Khóa luận Nghiên cứu công nghệtruyền thoại qua internet sử dụng giao thức TCP/IP (VOIP)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ -----Y Z----- Bùi xuân Hạnh NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUYỀN THOẠI QUA INTERNET SỬ DỤNG GIAO THỨC TCP/IP (VOIP) KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Điện Tử Viễn Thông Cán bộ hướng dẫn: TS. Ngô Thái Trị Hà nội - 2005 CHƯƠNG 1 GIAO THỨC TCP/IP 1.1. Một số khái niệm của mạng TCP/IP .................................................2 1.2. Các thành phần vật lý của mạng TCP/IP .........................................3 1.2.1. Các thiết bị tính toán (Computing devices) ................................3 1.2.2. Đường truyền ............................................................................3 1.2.3. Các bộ giao tiếp mạng (NIC-Network Interface Card) ...............3 1.2.4. Bộ tập trung (Hub) ....................................................................3 1.2.5. Bộ điều chế và giải điều chế (Modem).......................................4 1.2.6. Bộ chọn đường (Router) ............................................................4 1.2.7. Phần mềm mạng ........................................................................4 1.3. Các giao thức trong TCP/IP..............................................................6 1.3.1. Giao thức dòng thời gian thực RTP (Real Time Protocol) ..........9 1.3.2. Giao thức UDP (User Datagram Protocol) .................................11 1.3.3. Giao thức điều khiển truyền tin (TCP) .......................................12 1.3.4. Giao thức IP (Internet Protocol) ................................................15 1.3.4.1. Khái quát về giao thức IP .............................................15 1.3.4.2. Tầng giao diện mạng ....................................................15 1.3.4.3. Tầng Internet ...............................................................16 1.3.4.4. Tầng giao vận ..............................................................16 1.3.4.5. Tầng ứng dụng .............................................................16 1.3.4.6. Địa chỉ IP.....................................................................18 1.4. Tiêu chuẩn H.323 ..............................................................................20 1.4.1. Phạm vi của H.323 ....................................................................21 1.4.2. Các dịch vụ H.323.....................................................................22 1.4.3. Các kiểu dữ liệu được định nghĩa trong H.323 ...........................22 1.4.4. Các thành phần trong H.323 ......................................................23 1.5. Quá trình truyền dữ liệu trong TCP/IP ............................................24 2 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ VOIP 2.1. Tổng quan về VOIP...........................................................................27 2.1.1. Giới thiệu chung về VOIP .........................................................27 2.1.2. Hoạt động của VOIP .................................................................28 2.1.3. So sánh giữa VOIP và mạng chuyển mạch công cộng (PSTN) ...32 2.2. Các đặc trưng của VOIP ...................................................................34 2.3. Hạn chế của việc sử dụng điện thoại VOIP ......................................36 2.4. Ứng dụng của VOIP ..........................................................................37 2.5. Các thành phần trong mạng VOIP ...................................................39 2.5.1. Các thiết bị đầu cuối .................................................................39 2.5.2. Gateway....................................................................................40 2.5.3. Gatekeeper ................................................................................41 2.5.4. Khối điều khiển và xử lý đa điểm (MCU) ..................................42 2.5.5. Các Proxy .................................................................................42 CHƯƠNG 3 BÁO HIỆU VÀ XỬ LÝ CUỘC GỌI TRONG VOIP 3.1. Giới thiệu chung ................................................................................43 3.2. Định tuyến kênh điều khiển và báo hiệu cuộc gọi ............................44 3.2.1. Định tuyến kênh điều khiển cuộc gọi .........................................45 3.2.2. Định tuyến kênh báo hiệu cuộc gọi ............................................46 3.3. Các thủ tục báo hiệu .........................................................................47 3.3.1. Thiết lập cuộc gọi (Giai đoạn 1) ................................................48 3.3.2. Thiết lập kênh điều khiển (Giai đoạn 2).....................................51 3.3.3. Thiết lập kênh truyền thông ảo (Giai đoạn 3).............................51 3.3.4. Tham số cuộc gọi ......................................................................52 3.3.4.1. Thay đổi độ rộng băng tần ............................................52 3.3.4.2. Trạng thái ....................................................................54 3.3.5. Kết thúc cuộc gọi ......................................................................55 3 CHƯƠNG 4 VẤN ĐỀ NÉN TÍN HIỆU VÀ GIẢM THIỂU ĐỘ TRỄ TRONG VOIP 4.1. Tổng quát ..........................................................................................59 4.2. Các kỹ thuật nén tín hiệu trong VOIP ..............................................60 4.2.1. Nguyên lý chung của bộ mã hoá CELP......................................63 4.2.2. Nguyên lý bộ mã hoá CS-CELP ................................................65 4.2.3. Nguyên lý bộ giải mã CS-CELP ................................................66 4.2.4. Chuẩn nén G.729A....................................................................67 4.2.5. Chuẩn nén G.729B ....................................................................68 4.2.6. Chuẩn nén G.723.1....................................................................69 4.2.7. Chuẩn nén GSM 06.10 (Global System for Mobile) ...................71 4.2.8. Khử tiếng vọng .........................................................................72 4.3. Trễ và vấn đề giảm thiểu độ trễ ........................................................73 4.4. Vấn đề giảm thiểu hoá nguồn trễ ......................................................75 4.4.1. Tối thiểu hoá ghi âm bên truyền ................................................75 4.4.2. Tối thiểu hoá trễ Modem ...........................................................76 4.4.3. Tối thiểu hoá bộ đệm Jitter ........................................................76 4.4.4. Trễ đầu cuối đến đầu cuối .........................................................77 CHƯƠNG 5 VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ. KHẢ NĂNG ÁP DỤNG VOIP Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 5.1. Giới thiệu ...........................................................................................78 5.2. Chất lượng dịch vụ (QoS) ...................................................................79 5.3. Phân cấp chất lượng ............................................................................80 5.4. Vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ .....................................................81 5.5. Triển khai VOIP ở Việt Nam...............................................................82 5.6. Triển khai VOIP trên thế giới ..............................................................83 ™ Kết luận 4 Danh mục các từ viết tắt Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ACELP Algebraic Code Excite Linear Prediction Dự đoán tuyến tính kích thích đại số ACD Automatic Call Distribution Tự động phân phối cuộc gọi ACF Admission Confirmation Xác nhận yêu cầu truy nhập ACR Admission Control Routine Thủ tục điều khiển thu nạp ADSL Asymmetric Digital Subcriber Line Đường thuê bao số không đối xứng ARJ Admission Reject Từ chối truy nhập ARQ Admission Request Yêu cầu truy nhập ASCCI I American Standard Code for Information Interchange Bộ ký tự ASCCII ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền dẫn không đồng bộ BCF Bandwidth Change Confirmation Công nhận thay đổi độ rộng băng tần B-ISDN Broadband-Integrated Services Digital Network Mạng số đa dịch vụ băng rộng BRJ Bandwidth Change Reject Từ chối thay đổi độ rộng băng tần BRQ Bandwidth Change Request Yêu cầu thay đổi băng tần CIF Common Intermediate Format khuôn dạng trung gian chung CRV Call Reference Value Giá trị tham chiếu cuộc gọi DCF Disengage Confirmation Xác nhận giải phóng DNS Domain Name Service Dịch vụ tên miền DRQ Disengage Request Yêu cầu giải phóng DS0 Digital Signal Level 0 Tín hiệu số cấp 1 (64Kbps) DTMF Dial Tone Multi Frequency Quay số đa tần EAN Enterprise Area Network Mạng xí nghiệp ECTF Enterprise Computer Telephony Forum Diễn đàn máy tính truyền thông 5 ETSI European Technical Standard Institute Viện tiêu chuẩn kỹ thuật châu âu GT Global Transit Chuyển vùng toàn cầu GW Gateway Tram trung chuyển HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản IETF Internet Engineering Task Force IP Internet Protocol Giao thức Internet IPX Internetwork Protocol Exchange Chuyển đổi giao thức Internetwork IRQ Information Request Yêu cầu thông tin IS Integrated Service Tích hợp dịch vụ ISDN Integrated Services Digital Nework Mạng số đa dịch vụ ISP Internet Services Provider Các nhà cung cấp dịch vụ Internet ISUP ISDN User Part ISDN Phía người dùng ITU-T International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Hiệp hội viễn thông quốc tế IVR Interactive Voice Response Tương tác thoại LAN Local Area Network Mạng nội bộ LCF Location Confirmation Công nhận cấp phát LDAP Link Access Procedure on D channel Thủ tục truy nhập kết nối kênh D LRJ Location Reject Từ chối cấp phát LRQ Location Request Yêu cầu cấp phát MC Multipoint Controller Bộ điều khiển đa điểm MCS Multipoint Communications System Hệ thống liên lạc đa điểm 6 LỜI CẢM ƠN Trước hết em xin gửi tới thầy giáo, Tiến sĩ Ngô Thái Trị - Giám đốc Trung tâm tin học và đo lường - Đài Truyền hình Việt Nam - lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đã trực tiếp hướng dẫn , chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình em làm luận văn. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội đã hết lòng dạy bảo, giúp đỡ em trong những năm học Đại Học, giúp em có những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong cuộc sống và tương lai. Cuối cùng, em xin cảm ơn những người thân trong gia đình và bạn bè đã giúp đỡ, động viên em hoàn thành luận văn này. Hà nội, tháng 05 năm 2005 Sinh viên Bùi xuân Hạnh 7 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, các dịch vụ viễn thông rất phong phú và đa dạng, bao gồm các dịch vụ truyền thống đã tồn tại trong thời gian dài và các dịch vụ mới được phát triển trong thời gian gần đây. Tiền đề của nó chính là sự phát triển của công nghệ điện tử và công nghệ mạng. Cụ thể hơn, chúng ta có thể nói rằng sự đa dạng của các dịch vụ viễn thông bắt nguồn từ sự phát triển của các công nghệ liên quan như truyền dẫn, xử lý tín hiệu, chuyển mạch và công nghệ phần mềm … Mạng điện thoại truyền thống PSTN đã trở nên quen thuộc và ngày càng có vị trí quan trọng trong đời sống con người, nhất là trong cuộc sống hiện đại, khi mà vấn đề liên lạc của con người trở nên cần thiết hơn bao giờ hết. Tuy nhiên, mạng viễn thông cho đến tận bây giờ vẫn hầu hết sử dụng kỹ thuật chuyển mạch kênh, trong đó sẽ cung cấp cho mỗi cuộc gọi một đường kết nối vật lý 64kbps riêng biệt từ người gọi đến người bị gọi. Theo đó thì chất lượng thoại qua phương thức này rất tốt và gần như trở thành một tiêu chuẩn cho các dịch vụ thoại. Tuy nhiên, 64kbps là một dung lượng khá lớn để truyền một dải tần giới hạn dưới 3,4 KHz. Nhất là trong thời đại ngày nay khi mà lượng thông tin cần luân chuyển trên mạng ngày càng nhiều. Công nghệ VOIP (Voice Over Internet Protocol) là một công nghệ truyền thoại hoàn toàn khác với phương thức truyền thống. VOIP thực hiện việc lấy mẫu tín hiệu thoại, số hoá và đóng gói chúng thành các gói tin và truyền qua Internet sử dụng công nghệ chuyển mạch gói, cùng với các công nghệ nén tiếng nói tốc độ thấp sẽ giúp việc khai thác mạng viễn thông một cách hiệu quả hơn nhiều so với phương pháp truyền thống và cho phép có thể mở rộng nhiều dịch vụ tiên tiến trong tương lai mà rất hạn chế với mạng điện thoại truyền thống. Tuy nhiên, VOIP cũng đặt ra nhiều thách thức cho các nhà thiết kế hệ thống để có thể cung cấp một chất lượng thoại có thể chấp nhận được hay thậm chí tương đương với điện thoại truyền thống. Chẳng hạn như vấn đề độ trễ hay tiếng vọng, những vấn đề ảnh hưởng trực tiếp đến cảm giác âm thanh. Trước 8 điều kiện đó, việc nghiên cứu tìm hiểu về VOIP là một điều hết sức cần thiết. Luận văn này sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về VOIP, về khái niệm, cấu hình, các chuẩn trong VOIP, những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng thoại. VOIP là một công nghệ tuy đã được nghiên cứu nhiều nhưng nói chung nó vẫn còn là một công nghệ mới và còn nhiều điều cần nghiên cứu nên việc hiểu một cách chi tiết và sâu hơn không thể gói gọn trong một luận văn. Hơn nữa, thời gian làm luận văn không nhiều nên trong nghiên cứu và trình bày chắc chắn không tránh khỏi sai sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, bạn bè, những người có cùng quan tâm về VOIP. 9 CHƯƠNG 1 GIAO THỨC TCP/IP Trong những năm gần đây, lưu lượng thoại phát triển tương đối ổn định trong khi lưu lượng số liệu phát triển hết sức mạnh mẽ. Mạng thoại phát triển tốt song nó chỉ đáp ứng được ứng dụng cơ bản là truyền thoại và một số ứng dụng dữ liệu dùng một lượng băng thông nhỏ tương ứng. Trong khi đó các mạng dữ liệu (Internet, PN, VPN...) đáp ứng được nhiều ứng dụng số liệu và đã thu hút được số lượng người dùng lớn. Điều này có nghĩa là phần lớn lưu lượng thoại sẽ được truyền qua mạng chuyển mạch gói trong thời gian không xa. Điện thoại qua Internet đã gây được sự chú ý mạnh mẽ nhất và có khả năng trở thành nền tảng cho mạng thoại dùng công nghệ chuyển mạch gói. Mặt khác, về phương diện công nghệ, mạng dữ liệu không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng như: luôn phải phát triển công nghệ mới để truyền dữ liệu tốc độ cao hơn, dung lượng lớn hơn ... Còn mạng thoại thì phát triển ổn định, cách thiết lập cuộc gọi không khác nhau nhiều so với cách đây vài thập niên. Từ những phân tích đó người ta đã đưa ra các giải pháp nhằm hợp nhất lưu lượng thoại và dữ liệu vào một cơ sở hạ tầng mạng đơn nhất, một trong các giải pháp đó là công nghệ VOIP (Voice over Internet Protocol).Truyền thông thoại được trợ giúp bởi các giao thức Internet gọi là VOIP. VOIP đã đặc biệt lôi cuốn người dùng bởi chúng có giá cả tương đối thấp. Thực tế, chất lượng chuyển tiếp đường dài điện thoại qua IP ngày một nâng lên, hiện nay đã trở thành một trong những bước tiến quan trọng để hội tụ những công nghệ truyền thông dữ liệu, video và âm thanh (voice). Chúng ta có thể nhìn nhận VOIP như là khả năng thiết lập các cuộc gọi điện thoại và gửi những bản fax (facsimiles) qua mạng dữ liệu IP cơ sở với chất lượng dịch vụ thích hợp và cước phí thấp hơn nhiều. Những nhà sản xuất thiết bị coi đây là một cơ hội để đổi mới và bổ sung cân đối với những nhà cung cấp dịch vụ Internet. Người sử dụng đang tìm kiếm các kiểu ứng dụng mới của sự hợp nhất âm thanh, dữ liệu.Truyền âm thanh thành công qua mạng chuyển mạch gói mang lại một cơ hội lớn, tuy nhiên việc thực thi VOIP cần nhiều yếu tố như: công nghệ, cơ sở hạ tầng, phần mềm, hệ thống... Trong cuốn tài liệu nhỏ này chủ yếu đề cập tới các vấn đề tổng quan của công nghệ VOIP qua các tiêu chuẩn hiện đang được khuyến nghị sử dụng rộng rãi trên thế giới. 10 TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Proctocol) là một bộ giao thức cho phép các thiết bị khác nhau có thể truyền thông được với nhau trên mạng máy tính. TCP/IP được phát triển như một dự án nghiên cứu bắt đầu vào năm 1969 của ARPA (Advanced Research Project Agency) thuộc Bộ quốc phòng Mỹ nhằm kết nối các máy tính của các trung tâm nghiên cứu lớn trong toàn liên bang, đánh dấu sự phát triển của mạng ARPA, tiền thân của mạng thông tin toàn cầu Internet ngày nay. 1.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CỦA MẠNG TCP/IP. Các thành phần logic của mạng TCP/IP có thể rất giống nhau về mặt cấu trúc cũng như mặt cấu tạo vật lý, nhưng chúng lại thực hiện các chức năng hoàn toàn khác nhau. ™ Các trạm ( host ). Với TCP/IP, thuật ngữ trạm để chỉ bất kì các thiết bị tính toán nào kết nối vào hệ thống mạng máy tính và truyền thông sử dụng họ giao thức TCP/IP. Trạm sử dụng các chương trình ứng dụng cho phép chúng có thể truyền thông được với nhau. Một trạm có thể là một máy tính lớn (mainframe), máy vi tính (microcomputer) hay một máy vi tính cá nhân (personal computer) … ™ Mạng (Network). Các host được kết nối với nhau qua các liên kết vật lý tạo thành một mạng, mạng là tập hợp của hai hay nhiều máy tính kết nối với nhau sử dụng một cấu hình nhất định. Kiến trúc TCP/IP là độc lập với các mạng, nghĩa là nó cho phép các mạng bất kì có thể được kết nối thành viên (internetwork) miễn sao chúng sử dụng họ giao thức TCP/IP. ™ Các bộ định tuyến (Routers). Router là một thiết bị cung cấp khả năng kết nối của một số lượng lớn các mạng riêng biệt tạo nên mạng TCP/IP. Chức năng chính của router là định tuyến các dòng lưu lượng khi chúng đến theo các con đường khả dụng tại thời điểm định tuyến từ mạng vật lý này sang mạng vật lý khác. Các đơn vị dữ liệu là các gói tin trong TCP/IP, chúng độc lập với nhau và có thể được router định tuyến theo các con đường khác nhau trước khi chúng đến cùng một đích. Chức năng định tuyến có thể được thực hiện bằng phần mềm định tuyến được cài đặt trên một host hay có thể được hoạt động như một thiết bị đặc biệt cung cấp khả năng định tuyến, trong đó cách thứ hai thường được sử dụng trong các mạng TCP/IP lớn. 11 1.2. CÁC THÀNH PHẦN VẬT LÝ CỦA MẠNG TCP/IP Mạng TCP/IP được xây dựng trên cơ sở các mạng vật lý riêng biệt nhau có thể cùng hay khác cấu hình, miễn sao chúng tuân thủ một cách nghiêm ngặt các định nghĩa trong họ giao thức TCP/IP. Các thiết bị trong mạng TCP/IP được phân thành các nhóm sau: 1.2.1. Các thiết bị tính toán (Computing Devices) Mạng TCP/IP nhìn chung, bao gồm các thiết bị tính toán đa mục đích, chẳng hạn như các máy tính cá nhân PC, các trạm làm việc (work station) có thể cùng loại hay khác loại. Các thiết bị cho mục đích đặc biệt, chẳng hạn như máy in thông minh, có thể được kết nối trực tiếp vào mạng mà thông thường được gắn vào một hệ thống máy tính của mạng. Các thiết bị tính toán được sử dụng cho người dùng cuối, trên đó chạy các chương trình ứng dụng giúp cho người sử dụng cuối khai thác mạng gọi là host. 1.2.2. Đường truyền Đường truyền có thể là vô tuyến hoặc hữu tuyến, bao gồm các phương tiện truyền dẫn tín hiệu như: hệ thống cáp (cáp xoắn, cáp đồng trục, cáp quang …), các đường truyền vô tuyến như hồng ngoại, sóng viba, các tuyến thông tin vệ tinh. 1.2.3. Các bộ giao tiếp mạng (NIC - Network Interface Card) Đôi khi còn gọi là card mạng hay bộ thích ứng mạng (adapter) được cắm vào mỗi trạm của mạng. Nhiệm vụ của NIC là thực hiện các chức năng phần cứng của thiết bị tính toán. Nó làm nhiệm vụ của tầng vật lý, tạo các liên kết vật lý để truyền tải các luồng thông tin được yêu cầu từ các lớp cao hơn sau khi đã mã hoá thành các xung điện. Mỗi NIC có một địa chỉ vật lý duy nhất trên mạng, các nhà sản xuất NIC được phân bổ các dãy địa chỉ dành cho mình để đảm bảo không có sự trùng lặp địa chỉ của hai NIC bất kì. Một số thiết bị tính toán có thể NIC được tích hợp, còn lại hầu hết đều cần bổ sung NIC khi cần kết nối các thiết bị vào mạng. Card giao tiếp mạng là loại thiết bị phổ thông nhất để nối máy tính với mạng. Trong NIC có một bộ thu phát với một số kiểu đấu nối. 1.2.4. Bộ tập trung (Hub) Hub là bộ chia hay cũng có thể gọi là bộ tập trung dùng để đấu mạng. Sử dụng các Hub để đấu nối các trạm của mạng qua một điểm tập trung. Người ta chia làm các loại Hub sau: 12 ™ Hub bị động (Passive Hub). Hub này không xử lý tín hiệu mà nó chỉ đơn thuần thực hiện chức năng tổ hợp tín hiệu từ một số đoạn cáp mạng. Khoảng cách tối đa giữa Hub với máy tính phải nhỏ hơn 1/2 khoảng cách tối đa cho phép giữa hai máy tính trong mạng. ™ Hub chủ động (Active Hub) Loại Hub này có thể khuếch đại và xử lý các tín hiệu điện tử truyền giữa các thiết bị của mạng làm các tín hiệu này trở nên mạnh hơn. ™ Hub thông minh (Intelligent Hub) Giống như Hub chủ động nhưng có thêm các chức năng quản trị Hub. ™ Hub chuyển mạch (Switching Hub) Loại này cho phép chọn đường rất nhanh, hiện nay nó đang dần thay thế cho Brigde và Router. 1.2.5. Bộ điều chế và giải điều chế (Modem) Là thiết bị có chức năng chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự và ngược lại, dùng để kết nối các máy tính qua đường điện thoại. Modem cho phép trao đổi thư điện tử, truyền file, truyền fax … Modem không thể dùng để kết nối các mạng xa với nhau. Tuy nhiên nó có thể kết hợp với Router để kết nối mạng thông qua mạng điện thoại chuyển mạch công cộng. 1.2.6. Bộ chọn đường (Router) Router là một thiết bị thông minh, nó có thể thực hiện các giải thuật chọn đường đi tối ưu cho các gói tin theo một chỉ tiêu nào đó. Router cho phép nối các kiểu mạng khác nhau thành một liên mạng. Muốn vậy các Router phải được thiết kế sao cho có thể làm việc được với nhiều giao thức. Hiện nay các router của các hãng nổi tiếng như CISCO, BAY NETWORKS…. đều có thể làm việc được với hầu hết các giao thức phổ biến. 1.2.7. Phần mềm mạng Một phần cần phải kể đến khi nghiên cứu mạng TCP/IP là phần mềm mạng. NIC thực hiện các chức năng mức thấp trong mạng nhằm cung cấp một giao diện giữa host và toàn mạng. Phần còn lại, để người sử dụng có thể giao tiếp được với mạng cũng như giao tiếp được với nhau, cần đến các phần mềm mạng. Các phần mềm mạng là cầu nối giữa người dùng và các giao diện vật lý, việc thông dịch các lệnh của người sử dụng là trong suốt đối với người sử dụng. Người sử dụng khai thác mạng thông qua các tập lệnh hay các tiện ích mạng và phần mềm mạng giúp thông dịch các yêu cầu của người sử dụng và 13 làm việc với các tầng thấp hơn. Trong khi các thiết bị phần cứng là cố định thì phần mềm mạng có các phiên bản cải tiến giúp cho việc khai thác mạng được hiệu quả hơn. 14 1.3. CÁC GIAO THỨC TRONG TCP/IP. Kiến trúc mạng TCP/IP định nghĩa các cặp giao thức truyền thông tương ứng với các tầng cùng lớp của các hệ thống khác nhau. Layer n Giao thức tầng n Layer 3 Layer 3 Layer 2 Layer 2 Layer 1 Layer 1 Giao thức tầng 1 Giao thức tầng 2 Giao thức tầng 3 Hình 1.1. Sơ đồ định nghĩa các giao thức, giao diện TCP/IP Các giao thức định nghĩa các dạng dữ liệu được trao đổi giữa các lớp cùng cấp của hai hệ thống khác nhau, đồng thời quy định quy tắc để dữ liệu này được truyền như thế nào giữa hai mạng. Tập hợp các giao thức quan trọng hoạt động trong tầng Internet và tầng Transport cung cấp các dịch vụ truyền thông cơ bản. Các giao thức truyền thông có thể cung cấp các dịch vụ ở hai dạng: kết nối có định hướng (connection-oriented) và kết nối không định hướng (connectionless). ™ Kết nối có định hướng (connection-oriented). Giao thức kết nối có định hướng yêu cầu các bên tham gia cuộc truyền phải có một kết nối logic giữa các thực thể đồng mức. Các dịch vụ được cung cấp bởi giao thức không định hướng tương tự như các dịch vụ cung cấp bởi hệ thống điện thoại truyền thống. Quá trình truyền gồm ba pha được định nghĩa rõ ràng: Pha 1: Cài đặt kết nối (tương tự như việc quay số cuộc gọi) Pha 2: Truyền dữ liệu (tương tự như việc đàm thoại) 15 Pha 3: Giải phóng kết nối (tương tự như động tác đặt máy, kết thúc cuộc gọi) Các thông số của kết nối phải được thoả thuận từ đầu giữa các thực thể tham gia cuộc truyền qua thủ tục thiết lập cuộc gọi, đôi khi còn gọi là thủ tục bắt tay (handshake). Với kết nối có định hướng, truyền dữ liệu luôn luôn liên quan đến hai thực thể truyền thông. Nếu một thực thể muốn truyền thông với một thực thể thứ ba hay nhiều hơn thì nó cần phải cài đặt các kết nối riêng biệt đến mỗi thực thể và truyền dữ liệu đến mỗi thực thể trong một quá trình riêng. Hơn nữa, người nhận chỉ được xác định duy nhất tại một thời điểm. Sau khi thiết lập cuộc truyền, dòng dữ liệu theo cùng một đường kết nối đến đích. Các thông tin cần được yêu cầu trong quá trình truyền chỉ là các thông tin nhận dạng kết nối cũng như dữ liệu được kết hợp như thế nào mà không phải là các thông tin nhận dạng bên nhận. Kết nối có định hướng được sử dụng để cung cấp các dịch vụ yêu cầu độ tin cậy cao và các dịch vụ truyền thông có tính liên tục. Người gửi có thể yên tâm rằng các gói tin được đến đích một cách chính xác và theo đúng thứ tự. Nếu có một sự cố xảy ra, toàn bộ kết nối có thể sẽ phải được giải phóng để thực hiện một kết nối mới và các thực thể cần phải được thông báo về sự kiện này. Sự giải phóng kết nối có thể do các thực thể tham gia cuộc truyền, cũng có thể do bản thân giao thức, bởi vì bất kì một pha nào trong giao thức cũng có thể xảy ra lỗi tại bất kì thời điểm nào. ™ Kết nối không định hướng (connectionless). Giao thức kết nối không định hướng hoạt động như hoạt động chuyển thư của bưu điện, trong đó mỗi bức thư được cố gắng chuyển đến đích dựa vào các thông tin trên bì thư. Với kết nối không định hướng, không yêu cầu các pha rõ rệt như trong liên kết có định hướng. Việc truyền thông tin có thể chỉ thông qua một phase duy nhất. Điểm khác biệt lớn nhất của phương thức kết nối không định hướng và phương thức kết nối định hướng là các gói tin được lưu chuyển một cách độc lập và có thể theo các con đường rất khác nhau trước khi đến đích. Kết nối không định hướng đặc biệt có tác dụng khi tổng số dữ liệu là nhỏ và không liên tục. Bởi vì khi đó thời gian cần để thiết lập kênh truyền sẽ lớn và thời gian trễ dành riêng cho kênh truyền khá lớn, thậm chí tổng thời gian này có thể lớn hơn cả thời gian truyền dữ liệu thực sự. 16 Một ưu điểm của liên kết không định hướng là sử dụng các định dạng đa phát đáp (multicast) để cho phép truyền thông tới nhiều người cùng một lúc. Tuy nhiên, với kết nối không định hướng, không có gì đảm bảo rằng các gói tin đến đúng đích theo đúng thứ tự gửi, bởi vì các gói tin có thể chu du theo các con đường khác nhau trước khi đến đích và do đó chúng có thể gây nên hiện tượng Jitter trong VOIP sẽ được nghiên cứu kỹ hơn ở phần sau của luận văn. Vì vậy, kết nối không định hướng thường được sử dụng để cung cấp các dịch vụ ít tin cậy, nhưng lại giảm thiểu chi phí. Phương thức này tỏ ra hiệu quả hơn phương thức kết nối có định hướng đã trình bày ở trên. Cấu trúc TCP/IP được xây dựng dựa trên giao thức Internet, một giao thức theo kiểu không định hướng, hoạt động trên tầng Internet trong cấu hình phân tầng TCP/IP. Những dịch vụ nó cung cấp được sử dụng hoặc là với giao thức UDP hoặc là với giao thức TCP. Việc lựa chọn phương thức kết nối nào tùy thuộc vào hoàn cảnh thực tế của các mạng, các dịch vụ mạng cần cung cấp. Hình1.2. Các tầng của bộ giao thức TCP/IP Transport layer ( Host layer ) Internet layer (Getway layer) Network Interface layer FPT TELNET SMTP DNS SNMP Transsmission Control Protoco l User Datagram RIP Application layer I nternet Protocol ARP ICMP Ethernet Token Ring Token bus Fiber TP ans mis ion trol Protocol Int r rotocol t t ) Host ) ƒ FTP (File Transfer Protocol): giao thức truyền file, cho phép người dùng lấy hoặc gửi file tới một máy khác. ƒ Telnet: chương trình mô phỏng thiết bị đầu cuối, cho phép người dùng login vào một máy chủ từ một máy tính nào đó trên mạng. ƒ SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): một giao thức thư tín điện tử. 17 ƒ DNS (Domain Name Server): dịch vụ tên miền, cho phép nhận ra máy tính từ một tên miền thay cho chuỗi địa chỉ Internet khó nhớ. ƒ SNMP (Simple Network Management Protocol): giao thức quản trị mạng, cung cấp những công cụ quản trị mạng. ƒ RIP (Routing Internet Protocol): Giao thức dẫn đường động. ƒ ICMP (Internet Control Messege Protocol): nghi thức thông báo lỗi. ƒ UDP (User Datagram Protocol): Giao thức truyền không kết nối, cung cấp dịch vụ truyền không tin cậy nhưng tiết kiệm chi phí truyền. ƒ TCP (Transmission Control Protocol): Giao thức hướng kết nối, cung cấp dịch vụ truyền thông tin tưởng. ƒ IP (Internet Protocol): Giao thức Internet chuyển giao các gói tin qua các máy tính đến đích. ƒ ARP (Address Resolution Protocol): Cơ chế chuyển địa chỉ TCP/IP thành địa chỉ vật lý của các thiết bị mạng. 1.3.1. Giao thức dòng thời gian thực RTP (Real time protocol) Ngoài các giao thức được dùng trong truyền tải dữ liệu nói chung trên mạng như TCP, UDP, dòng tín hiệu thoại và video trong VOIP có một số đặc trưng khác với dòng dữ liệu bình thường. Do đó kéo theo một số giao thức được khuyến nghị dùng trong VOIP cho mục đích truyền tải thoại và video cũng như ứng dụng đa phương tiện khác. Các đặc điểm đó là: ™ Sự liên tục. Các gói tin phải được sắp xếp theo đúng thứ tự khi chúng đến bên nhận, các gói đến có thể không theo thứ tự và nếu gói tin bị mất thì bên nhận phải dò tìm hay bù lại sự mất các gói tin này. ™ Sự đồng bộ bên trong các phương thức truyền thông. Các khoảng lặng trong tiếng nói được triệt và nén lại để giảm thiểu băng thông cần thiết, tuy nhiên khi đến bên nhận, thời gian giữa các khoảng lặng này phải được khôi phục một cách chính xác. ™ Sự đồng bộ giữa các phương thức truyền thông: Có thể tín hiệu thoại sử dụng một phương thức truyền thông trong khi tín hiệu video lại sử dụng một phương thức truyền thông khác, các tín hiệu tiếng và hình phải được đồng bộ một cách chính xác, gọi là sự đồng bộ tiếng - hình. 18 ™ Sự nhận diện phương thức truyền tải: Trong Internet, thông thường cần thay đổi sự mã hoá cho phương thức truyền tải (payload) trên hành trình truyền để hiệu chỉnh thay đổi độ rộng băng thông sẵn sàng hoặc đủ khả năng cho người dùng mới kết nối vào nhóm. Một vài cơ chế cần được sử dụng để nhận diện sự mã hoá cho mỗi gói đến. Các tính chất này được hỗ trợ bởi các phương thức truyền tải (transport protocols). ¾ Đa phát đáp thân thiện: (multicast – friendly): RTP và RTCP là kỹ thuật cho đa phát đáp, cung cấp khả năng mở rộng cuộc hội thoại nhiều bên. Trên thực tế, chúng được thiết kế để có thể hoạt động trong cả các nhóm đa phát đáp nhỏ, phù hợp cho các cuộc điện đàm ba bên. Đối với các nhóm lớn, chúng sử dụng đa phát đáp quảng bá (broadcasting). ¾ Độc lập thiết bị: RTP cung cấp các dịch vụ cần thiết chung cho phương thức truyền thông thời gian thực nói chung như thoại, video hay bất kì một bộ mã hoá, giải mã cụ thể nào có sự định nghĩa các phương thức mã hoá và giải mã riêng bằng các thông tin tiêu đề và định nghĩa. ¾ Các bộ trộn và chuyển đổi: Các bộ trộn là thiết bị nắm giữ phương thức truyền thông từ một vài người sử dụng riêng lẻ, để trộn hoặc nối chúng vào các dòng phương thức truyền thông chung, chuyển đổi chúng vào khuôn dạng khác và gửi nó ra. Các bộ chuyển đổi có ích cho sự thu nhỏ băng thông yêu cầu của dòng số liệu từ dòng số liệu chung trước khi gửi vào từng kết nối băng thông hẹp hơn mà không yêu cầu nguồn phát RTP thu nhỏ tốc độ bit của nó. Điều này cho phép các bên nhận kết nối theo một liên kết nhanh để vẫn nhận được truyền thông chất lượng cao. RTP hỗ trợ cả các bộ trộn và cả các bộ chuyển đổi. ¾ Mã hoá thành mật mã: Các dòng phương thức truyền thông RTP có thể mã hoá thành mật mã dùng các khoá, việc mã hoá đảm bảo cho việc thông tin trên mạng được an toàn hơn. Tiêu đề của gói RTP dài 12 bytes (như hình dưới). Trường V chỉ rõ phiên bản của giao thức, cờ X báo hiệu đặc trưng của tiêu đề mở rộng giữa tiêu đề cố 19 định và số liệu đi theo. Nếu bit P là 1, phần số liệu được đệm thêm để đảm bảo liên kết đầy đủ cho sự mã hoá thành mật mã. Hình 1.3: Cấu trúc tiêu đề cố định RTP 1.3.2. Giao thức UDP – User Datagram Protocol. UDP hoạt động ở tầng giao vận của mô hình mạng TCP/IP. Nó cho phép chương trình ứng dụng truy cập trực tiếp đến gói tin của dịch vụ chuyển giao giống như dịch vụ mà giao thức IP cung cấp. Nó cho phép ứng dụng trao đổi thông tin qua mạng với ít thông tin điều khiển nhất. UDP là giao thức không kết nối, kém tin cậy vì nó không có cơ chế kiểm tra tính đúng đắn của dữ liệu truyền. ™ Cấu trúc gói tin UDP 0 31 Source Port Destination Port Message length Checksum Data V P X CSRC M payload type Sequnce number Timestamp Synchronization source identifier (SSRC) Contributing source identifiers (CSRC) Header extension Payload ( audio, video ... ) Dest Add Source Add Type Field IP Header UDP data CRC 8 16 310 Hình 1.4. Cấu trúc gói tin UDP 20 Mỗi gói thông tin UDP gọi là một phần trong Datagram, được phân làm 2 phần header và data. Trong đó header chứa thông tin về địa chỉ cổng nguồn, địa chỉ cổng đích, độ dài của gói và checksum. ¾ Source Port: số hiệu cổng trạm nguồn gửi tin. ¾ Destination Port: số hiệu cổng trạm cuối nhận tin. ¾ Length: tổng độ dài, tính theo byte của gói tin (bao gồm cả phần tiêu đề và phần dữ liệu). ¾ Checksum: đây là trường duy nhất trong gói tin UDP cung cấp cho mục đích kiểm tra và sửa lỗi. Nếu giá trị tính checksum được tính toán bởi trạm đích không khớp với giá trị checksum trong gói tin thì gói tin sẽ bị loại bỏ. Thông thường trạm đích thường sử dụng một bộ nhớ đệm để lưu giữ hàng đợi của các gói tin đến cần xử lý. Một server khi thông tin với trạm khách thường không biết trước có bao nhiêu gói tin sẽ đến trong một khoảng thời gian. Nếu như số lượng gói tin đến quá khả năng của hàng đợi thì các gói tin đến sau sẽ bị loại bỏ mà không được xử lý. 1.3.3. Giao thức điều khiển truyền tin (Transmission Control Protocol- TCP) Một số ứng dụng đòi hỏi giao thức giao vận cung cấp dịch vụ chuyển giao thông tin tin cậy sử dụng TCP bởi nó cung cấp dịch vụ kiểm tra đúng đắn và dữ liệu được truyền thích hợp. Một số đặc điểm của dịch vụ tin cậy mà TCP cung cấp là: ™ Hướng dòng (Stream Orientation). TCP coi dữ liệu nó gửi đi như là một dòng byte. Do đó, TCP đảm bảo số thứ tự của các byte gửi nhận. Trường Sequence number và Acknowledgment number trong header của TCP giữ dấu của các byte trong toàn bộ dòng dữ liệu truyền. TCP chuẩn không bắt hệ thống phải sử dụng một số đặc biệt nào để đánh số dòng byte, mỗi hệ thống tự chọn một số mà nó sẽ dùng làm điểm bắt đầu. Mỗi trạm cuối phải biết số thứ tự mà trạm kia dùng. Chúng phải trao đổi một segment để đồng bộ hệ thống số sẽ được sử dụng (Synchronize sequenence number-SYN) trong quá trình bắt tay. Trường Sequence number trong SYN segment chứa số bắt đầu (ISN) của dòng số đánh thứ tự, số này được định nghĩa ngẫu nhiên. 21 ™ Chuyển giao bộ đệm (Buffered Transfer). Để giảm số lượng truyền thông, giao thức cố gắng sử dụng số lượng tối thiểu các segment để truyền tải thông tin. Do vậy, giao thức sử dụng tối đa độ dài có thể của segment. ™ Kết nối hai chiều (Full Duplex Connection). TCP/IP cung cấp kết nối cho cả hai đầu của liên kết. Điều này có nghĩa là tầng phía dưới cung cấp khả năng gửi trả thông báo từ trạm đích trở lại trạm nguồn. TCP là giao thức hướng kết nối, nó thiết lập quan hệ logic giữa 2 trạm tham gia liên kết. Thông tin điều khiển gọi là handshake được trao đổi giữa 2 trạm để thiết lập hội thoại trước khi thông tin được truyền. TCP cung cấp dịch vụ tin cậy với một cơ chế gọi là PAR ‘Positve Acknowledgment with Retransmission’. Đơn giản là trạm nguồn tiếp tục gửi thông tin đi cho tới khi nó nhận được thông báo dữ liệu đã được nhận chính xác tại trạm đích. Đơn vị thông tin chuyển giao giữa các ứng dụng gọi là segment, mỗi segment chứa checksum để đảm bảo rằng segment không bị phá hủy trên đường truyền, nếu segment không bị phá hủy, trạm nhận gửi thông báo xác nhận lại trạm gửi. Nếu segment bị phá hủy, trạm nhận hủy bỏ nó và sau một thời gian nào đó, trạm gửi sẽ gửi lại gói tin mà nó không nhận được thông báo xác nhận. Tại trạm gửi Thông tin trên mạng Tại trạm nhận Hình 1.5. Truyền thông sử dụng TCP Receive ACK Send packet 2 Receive ACK Send packet 1 Receive packet Send ACK 1 Receive packet Send ACK 2 22 ™ Gói tin TCP Source Port Destination Port Sequence Number Acknowledgment Offset Reserved Flags Window Checksum Urgent Pointer Option Padding Data Dest Add Source Add Type field IP header TCP segment CRC Hình 1.6. Gói tin TCP chứa trong một Ethenet frame • Source Port (16 bit): cổng nguồn trạm gửi. • Destination Port (16 bit): cổng đích trạm nhận. • Sequence Number (32 bit): số thứ tự của gói tin. • Acknowledgment Number (32 bit): số hiệu của Segment tiếp theo mà trạm nguồn đang chờ để nhận. • Offset (32 bit): số lượng các từ 32 bit trong TCP header. • Reserved: để dành, không sử dụng. • Flags: cờ dẫn. • Window (16bit): cấp phát credit để kiểm soát luồng dữ liệu. Đây chính là số lượng các byte dữ liệu, bắt đầu từ byte được chỉ ra trong vùng ACK Number mà trạm nguồn sẵn sàng để nhận. • Checksum (16 bit): Mã kiểm tra lỗi sử dụng CRC (Circle Redundant Check) cho toàn bộ segment . • Urgent Pointer (16 bit): Con trỏ này trỏ tới số hiệu tuần tự của byte đi theo sau dữ liệu khẩn, cho phép bên nhận biết được độ dài của dữ liệu khẩn, vùng này chỉ có hiệu lực khi bit URG được lập. • Option (độ dài thay đổi): khai báo các lựa chọn của TCP, trong đó có độ dài tối đa của vùng TCP data trong một segment. 23 • Padding: phần chèn thêm vào header để đảm bảo header luôn kết thúc ở một mốc 32 bit, nó bao gồm toàn số 0. • Data: chứa dữ liệu ở tầng trên gửi xuống, có độ dài tối đa ngầm định là 536 byte, giá trị này có thể điều chỉnh bằng khai báo trong phần Option. Một chương trình ứng dụng trong một host truy nhập vào các dịch vụ do TCP cung cấp thông qua một cổng. Một cổng kết hợp với một địa chỉ IP tạo thành một socket duy nhất trong liên mạng. Dịch vụ TCP được cung cấp nhờ một liên kết logic giữa một cặp socket. Một socket có thể tham gia vào nhiều liên kết với các socket ở xa khác nhau. Trước khi truyền dữ liệu, giữa hai trạm cần phải thiết lập một liên kết TCP giữa chúng và khi không còn nhu cầu truyền dữ liệu thì liên kết được giải phóng. 1.3.4. Giao thức IP 1.3.4.1. Khái quát về giao thức IP Bộ giao thức TCP/IP là tổ hợp của nhiều giao thức ở các tầng khác nhau nhưng thông thường mô hình phân lớp trong các hệ thống TCP/IP được xem là mô hình giản lược của OSI gồm 4 tầng như sau: Application layer Presentation layer Session layer Application layer Transport layer Transport layer Network layer Internet layer Data link layer Physical layer Network access layer Hình 1.7. Cấu trúc TCP/IP so sánh với mô hình OSI 1.3.4.2. Tầng giao diện mạng ( Network Interface layer ). Đôi khi tầng này còn được gọi là tầng mạng nội hạt ( Local Network Layer ). Tầng giao diện mạng có mặt ở tất cả các kết nối vật lý giữa các thiết bị mạng ( host, trạm trung chuyển … ). Nó bao gồm các kết nối vật lý giữa các thiết bị, các thành phần phần cứng của cơ sở hạ tầng mạng và có chức năng tương ứng với tầng vật lý và tầng liên kết dữ liệu trong mô hình OSI. Tầng giao diện mạng cung cấp các phương tiện kết nối vật lý cáp, card mạng, giao thức 24 kết nối, giao thức truy cập đường truyền. Nó cung cấp các dịch vụ cho tầng trên là tầng Internet. 1.3.4.3. Tầng Internet Tương ứng với tầng mạng trong mô hình OSI. Nó cung cấp một địa chỉ logic cho giao diện vật lý mạng. Cụ thể nó giải quyết các vấn đề như đánh địa chỉ, phân phối gói tin, định tuyến … Tầng này cho phép kết nối một cách mềm dẻo các mạng vật lý khác nhau, chẳng hạn mạng Ethernet, Token Ring, Token Bus. Giao thức thực hiện của tầng này là giao thức IP (Internet Protocol). Ngoài ra, tầng này còn sử dụng các bộ giao thức ARP (Address Resolution Protocol) để thực hiện ánh xạ địa chỉ vật lý (MAC) cho tầng dưới cung cấp địa chỉ IP (có ở các host và các trạm trung chuyển). 1.3.4.4. Tầng giao vận (Transport layer) Tương ứng với tầng vận tải trong mô hình OSI, nó thực hiện kết nối giữa hai máy chủ trên mạng, điều khiển luồng và kiểm soát lỗi. Có hai giao thức được phát triển để hỗ trợ tầng này, đó là: giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP) và giao thức UDP (User Datagram Protocol). Trong đó TCP được sử dụng cho các ứng dụng yêu cầu độ tin cậy và hiệu quả cao. Ngoài ra, giao thức bản tin được người dùng ICMP (Internet Control Messege protocol) cho phép các trạm trung chuyển trao đổi thông tin quản lý và điều khiển bằng các bản tin. Cả ba giao thức này được ứng dụng trong VOIP. TCP được sử dụng để thiết lập cuộc gọi với yêu cầu độ tin cậy cao. UDP được sử dụng để truyền các mẫu thoại với yêu cầu tính hiệu quả cao và chi phí giảm thiểu. ICMP được các thiết bị VOIP sử dụng để thay đổi các kết nối và giải quyết các vấn đề trong truyền thông. 1.3.4.5. Tầng ứng dụng (Application layer) Tương ứng với lớp phiên, lớp trình diễn và lớp ứng dụng trong mô hình OSI, chỉ có mặt ở các host và hỗ trợ quá trình xử lý hay ứng dụng từ User to Host và Host to User. Nó bao gồm các giao thức truy nhập từ xa (Telnet), truyền file (ITP), dịch vụ World Wide Web, Thư điện tử (SMTP)… Giao thức IP hoạt động trong tầng Internet của mô hình phân lớp TCP/IP. Nó cung cấp các dịch vụ trao đổi dữ liệu từ một trạm nguồn đến một trạm đích. Các trạm nguồn và đích có thể cùng một mạng hay khác mạng vật lý. IP hoạt động trong mỗi trạm hoặc trong các bộ định tuyến dọc theo tuyến đường của gói tin di chuyển từ trạm nguồn đến trạm đích. Đơn vị dữ liệu mà 25 một tiến trình ứng dụng gửi từ lớp giao vận xuống được gọi là một gói tin IP, đôi khi còn được gọi đơn giản là một gói tin (packet). Chức năng chính của IP là tổ chức các gói tin thành các định dạng dữ liệu và chuyển đến trạm đích. Không có cơ cấu kiểm tra luồng thông tin trong giao thức IP, nó là một giao thức theo kiểu không liên kết. Do đó, giao thức IP cũng gây ra các vấn đề như mất gói, lặp gói hay các kiểu gói đến không theo thứ tự … ™ Khuôn dạng gói tin IP. Vers Hlen Service type Total length Identification Flag Fragment offset Time to live Protocol Header checksum Source IP address Destination IP address IP option Padding IP datagram data ( Max 65535 byte ) Destination Addres Source Address Type field IP data TCP seg CRC Hình 1.8. Gói thông tin IP trong một frame Ethernet • Time to live: dài 8 bit, dùng để xác định xem datagram này có bị truyền lặp lại hay không (thông thường nó được gán là 1, nếu bị lặp lại nó sẽ bị gán là 0. • Protocol: dài 8 bit, trường này cho biết lớp giao thức cao hơn nào sẽ được sử dụng (UDP hay là TCP). • CRC: trường này được dùng để kiểm tra sự toàn vẹn của header. • IP option: chứa các thông tin như ‘dò’ đường, bảo mật, xác nhận thời gian. • Padding: trường điền thêm các số 0 để đảm bảo header kết thúc tại một địa chỉ bội của 32. • Source IP address, Destination IP address: chứa địa chỉ của station gửi và địa chỉ của station đích. 26 Gói tin IP chứa một trường checksum để kiểm tra tính toàn vẹn của IP header, nếu IP header lỗi, gói tin IP bị loại bỏ và giao thức lớp trên sẽ truyền một gói tin khác. Tầng IP làm công việc dẫn đường các gói tin qua mạng Internet từ máy tính này tới máy tính khác, qua các mạng khác nhau cho tới khi nó đến được trạm đích hoặc bị lỗi. Việc truyền gói tin qua các mạng khác nhau được thực hiện thông qua một thiết bị kết nối giữa hai mạng gọi là gateway. Khi một thông tin truyền qua các mạng khác nhau, nó có thể bị chia ra thành nhiều gói nhỏ hơn. Thông tin truyền có thể quá lớn để có thể truyền trên một gói tin trên một mạng khác. Vấn đề này chỉ gặp phải khi gateway được nối giữa các mạng vật lý khác nhau. Mỗi kiểu mạng có một độ dài tối đa gói tin có thể truyền (Maximum Transmission Unit - MCU). Nếu thông tin nhận được từ mạng này dài hơn MCU của mạng kia, nó cần phải được chia nhỏ ra thành nhiều mảnh để truyền. 1.3.4.6. Địa chỉ IP Địa chỉ IP nhằm xác định duy nhất mỗi trạm làm việc trên mạng TCP/IP. Do đó việc đánh địa chỉ cần đảm bảo không trùng lặp ngay cả khi có một số lượng lớn các trạm kết nối vào mạng. Địa chỉ trên TCP/IP được phân biệt thành 3 loại: ™ Địa chỉ vật lý (địa chỉ MAC). Địa chỉ này có độ dài 48 bit, nó được xác định bởi các thiết bị giao diện mạng (NIC). Mỗi NIC khi sản xuất đã có một địa chỉ vật lý và khi nó được sử dụng để kết nối các trạm vào mạng thì trạm sẽ mang địa chỉ vật lý của NIC đó. ™ Tên Internet (Internet Address). mỗi trạm khi kết nối vào mạng đều được cung cấp một tên duy nhất. Đây là địa chỉ 32 bit và thường được biểu diễn bởi các nhóm 8 bit, tạo thành 4 nhóm. ™ Tên trạm (host name). Việc biểu diễn các địa chỉ Internet dù sao vẫn gây cho người sử dụng khó nhớ, thay vì mỗi trạm có một địa chỉ Internet thì mỗi trạm sẽ được xác định bằng các tên, được biểu diễn bằng các chữ cái và được phân cấp một cách dễ nhớ. Chẳng hạn nhu tên: là một tên trạm, trong đó ta biết được trạm này ở đâu, thuộc tổ chức hay quốc gia nào (việt nam-vn). Trên thực tế, việc sử dụng tên trạm được sử dụng rộng rãi. Bộ giao thức giúp phân giải từ địa chỉ IP sang địa chỉ vật lý và ngược lại là ARP/RARP 27 (Address Resolution Protocol/Reversed Address Resolution Protocol) và dịch vụ DNS (Domain Name Service) được sử dụng để ánh xạ từ địa chỉ IP sang tên host name và ngược lại. Các giao thức này hoạt động theo cơ chế Server-Client, khi có yêu cầu chúng gửi đi một bản tin yêu cầu Server phân giải địa chỉ trả lời bằng một bản tin trong đó có chứa kết quả. ™ Phân lớp địa chỉ IP. Mạng Internet dùng hệ thống địa chỉ IP (32 bit) để định vị các máy tính liên kết với nó. Có hai cách đánh địa chỉ, phụ thuộc vào cách liên kết của từng máy. • Nếu các máy tính được kết nối trực tiếp với mạng Internet thì trung tâm thông tin Internet (Network Information Centre-NIC) sẽ cấp cho các máy tính đó một địa chỉ IP. • Nếu các máy tính không kết nối trực tiếp với mạng Internet thông qua một mạng cục bộ thì người quản trị mạng sẽ cấp cho các máy tính đó một địa chỉ IP. Hệ thống địa chỉ này được thiết kế mềm dẻo qua một sự phân lớp, có 5 lớp địa chỉ IP là: A, B, C, D, E. Sự khác nhau cơ bản giữa các lớp địa chỉ này là ở khả năng tổ chức các cấu trúc con của nó. 0 Netid Hostid 10 Netid Hostid 110 Netid Hostid 1110 Multicast address 11110 Reverved for future use Class A Class E Class D Class C Class B Hình 1.9. Cấu trúc phân lớp địa chỉ IP • Địa chỉ lớp A Lớp A sử dụng byte đầu tiên của 4 byte để đánh địa chỉ mạng. Như hình trên, nó được nhận ra bởi bit đầu tiên trong byte đầu tiên của địa chỉ có trị giá 0. Ba byte còn lại được sử dụng để đánh địa chỉ máy trong mạng. 28 Có 126 địa chỉ lớp A với số máy tính trong mạng là 2563 – 2 = 16.777.214 máy cho mỗi địa chỉ lớp A. Địa chỉ lớp A thường được cấp cho những tổ chức có số lượng máy tính lớn. Nguyên nhân chỉ có 126 network trong khi dùng 8 bit vì bit đầu tiên mang giá trị 0 dùng để định nghĩa lớp A. Do vậy còn lại 7 bit đánh từ 0 – 127, tuy nhiên người ta không sử dụng một địa chỉ chứa toàn các con số 1 hoặc 0 nên chỉ còn lại 126 mạng lớp A được sử dụng. Giá trị byte đầu tiên của lớp A sẽ luôn nằm trong khoảng từ 1 tới 126, mỗi một byte trong 3 byte còn lại sẽ có giá trị trong khoảng 1 đến 254. Địa chỉ lớp A có dạng: Network.host.host.host • Địa chỉ lớp B Một địa chỉ lớp B được nhận ra bởi 2 bit đầu tiên của byte thứ nhất mang giá trị 10. Lớp B sử dụng 2 byte đầu tiên của 4 byte để đánh địa chỉ mạng và 2 byte cuối đánh địa chỉ máy trong mạng. Có 64*256 – 2 = 16.128 địa chỉ mạng lớp B với 65.534 máy cho mỗi địa chỉ lớp B. Địa chỉ lớp B có dạng: Network.network.host.host Byte đầu tiên của một địa chỉ lớp B nằm trong khoảng 128 tới 191. • Địa chỉ lớp C Một số tổ chức có quy mô nhỏ có thể xin cấp phát địa chỉ lớp C. Một địa chỉ lớp C được nhận ra với 3 bit đầu mạng giá trị 110. Mạng lớp C sử dụng 3 byte đầu để đánh địa chỉ mạng và 1 byte cuối đánh địa chỉ máy trong mạng. Có 2.097.150 địa chỉ lớp C, mỗi địa chỉ lớp C có 254 máy. Địa chỉ lớp C có dạng: Network.network.network.host Địa chỉ lớp C được nhận ra với byte đầu tiên trong khoảng 192 tới 223. 1.4. TIÊU CHUẨN H.323 Để đưa ra nền tảng cho việc truyền tín hiệu thoại, video, số liệu qua mạng chuyển mạch gói dựa trên giao thức IP, tổ chức viễn thông quốc tế ITU-T đã đưa ra khuyến nghị về chồng giao thức H.323. Bằng cách tuân theo chuẩn H.323, các sản phẩm phần mềm và phần cứng của các nhà sản xuất khác nhau có thể giao tiếp với nhau qua một cơ sở hạ tầng mạng chung mà không cần quan tâm về sự tương hợp. Chồng giao thức H.323 lần đầu tiên được công nhận vào năm 1996, và thế hệ thứ 2 được công nhận vào năm 1998. Chuẩn H.323 hỗ trợ cho cả những thiết bị đứng riêng rẽ và những thiết bị được gắn vào công nghệ máy tính cá 29 nhân cũng như các cuộc đàm thoại hội nghị điểm - điểm và đa điểm. H.323 bao gồm các chuẩn cho phép truyền thông qua môi trường mạng LAN (Local NetWork) và mạng chuyển mạch gói với sự đảm bảo về chất lượng dịch vụ (QoS - Quality of Service) đồng thời kết hợp được với các mạng khác. Do đó H.323 là khuyến nghị quan trọng cho việc thực hiện truyền thông đa phương tiện (Multimedia), nó bao gồm các giao thức về báo hiệu H.225, giao thức điều khiển H.245, giao thức cho phép truyền các ứng dụng thời gian thực RTP, các chuẩn mã hoá và nén tín hiệu như các chuẩn G.x. 1.4.1.Phạm vi của H.323 H.323 định nghĩa chủ yếu cho hoạt động dùng cho đầu cuối H.323 ngang hàng. Khuyến nghị cũng định nghĩa thêm một số phần tử H.323 logic. Các phần tử này bao gồm các Gatekeeper để điều khiển, giám sát và biến đổi địa chỉ. Bộ điều khiển đa điểm MU (Multipoint Controller) và bộ xử lý đa điểm MCU (Multipoint Controll Unit) cho hội thoại nhiều bên. Chồng khuyến nghị H.323 và phạm vi của nó gồm: Audio Codec G.711 G.723 G 729 Video Codec H.261 H.263 RTP Data interface T.120 System Control H.245 Control Q.931 Call Setup RAS Control H.225 Ứng dụng thoại Ứng dụng video Ứng dụng số liệu Giao diện người sử dụng điều khiển hệ thống LAN Interface Hình 1.10: Phạm vi ứng dụng của H.323 30 Kênh H.245: điều khiển truyền thông. Kênh H.225: điều khiển cuộc gọi. ™ Khuyến nghị H.245: Mô tả cú pháp và định nghĩa các bản tin, tóm lược những thủ tục điều khiển có chức năng thiết lập và giám sát quá trình liên lạc đa phương tiện (data, video, audio) giữa hai đầu cuối. Các bản tin của H.245 thực hiện kiểm soát hoạt động của khối H.323 bao gồm khả năng trao đổi, đóng mở kênh logic, yêu cầu chế độ ưu tiên, điều khiển luồng, ra lệnh, chỉ thị. ™ Khuyến nghị H.225: Mô tả phương thức kết hợp giữa thoại, dữ liệu, video và tín hiệu điều khiển, phương thức mã hoá và đóng gói cho quá trình truyền tải thông tin giữa hai thiết bị H.323 trên mạng truyền số liệu gói. H.225.0 cũng mô tả giao thức và định dạng bản tin cho tổng đài Gateway. Khuyến nghị này bao gồm giao thức RTP/RTCP. ™ Các chuẩn nén tín hiệu thoại: G.711, G.723, G.728. ™ Các chuẩn mã hoá và nén tín hiệu video: H.261, H.263 ™ Các chuẩn cho các ứng dụng chia sẻ số liệu: T.120 1.4.2. Các dịch vụ H.323 Hệ thống H.323 gộp chung một số chuẩn, chúng hoàn toàn cho phép thành lập và điều khiển các cuộc gọi điểm - điểm (point to point) cũng như các cuộc hội thoại đa điểm. Các máy tính cá nhân và các thiết bị khác có thể chia sẻ hoạt động để thực hiện trộn âm thanh, hình ảnh, số liệu qua tất cả các cấu hình mạng. Sự phối hợp nhịp nhàng với các hệ thống trên các mạng chuyển mạch kênh được hỗ trợ thông qua các Gateway. H.323 cung cấp một mô hình truyền thông đa dạng, chặt chẽ với các điều khiển linh hoạt và các kết nối được thiết lập giữa các phần. 1.4.3. Các kiểu dữ liệu được định nghĩa trong H.323 Các kiểu dữ liệu được định nghĩa trong H.323 được chia thành các loại sau: ™ Thoại ( Audio ): là tín hiệu thoại được số hoá và mã hoá. Để giảm tốc độ trung bình của tín hiệu thoại, các bộ lấy mẫu tín hiệu thoại chỉ hoạt động khi có tín hiệu âm thanh thực sự. Các khoảng lặng được triệt và nén lại. Tín hiệu thoại đi kèm với tín hiệu điều khiển thoại. 31 ™ Hình ảnh động (Video): là các tín hiệu hình ảnh động, nó đi kèm với tín hiệu điều khiển Video. ™ Số liệu (Data): bao gồm các tín hiệu FAX, tài liệu văn bản, ảnh tĩnh, file ... ™ Tín hiệu điều khiển cuộc gọi ( Call Control Signals ): được sử dụng cho các chức năng điều khiển cuộc gọi như là thiết lập cuộc gọi, giám sát cuộc gọi, kết thúc cuộc gọi ... ™ Tín hiệu điều khiển truyền thông (Communication Control Signals): là các thông tin điều khiển trao đổi giữa các thành phần chức năng trong hệ thống để thực hiện điều khiển truyền thông giữa chúng như: trao đổi khả năng, đóng mở các kênh logic, các thông điệp điều khiển luồng và các chức năng khác. ™ Tín hiệu kênh RAS: được sử dụng để thực hiện các chức năng như việc đăng ký tham gia vào một vùng H.323, kết nạp, tháo gỡ một điểm cuối khỏi vùng, thay đổi băng thông và các chức năng khác liên quan đến chức năng quản lý hoạt động của các điểm cuối trong một vùng H.323. 1.4.4. Các thành phần trong H.323 Về mặt logic, hệ thống H.323 có cấu trúc như hình: Gatekeeper H.323 Over ISDN PSTN Telephone H.323 Over Port Gateway MCU H.323DNS Hình 1.11. Các thành phần của họ giao thức H.323 32 ™ Thiết bị đầu cuối H.323: là một trạm cuối trong mạng LAN, đảm nhận việc cung cấp truyền thông hai chiều theo thời gian thực. ™ H.323 Gateway: cung cấp khả năng truyền thông giữa hệ thống H.323 và các hệ thống không phải H.323 khác, chẳng hạn như hệ thống chuyển mạch điện thoại công cộng (PSTN-Public Switching Network). ™ Gatekeeper: là một thành phần bắt buộc. Nó thực hiện các chức năng quản lý hoạt động của hệ thống. Khi có mặt Gatekeeper trong hệ thống, mọi thành phần trong hệ thống phải thực hiện đăng ký với Gatekeeper. Tất cả các điểm đầu cuối H.323 ( Terminal, gateway, MCU ... ) đã đăng ký với Gatekeeper tạo thành một vùng H.323 do Gatekeeper đó quản lý. ™ Đơn vị điều khiển liên kết đa điểm MCU (Multipoint Control Unit): thực hiện chức năng tạo kết nối đa điểm hỗ trợ các ứng dụng truyền thông nhiều bên. Thành phần này cũng là tuỳ chọn. 1.5. QUÁ TRÌNH TRUYỀN DỮ LIỆU TRONG TCP/IP. Giả sử quá trình truyền dữ liệu giữa hai trạm từ trạm A sang trạm B, quá trình truyền dữ liệu xảy ra như sau: Identical Frame Identical datagram Identical packet Identical message Application Transport Internet Network i f Transport Internet Network i f Physical Net Application Hình 1.12. Truyền gói tin trong mạng TCP/IP 33 - Đầu tiên, dữ liệu được xử lý và gửi từ tầng ứng dụng, tầng này có nhiệm vụ tổ chức dữ liệu theo khuôn dạng và trật tự nhất định để tầng Application ở máy B có thể hiểu được. Tầng Application gửi dữ liệu xuống tầng dưới theo dòng byte nối byte. Cùng với dữ liệu, tầng này cũng gửi xuống các thông tin điều khiển khác giúp xác định địa chỉ nguồn và địa cỉ đích của dữ liệu. - Khi xuống đến tầng Transport (tầng TCP), dòng dữ liệu sẽ được đóng gói thành các gói có kích thước không nhất thiết bằng nhau nhưng phải nhỏ hớn 64kb theo định dạng của gói tin TCP, sau đó dữ liệu được gửi xuống tầng IP. - Xuống đến tầng IP, gói lại được chia nhỏ thành các gói tin cho phù hợp bởi vì không phải mạng nào cũng cho phép các gói tin có độ lớn bất kì. Gói tin sau đó được thêm vào phần tiêu đề IP theo định dạng gói IP. Dữ liệu sau đó được chuyển xuống tầng Datalink. - Khi xuống đến tầng Datalink, gói tin sẽ được gắn thêm một tiêu đề và chuyển tới các giao diện vật lý để đi vào mạng, lúc này các cấu trúc gói tin được gọi là các khung (frame). Trong khi lưu chuyển trên mạng, các gói tin được dẫn đường bởi các bộ định tuyến. Router thực ra là một module mạng chỉ có hai tầng là Network và Datalink. Các frame tới Router sẽ được tầng Datalink lọc bỏ header mà tầng này thêm vào là chuyển lên tầng IP. Tầng IP sau đó sẽ dựa vào thông tin trong phần tiêu đề mà quyết định tuyến đường tiếp theo cho gói IP. Sau đó gói IP này sẽ lại được chuyển xuống tầng dưới để đi vào mạng. Quá trình cứ thế tiếp tục cho đến khi dữ liệu đến tới mày B. - Khi tới máy B, các gói dữ liệu lại được xử lý theo một quy trình ngược lại, các gói tin lần lượt được lọc bỏ tiêu đề để cuối cùng chuyển lên tầng ứng dụng của máy B dưới dạng một dòng byte nối byte. 34 Data TCP header Data IP header TCP header Data Ethernet header IP header TCP header Data Ethernet trailer Network Internet Transport Application Hình 1.13. Tạo khung trong TCP/IP 35 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ VOIP 2.1. TỔNG QUAN VỀ VOIP. 2.1.1 Giới thiệu chung về VOIP Ngày nay các dịch vụ viễn thông rất phong phú và đa dạng bao gồm các dịch vụ truyền thống đã tồn tại trong thời gian dài và các dịch vụ mới được phát triển trong thời gian gần đây. Tiền đề của nó chính là sự phát triển của công nghệ điện tử và công nghệ mạng. Cụ thể hơn, chúng ta có thể nói rằng sự đa dạng của các dịch vụ viễn thông bắt nguồn từ sự phát triển của các công nghệ liên quan như truyền dẫn, xử lý tín hiệu, chuyển mạch và công nghệ phần mềm. Internet đang đi tiên phong trong việc mở ra các hình thức mới cho việc liên lạc của con người như e-mail, nói chuyện tại chỗ (live chat) và news- group. Tuy vậy Internet cũng có thể được sử dụng cho các hình thức liên lạc cổ điển như người dùng có thể gọi điện thoại bằng Internet. Khi gọi điện thoại qua Internet thì tiếng nói của người gọi và tiếng nói của người nhận sẽ được chia nhỏ thành các gói tin. Các gói tin này được chuyển đi qua mạng bằng cách sử dụng giao thức TCP/IP của Internet. Đây chính là công nghệ VOIP (Voice Over Internet Protocol). VOIP là một cơ hội tốt để thiết kế các hệ thống truyền thông Multimedia toàn cầu có thể thay thế mạng viễn thông hiện nay về mặt chức năng mà không làm trở ngại đến di sản công nghệ cũ đã tồn tại từ lâu đời. Một ưu điểm quan trọng của VOIP là các dịch vụ phi thoại, chẳng hạn các ứng dụng lưu trữ hay các ứng dụng truyền dữ liệu có thể chia sẻ cơ sở hạ tầng với hệ thống VOIP. Thật vậy, cùng một cơ sở đầu cuối có thể sử dụng cho cả truyền thoại và truyền dữ liệu dùng công nghệ chuyển mạch gói. Công nghệ chuyển mạch gói xem các gói tin của các mẫu thoại cũng như các gói tin dữ liệu như những đơn vị dữ liệu bình thườgn và truyền chúng qua mạng Internet, việc còn lại cảu các đầu cuối là xử lý các luồng dữ liệu đến đúng với chức năng của chúng. Hơn nữa điều này giúp cho việc triển khai các dịch vụ gia tăng trong thoại một cách dễ dàng, chẳng hạn ngoài thoại truyền thoại truyền thống, 36 hệ thống có thể truyền cả hình ảnh cho các cuộc hội thoại video, truyền hình Internet … Điều này giúp cho việc triển khai VOIP nói riêng và các dịch vụ gia tăng trong tương lai nói chung mà không cần đầu tư hơn các ứng dụng đã có sẵn. ™ VOIP là gì? Đầu năm 1995 công ty VOCALTEC đưa ra thị trường sản phẩm phần mềm thực hiện cuộc thoại qua internet đầu tiên trên thế giới. Sau đó có nhiều công ty đã tham gia vào lĩnh vực này. Tháng 3 năm 1996, VOLCALTEC kết hợp với DIALOGIC tung ra thị trường sản phẩm kết nối mạng PSTN và Internet. Hiệp hội các nhà sản xuất thoại qua mạng máy tính đã sớm ra đời và thực hiện chuẩn hoá dịch vụ thoại qua mạng internet. Việc truyền thoại qua internet đã gây được chú ý lớn trong những năm qua và đã dần được ứng dụng rộng rãi trong thực tế. VoIP là công nghệ truyền tải các cuộc liên lạc thoại bằng cách sử dụng giao thức Internet (Internet protocol - IP). Điện thoại truyền thống được thực hiện dựa trên công nghệ chuyển mạch kênh mà ở đó cho phép giải quyết vấn đề thời gian thực. Giao thức IP dựa trên công nghệ chuyển mạch gói mà trước đây chỉ được dùng để truyền dữ liệu hoặc các ứng dụng mạng internet. Do đó việc truyền thoại dựa trên giao thức IP là giải pháp truyền thoại dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, điều này mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng cũng như cho các nhà cung cấp dịch vụ. Để thực hiện VoIP người ta phải sử dụng các kỹ thuật cho phép thực hiện các cuộc gọi với thời gian thực, đó là các giao thức Real Time Stream Protocol (RTSP), Secsion initiation Protocol (SIP). 2.1.2 Hoạt động của VOIP VOIP có thể được thực hiện bằng hai cách: ™ Cách thứ nhất: Là sử dụng máy tính cùng với phần cứng và phần mềm đặc biệt để gọi điện. ™ Cách thứ hai: Người ta thường gọi là điện thoại Internet (Internet Telephony) thì người gọi điện thoại bằng điện thoại thông thường, ngoại trừ việc cuộc điện đàm này được truyền qua Internet chứ không phải là qua dịch vụ điện thoại thông 37 thường. Điều này sẽ giúp giảm chi phí đáng kể, đặc biệt là với các cuộc điện thoại đường dài. Tính cách mạng của việc sử dụng PC để gọi điện thoại qua Internet chính là giá cả. Nếu hai người sử dụng đều có máy tính kết nối vào Internet thì thực tế họ không phải trả tiền cho cuộc gọi mà chỉ phải trả tiền cho dịch vụ truy cập Internet như khi người dùng sử dụng các dịch vụ khác của Internet như tìm kiếm trên trang Web hay sử dụng email, cuộc gọi có thể thực hiện đến bất kì nơi nào trên thế giới mà chỉ cần truy cập Internet. Tuy nhiên, chỉ có thể thực hiện được cuộc gọi từ hai người đều có PC, do vậy người sử dụng vẫn chưa thể thay thế điện thoại truyền thống bằng dịch vụ này. Hơn nữa, hiện nay các chương trình cho phép hai người dùng nói chuyện thông qua PC thường không hỗ trợ nhau, do đó thường yêu cầu hai người sử dụng cùng một chương trình. Có rất nhiều phần mềm phục vụ cho việc gọi điện thoại qua Internet. Tuy vậy không có chương trình phần mềm nào cho phép dùng điện thoại để gọi. Thay vào đó người dùng sẽ nói vào micro được gắn với máy tính và nghe qua loa và card âm thanh. Tuy mỗi phần mềm của các hãng khác nhau có cách thức hoạt động khác nhau, nhưng nhìn chung chúng đều có một cách chung để chúng ta thực hiện cuộc gọi. Để thực hiện cuộc gọi, ta phải biết địa chỉ Internet của người bị gọi. Thông thường được cung cấp dưới dạng các tên gọi hay các biệt danh (nick name), sau khi đã kết nối được với người bị gọi, cuộc gọi được bắt đầu. Một chương trình miễn phí thông dụng cho phép các người sử dụng có thể nói chuyện qua Internet bằng PC là chức năng Voice Chat của phần mềm Yahoo Messenger. Nếu nói chuyện qua Internet mà sử dụng điện thoại bình thường thì cách thức hoạt động sẽ khác đi. Người dùng sẽ thực hiện cuộc gọi như bình thường. Tuy vậy, sau khi người gọi nói, tiếng nói sẽ được số hoá và chuyển thành các gói tin IP. Sau đó chúng được chuyển đi sử dụng cùng một công nghệ TCP/IP giống như là chuyển các gói tin bình thường trên Internet. Ở đầu kia của đường dây, dữ liệu tiếng nói đã được số hoá lại được chuyển đổi thành tín hiệu tương tự và được phát ra loa của người nhận. 38 ™ Gọi điện thoại qua Internet dùng PC. Mặc dù mỗi phần mền có một giao diện riêng, có các chức năng cũng như cách thức gọi khác nhau, nhưng phần này sẽ tập chung giới thiệu một cách tổng quát nhất cách thức của các cuộc gọi qua Internet, xem xét cách các cuộc gọi diễn ra và so sánh vì cách thứ hai là sử dụng điện thoại để gọi qua Internet. 1. Bước đầu tiên là người sử dụng phải kết nối vào Internet nhờ một nhà cung cấp dịch vụ kết nối Internet, sau đó sử dụng một chương trình để gọi điện qua Internet, khi được kết nối với một danh sách các người có thể nhận cuộc gọi, đó là các người cũng đang kết nối vào mạng Internet (online) và sử dụng cùng một phần mềm hội thoại. 2. Người gọi chọn một người đang online bằng việc lựa chọn tên (thường là biệt danh-nick name) của người đó trong danh sách. Khi đó, tên của người được chọn sẽ được phân giải địa chỉ Internet của người đó sử dụng dịch vụ DNS (Domain Name Service). 3. Khi người gọi bắt đầu thực hiện cuộc gọi, DNS phải thực hiện phân giải địa chỉ từ tên của người gọi và người bị gọi ra địa chỉ IP, sau đó cuộc gọi sẽ được thiết lập, máy tính của người gọi sẽ báo cho người nhận biết là có người cần liên lạc. Nếu người bị gọi chấp nhận thực hiện cuộc gọi qua máy tính của mình thì hai người có thể bắt đầu nói chuyện qua micro và nghe qua loa hay headphone. 4. Khi người dùng nói vào microphone, phần mềm sẽ chuyển giọng nói thành các tập tin chứa dữ liệu nhị phân để máy tính có thể đọc được. Nó cũng nén dữ liệu tiếng để tệp nhỏ hơn và có thể truyền qua Internet nhanh hơn vì thực tế các tập tin âm thanh có dung lượng rất lớn. 5. Phần mềm cũng thực hiện giám sát và điều khiển cuộc gọi. Nếu đó là nối với Internet tốc độ cao thì nó sẽ tạo tập tin âm thanh mang chất lượng tốt hơn, nếu đó là nối kết với Internet tốc độ thấp thì tập tin âm thanh sẽ có chất lượng kém hơn vì có thể sẽ phải mất nhiều thời gian để truyền các tập tin qua mạng Internet. 6. Phần mềm sẽ chia các tập tin mang giọng nói thành các gói tin để gửi qua Internet sử dụng giao thức TCP/IP. Quá trình này khá phức tạp và bao gồm nhiều công đoạn. 39 7. Các gói tin được gửi tới người nhận, ở đây phần mềm máy tính của người nhận sẽ thực hiện theo chiều ngược lại, các gói tin sẽ được giãn nén và được phát ra loa của người nhận. Đôi khi các gói tin được gửi tới có trục trặc tức là một vài gói tin có thể bị thất lạc, đến trễ hay trùng lặp, khi đó phần mềm phải quyết định xây dựng lại các gói tin đó căn cứ vào các gói tin trước đó để đảm bảo chất lượng âm thanh có thể được khôi phục một cách chính xác nhất có thể. Khi các gói tin bị mất đến trễ thì phần mềm phải quyết định bỏ các gói tin này đi. ™ Cách gọi điện thoại qua Internet sử dụng điện thoại truyền thống Khi người dùng sử dụng máy điện thoại thông thường để thực hiện cuộc gọi thì cả trong cấu hình mạng và phương thức hoạt động cũng phải khác đi vì có một phần cuộc gọi sẽ đi qua mạng PSTN nên cần có một số thiết bị khác làm cầu nối giữa mạng PSTN và mạng Internet. Cấu hình và chức năng của chúng sẽ được nghiên cứu kỹ ở phần sau. Quá trình thực hiện một cuộc gọi: 1. Khi cuộc gọi được thực hiện, đầu tiên tín hiệu sẽ đi qua mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN-Public Switching Telephone Network) giống như các cuộc điện thoại bình thường. Đến đây chưa có sự khác nhau nào giữa chúng. 2. Tín hiệu sau đó được gửi đến một cổng thoại IP (IP Voice Gateway) đặc biệt cổng này là một máy chủ cùng với phần mềm của máy chủ. Nó có thể được đặt tại chi nhánh của công ty điện thoại hoặc cũng có thể được đặt tại một địa điểm khác. Cổng nối sẽ chuyển đổi tín hiệu tiếng nói thành tín hiệu số rồi nén nó lại. Nếu không nén, tệp tin của cuộc hội thoại có thể rất lớn để có thể truyền kịp thời qua mạng Internet. 3. Cổng nối sẽ chia nhỏ tín hiệu tiếng nói đã được số hoá và nén thành các gói tin IP. Các gói tin này sau đó cũng được đóng gói theo các khuôn dạng nhất định và sau đó được gửi đi qua Internet giống như các gói tin IP khác bằng các giao thức TCP/IP. 4. Các gói tin được chuyển tới cổng thoại gần đầu kia nhất của cuộc hội thoại. Cổng nối tiếng nói IP tại nơi nhận sẽ thu các gói tin, giải nén, chuyển chúng trở lại dạng ban đầu và sau đó gửi chúng qua mạng PSTN để đến người ở đầu kia của cuộc nói chuyện. 40 5. Tín hiệu thoại sẽ truyền qua mạng PSTN giống như các cuộc gọi điện thoại khác. Người nhận cuộc điện đàm sẽ được báo bằng chuông điện thoại như bình thường. Khi người nhận nói qua điện thoại, tín hiệu thoại sẽ được gửi đến cổng thoại IP gần nhất thông qua mạng PSTN. Sau đó tín hiệu thoại sẽ được xử lý như ở đầu kia của cuộc gọi. Như vậy, các cuộc gọi điện qua Internet dùng điện thoại thông thường thì gần như trong suốt với người sử dụng. Phần thay đổi cấu trúc mạng, thiết lập dịch vụ là do nhà cung cấp dịch vụ (chẳng hạn như dịch vụ gọi 171 của Tổng công ty Viễn thông Quân đội Viettel) thực hiện. Thông thường người sử dụng phải quay một mã số đặc biệt nào đó trước cách gọi thông thường (171 hay 178). Mã số đặc biệt này sẽ dẫn đường cuộc gọi đến với dịch vụ của nhà cung cấp. Hơn nữa, chỉ một phần t ín hiệu của cuộc gọi đi qua mạng Internet, phần còn lại từ điện thoại của người sử dụng đến cổng thoại IP gần nhất phải được truyền qua mạng PSTN, do đó giá của cuộc gọi giảm đi đáng kể nhưng không thể rẻ như cách thức gọi bằng PC. Bên cạnh hai cách gọi trên, một số nhà cung cấp dịch vụ còn cho phép người sử dụng gọi đến bất kỳ máy điện thoại nào (cố định, di động ….) ở bất kì đâu trên thế giới thông qua trang Web của Công ty, cách thức hoạt động rất đơn giản, người gọi chỉ cần đăng ký một tài khoản và nhà cung cấp dịch vụ sẽ cung cấp các thẻ nạp tiền (prepaid card) đối với hình thức trả trước hay thanh toán qua thẻ tín dụng với hình thức trả tiền sau. Nếu là trả trước, người gọi nạp tiền cho tài khoản của mình như cách sử dụng cho điện thoại di động trả tiền trước, sau đó tuỳ vào thời gian sử dùng mà tài khoản của người gọi sẽ bị trừ tiền dần. Giá cước cho các cuộc gọi quốc tế tuỳ vào các mã số của nước gọi đến nhưng thường rẻ hơn nhiều so với hình thức điện thoại truyền thống. Hiện nay dịch vụ này hoạt động rất sôi động, có rất nhiều nhà cung cấp với giá thành rất rẻ. Dưới góc độ kỹ thuật thì đây là một thành tựu của sự kết hợp công nghệ thông tin và mạng Viễn thông. 2.1.3. So sánh giữa VOIP và mạng chuyển mạch điện thoại công cộng (PSTN) VOIP có một số khía cạnh khác với mạng chuyển mạch điện thoại (PSTN-Private Switching Telephone Network) cả về thuật ngữ, cấu trúc và các giao thức. Sự khác nhau này ảnh hưởng đến thiết kế của các dịch vụ VOIP. Về 41 cơ bản, VOIP dựa vào mô hình từ đầu cuối đến đầu cuối (end to end) cho sự truyền các mẫu thoại. Các giao thức báo hiệu giữa các hệ thống đầu cuối bao hàm trong cuộc gọi . Các bộ định tuyến xem các gói tin báo hiệu này như những gói tin của các mẫu thoại thông thường cũng như bất kì gói số liệu nào khác. Tuy nhiên, để VOIP có thể lợi dụng các bộ định tuyến báo hiệu hoặc Proxy để hỗ trợ chức năng như xác định vị trí người sử dụng, trong trường hợp này các Proxy chỉ dùng cho định tuyến của các thông điệp báo hiệu khởi động. Các gói tin tiếp theo có thể trao đổi trực tiếp tới các thiết bị. Cơ sở hạ tầng trong PSTN được sử dụng không hiệu quả, khi một cuộc gọi được yêu cầu thì hệ thống phải thực hiện kết nối một đường truyền vật lý thực sự thông qua các kênh trung kế. Kênh này sẽ bị cuộc gọi duy nhất đó chiếm dụng từ khi bắt đầu cuộc gọi cho đến khi kết thúc cuộc gọi. Thực tế cuộc gọi điện thoại là không liên tục, nghĩa là có các khoảng lặng (chiếm khá nhiều thời gian của cuộc gọi) giữa các lời thoại, trong khoảng thời gian đó kênh truyền thực sự bị lãng phí. Sự lãng phí này là khá lớn đối với các cuộc gọi đường dài vì tài nguyên bị chiếm dụng lớn. Trong khi đó, VOIP dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, không có sự thiết lập kênh riêng, đường truyền chỉ thực sự bị chiếm dụng khi có dữ liệu truyền, các khoảng lặng giữa các gói tin có thể sử dụng tuyến truyền thông đó cho việc truyền gói của các cuộc thoại khác. Bản thân Internet là đa dịch vụ và các dịch vụ là độc lập. Nó cung cấp các công cụ truyền tải các gói tin end-to-end cho các dịch vụ đã được triển khai tại các hệ thống đầu cuối qua các giao thức và phần mềm ở tầng cao hơn. Điều này làm cho nó dẫn đầu trong khả năng mềm dẻo và mở rộng. Trong Internet, giao thức RSVP được sử dụng để giữ trước tài nguyên cho một kết nối dựa vào nhu cầu băng thông cần thiết để cuộc truyền diễn ra dọc theo các Router trên tuyến. VOIP độc lập với sự giữ trước tài nguyên này, nó có thể diễn ra trước hay sau khi có dòng số liệu thực tế được truyền. Do đó, VOIP có thể được dùng cho một cuộc gọi mà không cần giữ trước tài nguyên trong mạng khi khả năng của mạng là vừa đủ. Khả năng báo hiệu trong mạng PSTN của các thiết bị đầu cuối là có hạn, các dịch vụ gia tăng trong mạng PSTN là không thể hoặc rất hạn chế như: nhận diện các điểm đầu cuối, nhận diện dịch vụ, nhận diện ai trả tiền cuộc gọi và nhà cung cấp truyền tải. PSTN cũng trói buộc nguồn gốc cuộc gọi với việc thanh toán cước phí. Người khởi động cuộc gọi bắt buộc là người trả tiền cước cho 42 cuộc gọi, ngoại trừ có sự thoả thuận nhân công cho việc này, đó chính là việc đăng ký qua nhân viên khai thác về cuộc gọi người bị gọi trả tiền. Trong khi đó, VOIP dựa trên nền tảng Internet có thể cung cấp các dịch vụ này một cách dễ dàng, thuận tiện và tự động. VOIP cung cấp dịch vụ, chẳng hạn như phân biệt chuông theo nhóm gọi đến, nhận diện người gọi đến, nhận diện đầu cuối một cách phong phú. Hơn nữa, do tính mở, đa dịch vụ của Internet cũng cho phép phát triển trong tương lai các dịch vụ mở rộng của dịch vụ thoại truyền thống sẽ được cung cấp bởi các nhà cung cấp khác nhau. Điều này tạo nên sự thuận tiện cho đầu vào cũng như sự cạnh tranh cao hơn trên thị trường của các dịch vụ Internet như là VOIP. 2.2. CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA VOIP ™ Chất lượng dịch vụ có thể điều chỉnh được. Chất lượng của VOIP phụ thuộc vào nhiều yếu tố, quan trọng nhất là băng thông. Do đó không có sự bắt buộc nào về mặt thông lượng giữa các thiết bị đầu cuối mà chỉ có các chuẩn tuỳ vào băng thông có thể của mình, bản thân các đầu cuối có thể tự điều chỉnh hệ số nén và do đó điều chỉnh được chất lượng cuộc gọi. ™ Sự an toàn. VOIP được xây dựng trên nền tảng Internet vốn không an toàn, do đó sẽ dẫn đến khả năng các thông tin có thể bị đánh cắp khi các gói tin bị thu lượm hoặc định tuyến sai địa chỉ một cách cố ý khi chúng truyền trên mạng. Các giao thức SIP (Session Ineitiation Protocol – giao thức khởi đầu phiên) có thể thành mật mã và xác nhận các thông điệp báo hiệu đầu cuối. RTP (Real Time Protocol) hỗ trợ mã thành mật mã của phương thức truyền thông trên toàn tuyến được mã hoá thành mật mã đảm bảo truyền thông an toàn. ™ Nhận diện người sử dụng. Các dịch vụ điện thoại truyền thống đơn giản và ISSDN (Intergrated Services Digital Network - mạng số dịch vụ tích hợp) đưa ra khả năng nhận diện người sử dụng còn hạn chế. Giao thức trao đổi thời gian thực RTP dùng cho VOIP hỗ trợ dễ dàng để chỉ ra người nói trong cả đa phát đáp (multicast) và cấu hình ghép nối khác, thậm chí có thể cung cấp nhiều thông tin hơn về người gọi. 43 ™ Giao diện người sử dụng. Các hệ thống VOIP có nhiều khả năng giao tiếp người - máy phong phú hơn. Giao diện cung cấp bởi VOIP thân thiện hơn, có thể thay đổi và thêm nhiều tính năng trợ giúp hơn. ™ Liên kết thoại-máy tính. VOIP thực hiện các cuộc gọi từ điện thoại - máy tính hay máy tính - máy tính một cách dễ dàng, hiện nay đã có nhiều sản phẩm hỗ trợ các kết nối này. ™ Đặc trưng có mặt nhiều nơi. VOIP không chịu ảnh hưởng bởi cơ sở hạ tầng mạng cố định, mạng Internet được sử dụng rộng rãi sẽ thúc đẩy sự có mặt của các thiết bị VOIP ở nhiều nơi bằng nhiều phương thức kết nối. ™ Đa phương tiện. VOIP không chỉ đơn thuần là thoại, các dịch vụ khác cũng có thể đi kèm với VOIP như một phần của cuộc gọi, chẳng hạn như hội nghị video, các ứng dụng đa phương tiện. ™ Sử dụng băng thông hiệu quả hơn. VOIP không yêu cầu các kênh truyền thông dành riêng cho nó trong suốt cuộc đàm thoại mà trên thực tế thời gian hội thoại thực sự chỉ chiếm 40% toàn bộ cuộc hội thoại. Do đó các gói tin có thể tận dụng mạng một cách tuyệt đối để đến đích bằng các con đường khác nhau. Sau đó kênh truyền có thể đước sử dụng bởi một cuộc gọi khác cùng lúc đó. ™ Sự tách biệt thoại và điều khiển luồng. Trong điện thoại truyền thống, luồng báo hiệu dược tách dời và truyền tải trên một mạng tách biệt, phải duyệt qua tất cả các chuyển mạch trung gian để thiết lập mạch. Trong khi đó, gửi gói trong Internet không yêu cầu thiết lập cuộc gọi. Điều khiển trong VOIP được thực hiện ngay trên bản thân cuộc gọi. Nghĩa là nó không yêu cầu một hệ thống báo hiệu và điều khiển riêng biệt. ™ Lợi ích cho nhà truyền tải. Trong VOIP, các bộ mã hoá chỉ thực sự hoạt động khi có luồng tín hiệu, do đó các khoảng lặng trong cuộc hội thoại có thể được nén và triệt để đảm bảo thông tin truyền trên mạng là ít nhất, sử dụng triệt để hiệu suất của kênh truyền 44 vật lý. PSTN thường triệt khoảng lặng qua các liên kết toàn cầu, VOIP thực hiện triệt khoảng lặng tại các đầu cuối để thu nhỏ tối đa băng thông cần thiết. Các mạng chuyển mạch gói cũng thích hợp hơn cho việc hợp kênh. Tất nhiên sự nén tín hiệu thoại nhằm đạt được tốc độ bít thấp, kéo theo chất lượng thoại bị giảm đi. Ngày nay đã có các bộ mã hoá tốc độ bít thấp mà lại đảm bảo chất lượng rất tốt nhờ sự phát triển của các bộ vi xử lý tốc độ cực cao. 2.3. HẠN CHẾ CỦA VIỆC SỬ DỤNG ĐIỆN THOẠI VOIP ™ Kỹ thuật phức tạp: Truyền tín hiệu theo thời gian thực trên mạng chuyển mạch gói là rất khó thực hiện do mất gói trong mạng là không thể tránh được và độ trễ không cố định của các gói thông tin khi truyền trên mạng. Để có được một dịch vụ thoại chấp nhận được, cần thiết phải có một kỹ thuật nén tín hiệu đạt được những yêu cầu khắt khe: tỉ số nén lớn (để giảm được tốc độ bit xuống), có khả năng suy đoán và tạo lại thông tin của các gói bị thất lạc... Tốc độ xử lý của các bộ Codec (Coder and Decoder) phải đủ nhanh để không làm cuộc đàm thoại bị gián đoạn. Đồng thời cơ sở hạ tầng của mạng cũng cần được nâng cấp lên các công nghệ mới như Frame Relay, ATM,... để có tốc độ cao hơn hoặc phải có một cơ chế thực hiện chức năng QoS (Quality of Service). Tất cả các điều này làm cho kỹ thuật thực hiện điện thoại IP trở nên phức tạp và không thể thực hiện được trong những năm trước đây ™ Vấn đề bảo mật (security): Mạng Internet là một mạng có tính rộng khắp và hỗn hợp (hetorogenous network). Trong đó có rất nhiều loại máy tính khác nhau, các dịch vụ khác nhau cùng sử dụng chung một cơ sở hạ tầng. Do vậy không có gì đảm bảo rằng thông tin liên quan đến cá nhân cũng như số liên lạc truy nhập sử dụng dịch vụ của người dùng được giữ bí mật. Như vậy, điện thoại IP chứng tỏ nó là một loại hình dịch vụ mới rất có tiềm năng. Trong tương lai, điện thoại IP sẽ cung cấp các dịch vụ hiện có của điện thoại trong mạng PSTN và các dịch vụ mới của riêng nó nhằm đem lại lợi ích cho đông đảo người dùng. Tuy nhiên, điện thoại IP với tư cách là một dịch vụ sẽ không trở nên hấp dẫn hơn PSTN chỉ vì nó chạy trên mạng IP. Khách hàng chỉ chấp nhận loại dịch vụ này nếu như nó đưa ra được một chi phí thấp và những tính năng vượt trội hơn so với dịch vụ điện thoại hiện tại. 45 2.4. ỨNG DỤNG CỦA VOIP ™ Dịch vụ thoại qua Internet: Điện thoại Internet không còn chỉ là công nghệ cho giới sử dụng máy tính mà cho cả người sử dụng điện thoại quay vào gateway. Dịch vụ này được một số nhà khai thác lớn cung cấp và chất lượng thoại không thua kém chất lượng của mạng thoại thông thường, đặc biệt là trên các tuyến quốc tế. Mặc dù vẫn còn một số vấn đề về sự tương thích của các gateway, các vấn đề này sẽ sớm được giải quyết khi tiêu chuẩn H.323 của ITU được sử dụng rộng rãi. Suốt từ khi các máy tính bắt đầu kết nối với nhau, vấn đề các mạng tích hợp luôn là mối quan tâm của mọi người. Mạng máy tính phát triển bên cạnh mạng điện thoại. Các mạng máy tính và mạng điện thoại song song tồn tại ngay trong cùng một cơ cấu, giữa các cơ cấu khác nhau và trong mạng rộng WAN. Công nghệ thoại IP không ngay lập tức đe doạ đến mạng điện thoại toàn cầu mà nó sẽ dần thay thế thoại chuyển mạch kênh truyền thống. Sau đây là một vài ứng dụng tiêu biểu của dịch vụ thoại Internet. ™ Thoại thông minh. Hệ thống điện thoại ngày càng trở nên hữu hiệu: rẻ, phổ biến, dễ sử dụng, cơ động. Tuy nhiên nó chỉ có 12 phím để điều khiển. Trong những năm gần đây, người ta đã cố gắng để tạo ra thoại thông minh, đầu tiên là các thoại để bàn, sau là đến các server. Nhưng mọi cố gắng đều thất bại do tồn tại các hệ thống có sẵn. Internet sẽ thay đổi điều này. Kể từ khi Internet phủ khắp toàn cầu, nó đã được sử dụng để tăng thêm tính thông minh cho mạng điện thoại toàn cầu. Giữa mạng máy tính và mạng điện thoại tồn tại một mối liên hệ. Internet cung cấp cách giám sát và điều khiển các cuộc thoại một cách tiện lợi hơn. Chúng ta có thể thấy được khả năng kiểm soát và điều khiển các cuộc thoại thông qua mạng Internet. ™ Dịch vụ tính cước cho bị gọi. Thoại qua Internet giúp nhà khai thác có khả năng cung cấp dịch vụ tính cước cho bị gọi đến các khách hàng ở nước ngoài cũng giống như khách hàng trong nước. Để thực hiện được điều này, khách hàng chỉ cần PC với hệ điều hành Windows9x, địa chỉ kết nối Internet (tốc độ 28,8Kbps hoặc nhanh hơn), và chương trình phần mềm chuyển đổi, chẳng hạn như Quicknet's Technologies Internet PhoneJACK. 46 Thay vì gọi qua mạng điện thoại truyền thống, khách hàng có thể gọi qua Internet bằng việc sử dụng chương trình phần mềm chẳng hạn như Internet Phone của Vocaltec hoặc Netmeeting của Microsoft. Với các chương trình phần mềm này, khách hàng có thể gọi cũng giống như việc họ gọi qua mạng PSTN. Bằng việc sử dụng chương trình chẳng hạn Internet PhoneJACK. Người gọi có thể định tuyến các cuộc gọi này tới các nhà vận hành, tới các dịch vụ tự động trả lời, tới các ACD. Trong thực tế, hệ thống điện thoại qua Internet và hệ thống điện thoại truyền thống là hoàn toàn như nhau. ™ Dịch vụ Callback Web "WorldWide Web" đã làm cuộc cách mạng trong cách giao dịch với khách hàng của các doanh nghiệp. Với tất cả các tiềm năng của web, điện thoại vẫn là một phương tiện kinh doanh quan trọng trong nhiều nước. Điện thoại web hay "bấm số" (click to dial) cho phép các nhà doanh nghiệp có thể đưa thêm các phím bấm lên trang web để kết nối tới hệ thống điện thoại của họ. Dịch vụ bấm số là cách dễ nhất và an toàn nhất để đưa thêm các kênh trực tiếp từ trang web của bạn vào hệ thống điện thoại. ™ Dịch vụ Fax qua IP Nếu gửi nhiều fax từ PC, đặc biệt là gửi ra nước ngoài thì việc sử dụng dịch vụ Internet faxing sẽ giúp tiết kiệm được tiền và cả kênh thoại. Dịch vụ này sẽ chuyển trực tiếp từ PC qua kết nối Internet. Khi sử dụng dịch vụ thoại và fax qua Internet, có hai vấn đề cơ bản: - Những người sử dụng dịch vụ thoại qua Internet cần có chương trình phần mềm chẳng hạn Quicknet's Internet PhoneJACK. Cấu hình này cung cấp cho người sử dụng khả năng sử dụng thoại qua Internet thay cho sử dụng điện thoại để bàn truyền thống. - Kết nối một gateway thoại qua Internet với hệ thống điện thoại hiện hành. Cấu hình này cung cấp dịch vụ thoại qua Internet giống như việc mở rộng hệ thống điện thoại hiện hành. ™ Dịch vụ Call center Gateway call center với công nghệ thoại qua Internet cho phép các nhà kiểm duyệt trang Web với các PC trang bị multimedia kết nối được với bộ phân phối các cuộc gọi tự động (ACD). Một ưu điểm của thoại IP là khả năng kết hợp cả thoại và dữ liệu trên cùng một kênh. 47 2.5. CÁC THÀNH PHẦN TRONG MẠNG VOIP. 2.5.1. Các thiết bị đầu cuối Các phần tử đầu cuối trong hệ thống VOIP có thể được chia làm hai loại: các phần tử nằm trong phạm vi khuyến nghị H.323 và các phần tử nằm ngoài phạm vi H.323 ™ Các phần tử nằm ngoài phạm vi H.323 ƒ Thiết bị vào/ra video: bao gồm camera, màn hình và các thiết bị điều khiển xử lý nén tín hiệu video và thực hiện phân chia các khung hình. ƒ Thiết bị vào/ra Audio: bao gồm micro, loa, máy điện thoại, các thiết bị trộn ghép kênh Audio và thiết bị khử tiếng vọng. ƒ Các ứng dụng người dùng: Sử dụng giao diện T.120 hoặc các dịch vụ dữ liệu khác trên các kênh riêng dành cho số liệu. ƒ Giao diện mạng LAN: cung cấp giao diện với các mạng LAN khác, các thiết bị này hỗ trợ báo hiệu và mức tín hiệu tuỳ theo các chuẩn quốc gia và quốc tế. ƒ Các giao tiếp điều khiển hệ thống cho người sử dụng: cung cấp giao diện cho người sử dụng điều khiển hệ thống và khai thác dịch vụ được cung cấp. ™ Các phần tử nằm trong khuyến nghị H.323 ƒ Bộ mã hoá và giải mã video: có nhiệm vụ mã hoá video ở nơi nguồn để gửi đi và giải mã tín hiệu video nhận được ở nơi đích để hiển thị trên màn hình. Bộ mã hoá và giải mã video là phần tử tuỳ chọn trong thiết bị tuỳ chọn trong thiết bị đầu cuối H.323. Một thiết bị H.323 khi có chức năng giao tiếp video thì nó sẽ có bộ mã hoá và giải mã video. Thông qua giao thức điều khiển H.245, một thiết bị đầu cuối H.323 có thể cùng lúc truyền đi nhiều hơn một kênh video, nó cũng có thể nhận cùng một lúc nhiều kênh video. Trong trường hợp này, thiết bị đầu cuối phải có chức năng của bộ trộn hoặc bộ chuyển mạch tín hiệu video. ƒ Bộ mã hoá và giải mã Audio: các thiết bị H.323 bắt buộc phải có bộ mã hoá và giải mã audio theo chuẩn G.711, khả năng truyền và 48 nhận tín hiệu mã hoá PCM theo luật A hay luật µ . Các thiết bị đầu cuối cũng có thể có khả năng mã hoá và giải mã tín hiệu audio theo các chuẩn nén G.722, G.728, G.729, MPEG Audio và G.723. Khối mã hoá và giải mã tín hiệu Audio của thiết bị đầu cuối H.323 có khả năng hoạt động một cách không đối xứng trên cùng một kênh tiếng, nghĩa là nó có thể gửi tín hiệu mã hoá theo G.711 và nhận tín hiệu mã hoá theo chuẩn G.728 nếu như nó có khả năng mã hoá và giải mã với cả hai dạng tín hiệu này. Thiết bị đầu cuối H.323 có thể có khả năng truyền cũng như nhận nhiều kênh Audio cùng lúc, được sử dụng khi hội thoại đa điểm. Lúc đó nó phải có khả năng trộn âm thanh, nó sẽ sử dụng khả năng xử lý đồng thời của H.245 để xác định có bao nhiêu luồng tín hiệu âm thanh có thể được giải mã đồng thời. ƒ Bộ đệm nhận tín hiệu: tất cả các gói tin khi nhận được đều được lưu vào bộ nhớ đệm nhận để điều khiển trễ trên đường nhận tín hiệu. Nó thực hiện chức năng cộng thêm trễ vào các gói tin tuỳ theo độ trễ của chúng để đạt được sự đồng bộ hoá và độ bù Jitter của các gói tin đến hay để điều khiển sự đồng bộ của các luồng tín hiệu với nhau. ƒ Khối điều khiển hệ thống: mỗi thiết bị đầu cuối H.323 đều có một khối điều khiển hệ thống. Khối điều khiển hệ thống có 3 chức năng điều khiển tồn tại độc lập với nhau, đó là: ¾ Điều khiển theo H.245 ( điều khiển truyền thông ) ¾ Chức năng báo hiệu RAS. ¾ Chức năng điều khiển H.225.0 (điều khiển cuộc gọi). 2.5.2. Gateway Gateway là cầu nối giữa các mạng H.323 và phần còn lại của thế giới. Sự khác nhau này cả về mặt phương tiện truyền tải, về giao thức hoạt động của các thiết bị hay phương thức mã hoá được sử dụng. Do đó, một Gateway ánh xạ tất cả các giao thức điều khiển cuộc gọi không theo H.225.0. Gateway còn thực hiện nhiệm vụ giám sát cuộc gọi vào/ra, quản lý trạng thái cuộc gọi cũng như việc kết thúc cuộc gọi cũng như việc kết thúc cuộc gọi như thế nào. 49 Hai thiết bị H.323 cùng nằm trong một mạng LAN có thể kết nối trực tiếp với nhau mà không cần đến Gateway. Nhưng khi hai thiết bị H.323 muốn kết nối với nhau thông qua mạng chuyển mạch công cộng PSTN, chúng cần được kết nối thông qua hai Gateway ở hai đầu của các điểm cuối. 2.5.3. Gatekeeper Một Gatekeeper quản lí tất cả hoạt động của cả một vùng gồm các thiết bị đầu cuối, trạm trung chuyển, khối điều khiển đa điểm MCU. Theo ITU-T, Gatekeeper là một thực thể tùy chọn trong môi trường H323. Tuy vậy trên thực tiễn thì nó là một thực thể cần thiết của mạng. Khi có mặt trong mạng thì chức năng của Gatekeeper được chia thành hai nhóm: nhóm chức năng bắt buộc và nhóm chức năng không bắt buộc. Các chức năng bắt buộc của Gatekeeper: - Chức năng biên dịch địa chỉ (Address Translation): cung cấp khả năng chuyển đổi từ một địa chỉ hình thức (dạng tên gọi) của các thiết bị đầu cuối và Gateway sang địa chỉ truyền tải trong mạng (địa chỉ IP). Chuyển đổi này dựa trên bảng đối chiếu địa chỉ được cập nhật thường xuyên bằng bản tin đăng ký dịch vụ của các đầu cuối. - Điều khiển truy nhập: Gatekeeper sẽ chấp nhận một truy nhập mạng LAN bằng cách sử dụng các bản tin H.225.0 là ARQ/ACF/ARJ (AdmissionRequest, Admission Confirm,Admission Reject). Việc điều khiển này dựa trên độ rộng băng tần và đăng ký dịch vụ hoặc các thông số khác do nhà sản xuất quy định. Đây cũng có thể là một thủ tục rỗng có nghĩa là chấp nhận mọi yêu cầu truy nhập của các thiết bị đầu cuối. - Điều khiển độ rộng băng tần: Gatekeeper hỗ trợ việc trao đổi các bản tin H.225.0 là BRQ/BCF/BRJ (Bandwith Request/Bandwith Confirm/Bandwith Reject) để điều khiển độ rộng băng tần của một cuộc gọi. Đây cũng có thể là một thủ tục rỗng có nghĩa là nó chấp nhận mọi yêu cầu vể sự thay đổi độ rộng băng tần. - Điều khiển vùng: ở đây chữ “vùng” đặc trưng cho tập hợp tất cả các phần tử H.323 gồm thiết bị đầu cuối, Gateway, MCU có đăng ký hoạt động với Gatekeeper. Các chức năng khác của Gatekeeper: - Điều khiển báo hiệu cuộc gọi. - Hạn chế truy nhập. 50 - Giám sát độ rộng băng tần. - Giám sát cuộc gọi. Nhờ các dịch vụ của Gatekeeper đã cho phép thực hiện các chức năng như tính cước cho băng thông chiếm dụng, tương thích hoạt động giữa các thiết bị quay số PBX và các thiết bị đầu cuối IP-base, các đặc điểm định tuyến và phân phối gói tự động cho các trung tâm cuộc gọi đa phương tiện. 2.5.4. Khối điều khiển và đa xử lý đa điểm (MCU – Multipoint Control Unit) Một MCU cung cấp khả năng điều khiển và quản lý các cuộc hội thoại đa phương tiện nhiều thành phần tham gia. Nó phối hợp với tất cả các phương tiện của các thành viên tham gia và có thể cung cấp các tính năng như trộn âm thanh, lựa chọn hình ảnh cho các điểm cuối không thể thực hiện điều này một cách cục bộ giống như chuyển đổi mã của các dòng phương thức truyền thông khác nhau để nối giữa các thiết bị đầu cuối không tương thích khác. Hơn nữa, một MCU có thể cung cấp tính năng điều khiển với vai trò của người điều khiển và khả năng phân công hội nghị trong các cuộc hội thoại đa điểm, nó cũng quản lý việc vào/ra của các thành viên tham gia hội thoại. Trong mạng điện thoại, một vài tổng đài riêng (PBX - Private Branch Exchange) đã hỗ trợ các chức năng cầu nối âm thanh tương tự như một MCU. MCU bắt buộc phải có một bộ điều khiển đa điểm MC và có hoặc không có một bộ xử lý đa điểm MP. MC và MP là các thành phần của MCU nhưng có thể chúng không tồn tại trong một thiết bị độc lập mà được phân tán trong các thiết bị khác. Ví dụ một Gateway có thể mang trong nó một MC và một vài MP để thực hiện kết nối đến nhiều thiết bị cuối, một thiết bị cuối có thể mang một hay một vài MC để có thể thực hiện nhiều cuộc gọi cùng lúc. 2.5.5. Các Proxy Một Proxy H.323 là thành phần thứ năm có thể được kể đến. Nó có thể trong suốt với hoạt động của giao thức H.323. Nó không bao phủ rõ ràng trong khuyến nghị của ITU-T, nó thực hiện việc điều khiển làm sao để các cuộc hội nghị để các cuộc hội thoại H.323 có thể đi qua tường lửa (firewall). Một Proxy H.323 đóng vai trò tương tự như các Proxy khác, chúng thực hiện việc kiểm soát luồng dữ liệu và chỉ cho các dòng dữ liệu hợp pháp đi qua firewall. Nó cũng thực hiện việc xem xét để chỉ ra người sử dụng nào có thể khởi tạo và nhận các cuộc gọi H.323, những đích đến nào thích hợp và một người dùng riêng biệt nào được phép dùng video ... 51 CH Ư ƠNG 3 B ÁO HI ỆU V À X Ử L Ý CU ỘC G ỌI TRONG VOIP 3.1. GIỚI THIỆU CHUNG. IP là một công nghệ kết nối theo kiểu không định hướng. Việc truyền thông qua mạng IP không yêu cầu các kênh báo hiệu vật lý riêng biệt, thậm chí có thể không yêu cầu cả tín hiệu thiết lập kết nối. IP được thiết kế để lại bỏ các nút mạng tham gia vào trong cuộc truyền. Chẳng hạn trong dịch vụ thư điện tử email, không cần có một thiết lập nào giữa các điểm đầu cuối trong mạng IP, hay như ứng dụng duyệt Web, có một kết nối được thiết lập từ các điểm đầu và điểm cuối trong mạng, tuy nhiên nó không yêu cầu các router dọc đường truyền phải tham gia vào cuộc nối. Kết nối chỉ tồn tại như là trạng thái báo hiệu tại hai điểm đầu cuối. Các dịch vụ thoại có một số điểm khác biệt so với các dịch vụ thông thường, đó là: • Dòng tín hiệu có sự liên hệ chặt chẽ với nhau. • Chúng yêu cầu một cấp độ chất lượng (QoS) dịch vụ nhất định. • Trong một số trường hợp, người vận hành hệ thống cần tính cước theo số cuộc gọi mà không theo thời gian của cuộc gọi. • Người sử dụng cuối có thể có một địa chỉ Internet động, điều này là do người sử dụng cuối có thể di động, khi di chuyển vào các vùng của các subnet khác, hay do trên thực tế một số nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) sẽ cung cấp cho người sử dụng các địa chỉ khác nhau. Các điểm khác biệt này gây ra nhiều vấn đề cần giải quyết trong việc đồng bộ người sử dụng trong các ứng dụng thoại, trong đó yêu cầu cả hai phía đều phải được nhận dạng khi cuộc truyền diễn ra, nó khác với các dịch vụ khác, chẳng hạn như email, trong đó không yêu cầu người nhận và người gửi phải đồng thời hiện diện khi gửi. Một giao thức báo hiệu VOIP cần phải đảm bảo đầy đủ các chức năng sau: ™ Chuyển đổi địa chỉ: Thông thường người sử dụng chỉ có tên hay địa chỉ email của người định hội thoại, do đó từ các tên đó, giao thức phải có nhiệm vụ chuyển đổi sang thành địa chỉ IP để có thể thiết lập hội thoại tới. Sự chuyển đổi này đôi khi không đơn giản chỉ là tra bảng định danh 52 trong máy chủ vì các thông tin về người sử dụng luôn thay đổi theo ngày, theo giờ. Do đó bảng chuyển đổi này phải luôn được cập nhật thường xuyên. ™ Đặc trưng dàn xếp: Cho phép một nhóm hệ thống đầu cuối có thể thoả thuận trên phương thức truyền thông nào để trao đổi và các tham số của nó có liên quan, chẳng hạn như là các thông số xác định phương thức mã hoá. Điều này là cần thiết vì các bộ mã hoá và kiểu của phương thức truyền thông không cần thiết giống nhau đối với các bên tham gia hội thoại. Hơn nữa, một phần mềm mã hoá/giải mã có thể hỗ trợ nhiều phương thức truyền thông cũng như các phương pháp mã hoá khác nhau. Đặc trưng dàn xếp cũng bao hàm trong việc quản lý các thành viên tham gia hội thoại, một người tham gia hội thoại có thể mời hay ngắt kết nối với một người khác cùng tham gia hội thoại. ™ Đặc trưng thay đổi: Trong cuộc hội thoại, các thành viên tham gia hội thoại có thể yêu cầu các thành viên khác tăng hay giảm các chức năng do tăng hay giảm các thành viên tham gia hội thoại. Do đó các giao thức báo hiệu cũng phải có khả năng thay đổi các cấu hình của các phiên hội thoại đang diễn ra. Chương này sẽ đề cập đến các thủ tục báo hiệu giữa các đầu cuối VOIP trong các trường hợp với sự có mặt và không có mặt của Gatekeeper. Đây là nội dung phần báo hiệu trong khuyến nghị H.245 của ITU. 3.2. ĐỊNH TUYẾN KÊNH ĐIỀU KHIỂN VÀ BÁO HIỆU CUỘC GỌI. Có 3 kênh báo hiệu tồn tại độc lập nhau liên quan đến báo hiệu và xử lý cuộc gọi: kênh điều khiển H.245, kênh báo hiệu cuộc gọi và kênh báo hiệu RAS. Trong mạng không có Gatekeeper, các bản tin báo hiệu cuộc gọi được truyền trực tiếp giữa hai đầu cuối chủ gọi và bị gọi bằng cách truyền báo hiệu địa chỉ trực tiếp. Trong cấu hình mạng này thì thuê bao chủ gọi phải biết được địa chỉ báo hiệu của thuê bao bị gọi trong mạng và vì vậy có thể giao tiếp một cách trực tiếp. Nếu trong mạng có Gatekeeper thì trao đổi báo hiệu giữa thuê bao chủ gọi và Gatekeeper được thiết lập bằng cách sử dụng kênh RAS của Gatekeeper để truyền địa chỉ. Sau khi trao đổi bản tin báo hiệu đã được thiết lập, khi đó 53 Gatekeeper mới được xác định truyền các bản tin trực tiếp giữa hai đầu cuối hay định tuyến chúng qua Gatekeeper. 3.2.1. Định tuyến kênh điều khiển cuộc gọi. Khi các bản tin báo hiệu cuộc gọi được Gatekeeper định tuyến thì sau đó kênh điều khiển H.245 sẽ được định tuyến theo 2 cách: ™ Kênh điều khiển H.245 được thiết lập một cách trực tiếp giữa các thiết bị đầu cuối, khi đó chỉ cho phép kết nối trực tiếp hai thiết bị đầu cuối. ™ Kênh điều khiển H.245 được thiết lập từ thiết bị đầu cuối này tới thiết bị đầu cuối khác thông qua Gatekeeper. Khi đó cho phép Gatekeeper định tuyến lại kênh điều khiển H.245 tới một MC khi thực hiện dịch vụ hội nghị. Các phương thức kết nối được trình bày như hình sau: : Kênh báo hiệu RAS Đầu cuối 1 Đầu cuối 2 4 5 6 7 1 2 3 8 9 : Kênh điều khiển H.245 : Kênh báo hiệu cuộc gọi Gatekeeper 1: ARQ 6: ACF/ARJ 2: ACF/ARJ 7: Connect 3: Setup 8: Connect 4: Setup 9: Kênh H.245 5: ARQ Hình 3.1. Kết nối trực tiếp hai thiết bị đầu cuối 54 Gatekeeper 1: ARQ 6: ACF/ARJ : Kênh báo hiệu cuộc gọi 2: ACF/ARJ 7: Connect : Kênh điều khiển H.245 3: Setup 8: Connect : Kênh báo hiệu RAS 4: Setup 9: Kênh 5: ARQ 10: Kênh Hình 3.2. Gatekeeper định tuyến kênh điều khiển H.245 3.2.2. Định tuyến kênh báo hiệu cuộc gọi Các bản tin báo hiệu cuộc gọi có thể truyền theo một trong hai phương thức và việc chọn các phương thức báo hiệu nào là do Gatekeeper quyết định. ™ Thứ nhất: các bản tin báo hiệu cuộc gọi được truyền từ thuê bao này qua thuê báo kia thông qua Gatekeeper giữa hai thiết bị đầu cuối như hình dưới: Hình 3.3. Bản tin báo hiệu cuộc gọi được định tuyến qua Gatekeeper Đầu cuối 1 Đầu cuối 2 1 2 3 8 9 4 5 6 7 10 Gatekeeper Đầu cuối 1 Đầu cuối 2 55 ™ Thứ hai: các bản tin báo hiệu cuộc gọi được truyền trực tiếp giữa hai thiết bị đầu cuối Gatekeeper 1: ARQ 4: Setup : Kênh báo hiệu cuộc gọi Đầu cuối 1 Đầu cuối 2 3 6 1 2 4 5 2: ACF/ARJ 5: ARQ : Kênh báo hiệu RAS 3: Setup 6: ACF/ARJ Hình 3.4. Bản tin báo hiệu cuộc gọi được truyền trực tiếp giữa 2 đầu cuối Cả hai phương thức này đều cùng sử dụng các kết nối giống nhau với cùng mục đích, dạng bản tin được sử dụng cũng giống nhau, các bản tin thiết lập báo hiệu được trao đổi trên kênh RAS của Gatekeeper, sau đó tới trao đổi bản tin báo hiệu cuộc gọi trên kênh báo hiệu cuộc gọi. Sau cùng mới thiết lập cuộc gọi trên kênh điều khiển H.245. Trong phương thức Gatekeeper định tuyến các bản tin thì nó có thể đóng kênh báo hiệu cuộc gọi khi việc thiết lập cuộc gọi hoàn thành hoặc vẫn duy trì kênh này để hỗ trợ các dịch vụ bổ xung. Chỉ có Gatekeeper mới có thể đóng kênh báo hiệu cuộc gọi, nhưng khi Gatekeeper tham gia vào cuộc gọi thì các kênh này không được phép đóng. 3.3. CÁC THỦ TỤC BÁO HIỆU. Người ta chia một cuộc gọi làm 5 giai đoạn chính, gồm: - Giai đoạn 1: thiết lập cuộc gọi (call setup) - Giai đoạn 2: thiết lập kênh điều khiển (control setup) - Giai đoạn 3: thiết lập kênh hội thoại ảo (vitual conference channel setup) 56 - Giai đoạn 4: dịch vụ ( services ) - Giai đoạn 5: kết thúc cuộc gọi ( caall release ) Các giai đoạn được tiến hành cụ thể như sau: 3.3.1. Thiết lập cuộc gọi ( Giai đoạn 1 ) Một cuộc gọi chỉ liên quan đến Gateway khi cuộc gọi đó có sự chuyển tiếp từ mạng PSTN sang mạng LAN và ngược lại. Vì vậy về cơ bản có thể phân biệt cuộc gọi qua Gateway thành hai loại: - Cuộc gọi từ một thuê bao điện thoại vào mạng LAN. - Cuộc gọi từ một thuê bao trong mạng LAN ra một thuê bao trong mạng thoại. Trong giai đoạn này, các phần tử trao đổi với nhau các bản tin được định nghĩa trong khuyến nghị H.225 theo một trong các thủ tục sau: ™ Cả hai thiết bị đầu cuối đều không ký (Cuộc gọi cơ bản). Khi cả hai thiết bị đầu cuối không đăng ký với Gatekeeper thì chúng sẽ trao đổi trực tiếp các bản tin với nhau. Đầu cuối 1 Setup (1) Call proceeding (2) Alert (3) Connect (4) Đầu cuố