tìm hiểu hệ thống voip trên asterisk

tìm hiểu hệ thống voip trên asterisk

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Tel (84-511) 736 949, Fax (84-511) 842 771

Website: itf.ud.edu.vn, E-mail: cntt@edu.ud.vn

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

MÃ NGÀNH : 05115

ĐỀ TÀI : TÌM HIỂU HỆ THỐNG VoIP TRÊN ASTERISK

SINH VIÊN : Nguyễn Hà Hải Đăng

ĐÀ NẴNG, 1/2013

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến khoa Công Nghệ Thông Tin đã

giới thiệu nơi thực tập và đã nhiệt tình hướng dẫn em trong quá trình thực tập

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến lãnh đạo công ty đã tạo điều kiện, cung cấp cơ sở vật chất để em có thể thực tập tại công ty.

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Đức Quang –

giảng viên của Trường Tân Group đã tạo điều kiện để em thực tập tại công

ty

Em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các anh chị nhân viên trong Trường Tân Group đã nhiệt tình hướng dẫn và chỉ bảo để em có được những kinh nghiệm thực tế của người kỹ sư công nghệ thông tin

Qua quá trình thực tập, em đã thu thập được những kiến thức và kinh nghiệm quý báu Những kinh nghiệm đó sẽ giúp em rất nhiều trong việc thực hiện luận văn tốt nghiệp và công việc sau này của em Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn tất cả mọi người đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn thành chương trình thực tập của mình.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan :

1 Những nội dung trong báo cáo này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn

trực tiếp của thầy Nguyễn Đức Quang.

2 Mọi tham khảo dùng trong báo cáo này đều được trích dẫn rõ ràng tên

tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố.

3 Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá,

tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Sinh viên,

Nguyễn Hà Hải Đăng

GIỚI THIỆU VỀ MẠNG VOIP 5

.I Giới thiệu về VoIP 5

.I.1 VoIP là gì? 5

.I.2 Phương thức hoạt động 6

.II Ưu điểm của VoIP 6

.II.1 Đa dạng tính năng – Hiệu quả kinh tế cao 6

.II.2 Tiết kiệm chi phí đầu tư VoIP 6

.II.3 Dễ bảo trì 6

.II.4 Linh hoạt và cơ động 7

.II.5 Nhiều tính năng hấp dẫn 7

.II.6 Khả năng quản lý toàn diện 7

.II.7 Công tác thời gian thực 7

.II.8 Sử dụng băng thông hợp lý 7

.II.9 Giảm chi phí điện thoại đường dài 8

.III Nhược điểm của VoIP 8

.IV Các chuẩn thoại dùng trong VoIP 8

.V Các tổ chức phát triển VoIP 8

TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC SIP 10

.I Tổng quan về giao thức khởi tạo phiên SIP 10

.II Cấu trúc của SIP 11

.II.1 Các thành phần của SIP 11

.II.2 Hoạt động của các bản tin SIP 12

.II.2.1 Địa chỉ của SIP 12

.II.2.2 Định vị server SIP 12

.II.2.3 Định vị người dùng 13

.II.2.4 Thay đổi một phiên đang tồn tại 13

.II.2.5 Các bản tin của SIP 13

.II.2.6 Tiêu đề bản tin 14

.II.2.7 Bản tin yêu cầu 15

.II.2.8 Bản tin đáp ứng 16

.II.2.9 Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP 19

.II.2.10 Liên vận giữa SIP và SS7 21

.II.2.11 Tính năng của SIP 24

GIỚI THIỆU BA PHẦN MỀM ỨNG DỤNG VOIP 26

.I Asterisk 26

.I.1 Giới thiệu về phần mềm Asterisk 26

.I.2 Tính năng và lợi ích của Asterisk 26

.II OpenSIP 27

.II.1 Khái niệm OpenSIPS 27

.II.2 Tính năng và lợi ích của OpenSIPS 27

.II.2.1 OpenSIPS trong VoIP 27

.II.2.2 Kiến trúc OpenSIPS 28

.II.2.3 Khả năng kết nối đến PSTN 28

Mục lục ii

.II.2.4 Giao tiếp với NAT 28

.II.2.5 Cân bằng tải 28

.II.2.6 Giao diện quản lí và cơ sở dữ liệu 28

.II.2.7 Dịch vụ truyền thông 28

.II.2.8 Khả năng nâng cấp OpenSIPS 28

.II.3 Kết luận 29

.III Kamailio 29

TRIỂN KHAI HỆ THỐNG ASTERISK 31

.I Giới thiệu chung 31

.II Kết nối phần cứng 31

.III Cài đặt phần mềm 32

.III.1 Máy chủ PBX 32

.III.2 Cài đặt phần mềm Asterisk trên máy chủ 33

.III.3 Cài đặt softphone trên các laptop 34

.IV Thực hiện cuộc gọi 36

.V Các ứng dụng cơ bản của Asterisk 39

.V.1 Hệ thống ACD(Automatic Call Distribution) 39

.V.1.1 Giới thiệu 39

.V.1.2 Cấu hình hệ thống ACD đơn giản 40

.V.1.3 Cách hoạt động của ACD 41

.V.2 Ứng dụng tương tác thoại IVR 41

.V.3 Hệ thống Voicemail 42

KẾT LUẬN 44

.I Hạn chế của đề tài 44

.II Hướng phát triển của đề tài 44

Trường Tân Group - TTG là một đơn vị chuyên đào tạo trong lĩnh vực CNTT, từ khi thành lập đến nay, TTG đã không ngừng nỗ lực và nhanh chóng trở thành một trong những Trung tâm đào tạo uy tín hàng đầu về Quản Trị Mạng & Thiết Kế Website tại Đà Nẵng.

Tiền thân là công ty DTSCorp có trụ sở chính tại Tp.HCM, thành lập vào năm 2005, hoạt động trong lĩnh vực tư vấn giải pháp CNTT, thiết kế và thi công các hệ thống mạng, an ninh mạng, các ứng dụng CNTT cho các doanh nghiệp

Tháng 5 năm 2006 hợp tác với công ty TNHH VSIC Informatics - công ty 100% vốn nước ngoài - đầu tư và thành lập chi nhánh công ty TNHH VSIC Informatics tại Đà Nẵng, hoạt động chuyên về lĩnh vực đào tạo CNTT

Tháng 01 năm 2008: Mua lại toàn bộ chi nhánh công ty TNHH VSIC Informatics tại Đà Nẵng, tăng vốn điều lệ và đổi tên thành TTG Training Center

Từ thời điểm có mặt tại Đà Nẵng năm 2006 VSIC Informatics (nay là TTG Training Center) đã từng bước khẳng định và dần trở thành một trong những Trung tâm đào tạo Công nghệ mạng máy tính hàng đầu tại Đà Nẵng nói riêng và các tỉnh miền Trung nói chung

Để giữ vững vị thế hàng đầu trong đào tạo Công nghệ mạng máy tính, TTG Training Center tiếp tục những nỗ lực để duy trì chất lượng đào tạo ưu việt cùng với những dịch vụ hỗ trợ học viên tốt nhất

TTG Training Center hiện là nhà cung cấp hàng đầu về dịch vụ đào tạo trong lĩnh lực công nghệ thông tin và truyền thông tại Việt Nam:

Giảng viên đẳng cấp Quốc tế, nhiệt tình, tận tâm và kinh nghiệm thực tiễn

Thiết bị đầy đủ, hiện đại của chính hãng

Chương trình, giáo trình luôn được cập nhật Version mới nhất

Thực hành ngoài giờ trên thiết bị và không giới hạn thời gian

Tham gia miến phí các Hội thảo chuyên đề hàng tuần để bổ sung thêm kiến thức thực tiễn.Trụ sở TRUONG TAN Group Training Center

Cơ sở 1: 134 Lê Duẩn, Quận Hải Châu, Thành phố Đà Nẵng

Cơ sở 2: 75 Nguyễn Khuyến, Quận Thanh Khê, Thành phố Đà Nẵng

Điện thoại: (0511) 3867768 - Fax: (0511) 3867767 - Email: info@truongtan.edu.vn

Trong những năm gần đây, chúng ta đã nghe nói nhiều về VoIP như là một công nghệ mang tính cách mạng trong việc truyền tín hiệu thoại qua môi trường Internet Cùng với sự bùng nổ Internet, VoIP cũng đã có những bước phát triển dài, ngày càng hoàn thiện về công

Tìm hiểu hệ thống VoIP trên Asterisk

nghệ, chất lượng ổn định, tích hợp được truyền thông đa phương tiện và rất cạnh tranh về giá cước Nhiều hệ thống VoIP đã ra đời và được triển khai rộng khắp Vì vậy việc nghiên cứu và nắm bắt các công nghệ về VoIP đang rất được quan tâm Trong quá trình tìm hiểu về VoIP,

em đã quyết định chọn đề tài “Tìm hiểu hệ thống VoIP trên Asterisk”, nội dung được trình bày trong 5 chương:

Chương I: Tìm hiểu khái quát về công nghệ truyền thoại trên nền internet (VoIP) Qua đó chúng ta có thể tổng quát hình dung về VoIP là gì, cách thức họat động của nó ra sao và ưu nhược điểm của công nghệ này

Chương II: Tìm hiểu một trong những giao thức báo hiệu quan trọng trong VoIP là giao thức báo hiệu SIP Đây là một trong những giao thức của VoIP được sử dụng rộng rãi và SIP cũng chính là giao thức báo hiệu sử dụng trong chương trình ứng dụng Asterisk được trình bày

ở các chương tiếp theo

Chương III: Đề xuất 3 giải pháp VoIP, so sánh các giải pháp và quyết định giải pháp triển khai ở chương IV

Chương IV : Triển khai VoIP trên hệ thống Asterisk, các bước thiết lập phần cứng, cài đặt phần mềm, thực hiện cuộc gọi, bắt và phân tích các gói tin

Chương V: Kết luận, hạn chế, hướng phát triển của đề tài

4

Internet Voice, được biết như thoại qua giao thức (Voice Over IP), là một công nghệ cho phép tạo cuộc gọi dùng kết nối băng thông rộng thay vì dùng đường dây điện thoại tương tự (analog) Nhiều dịch vụ dùng Voice over IP có thể chỉ cho phép bạn gọi người khác dùng cùng loại dịch vụ, tuy nhiên cũng có những dịch vụ cho phép gọi dùng số điện thoại như số nội bộ, đường dài, di động, quốc tế Những dịch vụ chỉ làm việc qua máy tính, hay loại điện thoại qua IP (IP phone) đặc biệt Vài dịch vụ cho phép dùng điện thoại truyền thống qua một

VoIP cho phép thực hiện cuộc gọi dùng máy tính qua mạng dữ liệu như Internet VoIP chuyển đổi tín hiệu thoại từ điện thoại tương tự analog vào tín hiệu số (digital) trước khi truyền qua Internet, sau đó chuyển đổi ngược lại ở đầu nhận Khi tạo một cuộc gọi VoIP dùng điện thoại với một bộ điều hợp, ta sẽ nghe âm mời gọi, quay số sau tiến trình này VoIP cũng cho phép tạo một cuộc gọi trực tiếp từ máy tính dùng loại điện thoại tương ứng hay dùng microphone

VoIP cho phép tạo cuộc gọi đường dài qua mạng dữ liệu IP có sẵn thay vì phải được truyền qua mạng PSTN (Public Switched Telephone Network) Ngày nay nhiều công ty đã thực hiện giải pháp VoIP của họ để giảm chi phí cho những cuộc gọi đường dài giữa nhiều chi nhánh xa nhau

Trước đây, khi dựa vào giao tiếp thoại trên mạng PSTN Trong suốt cuộc gọi giữa hai địa điểm, đường kết nối được dành riêng cho bên thực hiện cuộc gọi Không có thông tin khác có thể truyền qua đường truyền này, cho dù vẫn còn thừa lượng băng thông sẵn dùng Sau đó với

sự xuất hiện của mạng giao tiếp dữ liệu, nhiều công ty đã đầu tư cho mạng giao tiếp dữ liệu để chia sẽ thông tin với nhau, trong khi đó thoại và fax vẫn tiếp tục sử dụng mạng PSTN

Nhưng ngày nay điều này không còn là vấn đề nữa, với sự phát triển nhanh chóng và sử dụng rộng rãi của IP, chúng ta đã tiến rất xa trong khả năng giảm chi phí trong việc hỗ trợ truyền thoại và dữ liệu Giải pháp tích hợp thoại vào mạng dữ liệu, và cùng hoạt động bên cạnh hệ thống PBX hiện tại hay những thiết bị điện thoại khác, để đơn giản cho việc mở rộng khả năng thoại cho những vị trí ở xa Lưu lượng thoại thực chất sẽ được mang tự do (free) bên trên mạng dữ liệu thông qua cơ sở hạ tầng và thiết bị phần cứng có sẵn

Tìm hiểu hệ thống VoIP trên Asterisk

Mặc dù những khái niệm về VoIP là đơn giản, nhưng để thực hiên và ứng dụng VoIP là phức tạp Để gởi voice, thông tin phải được tách biệt thành những gói (packet) giống như dữ liệu Gói là những phần thông tin được chia nhỏ để dễ dàng cho việc gởi gói, cũng có thể dùng

kĩ thuật nén gói để tiết kiệm băng thông, thông qua những tiến trình codec compressor)

(compressor/de-Có rất nhiều loại giao thức dùng thực hiện dịch vụ VoIP, những giao thức báo hiệu VoIP phổ biến SIP và H323 Cả SIP và H323 đều cho phép người dùng thực hiện cùng công việc: thiết lập giao tiếp cho những ứng dụng đa phương tiện (multimedia) như audio, video, những giao tiếp dữ liệu khác Nhưng H323 chủ yếu được thiết kế cho những dịch vụ đa phương tiện, trong khi SIP thì phù hợp cho những dịch vụ VoIP

RTP (Real-time Transport Protocol) định nghĩa định dạng chuẩn của gói tin cho việc phân phối audio và video qua Internet

.I.2 Phương thức hoạt động

Khi nói vào ống nghe hay microphone, giọng nói sẽ tạo ra tín hiệu điện từ, đó là những tín hiệu analog Tín hiệu analog được chuyển sang tín hiệu số dùng thuật toán đặc biệt để chuyển đổi Những thiết bị khác nhau có cách chuyển đổi khác nhau như VoIP phone hay softphone, nếu dùng điện thoại analog thông thường thì cần một Telephony Adapter (TA) Sau đó giọng nói được số hóa sẽ được đóng vào gói tin và gởi trên mạng IP

Trong suốt tiến trình một giao thức như SIP hay H323 sẽ được dùng để điểu khiển (control) cuộc gọi như là thiết lập, quay số, ngắt kết nối… và RTP thì được dùng cho tính năng đảm bảo độ tin cậy và duy trì chất lượng dịch vụ trong quá trình truyền

.II Ưu điểm của VoIP

.II.1 Đa dạng tính năng – Hiệu quả kinh tế cao

Tất cả tính năng, ứng dụng thông tin liên lạc mới hiện đã có mặt trên thế giới viễn thông hội

tụ đều hỗ trợ nền tảng mạng IP Tất cả tính năng này có sẵn mà không đòi hỏi thêm bất kỳ chi phí đầu tư nào bởi vì chúng hoạt động trên nền tảng mạng IP và được "vận chuyển" trên mạng máy tính y như các ứng dụng máy tính thông thường

.II.2 Tiết kiệm chi phí đầu tư VoIP

Hệ thống IP Telephony và VoIP để hỗ trợ tốt hơn cho công việc kinh doanh Nếu doanh nghiệp đã trang bị thiết bị kỹ thuật số (như tổng đài PBX), thì có thể tiết kiệm được đáng kể chi phí đầu tư bằng cách tái sử dụng hầu hết các thiết bị này với hệ thống VoIP mới

.II.3 Dễ bảo trì

Việc cài đặt và quản lý hệ thống IP Telephony và VoIP trở nên dễ dàng hơn Với hệ thống

IP Telephony thì mạng VoIP sẽ tự động tự điều chỉnh để tương thích với vị trí mới của người dùng Nhà quản lý hệ thống có thể từ bất kỳ máy tính nối mạng nào tiến hành kiểm tra, thiết lập mục đích sử dụng, tài khoản và nhiều dữ liệu khác cho người dùng Với hệ thống viễn thông nền IP, công việc quản lý và bảo trì mạng điện thoại trở nên kinh tế và hiệu quả hơn

6

.II.4 Linh hoạt và cơ động

IP Softphone là giải pháp phần mềm gọi điện thoại Internet dành cho các máy tính sử dụng

hệ điều hành Windows Phần mềm này cho phép người dùng dễ dàng truy xuất đến các dịch

vụ viễn thông thời gian thực và những tính năng cải tiến khác với cách thức sử dụng thật đơn giản: chỉ cần nhấn chuột để quay số cuộc gọi Trong một mạng viễn thông nền IP, nhân viên

có thể tự do đi lại bất kỳ đâu trong văn phòng công ty, nối máy tính xách tay vào mạng, bắt đầu làm việc và nhận/thực hiện các cuộc gọi

.II.5 Nhiều tính năng hấp dẫn

VoIP với những ưu điểm như giảm chi phí liên lạc,khả năng tích hợp dễ dàng các hệ thống

dữ liệu, thoại và video, cơ sở dữ liệu có khả năng kiểm soát tập trung, tính năng thoại di động cải tiến giúp tiết kiệm thời gian và chi phí Với giao thức SIP (Session Initiation Protocol) cho phép nhiều ứng dụng, thiết bị phần cứng mới dễ dàng triển khai giải pháp VoIP trên mạng LAN, WAN hoặc Internet Hầu hết các modem và router ADSL hiện nay đều hỗ trợ VoIP và giao thức SIP, các doanh nghiệp vừa và nhỏ có thể nhanh chóng triển khai mô hình điện thoại Internet thông qua đường truyền internet với các dịch vụ VoIP miễn phí như ifone, IPTel, DrayTel, MediaRing

.II.6 Khả năng quản lý toàn diện

Bạn có khả năng kiểm soát chi tiết đến từng bit dữ liệu đang được lưu chuyển trên mạng IP Telephony (LAN) hay mạng VoIP (WAN) Trong các mạng mạng viễn thông nền IP, chất lượng thoại có thể đạt đến 99,99% Nghĩa là trong môi trường mạng hội tụ nền IP, khả năng phát hiện sớm các triệu chứng và thay đổi những cài đặt trước khi có bất kỳ trục trặc nào xảy

ra đã được cải tiến đáng kể

.II.7 Công tác thời gian thực

Người dùng có thể bổ sung giải pháp điện thoại kèm hình ảnh Video Telephony Solution bằng các phần mềm ứng dụng video trên nền IP, qua đó cho phép một máy tính để bàn hay máy tính xách tay giả lập một chiếc điện thoại IP trong văn phòng Chất lượng hình ảnh và âm thanh khi sử dụng trên mạng nội bộ thường tốt hơn khi sử dụng qua kết nối Internet do hiếm khi gặp phải tình trạng trễ tiếng hay khựng hình

.II.8 Sử dụng băng thông hợp lý

Lưu lượng truyền dữ liệu máy tính (không phải là dữ liệu thoại) trên hệ thống mạng điện thoại thường chỉ chiếm khoảng 30% băng thông của toàn hệ thống Ưu điểm của VoIP là dữ liệu được đóng lại thành gói và các gói dữ liệu này được truyền thông qua kết nối T-1 trên một phần nhỏ băng thông của kênh DSO

Tìm hiểu hệ thống VoIP trên Asterisk

.II.9 Giảm chi phí điện thoại đường dài

Với một hệ thống VoIP hoàn chỉnh, doanh nghiệp thậm chí còn có thể triển khai giải pháp chuyển tiếp cuộc gọi thông minh, cho phép "hạn chế" các cuộc gọi đường dài trực tiếp từ một khu vực (tỉnh, thành phố hay quốc gia) sang một khu vực khác (cả 2 khu vực này phải có văn phòng của doanh nghiệp này) bằng cách chuyển dữ liệu thoại thông qua mạng VoIP nội bộ rồi sau đó chuyển tiếp sang hệ thống PSTN

.III Nhược điểm của VoIP

Chất lượng dịch vụ: do các mạng truyền số liệu vốn dĩ không được thiết kế để truyền

thoại thời gian thực cho nên việc trễ truyền hay việc mất mát các gói tin hoàn toàn có thể xảy

ra và sẽ gây ra chất lượng dịch vụ thấp

Bảo mật: do mạng Internet là một mạng hỗn hợp và rộng khắp bao gồm rất nhiều máy tính

cùng sử dụng cho nên việc bảo mật các thông tin cá nhân là rất khó

.IV Các chuẩn thoại dùng trong VoIP

Các chuẩn thoại dùng trong VoIP: SIP, H323, IAX2, MGCP

Chuẩn SIP (Session Initiation Protocol ): chuẩn của IETF, thông dụng nhất hiện nay vì ít tốn thiết bị phần cứng và có thể mở rộng hệ thống dễ dàng Đây là giao thức chi tiết xác định những chỉ thị và những đáp ứng, để thiết lập hay kết thúc cuộc gọi SIP cũng mô tả chi tiết về các tính năng như bảo mật (sercurity), sự ủy nhiệm (proxy), vận chuyển (transport) SIP định nghĩa ra cơ chế báo hiệu cuộc gọi end-to end giữa các thiết bị SIP là giao thức text-base có nhiều tính năng tương tự HTTP, như là cùng mô hình yêu cầu (request) và đáp ứng (response)

Chuẩn H323: Đây là giao thức chuẩn của ITU Giao thức này ban đầu được phát triển cho

hệ thống đa phương tiện(multimedia) phương tiện trong môi trường không hướng kết nối (connectionless), như LAN H323 là chuẩn định nghĩa tất cả tiến trình liên quan đến vấn đề đồng bộ cho thoại, video, và truyền dữ liệu H323 định nghĩa tín hiệu cuộc gọi end-to-end.Chuẩn MGCP (Media Gateway Control Protocol - Giao thức điều khiển cổng truyền thông) nó là một giao thức trong VoIP được đưa ra theo đề xuất của Cisco và Telcordia để định nghĩa sự liên lạc giữa những phần điều khiển cuộc gọi Media Gateway MGCP là giao thức điều khiển, cho phép trung tâm điều khiển theo dõi những sự kiện trong cuộc gọi IP và những Gateway và chỉ đạo chúng để gửi thông tin tới những địa chỉ cụ thể

.V Các tổ chức phát triển VoIP

Nhà cung cấp dịch vụ VoIP lớn : Skype, Yahoo, Google…

Các thiết bị phần cứng VoIP :

Tổng đài IP, VoIP Gateway : Cisco, Avaya, Alcatel, Nortel, Digium

Card giao tiếp PCI : Digium, Openvox, Sangoma…

8

Điện thoại IP : Alcatel, Nortel, Welltech…

Các phần mềm ứng dụng tổng đài VoIP PBX : CCM của Cisco, Asterisk trên Linux, Avaya

Trên hệ điều hành WINDOWS: chủ yếu sử dụng giao thức SIP, phần mềm này có thể dễ dàng cài đặt và sử dụng Tuy nhiên phải mua License tùy theo cấu hình doanh nghiệp cần ứng dụng

3CX : của hãng 3CX www.3cx.com

Brekeke : của hãng phần mềm BREKEKE www.brekeke.com

Axon : của hãng NCH www.nch.com.au/pbx

Trên hệ điều hành LINUX:

CCM ( Cisco Call Manager ) : chạy trên hệ hành Linux, có bản miễn phí cho người dùng Tuy nhiên, bản miễn phí còn nhiều tính năng chưa Update, muốn sử dụng các tính năng Update thì phải mua thêm License

Asterisk : chạy trên hệ điều hành LiNux, hoàn toàn miễn phí cho người dùng Phần này sẽ được trình bày rõ hơn ở phần sau

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC SIP

SIP (Session Initiation Protocol) là giao thức điều khiển báo hiệu thuộc lớp ứng dụng trong

mô hình OSI (hình II.1), được phát triển như là một chuuẩn mở RFC 2543 của IEFT Khác với H.323, nó dựa trên nguồn gốc Web (HTTP) và có thiết kế kiểu module, đơn giản và dễ dàng

mở rộng với các ứng dụng thoại SIP SIP là một giao thức báo hiệu để thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên đa phương tiện như : thoại IP, hội nghị và các ứng dụng tương tự khác liên quan đến việc truyền thông tin đa phương tiện

SIP sử dụng các bản tin mời (INVITE) để thiết lập các phiên và để mang các thông tin mô

tả phiên truyền dẫn SIP hỗ trợ các phiên đơn bá (unicast) và quảng bá (multicast) tương ứng các cuộc gọi điểm tới điểm và cuộc gọi đa điểm Có thể sử dụng năm chức năng của SIP để thiết lập và kết thúc truyền dẫn là : định vị thuê bao, khả năng thuê bao, độ sẵn sàng của thuê bao, thiết lập cuộc gọi và xử lý cuộc gọi

SIP được sử dụng kết hợp với các chuẩn giao thức IETF khác như là SAP, SDP và MGCP (MEGACO) để cung cấp một lĩnh vực rộng hơn cho các dịch vụ VoIP Cấu trúc của SIP tương tự với cấu trúc của HTTP (giao thức client-server) Nó bao gồm các yêu cầu được gởi đến từ người sử dụng SIP client đến SIP server Server xử lý các yêu cầu và đáp ứng đến client Một thông điệp yêu cầu, cùng với các thông điệp đáp ứng tạo nên sự thực thi SIP

Hình I-1: Vị trí của SIP trong mô hình OSI.

Nói chung, SIP hỗ trợ các hoạt động chính sau:

Định vị trí của người dùng

Định media cho phiên làm việc

Định sự sẵn sàng của người dùng để tham gia vào một phiên làm việc

Thiết lập cuộc gọi, chuyển cuộc gọi và kết thúc

.II Cấu trúc của SIP

.II.1 Các thành phần của SIP

Hình II-2: Các thành phần của SIP

Hệ thống SIP gồm 5 thành phần chính :

User Agent (UA) : đóng vai trò của thiết bị đầu cuối trong báo hiệu SIP , có thể là một

máy điện thoại SIP, có thể là máy tính chạy phần mềm đầu cuối SIP UA bao gồm hai loại User Agent Client (UAC) và User Agent Server (UAS) UAC khởi tạo cuộc gọi và UAS trả lời cuộc gọi Điều này cho phép thực hiện cuộc gọi ngang hàng thông qua mô hình client-server

Máy chủ ủy quyền (Proxy server) : là một chương trình trung gian, hoạt động như là một

server và một client cho mục đích tạo các yêu cầu thay mặt cho các client khác Các yêu cầu được phục vụ bên trong hoặc truyền chúng đến các server khác Một proxy có thể dịch và nếu cần thiết có thể tạo lại các bản tin yêu cầu SIP trước khi chuyển chúng đến server khác hoặc một UA Trong trường hợp này trường Via trong bản tin đáp ứng, yêu cầu chỉ ra các proxy trung gian tham gia vào tiến trình xử lý yêu cầu

Máy chủ định vị (Location Server) : là phần mềm định vị thuê bao, cung cấp thông tin về

những vị trí có thể của thuê bao bị gọi cho các phần mềm máy chủ ủy quyền và máy chủ chuyển đổi địa chỉ

Máy chủ chuyển đổi địa chỉ (Redirect Server) : là phần mềm nhận yêu cầu SIP và

chuyển đổi địa chỉ SIP sang một số địa chỉ khác và gửi lại cho đầu cuối Không giống như máy chủ ủy quyền, máy chủ chuyển đổi địa chỉ không bao giờ hoạt động như một đầu cuối, tức là

Tìm hiểu hệ thống VoIP trên Asterisk

không gửi đi bất cứ yêu cầu nào Máy chủ chuyển đổi địa chỉ cũng không nhận hoặc huỷ cuộc gọi

Máy chủ đăng ký (Register Server) : là phần mềm nhận các yêu cầu đăng ký Trong

nhiều trường hợp máy chủ đăng ký đảm nhiệm luôn một số chức năng an ninh như xác nhận người sử dụng Thông thường máy chủ đăng ký được cài đặt cùng với máy chủ ủy quyền và máy chủ hay địa chỉ hoặc cung cấp dịch vụ định vị thuê bao Mỗi lần đầu cuối được bật lên (ví

dụ máy điện thoại hoặc phần mềm SIP) thì đầu cuối lại đăng ký với máy chủ Nếu đầu cuối cần thông báo cho máy chủ về địa điểm của mình thì bản tin REGISTER cũng được gửi đi Nói chung các đầu cuối đều thực hiện việc đăng ký lại một cách định kỳ

.II.2 Hoạt động của các bản tin SIP

SIP là một giao thức dựa trên ký tự văn bản với cú pháp bản in và các trường mào đầu đồng nhất với giao thức truyền siêu văn bản HTTP (Hypper Text Transfer Protocol) Các bản tin của SIP truyền trên cùng một kết nối TCP hoặc bó dữ liệu UDP

.II.2.1 Địa chỉ của SIP

Địa chỉ của SIP còn được gọi là bộ định vị tài nguyên chung URL (Universal Resource Locator), tồn tại dưới dạng user@host Phần user trong phần địa chỉ có thể là tên người sự dụng hoặc số điện thoại Phần host có thể là tên miền hoặc địa chỉ mạng

Ví dụ địa chỉ SIP :

SIP: ptithcm@ptithcm.edu.cn

SIP: 401160020@203.162.17.8

.II.2.2 Định vị server SIP

Khi client muốn gửi một yêu cầu, client gửi yêu cầu đó đến một proxy server SIP đã được cấu hình hoặc gửi đến địa chỉ IP và số cổng tương ứng với URL SIP Gửi yêu cầu trực tiếp đến proxy server thì dễ dàng nếu ứng dụng cuối đã biết proxy server Gửi yêu cầu theo cách thứ hai thì phức tạp hơn Client phải cố gắng tiếp xúc với server ở số cổng được liệt kê trong

bộ định vị tài nguyên đồng nhất URL SIP Nếu số hiệu cổng không có trong URL SIP thì client sử dụng số cổng 5060 Nếu URL SIP chỉ định một giao thức (UDP hoặc TCP) thì client tiếp xúc với server sử dụng giao thức đó Nếu không có giao thức nào được chỉ định hoặc nếu client không hỗ trợ UDP nhưng có hỗ trợ TCP thì nó cố gắng dùng TCP Client cố gắng tìm một hoặc nhiều địa chỉ server SIP bằng cách truy vấn DNS (Domain Name System)

Tiến trình như sau:

Nếu phần host của URL SIP là địa chỉ IP, client tiếp xúc với server ở địa chỉ cho trước Ngược lại nó xử lý bước kế tiếp

Client truy vấn server DNS cho địa chỉ phần host của URL SIP Nếu server DNS không trả về địa chỉ của URL SIP, client sẽ ngưng vì nó không thể định vị được server

12

.II.2.3 Định vị người dùng

Người bị gọi có thể di chuyển giữa nhiều hệ thống đầu cuối theo thời gian

Các vị trí này có thể đăng kí động với server SIP Một server vị trí có thể trả về nhiều vị trí bởi vì người dùng đăng nhập ở nhiều trạm một cách đồng thời hoặc server vị trí có thông tin không chính xác Server SIP kết hợp các kết quả để cung cấp một danh sách các vị trí hoặc không có vị trí nào

Hoạt động nhận danh sách các vị trí thay đổi tùy thuộc vào SIP server Một Redirect server trả về một danh sách hoàn chỉnh các vị trí và cho phép các client định vị người dùng chính xác Một Proxy server cũng cố gắng định địa chỉ cho đến khi cuộc gọi thành công hoặc người bị gọi từ chối cuộc gọi

.II.2.4 Thay đổi một phiên đang tồn tại

Điều này được thưc hiện bằng cách phát lại bản tin INVITE, sử dụng cùng Call-ID nhưng nội dung mới hoặc các trường tiêu đề mang thông tin mới Chẳng hạn, hai đối tác đang trò chuyện và muốn thêm và một người thứ ba Một trong hai mời người thứ ba với địa chỉ multicast mới và đồng thời gửi bản tin INVITE đến đối tác thứ hai với sự mô tả phiên mulicast mới, ngoại trừ số nhận dạng cũ

.II.2.5 Các bản tin của SIP

Có hai loại bản tin SIP:

Bản tin yêu cầu được khởi tạo từ client

Bản tin đáp ứng được trả lại từ server

Mỗi bản tin chứa một tiêu đề mô tả chi tiết về sự truyền thông

SIP có thể sử dụng UDP Khi được gửi trên UDP hoặc TCP, nhiều giao dịch SIP có thể được mang trên một kết nối TCP đơn lẻ hoặc gói dữ liệu UDP Gói dữ liệu UDP (bao gồm tất

cả các tiêu đề) thì không vượt quá đơn vị truyền dẫn lớn nhất MTU (Maximum Transmission Unit) nếu MTU được định nghĩa, hoặc không quá 1500 byte nếu MTU không được định nghĩa

Một bản tin SIP cơ bản bao gồm: dòng bắt đầu (start-line), một hoặc nhiều trường tiêu đề, một dòng trống (CRLF) dùng để kết thúc các trường tiêu đề và một nội dung bản tin tùy chọn

Bản tin chung = Dòng bắt đầu

Tiêu đề bản tin

Tìm hiểu hệ thống VoIP trên Asterisk

CRLF[ nội dung bản tin]

.II.2.6 Tiêu đề bản tin

Tiêu đề bản tin dùng để chỉ ra người gọi, người bị gọi, đường định tuyến và loại bản tin của cuộc gọi Có 4 nhóm tiêu đề bản tin như sau:

− Tiêu đề chung: áp dụng cho các yêu cầu và các đáp ứng

− Tiêu đề thực thể: định nghĩa thông tin về loại bản tin và chiều dài

− Tiêu đề yêu cầu: cho phép client thêm vào các thông tin yêu cầu

− Tiêu đề đáp ứng: cho phép server thêm vào các thông tin đáp ứng

Tiêu đề chung Tiêu đề thực

Via

Bảng II-1: Các tiêu đề bản tin

Giải thích một số tiêu đề chính của SIP:

Tiêu đề Giải thích

Call-ID So khớp các yêu cầu với các đáp ứng tương ứng, nhận dạng duy

nhất lời mời hoặc sự đăng kí của client

Cseq Trong một cuộc gọi, Cseq tăng lên khi một yêu cầu mới được gửi

đi và bắt đầu ở một giá trị ngẫu nhiên Tuy nhiên, đối với yêu cầu ACK và Cancel thì Cseq không tăng

To Có mặt trong tất cả các yêu cầu và đáp ứng để chỉ ra nơi nhận yêu

cầu

From Có mặt trong tất cả yêu cầu và đáp ứng chứa tên và địa chỉ của

nơi khởi tạo yêu cầu

Via Ghi lại đường đi của yêu cầu để cho phép các server SIP trung

gian chuyển các câu trả lời trở lại cùng đường đi

Encryption Chỉ định nội dung và một số tiêu đề bản tin đã được mã hóa như

Chỉ ra loại media của nội dung bản tin (văn bản/html,…)

Expires Nhận dạng ngày và thời gian khi bản tin hết hạn

Accept Chỉ ra loại media nào được chấp nhận trong bản tin đáp ứng Subject Cho thông tin về bản chất của cuộc gọi

Bảng II-2: Giải thích một số tiêu đề chính của SIP

.II.2.7 Bản tin yêu cầu

Các yêu cầu cũng có thể được xem như các phương pháp cho phép User Agent và server mạng định vị, mời và quản lý các cuộc gọi Bản tin yêu cầu SIP có dạng sau:

Tìm hiểu hệ thống VoIP trên Asterisk

Yêu cầu

= Dòng yêu cầu (Request-line)

Tiêu đề chung/tiêu đề yêu cầu/tiêu đề thực thể

CRLF [Nội dung bản tin]

Dòng yêu cầu bắt đầu với mã phương pháp, bộ nhận dạng tài nguyên đồng nhất yêu cầu, phiên bản giao thức SIP và kết thúc với CRLF Các thành phần được phân cách bởi kí tự SP Dòng yêu cầu = Method SP Request-URI SP SIP-Version CRLF

Có 6 loại bản tin yêu cầu SIP: INVITE, ACK, OPTIONS, BYE, CANCEL và REGISTER

Bản tin Ý nghĩa

INVITE Khởi tạo một phiên

ACK Khẳng định rằng client đã nhận được bản tin đáp ứng cho bản tin

INVITEBYE Yêu cầu kết thúc phiên

CANCEL Huỷ yêu cầu đang nằm trong hàng đợi

REGISTE

R Đầu cuối SIP đăng ký với registrar server

OPTIONS Sử dụng để xác định năng lực của server

INFO Sử dụng để tải các thông tin

Bảng II-3: Các bản tin yêu cầu của SIP

Dòng trạng thái = SIP-version SP Status-Code SP Reason-Phrase CRLF

Mã trạng thái có 3 chữ số chỉ ra kết quả của việc đáp ứng yêu cầu Lý do (Reason-Phrase)

là sự mô tả ngắn gọn về mã trạng thái

Chữ số đầu tiên của mã trạng thái định nghĩa lớp đáp ứng SIP phiên bản 2.0 định nghĩa 6 giá trị cho lớp đáp ứng :

Bảng II-4: Các loại bản tin đáp ứng của SIP

Một số mã trạng thái được định nghĩa trong SIP được trình bày trong bảng sau:

301 Được di chuyển thường xuyên

302 Được di chuyển tạm thời

6xx Sự cố toàn mạng

Tìm hiểu hệ thống VoIP trên Asterisk

402 Yêu cầu trả tiền (payment required)

405 Bản tin không cho phép

407 Yêu cầu nhận thực proxy

413 Thực thể yêu cầu quá lớn

415 Không hỗ trợ loại media

481 Cuộc gọi hoặc sự trao đổi

482 Vòng lặp được phát hiện

484 Địa chỉ không hoàn thành

505 Phiên bản SIP không hỗ trợ

604 Không tồn tại ở mọi nơi

Bảng II-5: Một số mã trạng thái được định nghĩa trong SIP

.II.2.9 Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP

Trước tiên ta tìm hiểu hoạt động của máy chủ ủy quyền và máy chủ chuyển đổi :

1 Hoạt động của máy chủ ủy quyền (Proxy Server)

Hình II-3: Hoạt động Proxy Server

Client SIP userA@yahoo.com gửi bản tin INVITE cho userB@hotmail.com để mời tham gia cuộc gọi

Các bước như sau:

− Bước1: userA@yahoo.comgửi bản tin INVITE cho userB ở miền hotmail.com bản tin này đến proxy server SIP của miền hotmail.com (bản tin INVITE có thể đi từ Proxy server SIP của miền yahoo.com và được Proxy này chuyển đến Proxy server của miền hotmail.com)

− Bước 2: Proxy server của miền hotmail.com sẽ tham khảo server định vị (Location server) để quyết định vị trí hiện tại của UserB

Tìm hiểu hệ thống VoIP trên Asterisk

− Bước 3: Server định vị trả lại vị trí hiện tại của UserB (giả sử là

UserB@hotmail.com)

− Bước 4: Proxy server gửi bản tin INVITE tới userB@hotmail.com Proxyserver thêm địa chỉ của nó trong một trường của bản tin INVITE

− Bước 5: UAS của UserB đáp ứng cho server Proxy với bản tin 200 OK

− Bước 6: Proxy server gửi đáp ứng 200 OK trở về userA@yahoo.com

− Bước 7: userA@yahoo.com gửi bản tin ACK cho UserB thông qua proxy server

− Bước 8: Proxy server chuyển bản tin ACK cho userB@hostmail.com

− Bước 9: Sau khi cả hai bên đồng ý tham dự cuộc gọi, một kênh RTP/RTCP được

mở giữa hai điểm cuối để truyền tín hiệu thoại

− Bước 10: Sau khi quá trình truyền dẫn hoàn tất, phiên làm việc bị xóa bằng cách sử dụng bản tin BYE và ACK giữa hai điểm cuối

2 Hoạt động của máy chủ chuyển đổi địa chỉ (Redirect Server):

Hình II-4: Hoạt động của Redirect Server.

Các bước như sau:

− Bước 1: Redirect server nhận được yêu cầu INVITE từ người gọi (Yêu cầu này có thể đi từ một proxy server khác)

− Bước 2: Redirect server truy vấn server định vị địa chỉ của B

− Bước 3: Server định vị trả lại địa chỉ của B cho Redirect server

− Bước 4: Redirect server trả lại địa chỉ của B đến người gọi A Nó không phát yêu cầu INVITE như proxy server

− Bước 5: User Agent bên A gửi lại bản tin ACK đến Redirect server để xác nhận sự trao đổi thành công

20

− Bước 6: Người gọi A gửi yêu cầu INVITE trực tiếp đến địa chỉ được trả lại bởi Redirect server (đến B) Người bị gọi B đáp ứng với chỉ thị thành công (200 OK), và người gọi đáp trả bản tin ACK xác nhận, cuộc gọi được thiết lập.Ngoài ra SIP còn có các mô hình hoạt động liên mạng với SS7 (đến PSTN) hoặc là liên mạng với chồng giao thức H.323.

Tổng quát lại trong mạng SIP quá trình thiết lập và hủy một phiên kết nối:

Hình II-5: Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP.

− Bước 1: Đăng ký, khởi tạo và định vị đầu cuối

− Bước 2: Xác định phương tiện của cuộc gọi, tức là mô tả phiên mà đầu cuối được mời tham gia

− Bước 3: Xác định mong muốn của đầu cuối bị gọi, trả lời hay không Phía bị gọi phải gửi bản tin xác nhận chấp thuận cuộc gọi hay từ chối

− Bước 4: Thiết lập cuộc gọi

− Bước 5: Thay đổi hay điều khiển cuộc gọi (ví dụ như chuyển cuộc gọi)

− Bước 6: Hủy cuộc gọi

.II.2.10 Liên vận giữa SIP và SS7

3 Thiết lập cuộc gọi cơ bản giữa SIP và PSTN

Tìm hiểu hệ thống VoIP trên Asterisk

Hình II-6: Thiết lập cuộc gọi cơ bản giữa SIP và PSTN.

− Bước 1: Khi người dùng SIP muốn bắt đầu một phiên hội thoại với người dùng PSTN, SIP sẽ phát bản tin yêu cầu INVITE Bản tin này tương tự như bản tin SETUP ISDN Gateway bắt đầu xử lý các tài nguyên dành riêng cho cuộc gọi Các tài nguyên này bao gồm cổng RTP/UDP bên phía IP và các khe E1/T1 bên phía PSTN

− Bước 2: Bản tin INVITE được xác nhận bởi Gateway với bản tin SIP chứa mã trạng thái 100 Bản tin này cũng đã xác nhận là Gateway đã đồng ý điều khiển cuộc gọi

− Bước 3: Bản tin INVITE được ánh xạ thành bản tin IAM ISUP và được gửi đến PSTN Và kết nối audio được thực hiện

− Bước 4: PSTN đáp ứng với bản tin ACM ISUP để thông báo rằng bản tin IAM đã được nhận thành công

− Bước 5: Bản tin ACM chứa một trường được gọi là mã trạng thái người bị gọi và được ánh xạ đến đáp ứng SIP tạm thời Đáp ứng tạm thời là 180 cho thuê bao rỗi và

183 cho không chỉ định Đáp ứng tạm thời này được Gateway gửi đến SIP Và

Gateway thực hiện kết nối audio

− Bước 6: Xác nhận đáp ứng tạm thời ACK (PRACK, Provisional Response ACK) được gửi trả lại Gateway từ SIP

− Bước 7: Mã 200 được gửi trả lại SIP Đây là một ACK

− Bước 8: Bản tin xửlý cuộc gọi (CPM, Call Proceeding Message) được gửi trở về từ PSTN với các mã chỉ ra trạng thái của cuộc gọi

− Bước 9: Thông tin trong bản tin CPM được đặt trong thân của đáp ứng SIP 18x và được Gateway gửi đến SIP Mã sự kiện ISUP được ánh xạ thành mã trạng thái SIP như sau:

22