Công nghệ VoIP và vấn đề đo kiểm

Ngoài ra mạng IP và SCN còn có thể giao tiếp với nhau thông qua Gatewayhình 1.1, cho phép một đầu cuối ở mạng này có thể thoại với một đầu cuối của mạng kia mà vẫn trong suốt đối với ngư

-  -

Luận văn thạc sỹ khoa học

Công nghệ VoIP và vấn đề đo kiểm

Ngành: kỹ thuật điện tử

Nguyễn Minh Quân

Người hướng dẫn khoa học: TS Đỗ Hoàng Tiến

- Hà Nội 2006 -

Mục lục

Trang

Danh mục các chữ viết tắt 05

Danh mục các bảng 08

Danh mục các hình vẽ 09

Mở đầu 10

Chương 1 Giới thiệu về VoIP 1.1 Mở đầu 11

1.2 Các hình thức truyền thoại trên Internet 12

1.2.1 Mô hình PC to PC 12

1.2.2 Mô hình PC to Phone 13

1.2.3 Mô hình Phone to Phone 13

1.3 Đặc điểm và ứng dụng của VoIP 14

1.3.1 Lợi ích của VoIP 14

1.3.2 Những điểm hạn chế của VoIP 15

1.3.3 Các ứng dụng của VoIP 16

Chương 2 Các chuẩn, giao thức trong VoIP 2.1 Chuẩn H.323 18

2.1.1 Các thành phần chính của H.323 18

2.1.2 Bộ giao thức H.323 23

2.1.3 Điều khiển và báo hiệu trong H.323 24

2.1.4 Thiết lập cuộc gọi trong H.323 28

2.2 Giao thức khởi tạo phiên - SIP 28

2.2.1 Giới thiệu 28

2.2.2 Các thành phần chính của SIP 29

2.2.3 Các bản tin SIP 30

2.2.4 Hoạt động của SIP 32

2.3 Một số giao thức khác 35

2.3.1 Giao thức điều khiển Gateway - MGCP 35

2.3.2 RTP và RTCP 38

2.3.3 Giao thức dòng thời gian thực - RTSP 39

2.3.4 Giao thức đăng ký trước tài nguyên - RSVP 40

2.3.5 Giao thức mô tả phiên - SDP 42

Chương 3 Kỹ thuật nén tín hiệu thoại 3.1 Tổng quan 44

3.2 Nguyên lý chung của bộ mã hoá CELP 45

3.3 Nguyên lý mã hoá CS - ACELP(G.729) 48

3.4 Chuẩn nén G.729A 49

3.5 Chuẩn nén G.729B 50

3.6 Chuẩn nén G.723.1 52

3.7 Chuẩn nén GSM 06.10 52

Chương 4 Chất lượng dịch vụ(qos) 4.1 Các thông số đánh giá QoS trong VoIP 54

4.1.1 Trễ 54

4.1.2 Jitter 57

4.1.3 Sai thứ tự 59

4.1.4 Mất gói 60

4.1.5 Tiếng vọng 62

4.2 Các biện pháp nâng cao QoS trong VoIP 62

4.2.1 Nén mào đầu cRTP 62

4.2.2 Cơ chế xếp hàng 63

4.2.3 Phân loại gói tin 67

4.2.4 Định dạng các luồng lưu lượng và lập chính sách 69

4.2.5 Phân mảnh 72

4.2.6 Giao thức điểm - điểm đa kết nối đa lớp - MCML PPP 73

4.2.7 Tiêu chuẩn FRF.12 74

4.2.8 IP MTU và MTU 74

4.2.9 Tránh nghẽn 75

Chương 5 Đánh giá chất lượng dịch vụ 5.1 Đo giả lập 77

5.1.1 Phân tích mạng VoIP 77

5.1.2 Phân tích thoại đầu cuối tới đầu cuối 78

5.1.3 Đo thử mức chịu đựng báo hiệu 80

5.2 Giám sát 81

5.2.1 Giới thiệu 81

5.2.2 Đo trễ, Jitter 81

5.2.3 Phân tích giao thức 83

5.2.4 Baselining 84

5.2.5 Các phương pháp đấu nối thiết bị đo vào mạng 86

5.3 Đánh giá QoS đầu cuối 88

5.3.1 Phương pháp "Điểm đánh giá trung bình" - MOS 88

5.3.2 Phương pháp đo chất lượng thoại theo cảm nhận - PSQM 93

5.3.3 Phương pháp đánh giá cảm nhận chất lượng thoại - PESQ 100

Chương 6 Giới thiệu một số thiết bị đo kiểm Voip 6.1 Thiết bị phân tích VoIP DA-3400 105

6.1.1 Giới thiệu 105

6.1.2 Các đặc điểm của DA-3400 cho phân tích VoIP 105

6.2 Hệ thống đo kiểm OPERA 107

6.2.1 Giới thiệu 107

6.2.2 Chương trình OptiCall 108

6.2.3 Chương trình đánh giá chất lượng OPERA 109

6.2.4 Chương trình đo kiểm tự động Opera Control Center 109

Kết luận 110

Tài liệu tham khảo 111

Danh mục các chữ viết tắt

ACELP Algebraic CELP Dự báo tuyến tính kích

thích mã đại số ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền dẫn không

đồng bộ BECN Backward Error Congession

Notification Thông báo tắc nghẽn theo hướng về CAR Committed Access Rate Tốc độ truy cập cam kết CELP Code Excited Linear Prediction Dự báo tuyến tính kích

thích mã

cRTP Compressed RTP Nén giao thức truyền tải

DLCI Data Link Connection Idendifier Nhận dạng kết nối đường

số liệu

DSP Digital Signal Processor Xử lý tín hiệu số

DTMF Dual Tone Multi Frequency Mã đa tần

ETSI European Telecommunication

Standard Institute Viện tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu FECN Forward Error Congession

Notification Thông báo tắc nghẽn theo hướng đi FIFO First In First Out Đến trước, phục vụ trước FRTS Frame Relay Traffic Shaping Sắp xếp lưu lượng chuyển

mạch khung FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền tệp

GSM Global System for Mobile

communication Hệ thống thông tin di động toàn cầu GTS Generic Traffic Shaping Sắp xếp lưu lượng chung HTTP HyperText Transfer Protocol G.thức truyền siêu văn bản

IETF Internet Engineering Task Force Nhóm thiết kế Internet

ISDN Integrated Service Digital

ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ

Internet ITU International Telecommunication

Union

Tổ chức Viễn thông thế giới

LPC Linear Predictive Coding Mã dự đoán tuyến tính

MC Multipoint Controller Bộ điều khiển đa điểm MCML -

PPP Multi-Class MultiLink Point-to-Point Protocol Giao thức đa điểm đa kết nối đa lớp MCU Multipoint Control Unit Khối điều khiển đa điểm MGCP Media Gateway Control Protocol Giao thức đ.khiển Gateway MOS Mean Opinion Score Điểm đánh giá trung bình

MP Multipoint Processor Xử lý đa điểm

MPE Multi Pulse Excited Kích thích đa xung

MTU Maximum Transmission Unit Đơn vị truyền tải lớn nhất NGN Next Generation Network Mạng thế hệ tiếp theo

NIC Network Interface Card Card giao tiếp mạng

OSI Open System for Interconnection Hệ thống kết nối mở

PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã

PESQ Perceptual Evaluation of Speech

Quality Đánh giá cảm nhận chất lượng thoại PSN Packet Switching Network Mạng chuyển mạch gói PSQM Perceptual Speech Quality

Measurement Đo kiểm chất lượng thoại theo cảm nhận PSTN Public Switching Telephone

Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ

RAS Registration/Admission/Status Đăng ký/Chấp nhận/Trạng

thái RED Random Early Detection Phát hiện sớm ngẫu nhiên RPE Regular Pulse Excited Kích thích xung đều

RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức đăng ký trước tài

nguyên RTCP Real-time Transport Control

Protocol Giao thức điều khiển truyền tải thời gian thực RTP Real-time Transport Protocol Giao thức truyền tải thời

gian thực SAP Session Annoucement Protocol Giao thức thông báo phiên SCN Switched Circuit Network Mạng chuyển mạch kênh SDP Session Description Protocol Giao thức mô tả phiên SID Silence Insertion Descriptor Chèn khoảng lặng

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên SNA Systems Network Architecture Kiến trúc mạng hệ thống TCP Transport Control Protocol Giao thức điều khiển truyền

tải TDM Time Division Multiplex Ghép kênh phân chia theo

thời gian

UDP User Data Protocol Giao thức dữ liệu người

dùng VAD Voice Active Detector Bộ phát hiện tích cực thoại VoIP Voice over Internet Protocol Điện thoại trên giao thức

Internet

WFQ Weighted Fair Queuing Xếp hàng bình đẳng

theo trọng số

Danh mục các bảng

Trang

Bảng 4.2 - Trễ đường truyền trên khung cố định 73

Hình 5.6 - Đấu nối sử dụng chức năng xuyên qua 87 Hình 5.7 - Đấu nối qua Hub hoặc bộ chia quang 88

Hình 6.1 - Tương quan giữa điểm MOS và TIPHON 106

Mở đầu

Từ 1/7/2001, Tổng cục Bưu điện đã cho phép Vietel và VNPT chính thức khai thác điện thoại đường dài trong nước qua giao thức IP, gọi tắt là VoIP và cho phép VNPT chuẩn bị khai thác VoIP quốc tế Từ đó đến nay, Việt nam đã

có thêm nhiều nhà cung cấp VoIP mới như: Công ty cổ phần dịch vụ Bưu chính Viễn thông Sài gòn(SPT), Công ty Cổ phần Viễn thông Hà nội, Công ty Thông tin Viễn thông Điện lực(VP Telecom)

Sự xuất hiện của VoIP trên thế giới nói chung và ở Việt nam nói riêng đã cung cấp cho xã hội một dịch vụ thoại đường dài có cước phí thấp hơn rất nhiều so với cước phí của dịch vụ thoại đường dài truyền thống Tuy nhiên, lợi ích nào cũng luôn đi kèm với những hạn chế nhất định Chất lượng thoại chính

là hạn chế lớn nhất của VoIP so với điện thoại truyền thống

Với mục đích tìm hiểu về công nghệ VoIP và vấn đề đo kiểm trong mạng, tôi lựa chọn đề tài "Công nghệ VoIP và vấn đề đo kiểm" để làm đề tài luận văn của mình Bố cục của luận văn gồm 6 chương:

Chương 1: Giới thiệu về VoIP

Chương 2: Các chuẩn, giao thức trong VoIP

Chương 3: Kỹ thuật nén tín hiệu thoại

Chương 4: Chất lượng dịch vụ(QoS)

Chương 5: Đánh giá chất lượng dịch vụ

Chương 6: Giới thiệu một số thiết bị đo kiểm VoIP

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo TS Đỗ Hoàng Tiến - Giảng viên Khoa Điện tử viễn thông, Đại học Bách khoa Hà nội đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình thực hiện luận văn này

Với khoảng thời gian có hạn, chắc chắn nội dung của luận văn vẫn còn nhiều hạn chế Rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô và các bạn

Hà nội, tháng 11 năm 2006

có thể nói chuyện với nhau(voicechat) Sau đó nó được phát triển thành điện thoại giao thức Internet(IP) với nhiều ứng dụng như điện thoại, thư thoại, fax, hội nghị video, chia sẻ tài liệu, Điện thoại IP đã dần dần dành được sự quan tâm của các nhà cung cấp dịch vụ Internet, các nhà cung cấp dữ liệu, các nhà cung cấp điện thoại và khai thác viễn thông vì chi phí rẻ

Trong mạng điện thoại truyền thống(điển hình là mạng PSTN) theo kiểu mạng chuyển mạch kênh(Switched Circuit Network), một kênh truyền dẫn dành riêng được thiết lập giữa hai thiết bị đầu cuối thông qua một hay nhiều nút chuyển mạch trung gian Dòng thông tin truyền trên kênh này là dòng bít truyền liên tục theo thời gian Băng thông của kênh dành riêng được đảm bảo

và cố định trong quá trình liên lạc(64Kbps đối với mạng điện thoại PSTN) và

độ trễ thông tin là rất nhỏ chỉ cỡ thời gian truyền thông tin trên kênh

Khác với hệ thống điện thoại truyền thống, Trong mạng VoIP, tiếng nói

được truyền qua mạng chuyển mạch gói(Packet Switching Network) điển hình

là mạng IP Tiếng nói được số hóa, nén lại và được chia thành các gói, mỗi gói

được thêm các thông tin điều khiển cần thiết cho quá trình truyền như là địa chỉ nơi gửi, địa chỉ nơi nhận Các gói thông tin đến nút mạng được xử lý và lưu trữ trong một thời gian nhất định rồi mới được truyền đến nút tiếp theo sao cho việc sử dụng kênh có hiệu quả cao nhất Trong mạng PSN không có kênh dành riêng nào được thiết lập, băng thông của kênh logic giữa hai thiết bị đầu cuối thường không cố định Dễ dàng thấy công nghệ thoại này ưu điểm hơn

hẳn công nghệ thoại truyền thống ở chỗ nó tận dụng được triệt để tài nguyên

hệ thống, dẫn đến một điều chắc chắn là chi phí cho cuộc gọi được giảm đáng

kể, đặc biệt là những cuộc gọi ở khoảng cách địa lý rất xa

Tuy nhiên, trong mạng IP do đường truyền được chia sẻ bởi nhiều ứng dụng và bản thân các gói tin tiếng nói lại đi theo nhiều con đường khác nhau tới đích nên tình trạng tắc nghẽn, trễ, sai trật tự gói hay mất gói thường xuyên xảy ra Những điều đó nếu không được giải quyết tốt sẽ gây ảnh hưởng rất lớn

đến chất lượng tiếng nói nhận được Đây là vấn đề hết sức quan trọng trong công nghệ VoIP

Ngoài ra mạng IP và SCN còn có thể giao tiếp với nhau thông qua Gateway(hình 1.1), cho phép một đầu cuối ở mạng này có thể thoại với một

đầu cuối của mạng kia mà vẫn trong suốt đối với người sử dụng Sự phát triển này đem lại khả năng tích hợp nhiều dịch vụ của hai loại mạng với nhau

1.2 Các hình thức truyền thoại trên Internet

1.2.1 Mô hình PC to PC

Trong mô hình này, mỗi máy tính cần được trang bị một card âm thanh, một microphone, một speaker và được kết nối trực tiếp với mạng Internet

thông qua modem hoặc card NIC(Network Interface Card) Mỗi máy tính

được cung cấp một địa chỉ IP và hai máy tính đã có thể trao đổi các tín hiệu thoại với nhau thông qua mạng Internet Tất cả các thao tác như lấy mẫu tín hiệu âm thanh, mã hoá và giải mã, nén và giải nén tín hiệu đều được máy tính thực hiện Trong mô hình này chỉ có những máy tính được nối với cùng một mạng mới có khả năng trao đổi thông tin với nhau

1.2.2 Mô hình PC to Phone

Mô hình PC to Phone là một mô hình được cải tiến hơn so với mô hình

PC to PC Mô hình này cho phép người sử dụng máy tính có thể thực hiện cuộc gọi đến mạng PSTN thông thường và ngược lại Trong mô hình này mạng Internet và mạng PSTN có thể giao tiếp với nhau nhờ một thiết bị đặc biệt đó là Gateway Đây là mô hình cơ sở để dẫn tới việc kết hợp giữa mạng Internet và mạng PSTN cũng như các mạng GSM hay ISDN khác

1.2.3 Mô hình Phone to Phone

Là mô hình mở rộng của mô hình PC to Phone sử dụng Internet làm phương tiện liên lạc giữa các mạng PSTN Tất cả các mạng PSTN đều kết nối với mạng Internet thông qua các gateway Khi tiến hành cuộc gọi mạng PSTN

sẽ kết nối đến gateway gần nhất Tại gateway địa chỉ sẽ được chuyển đổi từ

địa chỉ PSTN sang địa chỉ IP để có thể định tuyến các gói tin đến được mạng

đích Đồng thời gateway nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu thoại tương

tự thành dạng số sau đó mã hoá, nén, đóng gói và gửi qua mạng Mạng đích cũng được kết nối với gateway và tại gateway đích địa chỉ lại được chuyển đổi trở lại thành địa chỉ PSTN và tín hiệu được giải nén, giải mã chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu tương tự gửi vào mạng PSTN đến đích

1.3 Đặc điểm và ứng dụng của VoIP

1.3.1 Lợi ích của VoIP

Công nghệ VoIP sẽ đem lại những lợi ích chủ yếu sau:

Giảm chi phí cuộc gọi: Ưu điểm nổi bật nhất của điện thoại IP so với

dịch vụ điện thoại hiện tại là khả năng cung cấp những cuộc gọi đường dài giá

rẻ với chất lượng chấp nhận được Nguyên nhân dẫn đến chi phí thấp là do tín hiệu thoại được truyền tải trong mạng IP có khả năng sử dụng kênh hiệu quả cao Đồng thời, kỹ thuật nén thoại tiên tiến giảm tốc độ bít từ 64 Kbps xuống thấp tới 8 Kbps(theo tiêu chuẩn nén thoại G.729A của ITU-T) kết hợp với tốc

độ xử lý nhanh của các bộ vi xử lý ngày nay cho phép việc truyền tiếng nói theo thời gian thực là có thể thực hiện được với lượng tài nguyên băng thông thấp hơn nhiều so với kỹ thuật cũ

Đơn giản hóa: Một cơ sở hạ tầng tích hợp hỗ trợ tất cả các hình thức

thông tin cho phép chuẩn hóa tốt hơn, hoạt động hiệu quả hơn và giảm tổng số thiết bị cũng như nhân lực

Tiết kiệm băng thông: Trong điện thoại chuyển mạch kênh, tài nguyên

băng thông cung cấp cho một cuộc liên lạc là cố định(một kênh 64Kbps), như vậy, trong khoảng thời gian không có tiếng nói(có thể lên tới 50-60% một cuộc gọi) tín hiệu thoại vẫn được lấy mẫu, lượng tử hóa và truyền đi Vì vậy, hiệu suất đường truyền sẽ không cao Trong khi đó, điện thoại IP có các cơ chế để phát hiện khoảng im lặng trong một cuộc thoại, qua đó thực hiện việc triệt và nén im lặng Vì thế có thể tiết kiệm được dải thông tiêu tốn, nhất là với hội thoại nhiều người

Nâng cao ứng dụng: 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 điện thoại IP có thể có nhiều số liên lạc mà chỉ cần một thiết

bị đầu cuối duy nhất Ngoài ra, các ứng dụng đa phương tiện(multimedia) cũng có thể được thực hiện trong VoIP Chẳng hạn trong một cuộc gọi người

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

1.3.2 Những điểm hạn chế của VoIP

Với những lợi ích mà VoIP mang lại, có thể nói việc phát triển chỉ là vấn

đề thời gian Tuy nhiên, công nghệ này cũng đang tồn tại một số hạn chế:

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

trong giai đoạn 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 hưởng trực tiếp đến sự tương thích giữa các sản phẩm điện thoại IP của các nhà cung cấp khác nhau Hiện nay có một số tiêu chuẩn dành cho VoIP được các tổ chức quốc tế công nhận là: H.323, SIP và MGCP

Chất lượng dịch vụ: Truyền tín hiệu theo thời gian thực trên mạng

chuyển mạch gói là rất khó thực hiện do vấn đề mất gói và độ trễ không cố

định của các gói thông tin khi truyền trên mạng Để có được một dịch vụ thoại chấp nhận được, cần thiết phải có một kỹ thuật nén tín hiệu đạt được những

yêu cầu khắt khe: tỉ số nén lớn(để giảm được tốc độ bit xuống), khả năng suy

đoán và tạo lại thông tin của các gói bị thất lạc Đồng thời cơ sở hạ tầng của mạng cũng cần được nâng cấp lên các công nghệ mới như Frame Relay, ATM, để có tốc độ cao hơn và phải có một cơ chế thực hiện chức năng QoS(Quality of Service)

Vấn đề bảo mật: Mạng Internet là một mạng có tính rộng khắp và hỗn

hợp(hetorogenous network) Trong đó có rất nhiều loại máy tính khác nhau cùng các dịch vụ khác nhau cùng sử dụng chung một cơ sở hạ tầng Do vậy không có gì đảm bảo rằng thông tin liên quan đến cá nhân cũng như số liên lạc truy nhập sử dụng dịch vụ của người dùng được giữ bí mật

1.3.3 Các ứng dụng của VoIP

Điện thoại IP có thể được áp dụng cho gần như mọi yêu cầu của giao tiếp thoại, từ một cuộc đàm thoại đơn giản cho đến một cuộc gọi hội nghị nhiều người Chất lượng âm thanh được truyền cũng có thể biến đổi tùy theo ứng dụng Ngoài ra, với khả năng của Internet, dịch vụ điện thoại IP sẽ cung cấp thêm nhiều tính năng mới, có thể kể đến như:

* 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 cố gắng để tạo ra thoại thông minh, đầu tiên là các thoại

để bàn, sau là đến các server Nhưng mọi cố gắng đều thất bại do sự tồn tại của các hệ thống có sẵn

Internet sẽ thay đổi điều này Kể từ khi Internet phủ khắp toàn cầu, nó đã

được sử dụng để tăng thêm tính thông minh cho mạng điện thoại toàn cầu Giữa mạng máy tính và mạng điện thoại tồn tại một mối liên hệ Internet cung cấp cách giám sát và điều khiển các cuộc thoại một cách tiện lợi hơn Chúng

ta có thể thấy được khả năng kiểm soát và điều khiển các cuộc thoại thông qua mạng Internet

* Dịch vụ điện thoại Web

“World Wide Web” đã làm cuộc cách mạng trong cách giao dịch với khách hàng của các doanh nghiệp Điện thoại web hay “bấm số”(click to dial) cho phép các nhà doanh nghiệp có thể đưa thêm các phím bấm lên trang web

để kết nối tới hệ thống điện thoại của họ Dịch vụ bấm số là cách dễ nhất và

an toàn nhất để đưa thêm các kênh trực tiếp từ trang web của bạn vào hệ thống

điện thoại

* Dịch vụ Fax qua IP

Nếu bạn gửi nhiều fax từ PC, đặc biệt là gửi ra nước ngoài thì việc sử dụng dịch vụ Internet faxing sẽ giúp bạn tiết kiệm được tiền và cả kênh thoại Dịch vụ này sẽ chuyển trực tiếp từ PC của bạn qua kết nối Internet

Khi sử dụng dịch vụ thoại và fax qua Internet, có hai vấn đề cơ bản:

- Những người sử dụng dịch vụ thoại qua Internet cần có chương trình phần mềm chẳng hạn như: Quicknet’s Internet PhoneJACK, FoneVNN Client, FPT Phone Dialer, Cấu hình này cung cấp cho người sử dụng khả năng sử dụng thoại qua Internet thay cho sử dụng

điện thoại để bàn truyền thống

- Kết nối một gateway thoại qua Internet với hệ thống điện thoại hiện hành Cấu hình này cung cấp dịch vụ thoại qua Internet giống như việc mở rộng hệ thống điện thoại hiện hành

* Dịch vụ Call center

Gateway call center với công nghệ thoại qua Internet cho phép các nhà kiểm duyệt trang Web với các PC trang bị multimedia kết nối được với bộ phân phối các cuộc gọi tự động Một ưu điểm của thoại IP là khả năng kết hợp cả thoại và dữ liệu trên cùng một kênh

2.1.1 Các thành phần chính của H.323

Về mặt logic, chuẩn H.323 bao gồm 4 thành phần chính được chỉ ra trong hình 2.1, đó là: Đầu cuối(Terminal), Gateway, Gatekeeper và khối điều khiển đa điểm(MCU - Multipoint Control Unit)

2.1.1.1 Thiết bị đầu cuối - Terminal

H.323 Terminal là một thiết bị đầu cuối trong mạng LAN có khả năng truyền thông 2 chiều thời gian thực Nó có thể là một máy tính PC hay một thiết bị đơn lẻ chạy các ứng dụng H.323 Tất cả các đầu cuối H.323 phải hỗ trợ các giao tiếp về âm thanh Các tín hiệu hình ảnh và dữ liệu có thể có nhưng không bắt buộc Ngoài ra các đầu cuối H.323 phải được hỗ trợ H.245, Q.931, RAS(Registration Admission Status) và RTP(Realtime Transport Protocol) H.245 được sử dụng để điều tiết các kênh, Q.931 được yêu cầu cho báo hiệu

và thiết lập cuộc gọi, RTP được dùng để truyền các gói thoại thời gian thực trong khi RAS được sử dụng để liên lạc với Gatekeeper Một đầu cuối H.323 cũng có thể được trang bị thêm các tính năng như: mã hóa và giải mã tín hiệu video, hỗ trợ giao thức T.120 phục vụ cho việc trao đổi thông tin số liệu(data)

và tương thích với MCU để hỗ trợ các liên kết đa điểm Hình 2.2 mô tả các thành phần của thiết bị đầu cuối H.323

2.1.1.2 Gateway

Gateway là phần tử không nhất thiết phải có trong một giao tiếp của các phần tử H.323, nó đóng vai trò làm phần tử cầu nối và chỉ tham gia vào một cuộc gọi khi có sự chuyển tiếp từ mạng H.323(ví dụ mạng IP) sang mạng phi H.323(ví dụ như PSTN) Gateway thực hiện một số chức năng như: chuyển đổi giữa các dạng khung truyền dẫn, giữa các thủ tục giao tiếp, giữa các dạng mã hóa khác nhau của các luồng tín hiệu hình ảnh cũng như âm thanh, thực hiện việc thiết lập và xóa cuộc gọi ở cả phía mạng LAN cũng như phía mạng SCN

Nhìn chung, Gateway có nhiệm vụ phản ánh đặc tính của một điểm cuối H.323 trong mạng LAN tới một thiết bị cuối trong mạng chuyển mạch kênh

và ngược lại nhằm tạo ra tính trong suốt đối với người sử dụng Các Gateway

có thể liên kết với nhau thông qua mạng SCN để cung cấp khả năng truyền thông giữa các thiết bị đầu cuối H.323 không nằm trong cùng một mạng LAN

2.1.1.3 Gatekeeper

Gatekeeper là một thành phần tùy chọn trong mạng H.323 Nó cung cấp các dịch vụ điều khiển cuộc gọi cho các điểm cuối trong mạng H.323 Gatekeeper là tách biệt với các thiết bị khác trong hệ thống H.323 về mặt logic Khi có mặt Gatekeeper trong hệ thống, mọi thành phần trong hệ thống phải thực hiện thủ tục đăng ký với Gatekeeper Các chức năng của một Gatekeeper được phân biệt làm hai loại là các chức năng bắt buộc và các chức năng không bắt buộc

Một Gatekeeper và toàn bộ các điểm cuối dưới sự điều khiển của Gatekeeper đó tạo thành một vùng H.323 như ở hình 2.4

 Các chức năng bắt buộc của Gatekeeper:

- Chức năng dịch địa chỉ: Gatekeeper sẽ thực hiện việc chuyển đổi

từ địa chỉ hình thức(dạng tên gọi) của các thiết bị đầu cuối và Gateway sang

địa chỉ truyền dẫn thực trong mạng(địa chỉ IP) Chuyển đổi này dựa trên bảng

đối chiếu địa chỉ được cập nhật thường xuyên bằng bản tin đăng ký dịch vụ của các đầu cuối

- Điều khiển truy nhập: Gatekeeper sẽ chấp nhận một truy nhập

mạng LAN bằng cách sử dụng các bản tin H.225.0 là ARQ/ACF/ARJ Việc

điều khiển này dựa trên độ rộng băng tần và đăng ký dịch vụ hoặc thông số khác do nhà sản xuất quy định Đây cũng có thể là một thủ tục rỗng có nghĩa

là chấp nhận mọi yêu cầu truy nhập của các thiết bị đầu cuối

- Điều khiển băng thông: Gatekeeper hỗ trợ việc trao đổi các bản tin

H.225.0 là BRQ/BCF/BRJ để điều khiển độ rộng băng tần của một cuộc gọi

Đây cũng có thể là một thủ tục rỗng có nghĩa là nó chấp nhận mọi yêu cầu về

sự thay đổi độ rộng băng tần

- Điều khiển vùng: Thông qua các chức năng ở trên Gatekeeper

cung cấp khả năng điều khiển vùng

 Các chức năng tùy chọn của Gatekeeper:

- Báo hiệu điều khiển cuộc gọi: Gatekeeper có thể nhận và xử lý

báo hiệu cuộc gọi để điều khiển hoạt động của các thiết bị đầu cuối hoặc định hướng các thiết bị đầu cuối nối trực tiếp với nhau qua kênh báo hiệu cuộc gọi(Call Signalling Channel) Kiểu báo hiệu sẽ quyết định liệu bản tin báo hiệu có đi qua Gatekeeper hay không và cái gì được truyền trực tiếp qua các thành phần trong mạng ví dụ như là Gateway và thiết bị đầu cuối(Terminal)

- Nhận thực cuộc gọi: cho phép Gatekeeper giới hạn khả năng truy

cập đối với các thiết bị đầu cuối và các Gateway xác định hoặc giới hạn truy cập dựa trên các quy định theo thời gian trong ngày

- Quản lý băng thông: cho phép Gatekeeper từ chối yêu cầu tiếp

nhận nếu không đủ băng thông yêu cầu

- Quản lý cuộc gọi: Gatekeeper có thể duy trì một danh sách của các

cuộc gọi đang được tiến hành, nhờ đó biết được thiết bị nào đang bận hoặc cung cấp thông tin cho chức năng quản lý băng thông

2.1.1.4 Khối điều khiển đa điểm - MCU

Thực hiện chức năng tạo kết nối đa điểm hỗ trợ các ứng dụng truyền thông với số bên lớn hơn hai Nó phối hợp các phương thức giao tiếp của các bên tham gia và cung cấp các đặc trưng trộn âm thanh và hình ảnh(nếu cần) cho các đầu cuối Thành phần này cũng là tuỳ chọn MCU bắt buộc phải có một bộ điều khiển đa điểm MC(Multipoint Controller) và có hoặc không một vài bộ xử lý đa điểm MP(Multipoint Processor)

Bộ điều khiển đa điểm MC thực hiện chức năng thiết lập và quản lý hội thoại nhiều bên qua H.245 Chức năng MC có thể được đặt trong Gatekeeper, Gateway, Terminal hay MCU

Bộ xử lý đa điểm MP đóng vai trò trộn tín hiệu, phân kênh và lưu chuyển dòng bit quá trình giao tiếp giữa các bên tham gia hội thoại

2.1.2 Bộ giao thức H.323

Khuyến nghị H.323 đề ra một tập các giao thức phục vụ cho quá trình truyền dữ liệu media(tiếng nói, hình ảnh) thời gian thực trên mạng chuyển mạch gói Hình 2.5 mô tả kiến trúc phân lớp của bộ giao thức H.323

Bộ giao thức H.323 có thể phân thành 2 nhóm:

 Nhóm giao thức báo hiệu và kết nối

Các giao thức của nhóm này bao gồm:

- RAS(Registation/Admission/Status): giao thức dùng để đăng ký một điểm cuối với Gatekeeper

- Q.931: giao thức cho phép thiết lập và kết thúc cuộc gọi

- H.245: giao thức cho phép thống nhất phương thức truyền thông giữa các điểm cuối và thiết lập kênh logic để dữ liệu tiếng nói truyền qua kênh này

Như vậy, nhóm thứ nhất có vai trò thực hiện trao đổi tín hiệu giữa các thành phần của mạng H.323, đảm bảo cho một điểm cuối có thể thiết lập được cuộc thoại với một điểm cuối khác

 Nhóm giao thức truyền tải thời gian thực

Nhóm này chịu trách nhiệm đảm bảo truyền dòng tiếng nói có tính thời gian thực qua mạng, cộng thêm một số thông tin trạng thái và điều khiển giúp cho việc nâng cao chất lượng cuộc thoại Bao gồm:

- RTP(Real-time Transport Protocol): giao thức đảm nhiệm việc truyền dòng tiếng nói thực sự tới phía nhận

- RTCP(Real-time Transport Control Protocol): giao thức hỗ trợ cung cấp các thông tin trạng thái và điều khiển chất lượng cuộc thoại tới các bên tham gia

Tính chất của các thông tin mà nhóm này chịu trách nhiệm truyền là tính thời gian thực, vì thế người ta chọn lớp vận tải phía dưới chúng là UDP Lớp này tuy không có cơ chế đảm bảo độ tin cậy trong việc truyền dữ liệu nhưng

bù lại phần tiêu đề của UDP nhỏ gọn và đơn giản, dẫn đến có thể tăng tốc độ

xử lý, phù hợp với yêu cầu về thời gian thực

RTP và RTCP thường được mở trên hai cổng UDP riêng, sát cạnh nhau Việc thiết lập các cổng này là chức năng của H.245(mở kênh logic)

2.1.3 Điều khiển và báo hiệu trong H.323

H.323 cung cấp 3 giao thức điều khiển và báo hiệu, bao gồm: giao thức báo hiệu cuộc gọi H.225.0/Q.931, giao thức RAS H.225.0 và giao thức điều khiển media H.245

2.1.3.1 H.225.0: RAS(Registration/Admission/Status)

RAS là giao thức được sử dụng cho việc thông tin giữa các điểm cuối và Gatekeeper Nó luôn là giao thức đầu tiên được dùng mỗi khi có một điểm cuối muốn kết nối với một điểm cuối khác để thực hiện cuộc thoại giữa chúng

Sự trao đổi các bản tin giữa điểm cuối và Gatekeeper được thực hiện theo cơ chế hỏi đáp Các thủ tục định nghĩa bởi RAS bao gồm:

• Tìm Gatekeeper

Đây là quá trình mà một điểm cuối sử dụng để xác định Gatekeeper mà

nó có thể đăng ký Điểm cuối này tung ra một bản tin GRQ(Gatekeeper Request) để tìm Gatekeeper của nó Một hay nhiều Gatekeeper có thể trả lời bằng bản tin GCF(Gatekeeper Confirmation) qua đó thể hiện sự đồng ý của Gatekeeper đối với điểm cuối đó Những Gatekeeper không muốn điểm cuối

đăng ký có thể gửi một bản tin GRJ(Gatekeeper Reject) Nếu có nhiều hơn một Gatekeeper trả lời bằng bản tin GCF, điểm cuối có thể lựa chọn Gatekeeper và đăng ký với nó Nếu không Gatekeeper nào trả lời trong một khoảng thời gian định trước thì điểm cuối có thể truyền lại bản tin GRQ

đăng ký bằng cách gửi một bản tin URQ(Unregister Request) tới Gatekeeper Gatekeeper sẽ trả lời bằng một bản tin UCF(Unregister Confirmation) Một Gatekeeper có thể hủy việc đăng ký của một điểm cuối bằng cách gửi một bản tin URQ tới điểm cuối Điểm cuối sẽ trả lời bằng một bản tin UCF

• Định vị điểm cuối

Một điểm cuối hoặc Gatekeeper có một địa chỉ hình thức của một điểm cuối khác và muốn xác định thông tin giao tiếp của nó có thể đưa ra một bản tin LRQ(Location Request) Gatekeeper mà phía bị gọi đã đăng ký sẽ trả lời bằng bản tin LCF(Location Confirmation) chứa thông tin giao tiếp của điểm cuối hoặc của Gatekeeper mà điểm cuối đó đăng ký Tất cả các Gatekeeper

mà phía bị gọi không đăng ký sẽ phản hồi bằng bản tin LRJ(Location Reject) nếu nhận được LRQ trên kênh RAS

• Các thủ tục khác

Ngoài các thủ tục trên, kênh RAS còn được sử dụng để truyền các bản tin như: tiếp nhận(Admission), thay đổi băng thông(Bandwidth Change), trạng thái(Status) và loại bỏ(Disengage) Những bản tin này được trao đổi giữa một

điểm cuối và một Gatekeeper và được sử dụng để cung cấp các chức năng điều khiển tiếp nhận và quản lý băng thông Bản tin ARQ(Admissions Request) chỉ

rõ băng thông cuộc gọi được yêu cầu Gatekeeper có thể giảm băng thông cuộc gọi được yêu cầu trong bản tin ACF(Admissions Confirm) Một điểm cuối hoặc Gatekeeper có thể thay đổi băng thông cuộc gọi trong khi một cuộc gọi đang tiến hành bằng bản tin BRQ(Bandwidth Change Request)

2.1.3.2 Báo hiệu cuộc gọi - H.225.0/Q.931

Kênh báo hiệu cuộc gọi được sử dụng để mang các bản tin điều khiển H.225 Trong các mạng không chứa Gatekeeper, các bản tin báo hiệu cuộc gọi

được truyền trực tiếp giữa bên gọi và bên bị gọi bằng cách sử dụng địa chỉ giao vận báo hiệu cuộc gọi với giả thiết là bên gọi biết được địa chỉ giao vận báo hiệu cuộc gọi của bên bị gọi Trong các mạng có chứa Gatekeeper, sự trao

đổi bản tin tiếp nhận khởi đầu xảy ra giữa bên gọi và Gatekeeper sử dụng địa chỉ giao vận kênh RAS của Gatekeeper Lớp vận tải phía dưới của kênh báo hiệu cuộc gọi là TCP

• Định tuyến kênh báo hiệu cuộc gọi

Các bản tin báo hiệu cuộc gọi có thể được truyền theo 2 cách Cách thứ nhất là định tuyến báo hiệu cuộc gọi qua Gatekeeper, các bản tin báo hiệu cuộc gọi được định tuyến qua Gatekeeper giữa các điểm cuối Cách khác là báo hiệu cuộc gọi trực tiếp: các bản tin báo hiệu cuộc gọi được truyền trực tiếp giữa các điểm cuối Các bản tin tiếp nhận được trao đổi với Gatekeeper trên kênh RAS, theo sau bởi một sự trao đổi của các bản tin báo hiệu trên kênh báo hiệu cuộc gọi được tiếp theo bởi sự thiết lập của kênh điều khiển H.245

• Định tuyến kênh điều khiển

Khi cách định tuyến báo hiệu cuộc gọi qua Gatekeeper được sử dụng, có hai phương thức để định tuyến kênh điều khiển H.245 Phương thức thứ nhất thiết lập kênh điều khiển H.245 trực tiếp giữa các điểm cuối, trong khi đó ở trường hợp thứ 2 sự thiết lập của kênh điều khiển H.245 được thực hiện thông qua Gatekeeper

2.1.3.3 Điều khiển Media - H.245

H.245 là giao thức điều khiển media mà các hệ thống H.323 sử dụng sau quá trình thiết lập cuộc gọi thành công Nó được sử dụng để thiết lập và điều tiết tất cả các kênh media được mang bởi RTP/RTCP Các chức năng được mô tả bởi H.245 gồm:

- Xác định chủ/tớ: chức năng này nhằm giải quyết vấn đề xung đột giữa hai điểm cuối đều có khả năng là bộ điều khiển đa điểm(MC) khi cùng tham gia vào một cuộc gọi hội nghị, hoặc giữa hai điểm cuối khi muốn mở một kênh thông tin một chiều H.245 chỉ định một MC giữ vai trò điều khiển trung tâm trong trường hợp một cuộc gọi được mở rộng thành một cuộc gọi hội nghị

- Trao đổi khả năng: Trước khi tiến hành một cuộc gọi đa phương tiện, mỗi đầu cuối phải biết được khả năng nhận và giải mã tín hiệu của đầu cuối kia Biết được khả năng nhận của đầu cuối nhận, đầu cuối truyền sẽ giới hạn nội dung của thông tin mà nó truyền đi Ngược lại, nó sẽ thông báo khả năng

truyền cho phép đầu cuối nhận lựa chọn chế độ thu phù hợp H.245 được sử dụng để điều tiết các khả năng khi một cuộc gọi đã được thiết lập Sự trao đổi khả năng có thể xảy ra tại bất kỳ thời điểm nào trong một cuộc gọi, do đó cho phép sự điều tiết lại bất kỳ lúc nào Tập hợp các khả năng của mỗi đầu cuối

được cung cấp trong bản tin TeminalCapabilitySet

- Điều khiển kênh Media: Sau khi các điểm cuối trong một cuộc gọi hội nghị đã được trao đổi khả năng, chúng có thể mở và đóng các kênh logic Thông tin media sẽ được truyền đi trên các kênh logic này

- Điều khiển hội nghị: Trong một cuộc gọi hội nghị, H.245 cung cấp các thông tin của mỗi điểm cuối cho tất cả các điểm cuối khác và thiết lập dòng thông tin media giữa tất cả các điểm cuối

2.1.4 Thiết lập cuộc gọi trong H.323

Thủ tục để thiết lập cuộc gọi bao gồm:

- Tìm Gatekeeper để xác định điểm cuối thuộc Gatekeeper nào quản lý

- Đăng ký điểm cuối với Gatekeeper

- Điểm cuối bước vào quá trình thiết lập cuộc gọi

- Sự trao đổi khả năng được thực hiện giữa điểm cuối và Gatekeeper

- Cuộc gọi được thiết lập

- Khi điểm cuối thực hiện xong cuộc hội thoại, nó có thể kết thúc cuộc gọi Sự kết thúc cũng có thể được thực hiện bởi Gatekeeper

2.2 Giao thức khởi tạo phiên - SIP

2.2.1 Giới thiệu

Giao thức khởi tạo phiên(SIP - Session Initiation Protocol) là tiêu chuẩn của IETF cho việc thiết lập các kết nối VoIP Nó là một giao thức điều khiển lớp ứng dụng cho việc tạo, thay đổi và kết thúc các phiên với một hay nhiều bên tham gia Kiến trúc của SIP tương tự như HTTP(giao thức client-server) Các yêu cầu được phát ra bởi Client và gửi tới Server Server xử lý các yêu cầu này sau đó gửi một đáp ứng cho Client Một yêu cầu với các đáp ứng cho nó

tạo thành một phiên giao dịch(transaction) SIP có các bản tin INVITE và

ACK để định nghĩa quá trình mở một kênh đáng tin cậy mà thông qua đó các bản tin điều khiển cuộc gọi có thể được truyền Độ tin cậy của kênh này không phụ thuộc vào TCP SIP dựa trên giao thức mô tả phiên(SDP) để thực hiện thỏa thuận về các bộ codec được dùng

Các khả năng được cung cấp bởi SIP bao gồm:

- Định vị người dùng: cho phép xác định vị trí người dùng tiến hành hội thoại

- Thiết lập cuộc gọi: Đổ chuông và thiết lập các tham số cuộc gọi cho cả bên bị gọi lẫn bên gọi

- Sự sẵn sàng của người dùng: Xác định sự sẵn sàng của bên bị gọi trong việc gia nhập các hoạt động truyền thông

- Khả năng người dùng: Xác định dạng media và các thông số media

được dùng

- Kiểm soát cuộc gọi: bao gồm quá trình truyền và kết thúc cuộc gọi SIP là một phần trong bộ giao thức chuẩn cho việc truyền dòng tin đa phương tiện do IETF đưa ra như RSVP(Resource Reservation Protocol), RTP(Real-time Transport Protocol), RTSP(Real-time Streaming Protocol), SAP(Session Annoucement Protocol) và SDP(Session Description Protocol) Các chức năng của SIP là độc lập, dĩ nhiên nó cũng không phụ thuộc vào bất

kỳ giao thức nào kể trên Một điều quan trọng khác là SIP có thể hoạt động cùng với các giao thức báo hiệu khác như giao thức H.323

gọi là UAS(User Agent Server) UAC được sử dụng để khởi tạo một yêu cầu SIP trong khi UAS được sử dụng để tiếp nhận các yêu cầu và phản hồi các đáp ứng với tư cách là đại diện cho người sử dụng

Các server mạng

Có 3 loại Server trong một mạng SIP: Registration Server nhận các thông tin cập nhật liên quan đến vị trí hiện tại của người dùng, Proxy Server tiếp nhận các yêu cầu và chuyển tiếp chúng tới Server kề với nó, là Server chứa các thông tin về vị trí của bên bị gọi Redirect Server tiếp nhận các yêu cầu, xác

định Server kề nó và cung cấp địa chỉ của Server này cho Client thay vì chuyển tiếp yêu cầu tới Server đó

2.2.3 Các bản tin SIP

Có hai loại bản tin SIP: bản tin yêu cầu(request) do các Client tạo ra và bản tin đáp ứng(response) do các Server đáp ứng lại Phần mào đầu của các bản tin này sẽ mô tả chi tiết sự thông tin SIP là giao thức dựa trên các ký tự văn bản với cú pháp và các trường có trong phần mào đầu của bản tin giống hệt giao thức truyền siêu văn bản HTTP

 Các mào đầu bản tin SIP

Các mào đầu của bản tin được dùng để xác định bên gọi, bên nhận, tuyến

và xác định loại bản tin của cuộc gọi Các mào đầu của các bản tin SIP được chia thành bốn nhóm:

- Mào đầu chung(General Header): áp dụng cho các bản tin yêu cầu(request) và đáp ứng(response)

- Mào đầu thực thể(Entity Header): xác định thông tin về loại thân bản tin và chiều dài

- Mào đầu bản tin yêu cầu(Request Headers): cho phép các client đưa thêm vào các thuộc tính yêu cầu

- Mào đầu bản tin đáp ứng(Response Headers): cho phép các server

đưa thêm vào các bản tin đáp ứng

 Các bản tin yêu cầu

SIP cung cấp 6 loại bản tin yêu cầu Các bản tin này thực chất tương ứng với các phương pháp cho phép các tác nhân người sử dụng và các Server mạng

định vị, mời và quản lý các cuộc gọi

- INVITE: chỉ ra một người sử dụng hoặc một dịch vụ được mời tham gia vào phiên Nó bao gồm sự mô tả phiên và nếu là cuộc gọi hai chiều, bên gọi sẽ phải mô tả phương thức truyền thông trong bản tin này Một bản tin đáp ứng thành công tới hai bên tham gia cuộc gọi sẽ mang thông tin về phương thức truyền thông mà bên đích dùng để nhận thông tin Theo phương pháp đơn giản này, bên gọi có thể nhận

ra được các khả năng của bên nhận và qua đó hai bên sẽ mở phiên hội thoại vơí số lượng giới hạn các bản tin và chu kỳ truyền tin

- ACK: các bản tin phúc đáp này tương ứng với bản tin yêu cầu INVITE Chúng chỉ ra sự xác nhận cuối cùng từ hệ thống cuối và kết thúc sự giao dịch do lệnh INVITE khởi tạo

- OPTION: yêu cầu này cho phép truy vấn, lựa chọn các khả năng của tác nhân người sử dụng và của Server mạng Tuy nhiên nó không

được sử dụng để thiết lập phiên

- BYE: bản tin này được cả bên gọi và bên bị gọi sử dụng để giải phóng cuộc gọi Trước khi thực sự giải phóng cuộc gọi, tác nhân người sử dụng gửi yêu cầu này tới Server để yêu cầu giải phóng phiên

- CANCEL: cho phép các tác nhân người sử dụng và các Server mạng hủy yêu cầu đang thực hiện tại bất cứ thời điểm nào nhưng không ảnh hưởng đến việc thiết lập cuộc gọi khi không có yêu cầu nào đang xúc tiến Nó cũng không làm ảnh hưởng tới các bản tin yêu cầu đã thành công với các đáp ứng cuối cùng đã nhận được

- REGISTER: các Client dùng bản tin này để đăng ký thông tin định vị với Registration Server

 Các bản tin đáp ứng

Các bản tin đáp ứng SIP được gửi đi để đáp ứng lại các bản tin yêu cầu tương ứng, chúng chỉ ra sự thành công hoặc sự cố của cuộc gọi, bao gồm cả trạng thái của Server Có 6 loại bản tin đáp ứng khác nhau Các mã trạng thái

và các giải thích tương ứng về cách hoạt động của chúng được tóm tắt trong bảng 2.1

Bảng 2.1 - Các đáp ứng SIP

1xx Tìm kiếm, báo hiệu, sắp hàng đợi

2xx Thành công 3xx Chuyển tiếp yêu cầu 4xx Lối phía Client 5xx Lỗi phía Server 6xx Lỗi toàn cục: đường dây đang bận, từ chối,

2.2.4 Hoạt động của SIP

Bên gọi và bên bị gọi được nhận biết bởi địa chỉ SIP Khi thực hiện một cuộc gọi, trước tiên bên gọi cần phải định vị Server thích hợp và gửi tới nó một yêu cầu Bên gọi có thể kết nối trực tiếp với bên bị gọi hoặc gián tiếp qua Redirect Servers Trường Call ID trong tiêu đề bản tin SIP là yếu tố duy nhất nhận dạng các cuộc gọi

2.2.4.1 Địa chỉ SIP

Địa chỉ SIP hay còn gọi là địa chỉ định vị tài nguyên tổng quan URL(Univeral Resource Locator) được đánh theo dạng SIP: username@host Phần username của địa chỉ có thể là tên người sử dụng hoặc số điện thoại người sử dụng còn phần host có thể là tên miền hoặc địa chỉ mạng

Ví dụ: SIP: ciscopress@cisco.com

SIP: 4085262222@171.171.1711

2.2.4.2 Định vị Server

Một Client có thể gửi một bản tin yêu cầu SIP theo hai cách sau: trực tiếp với 1 Proxy Server nội hạt đã được cấu hình với nó hoặc tới địa chỉ IP với cổng tương ứng địa chỉ SIP URL Theo cách thứ nhất gửi một bản tin yêu cầu SIP

là tương đối dễ dàng Còn theo cách thứ hai sẽ gặp một số rắc rối vì những nguyên sau:

- Client phải xác định được địa chỉ IP số hiệu cổng của Server mà bản tin sẽ tới

- Nếu số hiệu cổng chưa được liệt kê trong địa chỉ yêu cầu SIP URL thì cổng mặc định là 5060

- Nếu loại giao thức chưa được liệt kê trong SIP URL, Client phải cố gắng liên kết với Server thông qua giao thức UDP sau đó là TCP

- Tiếp theo, Client truy vấn máy phục vụ hệ thống tên miền(Domain Name System Server - DNS Server) để tìm ra địa chỉ IP của Server

đích Nếu không tìm được địa chỉ này, Client không thể định vị được Server và do đó không thể gửi đi bản tin yêu cầu

2.2.4.3 Giao dịch SIP

Sau khi phân tích địa chỉ, Client gửi các bản tin yêu cầu tới Server và nhận lại một hoặc nhiều bản tin đáp ứng Mọi yêu cầu và đáp ứng có liên quan tới cùng một hoạt động đều là một phần của giao dịch SIP Để cho đơn giản và nhất quán, các trường trong phần tiêu đề của các bản tin yêu cầu phải phù hợp với các trường trong phần tiêu đề của các bản tin đáp ứng

Các giao dịch SIP có thể được truyền đi trong các gói UDP hoặc TCP Nếu sử dụng gói TCP, mọi bản tin yêu cầu và đáp ứng liên quan đến phiên giao dịch SIP có thể được truyền trên cùng một kết nối Hơn nữa, các giao dịch SIP riêng biệt cũng có thể được truyền qua cùng một kết nối TCP Nếu dùng UDP, bản tin đáp ứng gửi tới địa chỉ lấy từ phần tiêu đề của bản tin yêu cầu

2.2.4.4 Lời mời SIP

Một lời mời SIP thành công bao gồm hai yêu cầu: một yêu cầu INVITE và sau đó là ACK Yêu cầu INVITE mời bên bị gọi tham gia vào một cuộc gọi hội nghị hoặc thiết lập một cuộc thoại hai bên Sau khi bên bị gọi đồng ý tham gia vào cuộc gọi, bên gọi xác nhận việc nó đã nhận được

đáp ứng bằng cách gửi một yêu cầu ACK Yêu cầu INVITE chứa thành phần mô tả phiên cung cấp đầy đủ các thông tin về việc gia nhập phiên cho bên bị gọi Nếu bên bị gọi chấp nhận tham gia cuộc gọi, nó sẽ đáp ứng lời mời bằng cách phản hồi một thành phần mô tả phiên tương tự

2.2.4.5 Định vị người sử dụng

Trong thực tế một người dùng đích có thể di chuyển từ một hệ thống cuối tới nhiều hệ thống cuối khác, ví dụ: một người dùng có thể di chuyển từ một mạng LAN độc lập về nhà thông qua một kết nối tới ISP(Internet Service Provider) hoặc qua kết nối Internet công cộng trong khi đang tham gia hội nghị Tuy nhiên, để định vị các dịch vụ, SIP cần điều tiết tính mềm dẻo và tính

di động của các hệ thống IP Vị trí các hệ thống cuối này có thể được đăng ký với một SIP server hoặc với các server định vị khác bên ngoài phạm vi của SIP Theo cách sau, SIP lưu trữ danh sách các vị trí dựa trên các server định vị, các server này có thể phàn hồi lại danh sách các host thích hợp

Việc định vị và kết quả của việc định vị một người dùng phụ thuộc vào loại SIP server đang được sử dụng Một Redirect Server chỉ đơn giản gửi lại toàn bộ danh sách các vị trí và cho phép Client định vị người dùng một cách trực tiếp, còn một Proxy Server sẽ thử các địa chỉ một cách song song cho tới khi cuộc gọi hoàn thành

2.2.4.6 Thay đổi phiên hiện hành

Thỉnh thoảng chúng ta cần phải thay đổi các thông số của phiên hiện hành Điều này được thực hiện bằng cách phát lại bản tin INVITE với trường Call ID giữ nguyên nhưng với phần thân mới mang các thông tin mới

2.3 Một số giao thức khác

SIP làm việc cùng với các giao thức trong bộ giao thức chuẩn cho việc truyền dòng tin đa phương tiện do IETF đưa ra như: giao thức truyền tải thời gian thực - RTP/RTCP, giao thức đăng ký trước tài nguyên - RSVP, giao thức mô tả phiên - SDP,

H.323 cũng làm việc cùng với RTP và RTCP Hiện nay, các Gateway thoại thường bao gồm hai thành phần: Gateway báo hiệu và Media Gateway Gateway báo hiệu thông tin với Media Gateway sử dụng giao thức điều khiển Gateway - MGCP(Media Gateway Control Protocol) MGCP có thể cùng hoạt

động với cả SIP và H.323

2.3.1 Giao thức điều khiển Gateway - MGCP

MGCP là giao thức định nghĩa việc thông tin giữa các yếu tố điều khiển cuộc gọi(Call Agent) và các Gateway điện thoại Các Call Agent cũng được biết đến như là các bộ điều khiển Media Gateway Nó là một giao thức điều khiển cho phép một điều phối viên trung tâm giám sát các sự kiện trong các

điện thoại IP và các Gateway và chỉ thị chúng gửi các thông tin media tới các

địa chỉ cụ thể Một thành phần điều khiển cuộc gọi thông minh được định vị bên ngoài các Gateway và được điều khiển bởi các Call Agent bên ngoài MGCP thừa nhận rằng các Call Agent được đồng bộ hoá với nhau để gửi các lệnh kết hợp tới các Gateway dưới sự điều khiển của chúng Nó là một giao thức chủ/tớ, các Gateway sẽ phải thực hiện các chỉ thị được gửi đến bởi các Call Agent MGCP định nghĩa các thực thể đầu cuối(Endpoint) và kết nối(Connection) cho việc thiết lập các đường thoại giữa hai bên, và định nghĩa các khái niệm sự kiện(event) và báo hiệu(signal) cho việc thiết lập và huỷ bỏ cuộc gọi Đặc điểm chính của MGCP là tính đơn giản và tin cậy, nó cho phép các chương trình khó có thể được thực hiện trong Call Agent, do đó các nhà cung cấp dịch vụ có thể sử dụng MGCP để phát triển các hệ thống truy cập cục bộ đáng tin cậy với giá rẻ

2.3.1.1 Các điểm cuối và các kết nối

Các điểm cuối là các nguồn dữ liệu có thể là vật lý hoặc logic Việc tạo nguồn vật lý đòi hỏi phải thiết lập phần cứng, chẳng hạn như giao tiếp qua một Gateway và kết thúc một kết nối tới một chuyển mạch PSTN

Các kết nối có thể là kết nối điểm - điểm hoặc đa điểm Một kết nối là một sự liên kết giữa hai điểm cuối(điểm - điểm) hay giữa nhiều điểm cuối(đa

điểm) Khi một sự liên kết được thiết lập, việc truyền dữ liệu có thể diễn ra Các kết nối có thể được thiết lập qua một số các mạng truyền tải như TCP/IP, ATM, v.v

2.3.1.2 Các sự kiện và các báo hiệu

Một Call Agent có thể yêu cầu được biết về các sự kiện chắc chắn đang xảy ra tại một điểm cuối, như nhấc máy, gác máy, quay số, và có thể yêu cầu chắc chắn một báo hiệu được đưa tới một điểm cuối như: âm báo quay số, âm báo bận hay đổ chuông Các sự kiện và các báo hiệu được nhóm lại trong các gói được hỗ trợ bởi một kiểu riêng của điểm cuối, một gói có thể hỗ trợ một nhóm các sự kiện và báo hiệu nào đó cho các đường dây truy cập tương tự

2.3.1.3 Tạo các kết nối

Các kết nối được tạo ra trên Call Agent tại mỗi điểm cuối tham gia trong cuộc gọi Khi hai điểm cuối được định vị trên các Gateway được quản lý bởi cùng một Call Agent, việc tạo kết nối được thực hiện theo ba bước:

- Call Agent yêu cầu Gateway thứ nhất tạo một kết nối trên điểm cuối thứ nhất Đáp ứng được gửi bởi Gateway bao gồm một mô tả phiên chứa thông tin thích hợp yêu cầu bên thứ ba có thể gửi các gói tới một kết nối mới đã được tạo ra trước đó

- Sau đó Call Agent gửi thành phần mô tả phiên của Gateway thứ nhất tới Gateway thứ hai và yêu cầu nó tạo một kết nối trên điểm cuối thứ hai Gateway thứ hai đáp ứng bằng cách gửi thành phần mô tả phiên của nó

- Call Agent sử dụng một chỉ thị kết nối sửa đổi để cung cấp thành phần mô tả phiên thứ hai này tới điểm cuối thứ nhất Lúc này việc thông tin có thể diễn ra trong cả hai hướng

Khi hai điểm cuối được định vị trên các Gateway được quản lý bởi các Call Agent khác nhau, hai Call Agent này sẽ trao đổi thông tin thông qua một giao thức báo hiệu Call Agent tới Call Agent, để đồng bộ hoá việc tạo kết nối trên hai điểm cuối

2.3.1.4 Các lệnh

Có 9 lệnh được định nghĩa trong MGCP:

- CreateConnection: Lệnh này được sử dụng để gắn một điểm cuối tới một cổng và địa chỉ IP cụ thể Để tạo một kết nối, yêu cầu CreateConnection cũng được yêu cầu cho điểm cuối ở xa Nếu yêu cầu được công nhận là thành công bởi Gateway thì sau đó một ConnectionId được phản hồi về ConnectionId là yếu tố duy nhất để nhận biết kết nối

- ModifyConnection: Lệnh này được sử dụng bởi Call Agent để thay

đổi các thông số của một kết nối đang được kích hoạt

- DeleteConnection: Lệnh này được sử dụng bởi Call Agent hoặc Gateway để huỷ một kết nối đang tồn tại Đáp ứng bao gồm một danh sách các tham số về trạng thái của kết nối

- EndpointConfiguration: Call Agent cho Gateway biết tên luật mã hoá tín hiệu Trong trường hợp tiếng nói là luật A hoặc luật à

- NotificationRequest: Nếu một Call Agent muốn có thông tin về các

sự kiện cụ thể diễn ra ở một đầu cuối nào đó, nó có thể gửi yêu cầu này tới Gateway

- Notify: Gateway gửi đáp ứng của yêu cầu NotificationRequest thông qua lệnh Notify Lệnh này bao gồm một danh sách các sự kiện mà Gateway nắm bắt được

- AuditEndpoint: Lệnh này được Call Agent sử dụng để nhận các thông tin chi tiết về các trạng thái của một hay một vài điểm cuối Gateway gửi đáp ứng chứa các thông tin được yêu cầu

- AuditConnection: Call Agent sử dụng lệnh này để nhận các thông tin

về một kết nối cụ thể của một điểm cuối Kết nối được nhận biết bởi ConnectionId và đáp ứng từ Gateway chứa thông tin được yêu cầu

- RestartInProgress: Gateway sử dụng lệnh này để chỉ ra một hay một nhóm các điểm cuối đã bị xoá mọi dịch vụ Lệnh này cũng bao gồm một tham số chỉ ra kiểu khởi động lại(bình thường, cưỡng bức, trễ)

2.3.2 RTP và RTCP

RTP hỗ trợ việc truyền các dữ liệu media(âm thanh và hình ảnh) thời gian thực trên mạng chuyển mạch gói Nó được sử dụng bởi cả SIP và H.323 Giao thức truyền tải cho phép bên thu phát hiện sự mất gói và cung cấp thông tin định thời do đó bên thu có thể khắc phục vấn đề trễ Jitter Phần tiêu đề của RTP chứa thông tin trợ giúp bên thu khôi phục lại dữ liệu media và cũng chứa các thông tin chỉ rõ bằng cách nào mà các dòng bit được bộ codec phân chia vào các gói RTP không đăng ký trước tài nguyên trong mạng nhưng nó cung cấp thông tin để bên thu có thể khắc phục được sự mất gói và Jitter

- Frame Indication: Hình ảnh và âm thanh được gửi trong các đơn vị logic gọi là các khung Để chỉ báo điểm bắt đầu và kết thúc của khung, người ta sử dụng thêm một bit đánh dấu khung

- Source Identification: trong một phiên multicast, sẽ có nhiều bên tham gia Do đó một thành phần nhận dạng được yêu cầu để xác định nơi khởi tạo khung Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng thành phần nhận dạng nguồn đồng bộ(Synchronization Source)

- Intramedia Synchronization: để bù lại sự sai lệch về độ trễ Jitter của các gói trong cùng một dòng tin, RTP cung cấp các dấu hiệu thời gian cần thiết cho các bộ đệm Jitter

RTCP là một giao thức điều khiển và làm việc cùng với RTP Trong một phiên RTP, các bên tham gia gửi định kỳ các gói RTCP để nhận được thông tin về QoS Các dịch vụ mà RTCP cung cấp cho các bên tham gia gồm:

- QoS feedback: RTCP được sử dụng để báo cáo về chất lượng dịch vụ Các thông tin được cung cấp bao gồm số gói bị mất, thời gian khứ hồi, Jitter và các thông tin này được các nguồn tin sử dụng để điều chỉnh tốc độ dữ liệu của chúng

- Session Control: bằng cách sử dụng gói BYE, RTCP cho phép các bên tham gia thông báo về sự rút lui khỏi một phiên

- Identification: các thông tin như địa chỉ email, tên và số điện thoại

được gộp vào trong các gói RTCP do đó tất cả những người dùng có thể biết các thông tin định danh của các người dùng khác cho phiên đó

- Intermedia Synchronization: mặc dù tín hiệu hình ảnh và âm thanh thông thường được gửi trên các dòng khác nhau, chúng ta vẫn cần phải đồng bộ hoá chúng tại bên thu để chúng được thể hiện cùng nhau RTCP cung cấp các thông tin được yêu cầu cho việc đồng bộ các dòng tin

2.3.3 Giao thức dòng thời gian thực - RTSP

RTSP là một giao thức Client - Server cung cấp sự điều khiển qua sự điều phối các dòng media thời gian thực RTSP thiết lập và điều khiển các dòng hình ảnh và âm thanh liên tục giữa Media Server và các Client Media Server

cung cấp các dịch vụ ghi và phát lại cho các dòng media trong khi Client yêu cầu dữ liệu media liên tục từ Media Server RTSP hoạt động như một "sự điều khiển mạng từ xa" giữa Server và Client Nó hỗ trợ các hoạt động sau:

- Khôi phục media từ Media Server: Client có thể yêu cầu thông tin mô tả của sự trình diễn, và yêu cầu Server thiết lập một phiên để gửi dữ liệu được yêu cầu

- Mời một Media Server tham gia hội nghị: Media Server có thể được mời tới hội nghị để phát lại media hoặc để ghi lại sự trình diễn

- Thêm thông tin media vào một sự trình diễn đang tồn tại: Server hoặc Client có thể thông báo cho nhau về bất kỳ sự thêm vào các thông tin media đã có

Các đặc điểm của RTSP bao gồm:

- RTSP là một giao thức lớp ứng dụng với cú pháp và hoạt động tương

tự HTTP, nhưng làm việc với tín hiệu âm thanh và hình ảnh Nó sử dụng các URL giống như trong HTTP

- Một RTSP server cần phải duy trì các trạng thái, sử dụng SETUP, TEARDOWN và các phương thức khác

- Khác với HTTP, trong RTSP cả Server và Client đều có thể đưa ra các yêu cầu

- RTSP được thực hiện trên các nền(platform) nhiều hệ điều hành và nó cho phép thao tác giữa các Client và các Server từ các nhà sản xuất khác nhau

2.3.4 Giao thức đăng ký trước tài nguyên - RSVP

Trễ mạng và chất lượng dịch vụ(QoS) là các yếu tố gây cản trở nhất trong việc hội tụ giữa thoại và số liệu Giải pháp hứa hẹn nhất cho vấn đề này đã

được phát triển bởi IETF, đó là RSVP Mục đích của RSVP là cung cấp một cơ chế để các ứng dụng yêu cầu được đảm bảo chất lượng dịch vụ khi truyền thông tin qua mạng