2.2.1 Giao thức H.323
2.2.1.1 Giới thiệu
Khi đề cập đến thoại IP, tiêu chuẩn quốc tế thường được đề cập đến là H.323. Được ban hành lần đầu tiên vào năm 1996, khuyến nghị này hiện đang là một bản chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản về các sản phẩm thoại qua IP.. Trong thực tế, hoàn toàn có thể thiết kế một hệ thống hoàn toàn thoại tuân thủ H.323 mà không cần đến IP. Khuyến nghị này chỉ đưa ra yêu cầu về “giao diện mạng gói” tại thiết bị kết cuối.
Có một chút đặc biệt là H.323 dự định dành cho X.25, sau đó là ATM, nhưng giờ đây lại là Internet và TCP/IP, trong khi đó có rất ít H.323 được vận hành trên mạng X.25 và ATM.
Mặc dù H.323 có nhiều công dụng nhưng trọng tâm chính của thị trường đối với khuyến nghị này là khả năng audio để thực hiện thoại IP. Chuẩn này mô tả việc điều khiển các phiên đa phương tiện liên quan đến điện thoại trong kết nối điểm - điểm giữa các điểm cuối thông minh. Nó bao gồm các cơ chế cho định tuyến cuộc gọi, báo hiệu cuộc gọi, điều khiển media, ...
H.323 có vai trò như giao thức ô che ( umbrella protocol ), có liên quan đến vài loại báo hiệu khác trong các ứng dụng đa phương tiện và điện thoại, như: H.225 cho báo hiệu cuộc gọi và gói hoá các dòng media cho các hệ thống
H.245 cho điều khiển truyền thông giữa các hệ thống điện thoại trực quan và các thiết bịđầu cuối.
Một số tiêu chuẩn cho mã hoá, giải mã tiếng nói, các chuẩn G, ví dụ như G.711
Một số tiêu chuẩn cho mã hoá, giải mã hình ảnh, các chuẩn H. 2.2.1.2 Cấu trúc H.323
Cấu hình mạng H.323
Hình 2. 5 Các thành phần mạng H.323
Trên Hình 2.6 là cấu trúc của mạng H.323. Mạng bao gồm các thành phần sau: Đầu cuối H.323, bắt buộc phải hỗ trợ:
- Báo hiệu điều khiển cuộc gọi H.225 - Báo hiệu điều khiển kênh H.245 - Giao thức RTP/RTCP cho dữ liệu
- Các CODEC thoại ( Việc hỗ trợ các codec video là không bắt buộc đối với các đầu cuối H.323 ).
Gateway đảm nhiệm chức năng chuyển đổi giữa hai mạng, thí dụ giữa mạng chuyển mạch gói và mạng PSTN.
Gatekeeper có chức năng chính là chuyển đổi địa chỉ và điều khiển băng thông. Trong mạng H.323 không nhất thiết phải có Gatekeeper, tuy nhiên nếu có Gatekeeper thì tất cả các đầu cuối phải đăng ký trước khi thực hiện cuộc gọi.
Multipoint Control Unit ( MCUs ) được dùng như các Server trung tâm trong trường hợp hội nghị đa điểm. Trong MCU có hai module: MC (
Multipoint Controller ) có chức năng điều khiển và MP ( Multipoint Processor ) nhận và xử lý các luồng dữ liệu thoại, video hoặc dữ liệu khác. 2.2.1.3 Thiết lập và huỷ cuộc gọi H.323
Hình 2. 6 Báo hiệu thiết lập cuộc gọi giữa mạng chuyển mạch gói và PSTN
Báo hiệu H.323 là một quá trình thực sự phức tạp. Tương tác giữa các phần tử trong mạng H.323 trong quá trình báo hiệu được mô tả trong hình trên
Nếu xem xét một cách chi tiết thì cuộc gọi giữa hai đầu cuối H.323 được thiết lập như sau ( xem Hình 2.8 ):
Trước hết cả 2 phải đã được đăng ký tại Gatekeeper, báo hiệu giữa kết cuối cuộc gọi và Gatekeeper nhằm đăng ký và đạt được quyền làm việc với mạng.
Đầu cuối gọi gửi yêu cầu tới Gatekeeper đề nghị thiết lập cuộc gọi, thiết bị đầu cuối liên lạc với Gatekeeper sử dụng giao thức RAS ( Registration Access State), yêu cầu sẽ cho phép thiết lập một tuyến với bên bị gọi.
Gatekeeper sẽ gửi một địa chỉ kênh báo hiệu cuộc gọi của bên bị gọi tới bên xuất phát cuộc gọi ( nếu yêu cầu trên được chấp nhận ).
- Nếu cuộc gọi bắt đầu từ mạng PSTN, cuộc gọi sẽ phải qua một Gateway, nó sẽ xác thực người gọi. Gateway sau đó sẽ liên hệ với Gatekeeper.
- Nếu bên bị gọi là điện thoại PSTN, gatekeeper sẽ gửi địa chỉ của gateway thích hợp tới bên gọi ( gateway hay H.323 phone ).
Đầu cuối gọi gửi bản tin SETUP tới đầu cuối bị gọi. Báo hiệu này có thểđi trực tiếp hay đi qua một Gateway thích hợp nào đó ( cả bên gọi và bên bị gọi sẽ sử dụng giao thức H.225 trong suốt quá trình này ).
Đầu cuối bị gọi trả lời bằng bản tin Call Proceeding và đồng thời liên lạc với. Gatekeeper để xác nhận quyền thiết lập cuộc gọi.
Đầu cuối B gửi bản tin Alerting và Connect.
Hai đầu cuối trao đổi một số bản tin H.245 để xác định chủ/ tớ, khả năng xử lý của đầu cuối và thiết lập kết nối RTP.
Đây là trường hợp cuộc gọi điểm - điểm đơn giản nhất, khi mà báo hiệu cuộc gọi không được định tuyến tới Gatekeeper. H.323 hỗ trợ nhiều kịch bản thiết lập cuộc gọi phức tạp khác.
2.2.2 SIP
2.2.2.1 Giới thiệu
SIP là giao thức báo hiệu tầng ứng dụng cho việc khởi tạo, thay đổi và kết thúc các phiên media, bao gồm các cuộc gọi thoại internet và hội nghị đa phương tiện. Cũng như H.323, nó dựa trên kiến trúc phân tán.
SIP dựa trên ý tưởng và cấu trúc của HTTP. Nó là một giao thức client - server, các yêu cầu được bên gọi ( client ) đưa ra và bên bị gọi ( server ) trả lời. 2.2.2.2 Các thành phần mạng
Xét trên quan điểm khách hàng /phục vụ ( client/server ), các thành phần chính của một hệ thống SIP được mô tả bởi hình vẽ sau:
SIP User Agent: bao gồm User Agent Client ( UAC ) gửi các bản tin SIP và User Agent Server nhận các bản tin SIP.
o Proxy Server: chuyển các yêu cầu và các trả lời yêu cầu tới và từ các Server khác.
Redirect Servers: chấp nhận một yêu cầu SIP, ánh xạ thành địa chỉ zero hay thành nhiều địa chỉ khác và trả lại các địa chỉ này cho client hay cho Proxy. Location Server: cho Proxy và Redirect Server sử dụng, dùng để đạt được
thông tin dựa vào các địa chỉ luân phiên đểđạt tới phía bị gọi.
Registrar Server: là phần mềm nhận các yêu cầu đăng kí REGISTER. Trong nhiều trường hợp đảm nhiệm luôn một số chức năng an ninh như xác nhận người sử dụng. Thông thường được cài đặt cùng với Proxy Server hoặc Redirect Server hoặc cung cấp dịch vụđịnh vị thuê bao.
Gateway: thực hiện chức năng Internetworking giữa hệ thống SIP với mạng khác.
2.2.2.3 Chức năng của SIP
SIP thực hiện một số nhiệm vụ trong suốt một phiên của hai phía ( gọi và bị gọi ).
Định vị user: xác định hệ thống đầu cuối cho truyền thông.
Các khả năng của User: xác định các phương tiện và các tham số của phương tiện sẽ được dùng. Cho phép phía gọi có thể dùng các thiết bị đầu cuối với các khả năng như: điện thoại SIP, điện thoại di động.
Thiết lập cuộc gọi: rung chuông, thiết lập các tham số cuộc gọi cho cả hai phía gọi và bị gọi.
Kiểm soát cuộc gọi: chuyển và kết thúc các cuộc gọi.
Bảng 2. 2 So sánh SIP và H.323
SIP H.323
Tổ chức chuẩn hoá IETF
RFC 3261 và các mở rộng
ITU-T
Một bộ tiêu chuẩn hoàn chỉnh Khởi điểm Dựa trên mạng Internet và
Web. Cú pháp của bản tin tương tự như HTTP
Cơ sở là mạng thoại. Giao thức báo hiệu tuân theo chuẩn ISDN Q.SIG
Đầu cuối Thông minh Thông minh Các server lõi SIP Proxy, Redirect Server,
Location Server, Registration Server H.323 Gatekeeper Tình hình hiện nay Đã kết thúc giai đoạn thử nghiệm khả năng phối hợp hoạt động thiết bị của các nhà cung cấp khác nhau.
Đang trở nên ngày càng phổ biến
Được thử nghiệm thực tế Khai thác thương mại
Khuôn dạng bản tin
Text, UTF-8 Nhị phân ASN.1 PER
Trễ thiết lập cuộc gọi 1.5 RTT 6-7 RTT hoặc hơn Giám sá trạng thái cuộc gọi Có 2 lựa chọn: chỉ trong thời gian thiết lập cuộc gọi hoặc suốt thời gian gọi Phiên bản 1 và 2: Máy chủ phải giám sát trong suốt thời gian gọi và phải giữ trạng thái kết nối TCP Như vậy hạn chế khả năng mở rộng, và giảm độ tin cậy Báo hiệu quảng bá Có hỗ trợ Không Chất lượng dịch vụ Sử dụng các giao thức khác như RSVP, OPS, OSP để đảm bảo chất lượng dịch vụ Gatekeeper điều khiển băng thông. Khuyến nghị sử dụng RSVP để lưu giữ tài nguyên mạng
Bảo mật Đăng ký tại registrar server, có xác nhận đầu cuối và mã
Chỉđăng ký khi trong mạng có gatekeeper, xác nhận và mã hoá
hoá theo chuẩ H.235. Định vịđầu cuối và định tuyến cuộc gọi Dùng SIP URI đểđánh địa chỉ. Định tuyến nhờ sử dụng Redirect và Location Server
Định vịđầu cuối sử dụng E.164 hoặc tên ảo H.323 và phương pháp ánh xạđịa chỉ nếu trong mạng có gatekeeper. Chức năng định tuyến do gatekeeper đảm nhiệm Hội nghị Hội nghị cơ sở, Quản lý phân tán Được thiết kế nhằm hỗ trợ rất nhiều tính năng hội nghị, kể cả thoại, hình ảnh, dữ liệu Quản lý tập trung Khả năng tạo tính năng và dịch vụ mới Dễ dàng, sử dụng SIP-CGI và CPL H.450.1 Khả năng mở rộng Dễ dàng Hạn chế Tích hợp với Web Rất tốt, hỗ trợ click-to-dial Kém Mức độ phức tạp và đầy đủ Nhỏ hơn, đơn giản và hiệu quả hơn H.323,
Đang được phát triển mở rộng đặc tính phục vụ
Đầy đủ, nhưng phức tạp và cồng kềnh. Tuy nhiên, “H.323 không phải phức tạp một cách không cần thiết, mà là một giao thức trưởng thành đầy đủ” Tiềm năng Có tiềm năng phát triển lớn Xuất hiện trong hầu hết các loại sản phẩm chuyển mạch mềm. Trở thành một thành phần chính thức trong cấu trúc IMS
Không còn được các nhà cung cấp thiết bị quan tâm.
Hỗ trợ trong các thiết bịđểđảm bảo tính tương thích trong các thế hệ sản phẩm
của 3GPP
2.3 Giao thức BICC
Do ITU - T phát triển từ năm 1999. Mục đích của nó là để xác định một giao thức cho truyền thông giữa các server ( hay MGC ), độc lập với các loại tải tin, và vì vậy nó cho phép các nhà vận hành mạng chuyển được các dịch vụ điện thoại từ mạng chuyển mạch kênh sang mạng chuyển mạch gói. Với mong muốn tương thích 100% với mạng hiện tại và làm việc trên bất cứ môi trường nào khác có thể truyền thoại với chất lượng chấp nhận được. Ban đầu, BICC được giới hạn chặt chẽởđiểm sau: dựa trên ISUP ( Giao thức báo hiệu trên mạng PSTN/ISDN ) để tương thích hoàn toàn với các dịch vụ hiện có trên mạng PSTN/ISDN. BICC cung cấp một biện pháp để hỗ trợ các dịch vụ ISDN băng hẹp qua một mạng xương sống băng rộng mà không ảnh hưởng các giao diện mạng N - ISDN hiện tại và các dịch vụđầu cuối tới đầu cuối. Các giao thức báo hiệu điều khiển cuộc gọi BICC dựa vào báo hiệu N - ISDN
Kiến trúc mạng BICC được mô tả như hình dưới đây.
Bearer sign Bearer sign TDM Trunks ISUP TDM Trunks ISUP BICC ISN CSF BCF BF ISN CSF BCF BF CMN BICC Datanetwork
Hình 2. 9 Mô tả kiến trúc mạng BICC
Phiên bản đầu tiên của BICC được ra đời năm 2000, hỗ trợ cho ATM. Phiên bản thứ 2 được hoàn thành năm 2001, hỗ trợ điều khiển cuộc gọi trên mạng IP. BICC còn có khả năng tương tác với các hệ thống báo hiệu khác như H323, SIP.
2.4 Giao thức báo hiệu SIGTRAN
SIGTRAN là một nhóm công tác thuộc tổ chức chuẩn hóa quốc tế cho lĩnh vực Internet - IETF. Mục đích chính của nhóm là đưa ra giải pháp truyền tải báo hiệu dạng gói trên mạng PSTN qua mạng IP, đảm bảo được các yêu cầu về chức năng và hiệu năng của báo hiệu PSTN. Nhằm phối hợp được với PSTN, các mạng IP cần truyền tải các bản tin báo hiệu như báo hiệu đường ISDN ( Q.931 ) hay SS7 ( như ISUP,SCCP ,…) giữa các node IP như gateway báo hiệu ( SG ), MGC và MG hoặc cơ sở dữ liệu IP. Điển hình là trong trường hợp Voice over IP liên quan đến cả hai mạng PSTN và mạng IP.
SIGTRAN là một tập các tiêu chuẩn mới do IETF đưa ra nhằm cung cấp một mô hình kiến trúc để truyền tải báo hiệu số 7 qua mạng IP.
Adaptation Protocol (xUA,xPA) Standard Internet Protocol (IP) Common Signaling Transport (SCTP) SIGTRAN Architectural Model
Hình 2. 10 Kiến trúc giao thức SIGTRAN
Kiến trúc của SIGTRAN gồm 3 thành phần chính : Tầng IP chuẩn.
Tầng vận chuyển: chứa giao thức truyền tải báo hiệu chung SCTP, là một giao thức truyền tải báo hiệu mới do IETF đưa ra. Giao thức này hỗ trợ một tập có chung các tính năng truyền tải tin cậy cho việc truyền tải báo hiệu. Tầng thích ứng: hỗ trợ các hàm nguyên thủy xác định yêu cầu bởi một giao
thức ứng dụng báo hiệu riêng. Một vài giao thức phân lớp thích ứng mới được định nghĩa bởi IETF, như: M2UA, M2PA, M3UA, SUA.
2.5 Hệ thống báo hiệu số 7
2.5.1 Vai trò và vị trí của hệ thống báo hiệu số 7
SS7 do ITU đưa ra. SS7 dựa trên công nghệ chuyển mạch gói, báo hiệu được truyền đi ngoài băng. Nghĩa là, trong số các kênh điện thoại kết nối giữa 2 tổng đài thì thường có 2 kênh 64kb/s được tách riêng ra dùng để truyền báo hiệu cho toàn tuyến.
Hệ thống báo hiệu kênh chung là hệ thống báo hiệu trong đó các kênh báo hiệu sử dụng các bản tin có nhãn, được định tuyến để chuyển thông tin có liên quan đến việc vận hành , quản lý và bảo dưỡng mạng. Mục đích chính của CCS7 là cung cấp một hệ thống báo hiệu kênh chung đạt tiêu chuẩn quốc tế.
CCS7 tạo thuận lợi cho việc hoạt động liên kết giữa các tổng đài điện tử số SPC trong mạng viễn thông.
CCS7 đáp ứng nhu cầu hiện tại và tương lai về yêu cầu trao đổi thông tin giữa các bộ xử lý trong mạng viễn thông để báo hiệu điều khiển cuộc gọi, điều khiển từ xa…
CCS7 đóng vai trò cho việc hỗ trợ phần lớn các lĩnh vực ứng dụng của mạng viễn thông đặc biệt là giữa các tổng đài của mạng kết nối đa dịch vụ ISDN, các dịch
vụ của mạng thông minh IN, các dịch vụ thoại di động GMS và các ứng dụng trong khai thác, quản lý, bảo dưỡng mạng OMAP.
Hệ thống báo hiệu số 7 có các đặc điểm chính sau : Được chuẩn hoá quốc tế.
Phù hợp với mạng trong nước và quốc tế ( liên lục địa ). Phù hợp với các dịch vụ thông tin đa dạng thoại và phi thoại. Có tính linh hoạt cao khi có yêu cầu mới.
Có độ tin cậy cao trong quá trình chuyền bản tin. Có cấu trúc xử lý liên kết các bản tin.
Đường báo hiệu tồn tại trong suốt cuộc gọi. Sử dụng các thiết bị truyền dẫn đa dạng:
9Cáp đồng trục, cáp sợi quang 9Sóng vô tuyến
9Vệ tinh ( có tới hai đường vệ tinh ). Tốc độ truyền 64 Kbps trong mạng số.
Có thể sử dụng tốc độ thấp và đường báo hiệu Analog nếu cần thiết. Từ những đặc điểm và vai trò trên CCS7 có những ưu điểm sau:
Cấu trúc module với kiến trúc lớp cho phép nhanh chóng đưa vào những dịch vụ mới.
Tốc độ cao: Thời gian thiết lập cuộc gọi giảm đến nhỏ hơn 1s trong hầu hết các trường hợp. Việc giảm bớt thời gian thiết lập hoặc giải phóng tuyến nối làm khả năng chiếm dùng đường cao hơn, có hiệu quả hơn.
Dung lượng lớn : Mỗi đường báo hiệu có thể mang thông tin báo hiệu cho hàng trăm đến hàng nghìn cuộc gọi đồng thời.
Độ tin cậy cao: Bằng cách sử dụng các tuyến và các nút báo hiệu dự phòng, mạng báo hiệu có thể hoạt động với độ tin cậy rất cao. Có khả năng tựđộng điều chỉnh cấu hình mạng độc lập với mạng thoại.
Tính kinh tế: Hệ thống báo hiệu số 7 cần rất ít thiết bị báo hiệu so với các hệ thống báo hiệu truyền thống.
Tính mềm dẻo: Hệ thống cung cấp nhiều tín hiệu báo hiệu, có khả năng cung cấp báo hiệu cho nhiều dịch vụ và mục đích khác nhau, đáp ứng được