ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
----------
Bùi xuân Hạnh
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUYỀN THOẠI QUA
INTERNET SỬ DỤNG GIAO THỨC TCP/IP (VOIP) KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Điện Tử Viễn Thông
Cán bộ hướng dẫn: TS. Ngô Thái Trị
1.3.4.5. Tầng ứng dụng .............................................................16
1.3.4.6. Địa chỉ IP.....................................................................18
1.4. Tiêu chuẩn H.323 ..............................................................................20
1.4.1. Phạm vi của H.323 ....................................................................21
1.4.2. Các dịch vụ H.323.....................................................................22
1.4.3. Các kiểu dữ liệu được định nghĩa trong H.323...........................22
1.4.4. Các thành phần trong H.323 ......................................................23
1.5. Quá trình truyền dữ liệu trong TCP/IP............................................24 2
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ VOIP
2.1. Tổng quan về VOIP...........................................................................27
2.1.1. Giới thiệu chung về VOIP .........................................................27
2.1.2. Hoạt động của VOIP .................................................................28
2.1.3. So sánh giữa VOIP và mạng chuyển mạch công cộng (PSTN) ...32
2.2. Các đặc trưng của VOIP...................................................................34
2.3. Hạn chế của việc sử dụng điện thoại VOIP ......................................36
2.4. Ứng dụng của VOIP..........................................................................37
2.5. Các thành phần trong mạng VOIP ...................................................39
2.5.1. Các thiết bị đầu cuối .................................................................39
2.5.2. Gateway....................................................................................40
2.5.3. Gatekeeper................................................................................41
2.5.4. Khối điều khiển và xử lý đa điể
m (MCU)..................................42
2.5.5. Các Proxy .................................................................................42
CHƯƠNG 3
4.4. Vấn đề giảm thiểu hoá nguồn trễ......................................................75
4.4.1. Tối thiểu hoá ghi âm bên truyền ................................................75
4.4.2. Tối thiểu hoá trễ Modem ...........................................................76
4.4.3. Tối thiểu hoá b
ộ đệm Jitter........................................................76
4.4.4. Trễ đầu cuối đến đầu cuối .........................................................77 CHƯƠNG 5
VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ. KHẢ NĂNG ÁP
DỤNG VOIP Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI
5.1. Giới thiệu ...........................................................................................78
5.2. Chất lượng dịch vụ (QoS) ...................................................................79
5.3. Phân cấp chất lượng............................................................................80
5.4. Vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ.....................................................81
5.5. Triển khai VOIP ở Việt Nam...............................................................82
5.6. Triển khai VOIP trên thế giới..............................................................83
Kết luận
4
Danh mục các từ viết tắt
Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
ACELP
Algebraic Code Excite Linear
Prediction
Dự đoán tuyến tính kích thích đại
số
ACD
Common Intermediate Format khuôn dạng trung gian chung
CRV
Call Reference Value Giá trị tham chiếu cuộc gọi
DCF
Disengage Confirmation Xác nhận giải phóng DNS
Domain Name Service Dịch vụ tên miền
DRQ
Disengage Request Yêu cầu giải phóng
DS0
Digital Signal Level 0 Tín hiệu số cấp 1 (64Kbps)
DTMF
Dial Tone Multi Frequency Quay số đa tần
EAN
Enterprise Area Network Mạng xí nghiệp
ECTF
Enterprise Computer Telephony
Forum
Diễn đàn máy tính truyền thông
5
ETSI
European Technical Standard
Institute
Viện tiêu chuẩn kỹ thuật châu âu
GT
Global Transit Chuyển vùng toàn cầu
GW
LDAP
Link Access Procedure on D
channel
Thủ tục truy nhập kết nối kênh D
LRJ
Location Reject Từ chối cấp phát
LRQ
Location Request Yêu cầu cấp phát
MC
Multipoint Controller Bộ điều khiển đa điểm
MCS
Multipoint Communications System Hệ thống liên lạc đa điểm 6
LỜI CẢM ƠN
Trước hết em xin gửi tới thầy giáo, Tiến sĩ Ngô Thái Trị - Giám
đốc Trung tâm tin học và đo lường - Đài Truyền hình Việt Nam - lời cảm
ơn chân thành và sâu sắc đã trực tiếp hướng dẫn , chỉ bảo tận tình trong
suốt quá trình em làm luận văn.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường
Đại học Công Nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội đã hết lòng dạy bảo, giúp
đỡ em trong những n
ăm học Đại Học, giúp em có những kiến thức và kinh
nghiệm quý báu trong cuộc sống và tương lai.
Cuối cùng, em xin cảm ơn những người thân trong gia đình và bạn bè đã
giúp đỡ, động viên em hoàn thành luận văn này.
Hà nội, tháng 05 năm 2005
việc lấy mẫu tín hiệu thoại, số hoá và đóng gói chúng thành các gói tin và
truyền qua Internet sử dụng công nghệ chuyển mạch gói, cùng với các công
nghệ nén ti
ếng nói tốc độ thấp sẽ giúp việc khai thác mạng viễn thông một cách
hiệu quả hơn nhiều so với phương pháp truyền thống và cho phép có thể mở
rộng nhiều dịch vụ tiên tiến trong tương lai mà rất hạn chế với mạng điện thoại
truyền thống.
Tuy nhiên, VOIP cũng đặt ra nhiều thách thức cho các nhà thiết kế hệ
thống để có thể cung cấp một ch
ất lượng thoại có thể chấp nhận được hay thậm
chí tương đương với điện thoại truyền thống. Chẳng hạn như vấn đề độ trễ hay
tiếng vọng, những vấn đề ảnh hưởng trực tiếp đến cảm giác âm thanh. Trước
8
điều kiện đó, việc nghiên cứu tìm hiểu về VOIP là một điều hết sức cần thiết.
Luận văn này sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về VOIP, về khái niệm, cấu
hình, các chuẩn trong VOIP, những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng
thoại.
VOIP là một công nghệ tuy đã được nghiên cứu nhiều nhưng nói
chung nó vẫn còn là một công nghệ m
ới và còn nhiều điều cần nghiên cứu
nên việc hiểu một cách chi tiết và sâu hơn không thể gói gọn trong một
luận văn. Hơn nữa, thời gian làm luận văn không nhiều nên trong nghiên
cứu và trình bày chắc chắn không tránh khỏi sai sót. Rất mong được sự
đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo, bạn bè, những người có cùng quan
tâm về VOIP. 9
CHƯƠNG 1
lượng dịch vụ thích hợp và cước phí thấp hơn nhiều. Những nhà sản xuất thiết
bị coi đây là một cơ hội để đổi mới và bổ sung cân đối với những nhà cung cấp
dịch vụ
Internet. Người sử dụng đang tìm kiếm các kiểu ứng dụng mới của sự
hợp nhất âm thanh, dữ liệu.Truyền âm thanh thành công qua mạng chuyển
mạch gói mang lại một cơ hội lớn, tuy nhiên việc thực thi VOIP cần nhiều yếu
tố như: công nghệ, cơ sở hạ tầng, phần mềm, hệ thống... Trong cuốn tài liệu
nhỏ này chủ yếu đề cập tới các v
ấn đề tổng quan của công nghệ VOIP qua các
tiêu chuẩn hiện đang được khuyến nghị sử dụng rộng rãi trên thế giới.
10
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Proctocol) là một bộ
giao thức cho phép các thiết bị khác nhau có thể truyền thông được với nhau
trên mạng máy tính. TCP/IP được phát triển như một dự án nghiên cứu bắt đầu
vào năm 1969 của ARPA (Advanced Research Project Agency) thuộc Bộ quốc
phòng Mỹ nhằm kết nối các máy tính của các trung tâm nghiên cứu lớn trong
toàn liên bang, đánh dấu sự phát triển của mạng ARPA, tiền thân của mạng
thông tin toàn cầu Internet ngày nay.
1.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CỦA MẠNG TCP/IP.
Các thành ph
ần logic của mạng TCP/IP có thể rất giống nhau về mặt cấu
trúc cũng như mặt cấu tạo vật lý, nhưng chúng lại thực hiện các chức năng
hoàn toàn khác nhau.
Các trạm ( host ).
Với TCP/IP, thuật ngữ trạm để chỉ bất kì các thiết bị tính toán nào kết
nối vào hệ thống mạng máy tính và truyền thông sử dụng họ giao thức TCP/IP.
Trạm sử dụng các chương trình ứng d
ụng cho phép chúng có thể truyền thông
1.2.1. Các thiết bị tính toán (Computing Devices)
Mạng TCP/IP nhìn chung, bao gồm các thiết bị tính toán đa mục đích,
chẳng hạn như các máy tính cá nhân PC, các trạm làm việc (work station) có
thể cùng loại hay khác loại. Các thiết bị cho mục
đích đặc biệt, chẳng hạn như
máy in thông minh, có thể được kết nối trực tiếp vào mạng mà thông thường
được gắn vào một hệ thống máy tính của mạng. Các thiết bị tính toán được sử
dụng cho người dùng cuối, trên đó chạy các chương trình ứng dụng giúp cho
người sử dụng cuối khai thác mạng gọi là host.
1.2.2. Đường truyền
Đường truyền có thể là vô tuyến hoặc hữu tuyến, bao gồ
m các phương
tiện truyền dẫn tín hiệu như: hệ thống cáp (cáp xoắn, cáp đồng trục, cáp quang
…), các đường truyền vô tuyến như hồng ngoại, sóng viba, các tuyến thông tin
vệ tinh.
1.2.3. Các bộ giao tiếp mạng (NIC - Network Interface Card)
Đôi khi còn gọi là card mạng hay bộ thích ứng mạng (adapter) được cắm
vào mỗi trạm của mạng. Nhiệm vụ của NIC là thực hiện các chức năng phần
cứng của thiết bị tính toán. Nó làm nhiệ
m vụ của tầng vật lý, tạo các liên kết
vật lý để truyền tải các luồng thông tin được yêu cầu từ các lớp cao hơn sau khi
đã mã hoá thành các xung điện. Mỗi NIC có một địa chỉ vật lý duy nhất trên
mạng, các nhà sản xuất NIC được phân bổ các dãy địa chỉ dành cho mình để
đảm bảo không có sự trùng lặp địa chỉ của hai NIC bất kì.
Một số thiết bị tính toán có thể NIC được tích hợp, còn lạ
i hầu hết đều
cần bổ sung NIC khi cần kết nối các thiết bị vào mạng. Card giao tiếp mạng là
loại thiết bị phổ thông nhất để nối máy tính với mạng. Trong NIC có một bộ
thu phát với một số kiểu đấu nối.
1.2.4. Bộ tập trung (Hub)
các kiểu mạng khác nhau thành một liên mạng. Muốn vậy các Router phải được
thiết kế sao cho có thể làm việc được với nhiều giao thức. Hiện nay các router
của các hãng nổi tiếng như CISCO, BAY NETWORKS…. đều có thể làm việc
được với hầu hết các giao thức phổ biến.
1.2.7. Phần mềm mạng
Một phần cần phải k
ể đến khi nghiên cứu mạng TCP/IP là phần mềm
mạng. NIC thực hiện các chức năng mức thấp trong mạng nhằm cung cấp một
giao diện giữa host và toàn mạng. Phần còn lại, để người sử dụng có thể giao
tiếp được với mạng cũng như giao tiếp được với nhau, cần đến các phần mềm
mạng. Các phần mềm mạng là cầu nối giữa người dùng và các giao diệ
n vật lý,
việc thông dịch các lệnh của người sử dụng là trong suốt đối với người sử
dụng. Người sử dụng khai thác mạng thông qua các tập lệnh hay các tiện ích
mạng và phần mềm mạng giúp thông dịch các yêu cầu của người sử dụng và
13
làm việc với các tầng thấp hơn. Trong khi các thiết bị phần cứng là cố định thì
phần mềm mạng có các phiên bản cải tiến giúp cho việc khai thác mạng được
hiệu quả hơn.
14
1.3. CÁC GIAO THỨC TRONG TCP/IP.
Kiến trúc mạng TCP/IP định nghĩa các cặp giao thức truyền thông tương
ứng với các tầng cùng lớp của các hệ thống khác nhau.
Layer n
Giao thức tầng n
Layer 3 Layer 3
Layer 2 Layer 2
phả
i có một kết nối logic giữa các thực thể đồng mức. Các dịch vụ được cung
cấp bởi giao thức không định hướng tương tự như các dịch vụ cung cấp bởi hệ
thống điện thoại truyền thống. Quá trình truyền gồm ba pha được định nghĩa rõ
ràng:
Pha 1: Cài đặt kết nối (tương tự như việc quay số cuộc gọi)
Pha 2: Truyền dữ liệ
u (tương tự như việc đàm thoại)
15
Pha 3: Giải phóng kết nối (tương tự như động tác đặt máy, kết thúc cuộc
gọi)
Các thông số của kết nối phải được thoả thuận từ đầu giữa các thực thể
tham gia cuộc truyền qua thủ tục thiết lập cuộc gọi, đôi khi còn gọi là thủ tục
bắt tay (handshake). Với kết nối có định hướng, truyền dữ liệu luôn luôn liên
quan đến hai thực thể
truyền thông. Nếu một thực thể muốn truyền thông với
một thực thể thứ ba hay nhiều hơn thì nó cần phải cài đặt các kết nối riêng biệt
đến mỗi thực thể và truyền dữ liệu đến mỗi thực thể trong một quá trình riêng.
Hơn nữa, người nhận chỉ được xác định duy nhất tại một thời điểm.
Sau khi thiết lập cuộc truyề
n, dòng dữ liệu theo cùng một đường kết nối
đến đích. Các thông tin cần được yêu cầu trong quá trình truyền chỉ là các
thông tin nhận dạng kết nối cũng như dữ liệu được kết hợp như thế nào mà
không phải là các thông tin nhận dạng bên nhận.
Kết nối có định hướng được sử dụng để cung cấp các dịch vụ yêu cầu độ
tin cậy cao và các dịch vụ truyền thông có tính liên tục. Ng
ười gửi có thể yên
tâm rằng các gói tin được đến đích một cách chính xác và theo đúng thứ tự.
Nếu có một sự cố xảy ra, toàn bộ kết nối có thể sẽ phải được giải phóng để thực
phương thức kết nối có định hướng đã trình bày ở trên.
Cấu trúc TCP/IP được xây dựng dựa trên giao thức Internet, một giao
thức theo kiểu không định h
ướng, hoạt động trên tầng Internet trong cấu hình
phân tầng TCP/IP. Những dịch vụ nó cung cấp được sử dụng hoặc là với giao
thức UDP hoặc là với giao thức TCP. Việc lựa chọn phương thức kết nối nào
tùy thuộc vào hoàn cảnh thực tế của các mạng, các dịch vụ mạng cần cung cấp.
Hình1.2. Các tầng của bộ giao thức TCP/IP
Transport
layer ( Host
layer )Internet layer
(Getway
la
Transsmission
Control Protocol
User Datagram
RIP
Internet Protocol
ARP
ICMP
Ethernet Token Ring Token bus Fiber
SNMP
Internet layer
(Getway
la
yer)
Network
Interface
la
yer
Transport
layer (Host
layer)
FTP (File Transfer Protocol): giao thức truyền file, cho phép người
dùng lấy hoặc gửi file tới một máy khác.
Telnet: chương trình mô phỏng thiết bị đầu cuối, cho phép người
dùng login vào một máy chủ từ một máy tính nào đó trên mạng.
SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): một giao thức thư tín điện
tử.
17
được khôi phục một cách chính xác.
Sự đồng bộ giữa các phương thức truyền thông: Có thể tín hiệu thoại
sử dụng một phương th
ức truyền thông trong khi tín hiệu video lại sử
dụng một phương thức truyền thông khác, các tín hiệu tiếng và hình phải
được đồng bộ một cách chính xác, gọi là sự đồng bộ tiếng - hình.
18
Sự nhận diện phương thức truyền tải: Trong Internet, thông thường
cần thay đổi sự mã hoá cho phương thức truyền tải (payload) trên hành
trình truyền để hiệu chỉnh thay đổi độ rộng băng thông sẵn sàng hoặc đủ
khả năng cho người dùng mới kết nối vào nhóm. Một vài cơ chế cần
được sử dụng để nhận diện sự mã hoá cho mỗi gói đến.
Các tính chất này đượ
c hỗ trợ bởi các phương thức truyền tải (transport
protocols).
Đa phát đáp thân thiện: (multicast – friendly): RTP và RTCP là kỹ
thuật cho đa phát đáp, cung cấp khả năng mở rộng cuộc hội thoại
nhiều bên. Trên thực tế, chúng được thiết kế để có thể hoạt động
trong cả các nhóm đa phát đáp nhỏ, phù hợp cho các cuộc điện đàm
ba bên. Đối với các nhóm lớn, chúng sử dụng đ
a phát đáp quảng bá
(broadcasting).
Độc lập thiết bị: RTP cung cấp các dịch vụ cần thiết chung cho
phương thức truyền thông thời gian thực nói chung như thoại, video
hay bất kì một bộ mã hoá, giải mã cụ thể nào có sự định nghĩa các
phương thức mã hoá và giải mã riêng bằng các thông tin tiêu đề và
định nghĩa.
Các bộ trộn và chuyển đổi: Các bộ trộn là thiết bị nắm giữ phươ
ng
thông tin qua mạng với ít thông tin điều khiển nhất. UDP là giao thức không
kết nối, kém tin cậy vì nó không có cơ chế kiểm tra tính đúng đắn của dữ liệu
truy
ền.
Cấu trúc gói tin UDP
0 31
Source Port Destination Port
Message length Checksum
Data V P X CSRC M payload type Sequnce number
Timestamp
Synchronization source identifier (SSRC)
Contributing source identifiers (CSRC)
Header extension
Payload ( audio, video ... )
Dest
Add
Source
Add
Type Field IP Header UDP data CRC
8
16
31
0
Hướng dòng (Stream Orientation).TCP coi dữ liệu nó gửi đi như là một dòng byte. Do đó, TCP đảm bảo số
thứ tự của các byte gửi nhận. Trường Sequence number và Acknowledgment
number trong header của TCP giữ dấu của các byte trong toàn bộ dòng dữ liệu
truyền. TCP chuẩn không bắt hệ thống phải sử dụng một số đặc biệt nào để
đánh số dòng byte, mỗi hệ thống tự chọn một số mà nó sẽ dùng làm điểm bắ
t
đầu. Mỗi trạm cuối phải biết số thứ tự mà trạm kia dùng. Chúng phải trao đổi
một segment để đồng bộ hệ thống số sẽ được sử dụng (Synchronize sequenence
number-SYN) trong quá trình bắt tay. Trường Sequence number trong SYN
segment chứa số bắt đầu (ISN) của dòng số đánh thứ tự, số này được định
nghĩa ngẫu nhiên.
21
Chuyển giao bộ đệm (Buffered Transfer).
Để giảm số lượng truyền thông, giao thức cố gắng sử dụng số lượng tối
thiểu các segment để truyền tải thông tin. Do vậy, giao thức sử dụng tối đa độ
dài có thể của segment.
Kết nối hai chiều (Full Duplex Connection).
TCP/IP cung cấp kết nối cho cả hai đầu của liên kết. Điều này có nghĩa
là tầng phía dưới cung cấp kh
ả năng gửi trả thông báo từ trạm đích trở lại trạm
nguồn. TCP là giao thức hướng kết nối, nó thiết lập quan hệ logic giữa 2 trạm
tham gia liên kết. Thông tin điều khiển gọi là handshake được trao đổi giữa 2
Receive ACK
Send packet 1
Receive packet
Send ACK 1
Receive packet
Send ACK 2
22
Gói tin TCP
Source Port Destination Port
Sequence Number
Acknowledgment
Offset Reserved Flags Window
Checksum Urgent Pointer
Option Padding
Data Dest
Add
Source Add Type field IP header TCP segment CRC
Hình 1.6. Gói tin TCP chứa trong một Ethenet frame
• Source Port (16 bit): cổng nguồn trạm gửi.
• Destination Port (16 bit): cổng đích trạm nhận.
• Sequence Number (32 bit): số thứ tự của gói tin.
• Acknowledgment Number (32 bit): số hiệu của Segment tiếp theo mà trạm
nguồn đang chờ để nhận.
• Offset (32 bit): số lượng các từ 32 bit trong TCP header.
• Reserved: để dành, không sử dụng.
Bộ giao thức TCP/IP là tổ hợp của nhiều giao thức ở các tầng khác nhau
nhưng thông thường mô hình phân lớp trong các hệ thống TCP/IP được xem là
mô hình giản lược của OSI gồm 4 tầng như sau:
Application layer
Presentation layer
Session layer
Application layer
Transport layer Transport layer
Network layer Internet layer
Data link layer
Physical layer
Network access layer
Hình 1.7. Cấu trúc TCP/IP so sánh với mô hình OSI
1.3.4.2. Tầng giao diện mạng ( Network Interface layer ).
Đôi khi tầng này còn được gọi là tầng mạng nội hạt ( Local Network
Layer ). Tầng giao diện mạng có mặt ở tất cả các kết nối vật lý giữa các thiết bị
mạng ( host, trạm trung chuyển … ). Nó bao gồm các kết nối vật lý giữa các
thiết bị, các thành phần phần cứng của cơ sở hạ tầng mạng và có chức nă
ng
tương ứng với tầng vật lý và tầng liên kết dữ liệu trong mô hình OSI. Tầng giao
diện mạng cung cấp các phương tiện kết nối vật lý cáp, card mạng, giao thức
24
kết nối, giao thức truy cập đường truyền. Nó cung cấp các dịch vụ cho tầng trên
là tầng Internet.
1.3.4.3. Tầng Internet
Tương ứng với tầng mạng trong mô hình OSI. Nó cung cấp một địa chỉ
Giao thức IP hoạt động trong tầng Internet của mô hình phân lớp TCP/IP.
Nó cung cấp các dịch vụ trao đổi dữ liệu từ một trạm nguồn đến một trạm đích.
Các trạm nguồn và đích có thể cùng một mạng hay khác mạng vật lý.
IP hoạt động trong mỗi trạm hoặc trong các bộ định tuyến dọc theo tuyến
đường của gói tin di chuyển từ trạm nguồn đến trạm đích. Đơn vị
dữ liệu mà
25
Copyright: Tài liệu đại học ©