chuyên đề voip voice over internet protocol

• Cần có kiến thức tốt về các môn học: Kỹ thuật truyền dẫn, Kỹ thuật chuyển mạch và tổng đài, Cơ sở thông tin số. • Kết thúc môn học: Sinh viên phải tham dự đầy đủ các buổi lên lớp (theo đúng qui chế), các bài kiểm tra. • Kiểm tra cuối kỳ: Thi viết (Các bạn có thể đăng ký làm chuyên đề tuỳ chọn. Nếu bảo vệ tốt sẽ được cộng điểm) • Chương 1: Tổng quan về VoIP • Khái Niệm VoIP • Đặc điểm của VoIP • Mô hình dịch vụ VoIP • Chương 2: Giao Thức TCP/IP và Giải pháp xử lý tín hiệu thời gian thực trong mạng gói • Giao thức TCP/IP • Giải pháp xử lý tín hiệu thực trong mạng gói • Chương 3: Báo hiệu cuộc gọi trong mạng IP • Giới thiệu chuẩn H.323 • Các thành phần trong hệ thống H.323 • Các thủ tục báo hiệu cuộc gọi • Khái niệm: • VoIP (Voice over Internet Protocol) là dịch vụ chuyền thoại sự dụng công nghệ mạng IP. • Dữ liệu và báo hiệu được truyền đi dưới dạng các gói IP trên mạng IP • Công nghệ VoIP lần đầu tiên được đưa vào mạng công cộng vào năm 1998 và đến đầu năm 1999 và 2000 nó đã trở nên phổ biến trên mạng công cộng và mạng cơ quan trên khắp thế giới

(Voice over Internet Protocol)

• Gi¶ng viªn : Phan Thanh HiÒn

• Tµi LiÖu Tham kh¶o:

• Kü thuËt ®iÖn tho¹i qua IP vµ Internet (NguyÔn Hång S¬n)

• §iÖn tho¹i IP (Tæng c«ng ty B­u chÝnh viÔn th«ng

VN).

• Kü thuËt truyÒn sè liÖu (NguyÔn Hång S¬n)

• M¹ng m¸y tÝnh vµ hÖ th«ng më (NguyÔn Thóc H¶i)

• TCP/IP (Transmision Control Protocol/Internet Protocol)

• …

Yêu cầu môn học

• Cần có kiến thức tốt về các môn học: Kỹ thuật truyền dẫn, Kỹ thuật chuyển mạch và tổng đài, Cơ sở thông tin số.

• Kết thúc môn học: Sinh viên phải tham dự đầy đủ các buổi lên lớp (theo đúng qui chế), các bài kiểm tra.

• Kiểm tra cuối kỳ: Thi viết

(Các bạn có thể đăng ký làm chuyên đề tuỳ chọn Nếu bảo vệ tốt

sẽ được cộng điểm)

Nội Dung Chương Trình

(Số tiết lý thuyết: 45)

• Chương 1: Tổng quan về VoIP

I Khái Niệm VoIP

II Đặc điểm của VoIP

III Mô hình dịch vụ VoIP

• Chương 2: Giao Thức TCP/IP và Giải pháp xử lý tín hiệu thời gian thực

trong mạng gói

I Giao thức TCP/IP

II Giải pháp xử lý tín hiệu thực trong mạng gói

• Chương 3: Báo hiệu cuộc gọi trong mạng IP

I Giới thiệu chuẩn H.323

II Các thành phần trong hệ thống H.323

III Các thủ tục báo hiệu cuộc gọi

I Các yếu tố ảnh hưởng đến QoS

II Các cơ chế điều khiển chất lượng dịch vụ trong

mỗi phần tử mạng.

mạng Internet Việt Nam

Chương 1: Tổng quan về VoIP

I Khái niệm:

• VoIP (Voice over Internet Protocol) là dịch vụ chuyền

thoại sự dụng công nghệ mạng IP

• Dữ liệu và báo hiệu được truyền đi dưới dạng các gói IP

trên mạng IP

• Công nghệ VoIP lần đầu tiên được đưa vào mạng công

cộng vào năm 1998 và đến đầu năm 1999 và 2000 nó

đã trở nên phổ biến trên mạng công cộng và mạng cơ quan trên khắp thế giới

6

TÝn hiÖu tho¹i ®­îc truyÒn ®i trªn kªnh vËt lý ®­îc thiÕt lËp

dµnh riªng cho cuéc nèi ë d¹ng dßng bit liªn tôc

§iªn tho¹i

§iªn tho¹i

PSTN (Public Switched Telephone Network):

• Mạng chuyển mạch kênh

• Một kênh truyền dẫn “dành riêng” được thiết lập

giữa 2 thiết bị đầu cuối thông qua một hoặc

nhiều nút chuyển mạch trung gian.

• Dòng thông tin là dòng liên tục

• Băng thông của kênh được đảm bảo, cố định

64kbs

• Độ trễ thông tin là rất nhỏ (cỡ thời gian truyền

thông tin)

CÊu h×nh m¹ng PSTN

SS7 Signaling Network

Class 5 Switch

Typically analog

“loop”, conversion to

digital at local switch

Circuit-based Trunks Class 5 Switch

Class 4 Switch

(Packet Switching Network)

• Sử dụng hệ thống lưu trữ rồi chuyền (Store and forward

system) tại các nút mạng

• Thông tin được chia thành các gói, mỗi gói được thêm gắn thêm các thông tin điều khiển cần thiết cho quá trình truyền (địa chỉ nơi gửi/nhận, )…

• Tại các nút mạng các gói tin được xử lý và truyền đến các nút tiếp theo (thông qua các thuật toán tìm đường)

• Không có một kênh dành riêng “ ” nào được thiết lập, băng

thông giữa hai thiết bị đầu cuối không cố định

• Độ trễ thông tin là rất lớn (so với chuyển mạch kênh)

Tín hiệu thoại được truyền đi trên ảo dưới dạng các gói dữ

liệu (IP) chứ không phải dòng bit liên tục

Data 2

Data 3 Data 1

Tại sao sử dụng VoIP ?

• Giá thành cuộc gọi trong mạng PSTN tương đối lớn:

–Chuyển mạch kênh dẫn đến lãng phí tài nguyên, theo đánh giá của giới chuyên môn thì 70-80% dung lượng truyền dẫn thường rảnh rỗi

–Đầu tư cho mạng PSTN lớn, giá thiết bị cao, chi phí vận hành

mạng lớn, không linh hoạt trong việc mở rộng hệ thống

–Một cuộc gọi thoại yêu cầu trung kế 64 kb/s, bất kể có đàm thoại thật sự hay không và đường truyền bị chiếm trong suốt thời gian diễm ra cuộc gọi

–Khó khăn trong việc tổ hợp với các dịch vụ khác

Tại sao sử dụng VoIP ?

• Cuộc gọi thoại qua IP có giá thành thấp:

–Cho phép sử dụng hiệu quả đường truyền, do có thể dùng chung cho các dịch vụ cả thoại và dữ liệu Quản lý dải thông hiệu quả

–Trung kế ảo thực tế chỉ xấp xỉ 8 kb/s (G.723.1: 5,3 hoặc 6,3kb/s) RTP cho phép triệt khoảng lặng trong khi đàm thoại (40%)

–Giá thành thiết bị mạng IP thấp, chi phí vận hành mạng thấp

–Dễ dàng triển khai các dịch vụ thông minh, dịch vụ giá trị gia tăng VoIP là giải pháp tuyệt vời để cung cấp các dịch vụ thông minh

Tại sao sử dụng VoIP?

• Đối với doanh nghiệp có nhiều trụ sở nằm rải rác

nhiều nơi, kể cả ở nước ngoài, VoIP là giải pháp rất

kinh tế:

–Tiết kiệm chi phí thoại đường dài, thoại quốc tế

–Sử dụng một đường truyền dẫn cho tất cả các dịch vụ: thoại, fax (FoIP), bản tin thống nhất, thư điện tử, truyền dữ liệu

• Đối với người hay di chuyển nơi làm việc thì VoIP rất

tốt vì việc khai báo di chuyển máy điện thoại dễ dàng

Khi nào cần triển khai VoIP?

Đối với nhà cung cấp dịch vụ:

Khi mạng điện thoại đường dài đã có dấu hiệu tắc nghẽn

Khi cần triển khai dịch vụ điện thoại đường dài

trên tuyến mới

Khi cần cung cấp một số dịch vụ thông minh

Khi có chính sách

VoIP và Thoại Internet

• VoIP là thoại dựa trên giao thức IP, do đó có thể thực hiện trong

mạng LAN, WAN hay mạng IP công cộng, chứ không nhất thiết phải là mạng Internet

• Điện thoại Internet là cũng là thoại qua giao thức IP, nhưng cuộc

gọi được thực hiện trong mạng Internet, thí dụ như cuộc gọi giữa máy trạm và máy điện thoại thường

• Đối với dịch vụ VoIP người ta dành riêng các đường truyền, do vậy chất lượng dịch vụ tốt hơn Chất lượng thoại Internet không kiểm soát được

¦u ®iÓm cña VoIP

• Gi¶m chi phÝ cuéc gäi (c¸c cuéi gäi ®­êng dµi liªn tØnh vµ quèc tÕ)

• TÝch hîp m¹ng tho¹i, m¹ng sè liÖu vµ m¹ng b¸o hiÖu

20

Các loại dịch vụ thoại

VoIP

• EP to EP: tức là từ điểm cuối nọ đến điểm cuối kia trong mạng IP sử dụng các phần mềm như NetMeeting

• EP to phone: Cuộc gọi từ điểm cuối trong mạng IP tới máy

điện thoại thông thường ở mạng bên ngoài qua Gateway

• Phone to phone: Cuộc gọi từ hai máy điện thoại thông thư

ờng qua mạng IP.

22

PSTN (NY)

Gateway

Public Switched Telephone Network

Gateways allow PCs

to also reach phones

…or phones to reach

phones

24

C©u h×nh m¹ng VoIP qui m« nhµ cung cÊp dÞch vô

Trong đó:

• Media Gateway:

1 Chuyển đổi khuân dạng thồng tin (PSTN - IP)

2 Thực hiện quá trình xử tín hiệu thoại (Nén tin hiẹu thoại, nén khoảng lặng, triệt

tiếng vọng)

3 Cung cấp các giao diện vật lý cần thiết cho kết nối.

• Signlling Gateway: Báo hiệu giữa các đầu cuối trong mạng chuyển mạch kênh và các

đầu cuối trong mạng IP

• Call Control Centrer:

1 Hướng dẫn Media Gateway các thiết lập, xử lý và kết thúc dòng thông tin media

phục vụ cuộc gọi

2 Xử lý thông tin báo hiệu

3 Theo dõi trạng thái của tất cả các dòng media đang truyền trong hệ thống.

4 Thực hiện nhiều dịch vụ của hệ thống: tính cước, …

• Các thành phần khác: Bao gồm các terminal, …

M« h×nh truyÒn thèng Gi¶i ph¸p víi VoIP

M« H×nh VoIP gi¶i ph¸p cho c¸c doanh nghiÖp

Chương 2:

Giao thức TCP/IP Giải pháp xử lý tín hiệu thời gian

-thực trong mạng gói

Bé giao thøc TCP/IP

Lịch sử phát triển

 1968, dự án kết nối các viện nghiên cứu của ARPA

 1969, kết nối thành công 4 trạm đầu tiên

→ Sự ra đời của mạng ARPANET (Giao thức

cùng với NCP 1983, thay thế hoàn toàn NCP.

 Ngày nay, TCP/IP sử dụng trong mạng

INTERNET và hầu hết mạng LAN, WAN trên

toàn thế giới

Giao vËn Giao vËn M¹ng M¹ng

øng dông

Giao diÖn m¹ng

Chång giao thøc TCP/IP

TCP/IP vµ m« h×nh OSI

øng dông øng dông Tr×nh diÔn Tr×nh diÔn Phiªn Phiªn Giao vËn Giao vËn M¹ng M¹ng Liªn kÕt DL Liªn kÕt DL

C¸c tÇng cña bé giao thøc TCP/IP

RIP

SNMP SMTP

Transsmission Control

Protocol

User Datagram Protocol

TELNET FTP

Identical Frame

Identical Packet

Identical Message

Physical Net

Host B Host A

Data

TCP Header Data

IP Header

TCP Header Data

Ethernet

Header

IP Header

TCP Header Data

Qu¸ tr×nh xö lý gãi d÷ liÖu t¹i mçi tÇng

Lớp ứng dụng

FTP

 FTP - File Transfer Protocol

Truyền tệp giữa các máy tính

 Telnet

Các phiên đăng nhập từ xa

 HTTP - Hyper Text Transfer Protocol

Trao đổi các tài liệu siêu văn bản

 SMTP - Simple Mail Transfer Protocol

Trao đổi thư điện tử

Líp øng dông

H323

H323 RTP/RTCP RTP/RTCP SIP SIP MEGACO MEGACO

 H323 giao thøc ®iÒu khiÓn, b¸o hiÖu cho VoIP

 SIP giao thøc ®iÒu khiÓn, b¸o hiÖu cho VoIP

 RTP/RTCP Giao thøc truyÒn t¶i thêi gian thùc trªn m¹ng

gãi

 MEGACO Giao thøc truyÒn th«ng ®a ®iÓm

 Chuyển các gói dữ liệu nhận được từ tầng

mạng (IP) tới đúng ứng dụng

 Cung cấp các kiểu truyền thông khác nhau cho

các ứng dụng (kết nối hay phi kết nối)

Lớp giao vận

HTTP FTP TELNET

Network layer

Transport layer

Sö dông

Data header TCP header IP Data header TCP header IP

Ph©n bè d÷ liÖu dùa trªn cæng

Socket Socket

Socket

Giao thøc tÇng øng dông Giao thøc tÇng øng dông

Giao thøc tÇng giao vËn Giao thøc tÇng giao vËn Socket

Port number Port number

IP address

IP address

C¸c giao thøc líp giao vËn

 TCP - Transmission Control Protocol

 UDP - User Datagram Protocol

Data

X¸c nhËn viÖc göi KiÓn tra lçi (Göi l¹i) DiÒu khiÓn luång

§¶m b¶o tin cËy

Data

Kh«ng x¸c nhËn viÖc göi Kh«ng kiÓn tra lçi (Göi l¹i) Kh«ng ®iÒu khiÓn luång

Kh«ng thiÕt lËp kªnh

Tốc độ

Lựa chọn kiểu truyền thông

Hoàn toàn song công

- Dữ liệu được gửi 2 chiều cũng lúc

Stream data

- Bên gửi: Nhận luồng ký tự từ chương trình ứng dụng gửi, tạo các gói (segment) và gửi chúng qua mạng

- Bên nhận: Nhận các segment, sắp xếp lại thứ tự, trích phần data và gửi dữ liệu dưới dạng luồng ký tự tới ứng dụng

Checksum Urgent 　 Pointer

Option

TCP segment

CÊu tróc TCP header

Port Number : sè liÖu cæng

Sequence Number

Acknowledge Number

Header

Option

Port number

Host A

Host B

T C P

I P port

port

Process

A

Port number

HTTP 80

POP3 110

SMTP

Đăng nhập tới máy chủ ở xa

Hyper Text Transfer Protocol

Echo File Transfer Protocol

Domain Name Server

Protocol để gửi thư

Post Office Protocol Version 3

Các cổng TCP điển hình

Host A

Host B

T C P

I P port port

1056

data

port

Process B

HTTP

Port number

56 Data

Acknowledge Number

Header

Hợp lệ khi ACK = 1

Số sequence number tiếp theo để nhận

Sequence Number

Header

Length Reserved Flags

Option

Acknowledge Number

Window

Số lượng byte trạm nguồn sẵn sàng để nhận

Acknowlegde Number / Window

URG = 1: Tån t¹i d÷ liÖu khÈn

Flags

ACK = 1: Thùc thi thñ tôc x¸c nhËn

PSH = 1: Chuyển dữ liệu từ bộ đệm cho ứng dụng ngay lập tức

RST = 1: Cắt kênh ảo ngay lập tức

FIN=1 　

Yªu cÇu gi¶i phãng kªnh ¶o

SYN = 1: Yªu cÇu thiÕt lËp mét kªnh ¶o

Khëi t¹o mét sequence number

Flags - SYN/FIN

Length

HLEN là trường 4 bít

Cho biết chiều dài (đơn vị 32 bit) của phần header

Nếu không có options thì HLEN = 5

Header length

Destination Port Number

Sequence Number Acknowledge Number

Header Length

Reserv

ed Window

Checksum Urgent 　

Pointer Option

- Hîp lÖ khi cê URG = 1

- ChØ ®iÓm kÕt thóc cña d÷ liÖu

khÈn

Checksum (16 bÝt)

M· kiÓm tra lçi (CRC) cho toµn

bé segment (header + data)

urgent pointer / checksum

Sequence Number Acknowledge Number

Pointer Option

Destination Port Number

Sequence Number Acknowledge Number

Header Length

Reserv

ed Code

Bit Window Checksum Urgent 　

Pointer

Options

Multiple-byte Multiple-byte

End of option End of option

Tóm tắt các trường trong TCP

header Ngữ nghĩa và tác dụng

Xác định các đối tác truyền thông Chỉ số tuần tự của byte dữ liệu đầu tiên dữ liệu Hợp lệ khi ACK=1 Chỉ sequence number bên nhận đang đợi.

Nói cách khác, đã nhận thành công dữ liệu ACK number-1‘ ”

Cho biết chiều dàI (đơn vị 4 byte) của TCP header URG URG=1 khi có dữ liệu khẩn Vị trí của dữ liệu khẩn được xác định nhờ urgent pointer.

ACK Khi ACK=1, acknowledge number là hợp lệ Cho biết quá trình xác nhận truyền dữ liệu đang thực hiện.

PSH Làm sạch bộ đệm nhận và gửi RST Kết nối được cắt khi RST=1 Sử dụng để phát hiện các trạng tháI bất thường SYN Khi SYN=1 , yêu cầu thiết lập kết nối, khởi tạo số sequence number

FIN

Cho biết kích thước dữ liệu tối đa trạm nguồn có thể nhận Kiểm tra lỗi

Chỉ ra vị trí của dữ liệu khẩn Các tuỳ chọn TCP

Mở rộng để đảm bảo kích thước đều nhau.

Điều khiển luồng (Flow control)

 Định nghĩa lượng dữ liệu nguồn có thể gửi trước khi nhận một báo nhận

từ đích

 Gửi tất dữ liệu  trạm đích không xử lý kịp

 TCP định nghĩa một cửa sổ và dữ liệu chỉ được gửi theo kích thước của

sổ

Không thể xử lý Gửi !! Gửi !!

Gửi cho tôi 100kg

OK

Thiết lập kết nối TCP

Tôi đã nhận dữ liệu có sequence number 200

OK Hãy tạo kết nối Tôi bắt đầu

từ sequence number 100 Tôi gửi trả lời kết nối.

Kết nối đã đư

ợc thiết lập thành công Chúng ta có thể trao đổi thông tin.

Connection response

Confirmation response Connection establishment

3-way handshake

Flag ACK=0 SYN=1

Flag ACK=1 SYN=1

Flag ACK=1 SYN=0

Host A Host B

Connection request

Connection response

Confirmation response Connection establishment

SYN

ACK,SYN

ACK

Three-way handshake

Kết thúc kênh truyền

Không còn dữ liệu để gửi Tôi

đóng kết nối

Không còn dữ liệu

Ok Tôi sẽ đóng

kết nối.

Flag ACK=1 Fin=1

Tôi đã nhận dữ

liệu thành công

Flag ACK=1

Bốn bước giải toả cuộc nối

Disconnection request

Disconnection response

Confirmation response

Disconnection

ACK, FIN

ACK

ACK ACK, FIN

TFTP 69

WINS 137

HTTP

Domain Name System

Trivial File Transfer Protocol

Dynamic Host Configuration Protocol (Server) Dynamic Host Configuration Protocol (Client)

Simple Network Management Protocol

Hyper Text Transfer Protocol

Windows Internet Name Service

UDP header

UDP source port number

UDP destination port number

Data

UDP header

Source port number: Số cổng nguồn

Destination port number: Số cổng đích

Message length: Chiều dài bản tin UDP (đơn vị 4 byte)

Checksum: Mã CRC

TruyÒn th«ng víi nhiÒu host

øng dông Giao vËn Liªn m¹ng Giao diÖn m¹ng

M« h×nh TCP/IP

Liªn m¹ng

Source Address Destination Address Options (if any)

Data

1 byte

TOS

Source Address Destination Address Options (if any)

Data

1 byte

TOS

Source Address Destination Address Options (if any)

Data

1 byte

TOS

Type of service (5 bit)

Precedence Type of service

D (Delay) - Chọn kênh có độ trễ thấp

Chú ý: Chỉ có thể dùng 1 dịch vụ tại một thời điểm

Source Address Destination Address Options (if any)

Send

/Receive packet

Send /Receive packet

Send /Receive packet

Giao diÖn m¹ng

IP packet (1) IP packet (2) IP packet (3) Liªn m¹ng

TCP Packet (Datagram)

(Fragment/reassemble)

Giao vËn

Fragmentation vµ Reassembly

Byte 0000 Byte

1,399

Byte 1,400

Byte 2,799

Byte 2,800

Byte 3,999

offset = 0000/8=0

offset = 1400/8=175

offset = 2800/8=350

4,000 000

Byte 0000 - 3,999

1,400 000

Byte 0000 - 1,399

1,400 175

Byte 1,400 - 2,799

1,200 350

Byte 2,800 - 3,999

800 175

Byte 1,400 - 2,199

600 275

Source Address Destination Address Options (if any)

Data

1 byte

TOS

Header checksum : KiÓm so¸t lçi cho phÇn header

Time to live : Sè gi©y datagram trªn liªn m¹ng

Protocol (16 bit)

 Giao thøc tÇng trªn

Source Address Destination Address Options (if any)

Ký ph¸p thËp ph©n dÊu chÊm

10000000 00001011 00000011 00011111

128.11.3.31

NetID HostID NetID HostID

NetID HostID NetID HostID NetID HostID NetID HostID

Multiple-byte

End of option End of option

No Operation

No Operation

Record route Record route Strict source route Strict source route

Loose source route Loose source route

Timestamp Timestamp

ICMP - Internet Control Massage Protocol

- Th«ng b¸o lçi (error reporting)

- Hái (Query)

Bit 0-3

Bit 4-7

Bit 8-11

Bit 12-15

Bit 16-19

Bit 20-23

Bit 24-27

Bit 28-31

Rest of the header

Data