Giao thức sử dụng trong mạng voip

Đồ án tốt nghiệp Giao thức trong mạng VoIP LỜI NÓI ĐẦU Với sự phát triển nhảy vọt của mạng chuyển mạch gói IP hiện nay không chỉ đem lại cho chúng ta những dịch vụ mới đa dạng mà 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 mạch kênh ghép phân kênh theo thời 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 mạng 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 chất lượng dịch vụ, giá thành, số lượng tích hợp các dịch vụ thoại lẫn phi thoại. Cũng như các công nghệ ra đời trong thời gian gần đây, thì 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 thực tế. Chính vì vậy, trong nội dung của đồ án tốt nghiệp này, em xin được giới thiệu về “Giao thức sử dụng trong mạng VoIP” với 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 trọng 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 một trong những nguyên nhân quyết định sự sống còn của mạng VoIP và đó cũng là nội dung chính của chương sau: Chương 4: Kết nối giữa mạng VoIP và PSTN Chương 5: Khảo sát giao thức cuộc gọi VoIP SIP –PSTN trên thực tế Do trình độ, thời gian và kiến thức thực tế có hạn nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các quý thầy (cô) và sự góp ý của các bạn bè để em hoàn thiện đồ án này hơn nữa. Nguyễn Văn Thương 46K - ĐTVT - Khoa Công nghệ 1 Đồ án tốt nghiệp Giao thức trong mạng VoIP Với lòng biết ơn sâu sắc, Em xin chân thành cảm ơn KS.Đặng Thái Sơn đã tạo mọi điều kiện và tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Hoa Lư đã tạo mọi điều kiện và tận tình giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Công Nghệ trường Đại học Vinh đã giúp đỡ em trong suốt thời gian qua. Em xin chân thành cảm ơn ! Vinh, tháng 5 năm 2010 Sinh viên Nguyễn Văn Thương Nguyễn Văn Thương 46K - ĐTVT - Khoa Công nghệ 2 Đồ án tốt nghiệp Giao thức trong mạng VoIP MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC …………………………………………………… ……………3 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT . Chương 5: Khảo sát giao thức cuộc gọi VoIP SIP –PSTN trên thực tế Chương 1. MẠNG VOIP 1.1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG VOIP 8 1.2. ĐẶC TÍNH CỦA MẠNG VOIP 10 1.2.1. Ưu điểm 10 1.2.2. Nhược điểm .11 1.3. YÊU CẦU CHẤT LƯỢNG ĐỐI VỚI VOIP .18 19 Chương 2. CÁC GIAO THỨC TRUYỀN TẢI . TRONG MẠNG VOIP 2.1 . MÔ HÌNH KIẾN TRÚC TỔNG QUAN CỦA MẠNG VOIP .20 2.2 . GIAO THỨC IP 21 1.2.1. Giao thức IP phiên bản 4 (IPv4) 22 Như vậy, ta có 7 bit để đánh địa chỉ trạm trong mạng (tức là 27 - 2= 126 máy; vì phải trừ 2 địa chỉ subnet và broastcast của subnet) .26 2.2.2. Giao thức IP phiên bản 6 (IPv6) .26 2.3 . GIAO THỨC TCP/IP 27 2.4 .GIAO THỨC UDP 31 2.5 . GIAO THỨC RTP .31 2.6 . GIAO THỨC RTCP 36 3.1 . GIAO THỨC BÁO HIỆU H.323 39 3.1.1. Các thành phần trong mạng .39 Nguyễn Văn Thương 46K - ĐTVT - Khoa Công nghệ 3 Đồ án tốt nghiệp Giao thức trong mạng VoIP 1.2.2. Giao thức H.323 44 3.2. GIAO THỨC BÁO HIỆU SIP 49 3.2.1. Các thành phần trong mạng SIP 50 3.3. SO SÁNH GIỮA GIAO THỨC H.323 VÀ SIP .54 Chương 4. KẾT NỐI GIỮA MẠNG VOIP VÀ PSTN 4.1. VẤN ĐỀ KẾT NỐI GIỮA VOIP VÀ PSTN 57 4.2.2. Liên kết trong mạng SS7 .60 4.2.3. Định tuyến trong mạng SS7 61 4.2.4. Giao thức trong mạng SS7 .63 4.2.6. Các bước thiết lập cuộc gọi trong mạng SS7 .66 4.3. GIAO THỨC SIGTRAN 67 4.3.1 . M2UA/ M2PA 68 4.3.2. Kết nối mạng VoIP với mạng PSTN 70 Chương 5. KHẢO SÁT GIAO THỨC CUỘC GỌI VOIP SIP – PSTN TRÊN THỰC TẾ . 5.1. GIỚI THIỆU VỀ KIẾN TRÚC MẠNG VOIP ĐƯỢC NGHIÊN CỨU .75 5.2 . GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH WIRESHARK 77 5.3 . KHẢO SÁT CUỘC GỌI VOIP SIP – PSTN TRÊN THỰC TẾ 78 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Thương 46K - ĐTVT - Khoa Công nghệ 4 Đồ án tốt nghiệp Giao thức trong mạng VoIP DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 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 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 Protocol Giao thức điều khiển truyền thông tin UDP User Datagram Protocol Giao thức Datagram người dùng SCTP Stream Control Transmission Protocol Giao thức truyền điều khiển luồng RTP Real-time Transport Protocol Giao thức truyền thời gian thực Nguyễn Văn Thương 46K - ĐTVT - Khoa Công nghệ 5 Đồ án tốt nghiệp Giao thức trong mạng VoIP RTCP Real Time Control Protocol Giao thức điều khiển thời gian thực Sigtran Signalling Transport Giao thức truyền báo hiệu SS7 trên mạng IP 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 SessionAnnouncement 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 Nguyễn Văn Thương 46K - ĐTVT - Khoa Công nghệ 6 Đồ án tốt nghiệp Giao thức trong mạng VoIP SCCP SignalingConnection 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 SLA Service level Agreement Thỏa thuận mức dịch vụ TCA Traffic Control Aggrate Tập hợp điều khiển lưu lượng Nguyễn Văn Thương 46K - ĐTVT - Khoa Công nghệ 7 Đồ án tốt nghiệp Giao thức trong mạng VoIP Chương 1. 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 Nguyễn Văn Thương 8 46kĐT-VT Khoa Công Nghệ Đồ án tốt nghiệp Giao thức trong mạng VoIP 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. 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 64kb/s. Thứ hai, 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 ăn 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 trạm 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 ban đầu. Đặc biệt là khi các gói tin được truyền theo nhiều con đường khác nhau tới trạm đích. Chính vì lý do trên mà các gói tin cần Nguyễn Văn Thương 46kĐT-VT Khoa Công Nghệ 9 Đồ án tốt nghiệp Giao thức trong mạng VoIP 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; - Khả năng truyền ưu tiên: Chuyển mạch gói còn có thể sắp thứ tự cho các gói để có thể truyền đi theo mức độ ưu tiên. Trong chuyển mạch gói số cuộc gọi bị từ chối ít hơn nhưng phải chấp nhận một nhược điểm thời gian trễ sẽ tăng lên; - Khả năng cung cấp nhiều dịch vụ thoại và phi thoại; - Thích nghi tốt nếu như có lỗi xảy ra: Đặc tính này có được là nhờ khả năng định tuyến động của mạng. Bên cạnh những ưu điểm thì mạng chuyển mạch gói cũng bộc 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 mạng gói không cao, dễ xảy ra tắc nghẽn, lỗi mất bản tin; - Tính đa đường có thể gây ra là lặp bản tin, làm tăng lưu lượng mạng không cần thiết; - Tính bảo mật trên đường truyền chung là không cao. 1.2. ĐẶC TÍNH CỦA MẠNG VOIP 1.2.1. Ưu điểm - Giảm chi phí: Đây là ưu điểm nổi bật của VoIP so với điện thoại đường dài thông thường. Chi phí cuộc gọi đường dài chỉ bằng chi phí cho truy nhập Internet. Một giá cước chung sẽ thực hiện được với mạng Internet và do đó tiết kiệm đáng kể các dịch vụ thoại và fax. Sự chia sẻ chi phí thiết bị và thao tác giữa 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 64Kb/s xuống dưới 8Kb/s, tức là một kênh 64Kb/s lúc này có thể phục vụ đồng thời 8 kênh thoại độc lập. Nguyễn Văn Thương 46kĐT-VT Khoa Công Nghệ 10