1.4.5.1 Đặc điểm truyền dữ liệu trên Internet hiện nay
Đặc điểm của Internet hiện nay là cung cấp dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort). Các Router cố gắng chuyển mỗi gói tin (packet; datagram) từ nơi gửi tới nơi nhận thật nhanh theo khả năng của nó. Tuy nhiên, dịch vụ cố gắng tối đa không đảm bảo về độ trễ đầu cuối - đầu cuối (end-to-end) cho một gói tin và không đảm bảo sự thăng gián độ trễ trong một dòng các gói tin. Cả TCP và UDP đều chạy trên IP, chúng đều không thể đảm bảo về độ trễ. Điều này là vấn đề cản trở sự phát triển ứng dụng mạng đa phương tiện trên Internet. Ngày nay, các ứng dụng này đã đạt được một số tiến bộ nhưng vẫn còn hạn chế.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Ví dụ: truyền các audio/video được lưu giữ với độ trễ 5-10 s là phổ biến hiện nay, chúng không đạt yêu cầu khi xảy ra tắc nghẽn mạng. Điện thoại internet và các ứng dụng video thời gian thực thì lại ít tiến bộ hơn. Chúng bắt buộc phải có ràng buộc về độ trễ và jitter của gói tin. Jitter là sự biến thiên của độ trễ của các gói tin trong cùng một luồng . Âm thanh và hình ảnh thời gian thực chỉ có thể hoạt động tốt trong vùng mà băng thông đạt yêu cầu và khi đó độ trễ và jitter là tối thiểu. Nhưng chất lượng có thể kém đi tới mức không thể chấp nhận đuợc khi mà luồng các gói tin qua một node bị tắc nghẽn.
Thiết kế của các ứng dụng đa phương tiện sẽ tốt hơn nếu có sự sắp xếp các dịch vụ của lớp thứ nhất và thứ hai. Các gói tin của lớp thứ nhất là hạn chế về số lượng và luôn được ưu tiên trong hàng đợi của router. Các dịch vụ lớp thứ nhất có thể thỏa mãn yêu cầu về độ trễ. Nhưng trong Internet, tại hàng đợi của router tất cả các gói tin nhận được dịch vụ như nhau, không gói nào được ưu tiên kể cả các gói audio và video. Cho dù bạn trả bao nhiêu tiền, bạn cũng phải vào cuối hàng đợi và chờ, đó chính là ý nghĩa của cách gọi
dịch vụ cố gắng tối đa (best effort).
Chúng ta đang sử dụng dịch vụ cố gắng tối đa. Các gói tin đều phải đợi trong
hàng đợi của router, mặc dù vậy chúng ta có thể áp dụng một số giải pháp để cải thiện chất lượng của ứng dụng đa phương tiện mạng.
Ví dụ: có thể gửi video, audio qua UDP do đó có thể lọai bỏ giai đoạn thông lượng thấp của TCP trong pha slow-start. Có thể dừng chạy file audio, video tại phía nhận khoảng 100 ms hay nhiều hơn để loại bỏ hiệu ứng jitter. Có thể gán nhãn các gói tin tại phía gửi để phía nhận biết khi nào gói tin được chạy. Với các audio/video được lưu trữ, có thể lấy dữ liệu trước trong khi đang chạy khi bộ nhớ và băng thông phía client là sẵn sàng. Có thể gửi thông tin dư thừa theo các thuật toán sửa lỗi để giảm bớt việc mất gói tin….
1.4.5.2 Cách khắc phục:
Ngày nay, việc cải tiến internet để hỗ trợ tốt hơn việc truyền thông đa phương tiện là một vấn đề rất lớn. Một số nhà nghiên cứu cho rằng: không cần thay đổi dịch vụ cố gắng tối đa và các giao thức bên dưới. Theo họ, chỉ cần thêm băng thông cho các kết
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
nối. Nhưng thực tế, việc tăng băng thông đòi hỏi chi phí cao, và khi băng thông tăng thì lại có sinh ra nhu cầu sử dụng những ứng dụng với yêu cầu về băng thông lớn hơn (ví dụ: video chất lượng cao theo yêu cầu)
Một quan điểm khác: Nên thay đổi nền tảng của internet để các ứng dụng có thể dành riêng băng thông cho ứng dụng. Ví dụ: nếu một người dùng muốn gọi điện thoại internet từ máy A tới máy B, thì ứng dụng điện thoại internet nên được giành riêng băng thông ở mỗi kết nối dọc theo đường đi từ máy A tới máy B. Điều này sẽ cần có nhiều sự thay đổi lớn. Thứ nhất, chúng ta cần một giao thức mà vì yêu cầu của ứng dụng dành băng thông cho ứng dụng. Thứ hai, cần sửa chính sách lập lịch trong hàng đợi của router để băng thông được phục vụ ưu tiên. Với chính sách lập lịch mới này, tất cả các gói tin không được ưu tiên như nhau nữa, thay vào đó, những gói tin nào trả nhiều tiền hơn sẽ được ưu tiên hơn. Thứ ba, để phục vụ ưu tiên, các ứng dụng cần cho mạng biết cụ thể về thông tin mà chúng định gửi đi. Mạng phải có chính sách cho lưu lượng mỗi ứng dụng.
Cuối cùng, mạng phải có phương tiện để xác định nó có băng thông sẵn sàng đáp ứng yêu cầu hay không. Những cơ chế này, khi được kết hợp với nhau, cần các phần mềm mới, phức tạp trên các máy cũng như các kiểu dịch vụ mới.
Một quan niệm khác nữa đó là : muốn thay đổi một số ít tại tầng mạng và tầng giao vận. Họ giới thiệu lược đồ về chính sách và giá (pricing) (ví dụ: tại giao diện giữa người dùng và Nhà cung cấp dịch vụ - ISP). Ý tưởng là: đưa ra một số nhỏ các lớp (2 chẳng hạn), gán mỗi datagram cho một trong các lớp đó, gán các mức dịch vụ khác nhau (độ ưu tiên) cho mỗi lớp trong hàng đợi của router. Một ví dụ đơn giản như sau: đưa một bit vào header của datagram, khi đó tất cả các IP datagram được đánh nhãn thuộc lớp thứ nhất hoặc thứ 2. Trong mỗi hàng đợi router, các gói thuộc lớp thứ nhất sẽ được phục vụ trước lớp thứ 2. Mạng sẽ đếm số lượng các gói datagram mà mỗi người dung sử dụng hàng tuần. Khi một người dùng thuê bao một dịch vụ internet, họ có thể được phép gửi tới một mức nào đó số lượng các gói tin ở lớp thứ nhất vào mạng hàng tuần. Các gói tin còn lại sẽ được chuyển thành lớp thứ hai. Một người dùng cũng có thể chọn dịch vụ mà trong đó tất cả các gói tin đều
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
thuộc lớp thứ hai. Mức giá cả của hai loại dịch vụ này sẽ khác nhau. Các dịch vụ lớp thứ nhất sẽ do đó sẽ có độ trễ đạt yêu cầu và phù hợp với ứng dụng đa phương tiện.
26
CHƢƠNG II: KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN
2.1. Kỹ thuật H323 2.1.1. Giới thiệu H323: 2.1.1. Giới thiệu H323:
H323 là một chuẩn quốc tế về hội thoại trên mạng được đưa ra bởi hiệp hội viễn thông quốc tế ITU (International Telecommunication Union). Chuẩn H323 của ITU xác định các thành phần, các giao thức, các thủ tục cho phép cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu đa phương tiện (multimedia) audio, video, data thời gian thực qua mạng chuyển mạch gói (bao gồm cả mạng IP) mà không quan tâm đến chất lượng dịch vụ.
H323 nằm trong bộ các khuyến nghị H32x cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu đa phương tiện qua các loại mạng khác nhau. Một trong các ứng dụng của H323 chính là dịch vụ điện thoại IP và hội nghị đa truyền thông. Đến nay, H323 đã phát triển thông qua hai phiên bản. Phiên bản thứ nhất được thông qua vào năm 1996 và phiên bản thứ hai được thông qua vào năm 1998. ứng dụng vào chuẩn này rất rộng bao gồm cả các thiết bị hoạt động độc lập cũng như ứng dụng truyền thông nhúng trong môi trường máy tính cá nhân, có thể áp dụng cho đàm thoại điểm - điểm cũng như cho truyền thông hội nghị. H323 còn bao gồm cả chức năng điều khiển cuộc gọi, quản lí thông tin đa phương tiện và quản lí băng thông và đồng thời còn cung cấp giao diện giữa mạng LAN và các mạng khác.
2.1.2. Các thành phần cơ bản của kỹ thuật H.323: 2.1.2.1. Các ƣu điểm của H.323: 2.1.2.1. Các ƣu điểm của H.323:
• Cung cấp các bộ mã hoá đã đƣợc chuẩn hoá:
H.323 thiết lập các chuẩn nén và giải nén luồng dữ liệu audio và video, bảo đảm cho các thiết bị từ các nhà cung cấp khác nhau có sự hỗ trợ chung.
• Tính tƣơng thích cao:
Người sử dụng có thể trao đổi dữ liệu mà không phải lo lắng về tính tương thích ở bên nhận. Bên cạnh việc đảm bảo bên nhận có thể giải nén thông tin nhận được, H.323 còn thiết lập một phương thức cho
27 phép bên nhận có thể trao đổi khả năng nhận thông tin của mình với bên gởi.
• Độc lập phần cứng:
H.323 được thiết kế để chạy ở tầng trên của kiến trúc mạng. Những giải pháp cơ bản của H.323 cho phép tận dụng được những cải tiến về kỹ thuật mạng và sự phát triển băng thông.
• Độc lập với ứng dụng và hệ điều hành:
H.322 không bị ràng buộc với phần cứng hay hệ điều hành. • Hỗ trợ đa điểm:
Tuy H.323 có thể quản lý được những cuộc hội nghị có nhiều kết nối mà không cần sử dụng thêm một trình điều khiển đa điểm chuyên dụng nào, nhưng việc sử dụng MCU (Multipoint Control Unit – trình điều khiển đa điểm) sẽ cung cấp một kiến trúc mạnh và linh hoạt hơn cho hội nghị kiểu nhiều kết nối.
• Quản lý đƣợc băng thông:
Việc truyền các dữ liệu truyền thông đa phương tiện đòi hỏi băng thông rất lớn và có thể làm nghẽn mạch. Để giải quyết vấn đề này, H.323 đưa ra trình quản lý băng thông. Nhân viên quản trị mạng có thể giới hạn số kết nối H.323 hay giới hạn băng thông cho các ứng dụng sử dụng H.323. Điều này đảm bảo cho sự lưu thông trên mạng không bị tắt nghẽn.
• Hỗ trợ khả năng quản bá thông tin:
Giúp cho việc sử dụng băng thông hiệu quả hơn.
• Linh hoạt:
Một hội nghị sử dụng chuẩn H.323 có khả năng tiếp nhận các thiết bị đầu cuối khác nhau. Ví du: một terminal chỉ hỗ trợ khả năng truyền và nhận âm thanh có thể tham gia hội nghị với các máy hỗ trợ khả năng truyền dữ liệu và hình ảnh. Máy sử dụng chuẩn H.323 có thể chia sẽ dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với các máy khác.
28 • Khả năng hội nghị liên mạng:
Nhiều người dùng muốn kết nối từ mạng LAN đến một đầu xa chẳng hạn như kết nối giữa hệ thống LAN với hệ thống ISDN. H.323 cũng hỗ trợ khả năng này và sử dụng kỹ thuật mã hoá chung từ các chuẩn hội nghị khác nhau để giảm thiểu thời gian chuyển đổi mã và tạo một hiệu suất tối ưu cho hội nghị.
2.1.2.2. Kiến trúc hệ thống của H.323:
Chuẩn H.323 của ITU là một tập hợp các tiểu chuẩn, giao thức liên quan đến truyền thông âm thanh và hình ảnh trong mạng LAN mà chất lượng dịch vụ không bảo đảm. Kiến trúc của H.323 không bao gồm cả mạng LAN hay tầng transport dùng để kết nối giữa các mạng LAN khác mà chỉ có những thành phần cần thiết cho việc tương tác với mạng chuyển mạch điện tử SCN (Switched Circuit Network).
H.323 gồm có bốn thành phần chính cho một hệ thống truyền tin trên mạng đó là: Terminal, Gateway, Gatekeeper và MCU.
29 Terminal:
Terminal là các máy khách hay các thiết bị đầu cuối trên mạng LAN tham gia truyền thông thời gian thực. Một H.323 terminal có thể là một máy điện thoại hay một PC chạy ứng dụng H.323. Một H.323 terminal phải hỗ trợ tối thiểu truyền thông thoại còn dữ liệu và hình ảnh có thể tùy chọn. H.323 xác định một hình thức tương tác cho các terminal khác nhau cùng hoạt động với nhau.
H.323 Terminal Equipment
Hình 2.2 H323 TE
Tất cả các terminal đều phải hỗ trợ giao thức H.245 được dùng để thống nhất khả năng và cách dùng kênh truyền. Ba thành phần khác mà mỗi terminal đều phải hỗ trợ là:
30 • Giao thức Q.931 dùng cho báo hiệu và thiết lập cuộc gọi.
• Giao thức RAS (Registration / Admission / Status) để giao tiếp với Gatekeeper.
• Giao thức RTP / RTCP để sắp xếp các gói âm thanh và hình ảnh. Những thành phần tùy chọn của một terminal H.323 là mã hóa hình ảnh, giao thức hội nghị dữ liệu T.120, khả năng điều khiển kết nối đa điểm.
Gateway:
Gateway là thiết bị kết nối trung gian, thực hiện chức năng chuyển đổi các giao thức cho việc thiết lập và giải phóng cuộc gọi, chuyển đổi dạng truyền thông giữa hai mạng khác nhau (mạng theo chuẩn H.323 và mạng không theo chuẩn H.323) như trong mạng điện thoại IP, Gateway thực hiện kết nối giữa mạng IP và mạng PSTN
Hình 2.3: H.323/PSTNGateway
Gateway là một thành phần tuỳ chọn trong hội nghị H.323, thường là các máy tính có nhiều giao diện với các mạng khác nhau. Gateway cung cấp nhiều dịch vụ, tổng quát nhất là chức năng biên dịch giữa các đầu cuối H.323 và các loại đầu cuối khác. Bằng những bộ chuyển mã thích hợp, Gateway H.323 có thể hỗ trợ những thiết bị đầu cuối tuân theo các chuẩn H.310, H.321, H.322 và V.70. Chức năng này bao gồm biên dịch giữa những khuôn dạng truyền (H.225.0 đến H.221) và giữa những thủ tục truyền thông (H.245
31 sang H.242). Ngoài ra, Gateway cũng biên dịch giữa các bộ mã hoá âm thanh và hình ảnh, thực hiện thiết lập và kết thúc cuộc gọi trên cả đầu mạng LAN và đầu mạng chuyển mạch điện tử SCN.
Hình 2.4: Các chức năng của Gateway
Những ứng dụng cơ bản của Gateway là:
• Thiết lập kết nối với đầu cuối PSTN tương tự.
• Thiết lập kết nối với đầu cuối tương hợp H.320 đầu xa qua mạng chuyển mạch mạch dựa trên nền ISDN.
• Thiết lập kết nối với các đầu cuối tương hợp H.324 đầu xa qua mạng PSTN.
Các thiết bị đầu cuối giao tiếp với Gateway sử dụng giao thức H.245 và Q.931.
32 Gatekeeper:
Gatekeeper là thành phần quan trọng nhất của mạng H.323. Nó là trung tâm của mọi cuộc gọi trong vùng H.323. Gatekeeper cung cấp các dịch vụ điều khiển cuộc gọi cho các Endpoint. Hay có thể coi Gatekeeper H.323 hoạt động như một bộ chuyển mạch ảo. Chuẩn H.323 định nghĩa các dịch vụ mà Gatekeeper phải cung cấp và xác định các chức năng tùy chọn khác mà nó có thể cung cấp. Một vùng H.323 được quản lý bởi một Gatekeeper duy nhất.
Các chức năng cơ bản của Gatekeeper:
• Biên dịch địa chỉ: Cuộc gọi khởi tạo trong mạng H.323 sử dụng một địa chỉ định danh máy đích. Cuộc gọi thiết lập ngoài mạng H.323 và nhận được ở Gateway bằng cách dùng số điện thoại để định địa chỉ đích. Gatekeeper biên dịch số điện thoại hoặc bí danh sang địa chỉ IP sử dụng cho mạng.
• Ðiều khiển đăng nhập: Gatekeeper điều khiển việc tiếp nhận các Endpoint bằng cách sử dụng các thông điệp RAS như yêu cầu đăng nhập (ARQ), xác nhận đăng nhập (ARC) và từ chối đăng nhập (ARJ). Ðiều khiển đăng nhập cũng có thể là một hàm rỗng chấp nhận mọi yêu cầu đăng ký của các Endpoint trong mạng.
• Ðiều khiển băng thông: Gatekeeper điều khiển băng thông thông qua các thông điệp RAS, yêu cầu, xác nhận hay loại bỏ băng thông (BRQ/BCF/BRJ). Ðiều này có thể dựa vào chức năng quản lý băng thông của Gatekeeper. Ðiều khiển băng thông cũng có thể là một hàm rỗng chấp nhận cho mọi yêu cầu thay đổi băng thông.
• Quản lý vùng: Gatekeeper cung cấp tất cả các chức năng trên cho các đầu cuối, MCU và Gateway đăng ký trong vùng điều khiển của nó.
Một đặc tính tuỳ chọn nhưng quan trong của Gatekeeper là khả năng định tuyến các cuộc gọi H.323. Endpoint gởi các tín hiệu báo hiệu đến
33 Gatekeeper, sau đó Gatekeeper tìm đường đến Endpoint đích. Một cuộc gọi được định tuyến thông qua một Gatekeeper sẽ hiệu quả hơn. Các chức năng tùy chọn là:
• Báo hiệu điều khiển cuộc gọi: Gatekeeper có thể tìm đường cho các tín hiệu báo hiệu giữa hai H.323 Endpoint. Trong một kết nối
điểm - điểm, Gatekeeper xử lý báo hiệu điều khiển cuộc gọi H.225. Gatekeeper cho phép các thông điệp trên được gởi trực tiếp giữa các Endpoint trong mạng.
• Chấp nhận cuộc gọi: Gatekeeper có thể tiếp nhận hoặc từ chối cuộc gọi từ đầu cuối theo khuyến nghị Q.931. Tiêu chuẩn xét không