Tìm hiểu tổng quan về voice IP

Một trong những công nghệ đang đợc quantâm nhất hiện nay chính là Voice Intrernet Protocol Voice IP làmột công nghệ cho phép truyền thoại sử dụng giao thức mạng IP.Với những u điểm nổi b

LờI NóI ĐầU

Hiện nay, Internet đang dần trở nên phổ biến, cơ sở hạtầng mạng ngày càng đợc nâng cấp, các công nghệ mạng ngàycàng hoàn thiện, chính những yếu tố đó đã giúp cho các dịch

vụ mới ngày càng phát triển nở rộ, đem ại nhiều lợi ích cho cuộcsống của con ngời Một trong những công nghệ đang đợc quantâm nhất hiện nay chính là Voice Intrernet Protocol (Voice IP) làmột công nghệ cho phép truyền thoại sử dụng giao thức mạng IP.Với những u điểm nổi bật và những lợi ích nó đem lại, Voice IP

đang thu hút đợc rất nhiều sự quan tâm không chỉ của các nhàkhai thác, các nhà sản xuất mà cả của những ngời sử dụng

Với lu lợng ngày càng tăng, Voice IP hứa hẹn sẽ là tơng lai của

hệ thống điện thoại trên toàn thế giới Chính vì vậy, việc nghiêncứu và nắm bắt công nghệ Voice IP đang đợc nhiều trờng đạihọc quan tâm, Khoa Công Nghệ Thông Tin Trờng Đại Học Vinhcũng không ngoại lệ Với cơ sở hạ tầng và trang thiết bị đầy đủ,sinh viên Khoa CNTT luôn đợc tạo điều kiện tốt nhất cho việc họctập và nghiên cứu Em là một trong những sinh viên may mắn cócơ hội đợc tham gia nghiên cứu về công nghệ Voice IP khi đangcòn ngồi trên nghế nhà trờng

Sau một thời gian tìm hiểu em đã hoàn thành đồ án củamình, mặc dù đã rất nỗ lực song không tránh khỏi thiếu xót, emrất mong nhận đợc sự chỉ bảo của thầy cô và các bạn đọc

Cuối cùng cho em gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong

khoa Công Nghệ Thông Tin và đặc biệt là thầy Trần Văn Cảnh đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo em hoàn thành đồ án này.

Vinh,Tháng5/201 0

Nguyễn Đức Phúc

Chơng 2: Kiến trúc mạng Voice IP

Tìm hiểu kiến trúc tổng quan cũng nh các thành phần củamạng Voice IP

Chơng 3: Các giao thức truyền tải và báo hiệu

Tìm hiểu các giao thức và các báo hiệu đợc sử dụng trongviệc truyền thoại qua môi trờng IP

Chơng 4: Tìm hiểu và thử nghiệm một số hệ thông Voice IP

Xây dựng mô hình Voice IP dựa trên các phần mền hiệnnay đồng thời tìm hiểu sâu sắc về Voice IP và có cái nhìn thực

tế về một mô hình Voice IP

MôC LôC

Ch¬ng 1:Tæng quan vÒ Voice IP 5

1.1 Kh¸i niÖm Voice IP 5

1.1.1Voce IP lµ g× 5

1.1.2§Æc ®iÓm cña Voice IP 6

1.1.3M« h×nh ph©n líp chøc n¨ng 8

1.1.4C¸c thµnh phÇn m¹ng Voice IP 9

1.1.5M« h×nh PC to PC 10

1.1.6M« h×nh PC to Phone 11

1.1.7M« h×nh Phone to Phone 11

1.2 C¸c u ®iÓm vµ øng dông cña Voice IP 12

1.2.1¦u ®iÓm 12

1.2.2Ứng dông 13

Ch¬ng 2: KiÕn tróc m¹ng Voice IP 15

2.1 KiÕn tróc vµ c¸c giao diÖn cña m¹ng Voice IP 15

2.1.1 KiÕn tróc cña m¹ng Voice IP 15

2.1.2C¸c giao diÖn cña m¹ng Voice IP 16

2.2 C¸c thµnh phÇn cña m¹ng Voice IP 17

2.2.1Giới thiệu chuẩn H.323 17

2.2.2 Chồng giao thức H.323 (H.323 Protocol stack) 17

2.2.3 Các thành phần trong hệ thống H.323 18

2.2.4Thiết bị đầu cuối H.323 (H.323 Terminal) 19

2.3 Gatekeeper 21

2.4 Gateway 22

2.4.1Gateway báo hiệu (SGW) 22

2.4.2Gateway truyền tải kênh thoại (MGW) 23

2.4.3Gateway điều khiển truyền tải kênh thoại (MGWC) 24

Chơng 3: Các giao thức truyền tải và báo hiệu 25

3.1 Giao thức TCP/IP 25

3.1.1Giới thiệu về mạng IP 25

3.1.2 Mạng IP hoạt động thế nào 27

3.2 Giao thức TCP/UDP 28

3.3 Giao thức RTP, RCTP 30

3.3.1Real time Transport Protocol (RTP) 30

3.3.2Real time Transport Control Protocol (RTCP) 32

3.4 Các kênh điều khiển 34

3.4.1Kênh điều khiển RAS 34

3.4.2Kênh điều khiển H.245 39

3.5 Các giá trị đặc trng cuộc gọi 39

3.5.1Giá trị tham chiếu cuộc gọi CRV 39

3.5.2Conference ID và Conference Goal 40

3.6 Các thủ tục báo hiệu cuộc gọi 40

3.6.1Giai đoạn I thiết lập cuộc gọi (Call Setup) 40

3.6.2Giai đoạn II khởi đầu truyền thông 44

3.6.3Giai đoạn III thiết lập kênh tín hiệu media 44

3.6.4Giai đoạn IV các dịch vụ cuộc gọi 45

3.6.5Giai đoạn V kết thúc cuộc gọi 47

Chơng 4: Tìm hiểu và thử nghiệm một số hệ thông Voice IP 50

4.1 Cấu hình mạng Internet Backbone 50

4.2 Một số phần mềm Voice IP phổ biến hiện nay 51

4.2.1Phần mềm Skype 51

4.2.2Phần mềm GoogleTalk 55

4.2.3Phần mềm Voice IP: FPT Phone – Gọi điện thoại quốc tế từ Internet 56

4.3 Một số thiết bị gọi điện thoại Voice IP 57

4.3.1Điện thoại Voice IP MaxIP10 57

4.3.2Planet USB Phone UP 100 58

4.4 Tơng lại Voice IP 58

Chơng 1:Tổng quan về Voice IP 1.1 Khái niệm Voice IP

Voice Internet Protocol (Voice IP) là một công nghệ cho phép truyền thoại sử dụng giao thức mạng IP, trên cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng Internet Voice IP nói ngắn gọn là dịch vụ điện thoại thông qua mạng Internet

1.1.1 Voce IP là gì

Voice IP là một chủ đề rộng tuy nhiên về cốt lõi đó là công nghệ cho phép truyền tải thoại từ ngời gửi tới ngời nhận thông qua mạng IP theo một chất lợng có thể chấp nhận đợc Mạng IP đó là mạng máy tính sử dụng giao thức IP để truyền tải thông tin

Voice IP có thể vừa thực hiện mọi loại cuộc gọi nh trên mạng

điện thoại kênh truyển thống (PSTN) đồng thời truyền dữ liệu trên cơ sở mạng truyền dữ liệu Do các u điểm về giá thành dịch

vụ và sự tích hợp nhiều loại hình dịch vụ nên Voice IP hiện nay

đợc triển khai một các rộng rãi

Dịch vụ điện thoại Voice IP là dịch vụ ứng dụng giao thức

IP, nguyên tắc của Voice IP bao gồm việc số hoá tín hiệu tiếng

nói, thực hiện việc nén tín hiệu số, chia nhỏ các gói nếu cần vàtruyền gói tin này qua mạng, tới nơi nhận các gói tin này đợc ráplại theo đúng thứ tự của bản tin, giải mã tín hiệu tơng tự phục hồilại tiếng nói ban đầu.

Các cuộc gọi trong Voice IP dựa trên cơ sở sử dụng kết hợp cảchuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Trong mỗi loại chuyểnmạch trên đều có u, nhợc điểm riêng của nó Trong kỹ thuậtchuyển mạch kênh giành riêng cho hai thiết bị đầu cuối thôngqua các node chuyển mạch trung gian Trong chuyển mạch kênhtốc độ truyền dẫn luôn luôn cố định, với mạng điện thoại PSTNtốc độ này là 64kbps, truyền dẫn trong chuyển mạch kênh có độtrễ nhỏ

Trong chuyển mạch gói các bản tin đợc chia thành các góinhỏ gọi là các gói, nguyên tắc hoạt động của nó là sử dụng hệthống lu trữ và chuyển tiếp các gói tin trong nút mạng Đối vớichuyển mạch gói không tồn tại khái niệm kênh riêng, băng thôngkhông cố định có nghĩa là có thể thay đổi tốc độ truyền, kỹthuật chuyển mạch gói phải chịu độ trễ lớn vì trong chuyểnmạch gói không quy định thời gian cho mỗi gói dữ liệu tới đích,mỗi gói có thể đi bằng nhiều con đờng khác nhau để tới đích,chuyển mạch gói thích hợp cho việc truyền dữ liệu vì trongmạng truyền dữ liệu không đòi hỏi về thời gian thực nh thoại, để

sử dụng u điểm của mỗi loại chuyển mạch trên thì trong Voice IPkết hợp sử dụng cả hai loại chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói

1.1.2 Đặc điểm của Voice IP

Voice IP hay còn gọi la điện thoại IP ra đời nhằm khai tháctính hiệu quả của các mạng truyền số liệu, khai thác tính linhhoạt trong phát triển các ứng dụng mới của giao thức IP và nó đợc

áp dụng trên một mạng toàn cầu là mạng Internet Các tiến bộ củacông nghệ mang đến cho điện thoại IP những u điểm sau:

a Ưu điểm

 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 cấpnhững cuộc gọi đờng dài giá rẻ với chất lợng chấp nhận đợc.Nếu dịch vụ điện thoại IP đợc triển khai, chi phí cho mộtcuộc gọi đờng dài sẽ chỉ tơng đơng với chi phí truy nhậpInternet Nguyên nhân dẫn đến chi phí thấp nh vậy là do

tín hiệu thoại đợc truyền tải trong mạng IP có khả năng sửdụng kênh hiệu quả cao Đồng thời, kỹ thuật nén thoại tiêntiến giảm tốc độ bít từ 64 Kbps xuống thấp tới 8 Kbps (theotiêu 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 truyềntiếng nói theo thời gian thực là có thể thực hiện đợc với lợngtài nguyên băng thông thấp hơn nhiều so với kỹ thuật cũ

 So sánh một cuộc gọi trong mạng PSTN với một cuộc gọi quamạng IP, ta thấy: Chi phí phải trả cho cuộc gọi trong mạngPSTN là chi phí phải bỏ ra để duy trì cho một kênh 64kbpssuốt từ đầu cuối này tới đầu cuối kia thông qua một hệthống các tổng đài Chi phí này đối với các cuộc gọi đờngdài (liên tỉnh, quốc tế) là khá lớn

 Trong trờng hợp cuộc gọi qua mạng IP, ngời sử dụng từ mạngPSTN chỉ phải duy trì kênh 64kbps đến Gateway của nhàcung cấp dịch vụ tại địa phơng Nhà cung cấp dịch vụ điệnthoại IP sẽ đảm nhận nhiệm vụ nén, đóng gói tín hiệu thoại

và gửi chúng đi qua mạng IP một cách có hiệu quả nhất đểtới đợc Gateway nối tới một mạng điện thoại khác có ngời liênlạc đầu kia Việc kết nối nh vậy làm giảm đáng kể chi phícuộc gọi do phần lớn kênh truyền 64Kbps đó đợc thay thếbằng việc truyền thông tin qua mạng dữ liệu hiệu quả cao

 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 thể cùng đi trên cùng một mạng IP Điều này sẽ tiếtkiệm đợc chi phí đầu t để xây dựng những mạng riêng rẽ

 Khả năng mở rộng (Scalability): Nếu nh các hệ tổng đài ờng là những hệ thống kín, rất khó để thêm vào đó nhữngtính năng thì các thiết bị trong mạng Internet thờng có khảnăng thêm vào những tính năng mới Chính tính mềm dẻo

th-đó mang lại cho dịch vụ điện thoại IP khả năng mở rộng dễdàng hơn so với điện thoại truyền thống

 Không cần thông tin điều khiển để thiết lập kênh truyềnvật lý: Gói thông tin trong mạng IP truyền đến đích màkhông cần một sự thiết lập kênh nào Gói chỉ cần mang địachỉ của nơi nhận cuối cùng là thông tin đó có thể đến đợc

đích Do vậy, việc điều khiển cuộc gọi trong mạng IP chỉ

cần tập trung vào chức năng cuộc gọi mà không phải tậptrung vào chức năng thiết lập kênh

 Quản lý băng thông: Trong điện thoại chuyển mạch kênh, tàinguyên băng thông cung cấp cho một cuộc liên lạc là cố định(một kênh 64Kbps) nhng trong điện thoại IP việc phân chiatài nguyên cho các cuộc thoại linh hoạt hơn nhiều Khi mộtcuộc liên lạc diễn ra, nếu lu lợng của mạng thấp, băng thôngdành cho liên lạc sẽ cho chất lợng thoại tốt nhất có thể; nhngkhi lu lợng của mạng cao, mạng sẽ hạn chế băng thông củatừng cuộc gọi ở mức duy trì chất lợng thoại chấp nhận đợcnhằm phục vụ cùng lúc đợc nhiều ngời nhất Điểm này cũng làmột yếu tố làm tăng hiệu quả sử dụng của điện thoại IP.Việc quản lý băng thông một cách tiết kiệm nh vậy cho phépngời ta nghĩ tới những dịch vụ cao cấp hơn nh truyền hìnhhội nghị, điều mà với công nghệ chuyển mạch cũ ngời ta đókhông thực hiện vì chi phí quá cao

 Nhiều tính năng dịch vụ: Tính linh hoạt của mạng IP chophép tạo ra nhiều tính năng mới trong dịch vụ thoại Ví dụcho biết thông tin về ngời gọi tới hay một thuê bao điện thoại

IP có thể có nhiều số liên lạc mà chỉ cần một thiết bị đầucuối duy nhất (Ví dụ nh một thiết bị IP Phone có thể có một

số điện thoại dành cho công việc, một cho các cuộc gọi riêngt)

 Khả năng Multimedia: Trong một cuộc gọi ngời sử dụng có thểvừa nói chuyện vừa sử dụng các dịch vụ khác nh truyền File,chia sẻ dữ liệu, hay xem hình ảnh của ngời nói chuyện bênkia

b Điện thoại IP cũng có những hạn chế

 Kỹ thuật phức tạp: Truyền tín hiệu theo thời gian thực trênmạng chuyển mạch gói là rất khó thực hiện do mất gói trongmạng là không thể tránh đợc và độ trễ không cố định củacác gói thông tin khi truyền trên mạng Để có đợc một dịch vụthoại chấp nhận đợc, cần thiết phải có một kỹ thuật nén tínhiệu đạt đợc những yêu cầu khắt khe: tỉ số nén lớn (đểgiảm đợc tốc độ bit xuống), có khả năng suy đoán và tạo lạithông tin của các gói bị thất lạc Tốc độ xử lý của các bộCodec (Coder and Decoder Bộ mó hóa và giải mó) phải đủ

nhanh để không làm cuộc đàm thoại bị gián đoạn Đồng thờicơ sở hạ tầng của mạng cũng cần đợc nâng cấp lên các côngnghệ mới nh Frame Relay, ATM, để có tốc độ cao hơn vàphải có một cơ chế thực hiện chức năng QoS (Quality ofService Chất lợng dịch vụ) Tất cả các điều này làm cho kỹthuật thực hiện điện thoại IP trở nên phức tạp và không thểthực hiện đợc trong những năm trớc đây.

 Vấn đề bảo mật (Security): Mạng Internet là một mạng cótính rộng khắp và hỗn hợp (hetorogenous network) Trong

đó có rất nhiều loại máy tính khác nhau cùng các dịch vụkhác nhau cùng sử dụng chung một cơ sở hạ tầng Do vậykhông có gì đảm bảo rằng thông tin liên quan đến cá nhâncũng nh số liên lạc truy nhập sử dụng dịch vụ của ngời dùng

đợc giữ bí mật

Nh vậy, điện thoại IP chứng tỏ nó là một loại hình dịch vụ mớirất có tiềm năng Trong tơng lai, điện thoại IP sẽ cung cấp cácdịch vụ hiện có của điện thoại trong mạng PSTN và các dịch vụmới của riêng nó nhằm đem lại lợi ích cho đông đảo ngời dựng.Tuy nhiên, điện thoại IP với t cách là một dịch vụ sẽ không trở nênhấp dẫn hơn PSTN chỉ vì nó chạy trên mạng IP Khách hàng chỉchấp nhận loại dịch vụ này nếu nh nó đa ra đợc một chi phí thấp

và những tính năng vợt trội hơn so với dịch vụ điện thoại hiện tại

1.1.3 Mô hình phân lớp chức năng

Về mặt chức năng, công nghệ Voice IP có thể đợc chi làm

ba lớp nh sau:

Hình 1.1 Mô hình phân cấp chức năng

Lớp cơ sở hạ tầng mạng gói thực hiện chức năng truyền tải lulợng thoại Trong Voice IP, cơ sở hạ tầng là các mạng IP Giao thứctruyền tải thời gian thực RTP (Realtime Transport Protocol) kết hợpvới UDP và IP giúp truyền tải thông tin thoại qua mạng IP RTP chạytrên UDP, còn UDP hoạt động trên IP hình thành lên cơ chếtruyền RTP/UDP/IP trong Voice IP

Trong các mạng IP, hiện tợng các gói IP thất lạc hoặc đếnkhông theo thứ tự thờng xuyên xảy ra Cơ chế truyền TCP/IPkhắc phục việc mất gói bằng cơ chế truyền lại không phù hợp vớicác ứng dụng thời gian thực vốn rất nhạy cảm với trễ RTP với trờngtem thời gian (Timestamp) đợc dùng để bên thu nhận biết và xử

lí các vấn đề nh trễ, sự thay đổ độ trễ(Jitter) và sự mất gói

Lớp điều khiển cuộc gọi thực hiện chức năng báo hiệu, địnhhớng cuộc gọi trong Voice IP Sự phân tách giữa mặt phẳng báohiệu và truyền tải đã đợc thực hiện ở PSTN với báo hiệu kênhchung SS7, nhng ở đây nhấn mạnh một thực tế có nhiều chuẩnbáo hiệu cho Voice IP cùng tồn tại nh H323, SIP hay SGCP/MGCP(Simple Gateway Control Protocol/ Media Gateway ControlProtocol) Các giao thức báo hiệu này có thể hoạt động cùng nhau,

đợc ứng dụng để phù hợp với những nhu cầu cụ thể của mạng.Ngoài ra lớp này còn cung cấp chức năng truy nhập tới dịch vụ bêntrên cũng nh các giao diện lập trình mở để phát triển ứng dụng

Lớp ứng dụng dịch vụ đảm nhiệm chức năng cung cấp dịch

vụ trong mạng với cả dịch vụ cũ tong tự nh trong PSTN và dịch vụmới thêm vào Các giao diện mở cho phép các nhà cung cấp phầnmềm độc lập phát triển ra nhiều ứng dụng mới Đặc biệt là cácứng dụng dựa trên Web, các ứng dụng kết hợp giữa thoại và dữliệu, các ứng dụng liên quan tới thơng mại điện tử Sự phân táchlớp dịch vụ làm cho các dịch vụ mới đợc triển khai nhanh chóng.Ngoài ra, các chức năng nh quản lí, nhận thực cuộc gọi và chuyển

đổi địa chỉ cũng đợc thực hiện ở lớp này

Do các giao diện giữa các lớp là mở và tuân theo chuẩn, tạo

ra nhiều sự lựa chọn khi xây dựng thiết kế mạng Ví dụ, ứng vớilớp cơ sở hạ tầng mạng ta có thể dùng các Router và Switch củahãng Cisco, điều khiển cuộc gọi thực hiện bằng các Gatekeepercủa VocalTec và các dịch vụ đợc cung cấp bởi Server dịch vụ của

Netspeak Do đó mô hình trên không chỉ có giá trị về mặt líthuyết

1.1.4 Các thành phần mạng Voice IP

Mạng Voice IP phải có khả năng thực hiện các chức năng màmạng điện thoại công cộng thực hiện, ngoài ra phải thực hiệnchức năng của một Gateway giữa mạng IP và mạng điện thoạicông cộng Thành phần của mạng điện thoại IP có thể gồm cácphần tử sau đây:

 Thiết bị đầu cuối kết nối với mạng IP: Là một nút cuối cùngtrong mạng điện thoại IP, một thiết bị đầu cuối có thể chophép một thuê bao trong mạng IP thực hiện cuộc gọi Cuộcgọi đó sẽ đợc Gatekeeper mà đầu cuối hoặc thuê bao đã

đăng ký giám sát

 Mạng truy nhập IP: Là các loại mạng dữ liệu sử dụng chồnggiao thức TCP/IP trong đó sử dụng giao thức IP cho lớp mạng(lớp 3) còn ở lớp truy nhập mạng (lớp 2) có thể là giao thức củamạng LAN, x25, Frame Relay, PPP Mạng IP sẽ đợc trình bày

cụ thể hơn ở phần 2

 Gateway: Là thiết bị có chức năng kết nối hai mạng khônggiống nhau, hầu hết các trờng hợp đó là mạng IP và mạngPSTN Có 3 loại Gateway là: Gateway truyền tải kênh thoại,Gateway điều khiển truyền tải kênh thoại và Gateway báohiệu

 Gateway báo hiệu (SGW Signalling Gateway): chức năngtrung chuyển giữa báo hiệu trong mạng chuyển mạch kênh(nh là SS7 hay R2) và báo hiệu trong mạng IP (H.323), phốihợp hoạt động với Gateway truyền tải và hệ thống quản lýmạng Gateway báo hiệu có thể đứng độc lập hoặc có thểkết hợp với Gateway truyền tải thoại thành một Gateway duynhất

 Gateway truyền tải kênh thoại( MGM Media Gateway): Chứcnăng chuyển đổi khuôn dạng thông tin từ thông tin ghépkênh theo thời gian (TDM) trong mạng chuyển mạch gói thànhcác gói tin IP và ngợc lại, nén tín hiệu thoại (voicecompression), nén khoảng lặng (silent comppression) triệttiếng vọng (echo cancellation) Ngoài ra còn cung cấp các

giao diện vật cho các kết nối của các mạng (nh E1/T1 với mạngchuyển mạch kênh, ethernet/frame relay với mạng IP).

 Gateway điều khiển truyền tải kênh thoại (MGWC MediaGateway Controller): Vai trò nh là phần tử kết nối giữaGateway bào hiệu và Gatekeeper Nó nhận thông tin báohiệu từ mạng chuyển mạch kênh thông qua Gateway báohiệu, từ mạng IP thông qua Gatekeeper thực hiện việc điềukhiển Gateway truyền tải kênh thoại

 Gatekeeper: Có thể xem Gatekeeper nh là bộ não của hệthống mạng điện thoại IP Nó cung cấp chức năng quản lýcuộc gọi một cách tập trung và một số các dịch vụ quan trọngkhác nh là: nhận dạng các đầu cuối và Gateway, quản lý băngthông, chuyển đổi địa chỉ (từ địa chỉ IP sang địa chỉE.164 và ngợc lại), đăng ký hay tính cớc Mỗi Gatekeeper sẽquản lý một vùng bao gồm các đầu cuối đã đăng ký, nhngcũng có thể nhiều Gatekeeper cùng quản lý một vùng trong tr-ờng hợp một vùng có nhiều Gatekeeper

1.1.5 Mô hình PC to PC

Trong mô hình này, mỗi máy tính cần đợc trang bị mộtSound Card, một Microphone, một Speaker và đợc kết nối trựctiếp với mạng Internet thông qua modem hoặc card mạng Mỗimáy tính đợc cung cấp một địa chỉ IP và hai máy tính đã cóthể trao đổi các tín hiệu thoại với nhau thông qua mạng Internet.Tất cả các thao tác nh lấy mẫu tín hiệu âm thanh, mã hoá và giảimã, nén và giải nén tín hiệu đều đợc máy tính thực hiện Trongmô hình này chỉ có những máy tính nối với cùng một mạng mới cókhả năng trao đổi thông tin với nhau

Hình 1.2 Mô hình PC to PC

1.1.6 Mô hình PC to Phone

Mô hình PC to Phone là một mô hình đợc cải tiến hơn sovới mô hình PC to PC Mô hình này cho phép ngời sử dụng máytính có thể thực hiện cuộc gọi đến mạng PSTN thông thờng vàngợc lại Trong mô hình này mạng Internet và mạng PSTN có thểgiao tiếp với nhau nhơ 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 nh các mạng GSM hay đa dịch vụ khác

Hình 1.3 Mô hình PC to Phone

1.1.7 Mô hình Phone to Phone

Đây là mô hình mở rộng của mô hình PC to Phone sử dụngInternet làm phơng tiện liên lac giữa các mạng PSTN Tất cả cácmạng PSTN đều kết nối với mạng Internet thông qua các Gateway.Khi tiến hành cuộc gọi mạng PSTN sẽ kết nối đến Gateway gầnnhất Tại Gateway địa chỉ sẽ đợc chuyển đổi từ địa chỉ PSTNsang địa chỉ IP để có thể định tuyến các gói tin đến đợcmạng đích Đồng thời Gateway nguồn có nhiệm vụ chuyển đổitín hiệu thoại tơng tự thành dạng số sau đó mã hoá, nén, đónggói và gửi qua mạng Mạng đích cũng đợc kết nối với Gateway vàtại Gateway đích, địa chỉ lại đợc chuyển đổi trở lại thành địachỉ PSTN và tín hiệu đợc giải nén, giải mã chuyển đổi ngợc lạithành tín hiệu tơng tự gửi vào mạng PSTN đến đích

kỹ thuật Voice IP tiết kiệm đợc chi phí hơn là sử dụng mạng PSTNthông thờng Voice IP hiệu quả hơn PSTN trong các dịch vụ mới

đặc biệt là các dịch vụ Multimedia Ưu điểm của Voice IP khôngchỉ là tiết kiệm phí liên lạc, sử dụng Voice IP còn tiết kiệm đợcchi phí đầu t và hạ tầng mạng Chúng ta có khả năng sử dụngmột mạng số liệu duy nhất để phục vụ tất cả các loại hình dịch

vụ nh thoại, Fax và truyền số liệu thay vì lắp đặt từng mạng

độc lập Hơn nữa Voice IP có thể tích hợp với bất cứ loại hìnhthiết bị thoại nào, chẳng hạn nh PC hay điện thoại thông thờng.Voice IP có thể áp dụng cho bất kỳ loại hình thoại nào, chẳng hạn

nh thoại thông thờng hay thoại đa điểm cho tới điện thoại cóhình hay truyền hình hội thảo Việc chi sẻ trang thiết bị và chiphí vận hành cho cả thoại và số liệu có thể tận dụng đợc cho cácloại hình dữ liệu khác nhau, do đó thu hẹp phạm vi kênh thoạitrên băng thông và tăng dung lợng truyền Theo thống kê của IETF(Internet Engineering Task Force), trong vòng 2 hay 3 năm tới dunglợng truyền qua Internet sẽ chiếm khoảng 11% thị trờng liên lạc đ-ờng dài và sẽ chiếm khoảng 10% thị trờng fax trên thế giới

Quản lý đơn giản: Voice IP mạng lại cho ngời sử dụng khảnăng quản lý dễ dàng hơn Việc kết hợp mạng thoại và mạng sốliệu có thể giảm bớt gánh nặng cho việc quản lý Chỉ cần phảiquản lý một mạng số liệu thống nhất thay vì quản lý 2 mạng riêng

rẽ nh trớc đây Đối với doanh nghiệp, tất cả các cuộc gọi nội bộ có

thể dùng kỹ thuật Voice IP mà không gặp vấn đề gì về chất lợngdịch vụ Còn khi cần gọi ra ngoài chỉ cần một số kết nối nhất

định đến mạng PSTN thông qua các Gateway Đối với trong gia

đình, áp dụng kỹ thuật Voice IP không hề làm thay đổi cách sửdụng điện thoại truyền thống (nếu có thì chỉ có thể là cáchbấm số có dài hơn)

Sử dụng hiệu quả: Nh đã biết Voice IP truyền thoại qua mạngInternet và sử dụng giao thức IP Hiện nay IP là giao thức mạng đ-

ợc sử dụng rộng rãi nhất Có rất nhiều ứng dụng đang đợc khaithác trên cơ sở các giao thức của mạng IP Voice IP có thể kết hợp

sử dụng các ứng dụng này để nâng cao hiệu quả sử dụng mạng

Ví dụ có dịch vụ khác thác Web Phone Kỹ thuật Voice IP đợc sửdụng chủ yếu kết hợp với các mạng máy tính do đó có thể tậndụng đuwocj sự phát triển của công nghệ thông tin để nângcao hiệu quả sử dụng Các phần mềm sẽ hỗ trợ rất nhiều cho việckhai thác các dịch vụ của mạng Voice IP Công nghệ thông tincàng phát triển thì việc khai thác càng có hiệu quả, sẽ xuất hiệnnhiều dịch vụ mới hỗ trợ ngời sử dụng trong mọi lĩnh vực

âm thanh trực tiếp từ các mạng số liệu Internet Telephone còn

có thể sử dụng đợc nh một thiết bị truy cập Internet thông thờng.Internet Telephone trong tơng lai sẽ phát triển mạnh với mô hìnhnhà cung cấp dịch vụ

Gateway IP – PSTN: Để có thể sử dụng mạng Voice IP với mạng

điện thoại công cộng PSTN Gateway IP – PSTN là một cổng kếtnối cho phép trao đổi các thông tin trên hai mạng Gateway cóthể kết nối trực tiếp hai mạng nói trên hoặc có thể sử dụng kếthợp với các PBX Gateway IP – PSTN có hai giao diện chính, giaodiện thứ nhất là giao diện với mạng PSTN và giao diện thứ hai làgiao diện với mạng Internet Gateway có nhiệm vụ chuyển đổicác tín hiệu cũng nh chuyển đổi và xử lý các bản tin báo hiệusao cho phù hợp các giao diện Gateway là thiệt quan trọng trong

mô hình Phone to Phone và sự phát triển rộng rãi của kỹ thuậtVoice IP.

Các ứng dụng mở rộng: Trên cơ sở Gateway IP – PSTN, chúng

ta có thể phát triển thiết kế Gateway IP – Mobile để có thể trựctiếp trao đổi thông tin giữa mạng di động với mạng Internet Điềunày có ý nghĩa hết sức to lớn trong thời điểm thông tin di động

đang phát triển rộng khắp trên toàn cầu Ngời sử dụng máy di

động không chỉ có thể liên lạc đợc mà còn có khả năng truy cậpthông tin và sử dụng các dịch vụ Internet

Đòi hỏi cơ bản nhất của hệ thống Voice IP là phải có chất ợng thoại gần tơng đơng với chất lợng thoại trong mạng PSTN Chấtlợng thoại đợc chia thành các cấp độ khác nhau Việc đánh giáchất lợng thoại còn mang tính chủ quan nhng cũng có một sốtham số đợc dùng để đánh giá chất lợng thoại Ba tham số chínhquyết định chất lợng thoại là:

l-a Trễ (Delay)

Trễ là một nhân tố ảnh hởng nhiều đến chất lợng thoại.Thời gian trễ lớn làm giảm chất lợng thoại rất nhiều Mỗi hệ thốngtruyền thông chỉ cho phép một giới hạn trễ nhất định Khi thờigian trễ trong hệ thống vợt quá 400ms thì chất lợng cuộc liên lạc

là không chấp nhận đợc Thời gian trễ có thể chấp nhận đợc nằmtrong khoảng từ 200ms đến 400ms Muốn đạt đợc chất lợng cuộcgọi tốt thì thời gian trễ yêu cầu không quá 200ms Thời gian trễ

đợc phân chia thành hai loại là thời gian trễ cố định (nh thờigian trễ truyền dẫn) và trễ biến đổi (nh thời gian trễ do xếphàng đợi ở router) Yêu cầu giảm trễ là rất cần thiết trong hệthống Voice IP để có thể nâng cao chất lợng dịch vụ

b Trợt (Jitter)

Trợt là sự chênh lệch về thời gian đến của các gói trongmạng gây ra do sự chênh lệch thời gian truyền dẫn của các góithoại theo các đờng khác nhau từ nguồn đến đích Để có thể táitạo tiếng nói một cách chính xác trung thực thì bên thu cần phảiloại bỏ Jitter Phơng pháp đợc sử dụng để loại bỏ Jitter hiện đang

đợc sử dụng là dùng bộ đệm (Buffer) Các gói sau khi nhận sẽ đợc

lu trong bộ đệm và sẽ đợc xử lý lần lợn Dùng bộ đệm sẽ tránh đợcnhững thời gian trễ lớn của các gói tin Nhung bù lại thì bộ đềmlàm tăng thêm thời gian trễ trong hệ thống Thời gian trợt càng lớn

thì dung lợng của bộ đệm cũng càng phải lớn Nhng bộ đệmcàng lớn thì thời gian trễ gây ra càng lớn Do vậy việc tính toándung lợng của bộ đệm thích hợp đối với từng hệ thống là rất cầnthiết sao cho tránh đợc trợt mà thời gian trễ không làm giảm chấtlợng của hệ thống.

Hình 1.5 Hoạt động của bộ đệm

c Mất gói (Packet Loss)

Mạng Internet không thể đảm bảo rằng tất cả các gói tin

đều đợc chuyển giao hoặc chuyển giao đúng thứ tự Các gói tin

có thể bị mất trong trờng hợp mạng bị quá tải, nghẽn mạng hoặc

do đờng kết nối không đảm bảo yêu cầu tỉ lệ mất gói là nhỏhơn 10% Do hạn chế của thời gian trễ nên các giao thức truyềnbảo đảm không thích hợp để giải quyết vấn đề này Để duy trìchất lợng thoại ở mức chấp nhận đợc mặc dù không thể tránh khỏicác nguyên nhân bất thờng trong mạng, một số kỹ thuật đã đợc

đua ra Đó là kỹ thuật thay thế các gói tin mất bằng nhữngkhoảng im lặng Ngời ta cũng giảm số lợng các gói truyền quamạng bằng kỹ thuật nén tín hiệu Sử dụng bộ phận phát hiệntích cực thoại, khi hai bên không tích cực thoại thì không trao

đổi thông tin và phát tạp âm dễ chịu (theo các nghiên cứu thìthời gian tích cực thoại chỉ chiếm từ 30% đến 40% thời giantiến hành cuộc gọi) và sử dụng phơng pháp này làm tăng hiệuquả sử dụng kênh truyền Ngoài ra cần nâng cao độ tin cậy của

đờng truyền nh tăng tốc độ kênh truyền tăng dung lợng hệ thốngthiết bị truyền dẫn

Ch¬ng 2: KiÕn tróc m¹ng Voice IP2.1 KiÕn tróc vµ c¸c giao diÖn cña m¹ng Voice IP

2.1.1 KiÕn tróc cña m¹ng Voice IP

Theo tiªu chuÈn cña tæ chøc ETSI, cÊu h×nh chuÈn cña m¹ngVoice IP cã thÓ gåm c¸c phÇn tö sau:

 ThiÕt bÞ ®Çu cuèi kÕt nèi víi m¹ng IP

 ThiÕt bÞ ®Çu cuèi kÕt nèi víi m¹ng ®iÖn tho¹i SCN

 C¸c dÞch vô ®Çu cuèi (Back end Service)

H×nh 2.1 CÊu h×nh vµ c¸c giao diÖn chuÈn cña m¹ng Voice IP

2.1.2 C¸c giao diÖn cña m¹ng Voice IP

C¸c giao diÖn chuÈn cña m¹ng Voice IP gåm cã:

 Giao diÖn A: Giao diÖn gi÷a thiÕt bÞ ®Çu cuèi H.323 vµGK

 Giao diÖn B: Giao diÖn gi÷a thiÕt bÞ ®Çu cuèi víi MGW

 Giao diÖn C: Giao diÖn gi÷a MGWC vµ GK

 Giao diÖn D: Giao diÖn gi÷a hai GK

 Giao diện E: Có hai loại giao diện E là Ea và Eb Trong đó Ea

là giao diện giữa MGW và mạng SCN, còn giao diện Eb làgiao 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 đầu cuối và mạng truynhập IP

 Giao diện I: Giao diện giữa mạng truy nhập Ip và mạng xơngsống 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 đợc vẽ trên hình và hình 2.1 trên

đây là một ví dụ cụ thể về cấu hình chuẩn của hệ thống vàcác giao diện cơ bản trong mạng Voice IP Cấu hình trên bao gồmhai GK và giao diện giữa chúng là giao diện D Mỗi thiết bị đầucuối giao tiếp với một GK và giao tiếp này giông nh giao tiếp giữathiết bị đầu 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 trongtrờng hợp một vùng có nhiều GK

Trong vùng quản lý của GK, các tín hiệu báo hiệu có thể đợcchuyển tiếp qua một hoặc nhiều GK Do đó các GK phải có khảnăng trao đổi các thông tin với nhau khi cuộc gọi có liên quan

đến nhiều GK Có thể sử dụng nhiều cách thức để nối hai GKhoặc một GK và một GW nh: dành riêng, không dành riêng, theokhoảng thời gian hoặc theo nhu cầu

2.2 Các thành phần của mạng Voice IP

2.2.1 Giới thiệu chuẩn H.323

Chuẩn H.323 cung cấp nền tảng kỹ thuật cho truyền thoại,hình ảnh và số liệu một cách đồng thời qua các mạng IP, baogồm cả Internet Tuân theo chuẩn H.323, các sản phẩm và cácứng dụng đa phơng tiện từ nhiều hãng khác nhau có thể hoạt

động cùng với nhau, cho phép ngời dùng có thể thông tin qua lại

mà không phải quan tâm tới vấn đề tơng thích

Là một khuyến nghị đợc Hiệp Hội Viễn Thông Quốc Tế(International Tele communication Union - ITU) đề xuất, H.323

đề ra các tiêu chuẩn cho truyền thông đa phơng tiện qua cácmạng không đảm bảo truyền thông tuỳ thuộc chất lợng dịch vụ

(non Guaranteed Quality of Service) Những mạng máy tính ngàynay đa phần đều là các mạng loại này bao gồm các mạng gói sửdụng 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 quantrọng cho rất nhiều ứng dụng cộng tác mới cũng nh các ứng dụngtruyền thông đa phơng tiện trên mạng nội bộ.

Đến nay H.323 đã phát triển thông qua hai phiên bản Phiênbản thứ nhất (Version 1) đợc thông qua vào năm 1996 và phiênbản thứ hai (Version 2) đợc thông qua vào tháng một năm 1998.ứng dụng của chuẩn này rất rộng bao gồm cả các thiết bị hoạt

động độc lập (stand alone) cũng nh những ứng dụng truyềnthông nhúng trong môi trờng máy tính cá nhân, có thể áp dụngcho đàm thoại điểm điểm cũng nh cho truyêng thông hội nghị.H.323 còn bao gồm cả chức năng điều khiển cuộc gọi, quản lýthông tin đa phơng tiện và quản lý băng thông đồng thời còncung cấp giao diện giữa mạng LAN và các mạng khác

2.2.2 Chồng giao thức H.323 (H.323 Protocol stack)

Khuyến nghị của ITU T về chuẩn H.323 đã đa ra cấu trúcgiao thức cho các ứng dụng H.323 bao gồm :

 H.245: khuyến nghị về báo hiệu điều khiển truyền thôngMultimedia

 H.225.0: Đóng gói và đồng bộ các dòng thông tin đa phơngtiện (thoại, truyền hình, số liệu) Khuyến nghị này bao gồmgiao thức RTP/RTCP và các thủ tục điều khiển cuộc gọi Q.931(DSS 1)

Hình 2.2 Chồng giao thức H.323

 Các chuẩn nén tín hiệu thoại: G.711 (PCM 64 kbps), G.722,G.723, G.728, G.729

 Các chuẩn nén tín hiệu video: H.261, H.263

 T.120: Các chuẩn cho các ứng dụng chia sẻ số liệu

 Video (hình ảnh): là tín hiệu hình ảnh động cũng đợc sốhoá và mã hoá Tín hiệu video cũng đi kèm với tín hiệu điềukhiển video

 Số liệu: bao gồm tín hiệu fax, tài liệu văn bản, ảnh tĩnh, file,

 Tín hiệu điều khiển truyền thông (Communication controlsignals): là các thông tin điều khiển trao đổi giữa các thànhphần chức năng trong hệ thống để thực hiện điều khiểntruyền thông giữa chúng nh: trao đổi khả năng, đóng mởcác kênh logic, các thông điệp điều khiển luồng, và các chứcnăng khác

 Tín hiệu điều khiển cuộc gọi (Call control signals): đợc sửdụng cho các chức năng điều khiển cuộc gọi nh là thiết lậpcuộc gọi, kết thúc cuộc gọi,

 Tín hiệu kênh RAS: đợc sử dụng để thực hiện các chức năng:

đăng ký tham gia vào một vùng H.323, kết nạp/tháo gỡ một

điểm cuối (endpoint) khỏi vùng thay đổi băng thông và cácchức năng khác liên quan đến chức năng quản lý hoạt độngcủa các điểm cuối trong một vùng H.323

Về mặt logic, hệ thống H.323 bao gồm các thành phần:

Hình 2.3 Chồng giao thức H.323

 Thiết bị đầu cuối H.323 (H.323 Terminal): Là một trạm cuốitrong mạng LAN, đảm nhận việc cung cấp truyền thông haichiều theo thời gian thực

 H.323 Gateway: Cung cấp khả năng truyền thông giữa hệthống H.323 và các hệ thống chuyển mạch kênh khác(PSTN/ISDN)

 Gatekeeper: Là một thành phần không bắt buộc Nó thựchiện các chức năng quản lý hoạt động của hệ thống Khi cómặt Gatekeeper trong hệ thống, mọi thành phần trong hệthống phải thực hiện thủ tục đăng ký với Gatekeeper Tất cảcác điểm cuối H.323 (terminal, Gateway, MCU) đã đăng kývới Gatekeeper tạo thành một vùng H.323 (H.323 zone) doGatekeeper đó quản lý

 Đơn vị điều khiển liên kết đa điểm (MCU MultipointControl Unit): Thực hiện chức năng tạo kết nối đa điểm hỗ trợcác ứng dụng truyền thông nhiều bên Thành phần này cũng

là tuỳ chọn

2.2.4 Thiết bị đầu cuối H.323 (H.323 Terminal)

Thiết bị đầu cuối H.323 gồm các thành phần sau:

 Các phần giao tiếp với ngời sử dụng

 Các bộ codec (Audio và video)

 Phần trao đổi dữ liệu từ xa (telematic).

 Lớp (layer) đóng gói (chuẩn H.225.0 cho việc đóng góiMultimedia)

 Phần chức năng điều khiển hệ thống Và giao diện giao tiếpvới mạng LAN

Tất cả các thiết bị đầu cuối H.323 đều phải có một đơn

vị điều khiển hệ thống, lớp đóng gói H.225.0, giao diện mạng và

bộ codec thoại Bộ codec cho tín hiệu video và các ứng dụng dữliệu của ngời sử dụng là tuỳ chọn (có thể có hoặc không)

Một thiết bị đầu cuối là một nút trong cấu hình chuẩn củamạng Voice IP, nó có thể đợc kết nối với mạng sử dụng một trongcác giao diện truy nhập Một thiết bị đầu cuối có thể cho phépmột thuê bao trong mạng IP thực hiện một cuộc tới một thuê baokhác trong mạng SCN Các cuộc gọi đó sẽ đợc nằm dới sự giám sátcủa GK mà thiết bị đầu cuối hoặc thuê bao đã đăng ký Mộtthiết bị đầu cuối có thể bao gồm các khối chức năng sau:

 Chức năng đầu cuối H.225: truyền và nhận các bản tinH.225

 Chức năng đầu cuối H.245: truyền và nhận các bản tinH.245

 Bảo mật kênh truyền tải: đảm bảo tính bảo mật của kênhtruyền tải thông tin kết nối với thiết bị đầu cuối

 Chức năng xác nhận: thiết lập đặc điểm nhận dạng kháchhàng, thiết bị hoặc phần tử mạng

 Non repudiaiton evidence gathering: thu thập các thông tindùng để xác nhận là bản tin báo hiệu hoặc bản tin chứathông tin đã đợc truyền hoặc nhận cha

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

 Chức năng ghi các bản tin sử dụng: xác định và ghi lại cácthông 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 sửdụng đợc ghi ra thiết bị ngoại vi

Hình vẽ dới đây mô tả quá trình thực hiện kết nối giữa 2 điểm

đầu cuối H323:

 Quá trình bắt tay H.245 bao gồm loại codec (G729 vàG723.1), số cổng cho luồng RTP và thông báo về các tàinguyên mà điểm đầu cuối có.

 Các kênh logic cho luồng UDP sau đó đợc thiết lập, mở ra vàbắt đầu hoạt động

 Voice sau đó đợc truyền qua các luồng RTP này

 Giao thức điều khiển truyền thời gian thực (Real TimeTransport Control Protocol) đợc sử dụng để truyền đi thôngtin về luồng RTP đến cả 2 điểm đầu cuối

2.3 Gatekeeper

Gatekeeper là phần tử mạng chịu trách nhiệm quản lý việc

đăng ký chấp nhận và trạng thái của các thiết bị đầu cuối vàGateway Gatekeeper có thể tham gia vào việc quản lý vùng, xử lýcuộc gọi và báo hiệu cuộc gọi Nó xác định tuyến để truyền báohiệu cuộc gọi và nội dung đối với mỗi cuộc gọi Gatekeeper có thểbao gồm các khối chức năng sau:

 Chuyển đổi địa chỉ E.164: chuyển đổi từ địa chỉ E.164sang tên gọi H.323

 Chuyển đổi tên gọi H.323: chuyển đổi từ tên gọi H.323sang số E.164

H323 Endpoint

A

 Chuyển đổi địa chỉ H.225.0: chuyển đổi từ tên gọi H.323sang địa chỉ IP để truyền hoặc nhận các bản tin H.225.0

và truyền địa chỉ IP để truyền các bản tin H.225.0 baogồm cả mã lựa chọn nhà cung cấp mạng

 Dịch địa chỉ kênh thông tin: nhận và truyền địa chỉ IPcủa các kênh truyền tải thông tin, bao gồm cả mã lựa chọnnhà cung cấp mạng

 Dịch địa chỉ kênh H.245: nhận và truyền địa chỉ IP phục

vụ cho báo hiệu H.245, bao gồm cả mã lựa chọn nhà cungcấp

 Non repudiation evidence gathering: thu thập các thông tin

để xác nhận là các bản tin báo hiệu hoặc bản tin chứa thôngtin đã đợc truyền hoặc nhận cha

 Bảo mật kênh báo hiệu: đảm bảo tính bảo mật của kênh báohiệu kết nối GK với thiết bị đầu cuối

 Tính cớc: thu thập thông tin để tính cớc

 Điều chỉnh tốc độ và giá cớc: xác định tốc độ và giá cớc sửdụng

 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 sửdụng đã đợc ghi ra thiết bị ngoại vi

2.4 Gateway

Một Gateway có thể kết nối vật lý một hoặc nhiều mạng IPvới 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 hiệnbởi GK hoặc một GK khác.

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 đổi báo hiệu trong mạng IP(ví dụ nh H.323) và báo hiệu trong mạng SCN (ví dụ báo hiệu R2hay SS7) SGW bao gồm các chức năng sau:

 Kết cuối các giao thức điều khiển cuộc gọi

 Kết cuối báo hiệu từ mạng SCN: phối hợp hoạt động với chứcnăng báo hiệu của MGWC

 Chức năng báo hiệu: chuyển dổi giữa báo hiệu giữa IP vớibáo hiệu mạng SCN khi phối hợp hoạt động với MGWC

 Bảo mật kênh báo hiệu: đảm bảo tính bảo mật của kênh báohiệu từ GW

 Chức năng ghi các bản tin sử dụng: xác định và ghi các bảntin 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 sửdụng ra thiết bị ngoại vi

 OAM&P: vận hành quản lý và bảo dỡng thông qua các giaodiện logic cung cấp các thông tin không trực tiếp phục vụ cho

điều 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 chuyểnmạch gói

2.4.2 Gateway truyền tải kênh thoại (MGW)

MGW cung cấp phơng tiện để thực hiện chức năng chuyển

đổi mã hoá Nó chuyển đổi giữa các mã hoá truyền trong mạng

IP (mã này đợc truyền trên kênh RTP/UDP/IP) với các mã hoá truyềntrong mạng SCN (mã PCM, GSM) MGW bao gồm các chức năng sau:

 Chức năng chuyển đổi địa chỉ kênh thông tin: cung cấp

địa chỉ IP cho các kênh truyền và nhận

 Chức năng chuyển đổi luồng: chuyển đổi giữa các luồngthông tin giữa mạng IP và mạng SCN bao gồm việc chuyển

đổi mã hoá và triệt tiếng vọng

 Chức năng dịch mã hoá: định tuyến các luồng thông tin giữamạng IP và mạng SCN

 Bảo mật kênh thông tin: đảm bảo tính riêng t của kênh thôngtin giữa mạng IP và mạng SCN

 Bảo mật kênh thông tin: bao gồm tất cả các phân cứng vàgiao diện cần thiết để kết cuối cuộc gọi chuyển mạch kênh

Nó phải bao gồm các bộ mã hoá và giải mã PCM

 Kết cuối chuyển mạch gói: bao gồm tất cả các giao thức liênquan đến việc kết nối kênh thông tin trong mạng chuyểnmạch gói bao gồm các bộ mã hoá và giải mã có thể đợc sửudngj Theo tiêu chuẩn H.323 thì nó bao gồm RTP/RTCP nh

đợc trình bày trong tiêu chuẩn H.225.0 và các bộ mã hoá vàgiải mã nh G.771 và G.723.1

 Giao diện với mạng SCN: kết cuối và điều khiển các kênhmang ví dụ nh kênh DS0 từ mạng SCN

Chức năng chuyển đổi kênh thông tin giữa IP và SCN:chuyển đổi giữa kênh mang thông tin thoại, fax, số liệu của SCN

và các gói dữ liệu trong mạng chuyển mạch gói Nó cũng thựchiện chức năng xử lý tín hiệu thích hợp nh: nén tín hiệu thoại,triệt tiếng vọng, triệt khoảng im lặng, mã hoá, chuyển đổi tínhiệu fax, điều tiết tốc độ cho modem tơng tự Thêm vào đó nócòn thực hiện chuyển đổi 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 hiệu thoại không mã hoá tín hiệu DTMF Chức năngchuyển đổi kênh thông tin giữa IP và SCN cũng có thể thu thậpthông tin về lu lợng gói và chất lợng kênh đối với mỗi cuộc gọi để

sử dụng trong việc báo cáo chi tiết và điều khiển cuộc gọi

 Chức năng ghi các bản tin sử dụng: xác định và ghi các bảntin 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 sửdụng ra thiết bị ngoại vi

 OAM&P: vận hành quản lý và bảo dỡng thông qua các giaodiện logic cung cấp các thông tin không trực tiếp phục vụ cho

điều 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 chuyểnmạch gói

2.4.3 Gateway điều khiển truyền tải kênh thoại (MGWC)

MGWC đóng vai trò phần tử kết nối MGW, SGW và GK Nócung cấp chức năng xử lý cuộc gọi cho GK, điều khiển MGW nhậnthông 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.Chứcnăng xác nhận: thiết lập đặc điểm nhận dạng của ngời sửdụng thiết bị hoặc phần tử mạng

 Chức năng điều khiển GW chấp nhận luồng dữ liệu: chophép hoặc không cho phép một luồng dữ liệu

 Non repudiaiton evidence gathering: thu thập các thông tindùng để xác nhận là bản tin báo hiệu hoặc bản tin chứathông tin đã đợc truyền hoặc nhận cha

 Báo hiệu chuyển mạch gói: bao gồm tất cả các loại báo hiệucuộc gọi có thể thực hiện bởi các đầu cuối trong mạng Ví dụ

nh theo chuẩn H.323 thì bao gồm: H.225.0, Q.913, H.225.0RAS và H.245 Đối với một đầu cuối H.323 chỉ nhận thì nóbao gồm H.225.0 RAS mà không bao gồm H.245

 Giao diện báo hiệu chuyển mạch gói: kết cuối giao thức báohiệu chuyển mạch gói Nó chỉ lu lại vừa đủ thông tin trạngthái để quản lý giao diện Về thực chất giao diện báo hiệumạng chuyển mạch gói trong MGWC không kết nối trực tiếpvới MGW nh là các thông tin truyền từ MGWC tới MGW thôngqua chức năng điều khiển cuộc gọi

 Điều khiển GW: bao gồm các chức năng điều khiển kết nốilogic, quản lý tài nguyên, chuyển đổi giao diện (ví dụ từSS7 sang H.225.0)

 Giám sát tài nguyên từ xa: bao gồm giám sát độ khả dụng củacác kênh trung kế của MGW, dải thông và độ khả dụng trongcho IP, tỷ lệ định tuyến thành công cuộc gọi.

 Chức năng điều khiển cuộc gọi: lu giữ cá trạng thái cuộc gọicủa GW Chức năng điều khiển cuộc gọi bao gồm tất cả cácchức năng điều khiển kết nối của GW

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

 Chức năng báo hiệu: chuyển đổi giữa báo hiệu mạng IP vàbáo hiệu mạng SCN trong phối hợp hoạt động với SGW

 Chức năng ghi các bản tin sử dụng: xác định và ghi lại cácthông 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 sửdụng đợc ghi ra thiết bị ngoại vi

 OAM&P: vận hành quản lý và bảo dỡng thông qua các giaodiện logic cung cấp các thông tin không trực tiếp phục vụ cho

điều 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 chuyểnmạch gói

Chơng 3: Các giao thức truyền tải và báo hiệu3.1 Giao thức TCP/IP

3.1.1 Giới thiệu về mạng IP

Mạng IP là các loại mạng dữ liệu sử dụng chồng giao thứcTCP/IP trong đó sử dụng giao thức IP cho lớp mạng (lớp 3) còn ở lớptruy nhập mạng (lớp 2) có thể là giao thức của mạng LAN, x25,Frame Relay, PPP IP là từ viết tắt của Internet Protocol phiênbản 4 là phiên bản hiện đợc sử dụng nhiều nhất, ta thờng viếtIPv4 để chỉ ra phiên bản của giao thức này, ngoài ra còn cóphiên bản 6 (IPv6)

Để thuận tiện cho việc thiết kế và cài đặt mạng thì ngời

ta thờng sử dụng phơng pháp thiết kế theo kiểu phân lớp Mỗithành phần hệ thống mạng đợc xem nh một kiến thức đa tầng,trong đó các tầng ở trên thì đợc xây dừng trên cơ sở tầng ngaydới nó, mỗi lớp sẽ thực hiện một chức năng riêng nào đó và sẽ đợccác lớp liền kề nó sử dụng Bằng cách này sẽ tạo ra đợc rất nhiều lợiích Đầu tiên là dễ dàng hơn cho việc thiết kế bởi vì sẽ rất khókhăn nếu nh thực hiện toàn bộ chức năng trên một lớp, bằng cáchchia ra các lớp ta chỉ cần thực hiện chức năng của từng lớp một cóthể điều này không dễ dàng hơn nhng ta giải quyết công việcmột cách hiệu quả hơn Một lợi ích khác đó là khả năng thíchứng, giả sử nh ta muốn thay đổi phần mềm thì lúc đó ta chỉcần thay đổi ở lớp có liên quan Có hai mô hình phân lớp tiêubiểu đó là mô hình tham chiếu mở OSI (Opening SystemInterconnection) và mô hình TCP/IP

a Mô hình tham chiếu OSI (Open Systems Interconnection)

Mô hình tham chiếu OSI là mô hình chuẩn có 7 lớp đợcthiết kế bởi tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO (InternationalStandard Organization) Mô hình chỉ đa ra công việc mỗi lớp nênthực hiện ví dụ nh việc sử dụng giao thức nào chứ không đi vàochi tiết Khi thực hiện trong thực tế dạ trên mô hình này có một

số lớp gần nh trống rỗng nhng có lớp rất phức tạp tuy nhiên đây làmô hình chuẩn và là mô hình tiêu biểu cho phơng pháp thiết kếphân lớp Mô hình OSI có 7 lớp sau:

 Lớp 1: Lớp vật lý

 Lớp 2: Lớp liên kết dữ liệu

3.1.2 Mạng IP hoạt động thế nào

Để có cài nhìn sâu hơn về hoạt động của IP để có thểthực hiện truyền thông giữa các trạm trớc tiên ta xem xét địnhdạng của gói tin IP Tiếp theo ta đi xét đến việc đánh địa chỉ

IP và làm thế nào để gói tin có thể đi từ nguồn đến đích đợc.Các gói tin gửi đi bởi lớp IP chứa phần Header và dữ liệu thực sựcần gửi Định dạng Header của gói tin IP đợc biểu diễn tronghình vẽ sau:

Hình 3.1 Định dạng Header của gói tin IP

Trong 32 bits thì các bit bên trái có trọng số lớn hơn bên phải

và khi gửi gói tin qua mạng thì sẽ gửi lần lợt từ các bit có trong sốlớn trớc Sau đây là mô tả cụ thể về các trờng:

 Trờng Version có thể chứa giá trị 4 để chỉ ra phiên bảnhiện hành của IP, nó cũng có thể dùng để chỉ ra nhiều phiênbản cùng tồn tại Trờng này giúp cho việc chuyển giao tới mộtphiên bản khác dễ dàng hơn

 Trờng Length chứa độ dài phần đầu của gói tin IP Trờngnày chỉ rõ độ dài của Header theo từng 32bits một Trờngnày có 4 bit tức là độ dài tối đa của phần đầu gói tin IP sẽ là

64 bytes

 Tiếp theo là trờng Service Type (ST) trờng này cung cấpchất lợng dịch vụ (QoS) nhng ít đợc sử dụng thực tế Tuynhiên khi truyền Voice chúng ta phải quan tâm đến thờigian thực do đó ST cần đợc chú ý nếu muốn giảm độ trễtruyền, khi đó trờng này chứa giá trị chỉ ra độ u tiên của gớitin

 Packet Length (16 bits) cha kích thớc của toàn bộ gói tin IP.Tức là kích thớc tối đa của gói tin la 65535 bytes tuy nhiêncác mạng không bao giờ xử lý gói tin lớn vậy mà các gói tin IPthờng có độ dài là 576 bytes

 Trong khi đợc truyền đi các gói tin có thể sẽ phải đi quanhiều loại mạng khác nhau, mỗi mạng sẽ có giá trị MTU(Maximum Transfer Unit) chỉ kích thớc gói tin tối đa mà nó

có thể xử lý Do đó trong khi truyền thì gói tin có thể bịphân đoạn ra và gửi một cách riêng lẻ Trờng Identification sẽ

giúp cho việc tái tạo gói tin, các phần chia của cùng một gói tin

sẽ có cùng giá trị Identification Trong khi gửi thì máy gửi sẽ tự

động tăng giá trị trờng này của các gói tin lên

 Flag (3 bits) bit thứ nhất có thể giá trị zero, bit thứ hai cónghĩa là đừng phân mảnh nữa còn bít cuối cùng có nghĩa

là tiếp tục phân mảnh

 Fragment Offset (13bits) chỉ ra vị trí của các mảnh nhỏtrong gói tin đã bị phân mảnh Sử dụng trờng này sẽ giúpcho lớp Internet có thể tái tạo lại gói tin Ta chỉ quan tâm

đến 3 trờng Identification, Flag và Fragment Offset chỉ khi

có sự phân mảnh gói tin xảy ra khi gói tin đi qua các đờngtruyền có MTU khác nhau

 Time to Live (TTL) là trờng chỉ ra thời gian tồn tại cho phépcủa gói tin đi trong mạng Mỗi khi đi qua một router thì tr-ờng này đợc giảm đi ngay cả khi gói tin ở trong hàng đợi củarouter thì trờng này cũng bị giảm đi bằng thời gian gói tintrong hàng đợi (giây) Khi TTL bằng 0 thì gói tin sẽ bị hủy

 Protocol chỉ ra gói tin này thuộc giao thức nào, có thể làgiao thức lớp 4 hoặc có thể là giao thức điều khiển ở lớpmạng

 Header Checksum chỉ dùng để kiểm tra lỗi của phầnHeader do đó các lớp trên muốn kiểm tra lỗi của phần dữ liệuthì phải dùng phần checksum riêng

 Source IP address và Destination IP address dùng để chỉ ra

địa chỉ nguồn và đích của nơi gửi và nơi nhận

 Cuối cùng là phần dữ liệu, nơi chứa thông tin mà ta muốnchuyển tới đích , trờng này có độ dài thay đổi

3.2 Giao thức TCP/UDP

3.2.1 Giao thức TCP (Transport Control Protocol)

TCP là giao thức điều khiển truyền dẫn có độ tin cậy cao

đợc thiết kế để phục vụ việc liên lạc giữa hai host và chỉ hỗ trợphơng thức truyền “Unicasting” Trong ứng dụng truyền thoạiVoice IP, giao thức TCP đợc sử dụng làm giao thức truyền báo hiệuchứ không phục vụ việc truyền các tín hiệu thoại Lý do vìHeader của TCP lớn và vì đảm bảo tính chính xác cao của đờng

truyền nên giao thức TCP gây ra thời gian trễ lớn ảnh hởng đếnchất lợng các ứng dụng thời gian thực Và để đảm bảo tínhchính xác và thứ tự nên giao thức TCP đợc ứng dụng để truyềnbáo hiệu Giao thức TCP thực hiện các tính năng chính nh sau:

 Thiết lập liên kết: Khi hai thực thể TCP muốn trao đổi dữ liệuvới nhau cần phải thiết lập một liên kết logic giữa chúng Liên kết

đợc thiết lập phải đợc đảm bảo về tính chính xác và độ tin cậy,khi liên kết không còn đủ độ tin cậy thì liên kết sẽ bị huỷ bỏ vàthiết lập lại Khi hoàn tất việc truyền thông các liên kết sẽ đợc giảiphóng Để thực hiện việc thiết lập liên kết các modul TCP sử dụngmột cơ chế đặc biệt gọi là “bắt tay ba chiều” (Three WayHandshake)

 Bảo đảm tính chính xác: Giao thức TCP cung cấp các tham số

để kiểm tra cũng nh sửa là sequence Number, ACK(Acknowledge) và Checksum Các Segment đợc đánh số hiệutuần tự do vậy dễ dàng loại bỏ các segment bị thu đợc nhiều lầnhoặc các segment không đạt yêu cầu Các segment sau khi thu

đợc sẽ đợc kiểm tra nhờ trờng Checksum Nếu chúng đợc thu

đúng thì sẽ phát lại tín hiệu ACK khẳng định Nếu Segment bịthu lỗi, Segment sẽ bị loại bỏ và nó sẽ đợc phát lại Nhờ ACK mà cácSegment lỗi hay bị mất sẽ đợc phát lại bảo đảm đợc tính chínhxác của dữ liệu

 Ngoài ra giao thức TCP còn cung cấp một số chức năng điềukhiển luồng và điều khiển tắc nghẽn (Flow Control vàCongestion Control) cho phép kiểm soát và tránh đợc sự tắcnghẽn trên mạng

3.2.2 Giao thức UDP (User Data Protocol)

UDP là một trong hai giao thức truyền dữ liệu đợc sử dụngtrên cơ sở của giao thức IP Các đơn vị dữ liệu đợc trao đổi làcác UDP datagram Giao thức UDP là giao thứ không có liên kết vàkhông có các cơ chế đảm bảo độ tin cậy Giao thức UDP khôngcung cấp các cơ chế kiểm tra, truyền lại cũng nh các cơ chếphản hồi để kiểm soát tốc độ luồng dữ liệu Do đó các UDPdatagram có thể bị thu đợc nhiều lần hoặc thu không đúng Tuyvậy UDP cũng cung cấp các cơ chế quản lý số hiệu cổng đểphân biệt giữa nhiều chơng trình đợc chạy trên cùng một máytính Hơn nữa cấu trúc của UDP datagarm đơn giản nên thời

gian trễ truyền dẫn cũng nh thời gian xử lý cũng ngắn hơn do

đó tốc độ truyền sẽ nhanh hơn Các chơng trình dựa vào giaothức UDP thờng đợc sử dụng trong phạm vi hẹp (localenvironment) hơn là trong phạm vi rộng nh Internet

a Cấu trúc UDP datagram

UDP Data

Hình 3.2 Cấu trúc UDP datagram

Trong đó:

 Source Port (16 bit): số hiệu cổng của trạm nguồn

 Destination Port (16 bit): số hiệu cổng của trạm đích

 Message Length (16 bit): chỉ rõ độ dài phần UDPdatagram (tính theo byte) bao gồm cả phần Header vàphần data Độ dài nhỏ nhất của UDP datagram là 8 bytekhi chỉ có phần Header

Checksum (16 bit): mã kiểm soát lỗi

b Cấu trúc tiêu đề giả của UDP

Trờng UDP Checksum không chỉ đợc tính riêng cho UDPDatagram Để tính toán phần checksum UDP xây dựng mộtHeader giả và Header giả này không đợc truyền đi cùng UDPDatagram Ban đầu phần Checksum đợc gán bằng không sau đócộng lần lợt mỗi lần 16 bit vào đó Phần Checksum đợc tính baogồm Header giả, UDP Header và datagram Mục đích của việc sửdụng Header giả là để xác nhận UDP datagram đợc truyền đúng

đích Chìa khoá để hiểu Header giả là ở chỗ nhận ra đợc địachỉ đích và giao thức đợc sử dụng tại đích Còn UDP Header

đơn thuần chỉ chỉ rõ số hiệu cổng đợc sử dụng Để xác nhận

địa chỉ đích, bên phát tính checksum bao gồm cả phần địachỉ IP và UDP datagram Tại đích cuối cùng, chơng trình sẽ xácnhận phần Checksum sử dụng địa chỉ IP thu đợc trong phần IPHeader Nếu đúng thì có nghĩa là Datagram đã tìm đến đúng

đích đã định sẵn bao gồm cả giao thức đợc sử dụng Cấu trúcHeader giả đợc trình bày nh hình vẽ:

 Source IP address (32 bit): địa chỉ IP của trạm nguồn.

 Destination IP address (32 bit): địa chỉ IP của trạm

đích

 Zero (8 bit): chỉ rõ giao thức đợc sử dụng ở trạm đích(17 là dành cho UDP)

 UDP Length (16 bit): độ dài của UDP datagram không

kể pseudo Header Để kiểm tra checksum, phía thukhôi phục tham số này từ IP Header

và video RTP thực hiện việc quản lý về thời gian truyền dữ liệu

và nhận dạng dữ liệu đợc truyền Nhng RTP không cung cấp bất

cứ một cơ chế nào đảm bảo thời gian truyền và cũng khôngcung cấp bất cứ một cơ chế nào giám sát chất lợng dịch vụ Sựgiám sát và đảm bảo về thời gian truyền dẫn cũng nh chất lợngdịch vụ đợc thực hiện nhờ hai giao thức RTCP và RSVP

Tơng tự nh các giao thứ truyền dẫn khác, gói tin RTP (RTPpacket) bao gồm hai phần là Header (phần mào đầu) và data(dữ liệu) Nhng không giống nh các giao thức truyền dẫn khác là

sử dụng các trờng trong Header để thực hiện các chức năng điềukhiển, RTP sử dụng một cơ chế điều khiển độc lập trong địnhdạng của gói tin RTCP để thực hiện các chức năng này

b Cấu trúc gói tin RTP