Tài liệu Xây dựng và triển khai các giải pháp voip cho hệ thống mạng tại trường đh cntt & tt thái nguyên

LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên cho em xin gửi tới thầy Th.S Lê Hoàng Hiệp lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất, người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình cho em trong suốt quá trình em thực hiện đồ án tốt nghiệp này. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Truyền Thông & Mạng Máy Tính – khoa công nghệ thông tin đại học CNTT & TT đã hết lòng dạy bảo, giúp đỡ em trong những năm học đại học, giúp em có những kiến thức và kinh nghiệm quý giá trong chuyên môn và cuộc sống. Những hành trang đó là một tài sản vô giá nâng bước cho em tới được với những thành công trong 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 đồ án tốt nghiệp này. Thái Nguyên, tháng 06 năm 2016 Sinh viên Lương Trung Đức 1 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan nội dung của đồ án này hoàn toàn là do em nghiên cứu, tìm hiểu và tổng hợp từ các tài liệu liên quan, có trích dẫn tài liệu tham khảo cũng như các kiến thức từ thực tế khi em học tập, rèn luyện trên ghế giảng đường, không sao chép hoàn toàn nội dung của các bài đồ án khác. Thái Nguyên, tháng 06 năm 2016 Sinh viên Lương Trung Đức 2 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .....................................................................................................1 LỜI CAM ĐOAN................................................................................................2 MỤC LỤC ..........................................................................................................3 LỜI NÓI ĐẦU ....................................................................................................5 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ..................................6 1.1. Lý do lựa chọn đề tài .................................................................................6 1.2. Mục tiêu của đề tài ....................................................................................7 1.3. Phương hướng thực hiện đề tài ..................................................................7 1.4. Kết quả đề tài đã thực hiện được................................................................8 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT....................................................................9 2.1. Phương pháp thiết kế mạng .......................................................................9 2.1.1. Thu thập yêu cầu của khách hàng ........................................................9 2.1.2. Phần tích yêu cầu ..............................................................................10 2.1.3. Thiết kế giải pháp..............................................................................11 2.1.4. Cài đặt mạng .....................................................................................11 2.1.5. Kiểm thử mạng.................................................................................12 2.1.6. Bảo trì hệ thống.................................................................................12 2.2. Tổng quan về công nghệ Voice Over IP ..................................................12 2.2.1. Khái niệm VoIP ................................................................................12 2.2.2. Nguyên tắc hoạt động của VoIP ........................................................12 2.2.3. Mô hình kiến trúc tổng quan của mạng VoIP.....................................17 2.2.4. Các giao thức VoIP ...........................................................................19 2.2.5. Sự khác biệt của gọi qua giao thức IP với gọi điện thông thường.......23 2.2.6. Lợi ích của VoIP ...............................................................................26 3 2.2.7. Các hạn chế của VoIP .......................................................................29 CHƯƠNG III: KHẢO SÁT & PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG TẠI TRƯỜNG ĐH CNTT&TT THÁI NGUYÊN .............................................31 3.1. Khảo sát hệ thống mạng trường ĐH CNTT & TT Thái Nguyên ..............31 3.1.1. Giới thiệu về trường ĐH CNTT & TT Thái Nguyên..........................31 3.1.2. Mô hình tổng quan mạng hiện tại ......................................................33 3.1.3. Sơ đồ vật lý của trường ĐH CNTT & TT Thái Nguyên.....................34 3.2. Phân tích thiết kế hệ thống mạng VoIP....................................................40 3.2.1. Mô tả hệ thống VoIP của trường ĐH CNTT & TT ............................40 3.2.2. Đánh giá về hệ thống VoIP đã triển khai ...........................................51 3.3. Đề xuất một số giải pháp VoIP dựa trên cơ sở khảo sát hạ tầng thực tế....56 3.3.1. Quy mô toàn trường ..........................................................................56 3.3.2. Quy mô mở rộng ...............................................................................57 3.3.3. Áp dụng kết hợp giải pháp bảo mật ...................................................58 CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG DEMO HỆ THỐNG VoIP CHO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNTT & TT THÁI NGUYÊN.................................................................59 4.1. Sơ đồ hệ thống VoIP của trường ĐH CNTT&TT Thái Nguyên ...............59 4.2. Giải pháp giúp các máy nội bộ có thể gọi trực tiếp cho nhau ...................60 4.3. Các máy có thể gọi ra ngoài thông qua đường thông qua đường trunk .....63 4.4. Thiết lập hệ thống trả lời tự động và hệ thống tự động gọi đến số máy lẻ 65 KẾT LUẬN.......................................................................................................67 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................68 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN................................................69 4 LỜI NÓI ĐẦU Với sự phát triển mạnh mẽ của mạng Internet hiện nay, cùng với các dịch vụ đi kèm, công nghệ truyền giọng nói qua mạng Internet (VoIP) dần một thay thế công nghệ truyền giọng nói qua mạng điện thoại truyền thống. Với những ưu điểm của mình công nghệ VoIP sẽ ngày một phát triển trong tương lai. Và trường đại học với hạ tầng mạng đã được xây dựng tốt và hoàn thiện cũng đang hướng tới việc sử dụng công nghệ VoIP để dần thay thế mạng điện thoại truyền thống. Với đề tài “Xây dựng và triển khai các giải pháp VoIP cho hệ thống mạng tại trường ĐH CNTT & TT Thái Nguyên” sẽ trình bày cái nhìn tổng quan về hệ thống VoIP, cũng như thiết lập thử nghiệm hệ thống VoIP với các thiết bị sẵn có ở Trung tâm Máy Tính trường Đại học CNTT & TT Thái Nguyên, qua đó đánh giá khả năng của thiết bị có đáp ứng đủ nhu cầu để triển khai cho toàn bộ trường đại học CNTT & TT Thái Nguyên, cùng với đó đề xuất các giải pháp triển khai VoIP cho trường đại học CNTT & TT Thái Nguyên với hệ thống sẵn có. Đồ án cũng đề cập đến các giải pháp VoIP của hãng khác dựa trên hệ thống hạ tầng mạng sẵn có của trường đại học CNTT & TT Thái Nguyên. 5 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1. Lý do lựa chọn đề tài Cùng với sự phát triển nhanh của mạng Internet, có rất nhiều dịch vụ sử dụng các giao thức IP cũng phát triển theo. Ngoài các dịch vụ về Web, Mail, FTP đã rất phát triển thì hiện nay các dịch vụ về Voice, Video trên nền IP cũng đang phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng rất nhiều. Từ nhiều năm nay, VoIP là một công nghệ đang rất được thế giới quan tâm và ứng dụng ở trong thực tế vì những lợi ích mà nó đem lại. Với sự phát triển nhảy vọt của mạng chuyển mạch gói IP hiện nay không chỉ đem lại cho chúng ta những dịch vụ mới đa dạng mà còn là cơ hội cải thiện các dịch vụ viễn thông trước kia với chất lượng tốt hơn và giá thành rẻ hơn. Đã từ lâu, mạng chuyển mạch kênh PSTN đã có một vai trò vô cùng quan trọng với sự phát triển của xã hội. Bên cạnh những ưu điểm về chất lượng dịch vụ tốt, vùng dịch vụ rộng lớn trên khắp mọi lãnh thổ,… thì mạng PSTN cũng bộc lộ nhiều hạn chế như số lượng các dịch vụ hạn chế, sử dụng tài nguyên đường truyền không tối ưu, giá thành cao. Thế nhưng, ở các trường đại học Việt Nam, VoIP vẫn chưa được chú ý và đưa vào sử dụng nhiều. Nguyên nhân đầu tiên là để xây dựng được một vệ thống hoạt động tốt thì cần phải xây dựng một hạ tầng mạng tốt, và không phải trường nào cũng có điều kiện để xây dựng được một hệ thống như thế. Ngoài ra, kinh phí để xây dựng một hệ thống VoIP khá cao, các Ipphone có giá ngang gần một chiếc máy tính. Ngoài ra để xây dựng một hệ thống VoIP có thể hoạt động liên tục cần một nguồn điện ổn định cũng như nguồn điện dự phòng và nó sẽ làm tăng chi phí xây dựng hệ thống khá cao. VoIP là một giải pháp mới cho việc truyền tín hiệu giọng nói tích hợp song song với truyền dữ liệu, giúp giảm chi phí đáng kể cho những cuộc gọi đường dài trong nước cũng như quốc tế. Với những lợi ích mà VoIP đem lại, việc xây dựng hệ thống VoIP cho trường ĐH CNTT & TT là một vấn đề cần thiết, đem lại không chỉ lợi ích trước mắt mà về lâu dài. Với những lợi thế về hạ tầng 6 mạng rất tốt đã được xây dựng, hệ thống VoIP hoàn toàn có thể được xây dựng trên hệ thống mạng sẵn có mà không phải thay đổi nhiều đến cấu trúc mạng toàn trường. Chính vì những lý do trên và để góp phần vào việc xây dựng được một hệ thống VoIP cho trường đại học CNTT & TT nên em đã chọn đề tài “Xây dựng và triển khai các giải pháp VoIP cho hệ thống mạng tại trường ĐH CNTT & TT Thái Nguyên”. 1.2. Mục tiêu của đề tài Mục đích của khóa luận là lắp đặt thử nghiệm hệ thống sẵn có, đánh giá khả năng của thiết bị tổng đài Alcatel sẵn có, để tiến tới có thể triển khai cho toàn bộ trường ĐH CNTT & TT hay không? Nếu vẫn dùng hệ thống tổng đài Alcatel thì cần phải nâng cấp thiết bị tổng đài thế nào để có thể đáp ứng được nhu cầu cho trường ĐHCNTT & TT. Ngoài ra đưa thêm giải pháp thiết bị của hãng khác để có lựa chọn và phù hợp với hệ thống mạng đang sẵn có của trường. Ngoài ra phương hướng phát triển của trường ĐHCN là tích hợp các thiết bị di động vào trong hệ thống VoIP để giúp ta có thể sử dụng các thiết bị động như một chiếc điện thoại IP thông thường khi được kết nối vào mạng VoIP. Với việc sử dụng các điện thoại di động, ta có thể kết nối vào mạng VoIP ở bất cứ nơi nào thông qua mạng 3G hoặc GPRS, điều đó làm giảm chi phí cuộc gọi. Và với việc sử dụng thiết bị điện thoại di động, chỉ cần duy trì hệ thống tổng đài luôn luôn có điện là ta sẽ luôn luôn kết nối được với tổng đài. Trung tâm máy tính hiện có một bộ tổng đài Alcatel OmniPCX Office, bộ tổng đài có thể dùng làm file server, hoặc gateway internet, nhưng quan trọng nhất là hệ thống VoIP được tích hợp trong đó. Trường ĐHCN đã có sẵn một hạ tầng hệ thống mạng tốt và hoàn toàn có thể triển khai hệ thống VoIP trên hạ tầng có sẵn. 1.3. Phương hướng thực hiện đề tài  Nghiên cứu về hệ thống VoIP và cách thức hoạt động của hệ thống.  Đề ra giải pháp cũng như mô hình mạng VoIP cho trường ĐH CNTT & TT. 7  Nghiên cứu phương pháp triển khai hệ thống VoIP của Alcatel và sử dụng các thiết bị điện thoại.  Triển khai và đưa vào hoạt động thử nghiệm các thiết bị của tổng đài để có thể đánh giá chất lượng của hệ thống.  Đánh giá hệ thống khi đưa vào hoạt động trong phạm vi trường ĐH CNTT & TT. 1.4. Kết quả đề tài đã thực hiện được  Trình bày cái nhìn tổng quan về hệ thống VoIP.  Đề xuất được giải pháp xây dựng hệ thống VoIP cho trường đại học CNTT & TT dựa trên cơ sở lý thuyết.  Triển khai thử nghiệm thành công hệ thống VoIP sử dụng thiết bị Alcatel tại trung tâm máy tính.  Đưa ra được các vấn đề khi triển khai hệ thống VoIP trên trường ĐH CNTT & TT sẽ gặp phải. 8 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Phương pháp thiết kế mạng Ngày nay, mạng máy tính đã trở thành một hạ tầng cơ sở quan trọng của tất cả các cơ quan xí nghiệp. Nó đã trở thành một kênh trao đổi thông tin không thể thiếu được trong thời đại công nghệ thông tin. Với xu thế giá thành ngày càng hạ của các thiết bị điện tử, kinh phí đầu tư cho việc xây dựng một hệ thống mạng không vượt ra ngoài khả năng của các công ty xí nghiệp. Tuy nhiên, việc khai thác một hệ thống mạng một cách hiệu quả để hỗ trợ cho công tác nghiệp vụ của các cơ quan xí nghiệp thì còn nhiều vấn đề cần bàn luận. Hầu hết người ta chỉ chú trọng đến việc mua phần cứng mạng mà không quan tâm đến yêu cầu khai thác sử dụng mạng về sau. Điều này có thể dẫn đến hai trường hợp: lãng phí trong đầu tư hoặc mạng không đáp ứng đủ cho nhu cầu sử dụng. Có thể tránh được điều này nếu ta có kế hoạch xây dựng và khai thác mạng một cách rõ ràng. Thực tế, tiến trình xây dựng mạng cũng trải qua các giai đoạn như việc xây dựng và phát triển một phần mềm. Nó cũng gồm các giai đoạn như : Thu thập yêu cầu của khách hàng (công ty, xí nghiệp có yêu cầu xây dựng mạng), Phân tích yêu cầu, Thiết kế giải pháp mạng, Cài đặt mạng, Kiểm thử và cuối cùng là Bảo trì mạng. Phần này sẽ giới thiệu sơ lược về nhiệm vụ của từng giai đoạn để ta có thể hình dung được tất cả các vấn đề có liên quan trong tiến trình xây dựng mạng. 2.1.1. Thu thập yêu cầu của khách hàng Mục đích của giai đoạn này là nhằm xác định mong muốn của khách hàng trên mạng mà chúng ta sắp xây dựng. Những câu hỏi cần được trả lời trong giai đoạn này là:  Bạn thiết lập mạng để làm gì? sử dụng nó cho mục đích gì?  Các máy tính nào sẽ được nối mạng?  Những người nào sẽ được sử dụng mạng, mức độ khai thác sử dụng mạng của từng người / nhóm người ra sao? 9  Trong vòng 3-5 năm tới bạn có nối thêm máy tính vào mạng không, nếu có ở đâu, số lượng bao nhiêu ? Phương pháp thực hiện của giai đoạn này là bạn phải phỏng vấn khách hàng, nhân viên các phòng mạng có máy tính sẽ nối mạng. Thông thường các đối tượng mà bạn phỏng vấn không có chuyên môn sâu hoặc không có chuyên môn về mạng. Cho nên bạn nên tránh sử dụng những thuật ngữ chuyên môn để trao đổi với họ. Chẳng hạn nên hỏi khách hàng “ Bạn có muốn người trong cơ quan bạn gởi mail được cho nhau không?”, hơn là hỏi “ Bạn có muốn cài đặt Mail server cho mạng không? ”. Những câu trả lời của khách hàng thường không có cấu trúc, rất lộn xộn, nó xuất phát từ góc nhìn của người sử dụng, không phải là góc nhìn của kỹ sư mạng. Người thực hiện phỏng vấn phải có kỹ năng và kinh nghiệm trong lĩnh vực này. Phải biết cách đặt câu hỏi và tổng hợp thông tin. Một công việc cũng hết sức quan trọng trong giai đoạn này là “Quan sát thực địa” để xác định những nơi mạng sẽ đi qua, khoảng cách xa nhất giữa hai máy tính trong mạng, dự kiến đường đi của dây mạng, quan sát hiện trạng công trình kiến trúc nơi mạng sẽ đi qua. Thực địa đóng vai trò quan trọng trong việc chọn công nghệ và ảnh hưởng lớn đến chi phí mạng. Chú ý đến ràng buộc về mặt thẩm mỹ cho các công trình kiến trúc khi chúng ta triển khai đường dây mạng bên trong nó. Giải pháp để nối kết mạng cho 2 tòa nhà tách rời nhau bằng một khoảng không phải đặc biệt lưu ý. Sau khi khảo sát thực địa, cần vẽ lại thực địa hoặc yêu cầu khách hàng cung cấp cho chúng ta sơ đồ thiết kế của công trình kiến trúc mà mạng đi qua. Trong quá trình phỏng vấn và khảo sát thực địa, đồng thời ta cũng cần tìm hiểu yêu cầu trao đổi thông tin giữa các phòng ban, bộ phận trong cơ quan khách hàng, mức độ thường xuyên và lượng thông tin trao đổi. Điều này giúp ích ta trong việc chọn băng thông cần thiết cho các nhánh mạng sau này. 2.1.2. Phần tích yêu cầu Khi đã có được yêu cầu của khách hàng, bước kế tiếp là ta đi phân tích yêu cầu để xây dựng bảng “Đặc tả yêu cầu hệ thống mạng”, trong đó xác định rõ những vấn đề sau: 10  Những dịch vụ mạng nào cần phải có trên mạng ? (Dịch vụ chia sẻ tập tin, chia sẻ máy in, Dịch vụ web, Dịch vụ thư điện tử, Truy cập Internet hay không?, ...)  Mô hình mạng là gì? (Workgoup hay Client / Server? ...)  Mức độ yêu cầu an toàn mạng.  Ràng buộc về băng thông tối thiểu trên mạng. 2.1.3. Thiết kế giải pháp Bước kế tiếp trong tiến trình xây dựng mạng là thiết kế giải pháp để thỏa mãn những yêu cầu đặt ra trong bảng Đặc tả yêu cầu hệ thống mạng. Việc chọn lựa giải pháp cho một hệ thống mạng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, có thể liệt kê như sau:  Kinh phí dành cho hệ thống mạng.  Công nghệ phổ biến trên thị trường.  Thói quen về công nghệ của khách hàng.  Yêu cầu về tính ổn định và băng thông của hệ thống mạng.  Ràng buộc về pháp lý. Tùy thuộc vào mỗi khách hàng cụ thể mà thứ tự ưu tiên, sự chi phối của các yếu tố sẽ khác nhau dẫn đến giải pháp thiết kế sẽ khác nhau. Tuy nhiên các công việc mà giai đoạn thiết kế phải làm thì giống nhau. 2.1.4. Cài đặt mạng Khi bản thiết kế đã được thẩm định, bước kế tiếp là tiến hành lắp đặt phần cứng và cài đặt phần mềm mạng theo thiết kế. 2.1.4.1. Lắp đặt phần cứng Cài đặt phần cứng liên quan đến việc đi dây mạng và lắp đặt các thiết bị nối kết mạng (Hub, Switch, Router) vào đúng vị trí như trong thiết kế mạng ở mức vật lý đã mô tả. 2.1.4.2. Cài đặt và cấu hình phần mềm Tiến trình cài đặt phần mềm bao gồm:  Cài đặt hệ điều hành mạng cho các server, các máy trạm  Cài đặt và cấu hình các dịch vụ mạng. 11  Tạo người dùng, phân quyền sử dụng mạng cho người dùng. Tiến trình cài đặt và cấu hình phần mềm phải tuân thủ theo sơ đồ thiết kế mạng mức luận lý đã mô tả. Việc phân quyền cho người dùng pheo theo đúng chiến lược khai thác và quản lý tài nguyên mạng. Nếu trong mạng có sử dụng router hay phân nhánh mạng con thì cần thiết phải thực hiện bước xây dựng bảng chọn đường trên các router và trên các máy tính. 2.1.5. Kiểm thử mạng Sau khi đã cài đặt xong phần cứng và các máy tính đã được nối vào mạng. Bước kế tiếp là kiểm tra sự vận hành của mạng. Trước tiên, kiểm tra sự nối kết giữa các máy tính với nhau. Sau đó, kiểm tra hoạt động của các dịch vụ, khả năng truy cập của người dùng vào các dịch vụ và mức độ an toàn của hệ thống. Nội dung kiểm thử dựa vào bảng đặc tả yêu cầu mạng đã được xác định lúc đầu. 2.1.6. Bảo trì hệ thống Mạng sau khi đã cài đặt xong cần được bảo trì một khoảng thời gian nhất định để khắc phục những vấn đề phát sinh xảy trong tiến trình thiết kế và cài đặt mạng. 2.2. Tổng quan về công nghệ Voice Over IP 2.2.1. Khái niệm VoIP VoIP (Voice Over IP) là một công nghệ sử dụng băng thông internet và các kết nối IP để truyền âm thanh thời gian thực. Bằng các thiết bị chuyển đổi, tín hiệu âm thanh (voice signal) sẽ được đóng gói thành thành các gói dữ liệu (data packets) và được truyền thông qua môi trường mạng Internet trong môi trường VoIP, sau đó các gói dữ liệu voice lại được chuyển thành tín hiệu âm ở thiết bị người nhận. VoIP sử dụng kỹ thuật số vì vậy để đảm bảo chất lượng cuộc gọi, hệ thống yêu cầu kết nối băng thông tốc độ cao như DSL hoặc cable. Ứng dụng hay được sử dụng của VoIP là các dịch vụ điện thoại dựa trên Internet có chuyển mạch 12 điện thoại. Với ứng dụng này, để thực hiện cuộc gọi, ta vẫn phải quay số để thực hiện cuộc. Thế nhưng nó cũng tiết kiệm được khá nhiều chi phí. VoIP (Voice over Internet Protocol) đã tạo nên một bước tiến lớn trong công nghệ thông tin cũng như trong hệ thống truyền thông . VoIP cho phép bạn truyền tiếng nói qua Internet tới mọi nơi trên thế giới và không phải trả cước viễn thông. Mặc dù những khái niệm về các giao thức cũng như hoạt động của VoIP là đơn giản, tuy nhiên việc thực hiện và ứng dụng các giao thức cũng như chuyển đổi tín hiệu trong VoIP là phức tạp. Để gởi voice, thông tin phải được đóng gói thành những gói (packet) giống như dữ liệu. Ta có thể dùng kĩ thuật nén gói để tiết kiệm băng thông, thông qua những tiến trình codec (compressor/decompressor). 2.2.2. Nguyên tắc hoạt động của VoIP 2.2.2.1. Nguyên tắc hoạt động Giọng nói của ta là những tín hiệu analog. Và để chuyển sang được tín hiệu số ta phải dùng những thuật toán đặc biệt. Những thiết bị khác nhau có cách chuyển đổi khác nhau như VoIP phone hay softphone. nếu dùng điện thoại analog thông thường thì cần một thiết bị chuyển đổi là Telephony Adapter (TA). Sau đó giọng nói được số hóa sẽ được đóng vào gói tin và gửi trên mạng IP. Trong suốt tiến trình một giao thức như SIP hay H323 sẽ được dùng để điểu khiển (control) cuộc gọi như là thiết lập, quay số, ngắt kết nối… và RTP là giao thức truyền tải voice data. 2.2.2.2. Phiên hoạt động của VoIP Thiết lập cuộc gọi: trong quá trình này, để người gọi và người nhận kết nối được với nhau cần xác định đúng vị trí của người gọi và yêu cầu một kết nối để liên lạc với người nhận. Khi địa chỉ người nhận được xác định là tồn tại trên các server thì các server đó sẽ thiết lập một kết nỗi giữa hai người cho quá trình trao đổi dữ liệu voice diễn ra. Xử lý tín hiệu gọng nói: Tín hiệu giọng nói (analog) sẽ được chuyển đổi sang tín hiệu số (digital) rồi được nén lại nhằm tiết kiệm đường truyền 13 (bandwidth) sau đó sẽ được mã hóa (tăng độ bảo mật). Các voice samples sau đó sẽ được chèn vào các gói dữ liệu để được vận chuyển trên mạng. Giao thức RTP sẽ dùng cho các gói voice.Một gói tin RTP có các field header để có thể chứa các thông tin cần thiết cho việc biên dịch lại các gói tin sang tín hiệu voice ở thiết bị người nhận cuộc gọi. Các gói tin voice được truyền đi bởi giao thức UDP. Ở thiết bị cuối, tiến trình được thực hiện ngược lại.  Số hóa tín hiệu Analog Để biểu giọng nói con người ở dạng analog thành dạng digiteal cần một số lượng lớn các giá trị digital để biểu diễn biên độ (amplitude), tần số (frequency) và pha (phase), và việc chuyển đổi nó thành dạng số nhị phân (zero và one) là rất khó. Vì vậy những thiết bị được gọi là codec (coder-decoder) hay là thiết bị mã và giải mã được phát triển để giải quyết vấn đề trên. Tín hiệu đện thoại analog (giọng nói con người) được đặt vào đầu vào của thiết bị codec và được chuyển đổi thành chuỗi số nhị phân ở đầu ra. Sau đó quá trình này thực hiện trở lại bằng cách chuyển chuỗi số thành dạng analog ở đầu cuối, với cùng qui trình codec. Có 4 bước liên quan đến quá trình số hóa (digitizing) một tín hiệu tương tự (analog) :  Lấy mẫu (Sampling)  Lượng tử hóa (Quantization)  Mã hóa (Encoding)  Nén giọng nói (Voice Compression) PAM (Pulse-amplitude Modulation) - điều chế biên độ xung. FDM (Frequency Division Multiplexing)-Ghép kênh phân chia theo tần số: Mỗi kênh được phân phối theo một băng tần xác địmnh, thông thường có bề rộng 4Khz cho dịch vụ thoại. PCM (Pulse code modulation) - Điều chế theo mã: là phương pháp thông dụng nhất chuyển đổi các tín hiệu analog sang dạng digital (và ngược lại) để có thể truyền qua một hệ thống truyền dẫn số hay các quá trình xử lý số. Sự biến đổi này bao gổm 3 tiến trình chính: lấy mẫu, lượng tử hoá, mã hoá. 14 Tiến trình này hoạt động như sau: Giai đoạn đầu tiên cuả PCM là lấy mẫu các tín hiệu nhập (tín hiệu đi vào thiết bị số hoá), nó tạo ra một tuần tự các mẫu analog dưới dạng chuỗi PAM, sau đó phân chia dải biên độ này thành một số giới hạn các khoảng. Trong bộ mã hoá, độ lớn của các mẫu được lương tử hoá được biểu diễn bởi các mã nhị phân.  Lượng tử hóa Hình 2.1 : Lượng tử hóa Tiến trình kế tiếp của số hóa tín hiệu tuần tự là biểu diễn giá trị chính xác cho mỗi mẫu được lấy. Mỗi mẫu có thể được gán cho một giá trị số, tương ứng với biên độ (theo chiều cao) của mẫu. Sau khi thực hiện giới hạn đầu tiên đối với biên độ tương ứng với dải mẫu, đến lượt mỗi mẫu sẽ được so sánh với một tập hợp các mức lượng tử và gán vào một mức xấp xỉ với nó. Qui định rằng tất cả các mẫu trong cùng khoảng giữa hai mức lượng tử được xem có cùng giá trị. Sau đó giá trị gán được dùng trong hệ thống truyền. Sự phục hồi hình dạng tín hiệu ban đầu đòi hỏi thực hiện theo hướng ngược lại. Hình 2.2 : Điều chế theo mã 15 Mã hóa (Encoding) Mỗi mức lượng tử được chỉ định một giá trị số 8 bit, kết hợp 8 bit có 256 mức hay giá trị. Qui ước bit đầu tiên dùng để đánh dấu giá trị âm hoặc dương cho mẫu. Bảy bít còn lại biểu diễn cho độ lớn, bit đầu tiên chỉ nửa trên hay nửa dưới của dãy, bit thứ hai chỉ phần tư trên hay dưới, bit thứ 3 chỉ phần tám trên hay dưới và cứ thế tiếp tục. Ba bước tiến trình này sẽ lặp lại 8000 lần mỗi giây cho dịch vụ kênh điện thoại. Dùng bước thứ tư là tùy chọn để nén hay tiết kiệm băng thông. Với tùy chọn này thí một kênh có thể mang nhiều cuộc gọi dồng thời.  Nén giọng nói (Voice Compression) Mặc dù kĩ thuật mã hóa PCM 64 Kps là phương pháp được chuẩn hóa, nhưng có vài phương pháp mã hóa khác được sử dụng trong những ứng dụng đặc biệt. Các phương pháp này thực hiện mã hóa tiếng nói với tốc độ nhỏ hơn tốc độ của PCM, nhờ đó tận dụng được khả năng của hệ thống truyền dẫn số. Chắc hẳn, các mã hóa tốc độ thấp này sẽ bị hạn chế về chất lượng, đặt biệt là nhiễu và méo tần số. Hình 2.3 : Đóng gói gói tin Mỗi một khi giọng nói đã được số hoá và được nén lại, nó phải được chia thành những phần nhỏ, để đặt vào gói IP, VoIP thì không hiệu quả cho những gói tin nhỏ, trong khi những gói tin lớn thì tạo ra nhiều độ trễ, do ảnh hưởng của vài loại header mà kích thước của dữ liệu thoại (voice data ) cũng sẽ ảnh hưởng. Nếu gói bị mất nhiều hay đến đích không đúng thứ tự sẽ làm cho cuộc thoại bị ngắt quãng. Thông thường, cần khoảng 10us đến 30 us (trung bình là 20us) để đặt dữ liệu thoại vào bên trong gói tin, ví dụ phần dữ liệu thoại (voice data) với kích thước 160 byte không nén cần khoảng 20us để đặt phần dữ liệu thoại vào bên 16 trong gói tin. Số lượng dữ liệu thoại bên trong gói tin cần cân bằng giữa sự hiệu quả trong sử dụng bang thông và chất lượng của cuộc thoại. 2.2.3. Mô hình kiến trúc tổng quan của mạng VoIP Trước khi đi vào nghiên cứu cụ thể các giao thức truyền tải được sử dụng trong mạng VoIP, chúng ta đi vào xem xét mô hình tổng quan của mạng VoIP. Từ đó, chúng ta sẽ thấy được vị trí và vai trò của các giao thức này trong mạng. Hình 2.4: Mô hình kiến trúc tổng quan mạng VoIP Trong mô hình này là sự có mặt của hai thành phần chính trong mạng VoIP đó là: IP Phone (hay còn gọi là SoftPhone): là thiết bị giao diện đầu cuối phía người dùng với mạng VoIP. Cấu tạo chính của một IP Phone gồm hai thành phần chính:  Thành phần báo hiệu mạng VoIP: Sử dụng giao thức H.323 hoặc giao thức SIP (trình bày ở phần dưới).  Thành phần truyền tải media: sử dụng RTP để truyền luồng media với chất lượng thời gian thực và được điều khiển theo giao thức RTCP. VoIP Server : Tùy thuộc vào loại giao thức báo hiệu sử dụng, là đầu não chỉ huy mọi hoạt động của mạng. Server có thể tích hợp tất cả các chức năng 17 (SoftSwitch) hoặc nằm tách biệt trên các Server chức năng khác nhau (Location Server, Registrar Server, Proxy Server,…). Nhưng về mô hình chung thì VoIP Server thực hiện các chức năng sau:  Định tuyến bản tin báo hiệu  Đăng kí, xác thực người sử dụng  Dịch địa chỉ trong mạng  VoIP Server trong mạng như Bản tin báo hiệu được định tuyến thông qua VoIP Server còn tùy thuộc vào từng giao thức cụ thể lại có sự khác nhau nhất định. Hình 2.5: Mô hình VoIP đơn giản Hình vẽ trên là mô hình VOIP đơn giản, nó chỉ bao gồm tổng đài vừa đóng vai trò là một VoIP Gateway, vừa đóng vai trò là một VoIP server. Bên cạnh đó là các thiết bị đầu cuối trong hệ thống. 18 2.2.4. Các giao thức VoIP VoIP cần 2 loại giao thức: Signaling protocol và Media Protocol.  Signaling Protocol: là các giao thức điều khiển việc thiết lập cuộc gọi. Các loại signaling protocols bao gồm: H.323, SIP, MGCP, Megaco/H.248 và các loại giao thức có bản quyền riêng như UNISTIM, SCCP, Skype, CorNet-IP,… .  Media Protocol: điều khiển việc truyền tải voice data qua môi trường mạng IP. Các loại Media Protocols như: RTP (Real-Time Protocol), RTCP (RTP control Protocol), SRTP (Secure Real-Time Transport Protocol), và SRTCP (Secure RTCP). Các nhà sản xuất, hoặc các nhà cung cấp dịch vụ VoIP có thể sử dụng các giao thức riêng hay các giao thức mở dựa trên nền giao thức tiêu chuẩn quốc tế là H.323 và SIP và để các thiết bị kết nối được với nhau thì phải cùng chung một chuẩn. Ví dụ Nortel sử dụng giao thức UNISTIM (Unified Network Stimulus), Cisco sử dụng giao thức SCCP (Signaling Connection Control Part) vì thế hai giao thức không thể liên liên hệ được với nhau. 2.2.4.1. Giao thức báo hiệu và điều khiển cuộc gọi  Bộ giao thức H.323 H.323: là giao thức được phát triển bởi ITU-T (International telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector). Giao thức này chuyển đổi các cuộc hội thoại voice, video, hay các tập tin và các ứng dụng đa phương tiện cần tương tác với PSTN. Là giao thức chuẩn, bao trùm các giao thức trước đó như H.225,H.245, H.235,… . Giao thức H.323 có 4 thành phần:  Terminal( thiết bị đầu cuối): một PC hoặc một IP phone đang sử dụng giao thức H.323.  Gateway: kết nối mạng H.323 với các mạng khác như SIP, PSTN,…Gateway chuyển đổi các giao thức trong việc thiết lập và chấm dứt các cuộc gọi, chuyển đổi các media format giữa các mạng khác nhau.  GateKeeper: có vai trò là những điểm trung tâm (focal points) trong mô hình mạng H.323, các dịch vụ nền sẽ quyết định việc cung cấp địa chỉ 19 (addressing),phân phát băng thông (bandwidth),cung cấp tài khoản, thẩm định quyền (authentication) cho các terminal và gateway… .  Mutipoint control unit (MCU): hỗ trợ việc hội thoại đa điểm (conference) cho các máy đầu cuối( terminal 3 máy trở lên ). Phương thức hoạt động của H.323 network: Khi một phiên kết nối được thực hiện, việc dịch địa chỉ (address translation) sẽ được một gateway đảm nhận. Khi địa chỉ IP của máy đích được xác nhận, một kết nối TCP sẽ được thiết lập từ địa chỉ nguồn tới người nhận thông qua giao thức Q.931 (là một phần của bộ giao thức H.323). Ở bước này, cả 2 nơi đều tiến hành việc trau đổi các tham số bao gồm các tham số mã hoá (encoding parameters) và các thành phần tham số liên quan khác. Các cổng kết nối và phân phát địa chỉ cũng được cấu hình. 4 kênh RTCP và RTP được kết nối, mỗi kênh có một hướng duy nhất. RTP là kênh truyền dữ liệu âm thanh (voice data) từ một thực thể sang một thực thể khác. Khi các kênh đã được kết nối thì dữ liệu âm thanh sẽ được phát thông qua các kênh truyền này thông qua các RTCP instructions.  Giao thức SIP SIP: (Session Initiation Protocol) được phát triển bởi IETF (Internet Engineering Task Force) MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control) Working Group (theo RFC 3261). Đây là một giao thức kiểu diện ký tự (textbased protocol_ khi client gửi yêu cầu đến Server thì Server sẽ gửi thông tin ngược về cho Client), đơn giản hơn giao thức H.323. Nó giống với HTTP, hay SMTP. Gói tin (messages) bao gồm các header và phần thân (message body). SIP là một giao thức ứng dụng (application protocol) và chạy trên các giao thức UDP, TCP và STCP. Các thành phần trong SIP network : Cấu trúc mạng của SIP có những điểm khác so với giao thức H.232. Một mạng SIP bao gồm các End Points, Proxy, Redirect Server, Location Server và Registrar. Người sử dụng phải đăng ký với Registrar về địa chỉ của họ. Những thông tin này sẽ được lưu trữ vào một External Location Server. Các gói tin SIP sẽ được gửi thông qua các Proxy Server hay các Redirect Server. Proxy Server dựa vào tiêu đề “to” trên gói tin để 20