2) Nội dung cỏc phần thuyết minh và tớnh toỏn:
2.1.3 Đặc tớnh của mạng VoIP
Ưu điểm:
- Giảm chi phớ: Đõy là ƣu điểm nổi bật của VoIP so với điện thoại đƣờng dài
thụng thƣờng. Chi phớ cuộc gọi đƣờng dài chỉ bằng chi phớ cho truy nhập Internet. Một giỏ cƣớc chung sẽ thực hiện đƣợc với mạng Internet và do đú tiết kiệm đỏng kể
cỏc dịch vụ thoại và fax. Sự chia sẻ chi phớ thiết bị và thao tỏc giữa những ngƣời sử dụng thoại và dữ liệu cũng tăng cƣờng hiệu quả sử dụng mạng. Đồng thời kỹ thuật nộn thoại tiờn tiến làm giảm tốc độ bit từ 64Kbps xuống dƣới 8Kbps, tức là một kờnh 64Kbps lỳc này cú thể phục vụ đồng thời 8 kờnh thoại độc lập. Nhƣ vậy, lý dú lớn nhất giỳp cho chi phớ thực hiện cuộc gọi VoIP thấp chớnh là việc sử dụng tối ƣu băng thụng.
- Tớch hợp nhiều dịch vụ: Do việc thiết kế cơ sở hạ tầng tớch hợp nờn cú khả năng
hỗ trợ tất cả cỏc hỡnh thức thụng tin cho phộp chuẩn hoỏ tốt hơn và giảm thiểu số thiết bị. Cỏc tớn hiệu bỏo hiệu, thoại và cả số liệu đều chia sẻ cựng mạng IP. Tớch hợp đa dịch vụ sẽ tiết kiệm chi phớ đầu tƣ nhõn lực, chi phớ xõy dựng cỏc mạng riờng rẽ.
- Thống nhất: Vỡ con ngƣời là nhõn tố quan trọng nhƣng cũng dễ sai lầm nhất
trong một mạng viễn thụng, mọi cơ hội để hợp nhất cỏc thao tỏc, loại bỏ cỏc điểm sai sút và thống nhất cỏc điểm thanh toỏn sẽ rất cú ớch. Trong cỏc tổ chức kinh doanh, sự quản lý trờn cơ sở SNMP cú thể đƣợc cung cấp cho cả dịch vụ thoại và dữ liệu sử dụng VoIP. Việc sử dụng thống nhất giao thức IP cho tất cả cỏc ứng dụng hứa hẹn giảm bớt phức tạp và tăng cƣờng tớnh mềm dẻo. Cỏc ứng dụng liờn quan nhƣ dịch vụ danh bạ và dịch vụ an ninh mạng cú thể đƣợc chia sẻ dễ dàng hơn.
- Vấn đề quản lý băng thụng: Trong PSTN, băng thụng cung cấp cho một cuộc gọi
là cố định. Trong VoIP, băng thụng đƣợc cung cấp một cỏch linh hoạt và mềm dẻo hơn nhiều. Chất lƣợng của Voip phụ thuộc vào nhiều yếu tố, quan trọng nhất là băng thụng. Do đú khụng cú sự bắt buộc nào về mặt thụng lƣợng giữa cỏc thiết bị đầu cuối mà chỉ cú cỏc chuẩn tuỳ vào băng thụng cú thể của mỡnh, bản thõn cỏc đầu cuối cú thể tự điều chỉnh hệ số nộn và do đú điều chỉnh đƣợc chất lƣợng cuộc gọi. - Nõng cao ứng dụng và khả năng mở rộng: Thoại và fax chỉ là cỏc ứng dụng khởi
đầu cho VoIP, cỏc lợi ớch trong thời gian dài hơn đƣợc mong đợi từ cỏc ứng dụng đa phƣơng tiện (multimedia) và đa dịch vụ. Tớnh linh hoạt của mạng IP cho phộp tạo ra nhiều tớnh năng mới trong dịch vụ thoại. Đồng thời tớnh mềm dẻo cũn tạo khả năng mở rộng mạng và cỏc dịch vụ.
- Tớnh bảo mật cao: Voip đƣợc xõy dựng trờn nền tảng Internet vốn khụng an toàn,
do đú sẽ dẫn đến khả năng cỏc thụng tin cú thể bị đỏnh cắp khi cỏc gúi tin bị thu lƣợm hoặc định tuyến sai địa chỉ một cỏch cố ý khi chỳng truyền trờn mạng. Cỏc giao thức SIP cú thể thành mật mó và xỏc nhận cỏc thụng điệp bỏo hiệu đầu cuối. RTP hỗ trợ mó thành mật mó của phƣơng thức truyền thụng trờn toàn tuyến đƣợc mó hoỏ thành mật mó đảm bảo truyền thụng an toàn.
Nhược điểm:
- Chất lượng dịch vụ chưa cao: Cỏc mạng số liệu vốn dĩ khụng phải xõy dựng với
mục đớch truyền thoại thời gian thực, vỡ vậy khi truyền thoại qua mạng số liệu cho chất lƣợng cuộc gọi khụng đƣợc đảm bảo trong trƣờng hợp mạng xảy ra tắc nghẽn hoặc cú độ trễ lớn. Tớnh thời gian thực của tớn hiệu thoại đũi hỏi chất lƣợng truyền
dữ liệu cao và ổn định. Một yếu tố làm giảm chất lƣợng thoại nữa là kỹ thuật nộn để tiết kiệm đƣờng truyền. Nếu nộn xuống dung lƣợng càng thấp thỡ kỹ thuật nộn càng phức tạp, cho chất lƣợng khụng cao và đặc biệt là thời gian xử lý sẽ lõu, gõy trễ. - Vấn đề tiếng vọng: Nếu nhƣ trong mạng thoại, độ trễ thấp nờn tiếng vọng khụng
ảnh hƣởng nhiều thỡ trong mạng IP, do trễ lớn nờn tiếng vọng ảnh hƣởng nhiều đến chất lƣợng thoại.
- Kỹ thuật phức tạp: Truyền tớn hiệu theo thời gian thực trờn mạng chuyển mạch
gúi là rất khú thực hiện do mất gúi trong mạng là khụng thể trỏnh đƣợc và độ trễ khụng cố định của cỏc gúi thụng tin khi truyền trờn mạng. Để cú đƣợc một dịch vụ thoại chấp nhận đƣợc, cần thiết phải cú một kỹ thuật nộn tớn hiệu đạt đƣợc những yờu cầu khắt khe: tỉ số nộn lớn (để giảm đƣợc tốc độ bit xuống), cú khả năng suy đoỏn và tạo lại thụng tin của cỏc gúi bị thất lạc... Tốc độ xử lý của cỏc bộ Codec phải đủ nhanh để khụng làm cuộc đàm thoại bị giỏn đoạn. Đồng thời cơ sở hạ tầng của mạng cũng cần đƣợc nõng cấp lờn cỏc cụng nghệ mới nhƣ Frame Relay, ATM,... để cú tốc độ cao hơn hoặc phải cú một cơ chế thực hiện chức năng QoS. Tất cả cỏc điều này làm cho kỹ thuật thực hiện điện thoại IP trở nờn phức tạp và khụng thể thực hiện đƣợc trong những năm trƣớc đõy.
- Ngoài ra cú thể kể đến tớnh phức tạp của kỹ thuật và vấn đề bảo mật thụng tin (do Internet núi riờng và mạng IP núi chung vốn cú tớnh rộng khắp và hỗn hợp, khụng cú gỡ bảo đảm rằng thụng tin cỏ nhõn đƣợc giữ bớ mật).
2.2 CÁC GI O THỨC SỬ DỤNG TRONG VOIP
2.2.1 Cỏc giao thức truyền tải trong mạng Voip 2.2.1.1 Giao thức IP 2.2.1.1 Giao thức IP
- 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