Tìm hiểu giải pháp triển khai VoIP trên mã nguồn mở Asterisk

Với sự phát triển nhảy vọt của mạng chuyển mạch gói IP hiện nay cùng với sự hội nhập mạnh mẽ vào nền kinh tế khu vực và trên thế giới, môi trường viễn thông Việt Nam cũng có những bước chuyển lớn với hàng loạt các dịch vụ mới. Chẳng hạn như sự ra đời của mạng điện thoại di động với Sfone, phá vỡ thế độc quyền của Vinaphone, Mobifone, tiếp theo là dịch vụ đường truyền Internet tốc độ cao ADSL với chi phí thấp, rồi tiếp theo là sự ra đời của dịch vụ gọi điện thoại quốc tế giá rẻ Internet Phone. Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của Internet, ra đời nhiều loại hình dịch vụ phục vụ cho việc liên lạc của con người. Trong đó VoIP là công nghệ mang tính cách mạng làm thay đổi thế giới điện thoại với chất lượng dịch vụ khá cao. Hệ thống tổng đài điện thoại sẽ mang lại rất nhiều những lợi ích khi các doanh nghiệp áp dụng và ứng dụng nó một cách hiệu quả nhất.Để xây dựng hệ thống tổng đài điện thoại đúng quy trình hiện nay không còn là vấn đề quá khó khăn với các doanh nghiệp. Có nhiều hướng đi để doanh nghiệp có thể triển khai lắp đặt các hệ thống Call Center. Nhưng bài toán đặt ra là chi phí đầu tư phải mang lại hiệu quả công việc, và tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có.Trong bối cảnh hội nhập toàn cầu, để đáp ứng nhu cầu thực tiễn trong điều kiện cạnh tranh ngày càng gay gắt nhằm giữ chân khách hàng và tìm kiếm khách hàng ngày một tốt hơn. Việc thiết lập một Call Center trở thành một xu thế chung không chỉ dành cho các doanh nghiệp lớn mà các doanh nghiệp vừa và nhỏ cũng cố gắng phục vụ khách hàng với chất lượng tốt nhất và giữ chân khách hàng lâu nhất.Với những lý do trên nhóm em đã quyết định chọn đề tài “Tìm hiểu giải pháp triển khai VoIP trên mã nguồn mở Asterisk” để có thể hiểu thêm về mạng VoIP, hệ thống Asterisk và cách xây dựng một hệ thống tổng đài cơ bản.Bài tiểu luận gồm 3 phần chính:Chương 1: Tổng quan về mạng VoIPChương 2: Hệ thống AsteriskChương 3: Triển khai hệ thống tổng đài nội bộ trên phần mềm Issabel Asterisk.

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VOIP 2

1.1.Giới thiệu, định nghĩa về mạng VoIP 2

1.2 Ưu, nhược điểm của mạng VoIP 2

1.2.1 Ưu điểm của mạng VoIP 2

1.2.2 Nhược điểm của mạng VoIP 4

1.3 Những thành phần trong mạng VoIP 4

1.4 Các giao thức của VoIP 5

1.5 Nguyên lý hoạt động của VoIP 6

1.5.1 Mô hình kiến trúc mạng VoIP 6

1.5.2 Nguyên lý hoạt động của mạng VoIP 6

1.4.2.1 Lấy mẫu (Sampling) 8

1.4.2.2 Lượng tử hóa (Quantization) 8

1.4.2.3 Mã hóa (Encoding) 9

1.4.2.4 Nén giọng nói (Voice Compression) 9

1.6 Hiện trạng của VoIP 9

1.6.1 Tính bảo mật trong VoIP 9

1.6.2 Những khó khăn trong VoIP 10

1.6.3 Xu hướng phát triển VoIP hiện nay 11

1.7 Ứng dụng của VoIP 11

1.7.1 Dịch vụ điện thoại qua internet 11

1.7.2 Thoại thông minh 12

1.7.3 Dịch vụ tính cước 13

1.7.4 Dịch vụ Callback Web 13

1.7.5 Dịch vụ Fax qua Intenet 13

1.7.6 Dịch vụ Call center 14

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ TỔNG ĐÀI NỘI BỘ VÀ HỆ THỐNG ASTERISK 15

2.1 Hệ thống Asterisk 15

2.2 Cấu trúc hệ thống Asterisk 16

2.3 Lợi ích của Asterisk 17

2.4 Tính năng của Asterisk 18

2.5 Ứng dụng của Asterisk 19

CHƯƠNG 3: TRIỂN KHAI VOIP TRÊN MÃ NGUỒN MỞ ASTERISK 20

3.1 Cài đặt 20

3.1.1 Cài đặt máy ảo Vmware 12 Pro 20

3.1.3 Cài đặt Asterisk Now 20

3.2 Kiểm thử 22

KẾT LUẬN 27

TÀI LIỆU THAM KHẢO 28

LỜI NÓI ĐẦU

Với sự phát triển nhảy vọt của mạng chuyển mạch gói IP hiện nay cùng với sự hộinhập mạnh mẽ vào nền kinh tế khu vực và trên thế giới, môi trường viễn thông Việt Namcũng có những bước chuyển lớn với hàng loạt các dịch vụ mới Chẳng hạn như sự ra đờicủa mạng điện thoại di động với Sfone, phá vỡ thế độc quyền của Vinaphone, Mobifone,tiếp theo là dịch vụ đường truyền Internet tốc độ cao ADSL với chi phí thấp, rồi tiếp theo

là sự ra đời của dịch vụ gọi điện thoại quốc tế giá rẻ Internet Phone

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của Internet, ra đời nhiều loại hình dịch vụphục vụ cho việc liên lạc của con người Trong đó VoIP là công nghệ mang tính cáchmạng làm thay đổi thế giới điện thoại với chất lượng dịch vụ khá cao Hệ thống tổng đàiđiện thoại sẽ mang lại rất nhiều những lợi ích khi các doanh nghiệp áp dụng và ứng dụng

nó một cách hiệu quả nhất

Để xây dựng hệ thống tổng đài điện thoại đúng quy trình hiện nay không còn làvấn đề quá khó khăn với các doanh nghiệp Có nhiều hướng đi để doanh nghiệp có thểtriển khai lắp đặt các hệ thống Call Center Nhưng bài toán đặt ra là chi phí đầu tư phảimang lại hiệu quả công việc, và tận dụng cơ sở hạ tầng sẵn có

Trong bối cảnh hội nhập toàn cầu, để đáp ứng nhu cầu thực tiễn trong điều kiệncạnh tranh ngày càng gay gắt nhằm giữ chân khách hàng và tìm kiếm khách hàng ngàymột tốt hơn Việc thiết lập một Call Center trở thành một xu thế chung không chỉ dànhcho các doanh nghiệp lớn mà các doanh nghiệp vừa và nhỏ cũng cố gắng phục vụ kháchhàng với chất lượng tốt nhất và giữ chân khách hàng lâu nhất

Với những lý do trên nhóm em đã quyết định chọn đề tài “Tìm hiểu giải pháp triển khai VoIP trên mã nguồn mở Asterisk” để có thể hiểu thêm về mạng VoIP, hệ thống

Asterisk và cách xây dựng một hệ thống tổng đài cơ bản

Bài tiểu luận gồm 3 phần chính:

Chương 1: Tổng quan về mạng VoIP

Chương 2: Hệ thống Asterisk

Chương 3: Triển khai hệ thống tổng đài nội bộ trên phần mềm Issabel Asterisk

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG VOIP1.1.Giới thiệu, định nghĩa về mạng VoIP

VoIP (Voice over Internet Protocol) là một công nghệ cho phép truyền thoại sử

dụng giao thức mạng IP, trên cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng Internet VoIP là một trongnhững công nghệ viễn thông đang được quan tâm nhất hiện nay không chỉ đối với nhàkhai thác, các nhà sản xuất mà còn cả với người sử dụng dịch vụ

VoIP cho phép tạo cuộc gọi dùng kết nối băng thông rộng thay vì dùng đường dây

điện thoại tương tự (analog) Nhiều dịch vụ VoIP có thể chỉ cho phép bạn gọi người khác

dùng cùng loại dịch vụ, tuy nhiên cũng có những dịch vụ cho phép gọi những người khácdùng số điện thoại như số nội bộ, đường dài, di động, quốc tế Trong khi cũng có nhữngdịch vụ chỉ làm việc qua máy tính, cũng có vài dịch vụ dùng điện thoại truyền thống qua

một bộ điều hợp (adaptor).

Nguyên tắc hoạt động của VoIP bao gồm việc số hoá tín hiệu tiếng nói, thực hiệnviệc nén tín hiệu số, chia nhỏ các gói nếu cần và truyền gói tin này qua mạng, tới nơi nhậncác gói tin này được ráp lại theo đúng thứ tự của bản tin, giải mã tín hiệu tương tự phụchồi lại tiếng nói ban đầu

1.2 Ưu, nhược điểm của mạng VoIP

1.2.1 Ưu điểm của mạng VoIP

VoIP ra đời nhằm khai thác tính hiệu quả của các mạng truyền số liệu, khai tháctính linh hoạt trong phát triển các ứng dụng mới của giao thức IP và nó được áp dụng trênmột mạng toàn cầu là mạng Internet Các tiến bộ của công nghệ đã mang đến cho VoIPcác ưu điểm sau:

- Giảm chi phí cuộc gọi: Ưu điểm nổi bật của điện thoại IP so với dịch vụ điệnthoại thông thường là khả năng cung cấp những cuộc gọi đường dài giá rẻ

- Tiết kiệm chi phí bảo trì hệ thống mạng thoại và dữ liệu Tích hợp mạng thoại,mạng số liệu và mạng báo hiệu: trong điện thoại IP, tín hiệu thoại, số liệu và ngay cả báo

hiệu đều có cùng đi trên một mạng IP Điều này sẽ giúp tiết kiệm chi phí khi đầu tư nhiềumạng riêng lẻ.

- Khả năng mở rộng: Các tổng đài điện thoại thường là những hệ thống kín, rấtkhó để thêm vào đó những tính năng thì các thiết bị trong mạng internet thường có khảnăng thêm vào những tính năng mới Chính tính mềm dẻo đó mang lại cho điện thoại IPkhả năng mở rộng dễ dàng hơn so với điện thoại truyền thống

- Không cần thông tin điều khiển để thiết lập kênh truyền vật lý: Gói thông tintrong mạng IP được truyền đến đích mà không cần một sự thiết lập kênh nào Gói tin chỉcần mang địa chỉ của nơi nhận cuối cùng là thông tin đó có thể đến được đích Do vậy,việc điều khiển cuộc gọi trong mạng IP chỉ cần tập trung vào chức năng cuộc gọi màkhông cần tập trung vào chức năng thiết lập kênh

- Quản lý băng thông: Trong điện thoại chuyển mạch kênh, tài nguyên băngthông cung cấp cho một cuộc thoại là cố định (một kênh 64Kbps), nhưng trong điện thoại

IP việc phân chia tài nguyên cho các cuộc thoại linh hoạt hơn nhiều Khi một cuộc liên lạcdiễn ra, nếu lưu lượng của mạng thấp thì băng thông dành cho liên lạc sẽ cho chất lượngthoại tốt nhất có thể, nhưng khi lưu lượng của mạng cao thì mạng sẽ hạn chế băng thôngcủa từng cuộc gọi ở mức duy trì chất lượng thoại đảm bảo không gián đoạn nhằm phục vụcùng lúc được nhiều người nhất Điểm này cũng là một yếu tố làm tăng hiệu quả sử dụngcủa điện thoại IP

- Nhiều tính năng dịch vụ: Tính linh hoạt của mạng IP cho phép tạp ra nhiềutính năng mới trong dịch vụ thoại như: cho biết thông tin về người gọi tới hay một thuêbao điện thoại IP có thể có nhiều số liên lạc mà chỉ cần một thiết bị đầu cuối duy nhất

- Khả năng multimedia: Trong một cuộc gọi người dùng có thể vừa nói chuyệnvừa sử dụng các dịch vụ khác như: truyền file, chia sẻ dữ liệu hay xem hình ảnh củangười nói chuyện bên kia

- Sử dụng hiệu quả: Như đã biết VoIP truyền thoại qua mạng Internet và sửdụng giao thức IP, ngày nay IP là giao thức mạng được sử dụng rộng rãi nhất và có rấtnhiều ứng dụng đang được khai thác trên cơ sở các giao thức của mạng IP, VoIP có thểkết hợp sử dụng các ứng dụng này để năng cao hiệu quả sử dụng

1.2.2 Nhược điểm của mạng VoIP

Kỹ thuật phức tạp: để có được một dịch vụ thoại chấp nhận được, cần thiết phải cómột kỹ thuật nén tín hiệu phải đạt được các yêu cầu như: tỉ số nén lớn, có khả năng suyđoán và tạo lại thông tin của các gói bị thất lạc, tốc độ xử lý của các bộ codec (Coder andDecoder) phải đủ nhanh…

Vấn đề tiếng vọng: Nếu như trong mạng thoại, độ trễ thấp nên tiếng vọng khôngảnh hưởng nhiều thì trong mạng IP, do trễ lớn nên tiếng vọng ảnh hưởng đến chất lượngthoại

Vấn đề bảo mật (Security): Mạng internet là một mạng có tính rộng khắp và hỗnhợp Trong đó có rất nhiều loại máy tính khác nhau và các dịch vụ khác nhau cùng sửdụng chung một cơ sở hạ tầng Do vậy không có gì đảm bảo rằng những thông tin củangười sử dụng được bảo mật an toàn

Ngoài ra VoIP có thể gặp phải những vấn đề như: không thể sử dụng được dịch vụkhi mất điện, không thể kết nối đến các dịch vụ khẩn cấp (cấp cứu, báo cháy, cảnh sát )

VoIP server: là các máy chủ trung tâm có chức năng định tuyến và bảo mật cho

các cuộc gọi VoIP Trong mạng H.323 chúng được gọi là gatekeeper Trong mạng SIPcác server được gọi là SIP server

Hình 1: Các thành phần trong mạng VoIP

Thiết bị đầu cuối (End user equipments): Softphone và máy tính cá nhân (PC)

bao gồm một headphone, một phần mềm và một kết nối Internet Các phần mềm miễn phíphổ biến như Skype, Ekiga,

Điện thoại truyền thông với IP adapter: để sử dụng dịch vụ VoIP thì máy điện

thoại thông dụng phải gắn với một IP adapter để có thể kết nối với VoIP server Adapter

là một thiết bị có ít nhất một cổng RJ11 (để gắn với điện thoại) , RJ45 (để gắn với đườngtruyền Internet hay PSTN) và một cổng cắm nguồn

IP phone: là các điện thoại dùng riêng cho mạng VoIP Các IP phone không cần

VoIP Adapter bởi chúng đã được tích hợp sẵn bên trong để có thể kết nối trực tiếp với cácVoIP server

1.4 Các giao thức của VoIP

1.4.1.2 Các thành phần hoạt động trong giao thức H.323

Các thành phần của H.323

a Terminal: Là 1 PC hay 1 IP phone đang sử dụng giao thức H.323

H.323 Terminal là một thiết bị đầu cuối trong mạng LAN có khả năng truyền thônghai chiều, cung cấp giap diện trực tiếp giữa người dùng và mạng Nó có thể là một máy

PC hoặc một thiết bị độc lập Tất cả các đầu cuối H.323 đều phải được hỗ trợ khả năngtruyền dữ liệu audio và video hai chiều và phải hỗ trợ chuẩn H.245 được dùng để điều tiếtcác kênh truyền dữ liệu

Mạng VoIP sẽ cung cấp các khả năng truyền thông thời gian thực hai chiều giữađầu cuối với đầu cuối khác, với Gateway hay MCU để trao đổi các tín hiệu điều khiển chỉthị, audio, hình ảnh động hay dữ liệu giữa hai thiết bị

b Gateway: Nhiệm vụ của gateway là thực hiện việc kết nối gữa hai mạng khácnhau H.323 gateway cung cấp khả năng kết nối giữa một mạng H.323 và một mạng khác(không phải H.323) Thí dụ như một gateway có thể kết nối và cung cấp khả năng truyềntin giữa một đầu cuối H.323 và mạng chuyển mạch kênh (bao gồm tất cả các loại mạngchuyển mạch điện thoại chẳng hạn PSTN) Việc kết nối này được thực hiện nhờ chức

năng chuyển đổi giao thức trong quá trình thiết lập, giải phóng cuộc gọi và chức năngbiến đổi khuôn dạng dữ liệu giữa hai mạng khác nhau của gateway Như vậy đối với kếtnối giữa hai thiết bị đầu cuối H.323 thì không cần thiết phải có gateway, nhưng đối vớicuộc gọi có sự tham gia của mạng chuyển mạch kênh thì gateway là bắt buộc phải có.

Trong khuyến nghị H.323, Gateway H.323 là một phần tử tuỳ chọn và được sửdụng như là một cầu nối giữa các đầu cuối H.323 với các đầu cuối H.310 (cho B-ISDN),H.320 (ISDN), H.321 (ATM), H.324M (Mobile)

Các chức năng chính của Gateway là:

_ Cung cấp phiên dịch giữa các thực thể trong mạng chuyển gói (ví dụ mạng IP)với mạng chuyển mạch kênh (ví dụ PSTN)

_ Các Gateway cũng có thể phiên dịch khuôn dạng truyền dẫn, phiên dịch các tiếntrình truyền thông, phiên dịch giữa các bộ mã hoá/giải mã hoặc phiên dịch giữa các đầucuối theo chuẩn H.323 và các đầu cuối không theo chuẩn này

_ Ngoài ra, nó còn tham gia vào việc thiết lập và huỷ bỏ cuộc gọi

c GateKeeper: Đóng vai trò là những điểm trung tâm (focal points) trong mô hìnhmạng H.323 Các dịch vụ nền sẽ quyết định việc cung cấp địa chỉ (addressing),phân phátbăng thông (bandwidth), cung cấp tài khoản, thẩm định quyền (authentication) cho cácterminal và gateway…

Gatekeeper hoạt động như một bộ chuyển mạch ảo Gatekeeper có các chức năngđiều khiển cuộc gọi các điểm cuối như đánh địa chỉ; cho phép và xác nhận các đầu cuốiH.323, các gateway; quản lý băng thông; tính cước cuộc gọi; ngoài ra nó còn có thể cungcấp khả năng định tuyến cuộc gọi Gatekeeper quản lý băng thông nhờ khả năng cho phéphay không cho phép các cuộc gọi xảy ra Khi số cuộc gọi đã vượt qua một ngưỡng nào đóthì nó sẽ từ chối tất cả các cuộc gọi khác Ngoài ra gatekeeper còn có thể cung cấp khảnăng định tuyến báo hiệu Mặc dù vậy, gatekeeper là thành phần tuỳ chọn trong mạngH.323 Tuy nhiên nếu trong mạng có gatekeeper thì các thiết bị đầu cuối và các Gatewayphải sử dụng các thủ tục của gatekeeper

Về mặt logic, Gatekeeper là một thiết bị độc lập nhưng trong thực tế nó thườngđược tích hợp với các phần tử mạng khác trong cùng một thiết bị vật lý Mỗi GK quản lý

một vùng mạng, nếu trong mạng có một GK thì các điểm cuối phải đăng ký và sử dụngcác dịch vụ do nó cung cấp Một vùng mạng H.323 được hiểu như một tập hợp các nodenhư đầu cuối, Gateway hay MCU Một vùng được quản lý bởi một GK và các điểm cuốitrong mạng phải đăng ký với GK này.

d Mutipoint control unit (MCU): Hỗ trợ việc hội thoại đa điểm (conference)chocác máy terminal (3 máy trở lên )trong mạng H.323

MCU là một điểm cuối (Endpoint) trong mạng, nó cung cấp khả năng nhiều thiết bịđầu cuối, gateway cùng tham gia vào một liên kết đa điểm (multipoint conference) Nóbao gồm một MC (Multipoint Controller) bắt buộc phải có và một MP (MultipointProcessor) có thể có hoặc không Nhiệm vụ của MC là điều tiết khả năng audio, video,data giữa các thiết bị đầu cuối theo giao thức H.245 Nó cũng điều khiển các tài nguyêncủa hội thoại bằng việc xác định dòng audio, video, data nào cần được gửi đến các đầucuối Tuy nhiên, MC không thao tác trực tiếp trên các dòng dữ liệu mà nhiệm vụ nàyđược giao cho MP MP sẽ thực hiện việc kết hợp, chuyển đổi, xử lý các bit dữ liệu MPnhận các dòng audio, video và data từ các điểm cuối trong một hội nghị đa điểm Nó sẽ

xử lý tập trung các luồng phương tiện này và trả lại chúng cho các diểm cuối Nó có thểthực hiện các chức năng như trộn, chuyển mạch, hay các xử lý khác dưới sự điều khiểncủa MC MP có thể xử lý một luồng phương tiện đơn lẻ hay nhiều luồng phương tiện phụthuộc vào kiểu của hội nghị được hỗ trợ

Thành phần của khối điều khiển đa điểm gồm:

- Bộ điều khiển đa điểm: Cung cấp chức năng điều khiển

- Bộ xử lý đa điểm: Thu nhận và xử lý các dòng thoại, video hoặc dữ liệu

1.4.1.3 Phương thức hoạt động của H.323 network

Khi 1 phiên kết nối được thực hiện, việc dịch địa chỉ (address translation) sẽ được

1 gateway đảm nhận Khi địa chỉ IP của máy đích được xác nhận, 1 kết nối TCP sẽ đượcthiết lập từ địa chỉ nguồn tới người nhận thông qua giao thức Q.931 (là 1 phần của bộgiao thức H.323) Ở bước này, cả 2 nơi đều tiến hành việc trau đổi các tham số bao gồmcác tham số mã hoá (encoding parameters) và các thành phần tham số liên quan khác Cáccổng kết nối và phân phát địa chỉ cũng được cấu hình 4 kênh RTCP và RTP được kết nối,

mỗi kênh có 1 hướng duy nhất RTP là kênh truyền dữ liệu âm thanh (voice data) từ 1thực thể sang 1 thực thể khác Khi các kênh đã được kết nối thì dữ liệu âm thanh sẽ đượcphát thông qua các kênh truyền này thông qua các RTCP instructions.

1.4.1.4 Ngăn xếp giao thức H.323

H.323 là một tập hợp của nhiều giao thức còn được gọi là họ giao thức H.323 mô

tả quá trình truyền multimedia qua mạng gói Nhìn chung, các thủ tục truyền báo hiệutrong khuyến nghị H.323 đều dựa trên ngăn xếp giao thức sau:

_ Các bản tin điều khiển (như là các bản tin báo hiệu Q931, các bản tin thay đổikhả năng H.245) được mang bởi lớp TCP tin cậy Điều này đảm bảo rằng các thông tinquan trọng sẽ được truyền lại nếu cần thiết và có thể khôi phục chính xác tại đầu thu Bảntin giao thức RAS, luồng media có thể truyền qua giao thức UDP vì đây là giao thứctruyền không tin cậy, nó không có các thủ tục kiểm tra chặt chẽ và truyền lại thông tinnhư TCP, do đó nó phù hợp với các luồng thông tin media vốn không yêu cầu tính an toàncao như dữ liệu nhưng lại yêu cầu chặt chẽ về tính thời gian thực

_ Các luồng media thì được truyền qua lớp giao thức UDP không tin cậy và đượcquản lý dựa trên 2 giao thức thời gian thực RTP và RTCP RTP cung cấp chức năngtruyền tải mạng end-to-end phù hợp với các ứng dụng chuyển đổi thời gian thực nhưaudio, video qua các dịch vụ mạng đơn điểm hay đa điểm RTP không chỉ ra nguồn tàinguyên dành riêng và không đảm bảo mức chất lượng dịch vụ cho các dịch vụ thời gianthực, việc này được đảm bảo bằng giao thức điều khiển thời gian thực (RTCP) RTCP chophép giám sát luồng lưu lượng phân tán trong mạng và thực hiện các chức năng điềukhiển luồng và nhận dạng luồng cho các lưu lượng thời gian thực

Ngăn xếp giao thức H.323

1.4.1.5.Các kênh điều khiển trong H.323

Có nhiều giao thức nhỏ trong tập giao thức H.323 nhưng có 3 giao thức báo hiệuchính thường được sử dụng là:

• Báo hiệu H.225 RAS (Registration, Admissions and Status): báo hiệu giữa thiết

bị đầu cuối với H.323 Gatekeeper trước khi thiết lập cuộc gọi

• Báo hiệu H.225 Q.931 sử dụng để kết nối, duy trì và hủy kết nối giữa hai đầucuối

• Báo hiệu H.245 sử dụng để thiết lập phiên truyền media sử dụng giao thức RTP

1.4.2 Giao thức SIP

1.4.2.1 Khái niệm

SIP (Session Initiation Protocol) được phát triển bởi IETF (Internet EngineeringTask Force) MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control) Working Group (theoRFC 3261) Đây là 1 giao thức kiểu diện ký tự (text-based protocol_ khi client gửi yêucầu đến Server thì Server sẽ gửi thông tin ngược về cho Client), đơn giản hơn giao thứcH.323 Nó giống với HTTP, hay SMTP Gói tin (messages) bao gồm các header và phần

thân (message body) SIP là 1 giao thức ứng dụng (application protocol) và chạy trên cácgiao thức UDP, TCP và STCP.

1.4.2.2.Các thành phần trong của hệ thống SIP

Có 3 thành phần: SIP terminal, SIP servers và SIP Gateway

a Đầu cuối thông minh SIP

- User Agent (UA): Là thiết bị đầu cuối trong mạng SIP, có thể là một máy điện thoạiSIP, có thể là máy tính chạy phần mềm SIP

- UAC (User Agent Client): Là một ứng dụng chủ gọi, nó khởi đầu và gửi bản tin yêu cầuSIP

- UAS (User Agent Server): Nó nhận và trả lời các yêu cầu SIP, nhân danh các server,chấp nhận, chuyển hoặc từ chối cuộc gọi

- UAC và UAS đều có thể kết thúc cuộc gọi

b SIP Server

- SIP server thực hiện các chức năng của hệ thống SIP trong mạng như: điều khiển, quản

lý cuộc gọi, trạng thái người dùng

- Proxy Server: Là phần mềm trung gian hoạt động cả như Server và Client để thực hiệncác yêu cầu thay mặt các đầu cuối khác Tất cả các yêu cầu được xử lý tại chỗ bởi ProxyServer nếu có thể, hoặc được chuyển cho các máy chủ khác Trong trường hợp ProxyServer không trực tiếp đáp ứng các yêu cầu này thì Proxy Server sẽ thực hiện khâuchuyển đổi hoặc dịch sang khuôn dạng thích hợp trước khi chuyển đi

- Location Server: Là phần mềm định vị thuê bao, cung cấp thông tin về những vị trí cóthể của phía bị gọi cho các phần mềm Proxy Server và Redirect Server.

- Redirect Server: Là phần mềm nhận yêu cầu SIP và chuyển đổi địa chỉ SIP sang một sốđịa chỉ khác và gửi lại cho đầu cuối Không giống như Proxy Server, Redirect Serverkhông bao giờ hoạt động như một đầu cuối tức là không gửi đi bất cứ yêu cầu nào,Redirect Server cũng không nhận hoặc huỷ bỏ cuộc gọi

- Registrar Server: Là phần mềm nhận các yêu cầu đăng ký REGISTER Trong nhiềutrường hợp Registrar Server đảm nhiệm luôn một số chức năng an ninh như xác nhậnngười sử dụng Thông thường Registrar Server được cài đặt cùng với Proxy Server hoặcRedirect Server hoặc cung cấp dịch vụ định vị thuê bao Mỗi lần đầu cuối được bật lên (ví

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

c SIP Gateway

Các Gateway thực hiện chức năng Internetworking giữa hệ thống SIP với các mạng khác

1.4.2.3 Phương thức hoạt động của SIP network

SIP là mô hình mạng sử dụng kiểu kết nối 3 hướng trên nền TCP Ví dụ trên, ta thấy 1 môhình SIP gồm 1 Proxy và 2 end points SDP (Session Description Protocol) được sử dụng

để mang gói tin về thông tin cá nhân (ví dụ như tên người gọi) Khi Bob gửi 1 INVITEcho proxy server với 1 thông tin SDP Proxy Server sẽ đưa yêu cầu này đến máy củaAlice Nếu Alice đồng ý, tín hiệu “OK” sẽ được gửi thông qua định dạng SDP đến Bob.Bob phản ứng lại bằng 1 “ACK” _ tin báo nhận Sau khi “ACK” được nhận, cuộc gọi sẽbắt đầu với giao thức RTP/RTCP Khi cuộc điện đàm kết thúc, Bob sẽ gửi tín hiệu “Bye”

và Alice sẽ phản hồi bằng tín hiệu “OK” Khác với H.232, SIP không có cơ chế bảo mậtriêng SIP sử dụng cơ chế thẩm định quyền của HTTP (HTTP digest authentication), TLS,IPSec và S/MIME (Secure/Multipurpose Internet Mail Extension) cho việc bảo mật dữliệu

1.5 Nguyên lý hoạt động của VoIP

1.5.1 Mô hình kiến trúc mạng VoIP

Hình 2: Mô hình kiến trúc mạng VoIP

Trong mô hình này, là sự có mặt của 2 thành phần chính trong mạng VoIP đó là:

- IP Phone (hay còn gọi là SoftPhone): là thiết bị giao diện đầu cuối phía người

dùng với mạng VoIp Cấu tạo chính của một IP Phone gồm 2 thành phần chính:

+ Thành phần báo hiệu mạng VoIP: báo hiệu có thể là H.323 sử dụng giao thứcTCP hay SIP, sử dụng UDP hoặc TCP làm giao thức truyền tải của mình

+ Thành phần truyền tải media: sử dụng RTP để truyền luồng media với chất lượngthời gian thực và được điều khiển theo giao thức RTCP

- VoIP Server: chức năng chính của server trong mạng VoIP tùy thuộc vào giao

thức báo hiệu được sử dụng Nhưng về mô hình chung thì VoIP Server thực hiện các chứcnăng sau:

+ Định tuyến bản tin báo hiệu trong mạng VoIP

+ Đăng kí, xác thực người dùng

+ Dịch địa chỉ trong mạng

1.5.2 Nguyên lý hoạt động của mạng VoIP

VoIP chuyển đổi tín hiệu giọng nói thông qua môi trường mạng Do vậy, trước hếtgiọng nói phải được chuyển đổi thành các dãy bit kỹ thuật số (digital bits) và được đóng

gói thành các packet để sau đó truyền tải qua mạng IP network và cuối cùng được chuyểnlại thành tín hiệu âm thanh đến người nghe

Các bước cơ bản để thực hiện một cuộc gọi trong VoIP:

- Xác định địa điểm cần gọi đến (mã quốc gia, mã tỉnh,…) và bấm số cần gọi đến

- Các kết nối giữa người gọi và người nhận sẽ được thiết lập

- Khi nói vào ống nghe hay microphone, giọng nói sẽ tạo ra tín hiệu điện từ, đó

là những tín hiệu analog Tín hiệu analog được chuyển sang tín hiệu số dùng thuật toánđặc biệt để chuyển đổi Sau đó giọng nói được số hóa sẽ được đóng thành gói tin và gửitrên mạng IP Trong suốt tiến trình một giao thức như SIP hay H323 sẽ được dùng để điểukhiển (control) cuộc gọi như là thiết lập, quay số, ngắt kết nối,… và RTP thì được dùngcho tính năng đảm bảo độ tin cậy và duy trì chất lượng dịch vụ trong quá trình truyền

- Dữ liệu sẽ được truyền tải qua kết nối được thiết lập lúc đầu

- Dữ liệu chứa âm thanh mà bạn nói sẽ được chuyển hóa trở lại thành âm thanh

mà người nghe hiểu được

- Cuối cùng âm thanh bạn nói ra sẽ được phát ra bên phía người nhận

Quá trình số hóa tín hiệu analog:

Biểu diễn tín hiệu analog thành dạng số (digital) là công việc khó khăn Vì bảnthân dạng âm thanh như giọng nói con người ở dạng analog do đó phải cần một số lượnglớn các giá trị digital để biểu diển biên độ (amplitude), tần số, và pha (phase), chuyển đổinhững giá trị đó thành dạng số nhị phân (0 & 1) là rất khó khăn Vì vậy, để thực hiện sựchuyển đổi này chúng ta cần phải dùng đến thiết bị được gọi là codec (coder-decoder) hay

là thiết bị mã hóa và giải mã Tín hiệu analog được đặt vào đầu vào của thiết bị này vàđược chuyển thành các chuỗi số nhị phân ở đầu ra Sau đó quá trình này thực hiện trở lạibằng cách chuyển đổi chuỗi số nhị phân thành dạng analog ở đầu cuối

Có 4 bước liên quan đến quá trình số hóa một tín hiệu analog:

- Lấy mẫu (Sampling)

- Lượng tử hóa (Quantization)

- Mã hóa (Encoding)

- Nén giọng nói (Voice Compression)

Các kỹ thuật sử dụng trong quá trình số hóa:

Multiplexing: Ghép kênh là qui trình chuyển một số tín hiệu đồng thời qua mộtphương tiện truyền dẫn

TDM (Time Division Multiplexing): Ghép kênh phân chia theo thời gian:Phânphối khoảng thời gian xác định vào mỗi kênh, mỗi kênh chiếm đường truyền cao tốctrong suốt một khoảng thời gian theo định kì

FDM (Frequency Division Multiplexing): Ghép kênh phân chia theo tần số: Mỗikênh được phân phối theo một băng tần xác định, thông thường có bề rộng 4Khz cho dịch

vụ thoại

PCM (Pulse Code Modulation): Điều chế theo mã: là phương pháp thông dụngnhất chuyển đổi các tín hiệu analog sang dạng digital (và ngược lại) để có thể vận chuyểnqua một hệ thống truyền dẫn số hay các quá trình xử lý số

1.5.2.1 Lấy mẫu (Sampling)

Simpling là tỉ lệ lấy mẫu thử - số mẫu mỗi giây dùng để mã hóa âm thanh Tín hiệu

âm thanh trên mạng điện thoại có phổ năng lượng đạt đến 10KHz Tuy nhiên, hầu hếtnăng lượng đều tập trung ở phần thấp hơn trong dải này Trong VoIP, tỉ lệ lấy mẫuthường là 8 KHz, tần số khoảng 16 KHz Có thể sử dụng trong các tình huống khi mà yêu

cầu chất lượng âm thanh cao (băng thông cao) Việc lựa chọn tần số lấy mẫu cho từng

loại âm thanh không phải ngẫu nhiên, mà có một quy tắc riêng là: tần số lấy mẫu phải lớnhơn hoặc bằng hai lần so với lưu lượng băng thông

1.5.2.2 Lượng tử hóa (Quantization)

Lượng tử hóa là số bit được sử dụng để biểu thị cho từng mẫu âm thanh Trongthực tế, muốn làm việc với toàn bộ byte chúng ta phải xem xét 8 bit hoặc 16 bit

Mẫu 8 bit, mỗi mẫu có thể biểu thị cho 256 giá trị khác nhau, vì vậy chúng ta cóthể làm việc với các dãy số trong dãy từ -128 đến +127 Vì toàn bộ là số nên không thểtránh khỏi các tiếng ồn lẫn vào trong tín hiệu cũng như chuyển đổi nó thành mẫu số Chỉvới 256 giá trị, việc chuyển đổi analog sang tín hiệu số sẽ tạo quá nhiều tiếng ồn Để cải

thiện chúng ta chuyển qua các mẫu 16 bit, nó sẽ cung cấp cho chúng ta 65536 giá trị đại

diện khác nhau (từ -32768 đến +32767).

1.5.2.3 Mã hóa (Encoding)

Mỗi mức lượng tử được chỉ định một giá trị số 8 bit, kết hợp 8 bit có 256 mức haygiá trị Quy ước bit đầu tiên dùng để đánh dấu giá trị âm hoặc dương cho mẫu, bảy bít cònlại biểu diễn cho độ lớn

1.5.2.4 Nén giọng nói (Voice Compression)

Phương pháp này thực hiện mã hóa tiếng nói với tốc độ nhỏ hơn tốc độ của PCM,nhờ đó tận dụng được khả năng của hệ thống truyền dẫn số Chắc hẳn, các mã hóa tốc độthấp này sẽ bị hạn chế về chất lượng, đặt biệt là nhiễu và lệch tần số

1.6 Hiện trạng của VoIP

1.6.1 Tính bảo mật trong VoIP

VoIP dựa trên kết nối Internet nếu nó có thể có điểm yếu đối với bất kỳ mối đe dọa

và các vấn đề mà máy tính phải đối mặt VoIP có thể cũng bị tấn công bởi virus và mãnguy hiểm khác Những kẻ tấn công có thể chặn việc truyền thông, nghe trộm và thựchiện các tấn công giả mạo bằng việc thao túng ID mà làm hỏng dịch cụ

- Gây gián đoạn và quấy rối dịch vụ: kẻ tấn công cố gắng phá dịch vụ VoIP ở các

mức: hệ thống quản trị, hệ thống dự phòng, hệ thống truy nhập và điều khiển Phươngthức tấn công có thể từ xa, thông qua việc lợi dụng các lỗ hổng của giao thức dùng trongVoIP

- Sự gián đoạn dịch vụ: có thể là do tấn công từ chối dịch vụ Dos Tấn công Dos

có hai loại chính là Dos thông thường và DDos – DDos phân tán, khi bị tấn công này thìrất ít hệ thống có khả năng chống đỡ được

- Các tấn công liên quan đến dịch vụ thoại: để đảm bảo thông suốt trong hệ thống

VoIP thì các hệ thống điện thoại kết nối vào phải hoạt động một cách thông suốt Cácdịch vụ liên quan này gồm có:

+ Voicemail

+ Caller ID (thông tin cá nhân)

+ Location

+ Call waiting

Ví dụ: Voicemail – tấn công một cách đơn giản có thể là đoán mật khẩu nếu mậtkhẩu không đủ mạnh Chúng sẽ xóa tin nhắn, đổi thông tin cá nhân,…

- Nghe trộm: đây là hình thức tấn công tỏ ra hiệu quả khi dữ liệu trên đường

truyền không được mã hóa Người tấn công có thể dựa vào các lỗi để bắt các gói tin tạicác điểm trung gian như gateway, proxy,…

- Giả mạo: về nguyên lý phương pháp tấn công này rất đơn giản là giả mạo cái

gọi là thực Phương thức này xuất phát từ chính đời sống xã hội

- Truy cập trái phép: là khả năng xâm nhập vào dịch vụ, hệ thống chức năng,

thành phần mạng một cách không chính thống Người tấn công có thể xâm nhập qua các

lỗ hổng như tràn bộ đệm, cấu hình mặc định, mức bảo vệ kém có thể bị bẽ gãy

1.6.2 Những khó khăn trong VoIP

Vấn đề tiêu chuẩn: Do tiêu chuẩn quốc tế của điện thoại IP còn đang không

ngừng phát triển và hoàn thiện, đặc biệt là tiêu chuẩn thông tin giữa các miền khác nhau,giữa các mạng khác nhau…còn đang trong thời gian tranh luận đã ảnh hường trực tiếpđến sự tương thích giữa các sản phẩm điện thoại của VoIP của các nhà cung cấp khácnhau Ngoài ra, vấn đề chuyển mạch của thuê bao ở các miền khác nhau, vấn đề lộ trình

và vấn đề tương thích dịch vụ, vấn đề thanh toán cước phí giữa các nhà cung cấp dịch vụkhác nhau vẫn còn đang phải chờ đợi

Vấn đề mạng truyền tải: Vấn đề này trong mạng Internet không thể xác định

trước được, nó luôn thay đổi, vì vậy ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng của cuộcthoại Căn cứ vào tình hình kỹ thuật hiện nay, có thể nói Internet đối với thông tin điệnthoại thời gian thực yêu cầu chất lượng cao còn tồn tại nhiều khuyết điểm

Vấn đề triển khai dịch vụ: VoIP cũng có những mặt hạn chế và gặp nhiều khó

khăn trong việc triển khai trên diện rộng Do hoạt động trên nền IP và cơ sở hạ tầng còn

yếu kém nên chất lượng dịch vụ không được bảo đảm Các yếu tố như trễ, trượt, mấtgói… đã làm giảm chất lượng dịch vụ.

1.6.3 Xu hướng phát triển VoIP hiện nay

Hiện nay, mảnh đất hứa hẹn cho VoIP là các mạng doanh nghiệp Intranet và mạngEtranet thương mại Cơ sở hạ tầng dựa trên IP cho phép điều khiển quản lý việc sử dụngcác dịch vụ cho phép hay không cho phép truy cập các dịch vụ Các sản phẩm điện thoạitrên mạng Internet chưa thể đáp ứng các yêu cầu chất lượng dịch vụ như điện thoại thôngthường Bởi vậy, phát triển VoIP trên Intranet và Etranet là xu hướng phát triển trước mắt

Một xu thế phát triển khác hứa hẹn là xây dựng các cổng nối giữa các mạng IP vàmạng thoại là các VoIP Gateway Những gateway này xây dựng từ nên tảng PC trở thànhcác hệ thống mạng có khả năng điều khiển hàng trăm cuộc gọi đồng thời Bởi vậy, cácdoanh nghiệp sẽ phát triển một số lượng lớn các gateway trong nỗ lực giảm chi phí liênquan đến lưu lượng thoại, fax và video hội nghị

1.7 Ứng dụng của VoIP

1.7.1 Dịch vụ điện thoại qua internet

Điện thoại Internet không còn chỉ là công nghệ cho giới sử dụng máy tính mà cho

cả người sử dụng điện thoại quay vào gateway Dịch vụ này được một số nhà khai tháclớn cung cấp và chất lượng thoại không thua kém chất lượng của mạng thoại thôngthường, đặc biệt là trên các tuyến quốc tế Mặc dù vẫn còn một số vấn đề về sự tươngthích của các gateway, các vấn đề này sẽ sớm được giải quyết khi tiêu chuẩn H.323 củaITU được sử dụng rộng rãi

Hình 3: Ứng dụng mạng VoIP trong dịch vụ điện thoại qua Internet

Suốt từ khi các máy tính bắt đầu kết nối với nhau, vấn đề các mạng tích hợp luôn làmối quan tâm của mọi người Mạng máy tính phát triển bên cạnh mạng điện thoại Cácmạng máy tính và mạng điện thoại song song tồn tại ngay trong cùng một cơ cấu, giữacác cơ cấu khác nhau, và trong mạng rộng WAN Công nghệ thoại IP không ngay lập tức

đe doạ đến mạng điện thoại toàn cầu mà nó sẽ dần thay thế thoại chuyển mạch kênhtruyền thống Sau đây là một vài ứng dụng tiêu biểu của dịch vụ thoại Internet

1.7.2 Thoại thông minh

Hệ thống điện thoại ngày càng trở nên hữu hiệu: rẻ, phổ biến, dễ sử dụng, cơ động.Tuy nhiên nó chỉ có 12 phím để điều khiển Trong những năm gần đây, người ta đã cốgắng để tạo ra thoại thông minh, đầu tiên là các thoại để bàn, sau là đến các server Nhưngmọi cố gắng đều thất bại do tồn tại các hệ thống có sẵn

Internet sẽ thay đổi điều này Kể từ khi Internet phủ khắp toàn cầu, nó đã được sửdụng để tăng thêm tính thông minh cho mạng điện thoại toàn cầu Giữa mạng máy tính vàmạng điện thoại tồn tại một mối liên hệ Internet cung cấp cách giám sát và điều khiển cáccuộc thoại một cách tiện lợi hơn Chúng ta có thể thấy được khả năng kiểm soát và điềukhiển các cuộc thoại thông qua mạng Internet