2) Nội dung cỏc phần thuyết minh và tớnh toỏn:
2.2.1 Cỏc giao thức truyền tải trong mạng Voip
- Giao thức mạng IP đƣợc thiết kế để liờn kết cỏc mạng mỏy tớnh sử dụng phƣơng phỏp truyền thụng và nhận dữ liệu dƣới dạng gúi. Giao thức IP cho phộp truyền cỏc gúi dữ liệu từ điểm nguồn tới điểm đớch cú địa chỉ cố định. Đơn vị dữ liệu đƣợc trao đổi là cỏc gúi dữ liệu. Cỏc chức năng đƣợc thực hiện ở IP là:
Đỏnh địa chỉ: tất cả cỏc host trong mạng và trong liờn mạng đều đƣợc cung
cấp một địa chỉ IP duy nhất. Theo giao thức IP version 4, mỗi địa chỉ IP gồm 32bit và đƣợc chia làm 5 lớp A,B,C,D,E. Cỏc lớp A,B,C đƣợc sử dụng để định danh cỏc host trờn cỏc mạng. Lớp A,B,C,D đƣợc sử dụng cho quỏ trỡnh truyền đa điểm cũn lớp E để dự phũng.
Định tuyến: giỳp xỏc định đƣờng đi (tuyến) cho gúi tin khi đƣợc truyền
trờn mạng. Nú giỳp lựa chọn đƣờng đi tối ƣu cho cỏc gúi dữ liệu. Nếu hai host cần liờn lạc khụng nằm trờn một subnet thỡ bảng định tuyến sẽ đƣợc sử dụng để quyết định việc chuyển dữ liệu và cỏc bộ định tuyến thƣờng xuyờn trao đổi và cập nhật thụng tin trong bảng định tuyến tựy thuộc vào phƣơng phỏp định tuyến đƣợc sử dụng.
Hiện nay cú ba cỏch truyền cỏc gúi IP:
o Truyền một điểm đớch: cỏc gúi tin đƣợc truyền từ host nguồn đến host đớch duy nhất.
o Truyền quảng bỏ: gúi tin đƣợc truyền đến tất cả cỏc host trong mạng.
o Truyền đa điểm: gúi tin đƣợc gửi đến một số cỏc host nhất định trong mạng
Ngoài ra, giao thức IP cũn cung cấp khả năng phõn mảnh dữ liệu lớn thành cỏc gúi cú kớch thƣớc nhỏ hơn để truyền qua mạng.
2.2.1.2 Giao thức TCP/IP
- Giao thức TCP là giao thức điều khiển truyền thụng hƣớng kết nối và cú độ tin cậy cao. TCP cung cấp là giao thức đƣợc xõy dựng phức tạp hơn UDP rất nhiều, ngoài cỏc dịch vụ nhƣ UDP, TCP cũn cung cấp cỏc dịch vụ khỏc cho ứng dụng. Dịch vụ quan trọng nhất là truyền dữ liệu cú độ tin cậy cao, cỏc cơ chế điều khiển lƣu lƣợng và kiểm soỏt tắc nghẽn, đỏnh số thứ tự và số thứ tự bờn nhận, bộ định thời,....Cụ thể TCP cung cấp cỏc dịch vụ sau:
Thiết lập liờn kết: TCP là giao thức hƣớng kết nối, trƣớc khi gửi dữ liệu
cần thiết lập trƣớc đƣờng truyền (chớnh là 1 liờn kết lụgic giữa hai thực thể TCP), thủ tục này gọi là thủ tục “bắt tay”. Liờn kết đƣợc thiết lập phải đảm bảo tớnh chớnh xỏc và độ tin cậy, một liờn kết khi khụng cũn đủ độ tin cậy thỡ sẽ bị hủy bỏ và thiết lập lại. Khi quỏ trỡnh truyền tin hoàn thành thỡ kết nối đƣợc giải phúng .
Cung cấp đƣờng truyền hai chiều (song cụng - full duplex).
Đảm bảo độ tin cậy: Giao thức TCP cung cấp cỏc tham số kiểm tra cựng với số thứ tự (Sequence number), xỏc nhận (ACKnowledge ) và kiểm tra lỗi tổng (Checksum). Cỏc segment đƣợc đỏnh số tuần tự, cỏch làm này nhằm mục đớch loại bỏ cỏc segment bị trựng lặp hay khụng đỳng yờu cầu. Tại bờn thu, khi nhận đƣợc cỏc segment thực hiện việc kiểm tra nhờ trƣờng checksum. Nếu segment nhận đƣợc khụng lỗi hay lặp, tớn hiệu ACK sẽ đƣợc gửi trả lại bờn phỏt để khẳng định dữ liệu nhận tốt. Ngƣợc lại nếu segment nhận đƣợc bị lỗi hay bị trựng lặp thỡ segment này sẽ đƣợc loại bỏ và bờn thu sẽ gửi một tin hiệu yờu cầu bờn phỏt phỏt lại segment bị lỗi đú, bằng cơ chế này sẽ đảm bảo tớnh chớnh xỏc và độ tin cậy cho dữ liệu.
Cung cấp cỏc dịch vụ (chức năng) kiểm tra đƣờng truyền, cho phộp điều khiển luồng và điều khiển tắc nghẽn.
2.2.1.3 Giao thức UDP
- UDP là giao thức lớp giao vận đơn giản nhất, đƣợc mụ tả trong RFC 768. Ứng dụng gửi bản tin tới socket UDP, sau đú đƣợc đúng gúi thành một UDP paragram và đƣợc truyền xuống lớp IP để gửi tới đớch. Gúi tin UDP đƣợc truyền mà khụng đảm bảo rằng nú cú thể tới đớch, giữ đỳng thứ tự và đến đớch một lần. Vấn đề của
ngƣời lập trỡnh mạng với UDP là đảm bảo tớnh tin cậy. Nếu datagram tới đớch nhƣng trƣờng kiểm tra tổng (checksum) cú lỗi hay gúi tin bị drop ở trờn mạng thỡ nú sẽ đƣợc truyền lại. Nếu muốn xỏc định đƣợc rằng gúi tin đó tới đớch thỡ cần rất nhiều tớnh năng trong ứng dụng: ACK từ đầu cuối khỏc, điều khiển việc truyền lại,.. Mỗi một UDP datagram cú chiều dài và đƣợc truyền lờn cựng với dữ liệu cho lớp ứng dụng. Điều này khỏc với TCP là giao thức luồng byte (byte-stream protocol). - Chỳng ta cũng cú thể núi: UDP cung cấp dịch vụ khụng hƣớng kết nối. Vớ dụ, client UDP cú thể tạo một socket và gửi datagram tới server này và sau đú gửi một datagram khỏc cũng tới server khỏc. Cũng giống nhƣ server UDP cú thể nhận nhiều datagram trờn một socket UDP từ cỏc client khỏc nhau.
2.2.1.4 Giao thức SCTP
- SCTP ra đờiđể giải quyết cỏc vấn đề mà TCP chƣa đỏp ứng đƣợc với cỏc đặc tớnh sau:
Multistreaming: SCTP hỗ trợ đa luồng (stream) bản tin độc lập với nhau
trờn một liờn kết SCTP. Mỗi bản tin đƣợc gửi trờn đú đƣợc gỏn cho một luồng riờng. Tất cả dữ liệu trong một luồng đƣợc nhận theo thứ tự với dữ liệu khỏc trong luồng. Dữ liệu trong cỏc luồng khỏc nhau thỡ khụng cú đặc tớnh này. Do vậy, SCTP cung cấp cơ chế cho phộp việc nhận dữ liệu cú thứ tự một cỏch cục bộ. Nhƣ vậy là nú đó giải quyết đƣợc vấn đề head-of-line blocking. Ứng dụng của đa luồng (multistreaming) cú thể hỗ trợ cỏc ứng dụng liờn quan tới hợp kờnh dữ liệu nhƣ thoại, văn bản, video trờn một đƣờng truyền giữa hai đầu cuối thay vỡ mở nhiều kết nối TCP cho mỗi luồng.
Multihoming: giữa hai đầu cuối trong quỏ trỡnh thiết lập liờn kết cú thể xỏc
định liờn kết đa điểm. Việc cú nhiều giao diện cho phộp dữ liệu đƣợc tự động gửi theo nhiều địa chỉ khỏc nhau khi cú lỗi xảy ra. Điều này là hoàn toàn khụng thể thực hiện đƣợc ở TCP vỡ nú gắn kết một đầu cuối với một giao diện nhất định. Nếu nhƣ cú lỗi xảy ra, tất cả cỏc kết nối đƣợc gắn với giao diện đú vần cú thời gian timeout và đƣợc hủy bỏ. Và sau đú, ứng dụng là phải thiết lập lại cỏc kết nối khỏc.
Message Orientation: Trong TCP, dữ liệu đƣợc gửi giữa hai đầu cuối là
luồng cỏc byte. Nếu cần thiết, ứng dụng phải làm chức năng định dạng khung (frame) cho bản tin. Ở SCTP, bản tin đƣợc giữ nguyờn định dạng. Tức là nếu tầng ứng dụng phớa phỏt gửi bản tin 100 byte đi thỡ phớa thu cũng nhận đƣợc đỳng 100 byte. UDP cũng cung cấp dịch vụ hƣớng bản tin nhƣng khụng cú độ tin cậy cao nhƣ SCTP.
Un-ordered Service: Đối với TCP, tất cả cỏc bản tin đƣợc nhận tin cậy
đỳng theo thứ tự đƣợc gửi. Cũn với SCTP, giao thức này cung cấp cơ chế nhận tin khụng cú thứ tự (giữa cỏc luồng song song với nhau). Ở UDP cũng cấp dịch vụ này nhƣng khụng cú độ tin cậy nhƣ SCTP.
Extensibility: Gúi TCP bị giới hạn bởi 40 byte trƣờng Option. Trỏi lại, gúi
Heartbeat/Keep-alive: SCTP cú một tựy chọn cho phộp xỏc định thời gian
sống của bản tin. Nú cho phộp ứng dụng truyền tin xỏc định khoảng thời gian mà bản tin cũn cú ớch. Nếu thời gian này hết hạn trƣớc khi đƣợc truyền tin cậy tới phớa nhận, thỡ thực thể SCTP gửi cú thể dừng việc cố gửi bản tin hay hủy bỏ bản tin. Kiểu tin cậy này gọi là “tin cậy cục bộ”. Điều này rất hữu ớch nhƣ trong truyền tin di động hay ở cỏc game online. Việc này sẽ giỳp tiết kiệm băng thụng đƣờng truyền chống tắc nghẽn.
Syn cookie: SCTP sử dụng bắt tay bốn bƣớc bởi việc sử dụng cookie cú
dấu hiệu định trƣớc. Phớa nhận của bản tin thiết lập liờn kết SCTP mới duy trỡ trạng thỏi no-state (khụng đƣợc cấp tài nguyờn) cho tới khi phớa khởi tạo chứng thực đƣợc đú là IP của đối tƣợng yờu cầu kết nối. Cơ chế này cho phộp chống lại tấn cụng từ chối dịch vụ bằng cỏch SYN flooding.
Stronger checksum: SCTP cung cấp 32 bit kiểm tra tổng với khả năng phỏt
hiện lỗi tốt hơn 16 bit ở TCP hay UDP.
Advanced TCP services: cỏc dịch vụ mới của TCP nhƣ SACK (RFC 2018),
Appropriate Byte Counting Byte Counting (RFC 3465) và Explicit Congestion Notificaion (RFC3168) đó đƣợc tớch hợp sẵn trong SCTP. Bảng 2.2 So sỏnh cỏc đặc tớnh của TCP, UDP và SCTP Services/Features SCTP TCP UDP Hƣớng liờn kết Cú Cú Khụng Song cụng Cú Cú Cú Tin cậy Cú Cú Khụng
Tin cậy cục bộ optional Khụng Khụng
Nhận dữ liệu cú thứ tự Cú Cú Khụng
Nhận dữ liệu khụng cú thứ tự Cú no Cú
Điều khiển luồng Cú Cú Khụng
Điều khiển tắc nghẽn Cú Cú Khụng
Cơ chế ECN Cú Cú Khụng
Selective ACKs Cú Tựy chọn Khụng
Hƣớng bản tin Cú no Cú
Tỡm lại đƣờng MTU Cú Cú Khụng
Bọc cỏc PDU tầng ứng dụng Cú Cú Khụng
Đa luồng Cú Khụng Khụng
Multihoming Cú Khụng Khụng
Chống tấn cụng tràn SYN Cú Khụng Khụng
Kờt nối half-closed Khụng Cú Khụng
Kiểm tra dữ liệu tới đớch Cú Cú Khụng
Giả tiều đề cho checksum
Khụng (sử dụng vtags)
Cú Cú
Trạng thỏi đợi vtags 4-tuple Khụng
2.2.1.5 Giao thức RTP
- RTP là một giao thức dựa trờn giao thức IP tạo ra cỏc hỗ trợ để truyền tải cỏc dữ liệu yờu cầu thời gian thực với cỏc yờu cầu:
Liờn tục: Cỏc gúi tin phải đƣợc sắp xếp theo đỳng thứ tự khi chỳng đến bờn
nhận, cỏc gúi đến cú thể khụng theo thứ tự và nếu gúi tin bị mất thỡ bờn nhận phải dũ tỡm hay bự lại sự mất cỏc gúi tin này.
Sự đồng bộ trong cỏc phương thức truyền thụng: Cỏc khoảng lặng trong
tiếng núi đƣợc triệt và nộn lại để giảm thiểu băng thụng cần thiết, tuy nhiờn khi đến bờn nhận, thời gian giữa cỏc khoảng lặng này phải đƣợc khụi phục một cỏch chớnh xỏc.
Sự đồng bộ giữa cỏc phương thức truyền thụng: Cú thể tớn hiệu thoại sử
dụng một phƣơng thức truyền thụng trong khi tớn hiệu video lại sử dụng một phƣơng thức truyền thụng khỏc, cỏc tớn hiệu tiếng và hỡnh phải đƣợc đồng bộ một cỏch chớnh xỏc, gọi là sự đồng bộ tiếng - hỡnh.
Sự nhận diện phương thức truyền tải: Trong Internet, thụng thƣờng cần
thay đổi sự mó hoỏ cho phƣơng thức truyền tải (payload) trờn hành trỡnh truyền để hiệu chỉnh thay đổi độ rộng băng thụng sẵn sàng hoặc đủ khả năng cho ngƣời dựng mới kết nối vào nhúm. Một vài cơ chế cần đƣợc sử dụng để nhận diện sự mó hoỏ cho mỗi gúi đến.
- Cỏc dịch vụ cung cấp bởi RTP bao gồm:
Đa phỏt đỏp thõn thiện: (multicast – friendly): RTP và RTCP là kỹ thuật
cho đa phỏt đỏp, cung cấp khả năng mở rộng cuộc hội thoại nhiều bờn. Trờn thực tế, chỳng đƣợc thiết kế để cú thể hoạt động trong cả cỏc nhúm đa phỏt đỏp nhỏ, phự hợp cho cỏc cuộc điện đàm ba bờn. Đối với cỏc nhúm lớn, chỳng sử dụng đa phỏt đỏp quảng bỏ (broadcasting).
Độc lập thiết bị: RTP cung cấp cỏc dịch vụ cần thiết chung cho phƣơng
thức truyền thụng thời gian thực núi chung nhƣ thoại, video hay bất kỡ một bộ mó hoỏ, giải mó cụ thể nào cú sự định nghĩa cỏc phƣơng thức mó hoỏ và giải mó riờng bằng cỏc thụng tin tiờu đề và định nghĩa.
Cỏc bộ trộn và chuyển đổi: Cỏc bộ trộn là thiết bị nắm giữ phƣơng thức
truyền thụng từ một vài ngƣời sử dụng riờng lẻ, để trộn hoặc nối chỳng vào cỏc dũng phƣơng thức truyền thụng chung, chuyển đổi chỳng vào khuụn dạng khỏc và gửi nú ra. Cỏc bộ chuyển đổi cú ớch cho sự thu nhỏ băng thụng yờu cầu của dũng số liệu từ dũng số liệu chung trƣớc khi gửi vào từng kết nối băng thụng hẹp hơn mà khụng yờu cầu nguồn phỏt RTP thu nhỏ tốc độ bit của nú. Điều này cho phộp cỏc bờn nhận kết nối theo một liờn kết nhanh để vẫn nhận đƣợc truyền thụng chất lƣợng cao. RTP hỗ trợ cả cỏc bộ trộn và cả cỏc bộ chuyển đổi.
Mó hoỏ thành mật mó: Cỏc dũng phƣơng thức truyền thụng RTP cú thể mó
hoỏ thành mật mó dựng cỏc khoỏ, việc mó hoỏ đảm bảo cho việc thụng tin trờn mạng đƣợc an toàn hơn.
- Hoạt động của RTP đƣợc hỗ trợ bởi một giao thức khỏc là RTCP để nhận cỏc thụng tin phản hồi về chất lƣợng truyền dẫn và cỏc thụng tin về thành phần tham dự cỏc phiờn hiện thời. Khụng giống nhƣ cỏc giao thức khỏc là sử dụng cỏc trƣờng trong header để thực hiện cỏc chức năng điều khiển, RTP sử dụng một cơ chế điều khiển độc lập trong định dạng của gúi tin RTCP để thực hiện cỏc chức năng này.
2.2.1.6 Giao thức RTCP
- Giao thứ RTCP là giao thức hỗ trợ cho RTP cung cấp cỏc thụng tin phản hồi về chất lƣợng truyền dữ liệu. Cỏc dịch vụ mà RTCP cung cấp là:
Giỏm sỏt chất lượng và điều khiển tắc nghẽn: Đõy là chức năng cơ bản của
RTCP. Nú cung cấp thụng tin phản hồi tới một ứng dụng về chất lƣợng phõn phối dữ liệu. Thụng tin điều khiển này rất hữu ớch cho cỏc bộ phỏt, bộ thu và giỏm sỏt. Bộ phỏt cú thể điều chỉnh cỏch thức truyền dữ liệu dựa trờn cỏc thụng bỏo phản hồi của bộ thu. Bộ thu cú thể xỏc định đƣợc tắc nghẽn là cục bộ, từng phần hay toàn bộ. Ngƣời quản lý mạng cú thể đỏnh giỏ đƣợc hiệu suất mạng.
Xỏc định nguồn: Trong cỏc gúi RTP, cỏc nguồn đƣợc xỏc định bởi cỏc số
ngẫu nhiờn cú độ dài 32 bớt, cỏc số này khụng thuận tiện đối với ngƣời sử dụng. RTCP cung cấp thụng tin nhận dạng nguồn cụ thể hơn ở dạng văn bản. Nú cú thể bao gồm tờn ngƣời sử dụng, số điện thoại, địa chỉ e-mail và cỏc thụng tin khỏc.
Đồng bộ mụi trường: Cỏc thụng bỏo của bộ phỏt RTCP chứa thụng tin để
xỏc định thời gian và nhón thời gian RTP tƣơng ứng. Chỳng cú thể đƣợc sử dụng để đồng bộ giữa õm thanh với hỡnh ảnh.
Điều chỉnh thụng tin điều khiển: Cỏc gúi RTCP đƣợc gửi theo chu kỳ giữa
bằng giữa việc nhận thụng tin điều khiển mới nhất và hạn chế lƣu lƣợng điều khiển. Để hỗ trợ một nhúm ngƣời sử dụng lớn, RTCP phải cấm lƣu lƣợng điều khiển rất lớn đến từ cỏc tài nguyờn khỏc của mạng. RTP chỉ cho phộp tối đa 5% lƣu lƣợng cho điều khiển toàn bộ lƣu lƣợng của phiờn làm việc. Điều này đƣợc thực hiện bằng cỏch điều chỉnh tốc độ phỏt của RTCP theo số lƣợng ngƣời tham dự. Mỗi ngƣời tham gia một phiờn truyền RTP phải gửi định kỳ cỏc gúi RTCP đến tất cả những ngƣời khỏc cũng tham gia phiờn truyền. Nhờ vậy mà cú thể theo dừi đƣợc số ngƣời tham gia.