ATM (port adapter) E1-G.703/G.704 (port adapter) E1 (port adapter) E3 (port adapter) T1 (port adapter) T3 (port adapter) 100VG AnyLAN (port adapter) Compression (service adapter) Encryption (service adapter) Mô tả Chỉ tiêu Hệ thống bus và khe cắm 2 CyBus 1.067Gbps; 11 khe cắm card giao diện, 2 khe cắm RSP Kích thước (Cao x Rộng x Sâu) 33.75 x 17.5 x 22 inch (85.73 x 44.45 x 55.88 cm) Trọng lượng Khung máy và modul làm mát: 34.02kg Khung máy, modul làm mát và một nguồn cung cấp: 45.4kg Khung máy, modul làm mát và hai nguồn cung cấp: 56.7 kg Khung máy, modul làm mát, hai nguồn cung cấp và tất cả các modul xử lý: ~ 72.58kg Công suất tiêu hao 1600W với nguồn cấu hình tối đa và 1 nguồn cung cấp AC Điện áp AC vào 100V đến 240V xoay chiều. Tần số 56/60 Hz Nhiệt độ 00C đến 400C, trong điều kiện hoạt động -200 C đến 650C trong điều kiện không hoạt động Độ ẩm tương đối 10 đến 90%, không có ngưng tụ Yêu cầu phần mềm Cisco IOS Release 10.3(571) hoặc mới hơn cho modul RSP2 Cisco IOS Release 11.1(8)CA hoặc mới hơn cho modul RSP4 Bảng IV.1: Chỉ tiêu kỹ thuật của Cisco Router 7513. II.2. Các tính năng của Cisco Router 7513. II.2.1. Dịch vụ chuyển mạch cơ bản. Cung cấp những dịch vụ chuyển mạch gói cơ bản để định tuyến các gói qua mạng. Những dịch vụ này là thiết yếu đối với bất kỳ chức năng lớp 3 của bất cứ mạng nào. Các dịch vụ chuyển mạch bao gồm: Cơ chế chuyển tiếp (Forwarding) Phân mảnh gói IP. Fast Etherchannel. II.2.2. VPN (Virtual Private Networking) Cho phép tạo ra mạng WAN sử dụng một đường IP backbone chung độc lập với công nghệ lớp 2 ở dưới. II.2.3. QoS (Quality of Service). QoS cho phép các doanh nghiệp phân biệt các loại lưu lượng trên mạng và cung cấp các lớp dịch vụ thích hợp cho mỗi loại. Các dịch vụ QoS có thể được thực hiện trên thiết bị bao gồm: CBWFQ (Class Based Weighted Fair Queuing): Cung cấp một cơ chế dành sẵn dải thông cho các lớp lưu lương cụ thể như là thoại hoặc các ứng dụng tài nguyên doanh nghiệp trong khi vẫn phục vụ một cách thích đáng tất cả các lưu lượng khác trong mạng Phân biệt sự khác biệt về phục vụ của các gói thông qua các bit ToS (Type of Service) phần tiêu đề của gói IP hoặc thông qua DSCP (Diff Serv code point). Không sử dụng đồng thời cả hai cơ chế này. ép buộc giới hạn thông lượng thông qua việc chính sách hoá và định dạng lưu lượng (Policing and Shapping traffic) dWRED (distributed Weighted Random Early Detection): Giám sát lưu lượng tải của mạng để đoán trước và tránh tắc nghẽn tại các nút cổ chai Policy Routing: Các quyết định chọn tuyến được đưa ra thêm vào tiêu chuẩn về đích của các gói. Ví dụ như các gói thoại và các gói của ứng dụng telnet của cùng một đích có thể được định tuyến khác nhau. II.2.4. Đa dịch vụ (Multiservice) Các doanh nghiệp có thể khai thác nhiều loại dịch vụ bao gồm thoại, số liệu, video... trên một mạng chung. Thiết bị hỗ trợ những dịch vụ cần thiết cho một mạng đa dịch vụ dưới đây: Dịch vụ xếp hàng độ trễ thấp Dịch vụ LFI (Link Fragmentation and Interleaving): Phân mảnh và truyền đan xen. Nén tiêu đề gói thoại (CRTP - Compression Realtime Protocol). II.2.5. Các tính năng khác: Cung cấp các chức năng khác cho việc vận hành trên mạng bao gồm: Accounting. Cân bằng tải (load balancing). Caching. Nén (Compression) Hỗ trợ multicast. III. Một giải pháp IP Telephony trên mạng Internet VDC. III.1. Mục tiêu giải pháp. Cung cấp dịch vụ thoại đường dài qua mạng IP giữa hai trung tâm Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh. III.2. Giải pháp. Triển khai dịch vụ IP Telephony trên đường backbone hiện có III.2.1. Nâng cấp hệ thống. Các thiết bị Cisco router 7513 hiện đang sử dụng là các router có khả năng cung cấp băng thông của mạng tuỳ theo chất lượng dịch vụ. Vì vậy có thể triển khai dịch vụ VoIP ngay trên đường backbone hiện tại. Để thực hiện được điều này cần tiến hành các bước nâng cấp hệ thống sau: Sử dụng các router VoIP nối đến hai Cisco Router 7513 tại hai trung tâm Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh. Nâng cấp phần mềm Cisco IOS của router 7513 lên version 12.x để hỗ trợ đầy đủ các tính năng QoS. Các router VoIP trong hệ thống sẽ hoạt động như một media gateway đảm nhận việc cung cấp giao diện với mạng PSTN và mạng IP. Các router VoIP có thể được sử dụng là model 1750 chạy hệ điều hành IOS Release 12.0T. Các router này phải được thiết lập cấu hình một cách phù hợp cho dịch vụ thoại IP. Các router 7513 sẽ đảm nhận việc điều khiển chất lượng dịch vụ cho toàn mạng, thực hiện dành sẵn dải thông cho các dịch vụ thoại thời gian thực, định tuyến các gói thoại và tính cước. Nó sẽ đảm nhận vai trò của một Call Control Center. Hình IV.2. Giải pháp VoIP cho mạng internet Việt Nam Thiết lập cấu hình hệ thống cho dịch vụ VoIP bao gồm các bước sau: Thiết lập cấu hình mạng để hỗ trợ dịch vụ thoại thời gian thực. Cài đặt các card giao diện thoại (Voice Interface Card - VIC) và router VoIP. Config các cổng thoại trên card VIC. Đặt cấu hình của các router VoIP cho các giai đoạn thiết lập cuộc gọi (call legs). III.2.2. Thiết lập cấu hình. III.2.2.1. Thiết lập cấu hình mạng hỗ trợ dịch vụ thoại IP. Giai đoạn thiết lập cấu hình mạng để hỗ trợ cho các dịch vụ thoại thời gian thực là rất cần thiết vì các ứng dụng nhạy cảm với độ trễ nhất thiết phải được thực hiện trên một mạng được quản lý tốt về chất lượng dịch vụ. Việc đặt cấu hình mạng cho dịch vụ thoại IP liên quan đến việc lựa chọn sử dụng các công cụ điều khiển QoS cho các router backbone và các router rìa (edge router) của dịch vụ. III.2.2.2. Các cổng thoại trên các card VIC. Các card VIC của Cisco cung cấp các loại cổng thoại tương tự: FXS (Foreign Exchange Station interface): Sử dụng các đầu nối RJ-11 để nối trực tiếp đến các máy điện thoại, máy fax, hay các tổng đài PBX chuẩn. Các cổng này cấp nguồn rung chuông, âm quay số (dial tone) và điện áp tới các máy điện thoại. FXO (Foreign Exchange Office interface): Cũng sử dụng các đầu nối RJ-11 để nối đến các tổng đài trung tâm PSTN. Các cổng thoại này sử dụng cho các thuê bao truy nhập dịch vụ VoIP thông qua dịch vụ điện thoại thông thường. E&M: giao diện E&M sử dụng đầu nối cáp điện thoại RJ- 48 để kết nối các cuộc gọi từ xa tới các đường trung kế tới tổng đài PBX (tie lines). Nó là kỹ thuật báo hiệu hai dây, bốn dây và giao diện trung kế. Các đặc tính của các cổng thoại có thể được thiết lập nhờ các dòng lệnh đưa vào router. Các đặc tính có thể điều chỉnh được của các cổng thoại bao gồm: Độ khuếch đại tín hiệu vào, độ suy giảm tín hiệu ra, có triệt tiếng vọng hoặc không triệt tiếng vọng... III.2.2.2. Đặt cấu hình của các VoIP router cho các giai đoạn thiết lập cuộc gọi (call leg). Việc đặt cấu hình của VoIP router cho các giai đoạn thiết lập cuộc gọi cần thiết xác định nguồn và đích của cuộc gọi (call origin and call destination) và để chỉ ra các thuộc tính cần thiết cho từng giai đoạn kết nối. Cấu hình giai đoạn thiết lập cuộc gọi từ mạng PSTN tới router VoIP: thực hiện việc gán một số điện thoại cho một cổng thoại của VoIP. Cấu hình giai đoạn thiết lập cuộc gọi trong mạng IP: gán một số điện thoại với một địa chỉ IP và thực hiện định tuyến tĩnh giữa hai router. Giải pháp chỉ cung cấp liên lạc giữa hai điểm Hà Nội và thành phố không có mặt gatekeeper H.323. Thủ tục thiết lập cuộc gọi trong mạng IP là thiết lập cơ bản như đã được mô tả trong chương III. III.4. Nhận xét. Giải pháp trên chỉ là một ví dụ đưa dịch vụ VoIP vào thực tế, nó chỉ cung cấp liên lạc thoại IP giữa hai điểm Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh. Nếu cung cấp thêm các điểm truy nhập dịch vụ IP Telephony khác nữa thì kế hoạch quay số và việc đặt cấu hình của VoIP router sẽ phức tạp hơn hoặc phải bố trí một gateway H.323 để giải quyết việc định tuyến cuộc gọi. Giải pháp này cung cấp được dịch vụ VoIP trên cơ sở vật chất sẵn có: Xét trường hợp các kênh thoại được mã hoá theo chuẩn G.729a, tốc độ bit phát là 8Kbps. Thông lượng ước lượng cần thiết cho kênh trong điều kiện nén khoảng lặng 40% (40% Silence Supperession) là 17,3 Kbps. Số kênh thoại có thể được phục vụ đồng thời trên hai đường 2Mbps là: Với a là hệ số đặc trưng cho việc điều khiển QoS của mạng, nó biểu diễn phần thông lượng trung bình của đường truyền dành cho dịch vụ VoIP. Hệ số này biến đổi tuỳ thuộc vào thiết bị. Giả thiết a của mạng là 20%, số cuộc gọi được phục vụ đồng thời trong đường truyền là: Tuy nhiên, lưu lượng thoại và các dòng lưu lượng internet khác được truyền chung trên một đường truyền (hai đường 2Mbps). Rất có khả năng dung lượng đường truyền có thể trở nên chật so với nhu cầu truy nhập internet. Trong trường hợp cần thiết, có thể phải tiến hành nâng cấp dung lượng đường truyền. V. Hướng phát triển của dịch vụ VoIP. V.1. Mở rộng dịch vụ ra nhiều tỉnh, thành phố trong nước. Dịch vụ điện thoại IP có khả năng mở rộng ra nhiều tỉnh, thành phố trên phạm vi lãnh thổ quốc gia. Những nơi có các điểm POP (Point of Presense) truy nhập vào internet đều có thể bố trí các điểm truy nhập dịch vụ VoIP tại đó. Vấn đề cần quan tâm là yêu cầu về quản lý chất lượng dịch vụ của mạng internet ở Việt Nam sẽ phải cao hơn. Việc điều khiển chất lượng dịch vụ không chỉ phải thực hiện ở đường trục backbone mà phải thực hiện trên bất cứ kết nối nào đến đường trục có truyền tải lưu lượng thoại thời gian thực. Khó khăn của việc mở rộng dịch vụ thoại IP trên cả nước là chất lượng mạng Internet của Việt Nam chưa tốt, tốc độ đường truyền còn thấp. Hệ thống báo hiệu của mạng PSTN vẫn là R2 mà chưa sử dụng hệ thống báo hiệu số 7. Vì vậy người sử dụng sẽ không được hưởng sự thuận lợi do các tính năng của SS7 mang lại. Việc quay số truy nhập dịch vụ buộc phải tiến hành qua hai giai đoạn (two stage dialing). Bù lại, nếu dịch vụ thoại IP được triển khai, người sử dụng người sử dụng cũng như nhà cung cấp dịch vụ đều sẽ có được những lợi ích từ dịch vụ này. Người sử dụng sẽ có được những cuộc gọi đường dài giá rẻ. Nhà cung cấp dịch vụ sẽ có cơ hội kinh doanh một dịch vụ mới được triển khai trên một mạng rộng khắp sẵn có nhờ vậy giảm được chi phí đầu tư ban đầu. Ngoài ra, khả năng nhà cung cấp mở rộng dịch vụ thoại IP cũng dễ dàng hơn so với dịch vụ thoại thông thường. V.2. Triển khai dịch vụ điện thoại IP quốc tế. Dịch vụ điện thoại IP có khả năng triển khai rộng hơn ra phạm vi quốc tế trong trường hợp ký kết được một thoả thuận với các nhà cung cấp dịch vụ IP Telephony khác trên thế giới. Nhà cung cấp dịch vụ trong nước cung cấp các điểm truy nhập dịch vụ VoIP cho người sử dụng và các gateway liên lạc quốc tế. Thoả thuận ký kết với công ty cung cấp dịch vụ thoại IP ở nước ngoài sẽ đưa ra những thống nhất về thủ tục kết nối, các giao thức sử dụng, cước phí dịch vụ,... Tuy nhiên việc triển khai dịch vụ thoại IP quốc tế có nhiều hạn chế hơn so với triển khai trong nước: Việc quản lý QoS trên mạng internet của một quốc gia là hoàn toàn có thể thực hiện được nhưng với mạng internet toàn cầu thì điều này là không thể do mỗi nước có một chính sách điều khiển QoS riêng tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể của từng nước. Vì thế chất lượng của dịch vụ điện thoại IP quốc tế sẽ khó đảm bảo được chất lượng như mong muốn. ít có khả năng mở rộng ra toàn thế giới: Cấu hình liên lạc quốc tế chỉ là điểm điểm, người dùng chỉ có thể sử dụng dịch vụ ở nơi nào có gateway của đối tác cung cấp IP Telephone hoặc bố trí các gateway tại nơi muốn liên lạc bằng VoIP. Điều này đồng nghĩa với việc xây dựng một cơ sở hạ tầng mới song song với cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng điện thoại quốc tế truyền thống. Với một dịch vụ mới như điện thoại IP khó có công ty nào đáp ứng được việc cung cấp dịch vụ này trên phạm vi toàn thế giới.