NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SIP TRONG THÔNG TIN ĐA PHƯƠNG TIỆN TRÊN INTERNET Chương 1: Cơ sở truyền thông đa phương tiện trên Internet (Multimedia IP). Chương 2: Giao thức SIP (Session Initiation Protocol). Chương 3: Ứng dụng SIP trong thông tin đa phương tiên trên Internet và khả năng mở rộng SIP. Kết luận.
Trang 1HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
-
Trần Bích Phương
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SIP TRONG THÔNG TIN
ĐA PHƯƠNG TIỆN TRÊN INTERNET
Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông
Mã số: 60.52.02.08
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÀ NỘI - 2014
Trang 2cách truyền thông tin truyền thống của con người Các ứng dụng truyền thông dựa trên Internet đang được phát triển rất mạnh
Để đáp ứng được sự phát triển này thì các giao thức mới, các tiêu chuẩn mới về Internet cũng được đưa ra với mục đích tạo ra chất lượng phục vụ tốt hơn Và sự ra đời của giao thức SIP cũng không nằm ngoài mục đích đó Giao thức SIP (Session Initiation Protocol – Giao thức khởi tạo phiên) là một giao thức điều khiển lớp ứng dụng
mà có thể thiết lập, chuyển đổi và kết thúc các phiên đa phương tiện trên Internet SIP có ứng dụng rộng rãi trong thông tin đa phương tiện trên Internet như hội nghị truyền hình, VoIP (Voice Over Internet Protocol), nhắn tin, di động đa phương tiện,…
Với những lý do trên mà tôi chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng SIP trong thông tin đa phương tiện trên Internet” làm luận văn tốt nghiệp của mình Luận văn gồm 3 chương:
Chương 1: Cơ sở truyền thông đa phương tiện trên Internet
Chương 2: Giao thức SIP
Chương 3: Ứng dụng SIP trong thông tin đa phương tiên trên Internet và khả năng mở rộng SIP
Kết luận
Phản biện 1: ………
Phản biện 2: ………
Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc
sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Vào lúc: giờ ngày tháng năm
Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
Trang 3LỜI MỞ ĐẦU
Công nghệ thông tin đóng vai trò ngày càng quan trọng trong tất cả các lĩnh vực của đời sống, đặc biệt là trong việc truyền thông tin Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin nói chung, Internet đã làm biến đổi một phần thế giới Sự phát triển của Internet tạo ra sự gần gũi giữa các miền vùng, các nước khác nhau về mặt khoa học công nghệ cũng như nhu cầu thông tin xã hội
Nhu cầu trao đổi thông tin của con người đang bùng nổ Các mạng Internet tốc độ cao làm cho việc trao đổi các đa phương tiện ngày càng dễ dàng hơn đã tác động và làm thay đổi nhiều đến các cách truyền thông tin truyền thống của con người Các ứng dụng truyền thông dựa trên Internet đang được phát triển rất mạnh
Để đáp ứng được sự phát triển này thì các giao thức mới, các tiêu chuẩn mới về Internet cũng được đưa ra với mục đích tạo ra chất lượng phục vụ tốt hơn Và sự ra đời của giao thức SIP cũng không nằm ngoài mục đích đó Giao thức SIP (Session Initiation Protocol – Giao thức khởi tạo phiên) là một giao thức điều khiển lớp ứng dụng
mà có thể thiết lập, chuyển đổi và kết thúc các phiên đa phương tiện trên Internet SIP có ứng dụng rộng rãi trong thông tin đa phương tiện trên Internet như hội nghị truyền hình, VoIP (Voice Over Internet Protocol), nhắn tin, di động đa phương tiện,…
Với những lý do trên mà tôi chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng SIP trong thông tin đa phương tiện trên Internet” làm luận văn tốt nghiệp của mình Luận văn gồm 3 chương:
Trang 4 Kết luận
CHƯƠNG 1 - CƠ SỞ TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN TRÊN INTERNET (MULTIMEDIA IP) 1.1 Giới thiệu chung về Internet
1.1.1 Internet là gì?
Internet là một liên mạng máy tính toàn cầu được hình thành
từ các mạng nhỏ hơn, liên kết hàng triệu máy tính trên thế giới thông qua cơ sở hạ tầng viễn thông
1.1.2 Lịch sử phát triển mạng Internet
Mạng Internet xuất phát từ mạng ARPANET (Advanced Research Projects Agency) của Mỹ và ngày nay đã trở thành mạng toàn cầu kết nối hàng trăm triệu người trên thế giới Ngày nay mạng Internet là một mạng công cộng kết nối hàng trăm triệu người trên thế giới
1.1.3 Cấu trúc Internet
Cấu trúc Internet gồm các mạng máy tính được kết nối với nhau thông qua các kết nối viễn thông Thiết bị dùng để kết nối các mạng máy tính với nhau là cổng nối Internet hoặc bộ định tuyến
Trang 5ta gọi đó là một hệ giao thức hay bộ giao thức
1.2.2 Tổng quát
TCP/IP sử dụng mô hình truyền thông bốn tầng Mỗi giao thức của họ TCP/IP đều thuộc một trong các tầng này Các tầng trong mô hình này như hình 1.4
Trang 6Hình 1.4: Các lớp của mô hình TCP/IP
1.2.2.1 Tầng Giao Diện Mạng (Network Interface Layer)
Tầng giao diện có trách nhiệm đưa dữ liệu tới và nhận dữ liệu từ phương tiện truyền dẫn Tầng này gồm các thiết bị phần cứng vật lí chẳng hạn như card mạng và cáp mạng
1.2.2.2 Tầng Liên Mạng (Internet Layer)
- Nằm bên trên tầng giao diện mạng Tầng này có chức năng gán địa chỉ, đóng gói và định tuyến (Route) dữ liệu
1.2.2.3 Tầng Giao Vận (Transport Layer)
- Có trách nhiệm thiết lập phiên truyền thông giữa các máy tính và quy định cách truyền dữ liệu
1.2.2.4 Tầng Ứng Dụng (Application Layer)
- Gồm nhiều giao thức cung cấp cho các ứng dụng người dùng Được
sử dụng để định dạng và trao đổi thông tin người dùng
1.2.2 Địa chỉ IP
1.2.2.1 Địa chỉ IP
Trang 7- Địa chỉ IP cho biết vị trí của một hệ thống trong một mạng giống như địa chỉ xác định ngôi nhà trên một con đường nào đó Địa chỉ IP phải là duy nhất trên toàn cầu
1.2.2.2 Địa chỉ IP Public và Địa chỉ IP Private
1.2.2.3 Lớp địa chỉ
- Có 5 lớp địa chỉ IP để tạo các mạng có kích thước khác nhau gồm: Lớp A, Lớp B, Lớp C, Lớp D, Lớp E TCP/IP hỗ trợ gán địa chỉ lớp
A, lớp B, lớp C cho các trạm Các lớp này có chiều dài phần NET ID
và HOST ID khác nhau nên số lượng mạng và số lượng trạm trên mỗi mạng cũng khác nhau:
Hình 1.5: Các lớp địa chỉ IPv4 1.3 Kiến thức truyền thông đa phương tiện trên Intenet
Đa phương tiện được sử dụng trên mạng Internet thông qua các giao thức ứng dụng IP Có hai giao thức đóng vai trò nổi bật trong tất các kiến trúc: Các giao thức báo hiệu và các giao thức truyền tải phương tiện truyền thông
Hình 1.6 mô tả kiến trúc giao thức gồm phần lõi và hỗ trợ các giao thức
Trang 8Hình 1.6: Kiến trúc truyền thông đa phương tiện trên Internet
1.3.1 Các giao thức lõi: Báo hiệu
Giao thức báo hiệu cốt lõi cho truyền thông đa phương tiện
là giao thức khởi tạo phiên SIP SIP hoạt động cùng với giao thức
mô tả phiên SIP quyết định về vấn đề quản lý phiên, SDP chịu trách nhiệm về phiên mô tả
1.3.2 Các giao thức lõi: Loại phương tiện Media
Các giao thức cơ sở cho truyền tải phương tiện là: Real-time Transport Protocol (RTP) , Message Session Relay Protocol (MSRP), Transmission Control Protocol (TCP)
Trang 9Các nhu cầu thực hiện các cơ chế chất lượng dịch vụ thường
đi kèm theo chính sách điều khiển như COPS Common Open Policy Service (Dịch vụ chính sách mở chung)
1.3.3.3 Authentication, Authorization, and Accounting (AAA) – Xác thực, phân quyền, tính cước
AAA cho phép nhà quản trị mạng biết được các thông tin quan trọng về tình hình cũng như mức độ an toàn trong mạng Nó cung cấp việc xác thực (authentication) người dùng nhằm bảo đảm
có thể nhận dạng đúng người dùng
1.3.3.4 Conferencing
Hội nghị: một trong những tình huống giao tiếp phức tạp nhất là nhiều người tham gia cùng trò chuyện, điều này có thể thực hiện, cho phép nâng cao các cuộc hội thoại đa điểm, các giao thức bổ sung như giao thức BFCP - Binary Floor Control Protocol
1.3.3.5 Chuyển đổi địa chỉ NAT
NAT thực hiện các chức năng chính sau: chuyển đổi địa chỉ
IP nguồn thành địa chỉ IP của chính nó, gửi dữ liệu tới máy tính từ xa
và nhớ được gói dữ liệu đó đã sử dụng cổng dịch vụ nào, dữ liệu khi nhận được từ máy tính từ xa sẽ được chuyển tới cho các máy con 1.3.3.6 Các giao thức Internet trong các vùng mạng
Có rất nhiều giao thức Internet mà tập trung cung cấp các loại hình dịch vụ như thông tin giải trí, trực tuyến hoặc thông tin liên lạc: HTTP (HyperText Transfer Protocol - Giao thức truyền tải siêu văn bản) Nó là giao thức cơ bản mà World Wide Web sử dụng
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) là giao thức tin cậy chịu
Trang 10điểm cơ bản của giao thức TCP/IP cũng như kiến trúc truyền thông
đa phương tiện trên Internet
CHƯƠNG 2 GIAO THỨC KHỞI TẠO PHIÊN SIP
2.1 Giới thiệu về giao thức SIP
2.1.1 Định nghĩa giao thức SIP
Giao thức SIP (Secssion Initiation Protocol) là giao thức báo hiệu điều khiển lớp ứng dụng được dùng để thiết lập, duy trì, kết thúc các phiên truyền thông đa phương tiện (multimedia) có một hoặc nhiều người tham gia
2.1.2 Sự phát triển của giao thức SIP
Đầu tiên SIP chỉ đơn thuần là một giao thức dùng để thiết lập phiên quảng bá cho Internet2 SIP được phát triển bởi SIP Working Group trong IETF Phiên bản đầu tiên được ban hành vào tháng 3 năm 1999 trong tài liệu RFC 2543 Sau đó, SIP trải qua nhiều thay đổi và cải tiến Phiên bản mới nhất hiện nay được ban hành trong IETF RFC 3261 RFC 3261 hoàn toàn tương thích ngược với RFC
Trang 112543, do đó các hệ thống thực thi theo RFC 2543 hoàn toàn có thể sử dụng với các hệ thống theo RFC 3261
2.2 Các thành phần trong mạng SIP
2.2.1 Thành phần của giao thức SIP
2.2.1.1 SIP User Agent (người dùng Agent)
SIP UA gửi và nhận các yêu cầu và trả lời của SIP, nó là điểm cuối của luồng đa phương tiện và nó luôn là người dùng Equiment 2.2.1.2 SIP Server
SIP server là một thực thể luận lý, một SIP server có thể có chức năng của nhiều loại server hay nói cách khác một SIP Server có thể hoạt động như các server khác nhau trong các trường hợp khác nhau Trong SIP Server có các thành phần quan trọng như: Proxy Server, Redirect Server, Location Server, Registrar Server, …
Hình 2.1: Máy chủ Server SIP
2.2.2 Các giao thức trong SIP
Các giao thức khác của IETF có thể sử dụng để xây dựng những ứng dụng SIP SIP có thể hoạt động cùng với nhiều giao thức như: RSVP (Reource Revervation Protocol), RTP (Real-time tranpsport Protocol), RTSP (Real Time
Trang 122.3.1 Các bản tin yêu cầu (Request)
Các bản tin yêu cầu được UA và/hoặc SIP Server sử dụng để xác định vị trí người dùng, quản lý và khởi tạo cuộc gọi với chú ý:
- Mỗi loại Request còn được gọi là một Method; có 6 Method
cơ bản: INVITE, ACK, CANCEL, BYE, OPTIONS, REGISTER
- Tên của các bản tin Request thì tất cả các chữ đều được viết
hoa để phân biệt với các trường header
2.3.2 Các bản tin phúc đáp (Response)
Response là các bản tin phúc đáp cho đáp ứng dùng một mã
trong dải cho trước Có hai nhóm bản tin Response: (1) – Provisional (1xx): dùng để chỉ thị tiến trình nhưng không kết thúc của các
Transaction (tìm kiếm, rung chuông, xếp hàng); (2) – Final (2xx,
3xx, 4xx, 5xx, 6xx): Response này chỉ thị kết thúc các Transaction 2.4 Cấu trúc bản tin SIP và các trươ,gf thông tin
header của bản tin SIP
2.4.1 Cấu trúc bản tin SIP
Hình 2.3 cấu trúc tổng quát bản tin SIP, gồm:
Hình 2.3: Cấu trúc bản tin SIP
- Start line: truyền loại bản tin và version
Trang 13- Header: mang thuộc tính của bản tin và ý nghĩa của bản tin
- Body: dùng để mô tả phiên được khởi tạo Nó có thể được dùng để chứa dữ liệu phục vụ bản tin
2.4.2 Các trường header của bản tin SIP
Các trường header của bản tin được dùng để vận chuyển các thuộc tính của bản tin và để thay đổi ý nghĩa của bản tin Chúng tương tự như các trường tiêu đề trong giao thức HTTP Chúng có
khuôn dạng như sau: <Name>:<Value>
2.5 Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP
2.5.1 Hoạt động của máy chủ ủy quyền (Proxy Server)
Hình 2.6: Hoạt động của máy chủ ủy quyền Proxy Server SIP
Hoạt động của Proxy Server được trình bày như trong hình 2.6 Client SIP UserA@yahoo.com gửi bản tin INVITE cho UserB@hotmail.com để mời tham gia cuộc gọi
2.5.2 Hoạt động của máy chủ chuyển đổi địa chỉ (Redirect Server)
Trang 14Hình 2.7: Hoạt động của máy chủ chuyển đổi địa chỉ
Hoạt động của Redirect Server được trình bày như hình 2.7
2.5.2 Lưu đồ trao đổi bản tin SIP giữa hai đầu cuối
Hình 2.8 thể hiện sự trao đổi bản tin giữa hai thiết bị đầu cuối của SIP Các thông tin chi tiết trong bản tin INVITE trong lưu đồ hình 2.8 như sau:
Hình 2.8: Lưu đồ trao đổi bản tin giữa hai đầu cuối SIP
2.7 Tính năng của giao thức SIP
Giao thức SIP được thiết kế với những chỉ tiêu sau
Trang 152.7.1 Tích hợp với các giao thức đã có của IETF
2.7.2 Đơn giản và có khả năng mở rộng
SIP có rất ít bản tin, không có các chức năng thừa nhưng SIP
có thể sử dụng để thiết lập những phiên kết nối phức tạp như hội nghị… Đơn giản, gọn nhẹ, dựa trên khuôn dạng văn bản, SIP là giao thức ra đời sau và đã khắc phục được điểm yếu của nhiều giao thức trước đây
2.7.3 Hỗ trợ tối đa sự di động của đầu cuối
Do có máy chủ ủy quyền, máy chủ đăng ký và máy chủ chuyển đổi địa chỉ hệ thống luôn nắm được địa điểm chính xác của thuê bao
2.7.4 Dễ dàng tạo tính năng mới cho dịch vụ và dịch vụ mới
Là giao thức khởi tạo phiên trong mạng chuyển mạch gói SIP cho phép tạo ra những tính năng mới hay dịch vụ mới một cách nhanh chóng
2.8 Kết luận
Chương 2 trình bày về các thành phần, chức năng và hoạt động của giao thức SIP SIP có hai loại bản tin: bản tin trả lời và bản tin phúc đáp Giao thức SIP là giao thức báo hiệu, thực hiện điều khiển phiên cho các kết nối đa dịch vụ Về cơ bản hoạt động điều khiển bao gồm khởi tạo, thay đổi và kết thúc một phiên có liên quan đến các phần tử đa phương tiện như: Video, thoại, tin nhắn, game trực tuyến… Là giao thức dựa trên HTTP, SIP cung cấp khả năng tích hợp một cách dễ dàng tiếng nói với các dịch vụ Web khác, cho phép truyền thông đa phương tiện như hội nghị truyền hình và trò chuyện trực tuyến
Trang 16Giải pháp hội nghị truyền hình dựa trên công nghệ IP với sự hỗ trợ nhiều giao thức (H.320, H.323, SIP, SCCP) cho phép triển khai hệ thống hội nghị truyền hình tiên tiến nhưng vẫn tận dụng được cơ sở
hạ tầng có sẵn
Hình 3.1: Mô hình hội nghị truyền hình
Với mỗi lĩnh vực, dịch vụ hội nghị truyền hình luôn là lựa chọn số một khi khoảng cách giữa các điểm liên lạc với nhau là khá xa, không thuận lợi cho việc đi lại để trực tiếp gặp mặt nhau trao đổi công việc
3.1.1.2 Những vấn đề cơ bản của việc truyền thông tin âm thanh và hình ảnh
Trang 17Vấn đề thứ nhất là kênh kết nối dùng để truyền thông tin phải có độ cao Vấn đề thứ hai là vấn đề biến luồng tin âm thanh và hình ảnh nghĩa là mã hóa dữ liệu truyền đi và giải mã dữ liệu nhận được
3.1.2 Mô hình hội nghị truyền hình SIP
Endpoint mixing
Hình 3.2: Endpoint mixing
Mô hình hội nghị nhỏ gồm 3-9 thiết bị tham gia, có một thiết bị đầu cuối báo hiệu, nhưng mô hình này lại hạn chế về băng thông
Máy chủ SIP được thiết lập dạng lưới mesh của các điểm
giữa các thành phần tham gia
Hình 3.3: Máy chủ SIP và phương tiện truyền thông
Hội nghị truyền hình mô hình trung bình
Trang 18PSTN
Mô hình hội nghị truyền hình tập trung Ad học
Hình 3.5: Mô hình hội nghị truyền hình tập trung Ad-hoc
Mô hình hội nghị truyền hình multicast
Hình 3.6: Hội nghị truyền hình Multicast
3.1.3 Cách thức hoạt động của hội nghị truyền hình
Mô hình HNTH hiện nay có thể triển khai theo nhiều hướng: giữa nhóm với nhóm; giữa cá nhân với cá nhân; giữa nhóm với cá nhân (họp lãnh đạo với các nhân viên ở xa, đào tạo, huấn luyện)
