2.2.2 Cỏc chuẩn bỏo hiệu và điều khiển
- Tổng quan về chuẩn bỏo hiệu H.323
Là một khuyến nghị nằm trong họ giao thức H.32x do ITU đề xuất. H.323 cung cấp một kiến trỳc hệ thống tổng thể cỏc cơ chế thực thi cho toàn bộ quỏ trỡnh thiết lập, điều khiển cuộc gọi và cho cả phương tiện truyền thụng được sử dụng trong cuộc gọi trờn mụi trường IP.
Chuẩn H.323 giải quyết được vấn đề kỹ thuật cho truyền thoại, hỡnh ảnh và số liệu theo thời gian thực qua mụi trường mạng IP và mạng Internet.
Chuẩn H.323 được ứng dụng một cỏch rất rộng rói, cú thể dựng cho truyền thoại trờn IP (VoIP), hỡnh ảnh, dữ liệu và hội nghị đa phương tiện (Multimedia Conferencing)…
Hiện nay, VNPT đang phối hợp với SIEMENS để thử nghiệm H323 cho cỏc dịch vụ NGN trờn nền mạng VoIP 171 như đó đề cập trong chương 1.
Trong phần này, ta sẽ xem xột về cỏc giao thức trong tập giao thức H323, cỏc thành phần trong một mạng H323 và chức năng tương ứng của nú, khỏi quỏt quỏ trỡnh xử lý bỏo hiệu đối với cỏc giai đoạn thực hiện của một cuộc gọi.
Data Link and Physical Layer IP TCP UDP RTP Audio codec G.711 G.722 G.723 G.728 G.729 Video codec H.261 H.263 RT CP H .2 25 .0 (R A S) H .2 25 .0 ( Q .9 31 ) H .2 45 T.120 Data Hỡnh 2-2: Chồng giao thức H.323
- Chồng giao thức H.323:
Chồng giao thức H.323 được thể hiện như Hỡnh vẽ 2-2, bao gồm:
+ Cỏc chuẩn nộn tớn hiệu thoại: G.711 (64 kbps PCM), G.722, G.723, G.726 (40/32/24/16 kbps ADPCM), G.728 (16 kbps), G.729 (8 kbps). + Cỏc chuẩn nộn tớn hiệu video: H.261, H.263.
+ H.245: Dựng cho bỏo hiệu và điều khiển kờnh. + H.225: Dựng cho bỏo hiệu cuộc gọi.
+ T.120: Dựng cho cỏc ứng dụng truyền dữ liệu.
+ RTP/RTCP: Ứng dụng cho việc truyền cỏc gúi tin theo thời gian thực. - Cỏc thành phần kiến trỳc của H.323:
Chuẩn H.323 đưa ra định nghĩa 4 loại thành phần kiến trỳc mạng như sau: Thiết bị đầu cuối, Gateway, Gatekeeper, khối điều khiển liờn kết đa điểm (MCU – Multipoint Control Unit), như Hỡnh 2-3:
H.323 Terminal H.323MCU GateKeeper Gateway H.323 Terminal Non-H.323 network (PSTN, ISDN ...) Hỡnh 2-3: Thành phần kiến trỳc mạng H.323
- Thiết bị đầu cuối:
Thiết bị đầu cuối dựng để thực hiện việc liờn lạc hai chiều theo thời gian thực với cỏc thiết bị đầu cuối khỏc. Thiết bị đầu cuối H.323 cú thể là một thiết bị độc lập hoặc là mỏy PC cú cài đặt ứng dụng H.323. Núi chung, thiết bị đầu cuối H.323 gồm cỏc thành phần sau (Hỡnh 2-4):
+ Phần giao tiếp với người sử dụng.
+ Cỏc bộ mó hoỏ/giải mó (Codec) thoại, video. + Phần điều khiển hệ thống (H.245, H.225).
+Lớp H.225.0 cho việc đúng gúi luồng thụng tin (audio, video, data, control).
+ Giao diện với mạng LAN. Audio codec G.711, G.722, G.723.1, G.728, G.729 Video codec H.261, H.263 H.225.0 Layer LAN interface Microphone or Speaker Camera or Display H.245 Control H.225 Call Control (Q.931) RAS control System Control Data application System Control User Interface Receive path delay
- Gateway
Một Gateway cung cấp khả năng kết nối giữa mạng H.323 với cỏc mạng khỏc như: PSTN, ISDN,... Gateway thực hiện việc biờn dịch, chuyển đổi cỏc giao thức bỏo hiệu cuộc gọi và khuụn dạng dữ liệu giữa cỏc mạng khỏc nhau. Nếu chỉ đơn thuần cỏc đầu cuối H.323 trong cựng một mạng liờn lạc với nhau thỡ khụng cần đến sự tham gia của Gateway.
- Gatekeeper
Gatekeeper được coi là bộ nóo của mạng H.323. Gatekeeper giỏm sỏt và điều khiển mọi hoạt động trong miền mà nú quản lý. Mặc dự là thành phần khụng bắt buộc phải cú trong mạng H.323 nhưng Gatekeeper lại cung cấp những dịch vụ quan trọng cho cỏc đầu cuối. Chuẩn H.323 đưa ra định nghĩa về cỏc chức năng bắt buộc tối thiểu phải cú cho Gatekeeper như: dịch địa chỉ, điều khiển truy nhập, điều khiển băng thụng, quản lý miền và cỏc chức năng tuỳ chọn là: điều khiển bỏo hiệu cuộc gọi, tớnh cước... Khi Gatekeeper cú mặt trong hệ thống, tất cả cỏc thiết bị đầu cuối phải đăng ký trước khi thực hiện cuộc gọi. Ta cú bảng chức năng như sau:
Chức năng Định nghĩa
Dịch địa chỉ Dịch từ địa chỉ alias sang địa chỉ giao vận (địa chỉ trong mạng H.323).
Điều khiển quyền truy nhập
Gatekeper cú thể chấp nhận hoặc từ chối yờu cầu truy nhập của đầu cuối (thụng qua bản tin ARQ, ACF, ARJ).
Điều khiển băng thụng
Gatekeeper điều khiển băng thụng bằng cỏc bản in RAS (BRQ, BRJ, BCF). Gatekeeper đảm bảo băng thụng dành cho cỏc cuộc gọi khụng vượt quỏ ngưỡng đặt ra.
Quản lý miền Gatekeeper thực hiện cỏc chức năng quản lý như trờn với cỏc đầu cuối trong miền.
hiệu cuộc gọi H.225/Q.931 hoặc để hai đầu cuối gửi bản tin bỏo hiệu trực tiếp cho nhau.
Quản lý cuộc gọi
Gatekeeper duy trỡ một danh sỏch về cỏc cuộc gọi đang được tiến hành, nhờ đú nú xỏc định được đầu cuối nào đang bận.
Quản lý băng thụng
Do băng thụng cú hạn, Gatekeeper giới hạn số đầu cuối được phộp truy nhập cựng một lỳc.
Call
Authorization
Gatekeeper cú thể giới hạn quyền truy nhập hoặc thời gian truy nhập của một đầu cuối.
Tớnh cước Gatekeeper quản lý mọi hoạt động diễn ra trong miền mà nú quản lý, do đú sẽ rất thuận lợi nếu nú đảm nhận cả chức năng tớnh cước.
Bảng 2-1: Cỏc chức năng của Gatekeeper trong mạng H323
- MCU
MCU hỗ trợ khả năng thực hiện cỏc cuộc đàm thoại hội nghị với số bờn tham gia lớn hơn 3. MCU bao gồm hai thành phần : MC (bắt buộc), và MP (tựy chọn):
+ MC (Multipoint Control): Điều khiển việc liờn kết giữa cỏc đầu cuối tham gia vào cuộc hội thoại.
+ MP (Multipoint Processor): Thực hiện việc trộn, chuyển, phõn kờnh cho từng luồng dữ liệu trong quỏ trỡnh đàm thoại giữa cỏc bờn.
MCU, Gatekeeper, Gateway là cỏc thực thể tỏch biệt về mặt logic, chỳng cú thể được định vị trong cựng một thiết bị vật lý.
- Bỏo hiệu và điều khiển trong H.323
Bản tin H.225 RAS được truyền tải trờn kờnh RAS qua giao thức UDP. Cỏc thiết bị đầu cuối và Gateway trao đổi cỏc bản tin H.225 RAS với Gatekeeper nhằm:
+ Tỡm kiếm Gatekeeper. + Đăng ký.
+ Định vị đầu cuối (Terminal và Gateway). + Điều khiển truy nhập.
+ Điều khiển băng thụng. + Giải phúng cuộc gọi. + Thụng bỏo trạng thỏi.
- Bỏo hiệu cuộc gọi H225 (Q.931):
Cỏc bản tin Q.931 được truyền trờn kờnh bỏo hiệu cuộc gọi qua giao thức TCP (cổng 1720). Đõy là cỏc bản tin sẽ được sử dụng tiếp theo sau khi quỏ trỡnh trao đổi RAS thành cụng. Nếu trong hệ thống khụng cú Gatekeeper, cỏc bản tin Q.931 sẽ được trao đổi trực tiếp giữa cỏc đầu cuối để thiết lập hoặc huỷ bỏ cuộc gọi. Cũn trong trường hợp cú Gatekeeper, cú hai cỏch để cỏc đầu cuối trao đổi bản tin bỏo hiệu:
+ Trao đổi trực tiếp: Hai đầu cuối trực tiếp trao đổi bản tin bỏo hiệu cho nhau
+ Trao đổi giỏn tiếp: Cỏc bản tin bỏo hiệu được định tuyến qua Gatekeeper. Sử dụng cỏch nào là do Gatekeeper quyết định trong quỏ trỡnh trao đổi bản tin truy nhập trờn kờnh RAS.
- Bỏo hiệu điều khiển H.245:
Bản tin H.245 được truyền tải trờn kờnh điều khiển H.245 qua giao thức TCP. Kờnh điều khiển H.245 là kờnh logic 0 và thường xuyờn mở trong quỏ trỡnh thực hiện cuộc gọi. Cỏc bản tin này được trao đổi giữa cỏc đầu cuối sau quỏ trỡnh bỏo hiệu Q.931 thành cụng. Mục đớch của việc trao đổi cỏc bản tin H.245 này là: trao
đổi về cỏc khả năng của đầu cuối, mở /đúng cỏc kờnh logic để truyền cỏc gúi tin RTP/RTCP.
2.2.2.2 Giao thức khởi tạo phiờn - SIP
- Tổng quan về SIP:
SIP là chuẩn bỏo hiệu do IETF đưa ra (RFC 2543-thỏng 3/1999) nhằm giải quyết cỏc vấn đề truyền tải tớn hiệu õm thanh và hỡnh ảnh trờn mụi trường mạng IP. SIP dựa trờn nền tảng văn bản sử dụng bộ ký tự ISO 10646, điều này tạo cho SIP tớnh linh hoạt, mềm dẻo, dễ mở rộng và dễ thực thi cỏc ngụn ngữ lập trỡnh cấp cao như Java, Tol, Perl.
- Chồng giao thức SIP (SIP protocol stack):
SIP là giao thức lớp ứng dụng, hoạt động và chức năng của nú khụng phụ thuộc vào giao thức lớp dưới (SIP cú thể chạy trờn nền IPX, Frame Relay, ATM AAL5 hoặc X25). Nhưng thụng dụng nhất vẫn là SIP hoạt động trờn cơ sở mạng IP, trong đú cỏc bản tin bỏo hiệu cuộc gọi SIP cú thể vận chuyển qua TCP hoặc UDP.
Hỡnh 2-5 mụ tả vị trớ của SIP trong mụ hỡnh TCP/IP:
Hỡnh 2-5: Giao thức SIP trong mạng IP
SDP (Session Description Protocol): Giao thức mụ tả phiờn.
RTP (Real-time Transport Protocol): Đõy là giao thức được sử dụng để truyền tải tớn hiệu õm thanh, hỡnh ảnh theo thời gian thực.
RTCP (Real-time Transport Control Protocol): Đõy là giao thức điều khiển truyền tải tớn hiệu õm thanh, hỡnh ảnh theo thời gian thực.
- Vai trũ, chức năng của SIP:
SIP là giao thức điều khiển lớp ứng dụng dựng để thiết lập, thay đổi và giải phúng cỏc phiờn truyền thụng đa phương tiện hoặc cuộc gọi. Cỏc phiờn kết nối đa phương tiện ở đõy cú thể là: hội thảo, đào tạo từ xa, điện thoại IP, hoặc cỏc ứng dụng tương tự khỏc.
SIP hỗ trợ 5 khớa cạnh trong việc thiết lập và kết thỳc cỏc cuộc liờn lạc đa phương tiện:
+ Định vị người sử dụng: Xỏc định vị trớ của thiết bị đầu cuối đang thực hiện cuộc gọi.
+ Xỏc định xem nguời sử dụng dựng phương tiện (media) gỡ (õm thanh, hỡnh ảnh) để thực hiện cuộc gọi và cỏc tham số của phương tiện đú (chuẩn nộn, giao thức truyền tải, băng thụng,...).
+ Xỏc định xem người bị gọi cú muốn nhận cuộc gọi hay khụng.
+ Thiết lập phiờn: rung chuụng, thiết lập cỏc tham số cần thiết cho cuộc gọi.
+ Quản lý phiờn: bao gồm việc truyền và kết thỳc phiờn, thay đổi cỏc tham số của phiờn.
SIP được thiết kế như là một thành phần của bộ giao thức của IETF cho truyền tin đa phương tiện và điều khiển cấu trỳc như: Giao thức truyền tải thời gian thực (RTP), giao thức điều khiển truyền tải thời gian thực (RTCP), giao thức mụ tả phiờn (SDP), MEGACO,... SIP khụng cung cấp cỏc dịch vụ, nhưng SIP là cơ sở để thực hiện cỏc dịch vụ khỏc nhau. Do đú SIP nờn được sử dụng cựng với cỏc giao thức trờn để cung cấp một dịch vụ hoàn chỉnh tới người sử dụng. Tuy nhiờn cần lưu ý rằng chức năng và hoạt động của SIP hoàn toàn khụng phụ thuộc vào cỏc giao thức trờn.
Ngoài ra SIP cũn cú thể được sử dụng kết hợp với cỏc giao thức bỏo hiệu và thiết lập cuộc gọi khỏc. Vớ dụ, để thực hiện một cuộc gọi H.323, cú thể sử dụng SIP để xỏc định địa chỉ của gateway H.245 và của người sử dụng, sau đú sử dụng giao thức H.225.0 để thiết lập cuộc gọi.
SIP cú thể hoạt động trờn cả IPv4 và IPv6.
- Thành phần kiến trỳc của mạng SIP
Trong mụ hỡnh đơn giản nhất SIP cú thể chỉ bao gồm 2 user agent (UA) được cầu hỡnh đề gửi cỏc SIP message trực tiếp cho nhau. Tuy nhiờn, trong mụ hỡnh đặc trưng tiờu biểu của mạng SIP gồm cú cỏc thành phần sau: User agents, Proxies, Registrars, Redirect servers và cú thể được mụ tả như Hỡnh 2-6.
Registrar Server
Proxy Server Proxy Server
User Agent
Redriect Server
Gateway
PSTN
Hỡnh 2-6: Thành phần kiến trỳc của mạng SIP.
Cỏc thành phần trờn tồn tại như là cỏc thực thể logic, chỳng cú thể được định vị cựng nhau để tăng tốc độ xử lý.
- User agents:
User agents là cỏc điểm cuối trờn mạng IP, chỳng sử dụng giao thức SIP để tỡm lẫn nhau và thoả thuận cỏc đặc tớnh kết nối cho một phiờn giao dịch. Chỳng thường được định vị trờn mỏy tớnh của người sử dụng dưới hỡnh thức cỏc ứng dụng (phần mềm đầu cuối SIP). Tuy nhiờn khụng nhất thiết phải như vậy mà cỏc user agents cú thể là điện thoại di động, cỏc PSTN Gateway, PDAs, cỏc hệ thống trả lời tự động.
Cỏc user agents cú thể là User Agent Sever (UAS) hoặc User Agent Client (UAC). UAC thực hiện gửi Request và nhận Response. Cũn UAS thỡ nhận cỏc Request và gửi phản hồi cỏc Response. Thường thỡ một User Agent cú vai trũ vừa là UAS, vừa là UAC.
UA cú thể là một mỏy điện thoại SIP, hoặc cũng cú thể là phần mềm chạy phần mềm đầu cuối SIP.
- Proxies:
Proxy Server là một thành phần quan trọng trong mụ hỡnh kiến trỳc của SIP. Đõy là phần mềm hoạt động như cả server và client để thực hiện cỏc yờu cầu thay mặt cho cỏc đầu cuối khỏc. Proxies hỡnh thành việc định tuyến từ người gọi đến người nhận cuộc gọi, kiểm tra xỏc thực, ghi cước và nhiều tớnh năng quan trọng khỏc nữa.
Nhiệm vụ quan trọng nhất của một Proxy Server là định tuyến đường đi tốt nhất từ người gọi (UAC) đến người nhận (UAS). Việc định tuyến này cú thể đi qua cỏc Proxies trung gian khỏc để đến với người nhận.
- Registrar Server:
Là thành phần nhận cỏc yờu cầu đăng ký Register. Registrar Server cho phộp cỏc UACs đăng ký location của cỏc user vào trong hệ thống Database của Register. Thụng tin đăng ký cú thể bao gồm: username, địa chỉ, cổng giao tiếp,... Mục đớch của việc lưu trữ cỏc thụng tin này là nhằm hỗ trợ cho cỏc Proxy Server ỏnh xạ ra địa chỉ SIP của UAC tương ứng.
Trong nhiều trường hợp Registrar Server đảm nhiệm luụn chức năng an ninh như là xỏc nhận người sử dụng.
Registrar thường được định vị cựng Proxy Server hoặc Redirect Server và cú thể cung cấp dịch vụ định vị thuờ bao (Location Service).
- Redirect servers:
Redirect server cú nhiệm vụ tiếp nhận một yờu cầu SIP từ người gửi, và nú thực hiện việc tỡm kiếm thụng tin về người nhận trong Database. Sau đú nú sẽ tạo ra
một danh sỏch cỏc location hiện thời của người nhận (nếu người sử dụng log in vào nhiều thiết bị đầu cuối (end system) cựng một lỳc) và gửi ngược trở lại cho người gửi thụng qua bản tin trả lời dạng 3xx.
Khụng giống như Proxy Server, Redirect Server khụng khởi tạo bất cứ yờu cầu SIP nào và cũng khụng chấp nhận hoặc huỷ bỏ cuộc gọi nào.
- Địa chỉ SIP:
Trước hết mỗi người cần cú một địa chỉ, gọi là SIP URL. Địa chỉ SIP cũng tương tự như địa chỉ email, cú dạng sip: user@domain hoặc user@host.
Địa chỉ SIP được sử dụng trong cỏc bản tin SIP để chỉ ra người gọi (From) và người nhận (To).
- Thụng điệp SIP (SIP message):
SIP là giao thức dạng text sử dụng bộ ký tự ISO 10646 trong UTF-8. Cỳ phỏp của SIP cũng gần tương tự như HTTP/1.1. Tuy nhiờn khỏc với HTTP, SIP cú thể sử dụng UDP. Một thụng điệp SIP cú thể là yờu cầu gửi từ client tới server, hoặc là một phỳc đỏp từ server trở về client.
SIP định nghĩa 6 loại thụng điệp: REGISTER, INVITE, ACK, CANCEL, BYE và OPTIONS:
- INVITE: Được sử dụng để mời cỏc thành viờn tham gia vào phiờn liờn lạc. Trong phần thõn của thụng điệp (message body) cú chứa sự mụ tả về phiờn đú.
- ACK: Xỏc nhận client đó nhận được phỳc đỏp cuối cựng cho yờu cầu INVITE.
- OPTIONS: Dựng để truy vấn khả năng của SIP Server
- BYE: Được sử dụng để kết thỳc cuộc gọi.
- CANCEL: Dựng để huỷ bỏ một yờu cầu đang được thực hiện (dừng tỡm kiếm và rung chuụng), nú khụng ảnh hưởng tới yờu cầu đó được thực hiện xong.
- REGISTER: Client sử dụng phương thức này để đăng ký địa chỉ của người sử dụng với Server.
- Giao thức mụ tả phiờn SDP (Sesion Description Protocol):
Như đó đề cập ở cỏc mục trờn, SIP khụng đưa ra bất cứ định nghĩa nào về media của phiờn kết nối mà nú dựa vào giao thức SDP (sử dụng trong phần thõn bản tin). Thụng tin trong SDP bao gồm:
- Tờn và mục đớch của phiờn.
- Thời gian hoạt động của phiờn.
- Cỏc media mà phiờn sử dụng.
- Những thụng tin cần thiết để nhận cỏc media đú (địa chỉ, cổng, khuụn dạng,..).
- Băng thụng sử dụng.
- Cỏc thụng tin liờn hệ với người cú trỏch nhiệm về phiờn kết nối (email, số