G I A O T H Ứ C X Ử L Ý cuộc G Ọ I V o I P
4.1. H.323
4.1.1. Tổng quan
Khuyến nghị ITU H.323 là một hệ thông truyền thông đa phương tiện trên cơ sở gói, nó bao gồm một tập các khuyến nghị khác. Các khuyến nghị này định nghĩa các chức năng báo hiệu khác nhau cũng như là các dịch vụ video và âm thanh được gói hóa.
Tiêu chuẩn H.323 đầu tiên được chính' thức cơng bố và giải quyết các vấn đề cấp phát đa phư<mg tiện trên cơ sở kỹ thuật LAN. Tuy nhiên, khi mạng Internet và IP trở nên phổ biến, nhiều giao thức tiêu chuẩn RFC và các kỹ thuật đã được phát triển dựa trên một số ỷ tưởng của H.323.
H.323 định nghĩa chỉ tiết các hoạt động của các thiết bị người dùng, các gateway và các trạm khác. Đầu cuối (endpoỉnt) người dùng H.323 có thể truyền thơng thời gian thực, audio hai chiều, vỉdeo hoặc dữ ỉỉệu với một kết cuối người dùng H.323 khác. Đầu cuối cũng có thể truyền thông với gateway H.323 hoặc đơn vị điều khiển đa điểm MCƯ.
4.1.2. Cấu trú c củ a H.323
Tiêu chuẩn H.323 đề nghị một cấu trúc mà bao gồm 4 thành phần: đầu cuôl, Gateway, Gatekeeper và đcto vị điều khiển đa điểm MCU (Muitipoint Control ưnit). Cấu trúc này đưcrc mơ tả như trong hình 4.1(a).
4.I.2.I. Đầu cuối (Terminaỉ)
Đây là các đầu cuối của LÁN cung cấp thông tin thời gian thực, hai chiều. Tất cả các đầu cuối H.323 dều yêu cầu hỗ trợ H.245, H.225, Q.931, trạng thái xác nhận đăng ký RAS (Registration Admỉssion Status) và các giao thức truyền dẫn thời gian thực RTP (Real-time transport protocol). H.245 được dùng để điều khiển việc sử dụng kênh, trong khi H.225 hoặc Q.931 được dùng cho báo hiệu cuộc gọi, thiết lập và xóa cuộc gọi. RTP dược
dùng như là một giao thức truyền dẫn mang thông tin lưu thoại. RAS được
sử dụng bởi điểm cuô'i dể tương tác với gatekeeper. Một dầu cuối H.323 có thể truyền thơng với một đầu cuối H.323 khác, một gateway H.323 hoặc một MCU.
Chương 4: Giao thức xử lý cuộc gọi VoIP 69
Đ á u cuối H 323
QateVeeper
Đ ầu cuối H 323
Hình 4.1(a), Cấu trúc cùa H.323
Một thiết bị đầu cuối H.323 có thể bao gồm các phần tử được thể hiện
trên hình 4.1(b). Các phần tử này có thể được chia làm 2 loại: các phần tử
không nằm trong phạm vi của khuyến nghị H.323 và các phần tử thuộc phạm vi của khuyến nghị H.323.
4.1.2.1. ĩ. Các phần tử nằm ngoài phạm vỉ của khuyến nghị H.323
• T h iết b ị vào ra video bao gồm; camera, màn hình và các thiết bị điều khiển lựa chọn xử lý nén tín hiệu video và thực hiện chức năng phân chia các khung hình.
• T hiết bị vào r a audỉo bao gồm: micro, loa, máy điện thoại, thiết bị trộn ghép các kênh audio và thiết bị khử tiếng vọng.
• T hiết bị vào r a dữ liệu: sử dụng giao diện T.120 hoặc dịch vụ dữ ỉiệu khác trên kênh dữ liệu.
• Giao d iệ n m ạng LAN; cung cấp giao diện với roạng LAN hỗ trợ báo hiệu và mức tín hiệu tùy theo các chuẩn quốc gia và quốc tế.
• Giao d iện người sử dụng: cung cấp giao diện cho người sử dụng điều khiển hệ thống và sử dụng các dịch vụ.
4.1.2.1.2. Các phần tử nằm trong phạm vi của H.323
Bộ mâ hóa và giải mã vỉdeo
Nó có nhiệm vụ mả hóa tín hiệu video từ tín hiệu video gốc để truyền đi và giải mã tín hiệu vỉdeo nhận được để hiển thị lên màn hình. Bộ mã hóa và giải mã video là phần tử không bắt buộc có trong thiết bị đầu cuối H.323.
Thỉết bị đầu cuối H.323 sẽ dựa vào khả năng xử lý đồng thời của giao thức H.245 để xác định có bao nhiêu luồng video có thề cùng một lúc được giải mă. Khả nãng giải mã đồng thời của một thiết bị đầu cuối không phải
là giới hạn 8Ố luồng video cùng nhóxn địa chỉ trong dịch vụ hội nghị.
Bộ mã hóa và giải mă audỉo
Tất cả các thiết bị đầu cuối H.323 đều phải có bộ mã hóa và giải mã tín hiệu audiỡ theo chuẩn G.711, khả năng truyền và nhận tín hiệu mã hóa
PCM theo luật  và luật Thiết bị đầu cuối H.323 có thể có khả năng
truyền cũng như nhận nhiều kênh audio cùng một lúc. Lúc đó thiết bị đầu cuối H.323 phải có chức nâng trộn âm thanh, nó sẽ sử dụng khả năng xử lý đồng thời của H.245 để xác định bao nhiêu luồng tín hiệu âm thanh có thể được giải mă dồng thời.
Bộ đệm nhộn tín hiệu
Tất cả các gói thơng tin khi nhận về dều được ghi vào bộ đệm nhận tín hiệu có tác dụng điều khiển trễ trên đường nhận tín hiệu, nó thực hiện chức năng cộng thêm trễ vào các gói tín hiệu tùy theo độ trễ của chúng để đạt được đồng bộ trên kênh đó. Ngồi ra, nó cũng có thể có khả năng xử lý để điều khiển trễ trên các bộ đệm nhận để đạt được đồng bộ giữa các luồng tín hiệu với nhau.
4.].2.2. G atew ay
Một gatevvay H.323 là một diểm cuối trên mạng mà hỗ trợ thông tin hai chiều và thông tin thời gian thực giữa các đầu cuối H.323 trên mạng IP với các đầu cuô'i khác trên mạng chuyển mạch PSTN hoặc một gatevvay H.Í23 khác. Các gateway là các thiết bị tùy chọn trong cấu trúc H.323 bởi vì rác đầu cì trong một LAN riêng lẻ có thể truyền thông trực tiếp với nhiu mà không dùng gateway. Chỉ khi mà truyền thông cần mở rộng tới các mạng khác như là PSTN thì một gatevvay sẽ cần đến. Trong các trường hợj, các giao thức H.245 và Q.931 được dùng bởi các điểm cuối và gateway trưig gian.
4.L2.3. G atek eep er
Đây là một thành phần quan trọng trong cấu trúc của H.323 và có chíc năng “quản lý”. Nó là điểm trung tâm cho tất cả các cuộc gọi trong vùig của nó và cung cấp các dịch vụ tới các điểm cuối. Một vùng là sự tập hợ) của gatekeeper và các điểm cuối. Nếu mạng tồn tại nhiều gatekeeper thì sẽ được thiết lập thành nhiều vùng và mỗi vùng sẽ do một gatekeeper quin lý. Việc thông tin giữa các gatekeeper sẽ được thực hiện thông qua các bải tin giao tiếp xác định vỊ trí đầu cuối trong quá trình thiết lập cuộc gọi. Tu^ nhiên, gatekeeper là một thành phần tùy chọn trong cấu trúc của H.323.
Cấu trúc vùng được quản lý bởi gatekeeper được trình bày trong hình 4.2.
Gatekeeper
Chíơng 4; Giao thức xử lý cuộc gọi VoIP 71
Gateway
Hình 4.2. Vùng Gatekeeper.
Nếu gatekeeper có mặt trong hệ thơng H.323 thì nó thực hiện những nHệm vụ sau:
• Dịch địa chỉ: Cho phép dịch các quy ước, các ký hiệu, các địa chỉ email thành địa chỉ IP để thiết lập liên lạc IP.
• Điều khiển công nhận; Sự truy cập của các đầư cuối có thể được chấp nhận hoặc từ chối dựa vào việc xác nhận địa chỉ nguồn hoặc địa chỉ đích, thời gian hoặc bất kỳ biến số nào mà gatekeeper quản lý.
• Quản lý cuộc gọi: Gatekeeper hoạt động như là một điểm liên lạc ban đầu cho người gọi, cho hai gatevvay hoặc cho hai điểm cuối báo hiệu trực tiếp cho nhau.
• Quản lý băng thơng: Gatekeeper có thể yêu cầu các đầu cuối và gateway thay đổi các thông sô' truyền thông cuộc gọi của cuộc gọi để quản lý sử dụng báng thơng.
• Quản lý vùng: Cơ chế điều khiển của gatekeeper để thực hiện liên lạc giữa các phần tử trong vùng cũng như từ vùng này sang vùng khác, gatekeeper có thể u cầu khơng q một số lượng cuộc gọi nào đó qua kết nối có dải tần thấp để tránh giảm sút về chất lượng.
Chức n ă n g khơng b ắ t buộc
• Điều khiển báo hiệu cuộc gọi: Gatekeeper có thể chọn diều khiển báo hiệu là trực tiếp hay định tuyến qua gatekeeper.
• Hạn chế truy nhập: Gatekeeper có thể sử dụng báo hiệu H.250.0 để từ chối cuộc gọi của đầu cuối khi nhận thấy có lỗi trong việc đăng ký. • Giám sát độ rộng băng tần; Gatekeeper có thể hạn chế các đầu cuối
cùng một lúc sử dụng mạng. • Giám sát cuộc gọi.
4.I.2.4. Đơn vị diều kỉiỉển đa điểm MCU
MCƯ hỗ trợ các hội nghị da điểm. Tất cả các đầu cuối trong hội nghị đều được nối với MCU. MCƯ quản lý tài nguyên của hội nghị và thương lượng giữa các đầu cuối để quyết định sử dụng loại codec audio hay viđeo.
MCƯ hoạt động như ỉà một điểm cuối trên mạng để cung cấp khả năng cho 3 hoặc nhiều kết cuối và gatevvay dể tham gia vào một hội nghị đa điểm. Nó quản lý các tài nguyên hội nghị và các sự thương lượng giữa các điểm cuối để quyết định bộ mã video hoặc auđio được sử dụng. MCƯ bao gồm một bộ điều khiển đa điểm MC (Multipoint Controller) và bộ xử lý đa điểm tùy chọn MP (Multipoint Processor).
Chức nâng của MC là quyết định dung lượng chung của các đầu cuối hội nghị, có thể định vị các đầu cuối, gateway hoặc gatekeeper. MC cần thiết cho tấ t cả các hội nghị, nó sử dụng giao thức H.245.
MP nhận các luồng dữ liệu audio, video và phân phối chúng tới các điểm cuối tham dự vào hội nghị đa điểm. MP có thể khơng cần dến nhưng sự vắng mặt của nó là một gánh nặng trên đầu cuối.
4.1.3. C h ồ n g g iao th ứ c H.323
Đa số các giao thức trong hình 4.3 đă được giới thiệu ở chương 3.
Chương 4: Giao thức xử lý cuộc gọi VoIP 73 4.1.4. H o ạ t đ ộ n g c ủ a H.323
Giao thức H.323 bao gồm nhiều hoạt động để hỗ trợ truyền thông giữa người dùng và các đầu cuối khác, các gateway và MCU. Hình 4.4 trình bày các giai đoạn chính trong q trình thiết lập cuộc gọi giữa hai điểm cì H.323.
Điểu khiển
m
Dữ líêư Audio V id e o Điều khiển
Hình 4.3. Chồng giao thức H.323.
Phát hiện
Đăng kỷ
Thiết lập kết nỐí
Thay đổi dung lượng
Thay dổi kènh logic
Truyển tải Kết thúc 4^ RAS và Q.931 H.245 RAS
Hình 4.4. Các giai đoạn chính của H.323.
Giai đ o ạn 1; giai đoạn phát hiện là bắt buộc đối với các điểm cuối,
tìm một gatekeeper để nó có thể đăng ký. Tiến trình này cho phép nhà điều hành mạng quản lý những ai đang sử dụng mạng H.323. Trong suốt giai đoạn này, điểm cuối và gatekeeper trao đổi các địa chỉ. Địa chỉ multỉcast IP 224.0.1.41 được dành cho việc phát hiện gatekeeper.
Giai đ o ạn 2: hoạt động đăng ký định nghĩa một điểm cuối đăng ký với một gatekeeper như thế nào. Các địa chỉ được thiết lập trong giai đoạn phát hiện dược sử dụng trong giai doạn này. Loại đầu cuối được dịnh dạng (như là đầu cuối người dùng, gatekeeper hoặc một MCU). Hoạt động đăng ký cho phép các trạm H.323 tham gia vào vùng cuộc gọi. cổng 1718 và 1719 để dành cho phát hiện UDP và đăng ký UDP,
Giai đ o ạ n 3: trong giai đoạn thiết lập cuộc gọi, một kết nối được thiết lập giữa hai điểm cuối.
Giai đ o ạn 4: thay đổi dung lượng. Mục đích của việc này là đảm bảo
bất cứ một lưu lượjig nào dược gửi bdi một điểm cuối có thể được nhận hoàn toàn bởi điểm cuối nhận. Thông tin về phiên làm việc như tốc độ bit, loại mã hóa được thay đổi trong giai đoạn này. Hoạt động này cho phép điểm cuối và gatekeeper thương lượng về dung ỉượng của chúng.
Giai đ oạn 5: H.323 cho phép truyền các loại lưu ỉượng khác nhau trên các kênh logic. Giai đoạn này mở một hoặc nhiều kênh logic để mang lưu lượng.
Giai đ o ạn 6 và 7: sau khi tất cả các giai đoạn được hoàn thành, lưu
lượng người dùng có thể được trao đổi. Sau khi phiên làm việc người dùng hoàn thành, hoạt động kết thúc xảy ra. Sự kết thúc làm giải phóng các kênh logic và các nguồn tài nguyên khác (như băng thông) đă được thiết lập trong các giai đoạn trước.
4.I.4.I. Sơ dổ thỉết ỈẠp cuộc gọi Gatekeeper H.323 n ội vùng
Gatekeeper
74 Kỷ thuật thoại trên IP • VoIP
Đăng kỷ Đăng kỷ
H.225 (UDP) , \ ^ H . 2 2 5 (UDP)
Gatevvay A _ „ Gatevvay B
Thiết lập cuộc gọi H.225 (Q.931) (TCP)
•4--------------------------------------------------------------p.
Điểu khiển cuộc gọi H.245 (TCP) ^--------------------------------------►
RTP (UDP)
Chương 4: Giao thức xử lý cuộc gọi VoIP 75
4.I.4.2. Scí đổ th iết lộp cuộc gọi Gatekeeper H.323 liên vùng
Gatekeeper A LRQ Gatekeeper B LCF 0 1ỌC 2 ị q cc < U- o < o<
Thiết lập cuộc gọi H.225 (Q.931)
Kết nốiH.225 (Q.931) ^ u. ' o o ŨC < o cc * cc ,
Điểu khiển cuộc gọi H.245
Gateway A Gateway B
RTP
Hỉnh 4.6. Thiết lập cuộc gọi Gaỉekeeper liôn vùng.
4.1.5. Một s ố h o ạ t đ ộn g điển hình của H.323 Hoạt động phát hiện Gatekeeper
Hình 4.7 là một ví dụ về hoạt động của H.323: các thông điệp được trao đổi cho việc phát hiện gatekeeper. Đây là hoạt động bắt buộc đối với mỗi điểm cuối mỗi khi nó đăng nhập mạng. Trong giai đoạn 1, đầu cuối gửi một bản tin yêu cầu gatekeeper (GRQ, Gatekeeper Request). Bản tin này được khảo sát bởi gatekeeper, nó có thể (hoặc khơng thể) đáp ứng với bản tin công nhận gatekeeper (GCF, Gatekeeper Coníĩrmation).
Điểm cuối
Qatekeeper
GRQ GCF/GRJ
Hình 4.7. Hoạt động phát hiện Gatekeeper.
Điểm cuối bắt đầu đặt định thời dựa vào việc phát bản tin GRQ. Nếu không nhận được đáp ứng, thời gian quá hạn và một GRQ khác được phát đi. Nếu vấn đề này tiếp tục, nhà điều hành mạng phải dàn xếp để quyết
76 Kỹ thuật thoại trên IP - VoIP định các vấn đề này. Gatekeeper có thể trả lại bản tin GRJ (Gatekeeper Reject) nếu nó chọn khơng làm gatekeeper của điểm cuối.
Tiến trình phát hiện gatekeeper có thể hoạt động theo hai cơ chế là multicast và unỉcast.
• Theo cơ chế unicast, các bản tin GRQ sẽ được gửi trên cổng 1719 của giao thức ƯDP với địa chỉ IP mặc định đã được cấu hình cho nó.
• Trong cơ chế multicast, để tìm kiếm gatekeeper, các đầu cuối phải phát các bản tin của nó theo địa chỉ multicast 224.0.1.41 vì nó khơng được cấu hình địa chỉ IP mặc định của gatekeeper trên mạng. Theo phương thức này, một đầu cuối có thể nhận được nhiều bản tin GCF từ các gatekeeper trên mạng. Khi đó nó phải có cơ chế để lựa chọn một trong số các gatekeeper đó.
Hoạt dộng đăng ký với Gatekeeper
Một khi hoạt động phát hiện gatekeeper xảy ra, các tiến trình đăng ký bắt đầu. Các hoạt động này định nghĩa một điểm cuối tham gia vào một vùng như thế nào và cung cấp cho gatekeeper số cổng và địa chỉ của nó. Hình 4.8 trình bày sự trao đổi bản tin, điểm cuối gửi bản tin yêu cầu đăng ký (RRQ, Registration Request) tới gatekeeper. Trong giai đoạn 2, gatekeeper đáp ứng với bản tin công nhận đăng ký (RCF, Regỉstration Coníĩrmation) hoặc bản tin từ chối đăng ký (RRJ, Registration Reject).
Điổm cuối Gatekeeper RRQ RCF/RRJ URQ UCF/URJ URQ UCF Hình 4.8. Tiến trình đàng ký.
Điểm cuối hoặc gatekeeper có thể hủy bỏ việc đăng ký và kết thúc sự liên hệ giữa hai thức thể. Các hoạt động trong giai đoạn 3 và 4 trình bày sự hủy bỏ đăng ký từ điểm cl vói bản tin u cầu hủy đăng ký (ƯRQ,
ưnregister Request). Gatekeeper có thể đáp ứng với bản tin công nhận hủy đăng ký (UCF, ưnregister Confirm) hoặc bản tin từ chối hủy dăng ký
(ƯRJ, Unregister Reject). Như trong giai đoạn 5 và 6, gatekeeper bắt đầu
tiến trình hủy bỏ đăng ký với bản tin URQ và điểm cuối đáp ứng lại với bản tin ƯCF.
Hoạt động thiết ỉập kênh medỉa
Hình 4.9 trình bày các hoạt dộng thiết lập kênh međia. Kênh điều khiển H.245 được thiết lập giữa Gateway A và Gatevvay B. Gatevvay A sử dụng H.245 để đưa ra khả năng của nó bằng cách gửi bản tin TerminalCapabilitySet đến Gatevvay B. Các tiến trình như sau:
Bước 1: Gateway A trao đổi khả năng của nó với Gateway B bằng cách gửi bản tin TerminalCapabilitySet H.245.