Cấu trúc mạng và cấu hình chuẩn của mạng IP 1.1 Tổng quan về cấu hình chuẩn của mạng VoIP Cấu hình chuẩn của mạng VoIP có thể bao gồm các phần tử sau: Thiết bị đầu cuối kết nối với mạng IP; • Mạng truy nhập ; • Mạng IP; • Gateway (GW); • Gateway điều khiển phương tiện (MGWC); • Gateway phương tiện (MGW); • Gateway báo hiệu (SGW); • Gatekeeper (GK); • Mạng SCN; • Thiết bị đầu cuối kết nối mạng SCN; • Back – end Service. GK GK Back End H.323 Terminal Media GW controller Signaling GW Media GW E.b E.a N B A D G F C J Hình 3.1 sau đây đưa ra một ví dụ cụ thể về cấu hình chuẩn và các giao diện cơ bản trong mạng VoIP. Hình Cấu hình chuẩn cơ bản của mạng VoIP Cấu hình thể hiện trên hình 3.1 bao gồm hai GK và giao diện giữa chúng là loại D sẽ được đề cập đến sau.Mỗi thiết bị đầu cuối giao tiếp với một GK và giao tiếp này giống với giao tiếp giữa thiết bị đầu cuối và GW.Mỗi GK sẽ chịu trách nhiệm quản lý một Domain, nhưng cũng có thể nhiều GK chia nhau quản lý từng phần của một Domain trong trường hợp một Domain có nhiều GK. Trong vùng quản lý của các GK,các tín hiệu báo hiệu có thể được chuyển tiếp qua một hoặc nhiều GK.Do đó các GK phải có khả năng trao đổi thông tin với nhau khi cuộc gọi có liên quan nhiều GK.Có thể sử dụng các cách thức nối sau đây để kết nối hai GK hoặc một GK và một GW:Delicated ,non-delicated,long –live ,on-demand. 1.2 Các cấu hình chuẩn và chức năng của các phần tử 1.2.1 Thiết bị đầu cuối • Một thiết bị đầu cuối là một nút cuối trong cấu hình chuẩn của mạng VoIP ,nó có thể được kết nối với mạng IP sử dụng một trong các giao diện truy nhập sẽ được trình bày sau đây.Một thiết bị đầu cuối có thể cho phép một thuê bao trong mạng IP thực hiện một cuộc điện thoại đến một thuê bao trong mạng SCN .Các cuộc gọi đó sẽ được sự giám sát của GK mà thiết bị đầu cuối đó đã đăng ký. • Một thiết bị đầu cuối có thể bao gồm các chức năng sau đây: • Chức năng đầu cuối H.225.0: thu và nhận các bản tin H.225.0; • Chức năng đầu cuối H.245 :thu và nhận các bản tin H.245; • Bảo mật kênh truyền tải :đảm bảo tính bảo mật của kênh truyền tải thông tin kết nối với thiết bị đầu cuối. • Bảo mật kênh báo hiệu : đảm bảo tính bảo mật của kênh báo hiệu kết nối với thiết bị đầu cuối; • Chức năng xác nhận : thiết lập đặc điểm nhận dạng khách hàng ,thiết bị hoặc phần tử mạng; • Non-repudiation evidence gathering : thu thập các thông tin dung để xác nhận là bản tin báo hiệu hoặc bản tin chứa các thông tin đã được truyền hoặc nhận chưa; • Chức năng quản lý: giao tiếp với hệ thống quản lý mạng ; • Chức năng nghi các bản tin sử dụng : xác định hoặc ghi lại các thông tin về sự kiện (truy nhập ,cảnh báo ) và tài nguyên; • Chức năng báo cáo các bản tin sử dụng: báo cáo các bản tin sử dụng đã được ghi ra thiết bị ngoại vi. 1.2.2 Mạng truy nhập IP Mạng truy nhập IP cho phép thiết bị đầu cuối ,GW,GK truy nhập vào mạng IP thông qua cơ sở hạ tầng mạng sẵn có .Sau đây là một vài loại giao diện truy nhập IP được sử dụng trong cấu hình chuẩn của mạng VoIP. • Truy nhập PSTN; • Truy nhập ISDN; • Truy nhập GMS; • Truy nhập cáp; • Truy nhập LAN; • Truy nhập BRAN; • Truy nhập DECT. Trên đây không phải là tất cả các giao diện truy nhập IP,một vài loại khác đang được nghiên cứu để sử dụng trong mạng VoIP .Đặc điểm của các giao diện này có thể gây ảnh hưởng đến chất lượng và tính bảo mật của cuộc gọi VoIP. 1.2.3 Gatekeeper (GK) GK là phần tử trong mạng chịu trách nhiệm quản lý việc đăng ký ,chấp nhận và trạng thái của các thiết bị đầu cuối và GW.GK có thể tham gia vào việc quản lý vùng ,xử lý cuộc gọi và báo hiệu cuộc gọi.Nó xác định tuyến để truyền báo hiệu cuộc gọi và nội dung đối với mỗi cuộc gọi. GK có thể bao gồm các khối chức năng sau đây: - Chuyển đổi địa chỉ E.164 : chuyển đổi địa chỉ E.164 sang tên gọi H.323; - Chuyển đổi tên gọi H.2: chuyển đổi tên gọi H.323 sang số E.164; - Chuyển đổi địa chỉ H.225.0 :Chuyển từ tên gọi H.323 sang địa chỉ IP để truyền các bản tin H.225.0 ,hoặc nhận và truyền địa chỉ IP để truyền các bản tin H.225.0,bao gồm cả mã lựa chọn nhà cung cấp mạng; - Dịch địa chỉ kênh thông tin :nhận và truyền địa chỉ IP của các kênh truyền tải thông tin ,bao gồm cả mã lựa chọn nhà cung cấp mạng; - Dịch địa chỉ kênh H.245 : nhận và truyền địa chỉ IP phục vụ cho báo hiệu H.245, bao gồm cả mã lựa chọn nhà cung cấp mạng; - GK H.225.0 :truyền và nhận các bản tin H.225.0; - GK H.245 : truyền và nhận các bản tin H.245; - Giao tiếp giữa các GK : thực hiện trao đổi thông tin giữa các GK; - Đăng ký : cung cấp các thông tin cần đăng ký khi yêu cầu dịch vụ; - Xác nhận :Thiết lập các đặc điểm nhận dạng của khách hàng ,thiết bị đầu cuối hoặc các phần tử mạng. - Điều khiển GK chấp nhận kênh thông tin :cho phép hoặc không cho phép sử dụng các kênh truyền tải thông tin; - Non-repudiation evidence gathering : thu thập thông tin dùng để xác nhận là bản tin báo hiệu hoặc bản tin chứa thông tin đã được truyền hoặc nhận chưa; - Bảo mật kênh báo hiệu : đảm bảo tính bảo mật của kênh báo hiệu kết nối GK với thiết bị đầu cuối; - Tính cước: thu thập thông tin để tính cước; - Điều chỉnh tốc độ và giá cước: xác định tốc độ và giá cước sử dụng; - Chức năng quản lý : giao tiếp với hệ thống quản lý mạng; - Chức năng ghi các bản tin sử dụng : xác định hoặc ghi lại các thông tin về sự kiện (truy nhập ,cảnh báo ) và tài nguyên; - Chức năng báo cáo các bản tin sử dụng :báo cáo các bản tin sử dụng đã được ghi ra thiết bị ngoại vi. 1.2.4 Gateway(GW) Một GW có thể kết nối vật lý một hay nhiều mạng IP với một hay nhiều mạng SCN .Một GW có thể bao gồm :SGW,MGW,MGWC .Một hay nhiều chức năng này có thể được thực hiện trong GK hay một GW khác : Gateway báo hiệu (SGW ): SGW cung cấp kênh báo hiệu giữa mạng IP và mạng SCN.Nó có thể hỗ trợ chức năng hoặc kênh báo hiệu giữa mạng IP (ví dụ như H.323 ) và báo hiệu trong mạng SCN (ví dụ như R2 ,CCS7 ). SGW có thể bao gồm các khối chức năng sau : - Kết nối các giao thức điều khiển cuộc gọi SCN; - Kết nối báo hiệu từ mạng SCN : Phối hợp hoạt động với các chức năng báo hiệu của MGWC; - Chức năng báo hiệu :chuyển đổi giữa báo hiệu mạng IP với báo hiệu mạng SCN khi phối hợp hoạt động với MGWC; - Bảo mật kênh báo hiệu : bảo đảm tính bảo mật của kênh báo hiệu từ GW; - Chức năng ghi các bản tin sử dụng :xác định và ghi các bản tin xử dụng ra thiết bị ngoại vi ; - OAM&P: vận hành, quản lý và bảo dưỡng ,thông qua các giao diện logic cung cấp các thông tin không trực tiếp phục vụ cho điều khiển cuộc gọi tới các phần tử quản lý hệ thông; - Chức năng quản lý :giao diện với hệ thống quản lý mạng ; - Giao diện mạng chuyển mạch gói :kết nối mạng chuyển mạch gói; a) Gateway phương tiện (Media Gateway ) MGW cung cấp phương tiện để thực hiện chức năng chuyển đổi mã hoá .Nó chuyển đổi giữa các mã truyền trong mạng IP (truyền trên RTP/UDP/IP )với mã hoá truyền trong mạng SCN (PCM,GSM). MGW có thể bao gồm các khối chức năng sau : • Chức năng chuyển đổi địa chỉ kênh thông tin: cung cấp địa chỉ IP cho các kênh thông tin truyền và nhận ; • Chức năng chuyển đổi luồng :chuyển đổi giữa các luồng thông tin giữa mạng IP và mạng SCN bao gồm việc chuyển đổi mã hoá và triệt tiếng vọng; • Chức năng dịch mã hoá : định tuyến các luồng thông tin giữa mạng Ip và mạng SCN; • Bảo mật kênh thông tin :đảm bảo tính riêng tư của kênh thông tin kết nối với GW; • Kết cuối chuyển mạch kênh :bao gồm tất cả các phần cứng và giao diện cần thiết để kết cuối cuộc gọi chuyển mạch kênh ,nó phải bao gồm các bộ mã hoá và giải mã PCM luật A và PCM luật µ; • Kết cuối chuyển mạch gói : chứa tất cả các giao thức liên quan đến việc kết nối kênh thông tin trong mạng chuyển mạch gói bao gồm các bộ mã hoá giải mã có thể sử dụng được .Theo chuẩn H.323 thì nó bao gồm RTP/RTCP và các bộ mã hoá giải mã như G.711,G.723.1; • Giao diện với mạng SCN :kết cuối các kênh mang (ví dụ như DS0) từ mạng SCN và chuyển nó sang trạng thái có thể điều khiển bởi chức năng xử lý kênh thông tin; • Chức năng chuyển đổi kênh thông tin giữa IP và SCN :chuyển đổi giữa kênh mang thông tin thoại ,fax,dữ liệu của SCN và các gói dữ liệu trong mạng chuyển mạch gói .Nó cũng thực hiện chức năng xử lý tín hiệu thích hợp ví dụ như :nén tín hiệu thoại,triệt tiếng vọng ,triệt khoảng lặng,mã hoá,chuyển đổi tín hiệu fax và điều tiết tốc độ modem tương tự.Thêm vào đó nó còn thực hiện chuyển đổi giữa tín hiệu DTMF trong mạng SCN và các tín hiệu thích hợp trong mạng chuyển mạch gói khi mà các bộ mã hoá tín hiệu thoại không mã hoá tín hiệu DTMF.Chức năng chuyển đổi kênh thông tin giữa IP và SCN cũng có thể thu thập thông tin về lưu lượng gói và chất lượng kênh đối với mỗi cuộc gọi để sử dụng trong việc báo cáo chi tiết và điều khiển cuộc gọi; • Chức năng ghi các bản tin sử dụng : xác định và ghi các bản tin báo hiệu và các bản tin thông tin truyền và nhận; • Chức năng báo cáo các bản tin sử dụng ; báo cáo các bản tin sử dụng ra thiết bị ngoại vi ; • OAM&P :vận hành ,quản lý và bảo dưỡng ,thông qua các giao diện logic cung cấp các thông tin không trực tiếp phục vụ cho điều khiển cuộc gọi tới các phần tử quản lý hệ thống; • Chức năng quản lý :giao diện với hệ thống quản lý mạng; • Giao diện mạng chuyển mạch gói:kết cuối mạng chuyển mạch gói. b) Gateway điều khiển phương tiện (MGWC-Media Gateway Controller) MGWC đóng vai trò phần tử kết nối MGW ,SGW,và GK .Nó cung cấp sử lý cuộc gọi cho GW ;nó điều khiển MGW;nó nhận thông tin báo hiệu SCN từ SGW và thông tin báo hiệu từ IP từ GK. MGWC có thể bao gồm các khối chức năng sau : - Chức năng GW H.225.0 :truyền và nhận các bản tin H.225.0; - Chức năng GW H.245 : truyền và nhận các bản tin H.245; - Chức năng xác nhận :Thiết lập đặc điểm nhận dạng của người sử dụng ,thiết bị hoặc phần tử mạng; - Chức năng điều khiển GW chấp nhận luồng dữ liệu :cho phép hoặc không cho phép một luồng dữ liệu; - Non -repudiation evidence gathering :thu thập thông tin dùng để xác nhận là bản tin báo hiệu hoặc bản tin chưá thông tin đã được truyền hoặc nhận chưa; - Báo hiệu chuyển mạch gói:bao gồm tất cả các loại báo hiệu cuộc gọi có thể thực hiện bởi các đầu cuối trong mạng. Ví dụ như theo chuẩn H.323 thì bao gồm: H.225.0, Q.931, H.225.0 RAS và H.245. Đối với một đầu cuối H323 chỉ nhận thì nó bao gồm H.225.0 RAS mà không bao gồm H.245; - Giao diện báo hiệu chuyển mạch gói: kết cuối giao thức báo hiệu chuyển mạch gói( ví dụ như H.323, UNI, PNNI). Nó chỉ lưa lại vừa đủ các thông tin trạng thái để quản lí giao diện. Về thực chất giao diện báo hiệu chuyển mạch gói trong MGWC không kết nối trực tiếp với MGW như là các thông tin truyền từ MGWC tới MGW thông qua chức năng điều khiển cuộc gọi; - Điều khiển GW: bao gồm các chức năng: điều khiển kết nối logic, quản lí tài nguyên, chuyển đổi giao diện( ví dụ như từ SS7 sang H.225.0); - Giám sát tài nguyên từ xa: bao gồm giám sát độ khả dụng của các kênh trung kế của MGW, giải thông và độ khả dụng của mạng IP, tỉ lệ định tuyến thành công cuộc gọi; - Chức năng điều khiển cuộc gọi: lưu giữ các trạng thái cuộc gọi của GW. Chức năng điều khiển cuộc gọi bao gồm tất cả các điều khiển kết nối logic của GW. - Quản lí tài nguyên MGW: cấp phát tài nguyên cho MGW; - Chức năng báo hiệu: chuyển đổi giữa báo hiệu mạng IP và báo hiệu mạng SCN trong phối hợp hoạt động với SGW; - Chức năng ghi các bản tin sử dụng: xác định và ghi các bản tin báo hiệu và các bản thông tin truyền và nhận; - Chức năng báo cáo các bản tin sử dụng: báo cáo các bản tin sử dụng ra thiết bị ngoại vi; - OAM&P: vận hành, quản lí và bảo dưỡng, thông qua các giao diện logic cung cấp các thông tin không trực tiếp phục vụ cho điều khiển cuộc gọi tới các phần tử quản lí hệ thống; - Chức năng quản lí : giao diện với hệ thống quản lí mạng; - Giao diện mạng chuyển mạch gói: kết cuối mạng chuyển mạch gói. Back-end service Back- end service đượcGW và GK sử dụng để thực hiện các chức năng của chúng(ví dụ như: xác nhận, tính cước,điều chỉnh tốc độ và giá cước,chuyển đổi địa chỉ). 1.3 Các giao diện chuẩn Giao diện A A là giao diện giữa đầu cuối H.323 và GK. Các thông tin chuyển qua giao diện A phải hỗ trợ báo hiệu cuộc gọi và thông tin cuộc gọi bao gồm H.225.0 và H.245 như được trình bày trong khuyến nghị H.323. Giao diện B B là giao diện giữa đầu cuối H.323 và MGW. Các thông tin chuyển qua giao diện B phải hỗ trợ luồng dữ liệu giữa thiết bị đầu cuối H.323 và MGW bao gồm RTP, có thể có RTCP như được trình bày trong khuyến nghị H.225.0 và tham chiếu trong khuyến nghị H.323. Giao diện C C là giao diện giữa MGWC và GK. Các thông tin chuyển qua giao diện C phải hỗ trợ báo hiệu cuộc gọi và thông tin cuộc gọi bao gồm H.225.0 và H.245 như được trình bày trong khuyến nghị H.323. Giao diện D D là giao diện giữa hai GK. Các thông tin chuyển qua giao diện D phải hỗ trợ các chức năng sau: - Tìm kiếm: cơ chế để một GK tìm kiếm GK khác; - Thông tin trao đổi: khi mà một GK thông báo cho một GK khác là nó hỗ trợ quay số kiểu khác để các thiết bị có thể sử dụng dịch vụ; - Xác nhận: khi hai GK xác nhận đặc điểm nhận dạng lẫn nhau để chấp nhận trao đổi thông tin; - Bảo mật: khi hai GK bảo mật các thông tin trao đổi; - Xác nhận với Proxy: khi một GK xác nhận đặc điểm nhận dạng của một phần tử với một GK khác. Chức năng này thường sử dụng trong điều kiện phải đăng ký và xác nhận với Proxy; - Đăng ký với Proxy: khi một GK đăng ký đại diện cho một phần tử với một GK khác; - Cho phép Proxy: khi một GK cho phép một phần tử hoạt động(ví dụ như: thực hiện cuộc gọi, đại diện cho một phần tử khác) trao đổi thông tin với một GK khác. - Báo hiệu cuộc gọi: xác định kênh nào và bản tin báo hiệu nào được truyền giữa hai GK; - Tính cước: trao đổi thông tin tính cước. Giao diện E Có hai loại giao diện E đó là Ea và Eb, trong đó Ea là giao diện giữa MGW và mạng SCN, còn Eb là giao diện giữa SGW và mạng SCN. Các thông tin chuyển qua giao diện E có thể được chia làm hai phần như sau: Tại giao diện Ea: phải hỗ trợ các luồng dữ liệu kết lối giữa mạng IP và mạng SCN; Tại giao diện Eb: phải hỗ trợ báo hiệu giữa mạng IP và mạng SCN. Giao diện F là giao diện giữa Back-end service và MGWC Giao diện G là giao diện giữa Back-end service và GK Giao diện H là giao diện giữa đầu cuối H.323 hoặc GK và mạng truy nhập IP Giao diện I là giao diện giữa mạng truy nhập IP và phần còn lại của mạng IP Giao diện J là giao diện giữa SGW và MGWC Giao diện N là giao diện giữa MGWC và MGW. Các thông tin trao đổi qua giao diện N phải hỗ trợ các chức năng sau: - Tạo, thay đổi, xoá một luồng dữ liệu kết nối qua MGW; - Xác định các thông số kỹ thuật được sử dụng của các luồng dữ liệu truyền qua MGW khi thiết lập một kết nối và sau đó là trong suốt khoảng thời gian kết nối đó tồn tại; - Yêu cầu chèn các tín hiệu tone và các âm thông báo vào luồng dữ liệu theo yêu cầu trực tiếp của MGWC hoặc bởi chỉ thị chèn các tone hoặc âm thông báo bắt đầu và kết thúc khi phát hiện một sự cố trong bản thân MGW; - Yêu cầu thông báo và có thể thực hiện hoạt động để khắc phục khi phát hiện lỗi trên luồng dữ liệu; 1.3.1 Một thí dụ về cấu hình mạng VoIP Cấu hình triển khai trên hình 3.2 bao gồm 3 GW riêng biệt.GW thứ nhất là SGW kết nối với mạng báo hiệu SS7 của mạng SCN .Chức năng của SGW cho phép tập trung các kênh báo hiệu và duy trì mã điểm báo hiệu SS7. GW thứ 2 là MGWC ,nó giao tiếp với mạng SCN thông qua SGW và kết nối với mạng IP thông qua GK. Chức năng của MGWC là giải phóng việc sử lý cuộc gọi và các dịch vụ mạng trí tuệ khỏi các cổng vật lý .Các chức năng của MGWC có thể chạy trên các PC phục vụ mục đích chung và không cần thiết phải thay thế mà chỉ cần sử dụng cổng vật lý mới kết nối vào mạng của nhà cung cấp dịch vụ. GW thứ 3 là MGW chứa các kết nối với mạng SCN và IP .MGƯ bao gồm các cổng vật lý kết nối với MGWC .Các cổng mới này được đưa vào sử dụng trong mạng của các nhà cung cấp dịch vụ ,nó cho phép kết nối thêm MGW mà không làm ảnh hưởng tới các MGW sẵn có trong mạng. Cấu hình này không có khả năng xử lý các tín hiệu báo hiệu trung kế trong băng (inband) và tất cả các tín hiệu báo hiệu đều phải nhận thông qua một SGW. GK GK BES MGWC MGW SGW H.323 Terminal G D C A B E.a E.b J 2 1 3 N Hình Ví dụ về cấu hình mạng VoIP . Cấu trúc mạng và cấu hình chuẩn của mạng IP 1.1 Tổng quan về cấu hình chuẩn của mạng VoIP Cấu hình chuẩn của mạng VoIP có thể bao gồm. J Hình 3.1 sau đây đưa ra một ví dụ cụ thể về cấu hình chuẩn và các giao diện cơ bản trong mạng VoIP. Hình Cấu hình chuẩn cơ bản của mạng VoIP Cấu hình