Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu Tông quan về Voice IP LờI NóI ĐầU Hiện nay, Internet đang dần trở nên phổ biến, cơ sở hạ tầng mạng ngày càng đ- ợc nâng cấp, các công nghệ mạng ngày càng hoàn thiện, chính những yếu tố đó đã giúp cho các dịch vụ mới ngày càng phát triển nở rộ, đem ại nhiều lợi ích cho cuộc sống của con ngời. Một trong những công nghệ đang đợc quan tâm nhất hiện nay chính là Voice Intrernet Protocol (Voice IP) là một công nghệ cho phép truyền thoại sử dụng giao thức mạng IP. Với những u điểm nổi bật và những lợi ích nó đem lại, Voice IP đang thu hút đợc rất nhiều sự quan tâm không chỉ của các nhà khai thác, các nhà sản xuất mà cả của những ngời sử dụng. Với lu lợng ngày càng tăng, Voice IP hứa hẹn sẽ là tơng lai của hệ thống điện thoại trên toàn thế giới. Chính vì vậy, việc nghiên cứu và nắm bắt công nghệ Voice IP đang đợc nhiều trờng đại học quan tâm, Khoa Công Nghệ Thông Tin Trờng Đại Học Vinh cũng không ngoại lệ. Với cơ sở hạ tầng và trang thiết bị đầy đủ, sinh viên Khoa CNTT luôn đợc tạo điều kiện tốt nhất cho việc học tập và nghiên cứu. Em là một trong những sinh viên may mắn có cơ hội đợc tham gia nghiên cứu về công nghệ Voice IP khi đang còn ngồi trên nghế nhà trờng. Sau một thời gian tìm hiểu em đã hoàn thành đồ án của mình, mặc dù đã rất nỗ lực song không tránh khỏi thiếu xót, em rất mong nhận đợc sự chỉ bảo của thầy cô và các bạn đọc. Cuối cùng cho em gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong khoa Công Nghệ Thông Tin và đặc biệt là thầy Trần Văn Cảnh đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo em hoàn thành đồ án này. Vinh,Tháng5/2010 Sinh viên Nguyễn Đức Phúc GVHD:ThS.Trần Văn Cảnh SVTH:Nguyễn Đức Phúc Lớp 46k1 CNTT 1 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu Tông quan về Voice IP TóM TắT Đồ áN Với mục đích nghiên cứu công nghệ Voice IP và các tính năng một hệ thống Voice IP, đồ án gồm hai phần chính: Phần thứ nhất: Tìm hiểu tổng quan về công nghệ Voice IP Phần thứ hai:Thử nghiệm một số hệ thống Voice IP Và đợc chia thành 4 chơng chính Chơng 1: Tổng quan về Voice IP Giới thiệu tổng quan về công nghệ Voice IP, các u điểm của công nghệ Voice IP, các mô hình triển khai Voice IP và ứng dụng của Voice IP vào cuộc sống. Chơng 2: Kiến trúc mạng Voice IP Tìm hiểu kiến trúc tổng quan cũng nh các thành phần của mạng Voice IP. Chơng 3: Các giao thức truyền tải và báo hiệu Tìm hiểu các giao thức và các báo hiệu đợc sử dụng trong việc truyền thoại qua môi trờng IP. Chơng 4: Tìm hiểu và thử nghiệm một số hệ thông Voice IP Xây dựng mô hình Voice IP dựa trên các phần mền hiện nay đồng thời tìm hiểu sâu sắc về Voice IP và có cái nhìn thực tế về một mô hình Voice IP. GVHD:ThS.Trần Văn Cảnh SVTH:Nguyễn Đức Phúc Lớp 46k1 CNTT 2 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu Tông quan về Voice IP MụC LụC Chơng 1:Tổng quan về Voice IP .4 1.1 Khái niệm Voice IP .4 1.1.1 Voce IP là gì .4 1.1.2 Đặc điểm của Voice IP 5 1.1.3 Mô hình phân lớp chức năng 7 1.1.4 Các thành phần mạng Voice IP 9 1.1.5 Mô hình PC to PC .10 1.1.6 Mô hình PC to Phone 10 1.1.7 Mô hình Phone to Phone .11 1.2 Các u điểm và ứng dụng của Voice IP .11 1.2.1 Ưu điểm 11 1.2.2 ng dụng 12 Chơng 2: Kiến trúc mạng Voice IP .14 2.1 Kiến trúc và các giao diện của mạng Voice IP .14 2.1.1 Kiến trúc của mạng Voice IP 14 2.1.2 Các giao diện của mạng Voice IP 15 2.2 Các thành phần của mạng Voice IP 16 2.2.1 Giới thiệu chuẩn H.323 .16 2.2.2 Chồng giao thức H.323 (H.323 Protocol stack) 16 2.2.3 Các thành phần trong hệ thống H.323 .17 2.2.4 Thiết bị đầu cuối H.323 (H.323 Terminal) .18 2.4 Gateway 21 Chơng 3: Các giao thức truyền tải và báo hiệu .24 3.1 Giao thức TCP/IP 24 3.1.1 Giới thiệu về mạng IP 24 3.1.2 Mạng IP hoạt động thế nào 25 3.2 Giao thức TCP/UDP .27 3.3 Giao thức RTP, RCTP 29 3.3.1 Real time Transport Protocol (RTP) 29 3.3.2 Real time Transport Control Protocol (RTCP) 31 3.4 Các kênh điều khiển .32 3.4.1 Kênh điều khiển RAS 33 3.4.2 Kênh điều khiển H.245 37 3.5 Các giá trị đặc trng cuộc gọi .38 3.5.1 Giá trị tham chiếu cuộc gọi CRV 38 GVHD:ThS.Trần Văn Cảnh SVTH:Nguyễn Đức Phúc Lớp 46k1 CNTT 3 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu Tông quan về Voice IP 3.6 Các thủ tục báo hiệu cuộc gọi 38 3.6.1 Giai đoạn I thiết lập cuộc gọi (Call Setup) .38 c. Trờng hợp thiết lập cuộc gọi cả hai điểm cuối cùng đăng ký với một Gatekeeper .41 d. Các trờng hợp thiết lập cuộc gọi khác 41 3.6.2 Giai đoạn II khởi đầu truyền thông .42 3.6.3 Giai đoạn III thiết lập kênh tín hiệu media 42 3.6.4 Giai đoạn IV các dịch vụ cuộc gọi 43 + Thông báo trạng thái kênh RAS 44 +Thông báo trạng thái cuộc gọi 44 3.6.5 Giai đoạn V kết thúc cuộc gọi .45 Chơng 4: Tìm hiểu và thử nghiệm một số hệ thông Voice IP .48 4.1 Cấu hình mạng Internet Backbone 48 4.2 Một số phần mềm Voice IP phổ biến hiện nay 51 4.2.1 Phần mềm Skype 51 4.2.2 Phần mềm GoogleTalk .55 4.2.3 Phần mềm Voice IP: FPT Phone Gọi điện thoại quốc tế từ Internet 55 4.3 Một số thiết bị gọi điện thoại Voice IP 57 4.3.1 Điện thoại Voice IP MaxIP10 57 Chơng 1:Tổng quan về Voice IP 1.1 Khái niệm Voice IP Voice Internet Protocol (Voice IP) là một công nghệ cho phép truyền thoại sử dụng giao thức mạng IP, trên cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng Internet. Voice IP nói ngắn gọn là dịch vụ điện thoại thông qua mạng Internet 1.1.1 Voce IP là gì Voice IP là một chủ đề rộng tuy nhiên về cốt lõi đó là công nghệ cho phép truyền tải thoại từ ngời gửi tới ngời nhận thông qua mạng IP theo một chất lợng có thể chấp nhận đợc. Mạng IP đó là mạng máy tính sử dụng giao thức IP để truyền tải thông tin Voice IP có thể vừa thực hiện mọi loại cuộc gọi nh trên mạng điện thoại kênh truyển thống (PSTN) đồng thời truyền dữ liệu trên cơ sở mạng truyền dữ liệu. Do các GVHD:ThS.Trần Văn Cảnh SVTH:Nguyễn Đức Phúc Lớp 46k1 CNTT 4 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu Tông quan về Voice IP u điểm về giá thành dịch vụ và sự tích hợp nhiều loại hình dịch vụ nên Voice IP hiện nay đợc triển khai một các rộng rãi. Dịch vụ điện thoại Voice IP là dịch vụ ứng dụng giao thức IP, nguyên tắc của Voice IP 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 đợc ráp lại theo đúng thứ tự của bản tin, giải mã tín hiệu tơng tự phục hồi lại tiếng nói ban đầu. Các cuộc gọi trong Voice IP dựa trên cơ sở sử dụng kết hợp cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Trong mỗi loại chuyển mạch trên đều có u, nhợc điểm riêng của nó. Trong kỹ thuật chuyển mạch kênh giành riêng cho hai thiết bị đầu cuối thông qua các node chuyển mạch trung gian. Trong chuyển mạch kênh tốc độ truyền dẫn luôn luôn cố định, với mạng điện thoại PSTN tốc độ này là 64kbps, truyền dẫn trong chuyển mạch kênh có độ trễ nhỏ. Trong chuyển mạch gói các bản tin đợc chia thành các gói nhỏ gọi là các gói, nguyên tắc hoạt động của nó là sử dụng hệ thống lu trữ và chuyển tiếp các gói tin trong nút mạng. Đối với chuyển mạch gói không tồn tại khái niệm kênh riêng, băng thông không cố định có nghĩa là có thể thay đổi tốc độ truyền, kỹ thuật chuyển mạch gói phải chịu độ trễ lớn vì trong chuyển mạch gói không quy định thời gian cho mỗi gói dữ liệu tới đích, mỗi gói có thể đi bằng nhiều con đờng khác nhau để tới đích, chuyển mạch gói thích hợp cho việc truyền dữ liệu vì trong mạng truyền dữ liệu không đòi hỏi về thời gian thực nh thoại, để sử dụng u điểm của mỗi loại chuyển mạch trên thì trong Voice IP kết hợp sử dụng cả hai loại chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. 1.1.2 Đặc điểm của Voice IP Voice IP hay còn gọi la 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 đợc áp dụng trên một mạng toàn cầu là mạng Internet. Các tiến bộ của công nghệ mang đến cho điện thoại IP những u điểm sau: a. Ưu điểm 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 đờng dài giá rẻ với chất lợng chấp nhận đợc. Nếu dịch vụ điện thoại IP đợc triển khai, chi phí cho một cuộc gọi đờng dài sẽ chỉ tơng đơng với chi phí truy nhập Internet. Nguyên nhân dẫn đến chi phí thấp nh vậy là do tín hiệu thoại đợc 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 đợc với l- ợng tài nguyên băng thông thấp hơn nhiều so với kỹ thuật cũ. GVHD:ThS.Trần Văn Cảnh SVTH:Nguyễn Đức Phúc Lớp 46k1 CNTT 5 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu Tông quan về Voice IP 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 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 đờng dài (liên tỉnh, quốc tế) là khá lớn. Trong trờng hợp cuộc gọi qua mạng IP, ngời sử dụng từ mạng PSTN chỉ phải duy trì kênh 64kbps đến Gateway của nhà cung cấp dịch vụ tại địa phơng. 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 đợc Gateway nối tới một mạng điện thoại khác có ngời liên lạc đầu kia. Việc kết nối nh vậy làm giảm đáng kể chi phí cuộc gọi do phần lớn kênh truyền 64Kbps đó đợc 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 đợc chi phí đầu t để xây dựng những mạng riêng rẽ. Khả năng mở rộng (Scalability): Nếu nh các hệ tổng đài thờng là những hệ thống kín, rất khó để thêm vào đó những tính năng thì các thiết bị trong mạng Internet thờng 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 đợc 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) nhng 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 lu lợng của mạng thấp, băng thông dành cho liên lạc sẽ cho chất lợng thoại tốt nhất có thể; nhng khi lu lợng của mạng cao, mạng sẽ hạn chế băng thông của từng cuộc gọi ở mức duy trì chất lợng thoại chấp nhận đợc nhằm phục vụ cùng lúc đợc nhiều ngời 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 nh vậy cho phép ngời ta nghĩ tới những dịch vụ cao cấp hơn nh truyền hình hội nghị, điều mà với công nghệ chuyển mạch cũ ngời 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 ngời gọi tới hay một thuê bao điện thoại IP có thể có nhiều số liên lạc mà chỉ cần một thiết bị GVHD:ThS.Trần Văn Cảnh SVTH:Nguyễn Đức Phúc Lớp 46k1 CNTT 6 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu Tông quan về Voice IP đầu cuối duy nhất (Ví dụ nh một thiết bị IP Phone có thể có một số điện thoại dành cho công việc, một cho các cuộc gọi riêng t). Khả năng Multimedia: Trong một cuộc gọi ngời sử dụng có thể vừa nói chuyện vừa sử dụng các dịch vụ khác nh truyền File, chia sẻ dữ liệu, hay xem hình ảnh của ngời nói chuyện bên kia. b. 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 đợc và độ trễ không cố định của các gói thông tin khi truyền trên mạng. Để có đợc một dịch vụ thoại chấp nhận đợc, cần thiết phải có một kỹ thuật nén tín hiệu đạt đợc những yêu cầu khắt khe: tỉ số nén lớn (để giảm đợc 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 đợc nâng cấp lên các công nghệ mới nh Frame Relay, ATM, .để có tốc độ cao hơn và phải có một cơ chế thực hiện chức năng QoS (Quality of Service Chất l- ợng 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 đợc trong những năm trớc 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 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 nh số liên lạc truy nhập sử dụng dịch vụ của ngời dùng đợc giữ bí mật. Nh vậy, điện thoại IP chứng tỏ nó là một loại hình dịch vụ mới rất có tiềm năng. Trong tơng 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 ngời dựng. Tuy nhiên, điện thoại IP với t 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 nh nó đa ra đợc một chi phí thấp và những tính năng vợt trội hơn so với dịch vụ điện thoại hiện tại. 1.1.3 Mô hình phân lớp chức năng Về mặt chức năng, công nghệ Voice IP có thể đợc chi làm ba lớp nh sau: GVHD:ThS.Trần Văn Cảnh SVTH:Nguyễn Đức Phúc Lớp 46k1 CNTT 7