Thiết kế triển khai tích hợp hệ thống VOIP tại vietnam airlines

Hơn nữa hiện này lĩnh vực và môi trường hoạt ñộng của VNA gồm trụ sở chính và các VPKV, việc thông tin liên lạc thoại giữa các văn phòng và chi nhánh nếu không ñược tổ chức tốt và khoa h

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

-

LUẬN VĂN THẠC SỸ

CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

Tên ñề tài : THIẾT KẾ TRIỂN KHAI TÍCH HỢP HỆ THỐNG VOIP TẠI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Nguyễn Hoài Giang

Hà Nội – 2013

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này tôi xin chân thành cảm gửi lời cảm ơn ñến quý thầy cô trong khoa Sau ñại học nói chung và nghành Kỹ Thuật Điện Tử Viện Đai Học Mở Hà Nội nói riêng ñã quan tâm giúp ñỡ chỉ bảo tận tình trong quá trình thực hiện ñề tài Nhờ ñó tôi ñã tiếp thu ñược nhiều ý kiến ñóng góp và nhận xét quý báu của quý thầy cô, cũng như bạn bè cùng lớp

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất ñến TS Nguyễn Hoài Giang – chủ nhiệm khoa ñã trực tiếp hướng dẫn, ñính hướng chuyên môn, quan tâm giúp ñỡ tận tình và tạo mọi ñiều kiện thuận lợi nhất trong quá trình công tác cũng như thực hiện luận văn

Trên hết tôi xin gửi lời biết ơn ñến gia ñình ñã tạo mọi ñiều kiện tốt nhất ñể tôi có thể hoàn thành mọi công việc trong quá trình thực hiện luận văn Bên cạnh

ñó tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè, ñồng nghiệp ñã luôn quan tâm, ñông viên, chia sẻ trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Mặc dù ñã rất cố gắng trong quá trình thực hiện nhưng luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót Tác giả mong nhận ñược sự góp ý chân thành và cảm thông của quý thầy cô và bạn bè

Học viên Nguyễn Mạnh Hà

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Kí

hiệu

viết tắt

VoIP Voice over IP Công nghệ truyền thoại trên mạng IP

Management Protocol Giao thức quản trị mạng ñơn giản

SIP Session Initiation

Protocol Giao thức thiết lập phiên

ATM Asynchronous

Transfer Mode Chế ñộ truyền không ñồng bộ

QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

ToS Type of Service Kiểu dịch vụ

IP Internet Protocol Giao thức Internet

TCP Transmission Control

Protocol Giao thức ñiều khiển truyền thông tin

UDP User Datagram

Protocol Giao thức Datagram người dùng

SCTP Stream Control

Transmission Protocol Giao thức truyền ñiều khiển luồng

RTP Real-time Transport

Protocol Giao thức truyền thời gian thực

RTCP Real Time Control

Protocol Giao thức ñiều khiển thời gian thực

Sigtran Signalling Transport Giao thức truyền báo hiệu SS7 trên mạng IP

RAS Register Admission

Status Báo hiệu ñăng kí, cấp phép, thông tin trạng thái

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 – KHẢO SÁT VÀ PHÂN TÍCH NHU CẦU TRIỂN KHAI HỆ

THỐNG VOIP TẠI VIETNAM AIRLINE 1

1.1 Hiện trạng hệ thống mạng tại Vietnam Airline – VNA 1

1.2 So sánh thoại VoIP và thoại truyền thống 2

1.3 Nhu cầu thoại VoIP tại VNA 5

1.4 Yêu cầu ñối với hệ thống VoIP tại VNA 6

1.5 Kết luận 8

CHƯƠNG 2 – CÔNG NGHỆ ĐIỆN THOẠI VOIP 9

2.1 Kiến trúc và các giao diện của mạng VoIP 9

2.1.1 Kiến trúc của mạng VoIP 9

2.1.2 Các giao diện của mạng VoIP 9

2.2 Các thành phần của mạng VoIP 10

2.2.1 Thiết bị ñầu cuối 10

2.2.2 Mạng truy nhập IP 11

2.2.3 Gatekeeper 11

2.2.4 Gateway 12

2.2.4.1 Gateway báo hiệu (SGW) 12

2.2.4.2 Gateway truyền tải kênh thoại (MGW) 13

2.2.4.3 Gateway ñiều khiển truyền tải kênh thoại (MGWC) 14

2.3 Các giao thức truyền tải và báo hiệu trong VoIP 15

2.3.1 Bộ giao thức RTP, RTCP và RSVP 15

2.3.1.1 Giao thức vận chuyển thời gian thực – RTP 15

2.3.1.2 Giao thức ñiều khiển truyền thời gian thực – RTCP 17

2.3.1.3 Giao thức giữ trước tài nguyên – RSVP 18

2.3.2 Các giao thức ñiều khiển và báo hiệu VoIP 19

2.3.2.1 Giao thức khởi tạo phiên SIP 19

2.3.2.2 Chuẩn giao thức H323 21

2.3.2.3 So sánh SIP và H323 23

2.3.2.4 Giao thức SCCP (Simple Gateway Control Protocol) 24

2.3.2.5 Giao thức MGCP 25

2.4 Kết luận 25

CHƯƠNG 3 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG VOIP CHO VNA 26

3.1 Tiêu chí thiết kế hệ thống mạng VoIP 26

3.1.1 Năng lực xử lý 26

3.1.2 Tính dự phòng 27

3.1.3 Tiêu chí chức năng 28

3.1.4 Khả năng mở rộng 28

3.1.5 Khả năng quản lý 29

3.2 Thiết kế hệ thống mạng VoIP 30

3.2.1 Định hướng tổ chức hạ tầng tại VNA 30

3.2.1.1 Mô hình giao tiếp ñơn ñiểm 32

3.2.1.2 Mô hình giao tiếp ña ñiểm xử lý cuộc gọi tập trung 33

3.2.1.3 Mô hình giao tiếp ña ñiểm xử lý cuộc gọi phân tán 34

3.2.1.4 Phân tích lựa chọn mô hình tổ chức 35

3.2.2 Giải pháp kỹ thuật 37

3.2.2.1 Sơ ñồ giải pháp tổng thể 37

3.2.2.2 Hệ thống VoIP tại trung tâm Hà Nội và Hồ Chí Minh 38

3.2.2.2.1 Hệ thống tổng ñài trung tâm 38

3.2.2.2.2 Hệ thống Gateway 40

3.2.2.2.3 Hệ thống ghi âm 42

3.2.2.3 Hệ thống VoIP văn phòng khu vực 43

3.2.2.4 Hệ thống tính cước 45

3.2.3 Đề xuất thiết bị phần cứng và phần mềm 47

3.2.3.1 Hệ thống VoIP tại trung tâm Hà Nội 47

3.2.3.2 Hệ thống VoIP tại trung tâm Hồ Chí Minh 47

3.2.3.3 Hệ thống VoIP tại Đà Nẵng/VPKV 47

3.2.3.4 Hệ thống IP Phone 48

3.3 Kết luận 49

CHƯƠNG 4 – ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG VOIP 50

4.1 Mô tả hoạt ñộng hệ thống 50

4.1.1 Hoạt ñộng của các server tổng ñài trong cluster dự phòng lẫn nhau 50

4.1.2 Tính năng dự phòng của các router Voice Gateway – Servivable Remote Site Telephony – SRST 51

4.1.3 Đường truyền và chất lượng dịch vụ QoS 52

4.1.3.1 Tính cần thiết của việc ñảm bảo chất lượng dịch vụ 52

4.1.3.2 Phương án ñảm bảo chất lượng dịch vụ và băng thông trên ñường truyền .52

4.2 Tích hợp hệ thống VoIP vào hệ thống mạng 54

4.3 Tích hợp hệ thống tổng ñài ñiện thoại cũ vào hệ thống VoIP 54

4.4 Chuyển ñổi người dùng sử dụng ñiện thoại analog cũ sang ñiện thoại VoIP 56

4.5 Đánh giá chất lượng hệ thống VoIP 57

4.6 Kết luận 63

KẾT LUẬN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

CHƯƠNG 1 – KHẢO SÁT VÀ PHÂN TÍCH NHU CẦU TRIỂN KHAI

HỆ THỐNG VOIP TẠI VIETNAM AIRLINE 1.1 Hiện trạng hệ thống mạng tại Vietnam Airline – VNA

Hiện tại hệ thống mạng tại VNA bao gồm mô hình gồm 2 trung tâm chính ở HN và HCM, trung tâm Đà Nẵng, Nội Bài, VPKV (Văn Phòng Khu Vực) miền Bắc, VPKV miền Trung, VPKV miền Nam Trong ñó, toàn bộ các trung tâm và các VPKV kết nối WAN với nhau

Về hệ thống mạng thoại, sơ ñồ tại trung tâm HN, HCM, Đà Nẵng và Nội Bài và hai VPKV sẽ như sau:

Hình 1.1 Sơ ñồ hệ thống ñiện thoại tại VNA

Tại mỗi khu vực sử dụng tổng ñài Panasonic KTX824 cho phép hỗ trợ 240 thuê bao tương tự ñấu nối vào tủ phân phối cáp (MDF) Mỗi khu vực thuê 02 ñường line ñiện thoại E1 kết nối ñến bưu ñiện và bưu ñiện sẽ trượt số trên các line vào cùng một

số ñiện thoại ñại diện cho khu vực Trong mỗi khu vực sử dụng các dải số:

• 1001 – 1060: cấp cho nhân viên

• 1070 – 1090: cấp cho các trưởng và phó phòng

• 1110 – 1140: cấp cho giám ñốc và phó giám ñốc

• Các dải số còn lại ñể dự phòng cấp cho nhân viên mới

1.2 So sánh thoại VoIP và thoại truyền thống

Điện thoại IP phone sử dụng công nghệ Voice-over IP (VoIP) là cách truyền dẫn các cuộc gọi ñiện thoại qua mạng số liệu (mạng Internet) Vì vậy, cuộc gọi không hạn chế về ranh giới ñịa lý,văn phòng công ty, Post ñiện thoại, gọi ñiện ở bất kỳ ñâu, chỗ nào có internet là ở ñó có thể gọi ñiện thoại, cước cuộc gọi rẻ thậm chí còn không mất tiền Chúng ta sẽ tìm hiểu tại sao lại như thế và tại sao sử dụng giải pháp này, trong khi ñiện thoại truyền thống phát triển rất phổ biến và hoạt ñộng lại ổn ñịnh Chuyển mạch là khái niệm rất cơ bản ñược sử dụng bởi mạng viễn thông trong hơn

100 năm Điều gì xảy ra khi một cuộc gọi giữa hai phía ñược thiết lập, kết nối ñược duy trì suốt cuộc gọi Do bạn kết nối hai ñiểm trên theo cả hai hướng, kết nối này ñược gọi là một mạch (Circuit) Nó tạo thành mạng ñiện thoại PSTN (Public Switched Telephone Network):

• Bạn nhấc máy ñiện thoại và nghe thấy ngay âm mời quay số Điều này cho bạn thấy rằng bạn ñã có kết nối tới tổng ñài nội hạt

• Bạn quay số mà bạn muốn nói chuyện

• Cuộc gọi ñược ñịnh hướng qua một chuyển mạch tại tổng ñài nội hạt tới nơi bạn ñang gọi

• Một kết nối thực hiện giữa ñiện thoại của bạn và ñường line khác, lúc này mạch ñang mở

• Bạn nói chuyện trong một khoảng thời gian sau ñó gác máy

• Khi bạn gác máy, mạch sẽ ngắt và ñường line của bạn giải phóng Trong khoảng thời gian bạn nói truyện, mạch sẽ liên tục mở giữa hai máy

Cuộc gọi qua tổng ñài PSTN truyền thống truyền với tốc ñộ cố ñịnh là 64 Kbps hoặc 1024 bit/giây theo mỗi hướng và tốc ñộ phát tổng cộng là 128 Kbps do 1 Kbyte

có 8 Kbit Vì vậy trong 10 phút nói truyện, lượng thông tin ñược truyền lên ñến 9600

KB gần bằng 9.4MB

Nếu bạn nhìn vào cuộc ñàm thoại thông thường thì rất nhiều dữ liệu ñược truyền rất lãng phí Trong khi bạn ñang nói thì phía kia nghe, như vậy chỉ một nửa ñường truyền ñược sử dụng trong thời gian ñó Dựa trên ñiều ñó chúng ta giả ñịnh chia file thành hai nửa, mỗi nửa xuống khoảng 4.7MB Như vậy có một lượng thời gian

trong hầu hết các cuộc ñàm thoại là thời gian chết, chiếm một nửa tổng thời gian Nếu bạn có thể loại bỏ ñược những khoảng thời gian như vậy thì file của bạn sẽ nhỏ hơn

Mạng dữ liệu không sử dụng chuyển mạch Kết nối Internet sẽ chậm hơn rất nhiều nếu nó bao gồm một kết nối cố ñịnh tới một trang Web Thay thế cho việc nhận

và gửi dữ liệu, bạn cần hai máy tính ñóng vai trò một kết nối qua lại trong toàn bộ thời gian không cần biết dữ liệu có hữu ích hoặc không Đây không phải là cách ñể thiết lập mạng dữ liệu hiệu quả Thay thế vào ñó mạng dữ liệu sử dụng phương pháp ñược gọi

là chuyển mạch gói (Packet Switching)

Chuyển mạch thông thường giữ cho kết nối mở và không ñổi thì chuyển mạch gói mở kết nối trong khoảng thời gian ñủ lớn ñể có thể gửi những khối dữ liệu nhỏ ñược gọi là gói (Packet) từ một hệ thống này tới một hệ thống khác Máy tính gửi khối

dữ liệu trong các gói nhỏ tới một ñịa chỉ ghi trên mỗi gói Khi máy tính nhận ñược các gói nó sẽ tập hợp lại thành dữ liệu gốc Chuyển mạch gói rất hiệu quả nó giảm nhỏ thời gian kết nối giữa hai hệ thống, giảm tải trên mạng

Công nghệ VoIP sử dụng phương pháp chuyển mạch gói Ví dụ khi sử dụng một cuộc gọi 10 phút trên PSTN thì nó cũng sử dụng ñầy ñủ 10 phút ñể truyền dẫn 128 Kbps Với VoIP cuộc gọi ñó chỉ mất 3,5 phút ñể truyền 64 Kbps và mất 6,5 phút ñể truyền 128 Kbps Đây là trong trường hợp chưa sử dụng phương pháp nén dữ liệu (Data Compression), kích thước dữ liệu sẽ giảm nhiều khi sử dụng phương pháp nén

Ưu ñiểm của giải pháp voice IP:

• Chi phí phải trả cho cuộc gọi trong mạng PSTN là chi phí phải bỏ ra ñể duy trì cho một kênh 64kbps suốt từ ñầu cuối này tới ñầu cuối kia thông qua một hệ thống các tổng ñài Chi phí này ñối với các cuộc gọi ñường dài (liên tỉnh, quốc tế) là khá lớn Trong trường hợp cuộc gọi qua mạng IP, người sử dụng từ mạng PSTN chỉ phải duy trì kênh 64kbps ñến Gateway của nhà cung cấp dịch vụ tại ñịa phương Nhà cung cấp dịch vụ ñiện thoại IP sẽ ñảm nhận nhiệm vụ nén, ñóng gói tín hiệu thoại và gửi chúng ñi qua mạng IP một cách có hiệu quả nhất

ñể tới ñược Gateway nối tới một mạng ñiện thoại khác có người liên lạc ñầu kia Việc kết nối như vậy làm giảm ñáng kể chi phí cuộc gọi do phần lớn kênh truyền 64Kbps ñã ñược thay thế bằng việc truyền thông tin qua mạng dữ liệu

hiệu quả cao Với hệ thống mạng của doanh nghiệp thì chi phí gọi nội bộ liên tỉnh, nội tỉnh là miễn phí

• Tích hợp mạng thoại, mạng số liệu và mạng báo hiệu: Trong ñiện thoại IP, tín hiệu thoại, số liệu và ngay cả báo hiệu ñều có thể cùng ñi trên cùng một mạng

IP Điều này sẽ tiết kiệm ñược chi phí ñầu tư ñể xây dựng những mạng riêng rẽ

• Khả năng mở rộng (Scalability): Nếu như các hệ tổng ñài thường là những hệ thống kín, rất khó ñể thêm vào ñó những tính năng thì các thiết bị trong mạng internet thường có khả năng thêm vào những tính năng mới Chính tính mềm dẻo ñó mang lại cho dịch vụ ñiện thoại IP khả năng mở rộng dễ dàng hơn so với ñiện thoại truyền thống

• Không cần thông tin ñiều khiển ñể thiết lập kênh truyền vật lý: Gói thông tin trong mạng IP truyền ñến ñích mà không cần một sự thiết lập kênh nào Gói chỉ cần mang ñịa chỉ của nơi nhận cuối cùng là thông tin ñã có thể ñến ñược ñích

Do vậy, việc ñiều khiển cuộc gọi trong mạng IP chỉ cần tập trung vào chức năng cuộc gọi mà không phải tập trung vào chức năng thiết lập kênh

• Quản lý băng thông: Trong ñiện thoại chuyển mạch kênh, tài nguyên băng thông cung cấp cho một cuộc liên lạc là cố ñịnh (một kênh 64Kbps) nhưng trong ñiện thoại IP việc phân chia tài nguyên cho các cuộc thoại linh hoạt hơn nhiều Khi một cuộc liên lạc diễn ra, nếu lưu lượng của mạng thấp, băng thông dành cho liên lạc sẽ cho chất lượng thoại tốt nhất có thể; nhưng khi lưu lượng của mạng cao, mạng sẽ hạn chế băng thông của từng cuộc gọi ở mức duy trì chất lượng thoại chấp nhận ñược nhằm phục vụ cùng lúc ñược nhiều người nhất Điểm này cũng là một yếu tố làm tăng hiệu quả sử dụng của ñiện thoại IP Việc quản lý băng thông một cách tiết kiệm như vậy cho phép người ta nghĩ tới những dịch vụ cao cấp hơn như truyền hình hội nghị, ñiều mà với công nghệ chuyển mạch cũ người ta ñã không thực hiện vì chi phí quá cao

• Nhiều tính năng dịch vụ: Tính linh hoạt của mạng IP cho phép tạo ra nhiều tính năng mới trong dịch vụ thoại Ví dụ cho biết thông tin về người gọi tới hay một thuê bao ñiện thoại IP có thể có nhiều số liên lạc mà chỉ cần một thiết bị ñầu cuối duy nhất (Ví dụ như một thiết bị IP Phone có thể có một số ñiện thoại dành cho công việc, một cho các cuộc gọi riêng tư)

• Khả năng multimedia: Trong một “cuộc gọi” ngời sử dụng có thể vừa nói chuyện vừa sử dụng các dịch vụ khác như truyền file, chia sẻ dữ liệu, hay xem hình ảnh của người nói chuyện bên kia

• Có thể kết nối với các nhà cung cấp dịch vụ Internet phone ñể gọi quốc tế mà không cần nâng cấp thiết bị

• Nhân viên từ xa có thể ñăng nhập vào hệ thống ñể thực hiện các cuộc gọi nội bộ

và nhận cuộc gọi từ bên ngoài ở bất kỳ ñâu trên thế giới

• Có thể sử dụng softphone trên máy tính ñể bàn ñể nhận cuộc gọi và thực hiện cuộc gọi

• Có nhiều tính năng nổi trội như âm thoại tương tác với người dùng(IVR), cuộc gọi hội nghị (call conference), ghi âm cuộc gọi, gửi tin nhắn Voice mail…

• Có thể dùng ñiện thoại bàn, ñiện thoại ñi ñộng ñể gọi quốc tế giá rẻ thông qua tổng ñài IP

• Dễ dàng nâng cấp, có thể tích hợp với nhiều ứng dụng khác

• Dễ dàng di chuyển ñiện thoại từ phòng ban này sang phòng ban khác mà không phải ñi dây lại

1.3 Nhu cầu thoại VoIP tại VNA

Trong môi trường hoạt ñộng kinh doanh cạnh tranh ngày nay, việc tiết kiệm chi phí và ñiều hành doanh nghiệp một cách hiệu quả là một vấn ñề tiên quyết ñặt ra cho bất kỳ một nhà quản lý kinh doanh nào Hệ thống công nghệ thông tin nói chung hay

hệ thống IP Telephony nói riêng là trái tim của hoạt ñộng thông tin liên lạc kinh doanh của chính nội bộ công ty và với khách hàng Hơn nữa hiện này lĩnh vực và môi trường hoạt ñộng của VNA gồm trụ sở chính và các VPKV, việc thông tin liên lạc thoại giữa các văn phòng và chi nhánh nếu không ñược tổ chức tốt và khoa học, chưa ứng dụng công nghệ VoIP với môi trường mạng IP ñã có và ñược triển khai song song sẽ dẫn ñến tốn kém rất nhiều chi phí ñiện thoại ñường dài Thử thách ñặt ra cho VNA ñể tiết kiệm và nâng cao hiệu quả, năng suất là những câu hỏi luôn luôn tồn tại:

• Làm cách nào ñể giảm chi phí vận hành hoạt ñộng?

• Làm cách nào ñể giảm chi phí thông tin liên lạc?

• Làm cách nào ñể liên lạc một cách thống nhất các chi nhánh mà không tốn chi phí gọi ñiện ñường dài?

• Làm cách nào ñể kết nối các thiết bị và di ñộng trên một hạ tầng mạng thống nhất?

• Làm các nào ñể thống nhất hạ tầng mạng cáp không phải xây dựng hệ thống mạng thoại và data riêng rẽ?

• Làm cách nào ñể cộng tác chia sẽ tài liệu hiệu quả, nhanh chóng và dễ dàng giữa các phòng ban trong doanh nghiệp?

• Làm cách nào có thể sử dụng các nhân viên và chuyên gia từ xa mọi lúc mọi nơi?

Để ñáp ứng những nhu cầu cấp thiết ở trên, tổng công ty hàng không Việt Nam cần phải xây dựng hệ thống mạng VoIP ñể hoạt ñộng kinh doanh ñạt hiệu quả cao nhất với một hạ tầng mạng tối ưu hóa

1.4 Yêu cầu ñối với hệ thống VoIP tại VNA

Hệ thống mạng thoại trên nền IP triển khai cho VNA là hệ thống mạng ñược thiết kế tổng hợp cho ñồng thời cả nhiều ứng dụng cùng lúc như tiếng nói, dữ liệu và

cả hình ảnh Để ñáp ứng cho nhu cầu tổng hợp các dạng thông tin, mạng IP telephony phải có cấu trúc mở, dựa trên các tiêu chuẩn chung

Cấu trúc của mạng bao gồm:

Cơ sở hạ tầng: các thiết bị mạng như Hub, Switch, Router…

Các ứng dụng: ñiều khiển cuộc gọi, quản lý cuộc gọi, Gatekeeper…

Thiết bị ñầu cuối: ñiện thoại IP, H.323 conference, máy tính người dùng… Hình vẽ dưới ñây mô tả một mạng IP telephony sử dụng giao thức IP là giao thức truyền dẫn duy nhất:

Hình 1.2 Cấu trúc mạng tích hợp thoại, video và số liệu

Hệ thống ñiện thoại IP phải ñáp ứng ñược các tiêu chuẩn quốc tế công nghệ hiện ñại nhất ñảm bảo chất lượng dịch vụ thoại, có tính ñến khả năng nâng cấp mở rộng qui mô; các dịch vụ ứng dụng cộng thêm dễ dàng trong tương lai trên cơ sở hạ tầng ñã triển khai mà không phải phá bỏ hoặc thay ñổi các thiết bị hạ tầng cơ sở tạo nên khả năng tích hợp các thiết bị của nhiều hãng khác nhau theo như mô hình dưới ñây:

Hình 1.3 Cấu trúc hệ thống mở

Mạng phải có khả năng ñáp ứng các yêu cầu về ñảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) cho việc kết hợp tiếng nói, hình ảnh, và dữ liệu Do các ứng dụng rất ña dạng, do ñó nếu khâu ñảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) không tốt sẽ dẫn ñến các hiện tượng như nghẽn mạch, mất các gói tin, chất lượng âm thoại kém, không ñảm bảo ñược các ứng dụng yêu cầu thời gian thực, không kiểm soát ñược tài nguyên mạng, giảm hiệu quả sử dụng ñường truyền WAN

Hệ thống mạng phải ñảm bảo:

• Khả năng mất gói nhỏ hơn 10%

• Trễ từ nguồn tới ñích nhỏ hơn 200ms

• Jitter nhỏ hơn hoặc bằng 30ms

• Đáp ứng số cuộc gọi từ trung tâm tới chi nhánh và ngược lại là 50 cuộc gọi ñồng thời Tại trung tâm cho phép thực hiện 62 cuộc gọi ñồng thời ra PSTN Tại VPKV cho phép thực hiện 8 cuộc gọi ñồng thời ra PSTN

• Hỗ trợ 04 phiên gọi voice conference cùng lúc trên một ip phone dành cho cấp quản lý

• Khả năng mở rộng số lượng người lên tới 4000 người

• Dự phòng về hệ thống tổng ñài ip và dự phòng về ñường truyền ít nhất là hai mỗi loại

• Khi có sự cố về ñường truyền WAN kết nối tới trung tâm thì hệ thống thoại tại chi nhánh vẫn gọi ra ngoài và gọi về trung tâm ñược theo ñường PSTN

1.5 Kết luận

Chương này trình bày hiện trạng hệ thống mạng của VNA, so sánh ưu ñiểm và lợi ích mang lại của VoIP cho doanh nghiệp, nhu cầu cần triển khai hệ thống mạng ñiện thoại VoIP và các yêu cầu ñặt ra ñối với hệ thống mạng VoIP khi triển khai

CHƯƠNG 2 – CÔNG NGHỆ ĐIỆN THOẠI VOIP

2.1 Kiến trúc và các giao diện của mạng VoIP

2.1.1 Kiến trúc của mạng VoIP

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

• Thiết bị ñầu cuối kết nối với mạng IP

• Mạng xương sống, mạng truy nhập IP

• Gateway ñiều khiển phương tiện (MGWC)

• Gateway phương tiện (MGW)

• Gateway báo hiệu (SGW)

• Gatekeepper (GK)

• Mạng chuyển mạch (SCN)

• Thiết bị ñầu cuối kết nối với mạng ñiện thoại SCN

• Các dịch vụ ñầu cuối (Back-end service)

Hình 2.1 Cấu hình và các giao diện chuẩn của mạng VoIP

2.1.2 Các giao diện của mạng VoIP

Các giao diện chuẩn của mạng VoIP gồm có:

• Giao diện A: Giao diện giữa thiết bị ñầu cuối H.323 và GK

• Giao diện B: Giao diện giữa thiết bị ñầu cuối với MGW

• Giao diện C: Giao diện giữa MGWC và GK

• Giao diện D: Giao diện giữa hai GK

• Giao diện E: Có hai loại giao diện E là Ea và Eb Trong ñó Ea là giao diện giữa MGW và mạng SCN, còn giao diện Eb là giao diện giữa SGW với mạng SCN

• Giao diện F: Giao diện giữa Back-end service và MGWC

• Giao diện G: Giao diện giữa Back-end service và GK

• Giao diện H: Giao diện giữa thiết bị ñầu 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 SGW và MGWC

• Giao diện N: Giao diện giữa MGWC và MGW

Các giao diện H, I không ñược vẽ trên hình và hình 2.1 trên ñây là một ví dụ cụ thể về cấu hình chuẩn của hệ thống và các giao diện cơ bản trong mạng VoIP Cấu hình trên bao gồm hai GK và giao diện giữa chúng là giao diện D Mỗi thiết bị ñầu cuối giao tiếp với một GK và giao tiếp này giông như giao tiếp giữa thiết bị ñầu cuối và GW Có thể mỗi GK quản lý một vùng cũng có thể nhiều GK chia nhau quản lý từng phần của một vùng trong trường hợp một vùng có nhiều GK

Trong vùng quản lý của GK, các tín hiệu báo hiệu có thể ñược chuyển tiếp qua một hoặc nhiều GK Do ñó các GK phải có khả năng trao ñổi các thông tin với nhau khi cuộc gọi có liên quan ñến nhiều GK Có thể sử dụng nhiều cách thức ñể nối hai GK hoặc một GK và một GW như: dành riêng, không dành riêng, theo khoảng thời gian hoặc theo nhu cầu

2.2 Các thành phần của mạng VoIP

2.2.1 Thiết bị ñầu cuối

Một thiết bị ñầu cuối là một nút trong cấu hình chuẩn của mạng VoIP, nó có thể ñược kết nối với mạng sử dụng một trong các giao diện truy nhập Một thiết bị ñầu cuối có thể cho phép một thuê bao trong mạng IP thực hiện một cuộc tới một thuê bao khác trong mạng SCN Các cuộc gọi ñó sẽ ñược nằm dưới sự giám sát của GK mà thiết bị ñầu cuối hoặc thuê bao ñã ñăng ký Một thiết bị ñầu cuối có thể bao gồm các khối chức năng sau:

• Chức năng ñầu cuối H.225: thu và nhận các bản tin H.225

• Chức năng ñầu cuối H.245: thu và nhận các bản tin H.245

• Bảo mật kênh truyền tải: ñảm bảo tính bảo mật của kênh truyền tải thông tin kết nối với thiết bị ñầu cuối

• Bảo mật kênh truyền tải: ñảm bảo tính bảo mật của kênh báo hiệu kết nối với thiết bị ñầu cuối

• Chức năng xác nhận: thiết lập ñặc ñiểm nhận dạng khách hàng, thiết bị hoặc phần tử mạng

• Non-repudiaiton evidence gathering: thu thập các thông tin dùng ñể xác nhận là bản tin báo hiệu hoặc bản tin chứa thông tin ñã ñược truyền hoặc nhận chưa

• Chức năng quản lý: giao tiếp với hệ thống quản lý mạng

• Chức năng ghi các bản tin sử dụng: xác ñịnh và ghi lại các thông tin về sự kiện (truy nhập, cảnh bảo) và tài nguyên

• Chức năng báo cáo các bản tin sử dụng: báo cáo các bản tin sử dụng ñược ghi

ra thiết bị ngoại vi

2.2.3 Gatekeeper

Gatekeeper là phần tử mạng chịu trách nhiệm quản lý việc ñăng ký chấp nhận và trạng thái của các thiết bị ñầu cuối và gateway Gatekeeper có thể tham gia vào việc quản lý vùng, xử lý cuộc gọi và báo hiệu cuộc gọi Nó xác ñịnh tuyến ñể truyền báo hiệu cuộc gọi và nội dung ñối với mỗi cuộc gọi Gatekeeper có thể bao gồm các khối chức năng sau:

• Chuyển ñổi ñịa chỉ E.164: chuyển ñổi từ ñịa chỉ E.164 sang tên gọi H.323

• Chuyển ñổi tên gọi H.323: chuyển ñổi từ tên gọi H.323 sang số E.164

• Chuyển ñổi ñịa chỉ H.225.0: chuyển ñổi từ tên gọi H.323 sang ñịa chỉ IP ñể truyền hoặc nhận các bản tin H.225.0 và truyền ñịa chỉ IP ñể truyền các bản tin H.225.0 bao gồm cả mã lựa chọn nhà cung cấp mạng

• Dịch ñịa chỉ kênh thông tin: nhận và truyền ñịa chỉ IP của các kênh truyền tải thông tin, bao gồm cả mã lựa chọn nhà cung cấp mạng

• Dịch ñịa chỉ kênh H.245: nhận và truyền ñịa chỉ IP phục vụ cho báo hiệu H.245, bao gồm cả mã lựa chọn nhà cung cấp

• GK H.225.0: truyền và nhận các bản tin H.225.0

• GK H245: truyền và nhận các bản tin H.245

• Giao tiếp giữa các GK: thực hiện trao ñổi thông tin giữa các GK

• Đăng ký: cung cấp các thông tin cần ñăng ký khi yêu cầu dịch vụ

• Xác nhận: thiết lập các ñặc ñiểm nhận dạng của khách hàng, thiết bị ñầu 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

• Non-repudiation evidence gathering: thu thập các thông tin ñể xác nhận là các bản tin báo hiệu hoặc bản tin chứa thông tin ñã ñược truyền hoặc nhận chưa

• Bảo mật kênh báo hiệu: ñảm bảo tính bảo mật của kênh báo hiệu kết nối GK với thiết bị ñầu cuối

• Tính cước: thu thập thông tin ñể tính cước

• Điều chỉnh tốc ñộ và giá cước: xác ñịnh tốc ñộ 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 các bản tin sử dụng ñã ñược ghi ra 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 GW có thể bao gồm: SGW (Signalling Gateway), MGWC (Media Gateway Controller) và MGW (Media Gateway) Một hay một số chức năng này có thể thực hiện bởi GK hoặc một GK 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 ñổi báo hiệu trong mạng IP (ví dụ như H.323) và báo hiệu trong mạng SCN (ví dụ như SS7) SGW bao gồm các chức năng sau:

• Kết cuối các giao thức ñiều khiển cuộc gọi

• Kết cuối báo hiệu từ mạng SCN: phối hợp hoạt ñộng với chức năng báo hiệu của MGWC

• Chức năng báo hiệu: chuyển dổi giữa báo hiệu giữa IP với báo hiệu mạng SCN khi phối hợp hoạt ñộng với MGWC

• Bảo mật kênh báo hiệu: ñảm bảo tính bảo mật của kênh báo hiệu từ GW

• Chức năng ghi các bản tin sử dụng: xác ñịnh và ghi các bản tin báo hiệu và các bản 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 các thông tin không trực tiếp phục vụ cho ñiều 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 cuối mạng chuyển mạch gói

2.2.4.2 Gateway truyền tải kênh thoại (MGW)

MGW cung cấp phương tiện ñể thực hiện chức năng chuyển ñổi mã hoá Nó chuyển ñổi giữa các mã hoá truyền trong mạng IP (mã này ñược truyền trên kênh RTP/UDP/IP) với các mã hoá truyền trong mạng SCN (mã PCM, GSM) MGW bao gồm các chức năng sau:

• Chức năng chuyển ñổi ñịa chỉ kênh thông tin: cung cấp ñịa chỉ IP cho các kênh truyền và nhận

• Chức năng chuyển ñổi luồng: chuyển ñổi giữa các luồng thông tin giữa mạng IP

và mạng SCN bao gồm việc chuyển ñổi mã hoá và triệt tiếng vọng

• Chức năng dịch mã hoá: ñịnh tuyến các luồng thông tin giữa mạng IP và mạng SCN

• Bảo mật kênh thông tin: ñảm bảo tính riêng tư của kênh thông tin giữa mạng IP

• Giao diện với mạng SCN: kết cuối và ñiều khiển các kênh mang ví dụ như kênh DS0 từ mạng SCN

• Chức năng chuyển ñổi kênh thông tin giữa IP và SCN: chuyển ñổi giữa kênh mang thông tin thoại, fax, số liệu của SCN và các gói dữ liệu trong mạng chuyển mạch gói Nó cũng thực hiện chức năng xử lý tín hiệu thích hợp như: nén tín hiệu thoại, triệt tiếng vọng, triệt khoảng im lặng, mã hoá, chuyển ñổi tín hiệu fax, ñiều tiết tốc ñộ cho modem tương tự Thêm vào ñó nó còn thực hiện chuyển ñổi giữa tín hiệu DTMF trong mạng SCN và các tín hiệu thích hợp trong mạng chuyển mạch gói khi mà các bộ mã hoá tin shieeuj thoại không mã hoá tín hiệu DTMF Chức năng chuyển ñổi kênh thông tin giữa IP và SCN cũng có thể thu thập thông tin về lưu lượng gói và chất lượng kênh ñối với mỗi cuộc gọi ñể sử dụng trong việc báo cáo chi tiết và ñiều khiển cuộc gọi

• Chức năng ghi các bản tin sử dụng: xác ñịnh và ghi các bản tin báo hiệu và các bản 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 các thông tin không trực tiếp phục vụ cho ñiều 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 cuối mạng chuyển mạch gói

2.2.4.3 Gateway ñiều khiển truyền tải kênh thoại (MGWC)

MGWC ñóng vai trò phần tử kết nối MGW, SGW và GK Nó cung cấp chức năng xử

lý cuộc gọi cho GK, ñiều khiển MGW nhận thông tin báo hiệu SCN từ SGW và thông tin báo hiệu IP từ GK MGWC bao gồm các khối chức năng sau:

• Chức năng GW H.225.0: truyền và nhận các bản tin H.225.0

• Chức năng GW H.245: truyền và nhận các bản tin H.245

• Chức năng xác nhận: thiết lập ñặc ñiểm nhận dạng của người sử dụng thiết bị hoặc phần tử mạng

• Chức năng ñiều khiển GW chấp nhận luồng dữ liệu: cho phép hoặc không cho phép một luồng dữ liệu

• Non-repudiaiton evidence gathering: thu thập các thông tin dùng ñể xác nhận là bản tin báo hiệu hoặc bản tin chứa thông tin ñã ñược 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 ñầu cuối trong mạng Ví dụ như theo chuẩn H.323 thì bao gồm: H.225.0, Q.913, H.225.0 RAS và H.245 Đối với một ñầu cuối H.323 chỉ nhận thì nó bao gồm H.225.0 RAS mà không bao gồm H.245

• Giao diện báo hiệu chuyển mạch gói: kết cuối giao thức báo hiệu chuyển mạch gói (ví dụ như H.323) Nó chỉ lưu lại vừa ñủ thông tin trạng thái ñể quản lý giao diện Về thực chất giao diện báo hiệu mạng chuyển mạch gói trong MGWC không kết nối trực tiếp với MGW như là các thông tin truyền từ MGWC tới MGW thông qua chức năng ñiều khiển cuộc gọi

• Điều khiển GW: bao gồm các chức năng ñiều khiển kết nối logic, quản lý tài nguyên, chuyển ñổi giao diện (ví dụ từ SS7 sang H.225)

• Giám sát tài nguyên từ xa: bao gồm giám sát ñộ khả dụng của các kênh trung kế của MGW, dải thông và ñộ khả dụng trong cho IP, tỷ lệ ñịnh tuyến thành công cuộc gọi

• Chức năng ñiều khiển cuộc gọi: lưu giữ cá trạng thái cuộc gọi của GW Chức năng ñiều khiển cuộc gọi bao gồm tất cả các chức năng ñiều khiển kết nối logic của GW

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

• Chức năng báo hiệu: chuyển ñổi giữa báo hiệu mạng IP và báo hiệu mạng SCN trong phối hợp hoạt ñộng với SGW

• Chức năng ghi các bản tin sử dụng: xác ñịnh và ghi lại các thông tin về sự kiện (truy nhập, cảnh bảo) và tài nguyên

• Chức năng báo cáo các bản tin sử dụng: báo cáo các bản tin sử dụng ñược ghi

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 ñiều 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 cuối mạng chuyển mạch gói

2.3 Các giao thức truyền tải và báo hiệu trong VoIP

2.3.1 Bộ giao thức RTP, RTCP và RSVP

2.3.1.1 Giao thức vận chuyển thời gian thực – RTP

RTP ñược coi như một giao thức truyền từ ñầu cuối ñến ñầu cuối (end to end) phục

vụ truyền dữ liệu thời gian thực như audio và video RTP thực hiện việc quản lý về thời gian truyền dữ liệu và nhận dạng dữ liệu ñược truyền Nhưng RTP không cung cấp bất cứ một cơ chế nào ñảm bảo thời gian truyền và cũng không cung cấp bất cứ một cơ chế nào giám sát chất lượng dịch vụ Sự giám sát và ñảm bảo về thời gian truyền dẫn cũng như chất lượng dịch vụ ñược thực hiện nhờ hai giao thức RTCP và RSVP

Tương tự như các giao thứ truyền dẫn khác, gói tin RTP (RTP packet) bao gồm hai phần là header (phần mào ñầu) và data (dữ liệu) Nhưng không giống như các giao thức truyền dẫn khác là sử dụng các trường trong header ñể thực hiện các chức năng ñiều khiển, RTP sử dụng một cơ chế ñiều khiển ñộc lập trong ñịnh dạng của gói tin RTCP ñể thực hiện các chức năng này

Hình 2.2 Cấu trúc gói tin RTP

• Extension (1 bit): cũng có vai trò như một bit cờ ñược sử dụng ñể ñánh dấu khi

có header mở rộng tiếp theo header cố ñịnh Header mở rộng cung cấp các cơ chế cho phép những người phát triển thử nghiệm bằng cách thêm các chức năng ñịnh dạng dữ liệu ñộc lập mà yêu cầu các thông tin trong header thêm khi cho phép một hoạt ñộng bổ sung bỏ qua phần mở rộng

• CSRC count (4 bit): chỉ rõ số lượng của CSRC (contributing source) có trong RTP header

• Marker (1 bit): có vai trò như một bit cờ, trạng thái của nó ñược phụ thuộc vào trường payload type Khi bit này ñược thiết lập nó sẽ chỉ ra rằng trường payload type có mang những thông tin chi tiết ñược ñịnh nghĩa phù hợp với các ứng dụng mà những thông tin này không ñược ñịnh nghĩa trong các chỉ dẫn của giao thức RTP

• Payload type (7 bit): chỉ rõ loại thông tin ñược chứa trong các gói

• Sequence Number (16 bit): cung cấp số thứ tự của các gói Cách này như một

cơ chế giúp bên thu có thể thu ñúng thứ tự các gói tin, nhận ra gói tin bị mất Các gói tin bị mất sẽ không ñược truyền lại, chúng sẽ ñược phía thu khắc phục bằng cách sử dụng một thuật toán ñể tái tạo lại các gói tin bị mất Giá trị khởi ñầu của trường sequence number là ngẫu nhiên ñể ñảm bảo tính an toàn thông tin

• Time-stamp (32 bit): là tham số ñánh dấu thời ñiểm byte ñầu tiên ñược lấy mẫu trong gói RTP Giá trị Time-stamp khởi ñầu là ngẫu nhiên, các gói RTP phát ñi liên tiếp có thể có cũng giá trị time-stamp nếu chúng cùng ñược phát ñi một lúc

Ví dụ với một bức ảnh số, chúng thường ñược cắt ra làm nhiều phần khác nhauvà mỗi phần ñược chứa trong một gói Những gói ñó khác nhau về thứ tự (sequence number) nhưng chúng có cùng một giá trị time-stamp

• Syschronisation source (SSRC) identifier: số nhận dạng nguồn của gói dữ liệu Nếu ứng dụng muốn truyền dữ liệu có nhiều dạng khác nhau trong cùng một thời ñiểm (ví dụ là tín hiệu audio và video) thì sẽ có những phiên truyền riêng cho mỗi dạng dữ liệu Sau ñó ứng dụng sẽ tập hợp các gói tin có cùng nhận dạng SSRC Số nhận dạng này ñược gán một cách ngẫu nhiên

• Contribute source (CSRC) identifer (ñộ dài thay ñổi): ví dụ tại một ñiểm ñích nào ñó mà những tín hiệu audio ñến ñích cần trộn lại với nhau thì giá trị CSRC

sẽ là tập hợp tất cả các giá trị SSRC của các nguồn mà gửi tín hiệu đến điểm đích đĩ Trường CSRC cĩ thể chứa tối đa là 15 số nhận dạng nguồn SSRC

• Extension header (độ dài thay đổi): chứa các thơng tin thểm của gĩi RTP

2.3.1.2 Giao thức điều khiển truyền thời gian thực – RTCP

Mặc dù RTP là một giao thức độc lập nhưng thường được hỗ trợ bởi giao thức RTCP RTCP trả về nguồn các thơng tin về sự truyền thơng và các thành phần đích Giao thức điều khiển này cho phép gửi về các thơng số về bên thu và tự thích nghi với bên phát cho phù hợp vời bên phát Mỗi người tham gia một phiên truyền RTP phải gửi định kỳ các gĩi RTCP tới tất cả những người khác cũng tham gia phiên truyền Tuỳ theo mục đích mà RTCP thực hiện 4 chức năng:

• Chức năng chính của RTCP là cung cấp một sự phản hồi chất lượng của dữ liệu Các thơng tin đĩ giúp cho ứng dụng thực hiện chức năng điều khiển luồng và quản lý tắc nghẽn Các thơng tin cịn được sử dụng để chẩn đốn kết quả

• RTCP cung cấp sự nhận dạng mà được sử dụng để tập hợp các kiểu dữ liệu khác nhau (ví dụ audio và video) Điều này là cần thiết vì khả năng ngày khơng được RTP cung cấp

• Nhờ việc định kỳ gửi các gĩi tin RTCP mà mỗi phiên truyền cĩ thể theo dõi được số người tham gia RTP khơng thể sử dụng được cho mục đích này khi một ai đĩ khơng gửi dữ liệu mà chỉ nhận từ những người khác

• Cuối cùng là một chức năng lựa chọn cho phép cĩ thêm thơng tin về những người tham gia vào phiên truyền

Tuỳ thuộc vào giao thức RTP được sử dụng cho loại dữ liệu nào mà RTCP cung cấp các thơng báo điều khiển khác nhau Cĩ 4 loại thơng báo điều khiển chính được giao thức RTCP cung cấp là:

• Sender report (SR): thơng báo này chứa các thơng tin thống kê liên quan đến kết quả truyền như tỷ lệ tổn hao, số gĩi dữ liệu bị mất, khoảng trễ Các thơng báo này phát ra từ phía phát trong một phiên truyền thơng

• Receiver report (RR): thơng báo này chứa các thơng tin thống kê liên quan đến kết quả nhận giữa các điểm cuối Các thơng báo này được phát ra từ phía thu trong một phiên truyền thơng

• Source description (SDES): thơng báo bao gồm các thơng số mơ tả nguồn như tên, vị trí,

• Application (APP): thơng báo cho phép truyền các dữ liệu ứng dụng

Hình 2.3 Cấu trúc gói tin RTCP

• Packet Type (8 bit): xác ñịnh loại thông báo của gói (SR hoặc RR hoặc APP)

• Length (16 bit): chỉ rõ ñộ dài của gói

• Report (ñộ dài thay ñổi): chứa các thông báo chi tiết

2.3.1.3 Giao thức giữ trước tài nguyên – RSVP

Giao thức RSVP ñược sử dụng như một giao thức báo hiệu hỗ trợ cho RTP Mục ñích của RSVP là cung cấp một cơ chế ñảm bảo băng thông cho các hoạt ñộng của các ứng dụng RSVP gửi tham số chất lượng dịch vụ QoS kết hợp với các dữ liệu thời gian thực ñược truyền trên mạng TCP/IP Hỗ trợ giao thức RTP, giao thức RSVP có thể giải quyết các lỗi xảy ra trên ñường truyền ñể ñảm bảo các tham số chất lượng Thật vậy, giao thức RTP chỉ hỗ trợ việc truyền thông ñiểm – ñiểm và không quản lý các tham số liên kết trên mạng RSVP không những tác ñộng ở máy phát, máy thu mà còn tác ñộng trên cả các router trong mạng

RSVP thiết lập và duy trì kết nối duy nhất cho một luồng dữ liệu, xác lập một hệ thống quản lý thứ tự các gói và tạo modun ñiều khiển ñể quản lý các nguồn tài nguyên của các nút mạng khác nhau RSVP ñưa ra một mô hình tối ưu ñể liên kết các dữ liệu từ một nguồn tới nhiều ñích RSVP ñóng vai trò quản lý một cách lập các host ñích ñể tự thích nghi các tham số chất lượng giữa khả năng cung cấp và nhu cầu ñáp ứng

Việc dành riêng các tài nguyên ñược yêu cầu bởi bên thu bằng cách phát một yêu cầu chất lượng dưới dạng một bản tin RSVP tương thích với nhu cầu của chúng Thực tế

sử dụng RSVP nhằm ñảm bảo chất lượng trong việc truyền tin Để ñảm bảo ñường truyền thông suốt các ñiểm cuối phải hoạt ñộng ở chế ñộ kết nối Máy thu phải thường xuyên gửi các bản tin RSVP ñến các router ñể ñảm bảo thông suốt ñường truyền

RSVP hoạt ñộng trên cơ sở xử lý các gói tin theo một yêu cầu chất lượng dịch vụ QoS Hai thành phần chính thực hiện chức năng này là flowspec và filterspec Flowspec có chức năng kiểm tra luồng dữ liệu ñược truyền như một yêu cầu dịch vụ của các ứng dụng mà kết quả là ñưa ra một yêu cầu về chất lượng dịch vụ QoS Flowspec ñưa ra một yêu cầu chất lượng dịch vụ còn filterspec có nhiệm vụ lọc bỏ các gói tin mà không ñảm bảo yêu cầu về chất lượng dịch vụ, những gói này sẽ ñược cung cấp một phương thức truyền tốt nhất có thể ñáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ Mối quan hệ của flowspec và filterspec ñược mô tả trên hình vẽ

Hình 2.4 Mối quan hệ giữa Flowspec và Filterspec

2.3.2 Các giao thức ñiều khiển và báo hiệu VoIP

2.3.2.1 Giao thức khởi tạo phiên SIP

SIP là 1 giao thức báo hiệu ở lớp ứng dụng, dành cho hội thảo Internet, telephony, thông báo sự kiện và Instant messaging

Hình 2.5 Các thành phần của SIP

• User Agent: Là 1 ứng dụng ñể khởi tạo, nhận và kết thúc cuộc gọi

User Agent Clients (UAC) – Khởi tạo cuộc gọi

User Agent Server (UAS) – Nhận cuộc gọi

Cả UAC và UAS ñều có thể kết thúc cuộc gọi

• Proxy Server: Là 1 chương trình tức thời hoạt ñộng vừa là client vừa là server Chương trình này ñược sử dụng ñể tạo ra các yêu cầu (requests) thay cho các client Một proxy server ñảm bảo chức năng ñịnh tuyến và thực hiện các quy tắc (policy) (ví dụ như ñảm bảo người dùng có ñược phép gọi hay không) Proxy Server có thể biên dịch khi cần thiết, sửa ñổi 1 phần của bản tin yêu cầu trước khi chuyển ñi

• Location Server: Được sử dụng bởi SIP redirect hoặc proxy server ñể lấy thông tin về ñịa ñiểm của người ñược gọi

• Redirect Server: Là server nhận các yêu cầu SIP, sắp xếp các ñịa chỉ và trả ñịa chỉ về phía client Khác với Proxy Server, Redirect server không tự khởi tạo ra các yêu cầu SIP của riêng nó Đồng thời nó cũng không chấp nhận hay huỷ cuộc gọi giống như User Agent Server

• Registrar Server: Là server chấp nhận các yêu cầu REGISTER, server này có thể hỗ trợ them tính năng xác thực, ñồng thời hoạt ñộng với proxy hoặc redirect server ñể ñưa ra các dịch vụ khác

2.3.2.2 Chuẩn giao thức H323

Chuẩn H.323 là khuyến nghị ñược Hiệp Hội Viễn Thông Quốc Tế (International communication Union - ITU) ñề xuất, cung cấp nền tảng kỹ thuật cho truyền thoại, hình ảnh và số liệu ñồng thời qua các mạng IP, bao gồm cả Internet Tuân theo chuẩn H.323, các sản phẩm và các ứng dụng ña phương tiện từ nhiều hãng khác nhau có thể hoạt ñộng cùng với nhau, cho phép người dùng có thể thông tin qua lại mà không phải quan tâm tới vấn ñề tương thích

Tele-H.323 ñề ra các tiêu chuẩn cho truyền thông ña phương tiện qua các mạng Không ñảm bảo truyền thông tuỳ thuộc chất lượng dịch vụ (non-Guaranteed Quality of Service) Những mạng máy tính ngày nay ña phần ñều là các mạng loại này bao gồm các mạng gói sử dụng giao thức TCP/IP hoặc IPX dựa trên các công nghệ Ethernet, Fast Ethernet và Token Ring Do vậy H.323 là một chuẩn rất quan trọng cho rất nhiều ứng dụng cộng tác mới cũng như các ứng dụng truyền thông ña phương tiện trên mạng nội

bộ

Ứng dụng của chuẩn này rất rộng bao gồm cả các thiết bị hoạt ñộng ñộc lập alone) cũng như những ứng dụng truyền thông nhúng trong môi trường máy tính cá nhân, có thể áp dụng cho ñàm thoại ñiểm-ñiểm cũng như cho truyền thông hội nghị H.323 còn bao gồm cả chức năng ñiều khiển cuộc gọi, quản lý thông tin ña phương tiện và quản lý băng thông ñồng thời còn cung cấp giao diện giữa mạng LAN và các mạng khác

(stand-Hình 2.6 Các giao thức sử dụng trong H323

o Data channel – Support Application

• Gateway: thực hiện chuyển ñổi giữa các ñịnh dạng audio, video và dữ liệu Nó ñồng thời thực hiện việc thiết lập và huỷ bỏ cuộc gọi trong mạng IP và mạng chuyển mạch (Switched Circuit Network – SCN)

• Gatekeeper: cung cấp việc ñiều khiển cấp ñộ cuộc gọi ñến các ñầu cuối của H323

• MCU: hỗ trợ hội nghị với 3 hay nhiều ñầu cuối H323

Hình vẽ dưới ñây mô tả quá trình thực hiện kết nối giữa 2 ñiểm ñầu cuối H323:

Hình 2.8 H323 call flow

Quá trình trên có thể ñược mô tả như sau:

• Điểm ñầu cuối A gửi bản tin setup ñến ñiểm ñầu cuối B trên cổng TCP 1720

• Điểm ñầu cuối B trả lời bản tin setup này bằng 1 bản tin thông báo kèm theo số cổng ñể bắt ñầu quá trình bắt tay H.245

• Quá trình bắt tay H.245 bao gồm loại codec (G729 và G723.1), số cổng cho luồng RTP và thông báo về các tài nguyên mà ñiểm ñầu cuối có

• Các kênh logic cho luồng UDP sau ñó ñược thiết lập, mở ra và bắt ñầu hoạt ñộng

Voice sau ñó ñược truyền qua các luồng RTP này

Giao thức ñiều khiển truyền thời gian thực (Real Time Transport Control Protocol) ñược sử dụng ñể truyền ñi thông tin về luồng RTP ñến cả 2 ñiểm ñầu cuối

2.3.2.3 So sánh SIP và H323

H.323 ñược xây dựng nhằm tạo ra một hệ thống hoàn chỉnh, không những hoạt ñộng tốt trong vấn ñề truyền tiếng nói qua mạng IP mà còn có khả năng kế thừa và tương thích tốt với các hệ thống trước ñây Do vậy mà cấu trúc của nó rất ñầy ñủ và phức tạp SIP ñược xây dụng với mục ñích tối ưu hoá ñối với mạng IP, nên giao thức của nó ñơn giản và thuận tiện Mang dáng dấp của các giao thức trên lớp ứng dụng như HTTP, SMTP Chính vì vậy mà khả năng kết hợp của nó với các mạng phi IP là rất khó

Hình 2.9 So sánh H323 và SIP 2.3.2.4 Giao thức SCCP (Simple Gateway Control Protocol)

Giao thức này cho phép các thành phần ñiều khiển cuộc gọi có thể ñiều khiển kết nối giữa trung kế, các thiết bị ñầu cuối với các gateway Các thành phần ñiều khiển ñược gọi là Call Agent SGCP ñược sử dụng ñể thiết lập, duy trì và giải phóng các cuộc gọi qua mạng IP Call Agent thực hiện các chức năng báo hiệu cuộc gọi và gateway thực hiện chức năng truyền tín hiệu âm thanh SGCP cung cấp năm lệnh ñiều khiển chính như sau:

• Notification Request: yêu cầu gateway phát các tín hiệu nhấc ñặt máy và các tín hiệu quay số DTMF

• Notify: gateway sử dụng lệnh này ñể thông báo với Call Agent về các tín hiệu ñược phát hiện ở trên

• Create Connection: Call Agent yêu cầu khởi tạo kết nối giữa các ñầu liên lạc trong gateway

• Modify Connection: Call Agent dùng lệnh này ñể thay ñổi các thông số về kết nối ñã thiết lập Lệnh này cũng có thể dùng ñể ñiều khiển luồng cho các gói tin RTP ñi từ gateway này sang gateway khác

• Delete Connection: Call Agent sử dụng lệnh này ñể giải phóng các kết nối ñã thiết lập

Năm lệnh trên ñây ñiều khiển gateway và thông báo cho call agent về các sự kiện xảy

ra Mỗi lệnh hay yêu cầu bao gồm các thông số cụ thể cần thiết ñể thực thi các phiên làm việc

2.3.2.5 Giao thức MGCP

Giao thức MGCP cho phép ñiều khiển các gateway thông qua các thành phần ñiều khiển nằm bên ngoài mạng MGCP sử dụng mô hình kết nối tương tự như SGCP dựa trên các kết nối cơ bản giữa thiết bị ñầu cuối và gateway Các kết nối có thể là kết nối ñiểm-ñiểm hoặc kết nối ña ñiểm Ngoài chức năng ñiều khiển như SGCP, MGCP còn cung cấp thêm các chức năng sau:

• Endpoint Configuration: Call Agent dùng lệnh này ñể yêu cầu gateway xác ñịnh kiểu mã hoá ở phí ñường dây kết nối ñến thiết bị ñầu cuối

• AuditEndpoint và AuditConnection: Call Agent dùng lệnh này ñể kiểm tra trạng thái và sự kết nối ở một thiết bị ñầu cuối

• RestartIn-Progress: Gateway dùng lệnh này ñể thông báo với Call Agent khi nào các thiết bị ñầu cuối ngừng sử dụng dịch vụ và khi nào quay lại sử dụng dịch vụ

2.4 Kết luận

Trên ñây là tổng quan về kiến trúc mạng VoIP, các thành phần, cách thức hoạt ñộng Từ chương này có thể có cái nhìn cơ bản về hệ thống truyển thoại qua mạng internet Đồng thời chương này ñã trình bày ngắn gọn các giao thức báo hiệu ñiều khiển ñể thiết lập cuộc ñiện thoại giữa 2 ñầu cuối Mặc dù là báo hiệu cho mạng thoại

số, nhưng các bản tin báo hiệu hoàn toàn trong suốt với người dùng ñầu cuối và thể hiện ñược tất cả các báo hiệu như trong mạng thoại tương tự truyền thống: tín hiệu mời quay số, tín hiệu chuông, hồi âm chuông, tín hiệu báo bận Ngoài ra do sự linh hoạt của tín hiệu số, mạng VoIP còn thể hiện nhiều loại báo hiệu hơn ñể ñảm bảo chất lượng và hỗ trợ các dịch vụ gia tăng Việc hiểu rõ các giao thức báo hiệu giúp ta hiểu

rõ hơn bản chất, hoạt ñộng của ñiện thoại qua IP, ñồng thời ñưa ra quyết ñịnh lựa chọn giao thức tốt nhất ñể triển khai cho mô hình mạng thực tế

Tuy vậy, do giới hạn ñề tài, chương này mới trình bày một số giao thức báo hiệu phổ biến và hữu dụng nhất ñược sử dụng trong mạng VoIP

CHƯƠNG 3 – THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG VOIP CHO VNA

3.1 Tiêu chí thiết kế hệ thống mạng VoIP

3.1.1 Năng lực xử lý

Là một trong những thành phần quan trọng nhất trên mạng, Năng Lực Xử Lý (Performance) ñược xác ñịnh qua băng thông và tỷ lệ dữ liệu có thể truyền theo ñơn vị thời gian là Giây (pps) Một ví dụ ñể chứng minh sự quan trọng của Năng Lực Xử Lý

có thể ñược diễn tả ñơn giản như sau: một thiết bị có khả năng lực xử lý là 10000 pps nhưng khi ñưa vào môi trường thực tế thì thiết bị chỉ có thể ñáp ứng ñược 5000pps, lý

do là trong môi trường thực tế năng lực này còn phụ thuộc vào khả năng tải của cpu, tốc ñộ ñường truyền, vị trí ñiểm ñặt của thiết bị, v.v Do tính chất phức tạp khi tính toàn Năng Lực Xử Lý, người ta sẽ tập trung vào 3 yếu tố ảnh hưởng mà liên quan tới Năng Lực Xử Lý nhất ñể có thể nhận biết ñược một mạng, ñó là:

Hình 3.1 Năng lực xử lý

• Responsiveness (thời gian ñáp ứng)

• Throughtput ( Băng thông)

• Utilization (Tối ưu)

Với VNA việc quan tâm nhất sau khi ñã ñầu tư nâng cấp chính là khả năng xủ lý của mạng Thời gian ñáp ứng (Responsiveness) của các ứng dụng trên mạng lúc này phải

trong thời gian cho phép vào những lúc mạng ñang hoạt ñộng cao ñiểm nhất Để làm ñược việc này Throughput (Băng thông) trên mạng phải luôn ñảo bảo ñược ñộ ổn ñịnh

và tối ưu ñược băng thông (Utilization) Tính tối ưu ở ñây chính là hiệu suất hoạt ñộng của thiết bị sao cho nó có khả năng ñáp ứng ñược các yêu cầu ñược ñưa ñến dồn dập

Đặc biệt với loại traffic Voice, ngoài yêu cầu về băng thông, còn yêu cầu khắt khe về

ñộ trễ, tỷ lệ mất gói, jitter vì phải ñảm bảo chất lượng tín hiệu thời gian thưc Theo ñó, cần dựa vào khả năng hỗ trợ của ñường truyền, thiết bị ñể thiết lập các chính sách về codec, QoS cho phù hợp với nhu cầu của ứng dụng:

Hình 3.2 QoS qua kết nối WAN

Trên ñây chỉ là một trong những phân tích nhỏ về tầm quan trọng của Năng Lực Xử Lý

3.1.2 Tính dự phòng

Hình 3.3 Độ ổn ñịnh

Một ñiểm vô cùng quan trong khi thiết kế mạng cũng như ñầu tư mua mới thiết bị là tính ổn ñịnh Người ta ñịnh nghĩa ñộ ổn ñịnh là thời gian tạm dừng hệ thống (MTTR)

phải giảm tối ña và thời gian chạy liên tục ko có lỗi (MTBF) phải tăng tối ña Chính vì vậy, có một số ñiểm chúng ta cần phải quan tâm khi nói về tính ổn ñịnh như sau:

• Khả năng chống lỗi và dự phòng của thiết bị: ñây là ñiểm cần ñược quan tâm trước tiên khi ñánh giá về ñộ ổn ñịnh Khả năng chống lỗi và dự phòng của thiết bị sẽ mang lại ñộ tin cậy cao

• Khả năng dự phòng về ñường truyền: Bên cạnh ñộ ổn ñinh về thiết bị, việc ñảm bảo ñược các tuyến ñường thông suốt là một vấn ñề quan trọng không kém Không ai có thể ñảm bảo ñược 1 ñường truyền luôn ổn ñinh 100% do vậy khi

có dự phòng về ñường truyền sẽ giúp cho mạng ổn ñịnh hơn trong trường hợp ñường truyền bị ñứt

• Khả năng dự phòng của giao thức ñịnh tuyến: Khi lựa chọn giao thức ñịnh tuyến người quản trị ñã tính ñến các ñiểm tối ưu giúp tăng ñộ ổn ñinh cho mạng bằng cách tận dụng các tính năng như chia tải, dự phòng tuyến ñường, khả năng ñồng bộ lại bảng ñịnh tuyến khi có lỗi

Thiết kế mạng: Một thiết kế mạng hợp lý sẽ giúp cho ñộ ổn ñịnh của mạng ñược tốt hơn Khi ñó ta có thể xác ñịnh ñược vị trí của từng ñiểm nhậy cảm trên mạng

3.1.3 Tiêu chí chức năng

Hệ thống mạng của VNA bao gồm rất nhiều các ứng dụng khác nhau truyền qua Trong rất nhiều loại ứng dụng ñó sẽ có rất nhiều loại yêu cầu mạng phải ñáp ứng ñược những yêu cầu về khung thời gian tối thiểu Chính vì vậy ñể một ứng dụng có thể hoạt ñộng ñầy ñủ các chức năng của nó, một hệ thống mạng sẽ luôn phải hoạt ñộng ổn ñịnh, luôn ñáp ứng ñược với các yêu cầu từ phía các ứng dụng ñang dùng Đây là một việc tưởng chừng khá ñơn giản với một hệ thống nhỏ, nhưng với một hệ thống mạng như của VNA sẽ vô cùng phức tạp, ñòi hỏi những giải pháp chuyên biệt nhằm giúp cho các ứng dụng ñó luôn chạy ở mức tối ưu nhất

Đặc biệt trong hệ thống truyền thông hợp nhất, sẽ có rất nhiều thành phần, ứng dụng tích hợp thành các module khác nhau Do vậy, thiết kế có tính ñịnh hướng từ ban ñầu

sẽ giúp việc tích hợp các chức năng dễ dàng và hợp lý hơn

3.1.4 Khả năng mở rộng

Như chúng ta ñã thấy, hệ thống mạng của VNA sẽ ngày một mở rộng, do vậy bất cứ việc ñầu tư mua thêm hoặc nâng cấp ñều phải tính tới khả năng mở rộng Vấn ñề mở rộng có thể ñược chia làm hai dạng là mở rộng cứng và mở rộng mềm

Hình 3.4 Khả năng mở rộng

Mở rộng cứng ở đây cĩ thể được hiểu khả năng nâng cấp với các thiết bị hiện tại Các thiết bị phải cĩ phần mở rộng như Module, Slots, Card Để làm được việc đĩ người quản trị cũng như người thiết kế phải cĩ khả năng phân cấp hệ thống, phân vùng và xác định rõ nhiệm vụ của từng vùng khác nhau để cĩ được cái nhìn chính xác nhất về mạng, nhằm tiện cho việc điều chỉnh, nâng cấp

Mở rộng mềm là một điểm cũng khá là quan trọng Người quản trị mạng sẽ phải cĩ khả năng dự đốn được sự mở rộng của mạng để từ đĩ cĩ thể xác định loại giao thức định tuyến sẽ được sử dụng trên mạng (nhằm tránh việc thay đổi giao thức định tuyến rất phức tạp) và cĩ một quy hoạch về địa chỉ IP (IP Plan) phù hợp nhất với hệ thống mạng

3.1.5 Khả năng quản lý

Hình 3.5 Khả năng quản lý