Nghiên cứu công nghệ truyền thoại qua Internet sử dụng giao thức TCP IP (VoIP)

Nghiên cứu công nghệ truyền thoại qua Internet sử dụng giao thức TCP IP (VoIP)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

-

Bùi xuân Hạnh

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUYỀN THOẠI QUA INTERNET SỬ DỤNG GIAO THỨC TCP/IP (VOIP)

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Điện Tử Viễn Thông

Cán bộ hướng dẫn: TS Ngô Thái Trị

Hà nội - 2005

CHƯƠNG 1 GIAO THỨC TCP/IP

1.1 Một số khái niệm của mạng TCP/IP 2

1.3 Các giao thức trong TCP/IP 6

1.3.1 Giao thức dòng thời gian thực RTP (Real Time Protocol) 9

1.3.2 Giao thức UDP (User Datagram Protocol) 11

1.3.3 Giao thức điều khiển truyền tin (TCP) 12

1.3.4 Giao thức IP (Internet Protocol) 15

1.3.4.1 Khái quát về giao thức IP 15

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ VOIP

2.1 Tổng quan về VOIP 27

2.1.1 Giới thiệu chung về VOIP 27

2.1.2 Hoạt động của VOIP 28

2.1.3 So sánh giữa VOIP và mạng chuyển mạch công cộng (PSTN) 32

2.2 Các đặc trưng của VOIP 34

2.3 Hạn chế của việc sử dụng điện thoại VOIP 36

3.2 Định tuyến kênh điều khiển và báo hiệu cuộc gọi 44

3.2.1 Định tuyến kênh điều khiển cuộc gọi 45

3.2.2 Định tuyến kênh báo hiệu cuộc gọi 46

3.3 Các thủ tục báo hiệu 47

3.3.1 Thiết lập cuộc gọi (Giai đoạn 1) 48

3.3.2 Thiết lập kênh điều khiển (Giai đoạn 2) 51

3.3.3 Thiết lập kênh truyền thông ảo (Giai đoạn 3) 51

3.3.4 Tham số cuộc gọi 52

3.3.4.1 Thay đổi độ rộng băng tần 52

3.3.4.2 Trạng thái 54

3.3.5 Kết thúc cuộc gọi 55

CHƯƠNG 4

VẤN ĐỀ NÉN TÍN HIỆU VÀ GIẢM THIỂU ĐỘ TRỄ TRONG VOIP

4.1 Tổng quát 59

4.2 Các kỹ thuật nén tín hiệu trong VOIP 60

4.2.1 Nguyên lý chung của bộ mã hoá CELP 63

4.2.2 Nguyên lý bộ mã hoá CS-CELP 65

4.2.3 Nguyên lý bộ giải mã CS-CELP 66

4.4 Vấn đề giảm thiểu hoá nguồn trễ 75

4.4.1 Tối thiểu hoá ghi âm bên truyền 75

4.4.2 Tối thiểu hoá trễ Modem 76

4.4.3 Tối thiểu hoá bộ đệm Jitter 76

4.4.4 Trễ đầu cuối đến đầu cuối 77

CHƯƠNG 5 VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG VOIP Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 5.1 Giới thiệu 78

5.2 Chất lượng dịch vụ (QoS) 79

5.3 Phân cấp chất lượng 80

5.4 Vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ 81

5.5 Triển khai VOIP ở Việt Nam 82

5.6 Triển khai VOIP trên thế giới 83

Kết luận

Danh mục các từ viết tắt

ACELP Algebraic Code Excite Linear

Prediction

Dự đoán tuyến tính kích thích đạisố

ACD Automatic Call Distribution Tự động phân phối cuộc gọi

ACF Admission Confirmation Xác nhận yêu cầu truy nhập

ACR Admission Control Routine Thủ tục điều khiển thu nạp

ADSL Asymmetric Digital Subcriber Line Đường thuê bao số không đối xứng

ASCCII

American Standard Code for Information Interchange

CIF Common Intermediate Format khuôn dạng trung gian chung

CRV Call Reference Value Giá trị tham chiếu cuộc gọi

DS0 Digital Signal Level 0 Tín hiệu số cấp 1 (64Kbps)

DTMF Dial Tone Multi Frequency Quay số đa tần

ECTF Enterprise Computer Telephony

Forum

Diễn đàn máy tính truyền thông

ETSI European Technical Standard

Institute

Viện tiêu chuẩn kỹ thuật châu âu

HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản

IETF Internet Engineering Task Force

IPX Internetwork Protocol Exchange Chuyển đổi giao thức Internetwork

ISDN Integrated Services Digital Nework Mạng số đa dịch vụ

ISP Internet Services Provider Các nhà cung cấp dịch vụ Internet

ITU-T International Telecommunication

Union - Telecommunication Standardization

Hiệp hội viễn thông quốc tế

IVR Interactive Voice Response Tương tác thoại

LDAP Link Access Procedure on D

channel

Thủ tục truy nhập kết nối kênh D

MCS Multipoint Communications System Hệ thống liên lạc đa điểm

LỜI CẢM ƠN

Trước hết em xin gửi tới thầy giáo, Tiến sĩ Ngô Thái Trị - Giám

đốc Trung tâm tin học và đo lường - Đài Truyền hình Việt Nam - lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đã trực tiếp hướng dẫn , chỉ bảo tận tình trong suốt quá trình em làm luận văn

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội đã hết lòng dạy bảo, giúp đỡ em trong những năm học Đại Học, giúp em có những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong cuộc sống và tương lai

Cuối cùng, em xin cảm ơn những người thân trong gia đình và bạn bè đã giúp đỡ, động viên em hoàn thành luận văn này

Hà nội, tháng 05 năm 2005 Sinh viên

Bùi xuân Hạnh

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, các dịch vụ viễn thông rất phong phú và đa dạng, bao gồm các dịch vụ truyền thống đã tồn tại trong thời gian dài và các dịch vụ mới được phát triển trong thời gian gần đây Tiền đề của nó chính là sự phát triển của công nghệ điện tử và công nghệ mạng Cụ thể hơn, chúng ta có thể nói rằng sự đa dạng của các dịch vụ viễn thông bắt nguồn từ sự phát triển của các công nghệ liên quan như truyền dẫn, xử lý tín hiệu, chuyển mạch và công nghệ phần mềm …

Mạng điện thoại truyền thống PSTN đã trở nên quen thuộc và ngày càng có vị trí quan trọng trong đời sống con người, nhất là trong cuộc sống hiện đại, khi mà vấn đề liên lạc của con người trở nên cần thiết hơn bao giờ hết Tuy nhiên, mạng viễn thông cho đến tận bây giờ vẫn hầu hết sử dụng kỹ thuật chuyển mạch kênh, trong đó sẽ cung cấp cho mỗi cuộc gọi một đường kết nối vật lý 64kbps riêng biệt từ người gọi đến người bị gọi Theo đó thì chất lượng thoại qua phương thức này rất tốt và gần như trở thành một tiêu chuẩn cho các dịch vụ thoại Tuy nhiên, 64kbps là một dung lượng khá lớn để truyền một dải tần giới hạn dưới 3,4 KHz Nhất là trong thời đại ngày nay khi mà lượng thông tin cần luân chuyển trên mạng ngày càng nhiều

Công nghệ VOIP (Voice Over Internet Protocol) là một công nghệ truyền thoại hoàn toàn khác với phương thức truyền thống VOIP thực hiện

việc lấy mẫu tín hiệu thoại, số hoá và đóng gói chúng thành các gói tin và truyền qua Internet sử dụng công nghệ chuyển mạch gói, cùng với các công nghệ nén tiếng nói tốc độ thấp sẽ giúp việc khai thác mạng viễn thông một cách hiệu quả hơn nhiều so với phương pháp truyền thống và cho phép có thể mở rộng nhiều dịch vụ tiên tiến trong tương lai mà rất hạn chế với mạng điện thoại truyền thống

Tuy nhiên, VOIP cũng đặt ra nhiều thách thức cho các nhà thiết kế hệ

thống để có thể cung cấp một chất lượng thoại có thể chấp nhận được hay thậm chí tương đương với điện thoại truyền thống Chẳng hạn như vấn đề độ trễ hay tiếng vọng, những vấn đề ảnh hưởng trực tiếp đến cảm giác âm thanh Trước

điều kiện đó, việc nghiên cứu tìm hiểu về VOIP là một điều hết sức cần thiết

Luận văn này sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về VOIP, về khái niệm, cấu hình, các chuẩn trong VOIP, những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng thoại

VOIP là một công nghệ tuy đã được nghiên cứu nhiều nhưng nói chung nó vẫn còn là một công nghệ mới và còn nhiều điều cần nghiên cứu nên việc hiểu một cách chi tiết và sâu hơn không thể gói gọn trong một luận văn Hơn nữa, thời gian làm luận văn không nhiều nên trong nghiên cứu và trình bày chắc chắn không tránh khỏi sai sót Rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, bạn bè, những người có cùng quan tâm về VOIP

CHƯƠNG 1

GIAO THỨC TCP/IP

Trong những năm gần đây, lưu lượng thoại phát triển tương đối ổn định trong khi lưu lượng số liệu phát triển hết sức mạnh mẽ Mạng thoại phát triển tốt song nó chỉ đáp ứng được ứng dụng cơ bản là truyền thoại và một số ứng dụng dữ liệu dùng một lượng băng thông nhỏ tương ứng Trong khi đó các mạng dữ liệu (Internet, PN, VPN ) đáp ứng được nhiều ứng dụng số liệu và đã thu hút được số lượng người dùng lớn Điều này có nghĩa là phần lớn lưu lượng thoại sẽ được truyền qua mạng chuyển mạch gói trong thời gian không xa Điện thoại qua Internet đã gây được sự chú ý mạnh mẽ nhất và có khả năng trở thành nền tảng cho mạng thoại dùng công nghệ chuyển mạch gói.

Mặt khác, về phương diện công nghệ, mạng dữ liệu không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng như: luôn phải phát triển công nghệ mới để truyền dữ liệu tốc độ cao hơn, dung lượng lớn hơn Còn mạng thoại thì phát triển ổn định, cách thiết lập cuộc gọi không khác nhau nhiều so với cách đây vài thập niên Từ những phân tích đó người ta đã đưa ra các giải pháp nhằm hợp nhất lưu lượng thoại và dữ liệu vào một cơ sở hạ tầng mạng đơn nhất, một trong các giải pháp đó là công nghệ VOIP (Voice over Internet Protocol).Truyền thông thoại được trợ giúp bởi các giao thức Internet gọi là VOIP VOIP đã đặc biệt lôi cuốn người dùng bởi chúng có giá cả tương đối thấp Thực tế, chất lượng chuyển tiếp đường dài điện thoại qua IP ngày một nâng lên, hiện nay đã trở thành một trong những bước tiến quan trọng để hội tụ những công nghệ truyền thông dữ liệu, video và âm thanh (voice)

Chúng ta có thể nhìn nhận VOIP như là khả năng thiết lập các cuộc gọi điện thoại và gửi những bản fax (facsimiles) qua mạng dữ liệu IP cơ sở với chất lượng dịch vụ thích hợp và cước phí thấp hơn nhiều Những nhà sản xuất thiết bị coi đây là một cơ hội để đổi mới và bổ sung cân đối với những nhà cung cấp dịch vụ Internet Người sử dụng đang tìm kiếm các kiểu ứng dụng mới của sự hợp nhất âm thanh, dữ liệu.Truyền âm thanh thành công qua mạng chuyển mạch gói mang lại một cơ hội lớn, tuy nhiên việc thực thi VOIP cần nhiều yếu tố như: công nghệ, cơ sở hạ tầng, phần mềm, hệ thống Trong cuốn tài liệu nhỏ này chủ yếu đề cập tới các vấn đề tổng quan của công nghệ VOIP qua các tiêu chuẩn hiện đang được khuyến nghị sử dụng rộng rãi trên thế giới

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Proctocol) là một bộ giao thức cho phép các thiết bị khác nhau có thể truyền thông được với nhau trên mạng máy tính TCP/IP được phát triển như một dự án nghiên cứu bắt đầu vào năm 1969 của ARPA (Advanced Research Project Agency) thuộc Bộ quốc phòng Mỹ nhằm kết nối các máy tính của các trung tâm nghiên cứu lớn trong toàn liên bang, đánh dấu sự phát triển của mạng ARPA, tiền thân của mạng thông tin toàn cầu Internet ngày nay

1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CỦA MẠNG TCP/IP

Các thành phần logic của mạng TCP/IP có thể rất giống nhau về mặt cấu trúc cũng như mặt cấu tạo vật lý, nhưng chúng lại thực hiện các chức năng hoàn toàn khác nhau

Các trạm ( host )

Với TCP/IP, thuật ngữ trạm để chỉ bất kì các thiết bị tính toán nào kết

nối vào hệ thống mạng máy tính và truyền thông sử dụng họ giao thức TCP/IP Trạm sử dụng các chương trình ứng dụng cho phép chúng có thể truyền thông được với nhau Một trạm có thể là một máy tính lớn (mainframe), máy vi tính (microcomputer) hay một máy vi tính cá nhân (personal computer) …

Mạng (Network)

Các host được kết nối với nhau qua các liên kết vật lý tạo thành một mạng, mạng là tập hợp của hai hay nhiều máy tính kết nối với nhau sử dụng một cấu hình nhất định Kiến trúc TCP/IP là độc lập với các mạng, nghĩa là nó cho phép các mạng bất kì có thể được kết nối thành viên (internetwork) miễn sao chúng sử dụng họ giao thức TCP/IP

Các bộ định tuyến (Routers)

Router là một thiết bị cung cấp khả năng kết nối của một số lượng lớn

các mạng riêng biệt tạo nên mạng TCP/IP Chức năng chính của router là định tuyến các dòng lưu lượng khi chúng đến theo các con đường khả dụng tại thời điểm định tuyến từ mạng vật lý này sang mạng vật lý khác Các đơn vị dữ liệu là các gói tin trong TCP/IP, chúng độc lập với nhau và có thể được router định tuyến theo các con đường khác nhau trước khi chúng đến cùng một đích Chức năng định tuyến có thể được thực hiện bằng phần mềm định tuyến được cài đặt trên một host hay có thể được hoạt động như một thiết bị đặc biệt cung cấp khả năng định tuyến, trong đó cách thứ hai thường được sử dụng trong các mạng TCP/IP lớn

1.2 CÁC THÀNH PHẦN VẬT LÝ CỦA MẠNG TCP/IP

Mạng TCP/IP được xây dựng trên cơ sở các mạng vật lý riêng biệt nhau có thể cùng hay khác cấu hình, miễn sao chúng tuân thủ một cách nghiêm ngặt các định nghĩa trong họ giao thức TCP/IP Các thiết bị trong mạng TCP/IP được phân thành các nhóm sau:

1.2.1 Các thiết bị tính toán (Computing Devices)

Mạng TCP/IP nhìn chung, bao gồm các thiết bị tính toán đa mục đích, chẳng hạn như các máy tính cá nhân PC, các trạm làm việc (work station) có thể cùng loại hay khác loại Các thiết bị cho mục đích đặc biệt, chẳng hạn như máy in thông minh, có thể được kết nối trực tiếp vào mạng mà thông thường được gắn vào một hệ thống máy tính của mạng Các thiết bị tính toán được sử dụng cho người dùng cuối, trên đó chạy các chương trình ứng dụng giúp cho người sử dụng cuối khai thác mạng gọi là host

1.2.2 Đường truyền

Đường truyền có thể là vô tuyến hoặc hữu tuyến, bao gồm các phương tiện truyền dẫn tín hiệu như: hệ thống cáp (cáp xoắn, cáp đồng trục, cáp quang …), các đường truyền vô tuyến như hồng ngoại, sóng viba, các tuyến thông tin vệ tinh

1.2.3 Các bộ giao tiếp mạng (NIC - Network Interface Card)

Đôi khi còn gọi là card mạng hay bộ thích ứng mạng (adapter) được cắm vào mỗi trạm của mạng Nhiệm vụ của NIC là thực hiện các chức năng phần cứng của thiết bị tính toán Nó làm nhiệm vụ của tầng vật lý, tạo các liên kết vật lý để truyền tải các luồng thông tin được yêu cầu từ các lớp cao hơn sau khi đã mã hoá thành các xung điện Mỗi NIC có một địa chỉ vật lý duy nhất trên mạng, các nhà sản xuất NIC được phân bổ các dãy địa chỉ dành cho mình để đảm bảo không có sự trùng lặp địa chỉ của hai NIC bất kì

Một số thiết bị tính toán có thể NIC được tích hợp, còn lại hầu hết đều cần bổ sung NIC khi cần kết nối các thiết bị vào mạng Card giao tiếp mạng là loại thiết bị phổ thông nhất để nối máy tính với mạng Trong NIC có một bộ

thu phát với một số kiểu đấu nối 1.2.4 Bộ tập trung (Hub)

Hub là bộ chia hay cũng có thể gọi là bộ tập trung dùng để đấu mạng Sử dụng các Hub để đấu nối các trạm của mạng qua một điểm tập trung Người ta chia làm các loại Hub sau:

Hub bị động (Passive Hub)

Hub này không xử lý tín hiệu mà nó chỉ đơn thuần thực hiện chức năng tổ hợp tín hiệu từ một số đoạn cáp mạng Khoảng cách tối đa giữa Hub với máy tính phải nhỏ hơn 1/2 khoảng cách tối đa cho phép giữa hai máy tính trong mạng

Hub chủ động (Active Hub)

Loại Hub này có thể khuếch đại và xử lý các tín hiệu điện tử truyền giữa các thiết bị của mạng làm các tín hiệu này trở nên mạnh hơn

Hub thông minh (Intelligent Hub)

Giống như Hub chủ động nhưng có thêm các chức năng quản trị Hub

Hub chuyển mạch (Switching Hub)

Loại này cho phép chọn đường rất nhanh, hiện nay nó đang dần thay thế cho Brigde và Router

1.2.5 Bộ điều chế và giải điều chế (Modem)

Là thiết bị có chức năng chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự và ngược lại, dùng để kết nối các máy tính qua đường điện thoại Modem cho phép trao đổi thư điện tử, truyền file, truyền fax … Modem không thể dùng để kết nối các mạng xa với nhau Tuy nhiên nó có thể kết hợp với Router để kết nối mạng thông qua mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

1.2.6 Bộ chọn đường (Router)

Router là một thiết bị thông minh, nó có thể thực hiện các giải thuật chọn đường đi tối ưu cho các gói tin theo một chỉ tiêu nào đó Router cho phép nối các kiểu mạng khác nhau thành một liên mạng Muốn vậy các Router phải được thiết kế sao cho có thể làm việc được với nhiều giao thức Hiện nay các router của các hãng nổi tiếng như CISCO, BAY NETWORKS… đều có thể làm việc được với hầu hết các giao thức phổ biến

1.2.7 Phần mềm mạng

Một phần cần phải kể đến khi nghiên cứu mạng TCP/IP là phần mềm mạng NIC thực hiện các chức năng mức thấp trong mạng nhằm cung cấp một giao diện giữa host và toàn mạng Phần còn lại, để người sử dụng có thể giao tiếp được với mạng cũng như giao tiếp được với nhau, cần đến các phần mềm mạng Các phần mềm mạng là cầu nối giữa người dùng và các giao diện vật lý, việc thông dịch các lệnh của người sử dụng là trong suốt đối với người sử dụng Người sử dụng khai thác mạng thông qua các tập lệnh hay các tiện ích mạng và phần mềm mạng giúp thông dịch các yêu cầu của người sử dụng và

làm việc với các tầng thấp hơn Trong khi các thiết bị phần cứng là cố định thì phần mềm mạng có các phiên bản cải tiến giúp cho việc khai thác mạng được hiệu quả hơn

1.3 CÁC GIAO THỨC TRONG TCP/IP

Kiến trúc mạng TCP/IP định nghĩa các cặp giao thức truyền thông tương ứng với các tầng cùng lớp của các hệ thống khác nhau

Hình 1.1 Sơ đồ định nghĩa các giao thức, giao diện TCP/IP

Các giao thức định nghĩa các dạng dữ liệu được trao đổi giữa các lớp cùng cấp của hai hệ thống khác nhau, đồng thời quy định quy tắc để dữ liệu này được truyền như thế nào giữa hai mạng

Tập hợp các giao thức quan trọng hoạt động trong tầng Internet và tầng Transport cung cấp các dịch vụ truyền thông cơ bản Các giao thức truyền thông có thể cung cấp các dịch vụ ở hai dạng: kết nối có định hướng (connection-oriented) và kết nối không định hướng (connectionless)

Kết nối có định hướng (connection-oriented)

Giao thức kết nối có định hướng yêu cầu các bên tham gia cuộc truyền phải có một kết nối logic giữa các thực thể đồng mức Các dịch vụ được cung cấp bởi giao thức không định hướng tương tự như các dịch vụ cung cấp bởi hệ thống điện thoại truyền thống Quá trình truyền gồm ba pha được định nghĩa rõ ràng:

Pha 1: Cài đặt kết nối (tương tự như việc quay số cuộc gọi) Pha 2: Truyền dữ liệu (tương tự như việc đàm thoại)

Pha 3: Giải phóng kết nối (tương tự như động tác đặt máy, kết thúc cuộc gọi)

Các thông số của kết nối phải được thoả thuận từ đầu giữa các thực thể tham gia cuộc truyền qua thủ tục thiết lập cuộc gọi, đôi khi còn gọi là thủ tục bắt tay (handshake) Với kết nối có định hướng, truyền dữ liệu luôn luôn liên quan đến hai thực thể truyền thông Nếu một thực thể muốn truyền thông với một thực thể thứ ba hay nhiều hơn thì nó cần phải cài đặt các kết nối riêng biệt đến mỗi thực thể và truyền dữ liệu đến mỗi thực thể trong một quá trình riêng Hơn nữa, người nhận chỉ được xác định duy nhất tại một thời điểm

Sau khi thiết lập cuộc truyền, dòng dữ liệu theo cùng một đường kết nối đến đích Các thông tin cần được yêu cầu trong quá trình truyền chỉ là các thông tin nhận dạng kết nối cũng như dữ liệu được kết hợp như thế nào mà không phải là các thông tin nhận dạng bên nhận

Kết nối có định hướng được sử dụng để cung cấp các dịch vụ yêu cầu độ tin cậy cao và các dịch vụ truyền thông có tính liên tục Người gửi có thể yên tâm rằng các gói tin được đến đích một cách chính xác và theo đúng thứ tự Nếu có một sự cố xảy ra, toàn bộ kết nối có thể sẽ phải được giải phóng để thực hiện một kết nối mới và các thực thể cần phải được thông báo về sự kiện này Sự giải phóng kết nối có thể do các thực thể tham gia cuộc truyền, cũng có thể do bản thân giao thức, bởi vì bất kì một pha nào trong giao thức cũng có thể

xảy ra lỗi tại bất kì thời điểm nào

Kết nối không định hướng (connectionless)

Giao thức kết nối không định hướng hoạt động như hoạt động chuyển thư của bưu điện, trong đó mỗi bức thư được cố gắng chuyển đến đích dựa vào các thông tin trên bì thư Với kết nối không định hướng, không yêu cầu các pha rõ rệt như trong liên kết có định hướng Việc truyền thông tin có thể chỉ thông qua một phase duy nhất Điểm khác biệt lớn nhất của phương thức kết nối không định hướng và phương thức kết nối định hướng là các gói tin được lưu chuyển một cách độc lập và có thể theo các con đường rất khác nhau trước khi đến đích

Kết nối không định hướng đặc biệt có tác dụng khi tổng số dữ liệu là nhỏ và không liên tục Bởi vì khi đó thời gian cần để thiết lập kênh truyền sẽ lớn và thời gian trễ dành riêng cho kênh truyền khá lớn, thậm chí tổng thời gian này có thể lớn hơn cả thời gian truyền dữ liệu thực sự

Một ưu điểm của liên kết không định hướng là sử dụng các định dạng đa phát đáp (multicast) để cho phép truyền thông tới nhiều người cùng một lúc Tuy nhiên, với kết nối không định hướng, không có gì đảm bảo rằng các gói tin đến đúng đích theo đúng thứ tự gửi, bởi vì các gói tin có thể chu du theo các con đường khác nhau trước khi đến đích và do đó chúng có thể gây nên hiện tượng Jitter trong VOIP sẽ được nghiên cứu kỹ hơn ở phần sau của luận văn Vì vậy, kết nối không định hướng thường được sử dụng để cung cấp các dịch vụ ít tin cậy, nhưng lại giảm thiểu chi phí Phương thức này tỏ ra hiệu quả hơn phương thức kết nối có định hướng đã trình bày ở trên

Cấu trúc TCP/IP được xây dựng dựa trên giao thức Internet, một giao thức theo kiểu không định hướng, hoạt động trên tầng Internet trong cấu hình phân tầng TCP/IP Những dịch vụ nó cung cấp được sử dụng hoặc là với giao thức UDP hoặc là với giao thức TCP Việc lựa chọn phương thức kết nối nào tùy thuộc vào hoàn cảnh thực tế của các mạng, các dịch vụ mạng cần cung cấp

Hình1.2 Các tầng của bộ giao thức TCP/IP

Transport layer ( Hostlayer )

Internet layer

(Getway layer)

Network Interface layer

Control Protocol User Datagram

RIPApplication

Network Interface layer Transport layer (Host layer)

FTP (File Transfer Protocol): giao thức truyền file, cho phép người

dùng lấy hoặc gửi file tới một máy khác

Telnet: chương trình mô phỏng thiết bị đầu cuối, cho phép người

dùng login vào một máy chủ từ một máy tính nào đó trên mạng

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): một giao thức thư tín điện

tử

DNS (Domain Name Server): dịch vụ tên miền, cho phép nhận ra máy tính từ một tên miền thay cho chuỗi địa chỉ Internet khó nhớ SNMP (Simple Network Management Protocol): giao thức quản trị

mạng, cung cấp những công cụ quản trị mạng

RIP (Routing Internet Protocol): Giao thức dẫn đường động

ICMP (Internet Control Messege Protocol): nghi thức thông báo

lỗi

UDP (User Datagram Protocol): Giao thức truyền không kết nối, cung cấp dịch vụ truyền không tin cậy nhưng tiết kiệm chi phí truyền TCP (Transmission Control Protocol): Giao thức hướng kết nối,

cung cấp dịch vụ truyền thông tin tưởng

IP (Internet Protocol): Giao thức Internet chuyển giao các gói tin

qua các máy tính đến đích

ARP (Address Resolution Protocol): Cơ chế chuyển địa chỉ TCP/IP

thành địa chỉ vật lý của các thiết bị mạng

1.3.1 Giao thức dòng thời gian thực RTP (Real time protocol)

Ngoài các giao thức được dùng trong truyền tải dữ liệu nói chung trên mạng như TCP, UDP, dòng tín hiệu thoại và video trong VOIP có một số đặc trưng khác với dòng dữ liệu bình thường Do đó kéo theo một số giao thức được khuyến nghị dùng trong VOIP cho mục đích truyền tải thoại và video cũng như ứng dụng đa phương tiện khác Các đặc điểm đó là:

Sự liên tục

Các gói tin phải được sắp xếp theo đúng thứ tự khi chúng đến bên nhận, các

gói đến có thể không theo thứ tự và nếu gói tin bị mất thì bên nhận phải dò tìm

hay bù lại sự mất các gói tin này

Sự đồng bộ bên trong các phương thức truyền thông

Các khoảng lặng trong tiếng nói được triệt và nén lại để giảm thiểu băng thông cần thiết, tuy nhiên khi đến bên nhận, thời gian giữa các khoảng lặng này phải

được khôi phục một cách chính xác

Sự đồng bộ giữa các phương thức truyền thông: Có thể tín hiệu thoại

sử dụng một phương thức truyền thông trong khi tín hiệu video lại sử dụng một phương thức truyền thông khác, các tín hiệu tiếng và hình phải

được đồng bộ một cách chính xác, gọi là sự đồng bộ tiếng - hình

Sự nhận diện phương thức truyền tải: Trong Internet, thông thường

cần thay đổi sự mã hoá cho phương thức truyền tải (payload) trên hành trình truyền để hiệu chỉnh thay đổi độ rộng băng thông sẵn sàng hoặc đủ khả năng cho người dùng mới kết nối vào nhóm Một vài cơ chế cần

được sử dụng để nhận diện sự mã hoá cho mỗi gói đến

Các tính chất này được hỗ trợ bởi các phương thức truyền tải (transport protocols)

Đa phát đáp thân thiện: (multicast – friendly): RTP và RTCP là kỹ

thuật cho đa phát đáp, cung cấp khả năng mở rộng cuộc hội thoại nhiều bên Trên thực tế, chúng được thiết kế để có thể hoạt động trong cả các nhóm đa phát đáp nhỏ, phù hợp cho các cuộc điện đàm ba bên Đối với các nhóm lớn, chúng sử dụng đa phát đáp quảng bá

(broadcasting)

Độc lập thiết bị: RTP cung cấp các dịch vụ cần thiết chung cho

phương thức truyền thông thời gian thực nói chung như thoại, video hay bất kì một bộ mã hoá, giải mã cụ thể nào có sự định nghĩa các phương thức mã hoá và giải mã riêng bằng các thông tin tiêu đề và

định nghĩa

Các bộ trộn và chuyển đổi: Các bộ trộn là thiết bị nắm giữ phương

thức truyền thông từ một vài người sử dụng riêng lẻ, để trộn hoặc nối chúng vào các dòng phương thức truyền thông chung, chuyển đổi chúng vào khuôn dạng khác và gửi nó ra Các bộ chuyển đổi có ích cho sự thu nhỏ băng thông yêu cầu của dòng số liệu từ dòng số liệu chung trước khi gửi vào từng kết nối băng thông hẹp hơn mà không yêu cầu nguồn phát RTP thu nhỏ tốc độ bit của nó Điều này cho phép các bên nhận kết nối theo một liên kết nhanh để vẫn nhận được truyền thông chất lượng cao RTP hỗ trợ cả các bộ trộn và cả các bộ chuyển

đổi

Mã hoá thành mật mã: Các dòng phương thức truyền thông RTP có

thể mã hoá thành mật mã dùng các khoá, việc mã hoá đảm bảo cho

việc thông tin trên mạng được an toàn hơn

Tiêu đề của gói RTP dài 12 bytes (như hình dưới) Trường V chỉ rõ phiên bản của giao thức, cờ X báo hiệu đặc trưng của tiêu đề mở rộng giữa tiêu đề cố

định và số liệu đi theo Nếu bit P là 1, phần số liệu được đệm thêm để đảm bảo liên kết đầy đủ cho sự mã hoá thành mật mã

Hình 1.3: Cấu trúc tiêu đề cố định RTP

1.3.2 Giao thức UDP – User Datagram Protocol

UDP hoạt động ở tầng giao vận của mô hình mạng TCP/IP Nó cho phép chương trình ứng dụng truy cập trực tiếp đến gói tin của dịch vụ chuyển giao giống như dịch vụ mà giao thức IP cung cấp Nó cho phép ứng dụng trao đổi thông tin qua mạng với ít thông tin điều khiển nhất UDP là giao thức không kết nối, kém tin cậy vì nó không có cơ chế kiểm tra tính đúng đắn của dữ liệu truyền

Cấu trúc gói tin UDP

0 31

Payload ( audio, video )

Dest Add

Source Add

Type Field IP Header UDP data CRC

0

Hình 1.4 Cấu trúc gói tin UDP

Mỗi gói thông tin UDP gọi là một phần trong Datagram, được phân làm 2 phần header và data Trong đó header chứa thông tin về địa chỉ cổng nguồn, địa chỉ cổng đích, độ dài của gói và checksum

Source Port: số hiệu cổng trạm nguồn gửi tin Destination Port: số hiệu cổng trạm cuối nhận tin

Length: tổng độ dài, tính theo byte của gói tin (bao gồm cả phần tiêu đề

và phần dữ liệu)

Checksum: đây là trường duy nhất trong gói tin UDP cung cấp cho mục

đích kiểm tra và sửa lỗi Nếu giá trị tính checksum được tính toán bởi trạm đích không khớp với giá trị checksum trong gói tin thì gói tin sẽ bị loại bỏ

Thông thường trạm đích thường sử dụng một bộ nhớ đệm để lưu giữ hàng đợi của các gói tin đến cần xử lý Một server khi thông tin với trạm khách thường không biết trước có bao nhiêu gói tin sẽ đến trong một khoảng thời gian Nếu như số lượng gói tin đến quá khả năng của hàng đợi thì các gói tin đến sau sẽ bị loại bỏ mà không được xử lý

1.3.3 Giao thức điều khiển truyền tin (Transmission Control TCP)

Protocol-Một số ứng dụng đòi hỏi giao thức giao vận cung cấp dịch vụ chuyển giao thông tin tin cậy sử dụng TCP bởi nó cung cấp dịch vụ kiểm tra đúng đắn và dữ liệu được truyền thích hợp Một số đặc điểm của dịch vụ tin cậy mà TCP cung cấp là:

Hướng dòng (Stream Orientation).

TCP coi dữ liệu nó gửi đi như là một dòng byte Do đó, TCP đảm bảo số thứ tự của các byte gửi nhận Trường Sequence number và Acknowledgment number trong header của TCP giữ dấu của các byte trong toàn bộ dòng dữ liệu truyền TCP chuẩn không bắt hệ thống phải sử dụng một số đặc biệt nào để đánh số dòng byte, mỗi hệ thống tự chọn một số mà nó sẽ dùng làm điểm bắt đầu Mỗi trạm cuối phải biết số thứ tự mà trạm kia dùng Chúng phải trao đổi một segment để đồng bộ hệ thống số sẽ được sử dụng (Synchronize sequenence number-SYN) trong quá trình bắt tay Trường Sequence number trong SYN segment chứa số bắt đầu (ISN) của dòng số đánh thứ tự, số này được định nghĩa ngẫu nhiên

Chuyển giao bộ đệm (Buffered Transfer)

Để giảm số lượng truyền thông, giao thức cố gắng sử dụng số lượng tối thiểu các segment để truyền tải thông tin Do vậy, giao thức sử dụng tối đa độ dài có thể của segment

Kết nối hai chiều (Full Duplex Connection)

TCP/IP cung cấp kết nối cho cả hai đầu của liên kết Điều này có nghĩa là tầng phía dưới cung cấp khả năng gửi trả thông báo từ trạm đích trở lại trạm nguồn TCP là giao thức hướng kết nối, nó thiết lập quan hệ logic giữa 2 trạm tham gia liên kết Thông tin điều khiển gọi là handshake được trao đổi giữa 2 trạm để thiết lập hội thoại trước khi thông tin được truyền

TCP cung cấp dịch vụ tin cậy với một cơ chế gọi là PAR ‘Positve Acknowledgment with Retransmission’ Đơn giản là trạm nguồn tiếp tục gửi thông tin đi cho tới khi nó nhận được thông báo dữ liệu đã được nhận chính xác tại trạm đích Đơn vị thông tin chuyển giao giữa các ứng dụng gọi là segment, mỗi segment chứa checksum để đảm bảo rằng segment không bị phá hủy trên đường truyền, nếu segment không bị phá hủy, trạm nhận gửi thông báo xác nhận lại trạm gửi Nếu segment bị phá hủy, trạm nhận hủy bỏ nó và sau một thời gian nào đó, trạm gửi sẽ gửi lại gói tin mà nó không nhận được thông báo xác nhận

Tại trạm gửi Thông tin trên mạng Tại trạm nhận

Hình 1.5 Truyền thông sử dụng TCP

Receive ACKSend packet 2Receive ACKSend packet 1

Receive packetSend ACK 1

Receive packetSend ACK 2

Gói tin TCP

Sequence Number Acknowledgment

Option Padding Data

Dest Add

Source Add Type field IP header TCP segment CRC

Hình 1.6 Gói tin TCP chứa trong một Ethenet frame • Source Port (16 bit): cổng nguồn trạm gửi

• Destination Port (16 bit): cổng đích trạm nhận • Sequence Number (32 bit): số thứ tự của gói tin

• Acknowledgment Number (32 bit): số hiệu của Segment tiếp theo mà trạm

nguồn đang chờ để nhận

• Offset (32 bit): số lượng các từ 32 bit trong TCP header • Reserved: để dành, không sử dụng

• Flags: cờ dẫn

• Window (16bit): cấp phát credit để kiểm soát luồng dữ liệu Đây chính là

số lượng các byte dữ liệu, bắt đầu từ byte được chỉ ra trong vùng ACK Number mà trạm nguồn sẵn sàng để nhận

• Checksum (16 bit): Mã kiểm tra lỗi sử dụng CRC (Circle Redundant

Check) cho toàn bộ segment

• Urgent Pointer (16 bit): Con trỏ này trỏ tới số hiệu tuần tự của byte đi theo

sau dữ liệu khẩn, cho phép bên nhận biết được độ dài của dữ liệu khẩn, vùng này chỉ có hiệu lực khi bit URG được lập

• Option (độ dài thay đổi): khai báo các lựa chọn của TCP, trong đó có độ

dài tối đa của vùng TCP data trong một segment

• Padding: phần chèn thêm vào header để đảm bảo header luôn kết thúc ở

một mốc 32 bit, nó bao gồm toàn số 0

• Data: chứa dữ liệu ở tầng trên gửi xuống, có độ dài tối đa ngầm định là 536

byte, giá trị này có thể điều chỉnh bằng khai báo trong phần Option

Một chương trình ứng dụng trong một host truy nhập vào các dịch vụ do TCP cung cấp thông qua một cổng Một cổng kết hợp với một địa chỉ IP tạo thành một socket duy nhất trong liên mạng Dịch vụ TCP được cung cấp nhờ một liên kết logic giữa một cặp socket Một socket có thể tham gia vào nhiều liên kết với các socket ở xa khác nhau Trước khi truyền dữ liệu, giữa hai trạm cần phải thiết lập một liên kết TCP giữa chúng và khi không còn nhu cầu truyền dữ liệu thì liên kết được giải phóng

1.3.4 Giao thức IP

1.3.4.1 Khái quát về giao thức IP

Bộ giao thức TCP/IP là tổ hợp của nhiều giao thức ở các tầng khác nhau nhưng thông thường mô hình phân lớp trong các hệ thống TCP/IP được xem là mô hình giản lược của OSI gồm 4 tầng như sau:

Application layer Presentation layer Session layer

Application layer

Data link layer Physical layer

Network access layer

Hình 1.7 Cấu trúc TCP/IP so sánh với mô hình OSI 1.3.4.2 Tầng giao diện mạng ( Network Interface layer )

Đôi khi tầng này còn được gọi là tầng mạng nội hạt ( Local Network Layer ) Tầng giao diện mạng có mặt ở tất cả các kết nối vật lý giữa các thiết bị mạng ( host, trạm trung chuyển … ) Nó bao gồm các kết nối vật lý giữa các thiết bị, các thành phần phần cứng của cơ sở hạ tầng mạng và có chức năng tương ứng với tầng vật lý và tầng liên kết dữ liệu trong mô hình OSI Tầng giao diện mạng cung cấp các phương tiện kết nối vật lý cáp, card mạng, giao thức

kết nối, giao thức truy cập đường truyền Nó cung cấp các dịch vụ cho tầng trên là tầng Internet

1.3.4.3 Tầng Internet

Tương ứng với tầng mạng trong mô hình OSI Nó cung cấp một địa chỉ logic cho giao diện vật lý mạng Cụ thể nó giải quyết các vấn đề như đánh địa chỉ, phân phối gói tin, định tuyến … Tầng này cho phép kết nối một cách mềm dẻo các mạng vật lý khác nhau, chẳng hạn mạng Ethernet, Token Ring, Token Bus Giao thức thực hiện của tầng này là giao thức IP (Internet Protocol) Ngoài ra, tầng này còn sử dụng các bộ giao thức ARP (Address Resolution Protocol) để thực hiện ánh xạ địa chỉ vật lý (MAC) cho tầng dưới cung cấp địa chỉ IP (có ở các host và các trạm trung chuyển)

1.3.4.4 Tầng giao vận (Transport layer)

Tương ứng với tầng vận tải trong mô hình OSI, nó thực hiện kết nối giữa hai máy chủ trên mạng, điều khiển luồng và kiểm soát lỗi Có hai giao thức được phát triển để hỗ trợ tầng này, đó là: giao thức điều khiển truyền dẫn (TCP) và giao thức UDP (User Datagram Protocol) Trong đó TCP được sử dụng cho các ứng dụng yêu cầu độ tin cậy và hiệu quả cao Ngoài ra, giao thức bản tin được người dùng ICMP (Internet Control Messege protocol) cho phép các trạm trung chuyển trao đổi thông tin quản lý và điều khiển bằng các bản tin Cả ba giao thức này được ứng dụng trong VOIP TCP được sử dụng để thiết lập cuộc gọi với yêu cầu độ tin cậy cao UDP được sử dụng để truyền các mẫu thoại với yêu cầu tính hiệu quả cao và chi phí giảm thiểu ICMP được các thiết bị VOIP sử dụng để thay đổi các kết nối và giải quyết các vấn đề trong truyền thông

1.3.4.5 Tầng ứng dụng (Application layer)

Tương ứng với lớp phiên, lớp trình diễn và lớp ứng dụng trong mô hình OSI, chỉ có mặt ở các host và hỗ trợ quá trình xử lý hay ứng dụng từ User to Host và Host to User Nó bao gồm các giao thức truy nhập từ xa (Telnet), truyền file (ITP), dịch vụ World Wide Web, Thư điện tử (SMTP)…

Giao thức IP hoạt động trong tầng Internet của mô hình phân lớp TCP/IP Nó cung cấp các dịch vụ trao đổi dữ liệu từ một trạm nguồn đến một trạm đích Các trạm nguồn và đích có thể cùng một mạng hay khác mạng vật lý

IP hoạt động trong mỗi trạm hoặc trong các bộ định tuyến dọc theo tuyến đường của gói tin di chuyển từ trạm nguồn đến trạm đích Đơn vị dữ liệu mà

một tiến trình ứng dụng gửi từ lớp giao vận xuống được gọi là một gói tin IP, đôi khi còn được gọi đơn giản là một gói tin (packet) Chức năng chính của IP là tổ chức các gói tin thành các định dạng dữ liệu và chuyển đến trạm đích

Không có cơ cấu kiểm tra luồng thông tin trong giao thức IP, nó là một giao thức theo kiểu không liên kết Do đó, giao thức IP cũng gây ra các vấn đề như mất gói, lặp gói hay các kiểu gói đến không theo thứ tự …

Khuôn dạng gói tin IP

Source IP address Destination IP address

IP datagram data ( Max 65535 byte )

Destination Addres

Source Address

Type field IP data TCP seg

CRC

Hình 1.8 Gói thông tin IP trong một frame Ethernet

• Time to live: dài 8 bit, dùng để xác định xem datagram này có bị truyền lặp

lại hay không (thông thường nó được gán là 1, nếu bị lặp lại nó sẽ bị gán là 0

• Protocol: dài 8 bit, trường này cho biết lớp giao thức cao hơn nào sẽ được

sử dụng (UDP hay là TCP)

• CRC: trường này được dùng để kiểm tra sự toàn vẹn của header

• IP option: chứa các thông tin như ‘dò’ đường, bảo mật, xác nhận thời gian • Padding: trường điền thêm các số 0 để đảm bảo header kết thúc tại một địa

chỉ bội của 32

• Source IP address, Destination IP address: chứa địa chỉ của station gửi và

địa chỉ của station đích

Gói tin IP chứa một trường checksum để kiểm tra tính toàn vẹn của IP header, nếu IP header lỗi, gói tin IP bị loại bỏ và giao thức lớp trên sẽ truyền một gói tin khác

Tầng IP làm công việc dẫn đường các gói tin qua mạng Internet từ máy tính này tới máy tính khác, qua các mạng khác nhau cho tới khi nó đến được trạm đích hoặc bị lỗi Việc truyền gói tin qua các mạng khác nhau được thực hiện thông qua một thiết bị kết nối giữa hai mạng gọi là gateway Khi một thông tin truyền qua các mạng khác nhau, nó có thể bị chia ra thành nhiều gói nhỏ hơn Thông tin truyền có thể quá lớn để có thể truyền trên một gói tin trên một mạng khác Vấn đề này chỉ gặp phải khi gateway được nối giữa các mạng vật lý khác nhau Mỗi kiểu mạng có một độ dài tối đa gói tin có thể truyền (Maximum Transmission Unit - MCU) Nếu thông tin nhận được từ mạng này dài hơn MCU của mạng kia, nó cần phải được chia nhỏ ra thành nhiều mảnh để truyền

1.3.4.6 Địa chỉ IP

Địa chỉ IP nhằm xác định duy nhất mỗi trạm làm việc trên mạng TCP/IP Do đó việc đánh địa chỉ cần đảm bảo không trùng lặp ngay cả khi có một số lượng lớn các trạm kết nối vào mạng Địa chỉ trên TCP/IP được phân biệt thành 3 loại:

Địa chỉ vật lý (địa chỉ MAC)

Địa chỉ này có độ dài 48 bit, nó được xác định bởi các thiết bị giao diện mạng (NIC) Mỗi NIC khi sản xuất đã có một địa chỉ vật lý và khi nó được sử dụng để kết nối các trạm vào mạng thì trạm sẽ mang địa chỉ vật lý của NIC đó

Tên Internet (Internet Address)

mỗi trạm khi kết nối vào mạng đều được cung cấp một tên duy nhất Đây

là địa chỉ 32 bit và thường được biểu diễn bởi các nhóm 8 bit, tạo thành 4

nhóm

Tên trạm (host name)

Việc biểu diễn các địa chỉ Internet dù sao vẫn gây cho người sử dụng

khó nhớ, thay vì mỗi trạm có một địa chỉ Internet thì mỗi trạm sẽ được xác định bằng các tên, được biểu diễn bằng các chữ cái và được phân cấp một cách dễ nhớ Chẳng hạn nhu tên: là một tên trạm, trong đó ta biết được trạm này ở đâu,

thuộc tổ chức hay quốc gia nào (việt nam-vn)

Trên thực tế, việc sử dụng tên trạm được sử dụng rộng rãi Bộ giao thức giúp phân giải từ địa chỉ IP sang địa chỉ vật lý và ngược lại là ARP/RARP

(Address Resolution Protocol/Reversed Address Resolution Protocol) và dịch vụ DNS (Domain Name Service) được sử dụng để ánh xạ từ địa chỉ IP sang tên host name và ngược lại Các giao thức này hoạt động theo cơ chế Server-Client, khi có yêu cầu chúng gửi đi một bản tin yêu cầu Server phân giải địa chỉ trả lời bằng một bản tin trong đó có chứa kết quả

Phân lớp địa chỉ IP

Mạng Internet dùng hệ thống địa chỉ IP (32 bit) để định vị các máy tính liên kết với nó Có hai cách đánh địa chỉ, phụ thuộc vào cách liên kết của từng máy

• Nếu các máy tính được kết nối trực tiếp với mạng Internet thì trung tâm thông tin Internet (Network Information Centre-NIC) sẽ cấp cho các máy tính đó một địa chỉ IP

• Nếu các máy tính không kết nối trực tiếp với mạng Internet thông qua một mạng cục bộ thì người quản trị mạng sẽ cấp cho các máy tính đó một địa chỉ IP Hệ thống địa chỉ này được thiết kế mềm dẻo qua một sự phân lớp, có 5 lớp địa chỉ IP là: A, B, C, D, E Sự khác nhau cơ bản giữa các lớp địa chỉ này là ở khả năng tổ chức các cấu trúc con của nó

Hình 1.9 Cấu trúc phân lớp địa chỉ IP • Địa chỉ lớp A

Lớp A sử dụng byte đầu tiên của 4 byte để đánh địa chỉ mạng Như hình trên, nó được nhận ra bởi bit đầu tiên trong byte đầu tiên của địa chỉ có trị giá 0 Ba byte còn lại được sử dụng để đánh địa chỉ máy trong mạng

Có 126 địa chỉ lớp A với số máy tính trong mạng là 2563 – 2 = 16.777.214 máy cho mỗi địa chỉ lớp A Địa chỉ lớp A thường được cấp cho những tổ chức có số lượng máy tính lớn

Nguyên nhân chỉ có 126 network trong khi dùng 8 bit vì bit đầu tiên mang giá trị 0 dùng để định nghĩa lớp A Do vậy còn lại 7 bit đánh từ 0 – 127, tuy nhiên người ta không sử dụng một địa chỉ chứa toàn các con số 1 hoặc 0 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 A có dạng: Network.host.host.host

• 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 = 16.128 địa chỉ mạng lớp B với 65.534 máy cho mỗi địa chỉ lớp B

Chồng giao thức H.323 lần đầu tiên được công nhận vào năm 1996, và thế hệ thứ 2 được công nhận vào năm 1998 Chuẩn H.323 hỗ trợ cho cả những thiết bị đứng riêng rẽ và những thiết bị được gắn vào công nghệ máy tính cá

nhân cũng như các cuộc đàm thoại hội nghị điểm - điểm và đa điểm H.323 bao gồm các chuẩn cho phép truyền thông qua môi trường mạng LAN (Local NetWork) và mạng chuyển mạch gói với sự đảm bảo về chất lượng dịch vụ (QoS - Quality of Service) đồng thời kết hợp được với các mạng khác Do đó H.323 là khuyến nghị quan trọng cho việc thực hiện truyền thông đa phương tiện (Multimedia), nó bao gồm các giao thức về báo hiệu H.225, giao thức điều khiển H.245, giao thức cho phép truyền các ứng dụng thời gian thực RTP, các chuẩn mã hoá và nén tín hiệu như các chuẩn G.x

1.4.1.Phạm vi của H.323

H.323 định nghĩa chủ yếu cho hoạt động dùng cho đầu cuối H.323 ngang hàng Khuyến nghị cũng định nghĩa thêm một số phần tử H.323 logic Các phần tử này bao gồm các Gatekeeper để điều khiển, giám sát và biến đổi địa chỉ Bộ điều khiển đa điểm MU (Multipoint Controller) và bộ xử lý đa điểm MCU (Multipoint Controll Unit) cho hội thoại nhiều bên Chồng khuyến nghị H.323 và phạm vi của nó gồm:

Audio CodecG.711 G.723 G 729Video Codec

H.261 H.263

RTP

Data interfaceT.120

System Control H.245 Control

Q.931 Call SetupRAS Control

H.225Ứng dụng

thoại Ứng dụng

video Ứng dụng

số liệu

Giao diện người sử dụng điều khiển hệ thống

LAN Interface

Hình 1.10: Phạm vi ứng dụng của H.323

Kênh H.245: điều khiển truyền thông Kênh H.225: điều khiển cuộc gọi

Khuyến nghị H.245: Mô tả cú pháp và định nghĩa các bản tin, tóm lược

những thủ tục điều khiển có chức năng thiết lập và giám sát quá trình liên lạc đa phương tiện (data, video, audio) giữa hai đầu cuối Các bản tin của H.245 thực hiện kiểm soát hoạt động của khối H.323 bao gồm khả năng trao đổi, đóng mở kênh logic, yêu cầu chế độ ưu tiên, điều khiển luồng, ra lệnh, chỉ thị

Khuyến nghị H.225: Mô tả phương thức kết hợp giữa thoại, dữ liệu,

video và tín hiệu điều khiển, phương thức mã hoá và đóng gói cho quá trình truyền tải thông tin giữa hai thiết bị H.323 trên mạng truyền số liệu gói H.225.0 cũng mô tả giao thức và định dạng bản tin cho tổng đài

Gateway Khuyến nghị này bao gồm giao thức RTP/RTCP Các chuẩn nén tín hiệu thoại: G.711, G.723, G.728 Các chuẩn mã hoá và nén tín hiệu video: H.261, H.263 Các chuẩn cho các ứng dụng chia sẻ số liệu: T.120 1.4.2 Các dịch vụ H.323

Hệ thống H.323 gộp chung một số chuẩn, chúng hoàn toàn cho phép thành lập và điều khiển các cuộc gọi điểm - điểm (point to point) cũng như các cuộc hội thoại đa điểm Các máy tính cá nhân và các thiết bị khác có thể chia sẻ hoạt động để thực hiện trộn âm thanh, hình ảnh, số liệu qua tất cả các cấu hình mạng Sự phối hợp nhịp nhàng với các hệ thống trên các mạng chuyển mạch kênh được hỗ trợ thông qua các Gateway H.323 cung cấp một mô hình truyền thông đa dạng, chặt chẽ với các điều khiển linh hoạt và các kết nối được thiết lập giữa các phần

1.4.3 Các kiểu dữ liệu được định nghĩa trong H.323

Các kiểu dữ liệu được định nghĩa trong H.323 được chia thành các loại sau:

Thoại ( Audio ): là tín hiệu thoại được số hoá và mã hoá Để giảm tốc độ

trung bình của tín hiệu thoại, các bộ lấy mẫu tín hiệu thoại chỉ hoạt động khi có tín hiệu âm thanh thực sự Các khoảng lặng được triệt và nén lại

Tín hiệu thoại đi kèm với tín hiệu điều khiển thoại

Hình ảnh động (Video): là các tín hiệu hình ảnh động, nó đi kèm với tín hiệu điều khiển Video

Số liệu (Data): bao gồm các tín hiệu FAX, tài liệu văn bản, ảnh tĩnh, file

Tín hiệu điều khiển cuộc gọi ( Call Control Signals ): được sử dụng

cho các chức năng điều khiển cuộc gọi như là thiết lập cuộc gọi, giám sát

cuộc gọi, kết thúc cuộc gọi

Tín hiệu điều khiển truyền thông (Communication Control Signals):

là các thông tin điều khiển trao đổi giữa các thành phần chức năng trong hệ thống để thực hiện điều khiển truyền thông giữa chúng như: trao đổi khả năng, đóng mở các kênh logic, các thông điệp điều khiển luồng và

các chức năng khác

Tín hiệu kênh RAS: được sử dụng để thực hiện các chức năng như việc

đăng ký tham gia vào một vùng H.323, kết nạp, tháo gỡ một điểm cuối khỏi vùng, thay đổi băng thông và các chức năng khác liên quan đến

chức năng quản lý hoạt động của các điểm cuối trong một vùng H.323 1.4.4 Các thành phần trong H.323

Về mặt logic, hệ thống H.323 có cấu trúc như hình:

Gatekeeper

H.323 Over ISDN

PSTN

H.323DNS

Hình 1.11 Các thành phần của họ giao thức H.323

Thiết bị đầu cuối H.323: là một trạm cuối trong mạng LAN, đảm nhận

việc cung cấp truyền thông hai chiều theo thời gian thực

H.323 Gateway: cung cấp khả năng truyền thông giữa hệ thống H.323 và

các hệ thống không phải H.323 khác, chẳng hạn như hệ thống chuyển

mạch điện thoại công cộng (PSTN-Public Switching Network)

Gatekeeper: là một thành phần bắt buộc Nó thực hiện các chức năng

quản lý hoạt động của hệ thống Khi có mặt Gatekeeper trong hệ thống, mọi thành phần trong hệ thống phải thực hiện đăng ký với Gatekeeper Tất cả các điểm đầu cuối H.323 ( Terminal, gateway, MCU ) đã đăng

ký với Gatekeeper tạo thành một vùng H.323 do Gatekeeper đó quản lý Đơn vị điều khiển liên kết đa điểm MCU (Multipoint Control Unit):

thực hiện chức năng tạo kết nối đa điểm hỗ trợ các ứng dụng truyền

thông nhiều bên Thành phần này cũng là tuỳ chọn 1.5 QUÁ TRÌNH TRUYỀN DỮ LIỆU TRONG TCP/IP

Giả sử quá trình truyền dữ liệu giữa hai trạm từ trạm A sang trạm B, quá trình truyền dữ liệu xảy ra như sau:

Identical Frame Identical datagramIdentical packet Identical messageApplication

- Đầu tiên, dữ liệu được xử lý và gửi từ tầng ứng dụng, tầng này có nhiệm vụ tổ chức dữ liệu theo khuôn dạng và trật tự nhất định để tầng Application ở máy B có thể hiểu được Tầng Application gửi dữ liệu xuống tầng dưới theo dòng byte nối byte Cùng với dữ liệu, tầng này cũng gửi xuống các thông tin điều khiển khác giúp xác định địa chỉ nguồn và địa cỉ đích của dữ liệu

- Khi xuống đến tầng Transport (tầng TCP), dòng dữ liệu sẽ được đóng gói thành các gói có kích thước không nhất thiết bằng nhau nhưng phải nhỏ hớn 64kb theo định dạng của gói tin TCP, sau đó dữ liệu được gửi xuống tầng IP

- Xuống đến tầng IP, gói lại được chia nhỏ thành các gói tin cho phù hợp bởi vì không phải mạng nào cũng cho phép các gói tin có độ lớn bất kì Gói tin sau đó được thêm vào phần tiêu đề IP theo định dạng gói IP Dữ liệu sau đó được chuyển xuống tầng Datalink

- Khi xuống đến tầng Datalink, gói tin sẽ được gắn thêm một tiêu đề và chuyển tới các giao diện vật lý để đi vào mạng, lúc này các cấu trúc gói tin được gọi là các khung (frame)

Trong khi lưu chuyển trên mạng, các gói tin được dẫn đường bởi các bộ định tuyến Router thực ra là một module mạng chỉ có hai tầng là Network và Datalink Các frame tới Router sẽ được tầng Datalink lọc bỏ header mà tầng này thêm vào là chuyển lên tầng IP Tầng IP sau đó sẽ dựa vào thông tin trong phần tiêu đề mà quyết định tuyến đường tiếp theo cho gói IP Sau đó gói IP này sẽ lại được chuyển xuống tầng dưới để đi vào mạng Quá trình cứ thế tiếp tục cho đến khi dữ liệu đến tới mày B

- Khi tới máy B, các gói dữ liệu lại được xử lý theo một quy trình ngược lại, các gói tin lần lượt được lọc bỏ tiêu đề để cuối cùng chuyển lên tầng ứng dụng của máy B dưới dạng một dòng byte nối byte

Data

TCP header Data

IP header TCP header Data

Ethernet header

IP header TCP header Data Ethernet trailer

Network Internet Transport Application

Hình 1.13 Tạo khung trong TCP/IP

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN VỀ VOIP

2.1 TỔNG QUAN VỀ VOIP 2.1.1 Giới thiệu chung về VOIP

Ngày nay các dịch vụ viễn thông rất phong phú và đa dạng bao gồm các dịch vụ truyền thống đã tồn tại trong thời gian dài và các dịch vụ mới được phát triển trong thời gian gần đây Tiền đề của nó chính là sự phát triển của công nghệ điện tử và công nghệ mạng Cụ thể hơn, chúng ta có thể nói rằng sự đa dạng của các dịch vụ viễn thông bắt nguồn từ sự phát triển của các công nghệ liên quan như truyền dẫn, xử lý tín hiệu, chuyển mạch và công nghệ phần mềm

Internet đang đi tiên phong trong việc mở ra các hình thức mới cho việc liên lạc của con người như e-mail, nói chuyện tại chỗ (live chat) và news-group Tuy vậy Internet cũng có thể được sử dụng cho các hình thức liên lạc cổ điển như người dùng có thể gọi điện thoại bằng Internet Khi gọi điện thoại qua Internet thì tiếng nói của người gọi và tiếng nói của người nhận sẽ được chia nhỏ thành các gói tin Các gói tin này được chuyển đi qua mạng bằng cách sử dụng giao thức TCP/IP của Internet Đây chính là công nghệ VOIP (Voice Over Internet Protocol) VOIP là một cơ hội tốt để thiết kế các hệ thống truyền thông Multimedia toàn cầu có thể thay thế mạng viễn thông hiện nay về mặt chức năng mà không làm trở ngại đến di sản công nghệ cũ đã tồn tại từ lâu đời

Một ưu điểm quan trọng của VOIP là các dịch vụ phi thoại, chẳng hạn các ứng dụng lưu trữ hay các ứng dụng truyền dữ liệu có thể chia sẻ cơ sở hạ tầng với hệ thống VOIP Thật vậy, cùng một cơ sở đầu cuối có thể sử dụng cho cả truyền thoại và truyền dữ liệu dùng công nghệ chuyển mạch gói Công nghệ chuyển mạch gói xem các gói tin của các mẫu thoại cũng như các gói tin dữ liệu như những đơn vị dữ liệu bình thườgn và truyền chúng qua mạng Internet, việc còn lại cảu các đầu cuối là xử lý các luồng dữ liệu đến đúng với chức năng của chúng Hơn nữa điều này giúp cho việc triển khai các dịch vụ gia tăng trong thoại một cách dễ dàng, chẳng hạn ngoài thoại truyền thoại truyền thống,

hệ thống có thể truyền cả hình ảnh cho các cuộc hội thoại video, truyền hình Internet … Điều này giúp cho việc triển khai VOIP nói riêng và các dịch vụ gia tăng trong tương lai nói chung mà không cần đầu tư hơn các ứng dụng đã có sẵn

VOIP là gì?

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

VoIP là công nghệ truyền tải các cuộc liên lạc thoại bằng cách sử dụng giao thức Internet (Internet protocol - IP) Điện thoại truyền thống được thực hiện dựa trên công nghệ chuyển mạch kênh mà ở đó cho phép giải quyết vấn đề thời gian thực Giao thức IP dựa trên công nghệ chuyển mạch gói mà trước đây chỉ được dùng để truyền dữ liệu hoặc các ứng dụng mạng internet Do đó việc truyền thoại dựa trên giao thức IP là giải pháp truyền thoại dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, điều này mang lại nhiều lợi ích cho người sử dụng cũng như cho các nhà cung cấp dịch vụ Để thực hiện VoIP người ta phải sử dụng các kỹ thuật cho phép thực hiện các cuộc gọi với thời gian thực, đó là các giao thức Real Time Stream Protocol (RTSP), Secsion initiation Protocol (SIP)

2.1.2 Hoạt động của VOIP

VOIP có thể được thực hiện bằng hai cách: Cách thứ nhất:

Là sử dụng máy tính cùng với phần cứng và phần mềm đặc biệt để gọi điện

Cách thứ hai:

Người ta thường gọi là điện thoại Internet (Internet Telephony) thì người gọi điện thoại bằng điện thoại thông thường, ngoại trừ việc cuộc điện đàm này được truyền qua Internet chứ không phải là qua dịch vụ điện thoại thông

thường Điều này sẽ giúp giảm chi phí đáng kể, đặc biệt là với các cuộc điện thoại đường dài

Tính cách mạng của việc sử dụng PC để gọi điện thoại qua Internet chính là giá cả Nếu hai người sử dụng đều có máy tính kết nối vào Internet thì thực tế họ không phải trả tiền cho cuộc gọi mà chỉ phải trả tiền cho dịch vụ truy cập Internet như khi người dùng sử dụng các dịch vụ khác của Internet như tìm kiếm trên trang Web hay sử dụng email, cuộc gọi có thể thực hiện đến bất kì nơi nào trên thế giới mà chỉ cần truy cập Internet Tuy nhiên, chỉ có thể thực hiện được cuộc gọi từ hai người đều có PC, do vậy người sử dụng vẫn chưa thể thay thế điện thoại truyền thống bằng dịch vụ này Hơn nữa, hiện nay các chương trình cho phép hai người dùng nói chuyện thông qua PC thường không hỗ trợ nhau, do đó thường yêu cầu hai người sử dụng cùng một chương trình Có rất nhiều phần mềm phục vụ cho việc gọi điện thoại qua Internet Tuy vậy không có chương trình phần mềm nào cho phép dùng điện thoại để gọi Thay vào đó người dùng sẽ nói vào micro được gắn với máy tính và nghe qua loa và card âm thanh Tuy mỗi phần mềm của các hãng khác nhau có cách thức hoạt động khác nhau, nhưng nhìn chung chúng đều có một cách chung để chúng ta thực hiện cuộc gọi Để thực hiện cuộc gọi, ta phải biết địa chỉ Internet của người bị gọi Thông thường được cung cấp dưới dạng các tên gọi hay các biệt danh (nick name), sau khi đã kết nối được với người bị gọi, cuộc gọi được bắt đầu

Một chương trình miễn phí thông dụng cho phép các người sử dụng có thể nói chuyện qua Internet bằng PC là chức năng Voice Chat của phần mềm Yahoo Messenger

Nếu nói chuyện qua Internet mà sử dụng điện thoại bình thường thì cách thức hoạt động sẽ khác đi Người dùng sẽ thực hiện cuộc gọi như bình thường Tuy vậy, sau khi người gọi nói, tiếng nói sẽ được số hoá và chuyển thành các gói tin IP Sau đó chúng được chuyển đi sử dụng cùng một công nghệ TCP/IP giống như là chuyển các gói tin bình thường trên Internet Ở đầu kia của đường dây, dữ liệu tiếng nói đã được số hoá lại được chuyển đổi thành tín hiệu tương tự và được phát ra loa của người nhận

Gọi điện thoại qua Internet dùng PC

Mặc dù mỗi phần mền có một giao diện riêng, có các chức năng cũng như cách thức gọi khác nhau, nhưng phần này sẽ tập chung giới thiệu một cách tổng quát nhất cách thức của các cuộc gọi qua Internet, xem xét cách các cuộc gọi diễn ra và so sánh vì cách thứ hai là sử dụng điện thoại để gọi qua Internet

1 Bước đầu tiên là người sử dụng phải kết nối vào Internet nhờ một nhà cung cấp dịch vụ kết nối Internet, sau đó sử dụng một chương trình để gọi điện qua Internet, khi được kết nối với một danh sách các người có thể nhận cuộc gọi, đó là các người cũng đang kết nối vào mạng Internet (online) và sử dụng cùng một phần mềm hội thoại

2 Người gọi chọn một người đang online bằng việc lựa chọn tên (thường là biệt danh-nick name) của người đó trong danh sách Khi đó, tên của người được chọn sẽ được phân giải địa chỉ Internet của người đó sử dụng dịch vụ DNS (Domain Name Service)

3 Khi người gọi bắt đầu thực hiện cuộc gọi, DNS phải thực hiện phân giải địa chỉ từ tên của người gọi và người bị gọi ra địa chỉ IP, sau đó cuộc gọi sẽ được thiết lập, máy tính của người gọi sẽ báo cho người nhận biết là có người cần liên lạc Nếu người bị gọi chấp nhận thực hiện cuộc gọi qua máy tính của mình thì hai người có thể bắt đầu nói chuyện qua micro và nghe qua loa hay headphone

4 Khi người dùng nói vào microphone, phần mềm sẽ chuyển giọng nói thành các tập tin chứa dữ liệu nhị phân để máy tính có thể đọc được Nó cũng nén dữ liệu tiếng để tệp nhỏ hơn và có thể truyền qua Internet nhanh hơn vì thực tế các tập tin âm thanh có dung lượng rất lớn

5 Phần mềm cũng thực hiện giám sát và điều khiển cuộc gọi Nếu đó là nối với Internet tốc độ cao thì nó sẽ tạo tập tin âm thanh mang chất lượng tốt hơn, nếu đó là nối kết với Internet tốc độ thấp thì tập tin âm thanh sẽ có chất lượng kém hơn vì có thể sẽ phải mất nhiều thời gian để truyền các tập tin qua mạng Internet

6 Phần mềm sẽ chia các tập tin mang giọng nói thành các gói tin để gửi qua Internet sử dụng giao thức TCP/IP Quá trình này khá phức tạp và bao gồm nhiều công đoạn

7 Các gói tin được gửi tới người nhận, ở đây phần mềm máy tính của người nhận sẽ thực hiện theo chiều ngược lại, các gói tin sẽ được giãn nén và được phát ra loa của người nhận Đôi khi các gói tin được gửi tới có trục trặc tức là một vài gói tin có thể bị thất lạc, đến trễ hay trùng lặp, khi đó phần mềm phải quyết định xây dựng lại các gói tin đó căn cứ vào các gói tin trước đó để đảm bảo chất lượng âm thanh có thể được khôi phục một cách chính xác nhất có thể Khi các gói tin bị mất đến trễ thì phần mềm phải quyết định bỏ các gói tin này đi

Cách gọi điện thoại qua Internet sử dụng điện thoại truyền thống

Khi người dùng sử dụng máy điện thoại thông thường để thực hiện cuộc gọi thì cả trong cấu hình mạng và phương thức hoạt động cũng phải khác đi vì có một phần cuộc gọi sẽ đi qua mạng PSTN nên cần có một số thiết bị khác làm cầu nối giữa mạng PSTN và mạng Internet Cấu hình và chức năng của chúng sẽ được nghiên cứu kỹ ở phần sau Quá trình thực hiện một cuộc gọi:

1 Khi cuộc gọi được thực hiện, đầu tiên tín hiệu sẽ đi qua mạng điện thoại chuyển mạch công cộng (PSTN-Public Switching Telephone Network) giống như các cuộc điện thoại bình thường Đến đây chưa có sự khác nhau nào giữa chúng

2 Tín hiệu sau đó được gửi đến một cổng thoại IP (IP Voice Gateway) đặc biệt cổng này là một máy chủ cùng với phần mềm của máy chủ Nó có thể được đặt tại chi nhánh của công ty điện thoại hoặc cũng có thể được đặt tại một địa điểm khác Cổng nối sẽ chuyển đổi tín hiệu tiếng nói thành tín hiệu số rồi nén nó lại Nếu không nén, tệp tin của cuộc hội thoại có thể rất lớn để có thể truyền kịp thời qua mạng Internet

3 Cổng nối sẽ chia nhỏ tín hiệu tiếng nói đã được số hoá và nén thành các gói tin IP Các gói tin này sau đó cũng được đóng gói theo các khuôn dạng nhất định và sau đó được gửi đi qua Internet giống như các gói tin IP khác bằng các giao thức TCP/IP

4 Các gói tin được chuyển tới cổng thoại gần đầu kia nhất của cuộc hội thoại Cổng nối tiếng nói IP tại nơi nhận sẽ thu các gói tin, giải nén, chuyển chúng trở lại dạng ban đầu và sau đó gửi chúng qua mạng PSTN để đến người ở đầu kia của cuộc nói chuyện