Nghiên cứu mạng VoIP sử dụng giao thức H.323

Nghiên cứu cấu trúc tống quan về mạng VoIP, và mạng VoIP sử dụng giao thức H.323. phương thức hoạt động của từng thành phần trong mạng, quá trình thiết lập một cuộc gọi qua mạng VoIP sử dụng giao thức H.323

Mạng VoIP sử dụng giao thức H.323 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH DANH MỤC CÁC BẢNG LỜI MỞ ĐẦU Chương NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN HỆ THỐNG VOIP 1.1 Giới thiệu chung VoIP 1.2 Các đặc tính mạng VoIP 1.2.1 Ưu điểm 1.2.2 Nhược điểm 1.3 Phương thức hoạt động VoIP 1.4 Các thành phần mạng VoIP 1.5 Xu hướng phát triển dịch vụ điện thoại IP 1.5.1 Những yêu cầu phát triển VoIP 1.5.2 Những khó khăn triển khai dịch vụ 1.5.3 Xu hướng phát triển Chương CÔNG NGHỆ VOIP 2.1 Kiến trúc mạng VoIP 2.1.1 Mô hình kiến trúc mạng VoIP 2.1.2 Mô hình kiến trúc phân tầng hệ thống VoIP 2.1.2.1 Lớp giao tiếp mạng 2.1.2.2 Lớp mạng 2.1.2.3 Lớp giao vận 10 2.1.2.4 Lớp ứng dụng 10 2.1.3 Mô hình phân lớp chức 10 2.1.3.1 Lớp sở hạ tầng mạng gói 11 2.1.3.2 Lớp điều khiển gọi 11 2.1.3.3 Lớp ứng dụng dịch vụ 11 2.1.4 Các kiểu kết nối 12 2.1.4.1 Kết nối PC-PC 12 2.1.4.2 Kết nối PC-Phone 12 2.1.4.3 Kết nối Phone-Phone 13 Mạng VoIP sử dụng giao thức H.323 2.2 Quá trình xử lý tín hiệu thoại VoIP 14 2.2.1 Xử lý tín hiệu 14 2.2.1.1 Quá trình biến đổi thoại sang số ngược lại 14 2.2.1.2 Giao tiếp hệ thống PCM 15 2.2.2 Phương pháp mã hóa nén thoại VoIP 15 2.2.2.1 Tại phải nén tín hiệu thoại 15 2.2.2.2 Kĩ thuật nén tín hiệu thoại VoIP 16 2.2.3 Đóng gói tín hiệu thoại – Bộ giao thức RTP/RTCP 19 2.2.4 Quá trình xử lý tín hiệu thoại Media Gateway 20 2.2.4.1 Các thành phần Media Gateway 20 2.2.4.2 Quá trình xử lý tín hiệu thoại 21 Chương GIAO THỨC BÁO HIỆU H.323 22 3.1 Các thành phần mạng 22 3.1.1 Thiết bị đầu cuối H.323 23 3.1.2 Gateway 24 3.1.3 Gatekeeper 25 3.1.4 Khối điều khiển đa điểm (MCU) 27 3.2 Các tin báo hiệu 28 3.2.1 Báo hiệu RAS (H.225 RAS) 29 3.2.2 Báo hiệu gọi Q.931 (H.225.0 Call signaling) 32 3.2.3 Báo hiệu điều khiển gọi H.245 34 3.2.4 Giao thức bảo mật VoIP (H.235) 35 3.3 Thiết lập gọi VoIP sử dụng giao thức H.323 36 3.3.1 Báo hiệu trực tiếp thiết bị đầu cuối 36 3.3.2 Báo hiệu định tuyến thông qua Gatekeeper 37 3.3.3 Thiết lập gọi hai thiết bị đầu cuối hai vùng dịch vụ 38 3.4 So sánh giao thức SIP H.323 40 3.4.1 Giới thiệu chung giao thức SIP 40 3.4.2 So sánh giao thức SIP H.323 40 KẾT LUẬN 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 PHỤ LỤC 46 Mạng VoIP sử dụng giao thức H.323 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Ý nghĩa ACELP Algebraic Code Excited Linear Prediction ACF Admission Confirmation ACK Acknowledgment ACR Admission Control Routine ADPCM Adaptive Difference PCM ADSL Asymmetric Digital Subcriber Line ARJ Admission Reject ARQ Admission Request ATM Asynchronous Transfer Mode BCF Bandwidth Change Confirmation BRJ Bandwidth Change Reject BRQ Bandwidth Change Request CELP Code Excited Linear Prediction CPU Central Processing Unit DCF Disengate Confirmation DRJ Disengage Reject DRQ Disengage Request DSP Digital Signal Processor GCF Gatekeeper Confirm GRQ Gatekeeper Request GSM Global System for Mobile GRJ Gatekeeper Reject RCF Registration Confirm RRJ Registration Reject RRQ Registration Request RPF Regular Pulse Excited RSVP Resource Reservation Protocol Mạng VoIP sử dụng giao thức H.323 RTCP Real Time Control Protocol RTP Realtime Transport Protocol SAP Service Access Point SCTP Stream Control Transmission Protocol SDP Session Descripsion Protocol SIP Session Initiation Protocol SGCP Simple Gateway Control Protocol SNMP Simple Network Management Protocol SS7 Signaling System TCP Transmisstion Control Protocol TDM Time Division Multiplexing UCF Unregister Confirm UDP User Datagram Protocol URQ Unregister Request VoIP Voice over Internet Protocol WAN Wide Area Network Mạng VoIP sử dụng giao thức H.323 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Mô hình kiến trúc tổng quan mạng VoIP Hình 2.2 Mô hình tham chiếu OSI so với mô hình mạng VoIP Hình 2.3 Mô hình phân lớp chức VoIP 11 Hình 2.4 Mô hình PC-PC 12 Hình 2.5 Mô hình PC-Phone 12 Hình 2.6 Mô hình Phone-Phone 13 Hình 2.7 Các phương thức biến đổi liệu – tín hiệu 14 Hình 2.8 Cấu trúc Media Gateway trình xử lý gọi 21 Hình 3.1 Cấu trúc chung H.323 22 Hình 3.2 Sơ đồ khối thiết bị đầu cuối H.323 23 Hình 3.3 Kiến trúc phần mềm Gateway 24 Hình 3.4 Phương thức định tuyến trực tiếp 25 Hình 3.5 Phương thức định tuyến qua Gatekeeper 26 Hình 3.6 Vùng hoạt động Gatekeeper 26 Hình 3.7 Mô hình giao thức H.323 28 Hình 3.8 Q.931 thiết lập gọi 33 Hình 3.9 Thiết lập báo hiệu H.323 trực tiếp đầu cuối 37 Hình 3.10 Thiết lập báo hiệu H.323 định tuyến qua Gatekeeper 38 Hình 3.11 Thiết lập kết nối hai vùng dịch vụ 39 Mạng VoIP sử dụng giao thức H.323 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Mã hóa dạng sóng, Mã hóa nguồn, Mã hóa lai 17 Bảng 2.2 Đặc tính phương pháp nén thoại 19 Bảng 3.1 Các trình tin báo hiệu Q.931: 32 Bảng 3.2 Bảng so sánh giao thức SIP giao thức H.323 42 Mạng VoIP sử dụng giao thức H.323 LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ Internet, đời nhiều loại hình dịch vụ phục vụ cho việc liên lạc người Trong VoIP (Voice over Internet Protocol) biết đến công nghệ mang tính cách mạng làm thay đổi giới điện thoại với chất lượng dịch vụ cao Trên sở đó, VoIP đời đáp ứng nhu cầu cần thiết người sử dụng chi phí thấp, chất lượng dịch vụ (QoS) cao, số lượng tích hợp dịch vụ thoại lẫn phi thoại lớn Vì vậy, mạng liên lạc nay, việc hiểu nguyên lý làm việc giao thức mạng cần thiết Việc nắm giao thức chìa khóa thành công việc triển khai công nghệ vào thực tế Chính vậy, nội dung báo cáo kết thúc học phần môn học Hệ thống Viễn thông này, nhóm chúng em xin trình bày hiểu biết giao thức quan trọng mạng VoIP giao thức H.323 Do đó, đề tài “Nghiên cứu mạng VoIP sử dụng giao thức H.323” gồm nội dung sau: Chương 1: Nghiên cứu tổng quan mạng VoIP Chương 2: Công nghệ VoIP Chương 3: Giao thức báo hiệu H.323 Trong trình thực đề tài, nhiều thiếu sót kiến thức hạn chế nội dung trình bày báo cáo hiểu biết thành chúng em đạt hướng dẫn cô giáo Vũ Quỳnh Nga – giáo viên khoa ĐTVT Kính mong nhận góp ý từ quý thầy cô đồng chí để đề tài chúng em hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn! NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN Mạng VoIP sử dụng giao thức H.323 Chương NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN HỆ THỐNG VOIP 1.1 Giới thiệu chung VoIP Đầu năm 1995 công ty VOCALTEC đưa thị trường sản phẩm phần mềm thực thoại qua Internet giới Sau có nhiều công ty tham gia vào lĩnh vực Tháng năm 1996, VOLCALTEC kết hợp với DIALOGIC tung thị trường sản phẩm kết nối mạng PSTN Internet Hiệp hội nhà sản xuất thoại qua mạng máy tính sớm đời thực chuẩn hoá dịch vụ thoại qua mạng Internet Việc truyền thoại qua internet gây ý lớn năm qua dần ứng dụng rộng rãi thực tế VoIP (Voice over Internet Protocol) công nghệ cho phép truyền thoại sử dụng giao thức mạng IP, sở sẵn có mạng Internet, VoIP công nghệ viễn thông quan tâm không nhà khai thác, nhà sản xuất mà với người sử dụng dịch vụ VoIP cho phép tạo gọi dùng kết nối băng thông rộng thay dùng đường dây điện thoại tương tự (analog) Nhiều dịch VoIP cho phép bạn gọi người khác dùng loại dịch vụ, nhiên có dịch vụ cho phép gọi người khác dùng số điện thoại số nội bộ, đường dài, di động, quốc tế Trong có dịch vụ làm việc qua máy tính, có vài dịch vụ dùng điện thoại truyền thống qua điều hợp (adapter) Nguyên tắc hoạt động VoIP bao gồm việc số hóa tín hiệu tiếng nói, thực việc nén tín hiệu số, chia nhỏ gói cần truyền gói tin qua mạng, tới nơi nhận gói tin ráp lại theo thứ tự tin, giải mã tín hiệu tương tự phục hồi lại tiếng nói ban đầu 1.2 Các đặc tính mạng VoIP 1.2.1 Ưu điểm  Giảm chi phí: Đây ưu điểm bật VoIP so với điện thoại đường dài thông thường Chi phí gọi đường dài chi phí cho truy nhập Internet Một giá cước chung thực với mạng Internet tiết kiệm đáng kể dịch vụ thoại fax Sự chia sẻ chi phí thiết bị thao tác người sử dụng thoại liệu tăng cường hiệu sử dụng mạng Đồng thời kỹ thuật nén thoại tiên tiến làm giảm tốc độ bit từ 64Kbps xuống 8Kbps, tức kênh 64Kbps lúc có Mạng VoIP sử dụng giao thức H.323 thể phục vụ đồng thời kênh thoại độc lập Như vậy, lý lo lớn giúp cho chi phí thực gọi VoIP thấp việc sử dụng tối ưu băng thông  Tích hợp dịch vụ nhiều dịch vụ: Do việc thiết kế sở hạ tầng tích hợp nên có khả hỗ trợ tất hình thức thông tin cho phép chuẩn hoá tốt giảm thiểu số thiết bị Các tín hiệu báo hiệu, thoại số liệu chia sẻ mạng IP Tích hợp đa dịch vụ tiết kiệm chi phí đầu tư nhân lực, chi phí xây dựng mạng riêng rẽ  Thống nhất: Vì người nhân tố quan trọng dễ sai lầm mạng viễn thông, hội để hợp thao tác, loại bỏ điểm sai sót thống điểm toán có ích Trong tổ chức kinh doanh, quản lý sở SNMP (Simple Network Management Protocol) cung cấp cho dịch vụ thoại liệu sử dụng VoIP Việc sử dụng thống giao thức IP cho tất ứng dụng hứa hẹn giảm bớt phức tạp tăng cường tính mềm dẻo Các ứng dụng liên quan dịch vụ danh bạ dịch vụ an ninh mạng chia sẻ dễ dàng  Vấn đề quản lý băng thông: Trong PSTN, băng thông cung cấp cho gọi cố định Trong VoIP, băng thông cung cấp cách linh hoạt mềm dẻo nhiều Chất lượng VoIP phụ thuộc vào nhiều yếu tố, quan trọng băng thông Do bắt buộc mặt thông lượng thiết bị đầu cuối mà có chuẩn tuỳ vào băng thông mình, thân đầu cuối tự điều chỉnh hệ số nén điều chỉnh chất lượng gọi  Nâng cao ứng dụng khả mở rộng: Thoại fax ứng dụng khởi đầu cho VoIP, lợi ích thời gian dài mong đợi từ ứng dụng đa phương tiện (multimedia) đa dịch vụ Tính linh hoạt mạng IP cho phép tạo nhiều tinh dịch vụ thoại Đồng thời tính mềm dẻo tạo khả mở rộng mạng dịch vụ  Tính bảo mật cao: VoIP xây dựng tảng Internet vốn không an toàn, dẫn đến khả thông tin bị đánh cắp gói tin bị thu lượm định tuyến sai địa cách cố ý chúng truyền mạng Các giao thức SIP (Session Ineitiation Protocol – giao thức khởi đầu phiên) thành mật mã xác nhận thông điệp báo hiệu đầu cuối RTP (Real Time Protocol) hỗ trợ mã thành mật mã phương thức truyền thông toàn tuyến mã hoá thành mật mã đảm bảo truyền thông an toàn Mạng VoIP sử dụng giao thức H.323 1.2.2 Nhược điểm  Chất lượng dịch vụ chưa cao: Các mạng số liệu xây dựng với mục đích truyền thoại thời gian thực, truyền thoại qua mạng số liệu cho chất lượng gọi không đảm bảo trường hợp mạng xảy tắc nghẽn có độ trễ lớn Tính thời gian thực tín hiệu thoại đòi hỏi chất lượng truyền liệu cao ổn định Một yếu tố làm giảm chất lượng thoại kỹ thuật nén để tiết kiệm đường truyền Nếu nén xuống dung lượng thấp kỹ thuật nén phức tạp, cho chất lượng không cao đặc biệt thời gian xử lý lâu, gây trễ  Vấn đề tiếng vọng: Nếu mạng thoại, độ trễ thấp nên tiếng vọng không ảnh hưởng nhiều mạng IP, trễ lớn nên tiếng vọng ảnh hưởng nhiều đến chất lượng thoại  Kỹ thuật phức tạp: Truyền tín hiệu theo thời gian thực mạng chuyển mạch gói khó thực gói mạng tránh độ trễ không cố định gói thông tin truyền mạng Để có dịch vụ thoại chấp nhận được, cần thiết phải có kỹ thuật nén tín hiệu đạt yêu cầu khắt khe: tỉ số nén lớn (để giảm tốc độ bit xuống), có khả suy đoán tạo lại thông tin gói bị thất lạc Tốc độ xử lý Codec (Coder and Decoder) phải đủ nhanh để không làm đàm thoại bị gián đoạn Đồng thời sở hạ tầng mạng cần nâng cấp lên công nghệ Frame Relay, ATM,… để có tốc độ cao phải có chế thực chức QoS (Quality of Service) Tất điều làm cho kỹ thuật thực điện thoại IP trở nên phức tạp thực năm trước Ngoài kể đến tính phức tạp kỹ thuật vấn đề bảo mật thông tin (do Internet nói riêng mạng IP nói chung vốn có tính rộng khắp hỗn hợp, bảo đảm thông tin cá nhân giữ bí mật) 1.3 Phương thức hoạt động VoIP VoIP chuyển đổi tín hiệu giọng nói thông qua môi trường mạng Do vậy, trước hết giọng nói phải chuyển đổi thành dãy bit kỹ thuật số (digital bits) đóng gói thành packet để sau truyền tải qua mạng IP network cuối chuyển lại thành tín hiệu âm đến người nghe Tiến trình hoạt động VoIP thông qua hai bước: Call setup: trình này, người gọi phải xác định vị trí (thông qua địa người nhận) yêu cầu kết nối để liên lạc với người nhận Khi địa người Mạng VoIP sử dụng giao thức H.323 PHỤ LỤC Phân công nhiệm vụ: Họ tên Nhiệm vụ Tổng quan hệ thống VoIP, kiến trúc Nguyễn Thị Diễm Hương mạng, trình xử lý tín hiệu thoại, tổng hợp báo cáo, làm slide Kiến trúc thành phần hệ Lê Hà Nhung thống H.323, tin báo hiệu, lời mở đầu, kết luận Nguyễn Duy Khang Qui trình thực gọi, so sánh giao thức SIP H.323, danh mục viết tắt, in báo cáo 46