Tìm hiểu Voip trên nền 802.11 - P2

Tài liệu tham khảo công nghệ thông tin Tìm hiểu Voip trên nền 802.11

Chương 2 Giao thức truyền voice qua IP2.1 Kiến trúc và các tầng của OSI và IP

2.1.1 Kiến trúc OSI

 Kiến trúc và chức năng các tầng trong OSI

Dựa vào các nguyên tắc trên, mô hình OSI được chia làm 7 tầng, mỗi tầng chỉ thực hiện một chức năng là nhận dữ liệu từ tầng bên trên để chuyển giao xuống cho tầng bên dưới và ngược lại Khi đi đến một tầng mới gói tin sẽ được đóng thêm một phần đầu đề khác và được xem như là gói tin của tầng mới, công việc trên sẽ tiếp diễn cho tới khi gói tin được truyền lên đường dây mạng để đến bên nhận.

• Tầng vật lý (Physical)

Chức năng chính là truyền tải chuỗi bit từ đầu cuối này đến đầu cuối khác Các thuật ngữ liên quan như đặc tính điện, tốc độ, môi trường truyền dẫn, mode truyền tải, chuẩn kết nối…

• Tầng liên kết dữ liệu (Data link)

Chức năng chính là cung cấp khả năng truyền dữ liệu tin cậy qua môi trường truyền dẫn Các thuật ngữ liên quan như đơn vị dữ liệu “khung”, địa chỉ MAC, điều khiển lỗi, điều khiển luồng……

Hình 2.1 Mô hình 7 lớp OSI.

• Tầng mạng (Network)

Cung cấp một kết nối và khả năng chọn đường giữa các host trong môi trường liên mạng Các thuật ngữ liên quan bao gồm gói tin, tuyến, bảng định tuyến, giao thức định tuyến, địa chỉ IP…

• Tầng giao vận (Transport)

Cung cấp chức năng tạo, giám sát, giải phóng một kết nối ảo khả dụng từ đầu cuối đến đầu cuối, phân bổ các phân mảnh đến các ứng dụng Các thuật ngữ liên quan như phân mảnh và tái hợp luồng dữ liệu, giám sát lỗi, khôi phục lỗi….

• Tầng phiên (Session)

Thực hiện chức năng thiết lập, quản lý, giải phóng phiên thông tin giữa hai host, đồng bộ hóa việc hội thoại của quá trình trình diễn và quản lý việc trao đổi thông tin Các thuật ngữ liên quan như điều khển hội thoại, điểm đồng bộ……

• Tầng trình diễn (Presentation)

Cung cấp khả năng mã hóa thông tin của lớp ứng dụng để sao cho thông tin này hoàn toàn có thể đọc được tại đầu còn lại Các thuật ngữ liên quan như khuôn dạng dữ liệu, chuyển đổi dữ liệu, nén dữ liệu, mã hóa dữ liệu…

 Kiến trúc và chức năng các tầng trong TCP/IP

TCP/IP gồm 4 tầng như sau :

• Tầng ứng dụng

Là phần giao tiếp với người dùng để cung cấp các dịch vụ trên mạng Lớp ứng dụng cho phép việc truy xuất các dịch vụ hiện diện trên toàn mạng TCP/IP.

• Tầng truyền tải (Transport)

Nhiệm vụ chính của tầng truyền tải là cung cấp đường thông tin giữa các trình ứng dụng Tầng truyền tải phân chia dòng dữ liệu cần truyền đi thành các đơn vị dữ liệu nhỏ hơn (gói dữ liệu) và chuyển chúng cùng với địa chỉ đích đến tầng thấp hơn để thực hiện quá trình phân phối dữ liệu trong mạng.

• Tầng Internet (Internet Layer)

Xử lý các tiến trình thông tin giữa các mạng khác nhau Tầng Internet sẽ thực hiện các chức năng thiết lập đường đi giữa các mạng cũng như thực hiện việc phân phối các gói dữ liệu trên mạng.

• Tầng giao tiếp mạng (Network Interface Layer)

Là tầng giao tiếp giữa các cấu trúc luận lý bên trên với các kết nối vật lý bên dưới, tầng giao tiếp mạng có nhiệm vụ tiếp nhận các gói dữ liệu từ lớp Internet.

Hình 2.2 Cấu trúc các tầng trong TCP/IP.

•Sự tương quan giữa OSI và họ giao thức TCP/IP

2.1.3 Giao thức IP

IP là một giao thức liên lạc không kết nối (connectionless), có nghĩa là nó không cần có giai đoạn thiết lập và hủy bỏ kết nối, nó nhận dữ liệu từ tầng cao hơn, sau đó gắn thêm một header rồi chuyển xuống tầng thấp hơn Dịch vụ quan trọng nhất của IP là gởi các gói tin đến đích một cách chính xác

Ứng dụngTrình bàyPhiên

Ứng dụng

Liên kết dữ liệu Thiết bị giao diện mạng

Vật lý Phương tiện truyền dẫn Giao diện mạng

Mô hình OSI Các giao thức Mô hình IP

Bảng 2.1 So sánh mô hình OSI và IP.

Identification Flags Fragment offset

Source IP addressDestination IP address

•Khuôn dạng của một TCP segment :

Bít 0-3 Bít 4-7 Bít 8-11 Bít 12-15

Bít 16-19

Bít 20-23

Bít 27-27

Bít 28-31

Số trình tựSố xác nhận

Đầu tiên một host khởi động cầu nối bằng cách gởi một gói chỉ ra số tuần tự khởi động x của nó, với một bit nào đó trong phần header được đặt ở trạng thái chỉ ra yêu cầu kết nối Bước 2, host khác nhận gói này ghi lại số tuần tự x, phúc đáp bằng một báo nhận x+1, và bao hàm cả chỉ số tuần tự khởi động y riêng của nó Chỉ số báo nhận x+1 có nghĩa là nó đã nhận tất cả các gói có số tuần tự x đến và đang mong nhận gói có số tuần tự x+1.

 Giao thức UDP/IP

UDP là một giao thức phi kết nối (connectionless protocol) đảm bảo truyền thông end-to-end của dữ liệu.UDP không có chức năng thiết lập và giải phóng kết nối, không cung cấp cơ chế báo nhận, không sắp xếp tuần tự các đơn vị dữ liệu đến và có thể dẫn đến tình trạng dữ liệu mất hoặc trùng dữ liệu mà không có thông báo cho người gởi.

Khuôn dạng của một UDP datagram

2.2.Các giao thức báo hiệu cuộc gọi2.2.1 H.323

Các khuyến nghị H.32x của ITU-T định nghĩa các thiết bị đầu cuối (terminal) thoại trực quan và cách thức chúng được vận hành trên các mạng khác nhau H.320 dùng cho mạng N-ISDN, trong khi H.321 áp dụng cho mạng B-ISDN (ATM) H.322

Source port Destination portMessage length Checksum

0 15 16 31

Hình 2.7 Khuôn dạng của UDP datagram.

và H.323 áp dụng cho mạng LAN Sự khác biệt giữa H.322 và H.323 là H.323 áp dụng trong các mạng LAN không có các đảm bảo về chất lượng dịch vụ (QoS) còn H.322 cho các mạng LAN với các đảm bảo về QoS H.323 có thể áp dụng cho bất kì mạng chuyển mạch gói nào bất chấp lớp vật lí bên dưới Mạng được kì vọng có thể cung cấp các kĩ thuật giao nhận đáng tin cậy và không đáng tin cậy

H.323 độc lập với mô hình mạng : các terminal H.323 có thể truyền thông qua các hub, bộ định tuyến, brigde và các kết nối quay số.

Theo mô hình tham chiếu OSI, kiến trúc H.323 được sắp xếp theo sơ đồ sau

Hình 2.8 Kiến trúc H323 trong mô hình OSI2.2.1.1.Các thành phần chính trong cấu trúc H323

Các thành phần chính trong cấu trúc của H.323 bao gồm: terminal, gateways, gatekeeper, MCU (Multipoint Control Unit) kết nối với nhau tại endpoint.

• Terminal

Được dùng cho truyền thông hai chiều với thời gian thực Một H.323 terminal có thể là một máy điện thoại hay một máy PC chạy ứng dụng của H.323 và các ứng dụng đa phương tiện khác Nó được sử dụng cho cả tín hiệu thoại, tín hiệu hình và

dữ liệu H.323 đóng vai trò quan trọng trong điện thoại IP Mục đích của H.323 tạo các liên kết hoạt động với các thiết bị truyền thông khác H.323 tương thích với H.324 terminal của mạng chuyển mạch công cộng SCN (Switching Circuit Network), với H.310 terminal trên mạng B-ISDN, H.320 trên ISDN, H.321 trên B-ISDN và H.322 terminal trên mạng cục bộ QoS LAN

• Gateway

Gateway thực hiện chức năng chuyển đổi các giao thức cho việc thiết lập và giải phóng cuộc gọi, chuyển đổi các dạng truyền thông giữa mạng dùng H.323 không dùng H.323 Trong điện thoại IP, gateway thực hiện việc kết nối giữa mạng IP và mạng PSTN.

Về phía cổng nối với H.323, gateway dùng giao thức kiểm tra báo hiệu H.245 để trao đổi khả năng Giao thức báo hiệu cuộc gọi H.225 dùng để thiết lập và giải phóng cuộc gọi, và giao thức H.225 RAS dùng cho việc đăng ký các endpoint với gatekeeper Về phía PSTN, gateway sử dụng giao thức báo hiệu như trong mạng ISDN và SS7.

Terminal giao tiếp với gateway sử dụng giao thức kiểm tra báo hiệu H.245 và giao thức báo hiệu cuộc gọi H.225 Gateway chuyển đổi các giao thức này theo kiểu trong suốt (transparent) đối với thiết bị liên lạc trên mạng không dùng H.323 và ngược lại Gateway cũng tiến hành thiết lập và giải phóng cuộc gọi ở cả hai mạng H.323 và non-H.323 Việc chuyển đổi khuôn dạng tín hiệu âm thanh, hình ảnh, số liệu cũng được thực hiện tại gateway Việc chuyển đổi giữa âm thanh và hình ảnh có thể không cần thiết nếu như cả hai phía terminal tìm thấy một hình thức giao tiếp chung

Gatekeeper nhận dạng được endpoint nào là gateway khi gateway và terminal đăng ký với gatekeeper Gateway có thể thực hiện nhiều cuộc gọi đồng thời giữa mạng H.323 và mạng non-H.323 Một gateway là một thiết bị logic của H.323 và có thể sử dụng như một phần của gatekeeper hoặc một MCU.

• Gatekeeper

Gatekeeper cung cấp chức năng kiểm tra cuộc gọi cho các H.323 endpoints, như việc chuyển đổi địa chỉ và quản lý băng thông như được định nghĩa trong RAS Gatekeeper trong mạng H.323 có thể tùy chọn Nếu chúng có mặt trong mạng, terminal và gateway phải sử dụng các dịch vụ của chúng Chuẩn H.323 đồng thời định nghĩa các dịch vụ mà gatekeeper phải cung cấp và xác định các chức năng tùy chọn khác mà nó có thể cung cấp.

Một chức năng tùy chọn khác của gatekeeper là thực hiện báo hiệu tìm đường cuộc gọi Endpoint gởi các tín hiệu báo hiệu cuộc gọi tới gatekeeper để gatekeeper tìm đường đến endpoint đích Các endpoint có thể luân phiên gởi trực tiếp các tín hiệu báo hiệu cuộc gọi tới các end point tương đương Chức năng này sử dụng để điều khiển các cuộc gọi cung cấp trong mạng hơn là các cuộc gọi trong mạng

Gatekeeper là tùy chọn trong hệ thống H.323 Các dịch vụ cung cấp bởi gatekeeper có thể được định nghĩa bằng RAS và bao gồm cả việc chuyển đổi địa chỉ, kiểm tra việc tiếp nhận cuộc gọi, kiểm tra băng thông, và quản lý vùng H.323 Mạng H.323 có Gateway điện thoại IP cần gatekeeper để chuyển đổi số điện thoại ( E.164) sang địa chỉ truyền

i) Các thành phần gatekeeper quản lý

Hình 2.9 Các thành phần do gatekeeper quản lý

ii) Nhiệm vụ của Gatekeeper

• Chuyển đổi địa chỉ

• Kiểm tra việc tiếp nhận đăng ký.• Kiểm tra băng thông

iii) Các chức năng tùy chọn của gatekeeper• Kiểm tra báo hiệu cuộc gọi

• Cho phép cuộc gọi • Quản lý cuộc gọi.

 MCU (Multipoint Control Unit)

Cung cấp khả năng kết nối với ba hoặc nhiều H.323 terminals hơn nữa Tất cả các terminal tham gia cuộc nó chuyện hình thành kết nối với MCU MCU quản lý hình thức nói chuyện hội thảo, dàn xếp giữa các terminal nhằm mục đích xác định việc mã hóa, giải mã tín hiệu âm thanh hoặc tín hiệu hình sử dụng, và cóthể điều khiển dòng thông tin Gatekeeper, gateway, terminal là các thành phần riêng biệt của chuẩn H.323 nhưng có thể được sử dụng như một thiết bị ngoại vi duy nhất MCU bao gồm hai thành phần là MC ( Mutipoint Controller) và MP (Multi Processor) để thực hiện kết hợp giữa tiếng nói và hình ảnh

Phân vùng quản lý trong mạng H.323

Hình 2.10 Phân vùng quản lý trong H323

Một vùng H.323 (zone) là tập hợp của tất cả terminal, gateway và MCU được quản lý bởi một gatekeeper duy nhất Một vùng phải chứa ít nhất một terminal, có thể có cả gateway hoặc MCU và có thể hoàn toàn độc lập với sơ đồ kết nối của mạng Một vùng có thể bao gồm nhiều phân đoạn mạng khác nhau được kết nối thông qua các bộ định tuyến và một số thiết bị khác.

2.2.1.2 Các giao thức sử dụng để thực hiện cuộc gọi với chuẩn H.323

Dưới đây là sơ đồ các giao thức được sử dụng

Hình 2.11 Các giao thức trong H323 Các chuẩn mã hóa âm thanh

Mã hóa âm thanh là quá trình mã hóa tiếng nói ra từ microphone của terminal phát H.323 và giải mã tín hiệu nhận được để gởi tới speaker trên terminal thu H.323 Mã hóa âm thanh thực hiện dựa trên nhiều tiêu chuẩn khác nhau của ITU-T Ví dụ chuẩn G.711 ( 64kbps ), G.722 ( 64, 56 và 48 kpbs ), G.723.1 ( 5.3 và 6.3 kbps ), G.728 ( 16kbps ), G.729 ( 8 kbps ).

Dưới đây là trích bảng so sánh các phương pháp CODEC khác nhau :

G.726

 H.225 RAS (Registration, Admission, Status)

RAS là giao thức giữa các endpoints (terminal và gateway) RAS dùng để thực hiện việc đăng ký tiếp nhận các endpoints tại gatekeeper, kiểm tra trạng thái endpoint như sự thay đổi băng thông, trạng thái và các thủ tục ngưng kết nối giữa các endpoints và các gatekeepers Kênh RAS dùng để trao đổi các thông tin RAS Kênh báo hiệu giữa endpoints và gatekeeper được mở ưu tiên hơn tất cả các kênh khác.H.225 RAS dùng giữa các endpoint và gatekeeper với các chức năng :

-Tìm gatekeeper phù hợp của endpoint.-Đăng ký của endpoint.

-Định vị endpoint.-Tiếp nhận kiểm tra.

-Truy cập mạng vòng.

 H.225 Báo hiệu cuộc gọi (H.225 Call Signalling)

Giao thức H.225 báo hiệu cuộc gọi dùng để thiết lập kết nối giữa hai endpoints H.323 bằng cách trao đổi các thông điệp của giao thức H.255 trên kênh báo hiệu Các thông điệp được trao đổi trực tiếp giữa các endpoints H.323 nếu không có gatekeeper nào trên mạng Nếu có một gatekeeper tồn tại, các thông điệp được trao đổi hoặc trực tiếp giữa các endpoint hoặc giữa các endpoint sau khi đã tìm đường thông qua gatekeeper

Có hai cách báo hiệu là :

-Báo hiệu gián tiếp qua gatekeeper.-Báo hiệu trực tiếp giữa hai endpoint.

 H.245 Điều khiển báo hiệu cuộc gọi

Giao thức kiểm tra báo hiệu H.245 dùng để trao đổi các thông tin kiểm tra hoạt động của các H.323 endpoint Các thông điệp này mang thông tin liên quan đến các vấn đề sau:

-Trao đổi khả năng (thu ,phát) của các endpoint

-Mở và đóng các kênh logic mang dòng thông tin (đơn hướng)-Các thông tin kiểm tra dòng

 H.323 thiết lập cuộc gọi

1 T1 gửi RAS ARQ message trên kênh RAS đến gatekeeper để thực hiện việc đăng ký T1 yêu cầu thực hiện báo hiệu cuộc gọi trực tiếp.

2 Gatekeeper xác nhận đăng ký của T1 bằng cách gửi lại tín hiệu ACF tới T1 Gatekeeper báo trong ACF cho phép T1 sử dụng báo hiệu cuộc gọi trực tiếp.

3 T1 gởi thông tin báo hiệu cuộc gọi H.225 tới T2 yêu cấu kết nối T2 trả lời với thông tin xử lý cuộc gọi H.225

4 T2 phải đăng ký với Gatekeeper bằng tín hiệu RAS ARQ tới gatekeeper trên kênh RAS.

5 Gatekeeper xác nhận đăng ký của T2 bằng cách gửi lại tín hiệu ACF tới T2 6 T2 thông báo cho T1 biết kết nối đã được thiết lập bằng cách gửi thông tin

cảnh báo H.225.

7 T2 xác nhận việc kết nối hoàn tất bằng cách gửi thông điệp kết nối H.225 tới T1.,

8 Cuộc gọi đã được thiết lập.

9 Kênh kiểm tra H.245 được thiết lập giữa T1 và T2 T1 gửi thông điệp H.245 TerminalCapacitySet tới T2 để trao đổi khả năng của nó

10 T2 xác nhận khả năng của T1 bằng cách gửi ngược tín hiệu H.245 TerminalCapacitySetAck đến T1

11 T2 trao đổi khả năng của nó tới T1 bằng cách gửi H.245 Terminal Capacity Set tới T1.

12 T1 xác nhận khả năng của T2 bằng cách gửi ngược tín hiệu H.245 TerminalCapacitySetAck đến T2.

13 T1 mở kênh thông tin với T2 bằng cách gửi thông điệp H.245 Open Logical Channel tới T1 Địa chỉ socket của kênh RTCP được gởi kèm trong message.14 T2 xác nhận việc hình thành kênh kết nối một chiều từ T1 tới T2 bằng cách

gởi tín hiệu H.245 OpenLogicalChannel Ack về T1 kèm với địa chỉ socket RTP mà T2 cng cấp cho T1 để T1 gửi dòng thông tin RTP và địa chỉ RTCP mà T2 vừa nhận được

15 Tiếp theo T2 sẽ mở kênh thông tin bằng cách tương tự như T1.16 T1 xác nhận việc hình thành kênh từ T2 tương tự như cách của T2.

Bây giờ kênh thông tin hai chiều đã được thiết lập.

T2 xác nhận khả năng của T1 bằng cách gửi ngược tín hiệu H.245 TerminalCapacitySetAck đến T1.

17 T1 gởi dòng thông tin được đóng gói RTP tới T2.18 T2 gởi dòng thông tin được đóng gói RTP tới T1.19 T1 gởi thông điệp kiểm tra RTCP tới T2.

20 T2 gởi thông điệp kiểm tra RTCP tới T1.

 H.323 giải phóng cuộc gọi

1 T2 bắt đầu giải phóng cuộc gọi bằng cách gởi tín hiệu H.245 EndSession Command tới T1.

2 T1 giải phóng đầu liên lạc và xác định tín hiệu nhận được bằng cách gửi lại thông điệp H.245 EndSession Command tới T2.

3 T2 hoàn tất việc giải phóng cuộc gọi bằng cách gửi thông điệp H.225 Release complete tới T1.

4 T1 và T2 tách khỏi gatekeeper bằng cách gởi thông điệp RAS DRQ tới Gatekeeper

5 Gatekeeper xoá việc đăng ký của T1 và T2 bằng cách gửi thông điệp DCF tới T1 và T2.

2.2.2 Giao thức SIP và các so sánh với H.323 2.2.2.1 Kiến trúc mạng

SIP định nghĩa 3 dạng thực thể : terminals user agent servers, proxy server và redirect server

Trong cả hai cấu trúc H.323 và SIP, một terminal phải hỗ trợ việc truyền thông thoại, còn truyền thông hình ảnh và dữ liệu là các ứng dụng tùy chọn Một SIP server có thể hoạt động ở cả hai chế độ proxy (đại diện) hay redirect (gởi lại) phụ thuộc vào việc làm thế nào server kế tiếp được kết nối nếu người sử dụng không được định vị trên server được kết nối Redirect server thông tin cho người gọi liên lạc trực tiếp với server khác

2.2.2.2 Kiến trúc các giao thức