1.3. Các giao thức trong mạng VoIP
1.3.6. Giao thức H.323
H.32x là họ giao thức của ITU-T định nghĩa các dịch vụđa phương tiện qua các mạng khác nhau và H.323 là một phần trong họ nàỵ H.323 là giao thức xác định các thành phần, các giao thức cũng như các bước thực hiện để cung cấp dịch vụđa phương tiện qua mạng gĩi[6]. Các dịch vụđa phương tiện ởđây cĩ thể là truyền tín hiệu tiếng, tín hiệu hình thời gian thực và dữ liệụ Mạng gĩi cĩ thể là Internet, EN (Enterprise Network), LAN (Local Area Network), MAN (Metropolitan Area Network), WAN (Wide Area Network).
H.323 cĩ thể cung cấp 1 trong 3 dịch vụ sau tiếng, hình hay dữ liệu cũng như tổ hợp các dịch vụ trên nên nĩ cĩ thể được ứng dụng ở nhiều nơi như ứng dụng tại nhà khách hàng, doanh nghiệp hay cơng nghiệp giải trí. Ngồi ra nĩ cĩ thể được sử dụng để cung cấp dịch vụđa phương tiện đa điểm (multipoint multimedia communications).
Các thành phần của H.323
Giao thức H.323 định nghĩa 4 thành phần sau: đầu cuối (terminal – được ký hiệu là T), cổng (gateway - GW), bộ giữ cổng (gatekeeper - GK), và đơn vị điều khiển đa điểm (multipoint control unit - MCU). Riêng với GK thì đây là thành phần lựa chọn, cĩ thể cĩ hoặc khơng cĩ trong mạng. Và GW và MCU thường được coi là các điểm cuối (endpoint).
Các thành phần này cĩ thểđược tập trung trong một hệ thống đơn hay được lắp đặt ở nhiều hệ thống khác nhau tại những vị trí địa lý cũng như vật lý khác nhaụ
Hình 1-19 Mơ hình mạng H.323 đơn giản
Chồng giao thức mà H.323 hỗ trợđược trình bày trong hình sau:
Hình 1-20 Các giao thức thuộc H.323
Terminal
Là thành phần dùng trong truyền thơng 2 chiều đa phương tiện thời gian thực được dùng trong việc kết nối các cuộc gọị ðầu cuối H.323 cĩ thể là một máy tính, một điện thoại, điện thoại truyền hình, hệ thống voicemail, thiết bị IVR (Interactive Voice Response) hay là 1 thiết bị độc lập cĩ các ứng dụng đa phương tiện H.323.
Ngồi ra nĩ cịn tương thích với đầu cuối H.324 của mạng chuyển mạch kênh và mạng di động, đầu cuối H.310 của
B-ISDN, đầu cuối H.320 của ISDN, v.v.
Một đầu cuối H.323 phải hỗ trợ các đặc tính sau:
− H.245 cho việc trao đổi khả năng của đầu cuối và để tạo các kênh thơng tin. − H.225 cho quá trình báo hiệu và thiết lập cuộc gọị
− RAS cho việc đăng ký và điều khiển các hoạt động quản lý khác với GK. − RTP/RTCP được sử dụng cho việc truyền các gĩi thơng tin thoại và hình.
− G.711 cho quá trình mã hĩa và giải mã tiếng nĩi, T.120 cho hội thảo dữ liệu và hỗ trợ khả năng tương tự của MCỤ
Hình sau minh họa các giao thức mà một đầu cuối H.323 phải hỗ trợ:
Hình 1-21 Chồng giao thức tại đầu cuối H.323
Gateway
GW là thành phần dùng để kết nối 2 mạng khác loại nhaụ Một cổng H.323 dùng để liên kết mạng H.323 với mạng khơng phải là mạng chuẩn H.323. Việc kết nối giữa 2 mạng khác loại nhau thực hiện được nhờ việc dịch các giao thức (protocol translation) khác nhau cho quá trình thiết lập và giải tỏa cuộc gọi, việc chuyển đổi dạng thơng tin giữa các mạng khác nhau và việc truyền thơng tin giữa các mạng kết nối với GW. Tuy nhiên một GW sẽ khơng cần thiết cho việc liên lạc giữa các đầu cuối thuộc cùng mạng H.323.
Cấu tạo của một gateway bao gồm một Media Gateway Controller (MGC), Media Gateway (MG) và Signaling Gateway (SG) được minh họa trong hình vẽ sau:
Hình 1-21 Cấu tạo của gateway
Gatekeeper
Một GK được xem là bộ não của mạng H.323, nĩ chính là điểm trung tâm cho mọi cuộc gọi trong mạng H.323. Mặc dù là thành phần tùy chọn nhưng GK cung cấp các dịch vụ quan trọng như việc dịch địa chỉ, sự ban quyền và nhận thực cho đầu cuối terminal và GW, quản lý băng thơng, thu thập số liệu và tính cước.
Ngồi ra nĩ cũng cung cấp dịch vụđịnh tuyến cuộc gọị ðây là một chức năng cĩ rất nhiều ưu điểm vì quá trình giám sát cuộc gọi cũng như định tuyến qua GK sẽ cung cấp hoạt động mạng tốt hơn. ðiều này là do việc GK đưa ra quyết định định tuyến dựa trên rất nhiều yếu tố, ví dụ như yếu tố cân bằng tải giữa các GW.
Hình 1-22 Chức năng của một Gatekeeper
− Dịch địa chỉ (Ađress Translation): một cuộc gọi đi trong mạng H.323 cĩ thể dùng bí danh (alias) để chỉ địa chỉ của đầu cuối đích (destination terminal). Do đĩ ta cần phải sử dụng chức năng này để dịch bí danh sang địa chỉ H.323.
− Quản lý việc thu nhận điểm cuối (Admission Control): GK sử dụng báo hiệu RAS để quản lý việc tham gia vào mạng H.323 để cĩ thể tham gia vào một kết nối nào đĩ của các
điểm cuối dựa vào một số tiêu chuẩn như băng thơng cịn trống, sự cho phép hay một số tiêu chuẩn khác mà một số yêu cầu đặc biệt khác địi hỏi đáp ứng.
− ðiều khiển băng thơng (Bandwidth Control): GK điều khiển băng thơng bằng báo hiệu RAS. Ví dụ nếu người điều hành mạng đã xác định số cuộc gọi tối đa được thực hiện cùng lúc thì mạng cĩ quyền từ chối bất cứ cuộc gọi nào khi số cuộc gọi tại thời điểm đĩ đã đạt đến ngưỡng nàỵ
− Quản lý vùng hoạt động (Zone management): GK chỉ cĩ thể thực hiện các chức năng trên đối với các terminal, GW và MCU thuộc vùng quản lý của nĩ. Hay nĩi cách khác GK định nghĩa các điểm cuối (endpoint) nĩ quản lý.
Các chức năng tùy chọn của GK:
− Báo hiệu điều khiển cuộc gọi (Call Control Signaling).
− Chấp nhận cuộc gọi (Call Authorization): GK cĩ quyền quyết định cho một điểm cuối (endpoint) cĩ thể thực hiện một cuộc gọi hay khơng.
− Quản lý cuộc gọi (Call Management): chức năng này cho phép GK lưu trữ tất cả các thơng tin về các cuộc gọi mà nĩ xử lý (các cuộc gọi xuất phát từ vùng hoạt động của nĩ).
Giao thức báo hiệu cuộc gọi H.225
ðây là giao thức hỗ trực các chức năng báo hiệu cho một cuộc gọi, được sử dụng để thiết lập kênh kết nối giữa các endpoint. Quá trình trao đổi các bản tin báo hiệu cuộc gọi H.225 được thực hiện qua kênh báo hiệu cuộc gọi, là kênh truyền tin cậy sử dụng giao thức TCP.
Các bản tin H.225 được trao đổi trực tiếp giữa các endpoint nếu khơng cĩ GK trong mạng H.323. Nếu trong mạng cĩ GK, các bản tin này cĩ thể được truyền trực tiếp giữa các endpoint hay được truyền thơng qua GK để tới các endpoint. Cách thức truyền sẽđược xác định trong quá trình thực hiện báo hiệu RAS, qua bản tin tham gia cuộc gọị
Các bản tin cơ bản bao gồm:
− Bản tin SETUP: được sử dụng khi một điểm cuối muốn thực hiện một kết nối với một điểm cuối khác. Nếu nĩ sử dụng cách thức truyền thơng qua GK thì muốn phát bản tin này đi trước hết nĩ phải nhận được bản tin ACF của GK.
− Bản tin CALL PROCEEDING: bản tin này cho biết bản tin SETUP đã được nhận và thủ tục thiết lập cuộc gọi đang được tiến hành.
− Bản tin ALERTING: điểm cuối bị gọi sẽ phát bản tin này cho biết nĩ đang được cảnh báo cĩ 1 cuộc gọi đến nĩ.
− Bản tin CONNECT: được phát đi bởi điểm cuối bị gọi, nhằm thơng báo nĩ đã chấp nhận cuộc gọị
− Bản tin RELEASE COMPLETE: bản tin này dùng để kết thúc cuộc gọị
− Ngồi ra cịn cĩ các bản tin sau: bản tin PROGRESS, bản tin FACILITY, bản tin
STATUS, bản tin STATUS INQUIRY, bản tin SETUP ACKNOWLEDGE và bản
tin NOTIFY.
Hình sau minh họa một báo hiệu cuộc gọi cơ bản sử dụng giao thức báo hiệu H.225:
Hình 1-23 Quá trình báo hiệu cuộc gọi đơn giản sử dụng H.225 1.3.7. Giao thức SGCP (Simple Gateway Control Protocol) 1.3.7. Giao thức SGCP (Simple Gateway Control Protocol)
Giao thức này cho phép các thành phần điều khiển cuộc gọi cĩ thểđiều khiển kết nối giữa trung kế, các thiết bị đầu cuối với các Gatewaỵ Các thành phần điều khiển được gọi là Call Agent. SGCP được sử dụng để thiết lập duy tu và giải phĩng các cuộc gọi qua mạng IP. Call Agent thực hiện các chức năng báo hiệu cuộc gọi và Gateway thực hiện chức năng truyền tín hiệu âm thanh. SGCP cung cấp năm lệnh điều khiển chính như sau:
Notification Request: yêu cầu Gateway phát hiện các tín hiệu nhấc đặt máy và các tín hiệu quay số DTMF.
Notify: Gateway sử dụng lệnh này để thơng báo với Call Agent về các tín hiệu phát hiện được ở trên.
CreatConnection: Call Agent yêu cầu khởi tạo kết nối giữa các đầu liên lạc trong Gatewaỵ
ModifyConnection: Call Agent dùng lệnh này để thay đổi các thơng số về kết nối đã thiết lập. Lệnh này cũng cĩ thể dùng đểđiều khiển luồng cho các gĩi tín. RTP đi từ Gateway này sang Gateway khác.
DeleteConnection: Call Agent sử dụng lệnh này để giải phĩng các kết nối đã thiết lập.
1.3.8. Giao thức MGCP(Media Gateway Control Protocol)
Giao thức MGCP cho phép điều khiển các Gateway thơng qua các thành phần điều khiển nămg bên ngồi mạng[6]. MGCP sử dụng mơ hình kết nối tương tự như SGCP, dựa trên các kết nối cơ bản giữa thiết bị đầu cuối và Gatewaỵ Các kết nối cĩ thể là kết nối điểm – điểm hoặc kết nối đa điểm. Ngồi năm chức năng điều khiển như SGCP, MGCP cịn cung cấp thêm các chức năng sau:
Endpoint Configuration: Call Agent dùng lệnh này để yêu cầu Gateway xác định kiểu mã hĩa ở phía đường dây kết nối đến thiết bịđầu cuốị
AuditEndpoint và AuditConnection: Call dùng để kiểm tra trạng thái và kết nối ở một thiết bịđầu cuốị
RestartIn_Progress: Gateway dùng lệnh này để thơng báo với Call Agent khi nào các thiết bị đầu cuối ngừng sử dụng dịch vụ và khi nào quay lại sử dụng dịch vụ.
1.3.9. Giao thức Megaco/H.248
Kiến trúc chính của Megaco được thể hiện bao gồm hoạt động giữa các hệ thống MG, MGC[6].
Megaco chia các thiết bị cĩ chức năng khác nhau thành hai phần: phần truyền thơng và phần báo hiệụ Trong khi Media Gateway (Cổng giao tiếp truyền thơng) điều khiển phần truyền thơng thì Media Gateway Controller (Bộ điều khiển cổng giao tiếp truyền thơng) hay Call Agents (Các tác nhân gọi) lại điều khiển các MGs để thiết lập các đường dẫn truyền thơng thơng qua mạng phân tán. Một MGC cĩ thể điều khiển nhiều MGs. Nĩi một cách khác, một MG cĩ thể đăng ký với nhiều MGCs. Việc trao đổi thơng tin giữa hai thiết bị này (MG và MGC) được thực hiện nhờ giao thức Megacọ Vì thế, Megaco là một giao thức chủ/tớ, ở đây các tác nhân cuộc gọi hoạt động như các bộ khởi tạo lệnh (máy chủ), cịn các MGs hoạt động như các bộđáp ứng lệnh (máy tớ)
1.4. Vấn đề QoS trong VoIP 1.4.1. Giới thiệu về QoS 1.4.1. Giới thiệu về QoS
Chất lượng dịch vụ (QoS – Quality of Service) là những chỉ tiêu phản ánh khả năng của mạng đảm bảo và duy trì các mức chất lượng nhất định cho mỗi dịch vụ theo như các yêu cầu hợp lý của người sử dụng[5].
QoS thường liên quan tới khả năng cĩ thể truyền tải những dạng thơng tin nhạy cảm với thời gian như thoại, video, dữ liệu của những ứng dụng đặc biệt, quan trọng.
ðể cĩ khả năng cung cấp được những mức độ QoS khác nhau, hạ tầng mạng cần phải cĩ những khả năng cơ bản sau:
Phân lớp những kiểu lưu lượng khác nhau như video, audio hay dữ liệu, để mỗi lớp cĩ thể phân biệt và xử lý khác nhaụ
Ưu tiên cho những lưu lượng quan trọng và nhạy cảm với thời gian.
Thiết lập hoặc dành trước băng thơng cho những khách hàng như là những thỏa thuận trên mỗi cấp dịch vụ cho những băng thơng lớn, và cho phép những lưu lượng quan trọng đi qua một cách thơng suốt.
Cân bằng tải cho những yêu cầu của người dùng qua nhiều máy chủ để dự phịng và nâng cao hiệu năng hoạt động.
Sử dụng những chính sách QoS xác định để việc quản trị những cấp độ dịch vụ trở nên khơng đổi và được bảo mật, mặt khác cũng dễ dàng điều chỉnh đáp ứng sự thay đổi liên tục của những yêu cầu ưu tiên trong mạng.
Phân biệt Chất lượng dịch vụ (QoS) và Cấp của dịch vụ (Grad of Service)
QoS đặc trưng cho cách thức xử lý, phân loại của mạng đối với một lưu lượng thơng tin nào đĩ, đặc trưng cho những tính chất cĩ thể dựđốn được của mạng. QoS bao gồm CoS và ToS (Type of Service).
GoS đặc trưng cho sự phân cấp của các dịch vụ so với nhau , cho sự đối xử khác nhau đối với lưu lượng và các tiêu chí khác như…cho phép nhà quản trị mạng ghép các luồng cĩ yêu cầu, độ trễ khác nhau lạị ToS là một trường trong tiêu đề gĩi tin IP là cơ sở cho phép CoS hoạt động.
Các mức độ của QoS được sắp xếp theo thứ tự từ cao đến thấp
Những dịch vụ được đảm bảo: những dịch vụ giống như chuyển mạch kênh, bảo đảm được băng thơng cần thiết cho các dịch vụ, đây là mức độ cao nhất của QoS, cịn gọi là hard QoS.
Phân biệt đối với các dịch vụ khác nhau (cịn gọi là QoS mềm): xếp hàng ưu tiên cho các dịch vụ, đặt ưu tiên cho lưu lượng.
Hiệu quả hoạt động của mạng cao nhất: “What you see is what you get”, đáp ứng mọi nhu cầu về băng thơng, mức độ này cĩ ít QoS nhất, chỉ đơn giản là cung cấp các kết nối mà khơng cĩ bảo đảm gì.
ðể cĩ được QoS cần thiết phải nâng cấp hạ tầng mạng (network infrastructure), một cách để tăng băng thơng cho mạng là xây dựng mạng đường trục (backbone) tốc độ cao với những bộ chuyển mạch ATM hoặc Gigabit Ethernet. Thêm vào đĩ là những giao thức mới được cài đặt để cĩ thể quản lý được sự ưu tiên và băng thơng cho các lưu lượng trên mạng.
Trong mơi trường mạng nội bộ, sự ưu tiên của người dùng được thiết lập bởi những người quản trị thơng qua những máy chủ chính sách (policy servers). Trên liên mạng (Internet), sựưu tiên và băng thơng được cung cấp trên cơ sở tính cước sử dụng. ðiều này tránh trường hợp một user nào đĩ chiếm dụng băng thơng nhưng lại địi hỏi những nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) cĩ những thỏa thuận với nhau để thiết lập một yêu cầu QoS qua liên mạng và họ phải cĩ một hệ thống tính cước cho người dùng.
1.4.2. QoS trong VoIP và các yếu tố chính cĩ ảnh hưởng tới mạng VoIP
ðiểm chính của QoS trong VoIP là giúp giảm hoặc loại trừ trễ của các gĩi thoại bao gồm các gĩi bị mất và các gĩi đi qua mạng. Nĩ cĩ thểđược định nghĩa như là khả năng của mạng để cung cấp dịch vụ tốt nhất, để chọn mạng dựa trên nhiều kỹ thuật khác nhau như Frame Relay, ATM và IP. Mạng phân biệt việc truyền của các lớp khác nhau và cư xử với chúng cũng khác. ðể cĩ chất lượng mạng tốt cần tăng những dịch vụ sẵn cĩ và thơng lượng, trong khi giảm các thơng số cịn lại[5].
Cĩ nhiều cách đểđánh giá QoS như sau:
Hiện tượng trễ (Delay/Latency)