các giao thức báo hiệu trong voip - chuyên đề mạng viễn thông

số thứ tự, điều này có tác dụng, chống lặp, sửa sai và có thể truyền lại khi hiêntượng mất gói xảy ra.Các ưu điểm của chuyển mạch gói:  Mềm dẻo và hiệu suất truyền tin cao: Hiệu suất sử

và phi tuyến Để đảm bảo việc truyền tín hiệu được thông suốt phải cần cónhững công nghệ và các giao thức báo hiệu.

Việc nghiên cứu hệ thống các giao thức báo hiệu trong VoIP được đề ratrên nhiều khía cạnh Trong phần trình bày của chuyên đề chúng em tập trungvào các vấn đề cơ bản nhất của hệ thống giao thức báo hiệu trong VoIP

Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng chắc chắn trong phạm vi chuyên đề nàychưa thể hoàn chỉnh các vấn đề nêu ra Chúng em rất mong sự đóng góp ý kiếncủa các thầy cô giáo và các bạn Chúng Em xin chân thành cảm ơn !

Chuyên đề của chúng em gồm 3 chương:

Chương I: Tổng quan về mạng VoIP

Chương II: Kiến trúc hệ thống VoIP.

Chương III: Các giao thức báo hiệu VoIP.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VoIP

1.1 Tổng quan về mạng VoIP

Đầu năm 1995 công ty VOCALTEC đưa ra thị trường sản phẩm phầnmềm thực hiện cuộc thoại qua Internet đầu tiên trên thế giới Sau đó có nhiềucông ty đã tham gia vào lĩnh vực này Tháng 3 năm 1996, VOLCALTEC kếthợp với DIALOGIC tung ra thị trường sản phẩm kết nối mạng PSTN vàInternet Hiệp hội các nhà sản xuất thoại qua mạng máy tính đã sớm ra đời vàthực hiện chuẩn hoá dịch vụ thoại qua mạng Internet Việc truyền thoại quainternet đã gây được chú ý lớn trong những năm qua và đã dần được ứng dụngrộng rãi trong thực tế

Có thể định nghĩa: Voice over Internet Protocol (VoIP) là một công nghệcho phép truyền thoại sử dụng giao thức mạng IP, trên cơ sở hạ tầng sẵn có củamạng Internet VoIP là một trong những công nghệ viễn thông đang được quantâm nhất hiện nay không chỉ đối với các nhà khai thác, các nhà sản xuất mà còn

cả với người sử dụng dịch vụ VoIP có thể vừa thực hiện cuộc gọi thoại nhưtrên mạng điện thoại kênh truyền thống (PSTN) đồng thời truyền dữ liệu trên

cơ sở mạng truyền dữ liệu Như vậy, nó đã tận dụng được sức mạnh và sự pháttriển vượt bậc của mạng IP vốn chỉ được sử dụng để truyền dữ liệu thôngthường

Để có thể hiểu được những ưu điểm của VoIP mang lại, trước hết chúng

ta đi vào nghiên cứu sự khác biệt giữa mạng kênh PSTN hiện có với mạng chuyển mạch gói nói chung và mạng VoIP nói riêng

Kỹ thuật chuyển mạch kênh (Circuit Switching): Một đặc trưng nổi

bật của kĩ thuật này là hai trạm muốn trao đổi thông tin với nhau thì giữa chúng

sẽ được thiết lập một “ kênh” (circuit) cố định, kênh kết nối này được duy trì vàdành riêng cho hai trạm cho tới khi cuộc truyền tin kết thúc Thông tin cuộc gọi

là trong suốt Quá trình thiết lập cuộc gọi tiến hành gồm 3 giai đoạn:

 Giai đoạn thiết lập kêt nối: Thực chất quá trình này là liên kết các tuyến

giữa các trạm trên mạng thành một tuyến (kênh) duy nhất dành riêng cho cuộc gọi Kênh này đối với PSTN là 64kb/s (do bộ mã hóa PCM có tốc độ lấy mẫu tiếng nói 8kb/s và được mã hóa 8 bit)

 Giai đoạn truyền tin: Thông tin cuộc gọi là trong suốt Sự trong suốt thể

hiện qua hai yếu tố: thông tin không bị thay đổi khi truyền qua mạng và

độ trễ nhỏ

 Giai đoạn giải phóng (huỷ bỏ) kết nối: Sau khi cuộc gọi kết thúc, kênh

sẽ được giải phóng để phục vụ cho các cuộc gọi khác

Qua đó, ta nhận thấy mạng chuyển mạch kênh có những ưu điểm nổi bậtnhư chất lượng đường truyền tốt, ổn định, có độ trễ nhỏ Các thiết bị mạng củachuyển mạch kênh đơn giản, có tính ổn định cao, chống nhiễu tốt Nhưng tacũng không thể không nhắc tới những hạn chế của phương thức truyền dữ liệunày như:

 Sử dụng băng thông không hiệu quả: Tính không hiệu quả này thể hiện qua hai yếu tố Thứ nhất, độ rộng băng thông cố định 64k/s Thứ hai là kênh là dành riêng cho một cuộc gọi nhất định Như vậy, ngay cả khi tínhiệu thoại là “lặng” (không có dữ liệu) thì kênh vẫn không được chia sẻ cho cuộc gọi khác

 Tính an toàn: Do tín hiệu thoại được gửi nguyên bản trên đường truyền nên rất dễ bị nghe trộm Ngoài ra, đường dây thuê bao hoàn toàn có thể

bị lợi dụng để an trộm cước viễn thông

 Khả năng mở rộng của mạng kênh kém: Thứ nhất là do cơ sở hạ tầng khó năng cấp và tương thích với các thiết bị cũ Thứ hai, đó là hạn chế của hệ thống báo hiệu vốn đã được sử dụng từ trước đó không có khả năng tùy biến cao

Kỹ thuật chuyển mạch gói (Packet Switching): Trong chuyển mạch gói

mỗi bản tin được chia thành các gói tin (packet), có khuôn dạng được quy địnhtrước Trong mỗi gói cũng có chứa thông tin điều khiển: địa chỉ trạm nguồn,địa chỉ trạm đích và số thứ tự của gói tin,…Các thông tin điều khiển được tốithiểu, chứa các thông tin mà mạng yêu cầu để có thể định tuyến được cho cácgói tin qua mạng và đưa nó tới đích Tại mỗi node trên tuyến gói tin được nhận,nhớ và sau đó thì chuyển tiếp cho tới chạm đích Vì kỹ thuật chuyển mạch góitrong quá trình truyền tin có thể được định tuyến động để truyền tin Điều khókhăn nhất đối với chuyển mạch gói là việc tập hợp các gói tin để tạo bản tinbản đầu đặc biệt là khi mà các gói tin được truyền theo nhiều con đường khácnhau tới trạm đích Chính vì lý do trên mà các gói tin cần phải được đánh dấu

số thứ tự, điều này có tác dụng, chống lặp, sửa sai và có thể truyền lại khi hiêntượng mất gói xảy ra.

Các ưu điểm của chuyển mạch gói:

 Mềm dẻo và hiệu suất truyền tin cao: Hiệu suất sử dụng đường truyền

rất cao vì trong chuyển mạch gói không có khái niệm kênh cố định vàdành riêng, mỗi đường truyền giữa các node có thể được các trạm cùngchia sẻ cho để truyền tin, các gói tin sắp hàng và truyền theo tốc độ rấtnhanh trên đường truyền

 Khả năng tryền ưu tiên: Chuyển mạch gói còn có thể sắp thứ tự cho các

gói để có thể truyền đi theo mức độ ưu tiên Trong chuyển mạch gói sốcuộc gọi bị từ chối ít hơn nhưng phải chấp nhận một nhược điểm vi thờigian trễ sẽ tăng lên

 Khả năng cung cấp nhiều dịch vụ thoại và phi thoại

 Thích nghi tốt nếu như có lỗi xảy ra: Đặc tính này có được là nhờ khảnăng định tuyến động của mạng

Bên cạnh những ưu điểm thì mạng chuyển mạch gói cũng bộ lộ những nhược điểm như:

 Trễ đường truyền lớn: Do đi qua mỗi trạm, dữ liệu được lưu trữ, xử lý trước khi được truyền đi

 Độ tin cậy của mạng gói không cao, dễ xảy ra tắc nghẽn, lỗi mất bản tin

 Tính đa đường có thể gây là lặp bản tin, loop làm tăng lưu lượng mạngkhông cần thiết

 Tính bảo mật trên đường truyền chung là không cao

1.2 Đặc tính của mạng VoIP

1.2.1 Ưu điểm

 Giảm chi phí: Đây là ưu điểm nổi bật của VoIP so với điện thoại đường

dài thông thường Chi phí cuộc gọi đường dài chỉ bằng chi phí cho truynhập Internet Một giá cước chung sẽ thực hiện được với mạng Internet

và do đó tiết kiệm đáng kể các dịch vụ thoại và fax Sự chia sẻ chi phíthiết bị và thao tác giữa những người sử dụng thoại và dữ liệu cũng tăngcường hiệu quả sử dụng mạng Đồng thời kỹ thuật nén thoại tiên tiếnlàm giảm tốc độ bit từ 64Kbps xuống dưới 8Kbps, tức là một kênh

64Kbps lúc này có thể phục vụ đồng thời 8 kênh thoại độc lập Như vậy,

lý dó lớn nhất giúp cho chi phí thực hiện cuộc gọi VoIP thấp chính làviệc sử dụng tối ưu băng thông

 Tích hợp dịch vụ nhiều dịch vụ: Do việc thiết kế cơ sở hạ tầng tích

hợp nên có khả năng hỗ trợ tất cả các hình thức thông tin cho phépchuẩn hoá tốt hơn và giảm thiểu số thiết bị Các tín hiệu báo hiệu, thoại

và cả số liệu đều chia sẻ cùng mạng IP Tích hợp đa dịch vụ sẽ tiết kiệmchi phí đầu tư nhân lực, chi phí xây dựng các mạng riêng rẽ

 Thống nhất: Vì con người là nhân tố quan trọng nhưng cũng dễ sai lầm

nhất trong một mạng viễn thông, mọi cơ hội để hợp nhất các thao tác,loại bỏ các điểm sai sót và thống nhất các điểm thanh toán sẽ rất có ích.Trong các tổ chức kinh doanh, sự quản lý trên cơ sở SNMP (SimpleNetwork Management Protocol) có thể được cung cấp cho cả dịch vụthoại và dữ liệu sử dụng VoIP Việc sử dụng thống nhất giao thức IP chotất cả các ứng dụng hứa hẹn giảm bớt phức tạp và tăng cường tính mềmdẻo Các ứng dụng liên quan như dịch vụ danh bạ và dịch vụ an ninhmạng có thể được chia sẻ dễ dàng hơn

 Vấn đề quản lý băng thông: Trong PSTN, băng thông cung cấp cho

một cuộc gọi là cố định Trong VoIP, băng thông được cung cấp mộtcách linh hoạt và mềm dẻo hơn nhiều Chất lượng của VOIP phụ thuộcvào nhiều yếu tố, quan trọng nhất là băng thông Do đó không có sự bắtbuộc nào về mặt thông lượng giữa các thiết bị đầu cuối mà chỉ có cácchuẩn 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

 Nâng cao ứng dụng và khả năng mở rộng: Thoại và fax chỉ là các ứng

dụng khởi đầu cho VoIP, các lợi ích trong thời gian dài hơn được mongđợi từ các ứng dụng đa phương tiện (multimedia) và đa dịch vụ Tínhlinh hoạt của mạng IP cho phép tạo ra nhiều tinh năng mới trong dịch vụthoại Đồng thời tính mềm dẻo còn tạo khả năng mở rộng mạng và cácdịch vụ

 Tính bảo mật cao: 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 đánhcắp khi các gói tin bị thu lượm hoặc định tuyến sai địa chỉ một cách cố ýkhi chúng truyền trên mạng Các giao thức SIP (Session Ineitiation Pro-tocol – 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 mãthành mật mã của phương thức truyền thông trên toàn tuyến được mãhoá thành mật mã đảm bảo truyền thông an toàn.

1.2.2 Nhược điểm

 Chất lượng dịch vụ chưa cao: Các mạng số liệu vốn dĩ không phải xây

dựng với mục đích truyền thoại thời gian thực, vì vậy khi truyền thoạiqua mạng số liệu cho chất lượng cuộc gọi không được đảm báo trongtrường hợp mạng xảy ra tắc nghẽn hoặc có độ trễ lớn Tính thời gianthực của tín hiệu thoại đòi hỏi chất lượng truyền dữ liệu cao và ổn định.Một yếu tố làm giảm chất lượng thoại nữa là kỹ thuật nén để tiết kiệmđường truyền Nếu nén xuống dung lượng càng thấp thì kỹ thuật néncàng phức tạp, cho chất lượng không cao và đặc biệt là thời gian xử lý

sẽ lâu, gây trễ

 Vấn đề tiếng vọng: Nếu như trong mạng thoại, độ trễ thấp nên tiếng

vọng không ảnh hưởng nhiều thì trong mạng IP, do trễ lớn nên tiếngvọng ảnh hưởng nhiều đến chất lượng thoại

 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 khôngthể tránh được và độ trễ không cố định của các gói thông tin khi truyềntrên 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 nénlớn (để giảm được tốc độ bit xuống), có khả năng suy đoán và tạo lạithông tin của các gói bị thất lạc Tốc độ xử lý của các bộ Codec (Coderand 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 côngnghệ mới như Frame Relay, ATM, Để có tốc độ cao hơn hoặc phải cómột cơ chế thực hiện chức năng QoS (Quality of Service) Tất cả cácđiều này làm cho kỹ thuật thực hiện điện thoại IP trở nên phức tạp vàkhông thể thực hiện được trong những năm trước đây

Ngoài ra có thể kể đến tính phức tạp của kỹ thuật và vấn đề bảo mật thôngtin (do Internet nói riêng và mạng IP nói chung vốn có tính rộng khắp và hỗnhợp, không có gì bảo đảm rằng thông tin cá nhân được giữ bí mật)

1.3 Yêu cầu chất lượng đối với VoIP

Từ những nhược điểm chính của mạng chuyển mạch gói đã đặt ra những yêu cầu cho VoIP như sau:

 Chất lượng thoại phải ổn định, độ trễ chấp nhận được

 Mạng IP cơ bản phải đáp ứng được những tiêu chí hoạt động khắt khegồm giảm thiểu việc không chấp nhận cuộc gọi, mất mát gói và mất liênlạc Điều này đòi hỏi ngay cả trong trường hợp mạng bị nghẽn hoặc khinhiều người sử dụng chung tài nguyên của mạng cùng một lúc

 Việc báo hiệu có thể tương tác được với báo hiệu của mạng PSTN

 Quản lý hệ thống an toàn, địa chỉ hoá và thanh toán phải được cung cấp,tốt nhất là được hợp nhất với các hệ thống hỗ trợ hoạt động PSTN

CHƯƠNG II: KIẾN TRÚC HỆ THỐNG VoIP

2.1 Kiến trúc của mạng VoIP:

Theo tiêu chuẩn của tổ chức ETSI, cấu hình chuẩn của mạng VoIP có thể gồm các phần sau :

 Thiết bị đầu cuối kết nối với mạng IP

 Mạng xương sống mạng truy nhập IP

 Gateway điều khiển phương tiện

 Gateway phương tiện

 Gateway báo hiệu

 Gatekeeper (GK)

 Mạng chuyển mạch

 Thiết bị đầu cuối kết nối với mạng điện thoại SCN

 Các dịch vụ đầu cuối

2.1.1 Các giao diện chuẩn của mạng VoIP

Các giao diện chuẩn của mạng VOIP gồm có:

 Giao diện A: giao diện giữa thiết bị đầu cuối H323 và GK

 Giao diện B: giao diện giữa thiết bị đầu cuối với gateway phương tiện

 Giao diện C: giao diện giữa gateway điều khiển phương tiện và GK

 Gaio diện D: giao diện giữa hai GK

 Giao diện E: có hai loại giao diện Ea và Eb, trong đó Ea giao diện giữa gateway phương và mạng chuyển mạch và Eb là giao diện giữa gatewaybáo hiệu với mạng SCN

 Giao diện F: giao diện giữa thiết bị đầu cuối với gateway điều khiên phương tiện

 Giao diện G: giao diện giữa thiết bị đầu cuổi và gatekeeper

 Giao diện H: giao diện giữa thiết bị đầu cuối và mạng truy nhập IP

 Giao diện I: giao diện giữa mạng truy nhập IP và mạng xương sống IP

 Giao diện J: giao diện giữa gateway báo hiệu và gateway điều khiển phương tiện

 Giao diện G: giao diện giữa gateway điều khiển phương tiện và gatewayphương tiên

Mỗi thiết bị đầu cuối giao tiếp với một GK và giao tiếp này giống như giao tiếp giữa thiết bị đầu cuối và GW Có thể mỗi GK quản lý một vùng có thể nhiều GK chia nhau quản lý từng phần của một cung trong trường hợp một số vùng có nhiều GK trong vùng quản lý của GK các tín hiệu báo hiệu có thể được chuyển tiếp qua một hoặc nhiều GK do đó các GK phải có khả năng traođổi các thông tin với nhau khi cuộc gọi có lien quan đến nhiều GK có thể sử dụng nhiều cách thức để nối hai GK hoặc một GK và một GW như :dành riêng ,không dành riêng ,theo khoảng cách thời gian hoặc theo nhu cầu

2.2 Các thành phần của mạng VoIP

2.2.1 Thiết bị đầu cuối

Một thiết bị đầu cuối là một nút trong cấu hình chuẩn của mạng VOIP nó có thể được kết nối với mạng siwr dụng một trong các giao diện truy nhập Một thiết bị đầu cuối có thể cho phép một thuê bao trong mạng IP thực hiện một cuộc gọi tới một thuê bao khac trong mạng chuyển mạch.Các cuộc gọi sẽ được nằm dưới sự giám sát cỏa GK của thiết bị đầu cuối mà thuê bao đã được đăng

ký Một thiết bị đầu cuối có thể bao gồm các khối chức năng sau:

* Chức năng đầu cuối H225: thu và nhận các bản tin H225

* Chắc năng đầu cuối h245: thu và nhận các bản tin H245

* Bảo mật kênh truyền tải: đảm bào tính bảo mật của kênh truyền tải thông tin kết nối với thiết bị cuối

*Bảo mật kênh báo hiệu: đảm bảo tính bảo mật kênh báo hiệu kết nối với thiết

* Chức năng quản lý giao tiếp với hệ thống quản lý mạng

* Chức năng ghi các bản tin sử dụng xác định và ghi lại các thông tin về sự kiện truy nhập cảnh báo) và tài nguyên.

* Chức năng báo cáo các bản tin sử dụng: Báo cáo các bản tin sử dụng đc ghi

ra thiết bị ngoại vi

2.2.2 Mạng tuy nhập IP

Mạng truy nhập IP cho phép thiết bị đầu cuối ,gateway ,gatekeeper truy nhập vào mạng IP thông qua cơ sở hạ tầng sẵn có Một vài loại giao diện chuẩn truy nhập IP được sử dụng trong cấu hình chuẩn của mạng VOIP là:

2.2.3 Gatekeeper

Gatekeeper là phần tử mạng chịu trách nhiệm quản lý việc đăng ký chấp nhận trạng thái của các thiết bị đầu cuối và gateway, gatekeeper có thể tham gia vào việc quản lý vùng, xử lý cuộc gọi vào báo hiệu cuộc gọi Nó xác định định tuyến để truyền báo hiệu cuộc gọi và báo hiệu cuộc gọi Nó xác định định tuyến để truyền báo hiệu cuộc gọi và nội dung đối với mỗi cuộc gọi

Gatekeeper bao gồm các khối chức năng sau:

 Chuyển đổi vị trí E164: Chuyển đổi từ địa chỉ E164 sang tên gọi H323

 Chuyển đổi tên gọi H323: Chuyển đổi từ tên gọi H323 sang E164

 Chuyển đổi địa chỉ h225.0: Chuyển đổi từ từ tên gọi H323 sang địa chỉ

IP để truyền hoặc nhận các bản tin H225.0 và truyền tải IP để truyền cácbản tin H225.0 bao gồm cả mã lựa chọn nhà cung cấp mạng

 Dịch địa chỉ kênh thông tin: Nhận và truyền tải địa chỉ IP của các kênh truyền tải thông tin, bao gồm cả mã lựa chọn nhà cung cấp mạng

 Dịch địa chỉ kênh H245: Nhận và truyền địa chỉ IP phục vụ cho báo hiệuH245, bao gồm cả mã lựa chọn cho nhà cung cấp mạng

 GKH225.0 Truyền nhận các bản tin H225.0

 Giao tiếp giữa các GK: Thực hiện trao đổi thông tin giữa các GK

 Đăng ký: cung cấp các thông tin cần đăng ký khi yêu cầu dịch vụ

 Xác nhận: thiết lập các đặc điểm nhận dạng của khách hàng, thiết bị đầu cuối hoặc các phần tử mạng

 Điều khiển GK chấp nhận kênh thông tin: Cho phép hoặc không cho phép sử dụng các kênh truyền tải thông tin

 Bảo mật kênh báo hiệu: đảm bảo tính bảo mật của kênh báo hiệu kết nối

GK với thiết bị đầu cuối

 Tính cước: thu nhập thông tin để tính cước

 Điều chỉnh tốc độ và giá cước: xác định tộc độ và giá cước sử dụng

 Chức năng quản lý giao tiếp với hệ thống quản lý mạng

 Chức năng ghi các bản tin sử dụng: báo cáo bản tin sử dụng đã được ghi vào thiết bị ngoại vi

2.2.4 Gateway

Một gateway có thể kết nối vật lý một hoặc nhiều mạng IP với một hoặc nhiều mạng SCN Một gateway có thể bao gồm: gateway báo hiệu, gateway điều khiển phương tiện và gateway phương tiện Một hay một số chức năng này có thể thực hiện bởi GK hoặc một GW khác

2.2.4.1 Gateway báo hiệu (SGW):

SGW cung cấp kênh báo hiệu giữa mạng IP và mạng SCN, SGW là phần tử trung gian chuyển đổi báo hiệu trong mạng IP và báo hiệu trong mạng

SCN SGW bao gồm các chức năng sau:

 Kết nối các giao thức điều khiển cuộc gọi

 Kết nối báo hiệu từ mạng SCN: phối hợp hoạt động với chức năng bái hiệu của gateway điều khiển phương tiện

 Chức năng báo hiệu: chuyển đỏi giữa báo hiệu IP với báo hiệu mạng SCN khi phối hợp hoạt động với gateway điều khiển phương tiện

Bảo mật kênh báo hiệu: đảm bào tính năng bảo mật của kênh báo hiệutừ GW

 Chức năng ghi các bảo tin sử dụng: xác định và ghi các bản tin báo hiệu

và bảo tin thông tin truyền và nhận

 Chức năng báo cáo các bản tin sử dụng :báo cáo các bản tin sử dụng ra thiết bị ngoại vi

OAM &P: vận hành quản lý và bảo dưỡng thông qua các giao diện logic cung cấp cac thông tin không trực tiếp phục vụ cho điều khiển cuộc gọi tới các phần

tử quản lý hệ thống

 Chức năng quản lý: giao diện với hệ thống quản lý mạng

 Giao diện mạng chuyển mạch gói: kết nối mạng chuyển mạch gói

2.2.4.2 Gateway truyền tải kênh thoại:

MGW cung cấp phương tiện để thực hiện chức năng chuyển đổi mã hóa Nó chuyển đổi giữa các mã hóa truyền trong mạng IP (mã này được truyền trên kênh RTP/UDP/IP) với các mã hóa truyền trong mạng SCN (mã PCM GSM) MGW bao gồm các chức năng sau:

 Chức năng chuyển đổi địa chỉ kênh thông tin: cung cấp địa chỉ IP cho các kênh truyền và nhận

 Chức năng chuyển đổi luồng: chuyển đổi giữa các luồng thông tin giữa mạng IP và mạng SCN bao gồm việc chuyển đổi mã hóa và triệt tiếng vọng

 Chức năng dịch mã hóa: định tuyến các luồng thông tin giữa mạng IP vàmạng SCN

 Bảo mật kênh thông tin: đảm bảo tính riêng tư của kênh thông tin giữa mạng IP và mạng SCN bảo mật kênh thông tin bao gồm tất cả các phầncứng và giao diện cần thiết để kết cuối cuộc gọi chuyển mạch kênh.nó phải bao gồm các bộ mã hóa và giải mã PCM luật A (theo tiêu chuẩn bắc mĩ)và PCM luật U (theo tiêu chuẩn châu âu)

 Kết nối chuyển mạch gói: bao gồm tất cả các giao thức liên quan đến việc kết nối kênh thông tin trong mạng chuyển mạch gói ,gồm các bộ

mã hóa và giải mã có thể được sử dụng

 Giao diện với mạng SCN: kết cuối và điều khiển các kênh mạng như kênh DS0 từ mạng SCN

 Chức năng chuyển đổi kênh thông tin giữa IP và SCN: chuyển đổi giữa kênh mang thông tin thoại ,fax ,số liệu của SCN và các gói dữ liệu trongmạng chuyển mạch gói Nó cũng thực hiện chức năng xử lý tín hiệu thích hợp như: nén tín hiệu thoại ,triệt tiếng vọng ,triết khoảng im lặng ,mã hóa ,chuyển đổi tín hiệu fax điều tiết tốc độ cho modem tương tự,thêm vào đó nó còn thực hiện chuyển đổi giữa tín hiệu DTMF trong mạng SCN và các tín hiệu thích hợp trong mạng chuyển mạch gói khi

mà các bộ mã hóa tín hiệu thoại không mã hóa tín hiệu DTMF Chức năng chuyển đổi kênh thông tin giữa IP và SCN cũng có thể thu nhập thông tin và lưu lượng gói và chất lượng kênh đối với mỗi cuộc gọi để

sử dụng trong việc báo cáo chi tiết và điều khiển cuộc gọi

 Chức năng ghi các bản tin sử dụng: xác định và ghi các bản tin báo hiệu

ca các bản tin thông tin truyền, nhận

 Chức năng báo cáo các bản tin sử dụng: báo cáo các bản tin sử dụng ra thiết bị ngoại vi

 OAM&P vận hành quản lý và bảo dưỡng thông qua các giao diện logic cung cấp các thông tin không trực tiếp phục vụ cho điều khiển cuộc gọi tới các phần tử quản lý hệ thống

 Chức năng quản lý: giao diện với hệ thông quản lý mạng

 Giao diện mạng chuyển mạch gói: kết cuối mạng chuyển mạng gói

2.2.4.3 Gateway điều khiển truyền tải kênh thoại (MGWC):

MGWC đóng vai trò phần tử kết nối MGW và SGW và GK Nó cung cấp chứcnăng xử lý cuộc gọi cho GK điều khiển MGW nhận thông tin báo hiệu SCN từ SGW và thông tin báo hiệu IP từ GK GMWC bao gồm các khối chức năng sau:

 Chức năng GW H225.0 truyền nhận các bản tin H225.0

 Chức năng GW h245 truyền nhận các bản tin H245

 Chức năng xác nhận: thiết lập đặc điểm nhận dạng của người sử dụng thiết bị hoặc phần thử mạng

 Chức năng điều khiển GW chấp nhận luồng dữ liệu: cho phép hoặc không cho phép một luồng dữ liệu

 Non-repudiaiton evidence gathering: thu thập thông tin dùng để xác nhận là bản tin báo hiệu hoặc là bản tin chứa thông tin đã được truyền hoặc nhận chưa

 Báo hiệu chuyển mạch gói: bao gồm tất cả các loại báo hiệu cuộc gọi có thể thực hiện bởi các đầu cuối trong mạng.ví dụ theo chuẩn H323 thì bao gồm: H225, Q913 H225.0RAS VÀ H 245 đối với một đầu cuối H323 chỉ nhận thì nó bao gồm H225.0 RAS mà không bao gồm H245

 Giao diện báo hiệu chuyển mạch gói: kết cuối giao thức báo hiệu chuyểnmạch gói Nó chỉ lưu lại vừa đủ thông tin trạng thái để quản lý giao diện.Về thực chất giao diện báo hiệu mạng chuyển mạnh gói trong

MGWC không kết nối trực tiếp với MGW như là các thông tin truyền từMGWC tới MGW thông qua chức năng điều khiển cuộc gọi.

 Điều khiển GW: bao gồm các chức năng điều khiển kết nối logic, quản

lý tài nguyên chuyển đồi giao diện

 Giám sát tài nguyên từ xa: bao gồm giám sát độ khả dụng của các kênh trung kế của MGW Dải thông và độ khả dụng cho tỷ lệ định tuyến thành công cuộc trong IP

 Chức năng điều khiển cuộc gọi: Lưu giữ các trạng thái cuộc gọi của GW.chức năng điều khiển cuộc gọi bao gồm tất cả chức năng điều khiển kết nối logic của GW

 Quản lý tài nguyên MGW: cấp phát tài nguyên cho MGW

 Chức năng báo hiệu: chuyển đổi giữa báo hiệu mạng IP và báo hiệu mạng SCN trong phối hợp hoạt động với SGW

 Chức năng ghi các bản tin sử dụng: xác định và ghi lại các thông tin về

sự kiện (truy nhập, cảnh báo) và tài nguyên

 Chức năng báo cáo các bản tin sử dụng: báo cáo các bải tin sử dụng được ghi ra thiết bị ngoại vi

 OAM &P: vận hành quản lý và bảo dưỡng thông qua các giao diện logiccung các thông tin không trực tiếp phục vụ cho điều khiển cuộc gọi tới các phần tử quản lý hệ thống

 Chức năng quản lý: giao diện với hệ thống quản lý mạng

 Giao diện mạng chuyển mạch gói: kết nối mạng chuyển mạch gói

CHƯƠNG III: MẠNG VOIP VỚI CÁC GIAO THỨC

BÁO HIỆU H.323/SIP

Trong chương một của đồ án đã đề cập đến một mô hình tổng quan vềmạng VoIP Trên thực tế, từ khi dịch vụ mạng VoIP hình thành và phát triểncác tổ chức quốc tế và các nhà khai thác dịch vụ mạng luôn tìm kiếm các công

cụ khai thác hiệu quả nhất Dựa trên các bộ giao thức khác nhau, mô hình mạngVoIP cũng thay đổi theo với các chuẩn phù hợp với các giao thức đó Trongchương này của đồ án sẽ trình bày chi tiết về mô hình mạng với chuẩn đượcứng dụng

3.1 MẠNG VoIP VỚI CHUẨN H.323 [1],[4]

Khi đề cập đến thoại IP, tiêu chuẩn quốc tế thường được đề cập đến làH.323 Giao thức H.323 được phát triển bởi ITU-T, H.323 cung cấp nền tảng

kỹ thuật cho truyền thông đa phương tiện như: Audio thời gian thực, video vàthông tin dữ liệu qua mạng chuyển mạch gói

H.323 phiên bản đầu tiên được ITU-T đưa ra vào năm 1996 Trong quátrình phát triển H.323 đã được nâng cấp và sửa đổi để ngày càng hoàn thiện.Các phiên bản muộn hơn của H.323 được đưa ra vào các năm: H.323 v1 năm

1998, H.323 v2 năm 1999, H.323 v3 năm 2000, H.323 v4 năm 2003, H.323 v5năm 2005, H.323 v6 năm 2006

Đi kèm theo chuẩn H.323 là một chồng các giao thức bao gồm chứcnăng thiết lập, điều khiển, quản lý thông tin đa phương tiện và quản lý băngthông, ngoài ra còn cung cấp các giao diện giữa LAN và các mạng khác

3.1.1 Thành phần mạng VoIP với chuẩn H.323

3.1.1.1 Thiết bị đầu cuối H.323 (H.323 Endpoint)

 Các thiết bị nằm ngoài phạm vi khuyến nghị H.323

 Thiết bị vào ra Video

 Thiết bị vào ra Audio

 Thiết bị vào ra số liệu

 Giao diện mạng LAN

 Giao diện người sử dụng.

 Các phần tử nằm trong phạm vi khuyến nghị H.323

 Bộ mã hoá và giải mã Video

 Bộ mã hoá và giải mã Audio

 Bộ đệm nhận dữ liệu

 Khối điều khiển hệ thống

 Khối điều khiển theo chuẩn H.245

Sử dụng kênh điều khiển H.245 để mang các bản tin điều khiển điểm điểm điều khiển hoạt động của thực thể H.323 đó bao gồm : khả năng trao đổi,

-mở và đóng các kênh logic, các yêu cầu chế độ hoạt động thích hợp, điều khiểnluồng bản tin, phát các lệnh và các chỉ thị

 Điều khiển báo hiệu cuộc gọi

Sử dụng báo hiệu cuộc gọi theo khuyến nghị H.225 để thiết lập một kếtnối giữa hai đầu cuối H.323 Kênh báo hiệu cuộc gọi độc lập với kênh RAS vàkênh điều khiển H.245 Trong hệ thống không có Gatekeeper thì kênh báo hiệucuộc gọi được thiết lập giữa hai đầu cuối H.323 tham gia cuộc gọi Còn trong

hệ thống có Gatekeeper thì kênh báo hiệu cuộc gọi được thiết lập giữa các đầucuối và Gatekeeper hoặc giữa hai đầu cuối với nhau, việc lựa chọn phương ánthiết lập kênh báo hiệu cuộc gọi như thế nào là do Gatekeeper quyết định

 Chức năng báo hiệu RAS

Sử dụng các bản tin H.225 để thực hiện: đăng ký, cho phép dịch vụ, thayđổi băng thông, trạng thái, các thủ tục tách rời giữa các đầu cuối và Gatekeeper

Hình 3.1.Sơ đồ khối thiết bị đầu cuối H.323

3.1.1.2 Gatekeeper

Một miền H.323 trên cơ sở mạng IP là tập hợp tất cả các đầu cuối đượcgán với một bí danh Mỗi miền được quản trị bởi một Gatekeeper duy nhất, làtrung tâm đầu não, đóng vai trò giám sát mọi hoạt động trong miền đó Đây làthành phần tuỳ chọn trong hệ thống VoIP theo chuẩn H.323 Tuy nhiên nếu cómặt Gatekeeper trong mạng thì các đầu cuối H.323 và các Gateway phải hoạtđộng theo các dịch vụ của Gatekeeper đó Mọi thông tin trao đổi củaGatekeeper đều được định nghĩa trong RAS Mỗi người dùng tại đầu cuối đượcGatekeeper gán cho một mức ưu tiên duy nhất Mức ưu tiên này rất cần thiếtcho cơ chế báo hiệu cuộc gọi mà cùng một lúc nhiều người sử dụng H.323định nghĩa cả những tính chất bắt buộc tối thiểu phải có cho Gatekeeper vànhững đặc tính tuỳ chọn:

 Các chức năng bắt buộc tối thiểu của một Gatekeeper gồm : Phiêndịch địa chỉ, điều khiển cho phép truy nhập, điều khiển dải thông,quản lý miền dịch vụ

 Các chức năng tuỳ chọn của Gatekeeper gồm có: Báo hiệu điềukhiển cuộc gọi, cấp phép cho cuộc gọi, quản lý cuộc gọi

Gatekeeper hoạt động ở hai chế độ:

 Chế độ trực tiếp: Gatekeeper chỉ có nhiệm vụ cung cấp địa chỉđích mà không tham gia vào các việc định tuyến các bản tin báohiệu

Hình 3.2 Phương thức định tuyến trực tiếp

 Chế độ định tuyến qua Gatekeeper: Gatekeeper là thành phầntrung gian, định tuyến mọi bản tin báo hiệu trong mạng H.323.

Hình 3.3 Phương thức định tuyến qua Gatekeeper

Các chức năng cụ thể của Gatekeeper được mô tả như sau:

 Chức năng dịch địa chỉ: Gatekeeper sẽ thực hiện chuyển đổi địachỉ URI (dạng tên gọi hay địa chỉ hộp thư) của một đầu cuối hay Gatewaysang địa chỉ truyền dẫn (địa chỉ IP) Việc chuyển đổi được thực hiện bằngcách sử dụng bản đối chiếu địa chỉ được cập nhật thường xuyên bởi các bảntin đăng ký Cũng có thể là việc chuyển đổi từ quy cách đánh số E.164 sangdạng URI

 Điều khiển truy cập: Gatekeeper cho phép một truy cập mạngLAN bằng cách sử dụng các bản tin H.225 là ARQ/ACF/ARJ Việc điềukhiển này dựa trên sự cho phép cuộc gọi, băng thông, hoặc một vài thông sốkhác do nhà sản xuất quy định Nó có thể là chức năng rỗng có nghĩa làchấp nhận mọi yêu cầu truy nhập của đầu cuối

 Điều khiển độ rộng băng thông: Gatekeeper hỗ trợ các bản tinBRQ/BRJ/BCF cho việc quản lý băng thông Nó có thể là chức năng rỗngnghĩa là chấp nhận mọi yêu cầu thay đổi băng thông Gatekeeper có thể hạnchế một số các đầu cuối H.323 cùng một lúc sử dụng mạng Thông qua việc

sử dụng kênh báo hiệu H.225, Gatekeeper có thể loại bỏ các các cuộc gọi từmột đầu cuối do sự hạn chế băng thông Điều đó có thể xảy ra nếu Gate-keeper thấy rằng không đủ băng thông sẵn có trên mạng để trợ giúp chocuộc gọi Việc từ chối cũng có thể xảy ra khi một đầu đang tham gia mộtcuộc gọi yêu cầu thêm băng thông Nó có thể là một chức năng rỗng nghĩa

là mọi yêu cầu truy nhập đều được đồng ý

 Quản lý miền dịch vụ: ở đây miền dịch vụ (domain) nghĩa là tậphợp tất cả các phần tử H.323 gồm thiết bị đầu cuối Gateway, MCU có đăng

ký hoạt động với Gatekeeper để thực hiện liên lạc giữa các phần tử trongmiền dịch vụ hay từ dịch vụ này sang dịch vụ khác

 Điều khiển báo hiệu cuộc gọi: Gatekeeper có thể lựa chọn haiphương thức điều khiển báo hiệu cuộc gọi là: hoàn thành báo hiệu cuộc gọivới các đầu cuối và xử lý báo hiệu cuộc gọi chính bản thân nó, hoặc Gate-keeper có thể ra lệnh cho các đầu cuối kết nối một kênh báo hiệu cuộc gọihướng tới nhau Theo phương thức này thì Gatekeeper không phải giám sátbáo hiệu trên kênh H.225

 Quản lý cuộc gọi: Một ví dụ cụ thể về chức năng này là keeper có thể lập một danh sách tất cả các cuộc gọi H.323 hướng đi đangthực hiện để chỉ thị rằng một đầu cuối bị gọi đang bận và cung cấp thông tincho chức năng quản lý băng thông

3.1.1.3 Khối điều khiển đa điểm

Khối điều khiển đa điểm (MCU) được sử dụng khi một cuộc gọi hay hộinghị cần giữ nhiều kết nối hoạt động Do có một số hữu hạn các kết nối đồngthời, nên các MCU giám sát sự thoả thuận giữa các đầu cuối và sự kiểm tra mọiđầu cuối về tính năng mà chúng có thể cung cấp cho hội nghị hoặc cuộc gọi.Các MCU gồm hai phần: Bộ điều khiển đa điểm (MC) và Bộ xử lý đa điểm(MP)

Bộ điều khiển đa điểm có trách nhiệm trong việc thoả thuận và quyết địnhkhả năng của các đầu cuối Trong khi đó bộ xử lý đa điểm được sử dụng để xử

lý multimedia, các luồng trong suốt quá trình của một hội nghị hoặc một cuộcgọi đa điểm

3.1.2 Giao thức H.323

I P UDP

RTP

TCP

A / V Codecs

A / V Application

RTCP

H.225.0 RAS Signaling

H.225.0 Call Signaling (Q.931)

H.245 Control Signaling Terminal / Application Control

Hình 3.4 Giao thức báo hiệu H.323Giao thức H.323được chia làm 3 phần chính:

 Báo hiệu H.225 RAS (Registration, Admissions, and Status): báohiệu giữa thiết bị đầu cuối với H.323 gatekeeper trước khi thiết lậpcuộc gọi

 Báo hiệu H.225 Q.931 sử dụng để kết nối, duy trì và hủy kết nối giữahai đầu cuối

 Báo hiệu H.245 sử dụng để thiết lập phiên truyền media sử dụng giaothức RTP

3.1.2.1 Báo hiệu RAS

Báo hiệu RAS cung cấp điều khiển tiền cuộc gọi trong mạng H.323 có tồntại gatekeeper và một vùng dịch vụ (do gatekeeper đó quản lý) Kênh RASđược thiết lập giữa các thiết bị đầu cuối và gatekeeper qua mạng IP Kênh RASđược mở trước khi các kênh khác được thiết lập và độc lập với các kênh điềukhiển cuộc gọi và media khác Báo hiệu này được truyền trên UDP cho phépđăng kí, chấp nhận, thay đổi băng thông, trạng thái và hủy

Báo hiệu RAS chia làm các loại sau:

 Tìm kiếm Gatekeeper: việc này có thể được thực hiện thủ công hoặc tựđộng cho phép xác định gatekeeper mà thiết bị đầu cuối đăng kí; baogồm:

 Gatekeeper Request (GRQ): bản tin multicast gửi bởi thiết bị đầucuối để tìm gatekeeper

 Gatekeeper Confirm (GCF): bản tin thông báo địa chỉ kênh RAScủa gatekeeper cho thiết bị đầu cuối

 Gatekeeper Reject (GRJ): báo cho thiết bị đầu cuối biết rằng đãgatekeeper từ chối

 Đăng kí: cho phép gateway, thiết bị đầu cuối và MCU tham gia vào mộtvùng dịch vụ do gatekeeper quản lý và thống báo cho gatekeeper về địachỉ và bí danh của nó; bao gồm:

 Registration Request (RRQ): được gửi từ thiết bị đầu cuối tới địachỉ kênh RAS của gatekeeper.

 Registration Confirm (RCF): được gửi bởi gatekeeper để xác nhậncho phép việc đăng kí bởi bản tin RRQ

 Registration Reject (RRJ): không chấp nhận đăng kí của thiết bị

 Unregister Request (URQ): được gửi bới thiết bị đầu cuối để hủyđăng kí với gatekeeper trước đó và được trả lời bằng UnregisterConfirm (UCF) và Unregister Reject (URJ) (tương tự như trên)

 Xác định vị trí thiết bị đầu cuối: Thiết bị đầu cuối và gatekeeper sử dụngbản tin này để lấy thêm thông tin khi chỉ có thông tin ví danh được chỉ

ra Bản tin này được gửi thông qua địa chỉ kênh RAS của gatekeeperhoặc multicast Loại bản tin này bao gồm:

 Location Request (LRQ): được gửi để yêu cầu thông tin về thiết bịđầu cuối, gatekeeper, hay địa chỉ E.164

 Location Confirm (LCF): được gửi bởi gatekeeper chức các kênhbáo hiệu cuộc gọi hay địa chỉ kênh RAS của nó hay thiết bị đầucuối đã yêu cầu

 Location Reject (LRJ): được gửi bởi gatekeeper thông báo LRQtrước đó không hợp lệ

 Admissions: bản tin giữa các thiết bị đầu cuối và gatekeeper cung cấp cơ

sở cho việc thiết lập cuộc gọi và điều khiển băng thông sau này Bản tinnày bao gồm cả các yêu cầu về băng thông(có thể được thay đổi bởigatekeeper) Loại bản tin này gồm:

 Admission Request (ARQ): Gửi bởi thiết bị đầu cuối để thiết lậpcuộc gọi

 Admission Confirm (ACF): Cho phép thiết lập cuộc gọi Bản tinnày có chứa địa chỉ IP của thiết bị được gọi hay gatekeeper và chophép gateway nguồn thiết lập cuộc gọi

 Admission Reject (ARJ): không cho phép thiết bị đầu cuối thiếtlập cuộc gọi

 Thông tin trạng thái: dùng để lấy thông tin trạng thái của một thiết bịđầu cuối Ta có thể sử dụng bản tin này để theo dõi trạng thái online hayoffline của thiết bị đầu cuối trong tình trạng mạng bị lỗi Thông thườngbản tin này sẽ được gửi 10 giây một lần Trong quá trình cuộc gọi,gatekeeper có thể yêu cầu thiết bị đầu cuối gửi theo chu kì các bản tintrạng thái Loại bản tin này bao gồm:

 Information Request (IRQ): gửi từ gatekeeper tới thiết bị đầu cuốiyêu cầu thông tin trạng thái

 Information Request Response (IRR): được gửi từ thiết bị đầucuối tới gatekeeper trả lời cho bản tin IRQ Bản tin này cũng đượcgửi từ thiết bị đầu cuối tới gatekeeper theo chu kì

 Status Enquiry Sent: Thiết bị đầu cuối hay gatekeeper có thể gửibản tin này tới thiết bị đầu cuối khác để xác thực về trạng tháicuộc gọi

 Điều khiển băng thông: Dùng để thay đổi băng thông cho cuộc gọi vớicác bản tin như sau:

 Bandwidth Request (BRQ): gửi bởi thiết bị đầu cuối để yêu cầutăng hoặc giảm băng thông cuộc gọi

 Bandwidth Confirm (BCF): chấp nhận thay đổi yêu cầu bởi thiết

 Disengage Request (DRQ): Gửi bởi thiết bị đầu cuối haygatekeeper để kết thúc cuộc gọi

 Disengage Confirm (DCF): Gửi bởi thiết bị đầu cuối haygatekeeper để chấp nhận bản tin DRQ trước đó

 Disengage Reject (DRJ): Được gửi bởi thiết bị đầu cuối hoặcgatekeeper thông báo không chấp nhận yêu cầu DRQ.

3.1.2.2 Giao thức điều khiển báo hiệu cuộc gọi H.225

Giao thức H.225 dùng để thiết lập liên kết giữa các điểm cuối H.323,thông qua liên kết dữ liệu thời gian thực sẽ được truyền đi Quá trình báo hiệucuộc gọi được bắt đầu bởi bản tin Setup được gửi đi trên kênh báo hiệu H.225,tiếp theo là một chuỗi các bản tin phục vụ cho quá trình thiết lập cuộc gọi.H.225 sử dụng các bản tin báo hiệu Q.931 Một kênh điều khiển báo hiệu đượcthiết lập dựa trên giao thức TCP/IP tại cổng 1720

Các bản tin Q.931 và Q.932 thường được sử dụng trong báo hiệu cuộc gọiVoIP:

 Setup: Được gửi từ thực thể H.323 chủ gọi để cố gắng thiết lập kếtnối tới thực thể H.323 bị gọi qua cổng 1720 TCP

 Call Proceeding: thực thể bị gọi gửi bản tin này tới thực thể chủ gọi

để chỉ thị rằng thủ tục thiết lập cuộc gọi đã được khởi tạo

 Alerting: Được gửi từ thực thể bị gọi tới thực thể chủ gọi để chỉ thịrằng chuông bên đích bắt đầu rung

 Connect: Được gửi từ thực thể bị gọi để thông báo rằng bên bị gọi đãtrả lời cuộc gọi Bản tin Connnect có thể mang địa chỉ truyền vậnUDP/IP

 Release Complete: Được gửi bởi một đầu cuối khởi tạo ngắt kết nối,

nó chỉ thị rằng cuộc gọi đang bị giải phóng Bản tin này chỉ có thểđược gửi đi nếu kênh báo hiệu cuộc gọi được mở hoặc đang hoạtđộng

 Facility: Đây là một bản tin Q.932 dùng để yêu cầu hoặc phúc đápcác dịch vụ bổ sung Nó cũng được dùng để cảnh báo rằng một cuộcgọi sẽ được định tuyến trực tiếp hay thông qua GK

Các bản tin trong quá trình thiết lập cuộc gọi như sau: