Khai thác hệ thống điện thoại qua internet - Voip

Khai thác hệ thống điện thoại qua internet - Voip

Mục lục Lời n ói đ ầu Ch ơng I Tổng quan hệ thống đ iện thoại IP 1.1 Khái niệm chung điện tho¹i IP 1.1.1 Các phần tử cấu thành VoIP 1.1.2 Các tính cña IP 10 1.1.3 Các khả VoIP 10 1.1.4 KiÕn tróc ph©n lớp đầu cuối VoIP 10 1.2 Các u điểm nhợc điểm điện thoại qua IP 17 1.2.1 Ưu điểm điện thoại qua IP 17 1.2.2 Nhợc điểm điện thoại qua IP 18 1.3 C¸c øng dụng điện thoại qua IP 19 Ch ơng II Phâ n tí ch C¸c u tè kü tht quan tr äng cđa VOIP 21 2.1 §iỊu chÕ xung m· (PCM) 21 2.2 NÐn tiÕng nãi 22 2.3 trÔ 24 2.4 Jitter 26 2.5 Echo 27 2.6 MÊt gãi tin 30 Ch ơng III Chất lợng dị ch vụ mạng VoIP 32 3.1 Giới thiÖu chung 32 3.2 Các thông số QoS 33 3.3 Bổ sung QoS vào mạng 41 3.4 Các vấn đề liên quan đến định tuyến VOIP 45 Ch ơng IV Phâ n tí ch l u l ợng mạng VoIP 55 Trang 4.1 Những khái niệm lu lợng 55 4.2 Tiêu chuẩn lựa chọn mô hình l−u l−ỵng 60 4.3 Phân tích lu lợng cho mạng VoIP 63 Ch −¬ng V HƯ thèng Cisco IP Telephony 70 5.1 Tỉng quan vỊ m¹ng Cisco IP Telephony 70 5.1.1 Cơ sở hạ tầng mạng Cisco IP Telepnony 70 5.1.2 Các điểm cuối truyền tin 70 5.1.3 Tác nhân xử lý gọi 71 5.1.4 C¸c øng dơng 71 5.2 Các thành phần hệ thống Cisco IP Telephony 72 5.3 Gateway 73 5.4 Cisco CallManager 84 5.6 Ph−¬ng tiƯn øng dơng Cisco eServices 86 5.6 Th− môc Cisco IP Telephony 87 5.7 Trình soạn thảo ứng dụng Cisco 88 5.8 Mét sè c¸c øng dơng cña IP telephony 88 5.8.1 SoftPhone 88 5.8.2 Cisco CallManager Extension Mobility 88 5.8.3 Cisco Unity 90 5.8.5 Personal Assistant 92 5.8.5 Cisco eServices (IVR/ ICD) 93 5.8.6 Cisco CallManager AutoAttendant 94 5.9 VÝ dơ vỊ m« hình mạng IP telephony 97 KÕt luËn… 99 Chữ viết tắ t 101 Tài liệu tham khảo 105 Lời nói đ ầu Trang Ngày ngành công nghiệp viễn thông đà đạt đợc thành tựu lớn Sự phát triển kỹ thuật số, kỹ thuật phần cứng công nghệ tin học đà đem lại cho ngời sử dụng nhiều dịch vụ đa dạng phong phú Nhiều nghiên cứu công nghệ IP (Internet Protocol) đà đợc tiến hành năm vừa qua Việc triển khai dịch vụ mang tính công nghệ mạng viễn thông bớc đợc thực Một dịch vụ điện thoại đợc truyền qua giao thức Internet đợc gọi VoIP (Voice over Internet Protocol) đợc triển khai đa vào sử dụng Tính hấp dẫn việc khai thác dịch vụ VoIP so với điện thoại truyền thống không việc tiết kiệm chi phí mà khả mở rộng dịch vụ VoIP cho phép kết hợp cách chặt chẽ mạng thoại mạng số liệu (LAN, Internet) Trên đôi dây kết hợp với máy vi tính ngời dùng vừa truy nhập vào Internet, đồng thời thực nhận gọi điện thoại, fax Đứng trớc khả phát triển nhanh chóng hệ thống VoIP, nghiên cứu hệ thống VoIP, đặc biệt việc quản lý chất lợng dịch vụ VoIP đợc ý, nhiều chủng loại thiết bị VoIP nhà cung cấp khác tồn thị trờng với chất lợng kỹ thuật tiêu chuẩn khác Hiểu biết cách sâu sắc đặc điểm kỹ thuật, phân tích đánh giá để lựa chọn đúng, lắp đặt, khai thác hệ thống điện thoại IP tối u điều kiƯn cđa n−íc ta lµ hÕt søc quan träng ChÝnh đợc giao đề tài "Khai th ác hệ thống điện tho ại qua Internet - VoIP" Đố ¸n bao gåm ch−¬ng: − Ch−¬ng 1: Tỉng quan VoIP hệ thống điện thoại IP Trang Chơng 2: Phân tích yếu tố kỹ thuật quan trọng mạng VoIP Chơng 3: Chất lợng dịch vụ mạng VoIP Chơng 4: Phân tích lu lợng thoại mạng VoIP Chơng 5: Khai thác hệ thống IP Telephony Cisco Mặc dù đà có nhiều cố gắng, nhng đồ án số đề cha đợc đề cập hết không tránh khỏi thiếu sót định Tôi mong nhận đợc ý kiến đóng góp thầy cô, chuyên gia ngời quan tâm đến vấn đề Tôi xin trân trọng cám ơn Đại tá, Thạc Sỹ Mai Văn Quý đà tận tình hớng dẫn tạo điều kiện để hoàn thành báo cáo Tôi xin tỏ lòng biết ơn thầy cô giáo khoa Vô tuyến - Điện tử, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Phòng Thí nghiệm trọng điểm An toàn thông tin, Trung tâm KH-KTCN Quân sự, Bộ Quốc Phòng bạn đồng nghiệp đà tận tình giúp đỡ suốt thời gian qua Hà nội, ngày 10 tháng 02 năm 2004 Sinh viên L ê Thị Thuỷ Ch ơng I Tổng quan hệ thống đ iện thoại IP Trang Điện thoại đợc nhà khoa học ngời Mỹ Alexander Graham Bell phát minh từ năm 1876 Tuy nhiên phải khoảng năm 1890 mạng điện thoại bắt đầu triển khai tơng đối rộng rÃi Mạng chuyển mạch đà thực bớc tiến từ tổng đài nhân công đến tổng đài điện tổng đài điện tử với phơng thức chuyển mạch khác nhau, nhiên với hệ thống điện thoại truyền thống ngời dùng phải chịu chi phí cao cho gọi đờng dài, gọi quốc tế VoIP công nghƯ cho phÐp trun tÝn hiƯu tho¹i qua m¹ng IP, giảm chi phí gọi, sử dụng băng thông cách hiệu quả, đồng thời tận dụng đợc mạnh hệ thống tích hợp 1.1 Khái niệm chung điện thoại IP Để hiểu đợc khái niệm VoIP trớc tiên ta hÃy quay lại mạng điện thoại truyền thống Điện thoại điện thoại chuyển mạch kênh đợc phát triển lên từ mạng Analog Mạng sử dụng tất kênh để kết nối không tận dụng cách có hiệu băng thông có, công suất giới hạn 64kbit/s/kênh thực đợc tối đa 30 kênh thoại đờng trung kế số E1(luật A) 23 kênh thoại đờng trung kế T1 (luật à) Mỗi gọi cần kênh riêng biệt đợc trì từ đầu đến cuối đàm thoại Theo thống kê tín hiệu tích cực truyền kênh chiếm 30% lực kênh Rõ ràng tài nguyên băng thông hữu hạn đà không đợc sử dụng cách có hiệu Điện thoại sử dụng công nghệ VoIP điện thoại dựa giao thức Internet sử dụng phơng thức chuyển mạch gói đợc phát triển lên nhờ mạch số Dung lợng truyền dẫn đợc tất thông tin chia sẻ cách băng thông đợc sử dụng cách hiệu mà không cần phải cung cấp cho kênh riêng lẻ Điện thoại IP sử dụng giao thức Internet để truyền tiếng nói theo gói thoại qua mạng IP, tín hiệu tiếng nói Trang đợc mà hoá thành tín hiệu số đợc đặt vào gói IP truyền đến mạng IP đích, tất gọi dùng chung kênh Mỗi kênh đờng trung kế cung cấp nhiều khả ứng dụng nh số liệu, thoại, Fax, hội nghị truyền hình Các gói tin đợc truyền liên tục kênh nên hiệu kênh đợc tối u 1.1.1 Các phần tử cấu thành VoIP Fax Gateway Mạng IP POST PSTN Hình 1.1: Các phần tử cấu thành mạng VoIP Hình 1.1 mô tả thành phần mạng VoIP Cổng (Gateway) biến đổi tín hiệu từ giao diện thoại truyền thống (POST, T1/E, ISDN trung kế E & M) sang VoIP Một máy điện thoại IP đầu cuối có hỗ trợ VoIP tự nhiên cã thĨ kÕt nèi trùc tiÕp tíi mét m¹ng IP khái niệm thiết bị đầu cuối WG, điện thoại IP PC víi mét giao diƯn VoIP Server cung cÊp c¸c chức quản lý quản trị để hỗ trợ định tuyến gọi qua mạng IP Trong mét hƯ thèng dùa trªn chång giao thøc H.323, Server đợc hiểu nh Gatekeeper Trong SIP/SDP, Server Call Agent (tác nhân gọi) Cuối mạng IP mạng dùng riêng, m¹ng Intranet hay mét m¹ng Internet Mét cuéc gäi đà đợc thiết lập, tiếng nói đợc số hoá sau phát qua mạng nh khung IP Tiếng nói đợc lấy mẫu mẫu Trang trớc tiên đợc đóng gói theo RTP (Real Time Transport Protocol) UDP (User Datagram Protocol) trớc phát khung Hình 1.2 minh hoạ mẫu khung VoIP mạng WAN mạng LAN PPP IP UDP RTP Các mẫu thoại FCS 20 12 Phụ thuộc vào CODEC ETH IP UDP RTP Các mẫu thoại FCS 20 12 Phụ thuộc vào CODEC Octet Octet Hình Đóng gói khung VoIP 1.1.2 Các tính IP Hỗ trợ nhiều kiểu truyền thông (thoại, video số liệu) mạng Hỗ trợ nhiều điểm đầu cuối Sự linh hoạt tài nguyên mạng Khai thác quản lý dễ dàng 1.1.3 Các khả VoIP Tính cớc trực tuyến Tự động cung cấp dịch vụ Cho thuê (Out-source) khai thác bảo dỡng dịch vụ (các dịch vụ IP đợc đặt chỗ (Host) mạng Internet) Khai thác bảo dỡng dễ dàng mạng WWW 1.1.4 Kiến trúc phân lớp đầu cuối VoIP Audio I/O Kiểm so¸t hƯ thèng giao diƯn ng−êi sư dơng Trang 10 Các mà hoá thoại RAS (Gatekeeper) RAS (Gatekeeper) RAS (Gatekeeper) Nh ta đà biết mạng Internet không đợc thiết kế để truyền tín hiệu thời gian thực mà tín hiệu tiếng nói cần đáp ứng theo thời gian thực, đảm bảo chất lợng với độ trễ cho phép Tuy nhiên, thân mạng IP cung cấp dịch vụ với cố gắng tốt mà không quan tâm tới vấn đề thời gian thực cho tiếng nói sau đợc khôi phục Nh vấn đề đặt làm để truyền tín hiệu tiếng nói qua mạng IP mà đáp ứng đợc yêu cầu thời gian thực cho cho tiếng nói? Giao thức truyền thời gian thực RTP (Real Time Protocol) đợc đời nhằm giải vấn đề RTP bảo đảm chế vận chuyển giám sát phơng thức truyền thông thời gian thực mạng IP Nó cung cấp thông tin cần thiết cho trình đánh giá chất lợng truyền tiếng nói thoại qua VoIP Trang 11 Líp giao thøc RTP/RTCP RTP/RTCP cã hai thành phần: Bản thân RTP mang chức vận chuyển, cung cấp thông tin gói tin tiÕng nãi − Giao thøc ®iỊu khiĨn thêi gian thùc RTCP (Real Time Control Protocol) mang chức giám sát đánh giá chất lợng truyền tin Các giao thức truyền tải theo phơng thức thời gian thực Tuy nhiên RTP đa chế tốt RTP Một thoại thông thờng chia thành phiên báo hiệu gọi, điều khiển gọi, thoả thuận phơng thức truyền thông phiên hội thoại Ta xem xÐt c¸ch trun tÝn hiƯu tiÕng nãi qua mạng IP: Qua phiên thoả thuận phơng thức truyền thông, bên tham gia hội thoại tiến hành mở hai cỉng UDP kỊ nhau, cỉng ch½n cho trun tÝn hiƯu tiếng nói (RTP), cổng lẻ cho thông tin trạng thái để giám sát (RTCP) Tại phía phát, tiếng nói đợc điều chế thành dạng số hóa, sau qua CODEC đợc nén thành gói tin để truyền Khi xuống tầng UDP/IP, gói tin đợc gắn với Header tơng ứng Phần Header gói tin có kích thớc 40 bytes, cho biết địa IP nguồn, địa IP đích, cổng tơng ứng, Header RTP thông tin khác Chẳng hạn sử dụng G.729B Payload có kích thớc 20 bytes, nh phần liệu cho gói tin chØ chiÕm 33,3% IP Header 20 bytes UDP Header bytes RTP Header 12 bytes Payload 40 bytes H×nh 1.4: CÊu tróc cđa gãi tin Trang 12 Header RTP cho biết phơng thức mà hoá đà đợc sử dụng cho gãi tin nµy, chØ mơc gãi, nh·n thêi gian thông tin quan trọng khác Từ thông tin ta xác định ràng buộc gói tin với thời gian RTP gồm hai phần: Phần cố định dài 12 bytes Phần mở rộng để ngời sử dụng đa thêm thông tin khác Header RTP cho gói tin có dạng gói đợc xắp xếp lại theo ®óng thø tù thêi gian thùc ë bªn nhËn råi đợc giải mà phát lại RTP hỗ trợ hình thức hội thoại đa phát đáp, đơn phát đáp cho phép thay đổi cách thức linh hoạt RTP cho phép sử dụng trộn chuyển đổi Bộ trộn thiết bị nhận luồng thông tin từ vài nguồn có tốc độ khác nhau, trộn chúng lại chuyển tốc độ xác định đầu Bộ chuyển đổi nhận luồng thông tin đầu vào, chuyển đổi thành khuôn dạng khác đầu Các chuyển đổi có ích cho việc thu nh băng thông theo yêu cầu dòng số liệu trớc gửi vào kết nối băng thông hẹp mà không cần nguồn phát RTP thu nhỏ tốc độ truyền tin Điều cho phép bên kết nối theo liên kết nhanh mà đảm bảo truyền thông chất lợng cao Các trộn cho phép thời hạn băng thông theo yêu cầu hội thoại RTCP Từ thông tin cung cấp RTCP cho gói tin, giám sát tín hiệu chất lợng tiếng nói trình diễn hội thoại RTCP phân tích xử lý thông tin để tổng hợp thông tin trạng thái đa tin phản hồi đến tất thành viên Tốc độ truyền số liệu điều chỉnh đợc cần, bên nhận khác xác định xem vấn đề chất lợng dịch vụ cục hay toàn mạng Đồng thời nhà quản lý mạng có Trang 13 ... tối u điều kiện nớc ta quan trọng Chính đợc giao đề tài "Khai th ác hệ thống điện tho ại qua Internet - VoIP" Đố án bao gồm chơng: Chơng 1: Tổng quan VoIP hệ thống điện thoại IP Trang Chơng... Quicknet''s Internet Phone JACK Cấu hình cung cấp cho ngời sử dụng thoại qua Internet thay cho sử dụng điện thoại để bàn truyền thống Kết nối gateway thoại qua Internet với hệ thống điện thoại hành... qua IP 1.2.1 Ưu điểm điện thoại qua IP Điện thoại IP đời nhằm khai thác tính hiệu mạng truyền số liệu tính linh hoạt phát triển ứng dụng giao thức IP đợc áp dụng mạng toàn cầu Internet Điện thoại