Hình 8.1.1-1: Lợi ích của mạng hội tụ Những lợi ích của packet telephony so với chuyển mạch điện thoại như sau: Hiệu quả hơn việc sử dụng băng thông và thiết bị: các mạng điện thoại tru
Trang 1Chương 8 - Kế Hoạch thực thi Voice trong mạng
Campus
Khi chuyển đến mạng VoIP, tất cả các yêu cầu mạng lưới, bao gồm cả lập
kế hoạch năng lượng và năng lực, phải được kiểm tra Ngoài ra, kỹ thuật tránh ùn tắc cần được thực hiện Module này nêu bật những vấn đề cơ bản và xác định những bước đầu tiên để đảm bảo thực hiện chức năng VoIP
8.1 Kế hoạch thực thi Vioce trong mạng Campus
8.1.1 Ưu điểm của mạng hội tụ
Hình 8.1.1-1: Lợi ích của mạng hội tụ
Những lợi ích của packet telephony so với chuyển mạch điện thoại như sau:
Hiệu quả hơn việc sử dụng băng thông và thiết bị: các mạng điện thoại truyền thống sử dụng một kênh 64 kbps cho mỗi cuộc gọi thoại Packet telephony chia sẻ băng thông giữa các kết nối logic
Chi phí truyền thấp cho mạng điện thoại: Một số lượng đáng kể các thiết bị cần thiết dùng để kết hợp các kênh 64-kbps vào các liên kết tốc độ cao để vận chuyển trên mạng Packet telephony trộn lẫn giữa voice traffic với data traffic để gửi đi trên cùng 1 đường truyền Việc hợp nhất này làm tiết kiệm đáng kể việc sử dụng thiết bị và chi phí vận hành
Hợp nhất chi phí của mạng voice và data: một mạng dữ liệu mà chức năng được chia nhỏ ra thành các mạng riêng biệt, trong đó có cả voice Các mạng thoại cơ bản được chuyển đổi sang sử dụng các kiến trúc chuyển
Trang 2mạch gói để tạo ra một mạng lưới truyền thông tích hợp duy nhất với một chuyển mạch thông thường và hệ thống truyền tải Lợi ích là tiết kiệm đáng
kể chi phí về trang thiết bị mạng và các hoạt động
Tăng doanh thu từ các dịch vụ mới: Packet telephony cho phép tích hợp các dịch vụ mới, chẳng hạn như chất lượng âm thanh phát sóng, nhắn tin thống nhất, thoại và truyền dữ liệu thời gian thưc Những dịch vụ này làm tăng năng suất của nhân viên và lợi nhuận cao hơn nhiều so với những dịch vụ thoại cơ bản Ngoài ra, các dịch vụ này cho phép các công ty và các nhà cung cấp dịch vụ để làm nổi bật bản thân và cải thiện vị trí trên thị trường của họ
Sự đổi mới to lớn trong các dịch vụ: Truyền thông hợp nhất sử dụng cơ sở
hạ tầng IP để củng cố các phương pháp truyền thông độc lập trước đây; ví
dụ như: fax, voice mail, e-mail, điện thoại hữu tuyến, điện thoại di động, và trên Web Cơ sở hạ tầng IP cung cấp cho người dùng một phương pháp phổ biến để tạo tin nhắn và bắt đầu những cuộc đối thoại thời gian thực—độc lập về thời gian, địa điểm và thiết bị
Tiếp cận với các thiết bị truyền thông mới: Ví dụ các thiết bị như là máy vi tính, thiết bị không dây, đồ dùng gia đình, đồ dùng kỹ thuật số cá nhân, và các hộp cáp set-top Truy cập vào các thiết bị thông minh như vậy cho phép các công ty và các nhà cung cấp dịch vụ để tăng số lượng của truyền thông mà họ cung cấp, dải tần của dịch vụ mà họ cung cấp, và số lượng thuê bao mà họ phục vụ Công nghê gói, do đó, cho phép các công ty đưa
ra thị trường các thiết bị mới, bao gồm videophones, thiết bị đầu cuối đa phương tiện, và điện thoại IP tiên tiến
Linh hoạt cấu trúc giá mới: Các công ty và các nhà cung cấp dịch vụ với các mạng chuyển mạch gói có thể chuyển đổi dịch vụ của họ và các mô hình định giá Bởi vì băng thông mạng có thể được tự động phân bổ, sử dụng mạng không còn cần phải được đo trong vài phút hoặc khoảng cách Khả năng tự động phân bổ làm cho các nhà cung cấp dịch vụ một cách linh hoạt để đáp ứng nhu cầu của khách hang, theo những cách mang lại cho
họ những lợi ích lớn nhất
Trang 38.1.2 Các thành phần của mạng VoIP
Hình 8.1.2-1: Các thành phần trong mạng VoIP
Các thành phần cơ bản của một mạng VoIP là:
Điện thoại IP: Cung cấp thoại IP đến máy tính để bàn
Gatekeeper: Cung cấp các kết nối kiểm soát truy cập (CAC), điểu khiển và
quản lý băng thông, chuyển đổi địa chỉ
Gateway: Cung cấp chuyển đổi giữa các mạng VoIP và các mạng không
phải VoIP, như mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN) Nó cũng cung cấp khả năng truy cập vật lý cho tín hiệu tương tự của địa phương và các thiết bị kỹ thuật số bằng giọng nói, chẳng hạn như điện thoại, máy fax, key set, và PBX
Kiểm soát các đơn vị Multipoint (MCU): Cung cấp các kết nối thời gian
thực cho những người tham gia tại nhiều địa điểm để tham dự cùng một cuộc hội thảo truyền hình hoặc cùng một cuộc họp
Đại lý cuộc gọi: Cung cấp điều khiển cuộc gọi cho điện thoại IP, CAC,
điều khiển và quản lý băng thông, chuyển đổi địa chỉ
Trang 4Các ứng dụng máy chủ: Cung cấp các dịch vụ như voice mail, nhắn tin
thống nhất, và Cisco CallManager Attendant Console
Trạm videoconference: Cung cấp điểm truy cập cho người dùng cuối
tham gia hội nghị truyền hình Các trạm cầu truyền hình có chứa một thiết
bị bắt hình cho video đầu vào và một microphone cho âm thanh đầu vào Người sử dụng có thể xem video và nghe âm thanh đó xuất phát tại một trạm người dùng từ xa
Các thành phần khác, chẳn hạn như các ứng dụng phần mềm bằng giọng nói, hệ thống phản ứng tương tác âm thanh (IVR), và soft phone, cung cấp các dịch vụ bổ sung để đáp ứng nhu cầu của các trang web doanh nghiệp
8.1.3 Đặc tính chính của dữ iệu Voice và Data
Hình 8.1.3-1: So sánh giữa Voice traffic và Data traffic
Voice traffic có yêu cầu rất nghiêm ngặt về chất lượng của dịch vụ (QoS) Voice traffic thường tạo ra một nhu cầu về băng thông và sẽ có tác động tối thiểu tới các traffic khác nếu voice traffic được quản lý tốt
Mặc dù các gói tin voice thông thường có kích thước khá nhỏ (60-120 byte), và không thể bị trễ gói hay mất gói Kết quả của sự chậm trễ và mất gói thường không thể chấp nhận được do ảnh hưởng tới chất lượng cuộc gọi Bởi vì mất gói không thể được chấp nhận, nên User Datagram Protocol (UDP) được dùng để đóng gói gói tin voice Khả năng truyền lại của TCP không có giá trị
Trang 5Đối với chất lượng của cuộc gọi voice, sự chậm trễ không vượt quá 150
ms (theo yêu cầu một chiều) và ít hơn 1% mất gói
Một cuộc gọi thoại thông thường đòi hỏi cần ưu tiên bảo đảm 17-106 kbps băng thông, cộng với 150 bps bổ sung cho mỗi cuộc gọi dùng để điều khiển voice traffic Nhân giá trị băng thông cần thiết cho một cuộc gọi với tổng số lượng cuộc gọi tối đa tại thời điểm có nhiều cuộc gọi nhất, ta được băng thông tổng thể cần thiết cho voice traffic
Các yêu cầu QoS cho data traffic khác nhau rất nhiều
Các ứng dụng khác nhau (ví dụ, một ứng dụng nguồn nhân lực so với một ứng dụng máy rút tiền tự động [ATM]) có thể tạo ra những nhu cầu rất khác nhau trên mạng Ngay cả phiên bản khác nhau của cùng một ứng dụng cũng có thể đã thay đổi đặc tính lưu lượng mạng
Data traffic có thể chứng minh một trong hai đặc điểm smooth hoặc bursty,
và nó khác với voice và video về độ trễ và mức độ mất gói Hầu như tất cả các ứng dụng dữ liệu có thể chịu đựng được một mức độ trì hoãn và mất gói Bởi vì data traffic có thể chịu đựng mất gói, lúc này khả năng truyền lại của TCP trở nên quan trọng, kết quả là nhiều ứng dụng dữ liệu sử dụng TCP
Điều quan trọng là có thể xác định các loại hình traffic khác nhau di chuyển qua mạng Với TCP / IP, hầu hết các ứng dụng có thể được xác định bởi việc sử dụng port của TCP hoặc UDP
Tuy nhiên, một số ứng dụng sử dụng dynamic port làm cho việc phân loại trở nên khó khăn hơn Cisco IOS hỗ trợ phần mềm nhận dạng ứng dụng (NBAR),
có thể được sử dụng để nhận ra các ứng dụng dùng dynamic port
8.1.4 VoIP Cal Flow
Các cuộc gọi VoIP có thể cạnh tranh băng thông với dữ liệu khách hàng bình thường Nếu cả hai máy tính khách hàng và điện thoại VoIP là trên cùng một VLAN, mỗi máy sẽ cố gắng sử dụng băng thông sẵn có mà không cần xem xét các thiết bị khác Để tránh vấn đề này, sử dụng 2 VLAN để cho phép tách VoIP và
dữ liệu khách hàng Sau khi dữ liệu được tách ra, QoS có thể được áp dụng cho VoIP để có sự ưu tiên khi nó đi qua mạng
Thành phần chính của thiết kế một mạng điện thoại IP thành công là cung cấp đủ băng thông cho sự hoạt động của các thiết bị Chúng ta có thể tính toán băng thông cần thiết bằng cách cộng tất cả các yêu cầu băng thông cho từng ứng
Trang 6dụng chính, bao gồm thoại, video, và dữ liệu Tổng số này đại diện cho yêu cầu băng thông tối thiểu cho bất kỳ liên kết nào, và nó không nên vượt quá khoảng 75
% của tổng số băng thông có sẵn cho liên kết
Từ góc nhìn traffic, một cuộc gọi điện thoại IP bao gồm hai loại hình traffic (như minh họa trong hình bằng cách sử dụng một CallManager Cisco):
Hình 8.1.4-1: Một cuộc gọi sử dụng CallManager Cisco
Dòng vận chuyển Voice: gói tin Real-Time Transport Protocol (RTP) có chứa các mẫu giọng nói thực tế
Tín hiệu điều khiển cuộc gọi: Các gói tin thuộc một trong nhiều giao chúng được sử dụng để thiết lập, duy trì, hủy bỏ, hoặc chuyển hướng cuộc gọi, phụ thuộc vào thiết bị đầu cuối cuộc gọi Ví dụ như H 323 hoặc Media Gateway Control Protocol (MGCP)
thức-Một gói VoIP bao gồm các voice payload, header RTP, UDP header, header IP, và đóng gói ở lớp 2 Các IP header là 20 byte, UDP header là 8 byte,
và RTP header là 12 byte Kích thước overhead của lớp 2 sẽ thay đổi tùy thuộc vào môi trường được sử dụng ; Ethernet đòi hỏi 18 byte overhead Kích thước voice payload và thời gian packetization là phụ thuộc vào thiết bị
Trang 7Coder-Decoder (codec) chuyển đổi giọng nói analog sang định dạng tín hiệu số Công nghệ này đã được sử dụng trong nhiều năm để chuyển đổi một tín hiệu điện thoại thành một tín hiệu số 64 000 bps (DS0) để sử dụng trên các hệ thống dựa trên TDM Ngày nay, một số điện thoại IP sử dụng một codec G 711 cho số hóa giọng nói bình thường G 711 là loại chỉ được hỗ trợ cho các kết nối ứng dụng Cisco Conference Connection and Personal Assistant G 729 là một codec hỗ trợ khác cung cấp khả năng nén lưu lượng thoại xuống 8 kbps Thiết bị VoIP của Cisco hỗ trợ cả G 711 và G 729, cùng với một số tiêu chuẩn công nghiệp phổ biến khác
8.1.5 Auxi iary VLANs
Hình 8.1.5-1: Các Auxiliary VLAN được che phủ trong mạng dữ liệu
Một số switch Cisco Catalyst cung cấp một tính năng độc đáo gọi là " auxiliary VLAN" hoặc "voice VLAN" Auxiliary VLAN cho phép ta che phủ một voice topology vào một mạng dữ liệu Ta có thể phân khúc điện thoại vào mạng logical riêng biệt, mặc dù cơ sở hạ tầng vật lý của dữ liệu và voice giống nhau
Auxiliary VLAN đặt điện thoại vào VLAN riêng của nó mà không cần bất kỳ
sự can thiệp của người dùng cuối Hơn nữa, những kết nối VLAN có thể được duy trì liền mạch, ngay cả khi điện thoại đã được chuyển đến một vị trí mới Người sử dụng đơn giản chỉ cần cắm điện thoại vào switch, và switch cung cấp cho điện thoại với các thông tin VLAN cần thiết Bằng cách đặt điện thoại vào
Trang 8VLAN riêng của nó, nhà quản trị mạng có thể đạt dễ dàng phân đoạn mạng và dễ kiểm soát hơn Hơn nữa, các quản trị mạng có thể duy trì IP topology hiện tại của
họ cho các trạm cuối dữ liệu Điện thoại IP có thể dễ dàng gắn vào một IP subnet khác bằng cách sử dụng DHCP
Với các điện thoại trong mạng IP subnet và VLAN, quản trị mạng có thể dễ dàng xác định và khắc phục sự cố các vấn đề mạng Ngoài ra, các quản trị mạng
có thể tạo ra và thực thi các chính sách QoS hoặc an ninh Auxiliary VLAN cho phép nhà quản trị mạng Cisco đạt được tất cả những ưu điểm hội tụ của cơ sở hạ tầng vật lý trong khi duy trì topo logic riêng cho thiết bị đầu cuối voice và data Điều này tạo ra cách hiệu quả nhất để quản lý một mạng lưới đa dịch vụ
Hầu như bất kỳ mạng có thể tận dụng QoS để đạt được hiệu quả tối ưu, cho dù đó là một mạng công ty nhỏ, một nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP), hoặc mạng doanh nghiệp QoS sử dụng các tính năng và chức năng để đáp ứng các yêu cầu kết nối mạng của các ứng dụng nhạy cảm với những mất mát, độ trễ QoS được gán cho các dòng ứng dụng quan trọng với các băng thông có sẵn
Hình 8.1.6-1: Hoạt động của các thành phần trong VoIP
Cisco IOS sử dụng phần mềm QoS cung cấp những lợi ích:
Trang 9Ưu tiên tiếp cận với các nguồn tài nguyên: nhà quản trị có thể kiểm soát được lưu lượng được phép truy cập tài nguyên mạng cụ thể, chẳng hạn như băng thông, thiết bị, và các liên kết WAN Traffic critical có thể kiểm soát một phần tài nguyên bởi vì việc thực hiện QoS làm giảm độ ưu tiên của frame
Quản lý hiệu quả các tài nguyên mạng: Nếu mạng lưới quản lý và các công
cụ kiểm toán cho biết cụ thể traffic đang trải qua độ trễ, jitter, hay bị mất gói, ta có thể sử dụng các công cụ QoS để điều chỉnh, xử lý traffic như thế nào
Đáp ứng nhu cầu dịch vụ: các ISP có thể cung cấp dịch vụ đáp ứng nhu cầu cho khách hàng của họ Ví dụ, một ISP có thể cung cấp một thỏa thuận cấp độ dịch vụ (SLA) vào một trang web khách hàng tiếp nhận 3 000 đến
4 000 lượt truy cập mỗi ngày và một cho một trang web mà chỉ nhận được 200-300 lượt truy cập mỗi ngày
Tồn tại của các ứng dụng critical: ứng dụng kinh doanh critical nhận được ưu tiên truy cập tài nguyên mạng trong khi vẫn cung cấp đầy đủ các tiến trình cho các ứng dụng mà không chấp nhận độ trễ Đa phương tiện và các ứng dụng voice chấp nhận độ trễ thấp và yêu cầu ưu tiên truy cập nguồn tài nguyên Các delay-tolerant traffic đi qua cùng một liên kết, chẳng hạn như Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) qua TCP, vẫn có thể được phục vụ một cách đầy đủ
mission-8.1.7 Tầm quan trọng của tính sẳn sàng của VoIP
Hình 8.1.7-1: Tính đáp ứng cao của VoIP
Các mạng điện thoại truyền thống cố gắng để cung cấp 99,999 phần trăm thời gian hoạt động cho người dùng Điều này tương ứng với 5,25 phút / năm thời gian không hoạt động Nhiều mạng dữ liệu không thể thực hiện được điều tương
tự Để cung cấp cho người sử dụng điện thoại giống nhau, hoặc gần giống nhau,
Trang 10mức độ dịch vụ khi họ trải nghiệm với điện thoại truyền thống, độ tin cậy và tính sẵn sàng của mạng dữ liệu phải đạt được mức độ quan trọng hơn
Độ tin cậy là một thước đo về độ phục hồi có thể được của một mạng Nỗ lực để đảm bảo độ tin cậy bao gồm lựa chọn phần cứng và phần mềm với thời gian trung bình thấp giữa thất bại, hoặc cài đặt các phần cứng và liên kết dự phòng Tính sẵn sàng là một thước đo làm thế nào để có thể truy cập mạng được cho người sử dụng Ví dụ khi người dùng muốn thực hiện cuộc gọi, lúc này người dùng có khả năng truy cập mạng Nỗ lực để đảm bảo tính sẵn sàng bao gồm các cài đặt quản lý mạng chủ động để dự đoán các lỗi trước khi chúng xảy ra, và tiến hành các bước để sửa các lỗi trong thiết kế của mạng ngay khi nó xảy ra
Khi mạng dữ liệu bị sự cố, nó có thể không hồi phục trong vòng 1 phút hoặc thậm chí cả giờ Sự chậm trễ này là không thể chấp nhận cho người sử dụng điện thoại Người sử dụng với thiết bị mạng, chẳng hạn như router kích hoạt
hỗ trợ voice, gateway, hoặc thiết bị chuyển mạch cho điện thoại IP, thấy rằng kết nối của họ là chấm dứt Quản trị viên phải cung cấp một nguồn cấp điện liên tục (UPS) cho những thiết bị này bên cạnh việc cung cấp của mạng lưới sẵn có Trước đây, người dùng nhận được nguồn của mình trực tiếp từ văn phòng trung tâm của hãng điện thoại hoặc thông qua một UPS đã được kết nối với một keyswitch hoặc PBX trong trường hợp bị cúp điện Ngày nay, các thiết bị mạng phải tiếp tục hoạt động, cung cấp dịch vụ cho các thiết bị đầu cuối, và có thể (như với nguồn qua Ethernet [PoE]) cấp điện cho các thiết bị đầu cuối
Lưu ý : Cisco có tùy chọn sử dụng điện DC với nhiều thiết bị định tuyến
của nó, cho phép nguồn điện được phân phối từ một " battery bank" liên tục được nạp Khi cúp điện xảy ra, các pin DC cung cấp điện cho thiết bị Battery bank rất phổ biến trong ngành công nghiệp điện thoại
Độ tin cậy mạng xuất phát từ sự kết hợp các đường dự phòng vào thiết kế mạng Trong mạng điện thoại truyền thống, switch có nhiều kết nối dự phòng tới các switch khác Nếu một trong hai liên kết hoặc 1 switch không hoạt động, các công ty điện thoại có thể dễ dàng tái lập các cuộc gọi Đây là lý do tại sao công ty điện thoại yêu cầu mức độ sẵn sàng cao
Tính sẵn sàng cao bao gồm nhiều mảng khác nhau Trong một mạng đầy
đủ dự phòng, các thành phần sau đây cần phải được nhân đôi:
Máy chủ và quản lý cuộc gọi
Thiết bị ở tầng Access, chẳng hạn như thiết bị LAN switch
