nghiên cứu giao thức trong mạng voip

nghiên cứu giao thức trong mạng voip

Sinh Viên Thực Hiện: SV1: Trần Công Vĩnh Hưng MSSV: 1122060423 SV2: Phan Thanh Tín MSSV: 1122060482 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Đ Đ Ạ Ạ I I H H Ọ Ọ C C K K Ỹ Ỹ T T H H U U Ậ Ậ T T C C Ô Ô N N G G N N G G H H Ệ Ệ T T P P . . H H C C M M HUTECH UNIVERSITY OF TECHNOLOGY  NGHIÊN CỨU GIAO THỨC TRONG MẠNG VOIP Ngành: Quản trị mạng Giáo Viên Hướng Dẩn: Lê Gia Tự HỒ CHÍ MINH - 2012 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 bước 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 – PSTN 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. Khảo sát giao thức cuộc gọi VoIP SIP – PSTN trên thực tế 76 Chương 6. Tiến hành bài lab 86 6.1. Mô Hình 86 6.2. Cấu hình các router 87 6.3. Bảng định tuyến của các router 91 6.4. Cài đặt polycom 102 6.5. Các gói tin bắt bằng Wireshare 103 6.6. Cấu hình QOS 107 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu viết tắt Viết đầy đủ Ý nghĩa VoIP Voice over IP Công nghệ truyền thoại trên mạng IP PSTN Public Switch Telephone Network Mạng điện thoại công cộng PCM Pulse-Code Modulation Bộ mã hóa mã xung SNMP Simple Network Management Protocol Giao thức quản trị mạng đơn giản SIP Session Initiation Protocol Giao thức thiết lập phiên RTP Real Time Protocol Giap thức thời gian thực RTCP Real Time Control Protocol Giap thức điều khiển thời gian thực ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ ToS Type of Service Kiểu dịch vụ IP Internet Protocol Giao thức Internet IPv4 IP version 4 Giao thức Internet phiên bản 4 IPv6 IP version 6 Giao thức Internet phiên bản 6 TCP Transmission Control Giao thức điều khiển truyền thông tin Protocol UDP User Datagram Protocol Giao thức Datagram người dùng SCTP Stream Control Transmission Protocol Giao thức truyền điều khiển luồng ITU-T International Telecommunication Union- Telecommunication Standardization Sector Hiệp hội viễn thông quốc tế - Bộ phận chuẩn viễn thông RAS Register Admission Status Báo hiệu đăng kí, cấp phép, thông tin trạng thái SAP Session Announcement Protocol Giao thức thông báo phiên SDP Session Description Protocol Giao thức mô tả phiên SS7 Signaling System No.7 Hệ thống báo hiệu số 7 SSP Switch Service Point Điểm dịch vụ chuyển mạch SCP Signal Control Point Điểm điều khiển báo hiệu STP Signal Tranfer Point Điểm truyền báo hiệu MTP Message Tranfer Part Phần truyền bản tin TCAP Transaction Capabilities Application Part Phần ứng dụng cung cấp giao dịch TUP Telephone User Part Phần người dùng điện thoại ISUP ISDN User Part Phần người dùng ISDN ISDN Integrated Services Digital Network Mạng tích hợp dịch vụ số SCCP Signaling Connection Control Part Phần điều khiển kết nối báo hiệu M2UA MTP2 User Adapter Bộ chuyển đổi người dùng MTP2 M2PA MTP L2 Peer-to-Peer Adapter Bộ chuyển đổi bản tin lớp 2 ngang hàng M3UA MTP3 User Adapter Bộ chuyển đổi người dùng MTP3 IUA ISDN User Adapter Bộ chuyển đổi người dùng ISDN SUA SCCP User Adapter Bộ chuyển đổi người dùng SCCP 1 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 thành nhiều miền giao thức khác nhau. Nên vấn đề quan trọng để có thể triển khai được mạng VoIP vào thực tế đó là phải hiểu được bản chất của các giao thức VoIP và quan trọng nhất đó là các giao thức báo hiệu sử dụng trong VoIP. Tuy vâyh mới 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 bài Luân văn tốt nghiệp này. Trên cơ sở nhận thức rõ sự quan trọng cũng như 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); đồng 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 hình thực tế. Từ đó làm rõ các vấn đề vướng mắc mà khi nghiên cứu lý thuyết chưa thể giải quyết và lảm rõ được. 2 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 đã sớm ra đời và thực hiện chuẩn hoá dịch vụ thoại qua mạng Internet. Việc truyền thoại qua internet đã gây được chú ý lớn trong những năm qua và đã dần được ứng dụng rộng rãi trong thực 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 mà 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 mạnh và sự phát triển vượt bậc của mạng IP vốn chỉ được sử dụng để truyền dữ liệu thông thường. Để có thể hiểu được 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 mạng VoIP nói riêng. Kỹ thuật chuyển mạch kênh (Circuit Switching): Một đặc trưng nổi bật của kĩ thuật này 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 được 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 hành gồm 3 giai đoạn:  Giai đoạn thiết lập kêt nối: Thực chất quá trình này là liên kết các tuyến giữa các trạm trên mạng thành một tuyến (kênh) duy nhất dành riêng cho cuộc gọi. Kênh này đối với PSTN là 64kb/s (do bộ mã hóa PCM có tốc độ lấy mẫu tiếng nói 8kb/s và được mã hóa 8 bit).  Giai đoạn truyền tin: Thông tin cuộc gọi là trong suốt. Sự trong suốt thể hiện qua hai yếu tố: thông tin không bị thay đổi khi truyền qua mạng và độ trễ nhỏ.  Giai đoạn giải phóng (huỷ bỏ) kết nối: Sau khi cuộc gọi kết thúc, kênh sẽ được giải phóng để phục vụ cho các cuộc gọi khác. 3 Qua đó, ta nhận thấy mạng chuyển mạch kênh có những ưu điểm nổi bật như chất 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 nhắc tới những hạn chế của phương thức truyền dữ liệu này như:  Sử dụng băng thông không hiệu quả: Tính không hiệu quả này thể hiện qua hai yếu tố. Thứ nhất, độ rộng băng thông cố định 64k/s. Thứ hai là kênh là dành riêng cho một cuộc gọi nhất định. Như vậy, ngay cả khi tín hiệu thoại là “lặng” (không có dữ liệu) thì kênh vẫn không được chia sẻ cho cuộc 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 cước viễn thông.  Khả năng mở rộng của mạng kênh kém: Thứ nhất là do cơ sở hạ 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 thành 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 chạm đích. Vì kỹ thuật chuyển mạch gói trong quá trình truyền tin có thể được định tuyến động để truyền tin. Điều khó khăn nhất đối với chuyển mạch gói là việc tập hợp các gói tin để 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 dấu số thứ tự, điều này có tác dụng, chống lặp, sửa sai và có thể 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 mạch gói không có khái niệm kênh cố định và dành riêng, mỗi đường truyền giữa 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. [...]... người sử dụng chung tài nguyên của mạng cùng một lúc  Việc báo hiệu có thể tương tác được với báo hiệu của mạng PSTN  Quản lý hệ thống an toàn, địa chỉ hoá và thanh toán phải được cung cấp, tốt nhất là được hợp nhất 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... tắc nghẽn Mạng Internet hiện nay vẫn chưa thể đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu của các dịch vụ thời gian thực Các dịch vụ RTP yêu cầu băng thông cao có thể làm giảm chất lượng các dịch vụ khác trong mạng đến mức nghiêm trọng Trong quá trình triển khai phải chú ý đến giới hạn băng thông sử dụng của các ứng dụng trong mạng 27 2.6 Giao thức RTCP RTCP (Real-time Transport Control Protocol) là giao thức hỗ... cả các chunk 21 được tag hóa với tag gửi trong chunk INIT, một chunk từ một kết nối cũ sẽ được nhận với tag sai Như vậy, SCTP sử dụng việc xác nhận giá trị tag trong TIME_WAIT Hình 11 Hủy kết nối SCTP Các trạng thái trong kết nối SCTP được biểu diễn bằng lược đồ sau: Hình 12 Sơ đồ trạng thái thiết lập SCTP 2.5 Giao thức RTP RTP là một giao thức dựa trên giao thức IP tạo ra các hỗ trợ để truyền tải các... host nguồn đến host đích duy nhất o Truyền quảng bá: gói tin được truyền đến tất cả các host trong mạng o Truyền đa điểm: gói tin được gửi đến một số các host nhất định 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 Hình 1 Cấu trúc gói IP phiên... to Live của IPv4  Source Address và Destination Address giống như IPv4 nhưng có độ dài 128bit  Data: có độ dài tối đa là 65535 byte 2.2 Giao thức TCP/IP Giao thức TCP là giao thức điều khiển truyền thông hướng kết nối và có độ tin cậy cao TCP cung cấp là giao thức được xây dựng phức tạp hơn UDP rất nhiều, ngoài các dịch vụ như UDP, TCP còn cung cấp các dịch vụ khác cho ứng dụng Dịch vụ quan trọng... phương pháp truyền thông và nhận dữ liệu dưới 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 mạng đều được cung cấp một địa chỉ IP duy nhất Theo giao thức IP version 4, mỗi địa chỉ IP gồm 32bit và được chia... tiếng vọng: Nếu như trong mạng thoại, 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 thực trên mạng chuyển mạch gói là rất khó thực hiện do mất gói trong mạng là không thể tránh được và độ trễ không cố định của các gói thông tin khi truyền trên mạng Để có được một... nên chỉ 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 byte đầu tiên của 4 byte để đánh địa chỉ mạng và 2 byte cuối đánh địa chỉ máy trong mạng Có 64*256 – 2... 64*256 – 2 = 16.128 địa 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 địa chỉ lớp C được nhận ra với 3 bit đầu mạng giá trị 110 Mạng lớp C sử dụng 3 byte 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 bản trên, ta có thể... 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 đầu cuối RTP (Real Time Protocol) hỗ trợ mã thành mật mã của phương thức truyền thông trên toàn tuyến được mã hoá thành mật mã đảm bảo truyền thông an toàn 1.2.2 Nhược điểm  Chất lượng dịch vụ chưa cao: Các mạng số liệu vốn dĩ không phải . 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. 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. 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 dưới dạng gói. Giao thức