Tài liệu Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6

Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, sự xuất hiện của VoIP đã gây nên 1 sự chú ý đặc biệt trong lĩnh vực viễn thông thế giới. Lợi ích mà nó đem lại là rất lớn. Đối với người tiêu dùng, lợi ích đầu tiên mà họ đạt được là chi phí cuộc gọi sẽ rẻ hơn đáng kể. Còn đối với các nhà sản xuất, cung cấp và khai thác mạng, truyền thoại qua mạng Internet mở ra những thách thức mới nhưng cũng hứa hẹn khả năng lợi nhuận đáng kể. Đây cũng là một bước đột phá trong việc tiến tới 1 xu thế mạng viễn thông mới trong tương lai. Công nghệ VoIP có rất nhiều ưu điểm như: Giảm cước phí dịch vụ thoại đường dài; Hỗ trợ nhiều cuộc gọi với băng tần thấp hơn; Nhiều hơn và tốt hơn các dịch vụ nâng cao ; Sử dụng có hiệu quả nhất giao thức IP... Tuy nhiên vẫn tồn tại một số nhược điểm về bảo mật và kĩ thuật phức tạp... Với tình trạng phát triển nhanh của các dịch vụ mạng, dải địa chỉ IPv4 đang ngày càng cạn kiệt, VoIP không thể phát huy hết sức mạnh vốn có của nó. Để tận dụng hết những ưu điểm của truyền thoại qua mạng Internet đồng thời giải quyết được nhược điểm của cả VoIP thế hệ cũ và IPv4, việc nghiên cứu và thử nghiệm truyền thoại qua IPv6 đã được rất nhiều công ty, tổ chức trên thế giới chú ý. Ở Việt Nam dù vẫn còn nhiều hạn chế về cơ sở hạ tầng và nguồn lực song không thể nằm ngoài xu thế phát triển chung của thế giới. Đây chính là nguyên nhân và dộng lực để em chọn đề tài này. Em xin chân thành cảm ơn cô giáo Nguyễn Bích Huyền, là giáo viên hướng dẫn đã nhiệt tình giúp đỡ em trong thời gian thực tập và làm đồ án tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô giáo của Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy và dìu dắt em trong trong suốt quá trình học tập tại trường để em có được kiến thức và có thể thực hiện cũng như hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Hà Nội tháng 5 năm 2009 Sinh viên : Nguyễn Mạnh Hùng SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn i Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6 TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án tập trung nghiên cứu về truyền thoại qua mạng Internet thông qua giao thức IPv6 dựa trên kiến thức đã biết về VoIP và IPv6. Việc truyền thoại sử dụng IPv6 có nhiều ưu điểm, giải quyết được những vấn đề khó khăn của IPv4. Đây là công nghệ mới đang được nhiều tổ chức trên thế giới tập trung nghiên cứu. Tuy nhiên do cơ sở hạ tầng mạng IPv4 còn phổ biến nên việc triển khai VoIPv6 sẽ tồn tại song song với VoIPv4. Chính vì vậy việc chuyển dịch gữa 2 loại địa chỉ là vấn đề quan trọng. Trong khuôn khổ đồ án tốt nghiệp, em đã sử dụng tổng đài Asteriskv6 là 1 loại tổng đài mã nguồn mở được phát triển bởi công ty Viagénie năm 2007 để xây dựng 1 hệ thống đơn giản, mô phỏng cách thức hoạt động của hệ thống trao đổi thông tin với các thuê bao PSTN, các tài khoản Internet thế hệ cũ. Nội dung cụ thể của đồ án bao gồm: - Chương 1: Tổng quan về VoIP - Chương 2: Kiến trúc hệ thống VoIP - Chương 3: Các giao thức truyền tải và báo hiệu - Chương 4: Tổng quan địa chỉ IPv6 - Chương 5: Thiết kế và phân tích hệ thống VoIPv6 SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn ii Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6 ABSTRACT This thesis focus research on voice transferring through via IPv6 protocol based on knowledge of VoIP and IPv6. Voice over IPv6 has many advantages, solving the problems of IPv4. This new technology is being researched by a lot of organizations. However, because infrastructure of IPv4 network are popular, VoIPv6 will exist with VoIPv4. Therefore transition between 2 types of addresses is important issue. In this thesis, I used Asteriskv6 PBX which is an open source PBX with developed by Viagénie in 2007 to build a simple system to simulate the performance of the system which exchange information with PSTN subcribers and the accounts of Old-Generation Internet. The Content of Thesis: - Chapter 1: Overview of VoIP - Chapter 2: Architecture of VoIP - Chapter 3: Transport and signal link protocols - Chapter 4: Overview of IPv6 address - Chapter 5: Designing and Analyzing a VoIPv6 system SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn iii Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................... i TÓM TẮT ĐỒ ÁN ............................................................................. ii ABSTRACT ....................................................................................... iii MỤC LỤC .......................................................................................... iv DANH SÁCH HÌNH VẼ ................................................................... vi DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................... viii MỞ ĐẦU ........................................................................................... xii CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ VoIP .............................................1 1.1 Khái niệm Voice over IP .................................................................................................. 1 1.2 Đặc điểm của điện thoại IP ............................................................................................... 2 1.3 Các hình thức truyền thoại qua IP..................................................................................... 5 1.3.1 Mô hình PC to PC ...................................................................................................... 5 1.3.2 Mô hình PC to Phone ................................................................................................. 6 1.3.3 Mô hình Phone to Phone............................................................................................ 6 1.4 Các ưu điểm và ứng dụng của VoIP ................................................................................. 7 1.4.1 Ưu điểm ..................................................................................................................... 7 1.4.2 Ứng dụng ................................................................................................................... 8 1.5 Các vấn đề về chất lượng của VoIP .................................................................................. 9 1.5.1 Trễ (Delay) ............................................................................................................... 10 1.5.2 Trượt (jitter) ............................................................................................................. 11 1.5.3 Mất gói (packet loss)................................................................................................ 11 1.6 Kết luận ........................................................................................................................... 12 CHƯƠNG 2 : KIẾN TRÚC HỆ THỐNG VoIP .............................13 2.1 Kiến trúc và các giao diện của mạng VoIP ..................................................................... 13 2.1.1 Kiến trúc của mạng VoIP......................................................................................... 13 2.1.2 Các giao diện của mạng VoIP.................................................................................. 14 2.2 Các thành phần của mạng VoIP ...................................................................................... 15 2.2.1 Thiết bị đầu cuối ...................................................................................................... 15 2.2.2 Mạng truy nhập IP ................................................................................................... 15 2.2.3 Gatekeeper ............................................................................................................... 16 2.2.4 Gateway ................................................................................................................... 17 2.3 Kết luận ........................................................................................................................... 21 CHƯƠNG 3 : CÁC GIAO THỨC TRUYỀN TẢI VÀ BÁO HIỆU .............................................................................................................22 3.1 Bộ giao thức RTP, RCTP và RSTP ................................................................................ 22 3.1.1 Giao thức vận chuyển thời gian thực (Real-time Transport Protocol - RTP) .......... 22 3.1.2 Giao thức điều khiển truyền thời gian thực (Real-time Transport Control Protocol RTCP) ............................................................................................................................... 24 3.1.3 Giao thức giữ trước tài nguyên (Resource Reservation Protocol - RSVP).............. 26 SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn iv Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6 3.2 Các giao thức điều khiển và báo hiệu VoIP.................................................................... 27 3.2.1 Giao thức khởi tạo phiên (SIP) ................................................................................ 27 3.2.2 Chuẩn giao thức H323 ............................................................................................. 31 3.2.3 So sánh giữa các giao thức SIP và H.323 ................................................................ 34 3.2.4 Giao thức SGCP (Simple Gateway Control Protocol)............................................. 36 3.2.5 Giao thức MGCP (Media Gateway Control Protocol) ............................................ 36 3.3 Kết luận ........................................................................................................................... 37 CHƯƠNG 4 : TỔNG QUAN ĐỊA CHỈ IPv6 ..................................38 4.1 Sự ra đời của IPv6........................................................................................................... 38 4.1.1 Sự cạn kiệt địa chỉ IPv4 ........................................................................................... 38 4.1.2 Hạn chế về công nghệ và nhược điểm của IPv4: ..................................................... 38 4.1.3 Mục tiêu thiết kế IPv6:............................................................................................. 39 4.2 Lý thuyết địa chỉ IPv6 .................................................................................................... 40 4.2.1 Biểu diễn địa chỉ IPv6 .............................................................................................. 40 4.2.2 Cấu trúc đánh địa chỉ, các dạng địa chỉ IPv6 ........................................................... 42 4.2.3 Định danh giao diện trong địa chỉ IPv6 ................................................................... 51 4.2.4 Tìm hiểu IPv6 header ............................................................................................... 53 4.3 Hoạt động của địa chỉ IPv6 – Các thủ tục và quy trình họat động cơ bản ...................... 57 4.3.1 Thủ tục ICMPv6 ...................................................................................................... 57 4.3.2 Một số quy trình hoạt động của địa chỉ IPv6 ........................................................... 60 4.3.3 Đặc tính của địa chỉ IPv6 ......................................................................................... 66 4.4 Công nghệ chuyển đổi giao tiếp IPv4 - IPv6 .................................................................. 70 4.4.1 Tổng quan về công nghệ chuyển đổi IPv4/IPv6 ...................................................... 70 4.4.2 Dual – stack ............................................................................................................. 71 4.4.3 Công nghệ đường hầm Tunnel ................................................................................ 72 4.5 Kết luận ........................................................................................................................... 79 CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG VoIPv6 .............................................................................................................80 5.1 Mô hình thiết kế .............................................................................................................. 80 5.1.1 Mô tả hệ thống ......................................................................................................... 80 5.1.2 Thực hiện ................................................................................................................. 81 5.1.3 Kết quả đạt được ...................................................................................................... 82 5.2 Kết luận ........................................................................................................................... 95 KẾT LUẬN ........................................................................................96 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................97 PHỤ LỤC ...........................................................................................98 SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn v Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc phân lớp của hệ thống VoIP .......................................................................... 2 Hình 1.2 Mô hình PC to PC ........................................................................................................ 5 Hình 1.3 Mô hình PC to Phone ................................................................................................... 6 Hình 1.4 Mô hình Phone to Phone.............................................................................................. 7 Hình 1.5 Các mức độ đánh giá chất lượng thoại ...................................................................... 10 Hình 1.6 Hoạt động của bộ đệm ............................................................................................... 11 Hình 2.1 Cấu hình và các giao diện chuẩn của mạng VoIP...................................................... 13 Hình 3.1 Cấu trúc gói tin RTP .................................................................................................. 22 Hình 3.2 Cấu trúc gói tin RTCP ............................................................................................... 25 Hình 3.3 Mối quan hệ giữa Flowspec và Filterspec ................................................................. 27 Hình 3.4 Các thành phần của SIP ............................................................................................. 28 Hình 3.5 Các thành phần của H.323 ......................................................................................... 32 Hình 3.6 H323 Call - Flow ....................................................................................................... 33 Hình 3.7 So sánh H.323 và SIP ................................................................................................ 35 Hình 4.1 Cách biểu diễn địa chỉ IPv4 ....................................................................................... 40 Hình 4.2 Cách biểu diễn địa chỉ IPv6 ....................................................................................... 41 Hình 4.3 Cấu trúc địa chỉ Link-local ........................................................................................ 43 Hình 4.4 Cấu trúc địa chỉ Site-local .......................................................................................... 44 Hình 4.5 Cấu trúc địa chỉ Unicast toàn cầu .............................................................................. 45 Hình 4.6 Phân cấp định tuyến địa chỉ Ipv6 Unicast toàn cầu ................................................... 46 Hình 4.7 Địa chỉ IPv4-Compatible ........................................................................................... 46 Hình 4.8 Địa chỉ IPv4-mapped ................................................................................................. 47 Hình 4.9 Cấu trúc địa chỉ Ipv6 multicast .................................................................................. 48 Hình 4.10 Các dạng địa chỉ IPv6 .............................................................................................. 51 Hình 4.11 IPv4 header .............................................................................................................. 54 Hình 4.12 IPv6 header .............................................................................................................. 55 Hình 4.13 Cấu trúc gói tin ICMPv6 .......................................................................................... 58 Hình 4.14 Cơ chế Dual-stack .................................................................................................... 71 Hình 4.15 Công nghệ đường hầm Tunnel................................................................................. 72 Hình 4.16 Mô hình của Tunnel Broker ..................................................................................... 75 Hình 4.17 Công nghệ Tunnel 6to4............................................................................................ 77 Hình 4.18 Các thành phần của Tunnel 6to4.............................................................................. 78 Hình 5.1 Mô hình triển khai VoIPv6 ........................................................................................ 80 Hình 5.2 Asteriskv6 PBX 1 kết nối với các tổng đài còn lại .................................................... 82 Hình 5.3 Các tài khoản đăng kí thành công với tổng đài Asteriskv6 PBX 1............................ 83 Hình 5.4 Tài khoản có địa chỉ IPv6 gọi cho tài khoản có địa chỉ IPv4 cùng 1 tổng đài .................. 84 Hình 5.5 Quá trình khởi tạo kết nối cuộc gọi IPv6 và IPv4 cùng 1 tổng đài ............................ 84 Hình 5.6 Quá trình kết thúc cuộc gọi IPv6 và IPv4 cùng 1 tổng đài ........................................ 85 Hình 5.7 Sơ đồ kết nối cuộc gọi IPv6 và IPv4 trong cùng 1 tổng đài ...................................... 85 Hình 5.8 Sơ đồ kết thúc cuộc gọi IPv6 và IPv4 trong cùng 1 tổng đài..................................... 86 Hình 5.9 Tài khoản có địa chỉ IPv6 gọi cho tài khoản có địa chỉ IPv4 ở tổng đài khác .................. 87 SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn vi Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6 Hình 5.10 Quá trình khởi tạo kết nối cuộc gọi IPv6 và IPv4 ở 2 tổng đài khác nhau .............. 88 Hình 5.11 Quá trình kết thúc cuộc gọi IPv6 và IPv4 ở 2 tổng đài khác nhau .......................... 88 Hình 5.12 Sơ đồ khởi tạo kết nối cuộc gọi IPv6 và IPv4ở 2 tổng đài khác nhau ..................... 89 Hình 5.13 Sơ đồ kết thúc cuộc gọi IPv6 và IPv4 ở 2 tổng đài khác nhau ................................ 90 Hình 5.14 Tài khoản có địa chỉ IPv6 gọi ra tài khoản PSTN ................................................... 90 Hình 5.15 Tài khoản có địa chỉ IPv6 gọi ra số diện thoại thật.................................................. 92 Hình 5.16 Tài khoản có địa chỉ IPv6 gọi ra số điện thoại di động ........................................... 93 Hình 5.17 Quá trình kết nối cuộc gọi vào tài khoản 1111 ........................................................ 93 Hình 5.18 Quá trình kết thúc cuộc gọi vào tài khoản 1111 ...................................................... 94 SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn vii Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ACK Acknowledgement MGW Media Gateway MGWC Media Gateway Controller SGW Signalling Gateway APP Application ATM Asynchronous Transfer Mode GK Gateway Keeper SCN Switched Circuit Network ISDN Integrated Service Digital Network DSL Digital Subcriber Line GSM Global System for Mobile VoIPv6 Voice over Internet Protocol version 6 CODEC Coder/Decoder CSRC Contribute Source DCE Data Control Equipment DTE Data Terminal Equipment IPX Internetwork Packet Exchange DHCP Dynamic Host Configuration Protocol CPU Central Processing Unit IPSec Internet Protocol Security SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn viii Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6 IPng Internet Protocol next generation DNS Domain Name Server IANA Internet Assigned NumberAuthority NAT-PT Network Address Translation-Protocol Translation EUI European University Institute MAC Media Access Control ICMP Internet Control Managerment Protocol ARP Address Resolution Protocol HTML Hyper Text Markup Language IAX Inter-Asterisk eXchange IEEE Institute of Electrical and Electronical Engineers IETF Internet Engineering Task Force IP Internet Protocol ISDN Intergrated Service Digital Network ISP Internet Service Provider ITU International Telecommunication Union ND Neighbor Discovery LAN Local Area Network MLD Multicast Listener Discovery DAD Duplicate Address Detection AH Authentication Header MCU Multipoint Control Unit SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn ix Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6 MGCP Media Gateway Control Protocol ESP Encapsulating Security Payload DTMF Dual Tone Multi Frequency NAT Network Address Translation OSI Open Systems Interconnection Reference Model PBX Private Branch Exchange PC Personal Computer PCI Peripheral Component Interconnect PCM Pulse Code Modulation PSTN Public Switching Telephone Network QoS Quality of Service RFC Request For Comment RR Receiver Report RSVP Reservation Protocol RTCP Rel Time Control Protocol RTP Real Time Protocol SDES Source Description SDP Session Description Protocol SGCP Simple Gateway Control Protocol SIP Session Initial Protocol SMTP Simple Mail Tranfer Protocol SR Sender Report SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn x Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6 SSRC Synchronisation SS7 Signalling System 7 TCP Transmission Control Protocol HTTP Hypertext Transfer Protocol UAC User Agent Client UAS User Agent Server UDP User Datagram Protocol VoIP Voice over Internet Protocol VPN Virtual Private Network WAN Wide Area Network SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn xi Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6 MỞ ĐẦU Mục đích của đồ án là thiết kế hệ thống VoIPv6 cho tổ chức có quy mô vừa và nhỏ. Có rất nhiều giải pháp để thực hiện. Nhưng trong khuôn khổ đồ án này, em đã chọn sử dụng tổng đài mã nguồn mở Asteriskv6 để thực hiện xây dựng hệ thống. Đây là một giải pháp hữu hiệu được đưa ra bởi công ty Viagénie. Nội dung cụ thể của đồ án bao gồm: - Chương 1: Tổng quan về VoIP Giới thiệu tổng quan về công nghệ VoIP, các ưu điểm, các ứng dụng của công nghệ VoIP. - Chương 2: Kiến trúc hệ thống VoIP Có cái nhìn sâu sắc về hệ thống VoIP, các thành phần tạo nên hệ thống. - Chương 3: Các giao thức truyền tải và báo hiệu Tìm hiểu các giao thức và các báo hiệu được sử dụng trong việc truyền thoại qua môi trường Internet. - Chương 4: Tổng quan địa chỉ IPv6 Khái quát về địa chỉ IPv6, cách thức hoạt động, các loại địa chỉ IPv6, cấu trúc gói tin IPv6, cơ chế chuyển dịch địa chỉ IPv6. - Chương 5: Thiết kế và phân tích hệ thống VoIPv6 Thiết kế hệ thống VoIPv6 đơn giản và quan sát cách thức hoạt động của hệ thống. SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn xii Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6 CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ VoIP 1.1 Khái niệm Voice over IP VoIP (viết tắt của Voice over Internet Protocol, nghĩa là Truyền giọng nói trên giao thức IP) là công nghệ truyền tiếng nói của con người (thoại) qua mạng thông tin sử dụng bộ giao thức TCP/IP (Transport Control Protocol/Internet Protocol). Nó sử dụng các gói dữ liệu IP trên mạng LAN(Local Area Network), WAN(Wide Area Network), Internet với thông tin được truyền tải là mã hoá của âm thanh. VoIP là một trong những công nghệ viễn thông đang được quan tâm nhất hiện nay không chỉ đối với nhà khai thác, các nhà sản xuất mà còn cả với người sử dụng dịch vụ. VoIP có thể vừa thực hiện mọi loại cuộc gọi như trên mạng điện thoại kênh truyền thống (Public Switched Telephone Network - PSTN) đồng thời truyền dữ liệu trên cơ sở mạng truyền dữ liệu. Do các ưu điểm về giá thành dịch vụ và sự tích hợp nhiều loại hình dịch vụ nên VoIP hiện nay được triển khai một các rộng rãi. Công nghệ này bản chất là dựa trên chuyển mạch gói, nhằm thay thế công nghệ truyền thoại cũ dùng chuyển mạch kênh. Nó nén (ghép) nhiều kênh thoại trên một đường chuyền tín hiệu, và những tín hiệu này được truyền qua mạng Internet, vì thế có thể giảm giá thành. Nguyên tắc của VoIP bao gồm việc số hoá tín hiệu tiếng nói, thực hiện việc nén tín hiệu số, chia nhỏ các gói nếu cần và truyền gói tin này qua mạng, tới nơi nhận các gói tin này được ráp lại theo đúng thứ tự của bản tin, giải mã tín hiệu tương tự phục hồi lại tiếng nói ban đầu. Để thực hiện việc này, điện thoại IP thường được tích hợp sẵn các nghi thức báo hiệu chuẩn như SIP hay H.323, kết nối tới một tổng đài IP (IP PBX) của doanh nghiệp hay của nhà cung cấp dịch vụ. Điện thoại IP có thể ở dạng như một điện thoại thông thường (chỉ khác là thay vì nối với mạng điện thoại qua đường dây giao tiếp RJ11 thì điện thoại IP nối trực tiếp vào mạng LAN qua cáp Ethernet, giao tiếp RJ45) hoặc phần mềm thoại (soft-phone) cài trên máy tính. Cấu trúc phân lớp của hệ thống VoIP phổ biến hiện nay được mô tả giống như SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 1 Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6 cấu trúc phân lớp của mô hình TCP/IP và được biểu diễn như sau : H.323 RTP, RTCP, RSVP TCP, UDP IPv4, IPv6 Network Access Hình 1.1 Cấu trúc phân lớp của hệ thống VoIP 1.2 Đặc điểm của điện thoại IP Điện thoại IP ra đời nhằm khai thác tính hiệu quả của các mạng truyền số liệu, khai thác tính linh hoạt trong phát triển các ứng dụng mới của giao thức IP và nó được áp dụng trên một mạng toàn cầu là mạng Internet. Các tiến bộ của công nghệ mang đến cho điện thoại IP những ưu điểm sau: + Giảm chi phí cuộc gọi: Ưu điểm nổi bật nhất của điện thoại IP so với dịch vụ điện thoại hiện tại là khả năng cung cấp những cuộc gọi đường dài giá rẻ với chất lượng chấp nhận được. Nếu dịch vụ điện thoại IP được triển khai, chi phí cho một cuộc gọi đường dài sẽ chỉ tương đương với chi phí truy nhập internet. Nguyên nhân dẫn đến chi phí thấp như vậy là do tín hiệu thoại được truyền tải trong mạng IP có khả năng sử dụng kênh hiệu quả cao. Đồng thời, kỹ thuật nén thoại tiên tiến giảm tốc độ bít từ 64 Kbps xuống thấp tới 8 Kbps (theo tiêu chuẩn nén thoại G.729A của ITU-T) kết hợp với tốc độ xử lý nhanh của các bộ vi xử lý ngày nay cho phép việc truyền tiếng nói theo thời gian thực là có thể thực hiện được với lượng tài nguyên băng thông thấp hơn nhiều so với kỹ thuật cũ. So sánh một cuộc gọi trong mạng PSTN với một cuộc gọi qua mạng IP, ta thấy: Chi phí phải trả cho cuộc gọi trong mạng PSTN là chi phí phải bỏ ra để duy trì cho một SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 2 Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6 kênh 64kbps suốt từ đầu cuối này tới đầu cuối kia thông qua một hệ thống các tổng đài. Chi phí này đối với các cuộc gọi đường dài (liên tỉnh, quốc tế) là khá lớn. Trong trường hợp cuộc gọi qua mạng IP, người sử dụng từ mạng PSTN chỉ phải duy trì kênh 64kbps đến Gateway của nhà cung cấp dịch vụ tại địa phương. Nhà cung cấp dịch vụ điện thoại IP sẽ đảm nhận nhiệm vụ nén, đóng gói tín hiệu thoại và gửi chúng đi qua mạng IP một cách có hiệu quả nhất để tới được Gateway nối tới một mạng điện thoại khác có người liên lạc đầu kia. Việc kết nối như vậy làm giảm đáng kể chi phí cuộc gọi do phần lớn kênh truyền 64Kbps đó được thay thế bằng việc truyền thông tin qua mạng dữ liệu hiệu quả cao. + Tích hợp mạng thoại, mạng số liệu và mạng báo hiệu: Trong điện thoại IP, tín hiệu thoại, số liệu và ngay cả báo hiệu đều có thể cùng đi trên cùng một mạng IP. Điều này sẽ tiết kiệm được chi phí đầu tư để xây dựng những mạng riêng rẽ. + Khả năng mở rộng (Scalability): Nếu như các hệ tổng đài thường là những hệ thống kín, rất khó để thêm vào đó những tính năng thì các thiết bị trong mạng internet thường có khả năng thêm vào những tính năng mới. Chính tính mềm dẻo đó mang lại cho dịch vụ điện thoại IP khả năng mở rộng dễ dàng hơn so với điện thoại truyền thống. + Không cần thông tin điều khiển để thiết lập kênh truyền vật lý: Gói thông tin trong mạng IP truyền đến đích mà không cần một sự thiết lập kênh nào. Gói chỉ cần mang địa chỉ của nơi nhận cuối cùng là thông tin đó có thể đến được đích. Do vậy, việc điều khiển cuộc gọi trong mạng IP chỉ cần tập trung vào chức năng cuộc gọi mà không phải tập trung vào chức năng thiết lập kênh. + Quản lý băng thông: Trong điện thoại chuyển mạch kênh, tài nguyên băng thông cung cấp cho một cuộc liên lạc là cố định (một kênh 64Kbps) nhưng trong điện thoại IP việc phân chia tài nguyên cho các cuộc thoại linh hoạt hơn nhiều. Khi một cuộc liên lạc diễn ra, nếu lưu lượng của mạng thấp, băng thông dành cho liên lạc sẽ cho chất lượng thoại tốt nhất có thể; nhưng khi lưu lượng của mạng cao, mạng sẽ hạn chế SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 3 Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6 băng thông của từng cuộc gọi ở mức duy trì chất lượng thoại chấp nhận được nhằm phục vụ cùng lúc được nhiều người nhất. Điểm này cũng là một yếu tố làm tăng hiệu quả sử dụng của điện thoại IP. Việc quản lý băng thông một cách tiết kiệm như vậy cho phép người ta nghĩ tới những dịch vụ cao cấp hơn như truyền hình hội nghị, điều mà với công nghệ chuyển mạch cũ người ta đó không thực hiện vì chi phí quá cao. + Nhiều tính năng dịch vụ: Tính linh hoạt của mạng IP cho phép tạo ra nhiều tính năng mới trong dịch vụ thoại. Ví dụ cho biết thông tin về người gọi tới hay một thuê bao điện thoại IP có thể có nhiều số liên lạc mà chỉ cần một thiết bị đầu cuối duy nhất (Ví dụ như một thiết bị IP Phone có thể có một số điện thoại dành cho công việc, một cho các cuộc gọi riêng tư). + Khả năng multimedia: Trong một “cuộc gọi” người sử dụng có thể vừa nói chuyện vừa sử dụng các dịch vụ khác như truyền file, chia sẻ dữ liệu, hay xem hình ảnh của người nói chuyện bên kia. Tuy nhiên, điện thoại IP cũng có những hạn chế: + Kỹ thuật phức tạp: Truyền tín hiệu theo thời gian thực trên mạng chuyển mạch gói là rất khó thực hiện do mất gói trong mạng là không thể tránh được và độ trễ không cố định của các gói thông tin khi truyền trên mạng. Để có được một dịch vụ thoại chấp nhận được, cần thiết phải có một kỹ thuật nén tín hiệu đạt được những yêu cầu khắt khe: tỉ số nén lớn (để giảm được tốc độ bit xuống), có khả năng suy đoán và tạo lại thông tin của các gói bị thất lạc...Tốc độ xử lý của các bộ Codec (Coder and Decoder- Bộ mó hóa và giải mó) phải đủ nhanh để không làm cuộc đàm thoại bị gián đoạn. Đồng thời cơ sở hạ tầng của mạng cũng cần được nâng cấp lên các công nghệ mới như Frame Relay, ATM,...để có tốc độ cao hơn và phải có một cơ chế thực hiện chức năng QoS (Quality of Service- Chất lượng dịch vụ). Tất cả các điều này làm cho kỹ thuật thực hiện điện thoại IP trở nên phức tạp và không thể thực hiện được trong những năm trước đây. + Vấn đề bảo mật (security): Mạng Internet là một mạng có tính rộng khắp và hỗn hợp (hetorogenous network). Trong đó có rất nhiều loại máy tính khác nhau cùng SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 4 Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6 các dịch vụ khác nhau cùng sử dụng chung một cơ sở hạ tầng. Do vậy không có gì đảm bảo rằng thông tin liên quan đến cá nhân cũng như số liên lạc truy nhập sử dụng dịch vụ của người dùng được giữ bí mật. Như vậy, điện thoại IP chứng tỏ nó là một loại hình dịch vụ mới rất có tiềm năng. Trong tương lai, điện thoại IP sẽ cung cấp các dịch vụ hiện có của điện thoại trong mạng PSTN và các dịch vụ mới của riêng nó nhằm đem lại lợi ích cho đông đảo người dựng. Tuy nhiên, điện thoại IP với tư cách là một dịch vụ sẽ không trở nên hấp dẫn hơn PSTN chỉ vì nó chạy trên mạng IP. Khách hàng chỉ chấp nhận loại dịch vụ này nếu như nó đưa ra được một chi phí thấp và những tính năng vượt trội hơn so với dịch vụ điện thoại hiện tại. 1.3 Các hình thức truyền thoại qua IP 1.3.1 Mô hình PC to PC Trong mô hình này, mỗi máy tính cần được trang bị một sound card, một microphone, một speaker và được kết nối trực tiếp với mạng Internet thông qua modem hoặc card mạng. Mỗi máy tính được cung cấp một địa chỉ IP và hai máy tính đã có thể trao đổi các tín hiệu thoại với nhau thông qua mạng Internet. Tất cả các thao tác như lấy mẫu tín hiệu âm thanh, mã hoá và giải mã, nén và giải nén tín hiệu đều được máy tính thực hiện. Trong mô hình này chỉ có những máy tính nối với cùng một mạng mới có khả năng trao đổi thông tin với nhau. Hình 1.2 Mô hình PC to PC SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 5 Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6 1.3.2 Mô hình PC to Phone Mô hình PC to Phone là một mô hình được cải tiến hơn so với mô hình PC to PC. Mô hình này cho phép người sử dụng máy tính có thể thực hiện cuộc gọi đến mạng PSTN thông thường và ngược lại. Trong mô hình này mạng Internet và mạng PSTN có thể giao tiếp với nhau nhơ một thiết bị đặc biệt đó là Gateway. Đây là mô hình cơ sở để dẫn tới việc kết hợp giữa mạng Internet và mạng PSTN cũng như các mạng GSM hay đa dịch vụ khác. Hình 1.3 Mô hình PC to Phone 1.3.3 Mô hình Phone to Phone Đây là mô hình mở rộng của mô hình PC to Phone sử dụng Internet làm phương tiện liên lạc giữa các mạng PSTN. Tất cả các mạng PSTN đều kết nối với mạng Internet thông qua các gateway. Khi tiến hành cuộc gọi mạng PSTN sẽ kết nối đến gateway gần nhất. Tại gateway địa chỉ sẽ được chuyển đổi từ địa chỉ PSTN sang địa chỉ IP để có thể định tuyến các gói tin đến được mạng đích. Đồng thời gateway nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu thoại tương tự thành dạng số sau đó mã hoá, nén, đóng gói và gửi qua mạng. Mạng đích cũng được kết nối với gateway và tại gateway đích, địa chỉ lại được chuyển đổi trở lại thành địa chỉ PSTN và tín hiệu được giải nén, giải mã chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu tương tự gửi vào mạng PSTN đến đích. SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 6 Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6 Hình 1.4 Mô hình Phone to Phone 1.4 Các ưu điểm và ứng dụng của VoIP 1.4.1 Ưu điểm + Tiết kiệm chi phí: Ưu điểm nối bật nhất của VoIP là tiết kiệm chi phí và tận dụng tài nguyện mạng mà không có bất cứ ràng buộc nào đối với người sử dụng. Việc liên lạc đường dài sử dụng kỹ thuật VoIP tiết kiệm được chi phí hơn là sử dụng mạng PSTN thông thường. VoIP hiệu quả hơn PSTN trong các dịch vụ mới đặc biệt là các dịch vụ multimedia. Ưu điểm của VoIP không chỉ là tiết kiệm phí liên lạc, sử dụng VoIP còn tiết kiệm được chi phí đầu tư và hạ tầng mạng. Chúng ta có khả năng sử dụng một mạng số liệu duy nhất để phục vụ tất cả các loại hình dịch vụ như thoại, fax và truyền số liệu thay vì lắp đặt từng mạng độc lập. Hơn nữa VoIP có thể tích hợp với bất cứ loại hình thiết bị thoại nào, chẳng hạn như PC hay điện thoại thông thường. VoIP có thể áp dụng cho bất kỳ loại hình thoại nào, chẳng hạn như thoại thông thường hay thoại đa điểm cho tới điện thoại có hình hay truyền hình hội thảo. Việc chi sẻ trang thiết bị và chi phí vận hành cho cả thoại và số liệu có thể tận dụng được cho các loại hình dữ liệu khác nhau, do đó thu hẹp phạm vi kênh thoại trên băng thông và tăng dung lượng truyền. Theo thống kê của IETF (Internet Engineering Task Force), trong vòng 2 hay 3 năm tới dung lượng truyền qua Internet sẽ chiếm khoảng 11% thị trường liên lạc đường dài và sẽ chiếm khoảng 10% thị trường fax trên thế giới. SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 7 Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6 + Quản lý đơn giản: VoIP mạng lại cho người sử dụng khả năng quản lý dễ dàng hơn. Việc kết hợp mạng thoại và mạng số liệu có thể giảm bớt gánh nặng cho việc quản lý. Chỉ cần phải quản lý một mạng số liệu thống nhất thay vì quản lý 2 mạng riêng rẽ như trước đây. Đối với doanh nghiệp, tất cả các cuộc gọi nội bộ có thể dùng kỹ thuật VoIP mà không gặp vấn đề gì về chất lượng dịch vụ. Còn khi cần gọi ra ngoài chỉ cần một số kết nối nhất định đến mạng PSTN thông qua các gateway. Đối với trong gia đình, áp dụng kỹ thuật VoIP không hề làm thay đổi cách sử dụng điện thoại truyền thống (nếu có thì chỉ có thể là cách bấm số có dài hơn). + Sử dụng hiệu quả: Như đã biết VoIP truyền thoại qua mạng Internet và sử dụng giao thức IP. Hiện nay IP là giao thức mạng được sử dụng rộng rãi nhất. Có rất nhiều ứng dụng đang được khai thác trên cơ sở các giao thức của mạng IP. VoIP có thể kết hợp sử dụng các ứng dụng này để nâng cao hiệu quả sử dụng mạng. Ví dụ có dịch vụ khác thác Web Phone. Kỹ thuật VoIP được sử dụng chủ yếu kết hợp với các mạng máy tính do đó có thể tận dụng được sự phát triển của công nghệ thông tin để nâng cao hiệu quả sử dụng. Các phần mềm sẽ hỗ trợ rất nhiều cho việc khai thác các dịch vụ của mạng VoIP. Công nghệ thông tin càng phát triển thì việc khai thác càng có hiệu quả, sẽ xuất hiện nhiều dịch vụ mới hỗ trợ người sử dụng trong mọi lĩnh vực. 1.4.2 Ứng dụng + Internet Telephone: Là thiết bị giống như điện thoại thông thường nhưng có thể kết nối vào mạng máy tính đồng thời có thể hỗ trợ hoặc không hỗ trợ kết nói vào mạng điện thoại công cộng PSTN. Internet Telephone có khả năng truyền và nhận tín hiệu âm thanh trực tiếp từ các mạng số liệu. Internet Telephone còn có thể sử dụng được như một thiết bị truy cập Internet thông thường. Internet Telephone trong tương lai sẽ phát triển mạnh với mô hình nhà cung cấp dịch vụ. + Gateway IP – PSTN: Để có thể sử dụng mạng VoIP với mạng điện thoại công cộng PSTN. Gateway IP – PSTN là một cổng kết nối cho phép trao đổi các thông tin trên hai mạng. Gateway có thể kết nối trực tiếp hai mạng nói trên hoặc có thể sử dụng kết hợp với các PBX. Gateway IP – PSTN có hai giao diện chính, giao diện thứ nhất là giao diện với mạng PSTN và giao diện thứ hai là giao diện với mạng Internet. Gateway SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 8