BÁO CÁO TỐT NGHIỆP: NGHIÊN CỨU GIAO THỨC TRONG MẠNG VOIP

Chia sẻ: Abcdef_6 Abcdef_6 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:96

Thêm vào BST

Báo xấu

305
lượt xem 113
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo luận văn - đề án 'báo cáo tốt nghiệp: nghiên cứu giao thức trong mạng voip', luận văn - báo cáo phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: BÁO CÁO TỐT NGHIỆP: NGHIÊN CỨU GIAO THỨC TRONG MẠNG VOIP

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Đào Ngọc Anh NGHIÊN CỨU GIAO THỨC TRONG MẠNG VOIP KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Điện tử - Viễn thông HÀ NỘI - 2008
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Đào Ngọc Anh NGHIÊN CỨU GIAO THỨC TRONG MẠNG VOIP KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Điện tử - Viễn thông Cán bộ hướng dẫn: Th.S Nguyễn Quốc Tuấn HÀ NỘI - 2008
LỜI CẢM ƠN Trước hết em xin gửi tới thầy giáo Nguyễn Quốc Tuấn – n guyên Chủ nhiệm Bộ môn Hệ thống Viễn thông , lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đã trực tiếp hướng dẫn , ch ỉ bảo tận tình trong suốt quá trình em làm luận văn. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội đã hết lòng dạy bảo, giúp đỡ em trong những năm học Đại Học, giúp em có những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong chuyên môn và cuộc sống. Những hành trang đó là một tài sản vô giá nâng bước cho em tới đư ợc với những thành công trong tương lai. Cuối cùng, em xin cảm ơn những người thân trong gia đình và b ạn bè đã giúp đỡ, động viên em hoàn thành lu ận văn n ày. Hà nội, tháng 05 năm 2008 Sinh viên
TÓM TẮT NỘI DUNG Với sự phát triển nhảy vọt của mạng chuyển mạch gói IP hiện nay không ch ỉ đem lại cho chúng ta những dịch vụ mới đa dạng m à còn là cơ hội cải thiện các dịch vụ viễn thông trước kia với chất lượng tốt hơn và giá thành rẻ hơn. Đã từ lâu, mạng chuyển m ạch kênh ghép phân kênh theo th ời gian PSTN đã có một vai trò vô cùng quan trọng với sự phát triển của xã hội. Bên cạnh những ưu điểm về chất lượng dịch vụ tốt, vùng dịch vụ rộng lớn trên khắp mọi lãnh thổ,… thì m ạng PSTN cũng bộc lộ nhiều hạn chế như số lượng các dịch vụ hạn chế, sử dụng tài nguyên đường truyền không tối ưu, giá thành cao. Trên cơ sở đó, mạng VoIP ra đời và ngày càng đáp ứng tốt hơn các yêu cầu đặt ra như ch ất lượng dịch vụ, giá thành, số lượng tích hợp các dịch vụ thoại lẫn phi thoại. Cũng như các công ngh ệ ra đời trong thời gian gần đây, th ì vấn đề Giao thức là đặc biệt quan trọng. Việc nắm chắc Giao thức là chìa khóa thành công của việc triển khai mỗi một công nghệ mới vào th ực tế. Chính vì vậy, trong nội dung của bài Luận văn tốt nghiệp này, em xin được giới thiệu về “Giao thức sử dụng trong mạng VoIP”. Bài luận văn sẽ gồm các nội dung chính như sau: Chương 1: Tổng quan về mạng VoIP. Chương 2: Các giao thức truyền tải trong VoIP. Chương 3: Giao thức báo hiệu VoIP. Một vấn đề đặc biệt quan trong khi mỗi công nghệ, một giao thức mới được sinh ra là vần đề tương thích với các công nghệ và giao thức trước đó. Đó cũng là m ột trong nguyên nhân quyết định sự sống còn của mạng VoIP được đề cập tới tại: Chương 4: Kết nối mạng VoIP và PSTN. Và ph ần cuối cùng trong bài Luận văn tốt nghiệp: Chương 5: Khảo sát giao thức cuộc gọi VoIP SIP – P STN trên thực tế. Đây là một minh chứng rõ nét về việc triển khai các giao thức VoIP đ ã n ghiên cứu trong toàn bộ nội dung bài Luân văn tốt nghiệp vào bài toán viễn thống thực tế.
MỤC LỤC Chương 1. Tổng quan về mạng VoIP ................................................................ ........... 2 1.1. Tổng quan về mạng VoIP .................................................................................. 2 1.2. Đặc tính của mạng VoIP ................................................................................... 4 1 .2.1. Ưu điểm ................................................................................................ ..... 4 1 .2.2. Nhược điểm................................................................................................ 5 1.3. Yêu cầu chất lượng đối với VoIP ...................................................................... 6 Chương 2. Các giao thức truyền tải trong VoIP............................................................ 7 2.1. Giao thức IP ...................................................................................................... 7 2 .1.1. Giao thức IP phiên bản 4 (IPv4) ................................................................. 7 2 .1.2. Giao thức IP phiên bản 6 (IPv6) ............................................................... 11 2.2. Giao thức TCP/IP ................................................................ ............................ 12 2.3. Giao thức UDP ................................................................................................ 17 2.4. Giao thức SCTP .............................................................................................. 17 2.5. Giao thức RTP ................................................................................................ 22 2.6. Giao thức RTCP .............................................................................................. 28 Chương 3. Giao thức báo hiệu VoIP .......................................................................... 31 3.1. Giao thức báo hiệu H.323................................................................................ 31 3 .1.1. Các thành phần trong mạng ...................................................................... 31 3 .1.2. Giao thức H.323 ....................................................................................... 35 3 .1.3. Thiết lập cuộc gọi VoIP sử dụng giao thức H.323 .................................... 40 3.2. Giao thức SIP ................................................................ ................................ .. 44 3 .2.1. Các thành phần trong mạng SIP................................................................ 45 3 .2.2. Bản tin SIP ............................................................................................... 47 3 .2.3. Mô tả cuộc gọi SIP ................................................................................... 52 3.3. So sánh giữa giao thức H.323 và SIP............................................................... 54
Chương 4. Kết nối giữa mạng VoIP và PSTN ................................ ............................ 56 4.1. Mạng báo hiệu SS7 ......................................................................................... 56 4 .1.1. Các thành phần trong mạng báo hiệu SS7 ................................................. 56 4 .1.2. Liên kết trong mạng SS7 .......................................................................... 57 4 .1.3. Định tuyến trong mạng SS7 ...................................................................... 58 4 .1.4. Giao thức trong mạng SS7 ................................ ........................................ 59 4 .1.5. Các b ước thiết lập cuộc gọi trong mạng SS7 ............................................ 64 4.2. Giao thức Sigtran ................................................................ ............................ 65 4 .2.1. M2UA/ M2PA.......................................................................................... 66 4 .2.2. M3UA ...................................................................................................... 67 4 .2.3. SUA ................................................................................................ ......... 68 4 .2.4. Kết nối mạng VoIP với mạng PSTN......................................................... 69 Chương 5. Khảo sát giao thức cuộc gọi VoIP SIP – P STN trên thực tế ...................... 74 5.1. Giới thiệu kiến trúc mạng VoIP được nghiên cứu ............................................ 74 5.2. Giới thiệu chương trình Wireshark................................................................ 75 5.3. Kh ảo sát giao thức cuộc gọi VoIP SIP – PSTN trên thực tế ............................. 76
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu Viết đầy đủ Ý nghĩa viết tắt Công ngh ệ truyền thoại trên m ạng IP VoIP Voice over IP Public Switch Mạng điện thoại công cộng PSTN Telephone Network Pulse-Code Bộ mã hóa mã xung PCM Modulation Simple Network Giao thức quản trị mạng đơn giản SNMP Management Protocol Session Initiation Giao thức thiết lập phiên SIP Protocol Giap thức thời gian thực RTP Real Time Protocol Real Time Control Giap thức điều khiển thời gian thực RTCP Protocol Asynchronous Ch ế độ truyền không đồng bộ ATM Transfer Mode Ch ất lượng dịch vụ QoS Quality of Service Kiểu dịch vụ ToS Type of Service Giao thức Internet IP Internet Protocol Giao thức Internet phiên bản 4 IPv4 IP version 4 Giao thức Internet phiên bản 6 IPv6 IP version 6 Giao thức điều khiển truyền thông tin TCP Transmission Control
Protocol User Datagram Giao thức Datagram người dùng UDP Protocol Stream Control Giao thức truyền điều khiển luồng SCTP Transmission Protocol International Telecommunication Hiệp hội viễn thông quốc tế ITU-T Union- - Bộ phận chuẩn viễn thông Telecommunication Standardization Sector Register Admission Báo hiệu đăng kí, cấp phép, thông tin trạng thái RAS Status Session Giao thức thông báo phiên SAP Announcement Protocol Session Description Giao thức mô tả phiên SDP Protocol Signaling System Hệ thống báo hiệu số 7 SS7 No.7 Điểm dịch vụ chuyển mạch SSP Switch Service Point Điểm điều khiển báo hiệu SCP Signal Control Point Điểm truyền báo hiệu STP Signal Tranfer Point Phần truyền bản tin MTP Message Tranfer Part Transaction Phần ứng dụng cung cấp giao dịch TCAP Capabilities Application Part
Phần người dùng điện thoại TUP Telephone User Part Phần người dùng ISDN ISUP ISDN User Part Integrated Services Mạng tích hợp dịch vụ số ISDN Digital Network Signaling Connection Phần điều khiển kết nối báo hiệu SCCP Control Part Bộ chuyển đổi người dùng MTP2 M2UA MTP2 User Adapter MTP L2 Peer-to -Peer Bộ chuyển đổi bản tin lớp 2 ngang hàng M2PA Adapter Bộ chuyển đổi người dùng MTP3 M3UA MTP3 User Adapter Bộ chuyển đổi người dùng ISDN IUA ISDN User Adapter Bộ chuyển đổi người dùng SCCP SUA SCCP User Adapter
MỞ ĐẦU Mạng VoIP ra đời như là một cuộc các mạng của hệ thống viễn thông và xã hội. Với những ưu điểm vượt trội, mạng VoIP đã chứng tỏ được sức sống và tính thực tiễn cao của nó. Sự phát triển quá nhanh của mạng VoIP cũng đặt ra một vấn đề nan giải đó là việc chuẩn hóa giữa các giao thức VoIP của nhiều nhà phát triển khác nhau. Mà trong đó có hai giao thức được nhắc tới nhiều nhất đó là H.323 của ITU-T và SIP của IETF. Như một tất yếu khách quan, mạng VoIP sẽ được chia th ành nhiều miền giao thức khác nhau. Nên vấn đề quan trọng đ ể có th ể triển khai đư ợc mạng VoIP vào thực tế đó là ph ải hiểu được bản chất của các giao thức VoIP và quan trọng nhất đó là các giao th ức báo hiệu sử dụng trong VoIP. Tuy vâyh m ới là điều kiện cần cho sự ra đời còn vấn đề then chốt cho sự tồn tại và phát triển của mạng VoIP lại là vấn đề kết nối với hệ thống viễn thông vốn có. Và cụ thể là vấn đề kết nối giữa mạng VoIP và mạng PSTN. Và đây cũng là hai nội dung chính của b ài Luân văn tốt nghiệp này. Trên cơ sở nhận thức rõ sự quan trọng cũng nh ư cách thức hoạt động của giao thức trong mạng VoIP, thì phương pháp nghiên cứu của em trong nội dung Luận văn chủ yếu đi sâu nghiên cứu thông qua tài liệu quy chuẩn về Giao thức VoIP (RFC của IETF, các tài liệu chuẩn của ITU-T); đ ồng thời tham chiếu đến các tài liệu chuyên môn sâu về VoIP để làm rõ các vấn đề cần giải quyết. Từ những hiểu biết nghiên cứu lý thuyết khá sâu về chuyên môn, em sẽ tham chiếu với mô h ình thực tế. Từ đó làm rõ các vấn đ ề vướng mắc mà khi nghiên cứu lý thuyết ch ưa thể giải quyết và lảm rõ đ ược. 1
Chương 1. Tổng quan về mạng VoIP 1.1. Tổng quan về mạng VoIP Đầu năm 1995 công ty VOCALTEC đưa ra thị trường sản phẩm phần mềm thực hiện cuộc thoại qua Internet đầu tiên trên thế giới. Sau đó có nhiều công ty đã tham gia vào lĩnh vực này. Tháng 3 năm 1996, VOLCALTEC kết hợp với DIALOGIC tung ra thị trường sản phẩm kết nối mạng PSTN và Internet. Hiệp hội các nhà sản xuất thoại qua mạng máy tính đ ã sớm ra đời và thực hiện chuẩn hoá dịch vụ thoại qua mạng Internet. Việc truyền thoại qua internet đ ã gây được chú ý lớn trong những năm qua và đã dần đ ược ứng dụng rộng rãi trong th ực tế. Có thể định nghĩa: Voice over Internet Protocol (VoIP) là một công nghệ cho phép truyền thoại sử dụng giao thức mạng IP, trên cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng Internet. VoIP là một trong những công nghệ viễn thông đang được quan tâm nhất hiện nay không chỉ đối với các nhà khai thác, các nhà sản xuất m à còn cả với người sử dụng dịch vụ. VoIP có thể vừa thực hiện cuộc gọi thoại như trên mạng điện thoại kênh truyền thống (PSTN) đồng thời truyền dữ liệu trên cơ sở mạng truyền dữ liệu. Như vậy, nó đã tận dụng được sức m ạnh và sự phát triển vượt bậc của mạng IP vốn chỉ được sử dụng để truyền dữ liệu thông thường. Để có thể hiểu đư ợc những ưu điểm của VoIP mang lại, trước hết chúng ta đi vào nghiên cứu sự khác biệt giữa mạng kênh PSTN hiện có với mạng chuyển mạch gói nói chung và m ạng VoIP nói riêng. Kỹ thuật chuyển mạch kênh (Circuit Switching): Một đặc trưng nổi bật của kĩ thu ật n ày là hai trạm muốn trao đổi thông tin với nhau thì giữa chúng sẽ được thiết lập một “ kênh” (circuit) cố định, kênh kết nối này đư ợc duy trì và dành riêng cho hai trạm cho tới khi cuộc truyền tin kết thúc. Thông tin cuộc gọi là trong suốt. Quá trình thiết lập cuộc gọi tiến h ành gồm 3 giai đoạn:  Giai đoạn thiết lập kêt nố i: Thực chất quá trình này là liên kết các tuyến giữa các trạm trên mạng thành mộ t tuyến (kênh) duy nh ất dành riêng cho cuộ c gọi. Kênh này đ ối với PSTN là 64kb/s (do bộ mã hóa PCM có tốc độ lấy m ẫu tiếng nói 8kb/s và được mã hóa 8 bit).  Giai đoạn truyền tin : Thông tin cuộ c gọi là trong suốt. Sự trong suốt th ể h iện qua hai yếu tố: thông tin không b ị thay đổi khi truyền qua mạng và độ trễ nhỏ.  Giai đoạn giải phóng (hu ỷ bỏ ) kết nố i: Sau khi cuộ c gọi kết thúc, kênh sẽ được giải phóng để p hục vụ cho các cuộ c gọi khác. 2
Qua đó, ta nhận thấy mạng chuyển mạch kênh có những ưu điểm nổi bật như ch ất lượng đường truyền tốt, ổn định, có độ trễ nhỏ. Các thiết bị mạng của chuyển mạch kênh đơn giản, có tính ổn định cao, chống nhiễu tốt. Nhưng ta cũng không thể không nh ắc tới những hạn chế của phương thức truyền dữ liệu này như:  Sử dụng băng thông không hiệu quả: Tính không hiệu quả n ày thể hiện qua hai yếu tố . Thứ nh ất, độ rộng băng thông cố định 64k/s. Thứ h ai là kênh là dành riêng cho mộ t cuộc gọ i nh ất định. Như vậy, ngay cả khi tín hiệu tho ại là “lặng” (không có dữ liệu) thì kênh vẫn không đư ợc chia sẻ cho cuộ c gọi khác.  Tính an toàn: Do tín hiệu thoại được gửi nguyên bản trên đường truyền nên rất dễ bị nghe trộm. Ngoài ra, đường dây thuê bao hoàn toàn có thể bị lợi dụng để an trộm cư ớc viễn thông.  Kh ả năng mở rộng của m ạng kênh kém: Thứ nhất là do cơ sở h ạ tầng khó năng cấp và tương thích với các thiết bị cũ. Thứ hai, đó là hạn chế của hệ thống báo hiệu vốn đã được sử dụng từ trước đó không có khả năng tùy biến cao. Kỹ thuật chuyển mạch gói (Packet Switching): Trong chuyển mạch gói mỗi bản tin được chia th ành các gói tin (packet), có khuôn dạng được quy định trước. Trong mỗi gói cũng có chứa thông tin điều khiển: địa chỉ trạm nguồn, địa chỉ trạm đích và số thứ tự của gói tin,… Các thông tin điều khiển được tối thiểu, chứa các thông tin mà mạng yêu cầu để có thể định tuyến được cho các gói tin qua mạng và đưa nó tới đích. Tại mỗi node trên tuyến gói tin được nhận, nhớ và sau đó thì chuyển tiếp cho tới ch ạm đích. Vì k ỹ thuật chuyển mạch gói trong quá trình truyền tin có thể được định tuyến động đ ể truyền tin. Điều khó khăn nhất đối với chuyển mạch gói là việc tập hợp các gói tin đ ể tạo bản tin bản đầu đặc biệt là khi mà các gói tin được truyền theo nhiều con đường khác nhau tới trạm đích. Chính vì lý do trên mà các gói tin cần phải được đánh d ấu số thứ tự, điều này có tác d ụng, chống lặp, sửa sai và có th ể truyền lại khi hiên tượng mất gói xảy ra. Các ưu điểm của chuyển mạch gói:  Mềm dẻo và hiệu suất truyền tin cao: Hiệu suất sử dụng đường truyền rất cao vì trong chuyển m ạch gói không có khái niệm kênh cố định và dành riêng, mỗi đường truyền giữ a các node có thể được các trạm cùng chia sẻ cho để truyền tin, các gói tin sắp hàng và truyền theo tốc độ rất nhanh trên đường truyền. 3
 Kh ả n ăng tryền ưu tiên: Chuyển m ạch gói còn có thể sắp thứ tự cho các gói đ ể có thể truyền đi theo mức độ ưu tiên. Trong chuyển mạch gói số cuộc gọi b ị từ chối ít hơn nhưng ph ải chấp nhận m ột nhược điểm vi thời gian trễ sẽ tăng lên.  Kh ả năng cung cấp nhiều dịch vụ thoại và phi thoại.  Thích nghi tốt n ếu như có lỗi xảy ra: Đặc tính này có được là nhờ khả năng định tuyến động củ a mạng. Bên cạnh những ưu điểm th ì mạng chuyển mạch gói cũng bộ lộ những nhược điểm như:  Trễ đường truyền lớn: Do đi qua mỗi trạm, dữ liệu được lưu trữ, xử lý trước khi được truyền đi.  Độ tin cậy của m ạng gói không cao, dễ xảy ra tắc ngh ẽn, lỗ i mất b ản tin  Tính đa đường có thể gây là lặp bản tin, loop làm tăng lưu lư ợng mạng không cần thiết.  Tính bảo m ật trên đường truyền chung là không cao. 1.2. Đặc tính của mạng VoIP 1.2.1. Ưu điểm  Giả m chi phí: Đây là ưu điểm nổi b ật của VoIP so với điện thoại đường dài thông thường. Chi phí cuộc gọ i đường dài chỉ bằng chi phí cho truy nhập Internet. Một giá cước chung sẽ thự c hiện được với m ạng Internet và do đó tiết kiệm đáng kể các dịch vụ thoại và fax. Sự chia sẻ chi phí thiết bị và thao tác giữ a những người sử dụng thoại và dữ liệu cũng tăng cường hiệu quả sử dụng mạng. Đồng thời kỹ thuật nén thoại tiên tiến làm giảm tốc độ bit từ 64Kbps xuống dưới 8Kbps, tức là một kênh 64Kbps lúc này có thể phục vụ đồng thời 8 kênh thoại độc lập. Như vậy, lý dó lớn nhất giúp cho chi phí thực hiện cuộ c gọi VoIP th ấp chính là việc sử dụng tố i ưu băng thông.  Tích hợp dịch vụ nhiều dịch vụ: Do việc thiết kế cơ sở hạ tầng tích hợp nên có kh ả năng hỗ trợ tất cả các hình thức thông tin cho phép chuẩn hoá tốt hơn và giảm thiểu số thiết bị. Các tín hiệu báo hiệu, thoại và cả số liệu đều chia sẻ cùng mạng IP. Tích hợp đa dịch vụ sẽ tiết kiệm chi phí đầu tư nhân lực, chi phí xây dựng các m ạng riêng rẽ.  Thống nhất: Vì con người là nhân tố quan trọng nhưng cũng dễ sai lầm nh ất trong mộ t mạng viễn thông, mọi cơ hội đ ể hợp nh ất các thao tác, lo ại bỏ các 4
điểm sai sót và th ống nh ất các điểm thanh toán sẽ rất có ích. Trong các tổ chức kinh doanh, sự qu ản lý trên cơ sở SNMP (Simple Network Management Protocol) có thể được cung cấp cho cả dịch vụ thoại và dữ liệu sử dụng VoIP. Việc sử dụng thống nhất giao thức IP cho tất cả các ứng dụng hứa hẹn giảm bớt ph ức tạp và tăng cư ờng tính mềm d ẻo. Các ứng dụng liên quan như d ịch vụ danh bạ và dịch vụ an ninh mạng có th ể đ ược chia sẻ d ễ d àng hơn.  Vấn đề quả n lý băng thông : Trong PSTN, băng thông cung cấp cho một cuộ c gọ i là cố định. Trong VoIP, băng thông được cung cấp một cách linh hoạt và mềm d ẻo hơn nhiều. Chất lượng của VOIP phụ thuộ c vào nhiều yếu tố, quan trọng nh ất là băng thông. Do đó không có sự b ắt buộc nào về m ặt thông lượng giữ a các thiết bị đầu cuố i mà chỉ có các chuẩn tu ỳ vào băng thông có thể củ a mình, b ản thân các đầu cuố i có thể tự điều chỉnh hệ số nén và do đó điều chỉnh được chất lượng cuộc gọ i.  Nâng cao ứng dụng và khả năng mở rộ ng: Thoại và fax chỉ là các ứng dụng kh ởi đầu cho VoIP, các lợi ích trong th ời gian dài hơn được mong đợi từ các ứng dụng đa phương tiện (multimedia) và đa d ịch vụ. Tính linh hoạt của mạng IP cho phép tạo ra nhiều tinh năng m ới trong dịch vụ thoại. Đồng thời tính mềm dẻo còn tạo kh ả năng mở rộng mạng và các dịch vụ.  Tính bả o mậ t cao: VOIP được xây dựng trên nền tảng Internet vốn không an toàn, do đó sẽ dẫn đến khả năng các thông tin có thể bị đánh cắp khi các gói tin bị thu lượm hoặc đ ịnh tuyến sai đ ịa chỉ mộ t cách cố ý khi chúng truyền trên mạng. Các giao thức SIP (Session Ineitiation Protocol – giao thức khởi đầu phiên) có thể thành mật mã và xác nhận các thông điệp báo hiệu đ ầu cuối. RTP (Real Time Protocol) hỗ trợ mã thành m ật mã của phương th ức truyền thông trên toàn tuyến được mã hoá thành mật mã đ ảm bảo truyền thông an toàn. 1.2.2. Nhược điểm  Chất lượng dịch vụ chưa cao : Các mạng số liệu vốn dĩ không phải xây dự ng với mục đích truyền tho ại th ời gian thực, vì vậy khi truyền tho ại qua mạng số liệu cho chất lượng cuộc gọ i không được đảm báo trong trường h ợp m ạng xả y ra tắc nghẽn hoặc có độ trễ lớn. Tính thời gian thự c của tín hiệu thoại đòi hỏi ch ất lượng truyền dữ liệu cao và ổn đ ịnh. Một yếu tố làm giảm ch ất lư ợng tho ại nữa là kỹ thu ật nén để tiết kiệm đ ường truyền. Nếu nén xuống dung lượng càng thấp thì k ỹ thuật nén càng phức tạp, cho ch ất lư ợng không cao và đ ặc biệt là thời gian xử lý sẽ lâu, gây trễ. 5
 Vấn đề tiếng vọ ng: Nếu như trong m ạng tho ại, độ trễ thấp nên tiếng vọng không ảnh hưởng nhiều thì trong mạng IP, do trễ lớn nên tiếng vọng ảnh hưởng nhiều đến chất lượng thoại.  Kỹ thuật phức tạp: Truyền tín hiệu theo thời gian thự c trên m ạng chuyển mạch gói là rất khó thực hiện do mất gói trong m ạng là không th ể tránh được và độ trễ không cố đ ịnh của các gói thông tin khi truyền trên m ạng. Để có được mộ t dịch vụ tho ại chấp nh ận được, cần thiết ph ải có một kỹ thu ật nén tín hiệu đạt được những yêu cầu khắt khe: tỉ số nén lớn (để giảm được tốc độ bit xuống), có khả năng suy đoán và tạo lại thông tin của các gói bị thất lạc... Tố c độ xử lý của các bộ Codec (Coder and Decoder) phải đủ nhanh để không làm cuộc đàm thoại bị gián đo ạn. Đồng thời cơ sở hạ tầng của mạng cũng cần đư ợc nâng cấp lên các công ngh ệ mới như Frame Relay, ATM,... để có tốc độ cao hơn ho ặc ph ải có một cơ ch ế thực hiện chức năng QoS (Quality of Service). Tất cả các điều này làm cho kỹ thuật thự c hiện điện thoại IP trở nên phức tạp và không thể thực hiện đư ợc trong những năm trước đây Ngoài ra có thể kể đến tính phức tạp của kỹ thuật và vấn đề bảo mật thông tin (do Internet nói riêng và mạng IP nói chung vốn có tính rộng khắp và h ỗn hợp, không có gì b ảo đảm rằng thông tin cá nhân được giữ bí mật). 1.3. Yêu cầu chất lượng đối với VoIP Từ những nh ược điểm chính của mạng chuyển mạch gói đ ã đ ặt ra những yêu cầu cho VoIP như sau:  Chất lượng thoại ph ải ổn định, độ trễ ch ấp nh ận được.  Mạng IP cơ b ản phải đáp ứng được những tiêu chí hoạt động kh ắt khe gồm giảm thiểu việc không ch ấp nhận cuộc gọ i, mất mát gói và m ất liên lạc. Điều này đòi hỏ i ngay cả trong trư ờng hợp mạng bị ngh ẽn hoặc khi nhiều người sử dụng chung tài nguyên của mạng cùng mộ t lúc.  Việc báo hiệu có thể tương tác được với báo hiệu củ a mạng PSTN.  Qu ản lý hệ thống an toàn, địa ch ỉ hoá và thanh toán phải được cung cấp, tốt nhất là đ ược hợp nh ất với các hệ thống hỗ trợ hoạt động PSTN. 6
Chương 2. Các giao thức truyền tải trong VoIP 2.1. Giao thức IP Giao thức mạng IP được thiết kế để liên kết các mạng máy tính sử dụng phương pháp truyền thông và nhận dữ liệu d ưới dạng gói. Giao thức IP cho phép truyền các gói dữ liệu từ điểm nguồn tới điểm đích có địa chỉ cố định. Đơn vị dữ liệu được trao đổi là các gói dữ liệu. Các chức năng được thực hiện ở IP là:  Đánh địa chỉ: tất cả các host trong mạng và trong liên m ạng đều được cung cấp mộ t địa ch ỉ IP duy nhất. Theo giao thức IP version 4, mỗi đ ịa chỉ IP gồm 32bit và được chia làm 5 lớp A,B,C,D,E. Các lớp A,B,C được sử dụng để đ ịnh danh các host trên các m ạng. Lớp được sử dụng cho quá trình truyền đa điểm còn lớp E để dự phòng.  Định tuyến: giúp xác định đường đi (tuyến)cho gói tin khi được truyền trên mạng. Nó giúp lựa chọn đường đi tối ưu cho các gói dữ liệu. Nếu hai host cần liên lạc không n ằm trên một subnet thì b ảng định tuyến sẽ đ ược sử dụng đ ể quyết định việc chuyển dữ liệu và các b ộ định tuyến thường xuyên trao đổi và cập nhật thông tin trong bảng định tuyến tùy thuộc vào phương pháp đ ịnh tuyến được sử dụng.  Truyền đa điểm: Hiện nay có ba cách truyền các gói IP là: o Truyền m ột điểm đích (unicast): các gói tin đư ợc truyền từ host nguồn đến host đích duy nh ất. o Truyền quảng bá: gói tin được truyền đ ến tất cả các host trong mạng. o Truyền đa điểm: gói tin được gửi đ ến một số các host nh ất đ ịnh trong mạng Ngoài ra, giao thức IP còn cung cấp khả năng phân mảnh dữ liệu lớn thành các gói có kích thước nhỏ hơn để truyền qua mạng. 2.1.1. Giao thức IP phiên bản 4 (IPv4) Cấu trúc của header IPv4 như sau: 7
Cấu trúc gói IP phiên b ản 4 Hình 1. Ý ngh ĩa các trường như sau:  Version: độ rộng 4 bit mô tả phiên bản IP  IP Header Length(IHL): có độ rộng 4 bit, xác định độ rộng củ a phần tiêu đ ề của gói tin IP  Type of Service: có độ rộng 8 bit, xác đ ịnh các tham số chỉ dịch vụ sử dụng khi truyền gói tin qua mạng. Rất nhiều mạng cung cấp các dịch vụ về độ ưu tiên lưu thông, đặc biệt khi mạng b ị quá tải. Việc lựa chọn này đảm bảo đường truyền đạt ba tiêu chu ẩn là thời gian trễ, độ tin cậy, bộ thông suố t củ a gói tin. Được mô tả cụ th ể n hư sau: o Quyền ưu tiên (3 bit) o Độ trễ D (1 bit)  D=0: độ trễ b ình thư ờng  D=1: độ trễ cao o Thông lượng T (1bit)  T=0: thông lượng bình thư ờng  T=1: thông lượng cao o Độ tin cậy (1b it):  R=0: độ tin cậy bình thường  R=1: độ tin cậy cao  Total Length (16bit): xác định độ dài của gói tin kể cả p hần tiêu đề. Có giá trị tối đa là 65535 byte. Thông thường các host chỉ có th ể xử lý gói tin có độ d ài là 576 byte gồ m 512 byte dữ liệu và 64 byte tiêu đ ề. Các host chỉ có th ể gửi các gói tin cố độ d ài lớn hơn 576 byte khi biết trước là host đích có khả n ăng xử lý gói này.  Indentification: cùng với trường địa chỉ n guồn, đích dùng đ ể đ ịnh danh duy nhất cho một gói tin trong kho ảng thời gian nó tồn tại. 8
 Flag : có độ rộng 3 bit, ch ỉ độ phân đoạn củ a gói tin o Bit 0: luôn bằng 0 o Bit 1 (DF):  DF=0: có phân đo ạn  DF=1: không phân đo ạn o Bit 2 (MF):  MF=0: m ảnh cuố i cùng  MF=1: không phải m ảnh cuối cùng  Fragment Offset: độ rộng 13 bit, chỉ rõ vị trí của phân m ảnh trong gói tin tính theo đơn vị 64bit.  Time to Live: độ rộng 8 bit, quy định thời gian tồn tại của gói tin.  Protocol: độ rộng 8 bit, xác định giao thứ c tầng giao vận. Ví d ụ o Protocol = 6: giao thức TCP o Protocol=17: giao thức UDP  Header Checksum: độ rộng 16 bit, mã kiểm tra CRC-16 củ a ph ần tiêu đ ề cho phát hiệnlỗi  Source Address: độ rộng 32 bit, xác định đ ịa chỉ nguồn.  Destination Address: độ rộng 32 bit, xác định đ ịa chỉ đích  Option: có độ dài thay đ ổi đ ể lưu thông tin tùy biến của người dùng  Padding: có độ dài thay đổi, đảm bảo độ dài của header luôn là bội 32 bit  Data: có độ dài tối đa là 65535 byte chứa dữ liệu lớp cao hơn. Đánh địa chỉ trong IPv4 Hệ thống địa chỉ n ày được thiết kế mềm dẻo qua một sự phân lớp, có 5 lớp địa ch ỉ IP là: A, B, C, D, E. Sự khác nhau cơ bản giữa các lớp địa chỉ này là ở khả năng tổ chức các cấu trúc con của nó. Lớp Nhận dạng Địa chỉ đầu Mặt nạ mạng Địa chỉ cuối A 0xxx 0.0.0.0 127.255.255.255 255.0.0.0 B 10xx 128.0.0.0 191.255.255.255 255.255.0.0 C 110x 192.0.0.0 223.255.255.255 255.255.255.0 D 1110 224.0.0.0 239.255.255.255 9
E 1111 240.0.0.0 255.255.255.255 Địa chỉ lớp A: Lớp A sử dụng byte đầu tiên của 4 byte để đánh địa chỉ mạng. Như hình trên, nó được nhận ra bởi bit đầu tiên trong byte đầu tiên của địa chỉ có trị giá 0. Ba byte còn lại được sử dụng để đánh địa chỉ máy trong mạng. Có 126 địa chỉ lớp A với số máy tính trong mạng là 2563 – 2 = 16.777.214 máy cho mỗi địa chỉ lớp A. Địa chỉ lớp A thường được cấp cho những tổ chức có số lượng máy tính lớn. Nguyên nhân ch ỉ có 126 network trong khi dùng 8 bit vì bit đ ầu tiên mang giá trị 0 dùng để định nghĩa lớp A. Do vậy còn lại 7 bit đánh từ 0 – 127, tuy nhiên người ta không sử dụng một địa chỉ chứa toàn các con số 1 hoặc 0 n ên ch ỉ còn lại 126 mạng lớp A được sử dụng. Giá trị byte đầu tiên của lớp A sẽ luôn nằm trong khoảng từ 1 tới 126, mỗi một byte trong 3 byte còn lại sẽ có giá trị trong khoảng 1 đến 254. Địa chỉ lớp B: Một địa chỉ lớp B được nhận ra bởi 2 bit đầu tiên của byte thứ nhất mang giá trị 10. Lớp B sử dụng 2 b yte đầu tiên của 4 byte để đánh địa chỉ mạng và 2 byte cuối đánh địa chỉ máy trong mạng. Có 64*256 – 2 = 16.128 đ ịa chỉ mạng lớp B với 65.534 máy cho mỗi địa chỉ lớp B. Địa chỉ lớp C: Một số tổ chức có quy mô nhỏ có thể xin cấp phát địa chỉ lớp C. Một đ ịa chỉ lớp C đ ược nhận ra với 3 bit đầu mạng giá trị 110. Mạng lớp C sử dụng 3 b yte đầu để đánh địa chỉ mạng và 1 byte cuối đánh địa chỉ máy trong mạng. Có 2.097.150 địa chỉ lớp C, mỗi địa chỉ lớp C có 254 máy. Từ các lớp mạng cơ b ản trên, ta có thể thực hiện chia subnet cho mạng để tạo thành các mạng con (subnet) tùy theo yêu cầu cụ thể. Phần dùng để đánh mạng con được lấy để đánh subnet được lấy từ phần dành đánh đ ịa chỉ host. Quy các địa chỉ IP khi chia subnet Hình 2. Khi đó, để xác định địa chỉ mạng của trạm, ta cần phải biết mặt nạ mạng tương ứng với IP được chia. Việc tính toán ra địa chỉ mạng của IP được tính như sau: Dạng thập phân Dạng nhị phân 10
Địa chỉ IP của trạm 192.168.5.130 11000000.10101000.00000101.10000010 Mặt nạ mạng 255.255.255.192 11111111.11111111.11111111.11000000 Địa chỉ mạng 192.168.5.128 11000000.10101000.00000101.10000000 2.1.2. Giao thức IP phiên bản 6 (IPv6) Trong IPv4 trường địa chỉ nguồn và đích có độ dài 32 bit nên không thể đáp ứng đủ nhu cầu đánh địa chỉ của mạng. Ngo ài ra, do sự phát triển của Internet, bảng định tuyến của router không ngừng lớn lên và kh ả năng định tuyến đã bộc lộ hạn chế. Yêu cầu nâng cao chất lượng dịch vụ và b ảo mật đ ược đặt ra. IPv6 là giao thức Internet mới được kế thừa đặc điểm chính của IPv4 và có nhiều cải tiến để khắc phục những hạn chế:  Tăng kích thước địa chỉ từ 32 bit lên 128 bit  Ph ạm vi đ ịnh tuyến đa điểm: giao thức này hỗ trợ phương thức truyền mới “anycasting”. Phương thức này sử dụng đ ể gử i các gói tin đến một nhóm xác định.  Ph ần tiều đề của IPv6 được đơn giản hóa hơn IPv4. Điều đó cho phép xử lý gói tin nhanh hơn. Ngoài ra, IPv6 còn cung cấp một số tiêu đề phụ cho phép giao thứ c IPv6 có thể sử dụng một cách mềm dẻo hơn h ẳn so với IPv4. Cấu trúc gói tin IPv6 như sau: Cấu trúc gói tin IP phiên b ản 6 Hình 3. Ý ngh ĩa các trường như sau:  Version: có giá trị bằng 6 với IPv6  Traffic Class: độ dài 8 bit, xác định độ ưu tiên  Flow Label: độ dài 20bit, xác định các gói dữ liệu được ưu tiên trên đường truyền nếu có xảy ra tranh chấp, thường được sử dụng cho các d ịch vụ đòi hỏi chất lượng dịch vụ cao hay thời gian thự c. 11