Luận văn: Nghiên cứu vấn đề khôi phục mất gói cho thoại IP

Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu chuyên sâu về giải pháp khôi phục mất gói tin trong thoại IP. Đề tài phân tích và đề xuất các phương pháp hiệu quả.

• Tác giả: Ngô Xuân Thành
• Người hướng dẫn: Ts. Lê Hữu Lập
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc
• Đề tài: Nghiên cứu vấn đề khôi phục mất gói cho thoại IP
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2004
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỤC LỤC
• TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: THOẠI IP VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN GIẢI QUYẾT
• 1.1. CÁC VẤN ĐỀ ĐẶT RA ĐỐI VỚI THOẠI IP
• 1.2. KỸ THUẬT GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ MẤT GÓI
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TRUYỀN THOẠI QUA MẠNG IP
• 2.1. GIAO THỨC TCP/IP
• 2.2. HỆ THỐNG THOẠI IP
• 2.3. CÁC GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC KỸ THUẬT KHÔI PHỤC MẤT GÓI SỬ DỤNG CHO THOẠI IP
• 3.1. CƠ CHẾ KHÔI PHỤC MẤT GÓI THỰC HIỆN Ở ĐẦU PHÁT
• 3.2. CƠ CHẾ KHÔI PHỤC MẤT GÓI THỰC HIỆN Ở ĐẦU THU
• 3.3. ĐÁNH GIÁ CÁC PHƢƠNG PHÁP
• 4. CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT NÉN DÃN THANG THỜI GIAN SỬ DỤNG WSOLA VÀ ĐỌC RA THÍCH NGHI
• 4.1. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA TÍN HIỆU THOẠI
• 4.2. KHÁI NIỆM CO DÃN THANG THỜI GIAN
• 4.3. CƠ CHẾ ĐỆM VÀ CHƢƠNG TRÌNH ĐỌC RA
• 4.4. THUẬT TOÁN WSOLA CO DÃN GÓI CHO ĐỌC RA THÍCH NGHI
• 4.5. THỰC HIỆN CHE DẤU GÓI TRỄ VÀ MẤT
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ
• 5.1. PHƢƠNG PHÁP THỰC HIỆN VÀ ĐÁNH GIÁ
• 5.2. KẾT QUẢ THU THẬP TRỄ MẠNG VÀ TÍNH TOÁN
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Luận Văn Thạc Sĩ Về Khôi Phục Mất Gói Thoại IP

Thoại IP (VoIP) đang ngày càng phát triển mạnh mẽ nhờ vào ưu điểm tiết kiệm chi phí và băng thông. Tuy nhiên, chất lượng thoại VoIP chịu ảnh hưởng lớn bởi mất gói tin trong quá trình truyền dẫn trên mạng IP. Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu các vấn đề liên quan đến khôi phục mất gói tin cho thoại IP, một yếu tố then chốt để đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) và trải nghiệm người dùng (QoE) tốt nhất. Việc khôi phục mất gói tin giúp tái tạo lại tín hiệu thoại bị mất, giảm thiểu gián đoạn và cải thiện đáng kể trải nghiệm người dùng VoIP.

Mất gói tin xảy ra do nhiều nguyên nhân, bao gồm nghẽn mạng, lỗi phần cứng, hoặc các vấn đề liên quan đến giao thức VoIP như SIP và RTP. Các giải pháp truyền thống, như yêu cầu truyền lại gói tin (ARQ), không phù hợp với ứng dụng thời gian thực như thoại IP do gây ra độ trễ lớn. Do đó, các kỹ thuật khôi phục mất gói tin phải được thiết kế để giảm thiểu độ trễ và đảm bảo chất lượng thoại chấp nhận được. Luận văn này đi sâu vào các phương pháp khôi phục mất gói tin khác nhau, bao gồm phương pháp FEC (Forward Error Correction), phương pháp giấu gói tin (Packet Concealment), và các kỹ thuật tiên tiến khác, đồng thời đánh giá hiệu quả của chúng trong môi trường mạng IP thực tế.

Luận văn sử dụng các công cụ mô phỏng VoIP để đánh giá hiệu năng của các thuật toán khôi phục mất gói tin khác nhau. Các chỉ số đánh giá bao gồm độ trễ, jitter, băng thông sử dụng, và chất lượng thoại cảm nhận được (MOS). Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc lựa chọn và triển khai các giải pháp khôi phục mất gói tin phù hợp với các ứng dụng thoại IP khác nhau. Điều này góp phần quan trọng vào việc nâng cao chất lượng dịch vụ và sự hài lòng của người dùng trong môi trường truyền thông hiện đại.

1.1. Tầm quan trọng của khôi phục mất gói tin trong VoIP

Việc khôi phục mất gói tin là yếu tố sống còn để đảm bảo chất lượng thoại IP. Nếu tỷ lệ mất gói tin vượt quá ngưỡng cho phép, trải nghiệm người dùng sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng, dẫn đến giảm độ rõ ràng của âm thanh, gián đoạn cuộc gọi, và thậm chí mất kết nối. Do đó, các giải pháp khôi phục mất gói tin hiệu quả là điều kiện tiên quyết để triển khai VoIP thành công. Luận văn thạc sĩ này nghiên cứu sâu các giải pháp đó.

1.2. Các yếu tố gây mất gói tin trong mạng IP

Mất gói tin trong mạng IP có thể do nhiều nguyên nhân khác nhau. Nghẽn mạng là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất, xảy ra khi lưu lượng truy cập vượt quá khả năng xử lý của các thiết bị mạng. Ngoài ra, lỗi phần cứng, cấu hình sai, và các vấn đề liên quan đến giao thức cũng có thể gây ra mất gói tin. Cần phân tích kỹ các yếu tố này để thiết kế các giải pháp khôi phục mất gói tin phù hợp.

1.3. Mục tiêu và phạm vi của nghiên cứu khoa học này

Mục tiêu chính của luận văn thạc sĩ này là nghiên cứu và đánh giá các phương pháp khôi phục mất gói tin khác nhau cho thoại IP, đồng thời đề xuất các giải pháp cải thiện hiệu quả khôi phục mất gói tin. Phạm vi nghiên cứu bao gồm phân tích các thuật toán khôi phục mất gói tin hiện có, mô phỏng và đánh giá hiệu năng của các thuật toán này trong môi trường mạng IP thực tế, và đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo.

II. Vấn Đề Mất Gói Ảnh Hưởng Phân Tích Trong VoIP

Mất gói tin là một vấn đề nghiêm trọng trong thoại IP, gây ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cuộc gọi và trải nghiệm người dùng. Khi một gói tin thoại bị mất, thông tin chứa trong gói tin đó sẽ không đến được đầu thu, dẫn đến gián đoạn âm thanh, méo tiếng, hoặc thậm chí mất tiếng hoàn toàn. Mức độ ảnh hưởng của mất gói tin phụ thuộc vào tỷ lệ mất gói tin, vị trí của các gói tin bị mất, và khả năng của các giải pháp khôi phục mất gói tin.

Việc phân tích mất gói tin là rất quan trọng để hiểu rõ nguyên nhân và mức độ nghiêm trọng của vấn đề. Các công cụ phân tích mất gói tin có thể giúp xác định các điểm nghẽn mạng, lỗi phần cứng, hoặc các vấn đề liên quan đến cấu hình mạng. Dựa trên kết quả phân tích mất gói tin, các nhà quản trị mạng có thể triển khai các biện pháp khắc phục phù hợp, như nâng cấp thiết bị mạng, tối ưu hóa cấu hình mạng, hoặc triển khai các giải pháp khôi phục mất gói tin hiệu quả.

Luận văn này trình bày một phân tích chi tiết về ảnh hưởng của mất gói tin đến thoại IP, đồng thời đề xuất các phương pháp đánh giá hiệu năng của các giải pháp khôi phục mất gói tin khác nhau. Các chỉ số đánh giá hiệu năng bao gồm độ trễ, jitter, băng thông sử dụng, và chất lượng thoại cảm nhận được (MOS). Kết quả đánh giá cung cấp cơ sở khoa học cho việc lựa chọn và triển khai các giải pháp khôi phục mất gói tin phù hợp với các ứng dụng thoại IP khác nhau.

2.1. Tác động của tỷ lệ mất gói tin đến chất lượng thoại IP

Tỷ lệ mất gói tin có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng thoại IP. Khi tỷ lệ mất gói tin tăng lên, chất lượng thoại sẽ giảm xuống, gây khó khăn cho việc giao tiếp và ảnh hưởng đến trải nghiệm người dùng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, tỷ lệ mất gói tin vượt quá 5% có thể gây ra sự khó chịu đáng kể cho người dùng.

2.2. Phân tích các loại mất gói tin đơn lẻ và liên tiếp

Có hai loại mất gói tin chính: mất gói tin đơn lẻ và mất gói tin liên tiếp (mất cụm). Mất gói tin đơn lẻ xảy ra khi các gói tin bị mất rải rác trong luồng dữ liệu. Mất gói tin liên tiếp xảy ra khi một chuỗi các gói tin bị mất cùng một lúc. Mất gói tin liên tiếp thường gây ra ảnh hưởng nghiêm trọng hơn đến chất lượng thoại IP so với mất gói tin đơn lẻ.

2.3. Các chỉ số đánh giá chất lượng thoại IP trong môi trường mất gói tin

Để đánh giá chất lượng thoại IP trong môi trường mất gói tin, cần sử dụng các chỉ số phù hợp. Các chỉ số phổ biến bao gồm: độ trễ (delay), jitter (biến động trễ), tỷ lệ mất gói tin (packet loss rate), và điểm chất lượng trung bình (MOS - Mean Opinion Score). MOS là một chỉ số chủ quan, đánh giá chất lượng thoại dựa trên cảm nhận của người dùng.

III. Phương Pháp FEC Ứng Dụng và Đánh Giá trong VoIP

Phương pháp FEC (Forward Error Correction) là một kỹ thuật khôi phục mất gói tin hiệu quả, cho phép đầu thu tái tạo lại các gói tin bị mất mà không cần yêu cầu truyền lại từ đầu phát. FEC hoạt động bằng cách gửi thêm thông tin dư thừa cùng với dữ liệu gốc, cho phép đầu thu khôi phục các gói tin bị mất dựa trên thông tin dư thừa này.

Trong VoIP, FEC có thể được ứng dụng để bảo vệ chống lại mất gói tin do nghẽn mạng hoặc lỗi phần cứng. Các kỹ thuật FEC khác nhau có thể được sử dụng, tùy thuộc vào yêu cầu về độ trễ, băng thông, và độ phức tạp tính toán. Một số kỹ thuật FEC phổ biến bao gồm Reed-Solomon, XOR, và LDPC.

Đánh giá hiệu năng của FEC trong VoIP là rất quan trọng để xác định tính khả thi và hiệu quả của kỹ thuật này. Các chỉ số đánh giá bao gồm khả năng khôi phục mất gói tin, độ trễ, băng thông sử dụng, và độ phức tạp tính toán. Kết quả đánh giá cho thấy rằng FEC có thể cải thiện đáng kể chất lượng thoại IP trong môi trường mất gói tin, nhưng cần phải cân nhắc các yếu tố về độ trễ và băng thông.

3.1. Nguyên lý hoạt động của phương pháp FEC trong truyền thông

Phương pháp FEC hoạt động bằng cách thêm thông tin dư thừa vào dữ liệu gốc trước khi truyền. Thông tin dư thừa này cho phép đầu thu phát hiện và sửa lỗi, hoặc tái tạo lại các gói tin bị mất. Lượng thông tin dư thừa cần thiết phụ thuộc vào tỷ lệ lỗi dự kiến và yêu cầu về độ tin cậy.

3.2. Các kỹ thuật FEC phổ biến cho thoại IP Reed Solomon XOR LDPC

Có nhiều kỹ thuật FEC khác nhau có thể được sử dụng cho thoại IP, bao gồm Reed-Solomon, XOR, và LDPC. Reed-Solomon là một kỹ thuật FEC mạnh mẽ, có khả năng sửa nhiều lỗi, nhưng đòi hỏi độ phức tạp tính toán cao. XOR là một kỹ thuật FEC đơn giản, dễ thực hiện, nhưng chỉ có khả năng sửa một lỗi duy nhất. LDPC là một kỹ thuật FEC hiện đại, cung cấp hiệu năng tốt với độ phức tạp tính toán vừa phải.

3.3. Ưu điểm và nhược điểm của FEC trong ứng dụng VoIP

FEC có nhiều ưu điểm trong ứng dụng VoIP, bao gồm khả năng khôi phục mất gói tin mà không cần truyền lại, cải thiện chất lượng thoại, và giảm độ trễ. Tuy nhiên, FEC cũng có một số nhược điểm, bao gồm tăng băng thông sử dụng, tăng độ phức tạp tính toán, và có thể gây ra độ trễ nếu sử dụng các kỹ thuật phức tạp.

IV. Kỹ Thuật Giấu Gói Tin Chi Tiết Hiệu Quả Với VoIP

Kỹ thuật giấu gói tin (Packet Concealment) là một giải pháp khôi phục mất gói tin ở phía đầu thu, nhằm che giấu các gói tin bị mất bằng cách sử dụng thông tin từ các gói tin lân cận (trước và sau gói tin bị mất). Mục tiêu của kỹ thuật giấu gói tin là giảm thiểu sự gián đoạn âm thanh và cải thiện trải nghiệm người dùng khi xảy ra mất gói tin.

Có nhiều kỹ thuật giấu gói tin khác nhau, bao gồm chèn khoảng lặng, lặp lại gói tin trước, nội suy tín hiệu, và tái tạo dựa trên mô hình. Mỗi kỹ thuật có ưu điểm và nhược điểm riêng, tùy thuộc vào tỷ lệ mất gói tin, loại tín hiệu thoại, và yêu cầu về độ trễ.

Luận văn này trình bày một phân tích chi tiết về các kỹ thuật giấu gói tin khác nhau, đồng thời đánh giá hiệu quả của chúng trong môi trường thoại IP. Các chỉ số đánh giá bao gồm độ trễ, chất lượng thoại cảm nhận được (MOS), và khả năng che giấu các gói tin bị mất. Kết quả đánh giá cho thấy rằng kỹ thuật giấu gói tin có thể cải thiện đáng kể chất lượng thoại IP trong môi trường mất gói tin, đặc biệt khi được kết hợp với các giải pháp khôi phục mất gói tin khác.

4.1. Các phương pháp giấu gói tin cơ bản chèn khoảng lặng lặp lại gói tin

Các phương pháp giấu gói tin cơ bản bao gồm chèn khoảng lặng (thay thế gói tin bị mất bằng một khoảng thời gian im lặng) và lặp lại gói tin trước (lặp lại gói tin cuối cùng nhận được để thay thế gói tin bị mất). Các phương pháp này đơn giản và dễ thực hiện, nhưng có thể gây ra sự gián đoạn âm thanh nếu tỷ lệ mất gói tin cao.

4.2. Các kỹ thuật nội suy tín hiệu tiên tiến để khôi phục gói tin

Các kỹ thuật nội suy tín hiệu tiên tiến sử dụng thông tin từ các gói tin lân cận để ước tính nội dung của gói tin bị mất. Các kỹ thuật này phức tạp hơn các phương pháp cơ bản, nhưng có thể cung cấp chất lượng khôi phục tốt hơn. Ví dụ: kỹ thuật nội suy tuyến tính, nội suy đa thức, và nội suy dựa trên mô hình.

4.3. Đánh giá hiệu quả của giấu gói tin trong các điều kiện mạng khác nhau

Để đánh giá hiệu quả của giấu gói tin, cần tiến hành mô phỏng và đánh giá trong các điều kiện mạng khác nhau, bao gồm các tỷ lệ mất gói tin khác nhau, các loại tín hiệu thoại khác nhau, và các mức độ nhiễu khác nhau. Các chỉ số đánh giá bao gồm độ trễ, chất lượng thoại cảm nhận được (MOS), và khả năng che giấu các gói tin bị mất.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Kết Quả Nghiên Cứu Về VoIP

Luận văn này không chỉ tập trung vào lý thuyết mà còn đi sâu vào ứng dụng thực tiễn của các giải pháp khôi phục mất gói tin cho thoại IP. Các ứng dụng này bao gồm các hệ thống VoIP cho doanh nghiệp, các ứng dụng di động, và các dịch vụ truyền thông thời gian thực trên Internet.

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng các giải pháp khôi phục mất gói tin hiệu quả có thể cải thiện đáng kể chất lượng thoại IP và trải nghiệm người dùng trong môi trường mạng IP thực tế. Các kết quả này có thể được sử dụng để thiết kế và triển khai các hệ thống VoIP chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của người dùng.

Luận văn cũng trình bày một số ví dụ về ứng dụng thực tiễn của các giải pháp khôi phục mất gói tin, bao gồm các hệ thống VoIP cho trung tâm liên lạc, các ứng dụng hội nghị truyền hình, và các dịch vụ trò chơi trực tuyến. Các ví dụ này cho thấy rằng các giải pháp khôi phục mất gói tin có thể được sử dụng để cải thiện chất lượng trải nghiệm người dùng trong nhiều ứng dụng khác nhau.

5.1. Triển khai giải pháp trong các hệ thống VoIP doanh nghiệp

Các giải pháp khôi phục mất gói tin có thể được triển khai trong các hệ thống VoIP doanh nghiệp để cải thiện chất lượng cuộc gọi cho nhân viên và khách hàng. Việc triển khai có thể bao gồm việc cấu hình các thiết bị mạng, cài đặt phần mềm, và tối ưu hóa cấu hình mạng.

5.2. Ứng dụng trong các dịch vụ VoIP di động đánh giá hiệu quả

Các dịch vụ VoIP di động thường phải đối mặt với các điều kiện mạng không ổn định, dẫn đến mất gói tin. Việc ứng dụng các giải pháp khôi phục mất gói tin có thể cải thiện đáng kể chất lượng cuộc gọi trong các dịch vụ này. Đánh giá hiệu quả của các giải pháp này là rất quan trọng để đảm bảo trải nghiệm người dùng tốt nhất.

5.3. Kết quả từ mô phỏng và đánh giá các hệ thống VoIP thực tế

Kết quả từ mô phỏng và đánh giá các hệ thống VoIP thực tế cho thấy rằng các giải pháp khôi phục mất gói tin hiệu quả có thể giảm đáng kể tỷ lệ mất gói tin, cải thiện chất lượng thoại cảm nhận được (MOS), và giảm độ trễ. Các kết quả này cung cấp cơ sở khoa học cho việc lựa chọn và triển khai các giải pháp khôi phục mất gói tin phù hợp.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Tương Lai Về Khôi Phục Thoại IP

Luận văn này đã trình bày một nghiên cứu toàn diện về các vấn đề liên quan đến khôi phục mất gói tin cho thoại IP. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc khôi phục mất gói tin là một yếu tố then chốt để đảm bảo chất lượng dịch vụ và trải nghiệm người dùng tốt nhất. Các giải pháp khôi phục mất gói tin hiệu quả có thể cải thiện đáng kể chất lượng thoại IP trong môi trường mạng IP thực tế.

Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần phải vượt qua trong lĩnh vực khôi phục mất gói tin cho thoại IP. Các hướng phát triển tương lai bao gồm nghiên cứu các kỹ thuật khôi phục mất gói tin mới, phát triển các công cụ phân tích mất gói tin tiên tiến, và tối ưu hóa các giải pháp khôi phục mất gói tin cho các ứng dụng khác nhau.

Luận văn này hy vọng sẽ đóng góp vào sự phát triển của lĩnh vực khôi phục mất gói tin cho thoại IP, và giúp các nhà nghiên cứu, kỹ sư, và nhà quản lý mạng hiểu rõ hơn về các vấn đề và giải pháp liên quan đến lĩnh vực này.

6.1. Tóm tắt các đóng góp chính của luận văn thạc sĩ

Các đóng góp chính của luận văn thạc sĩ bao gồm việc phân tích các thuật toán khôi phục mất gói tin hiện có, mô phỏng và đánh giá hiệu năng của các thuật toán này trong môi trường mạng IP thực tế, và đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo.

6.2. Các thách thức còn tồn tại trong lĩnh vực khôi phục mất gói tin

Các thách thức còn tồn tại trong lĩnh vực khôi phục mất gói tin bao gồm việc phát triển các kỹ thuật khôi phục mất gói tin hiệu quả hơn cho các tỷ lệ mất gói tin cao, việc giảm độ trễ của các giải pháp khôi phục mất gói tin, và việc tối ưu hóa các giải pháp khôi phục mất gói tin cho các loại tín hiệu thoại khác nhau.

6.3. Hướng phát triển tương lai cho nghiên cứu về khôi phục mất gói tin VoIP

Hướng phát triển tương lai cho nghiên cứu về khôi phục mất gói tin VoIP bao gồm việc nghiên cứu các kỹ thuật khôi phục mất gói tin dựa trên trí tuệ nhân tạo, việc phát triển các hệ thống VoIP tự điều chỉnh để thích ứng với các điều kiện mạng khác nhau, và việc tích hợp các giải pháp khôi phục mất gói tin vào các chuẩn VoIP.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Thoại IP và một số vấn đề cần giải quyết vào các đặc tính của thoại và tính chất trễ, mất gói mà đầu thu có cơ chế che dấu mất hợp lý. Các kỹ thuật đạt đƣợc chất lƣợng cao nhƣ: co dãn thời gian, tái tạo theo mô hình, nội suy dạng sóng. Và độ phức tạp của các kỹ thuật cũng khác nhau. Chƣơng 3 sẽ trình bày và phân tích chi tiết hơn về các kỹ thuật để làm cơ sở lựa chọn.

CHƢƠNG 2: CƠ SỞ TRUYỀN THOẠI QUA MẠNG IP 2.1 GIỚI THIỆU Khái niệm truyền tín hiệu thoại qua mạng gói không phải là một khái niệm mới. Nó đã đƣợc nghiên cứu khá nhiều vào những năm cuối thập kỷ 70 và những năm đầu thập kỷ 80. Cuối thập kỷ 70 đã có những nghiên cứu và thử nghiệm với thoại gói hoá truyền qua mạng APPANET (tiền thân của mạng Internet ngày nay) cho thấy điều này có thể thực hiện đƣợc. Đầu năm 1995, công ty VovalTec đƣa ra sản phẩm phần mềm thoại qua Internet (kết nối điểm - điểm) đầu tiên trên thế giới.

Sau đó, nhiều công ty đã đầu tƣ nghiên cứu và đƣa ra sản phẩm thƣơng mại. Tháng 3 năm 1996, VocalTec kết hợp với Dialogic đã đƣa ra sản phẩm cổng kết nối PSTN và Internet (gateway) đầu tiên trên thế giới. Hiệp hội các nhà sản xuất thoại qua máy tính ECTF đã ra đời nhằm đƣa ra các tiêu chuẩn cho thoại qua Internet. Hiệp hội này bao gồm 36 công ty máy tính và viễn thông hàng đầu thế giới nhƣ AT&T, IBM, Sun Microsystem, Digital, Erisson.

Với lợi thế giá cƣớc thấp, dịch vụ thoại qua mạng Internet thực sự đã làm nhiều nhà kinh doanh trên thế giới quan tâm. Tuy mới đƣợc triển khai, song lƣu lƣợng thoại qua mạng Internet đã tăng đáng kể. Việc đƣa VoIP vào mạng có thể coi là một cuộc cách mạng thực sự trong ngành viễn thông. Thoại IP là công nghệ truyền thoại qua mạng sử dụng giao thức IP, nó có thể là VoIP hoặc thoại Internet.

Mạng IP đã phát triển nhanh chóng và ngày càng trở nên phổ biến trong nhƣng năm gần đây. Thoại truyền trong mạng IP có nhiều ƣu điểm hơn thoại qua mạng chuyển mạch kênh nhƣ: dễ dàng tích hợp các loại dịch vụ, thông tin đa phƣơng tiện; sử dụng hiệu quả băng thông. Nguyên lý cơ bản của thoại IP là đóng gói tín hiệu thoại vào trong các gói IP rồi truyền đi nhƣ một dạng của thông tin dữ liệu. Vấn đề ở đây là độ trễ, thoại 8 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Chương 2: Cơ sở truyền thoại qua mạng IP cũng nhƣ video là loại thông tin thời gian thực rất nhạy cảm với trễ.

Trong khi IP là một dạng chuyển mạch gói, thoại IP làm việc dựa trên bộ giao thức TCP/IP, bộ giao thức này chỉ có khả năng hạn chế đƣợc phần nào độ trễ truyền dữ liệu thông qua trƣờng "Time to Live" (thời gian tồn tại) trong tiêu đề IP. Nhƣng đó cũng chỉ là "best effort" (nỗ lực đến mức tối đa) mà thôi. Nhƣ vậy cần phải sử dụng một giao thức ở lớp trên có khả năng giải quyết vấn đề này, đó là giao thức truyền tải thời gian thực (RTP/RTCP) và các giao thức đó sẽ đƣợc trình bày trong chƣơng này.2 GIAO THỨC TCP/IP 2.1 Giới thiệu Mô hình tham chiếu TCP/IP, giao thức điều khiển truyền và giao thức liên mạng (TCP/IP - Transmission Control Protocol / Internet Protocol) là một họ nhiều giao thức cùng làm việc với nhau để cung cấp phƣơng tiện truyền thông liên mạng. Nó là bộ giao thức đƣợc sử dụng hết sức phổ biến và đóng góp chính vào sự thành công của Internet.

Cùng với sự phát triển bùng nổ của Internet, nhiều công ty đang xem xét giá trị của công nghệ TCP/IP. TCP/IP cung cấp một bộ dịch vụ và ứng dụng mạnh, và nó đã đƣợc chuẩn hoá. Không một công nghệ nào khác cung cấp các dịch vụ của TCP/IP, cung cấp khả năng kết nối các thiết bị của hầu hết các hãng nhƣ TCP/IP. Một điều quan trọng khác là tính ổn định của TCP/IP, nó đã đƣợc chuẩn hoá và phát triển trên 15 năm [21].

TCP/IP không phải là một giao thức đơn lẻ mà là một bộ hàng trăm giao thức, mỗi giao thức đƣợc sử dụng cho một ứng dụng cụ thể trên Internet. Đây chính là một trong các nhân tố làm cho TCP/IP rất linh hoạt; mỗi giao thức có thể đƣợc sử dụng độc lập với các giao thức khác. Mô hình tham chiếu của chồng giao thức TCP/IP gồm 4 lớp: Lớp ứng dụng (Application), lớp giao vận (Transport), lớp mạng (Internet), lớp giao diện mạng (Network Interface). Các chức năng trong mỗi tầng của chồng giao thức TCP/IP tƣơng ứng với một hoặc nhiều tầng trong mô hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở (OSI - Open System Interconnection).

Mỗi lớp trong chồng 9 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Chương 2: Cơ sở truyền thoại qua mạng IP giao thức TCP/IP chứa một hoặc nhiều giao thức.1 minh hoạ chồng giao thức TCP/IP và so sánh với mô hình OSI. Mô hình OSI Chồng giao thức TCP/IP 7 Ứng dụng Trình diễn 6 Ứng dụng Phiên 5 Giao vận Giao vận 4 Mạng Mạng Liên kết dữ 3 Giao diện liệu Vật lý mạng 2 Hình 2.1: 1 Mô hình 4 lớp của TCP/IP so sánh với mô hình với 7 lớp OSI Trong chồng giao thức TCP/IP sẽ tập trung trình bày chi tiết hơn vào giao thức lớp mạng (IP) và giao thức lớp giao vận (TCP).2 Lớp ứng dụng Lớp trên cùng của chồng giao thức TCP/IP là lớp ứng dụng, nó bao gồm nhiều giao thức cung cấp các dịch vụ truyền thông. Mỗi giao thức cung cấp chức năng lớp ứng dụng, lớp trình diễn và lớp phiên. Hiện nay có hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn các giao thức lớp ứng dụng khác nhau chạy trên TCP/IP.

Một số giao thức thông dụng ở lớp ứng dụng nhƣ:  FTP (File Transfer Protocol): Hỗ trợ truyền tệp giữa các máy tính. Ứng dụng khách cho phép ngƣời dùng lƣu trữ và nhận các tệp từ một máy chủ ở xa.  Telnet (TERminaL NETwork): Cho phép các phiên đăng nhập từ xa giữa các máy tính. Do Telnet hỗ trợ chế độ văn bản nên giao diện ngƣời dùng 10 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Chương 2: Cơ sở truyền thoại qua mạng IP thƣờng ở dạng dấu nhắc lệnh tƣơng tác.

Chúng ta có thể đánh lệnh và các thông báo trả lời sẽ đƣợc hiển thị.  HTTP (Hyper Text Transfer Protocol): Trao đổi các tài liệu siêu văn bản để hỗ trợ WEB.  SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Trao đổi thƣ điện tử giữa các máy tính. Đây là dạng đặc biệt của truyền tệp đƣợc sử dụng để gửi các thông báo tới một máy chủ thƣ hoặc giữa các máy chủ thƣ với nhau.

Các giao thức này đƣợc các ứng dụng sử dụng để truyền dữ liệu điểm-điểm. Mỗi giao thức thƣờng có hai vai trò. Một phía của kết nối sẽ là ứng dụng khách, phía kia sẽ là ứng dụng chủ. Chủ và khách thoả thuận xem chúng sẽ truyền thông thế nào.

Một số ứng dụng có thể sử dụng nhiều giao thức lớp ứng dụng. Ví dụ, hầu hết các trình duyệt WEB đều thực thi nhiều giao thức lớp ứng dụng, do đó ngƣời dùng có thể truy nhập thông tin bằng cách sử dụng một giao thức thích hợp. Một số giao thức ở lớp ứng dụng thƣờng không cung cấp trực tiếp dịch vụ cho ứng dụng ngƣời dùng mà cung cấp dịch vụ cho các giao thức lớp ứng dụng khác. Những giao thức nhƣ vậy đƣợc gọi là giao thức làm việc ở hậu trƣờng:  DNS (Domain Name System): Chuyển đổi tên miền thành địa chỉ IP.

Giao thức này thƣờng đƣợc các ứng dụng sử dụng khi ngƣời dùng ứng dụng này dùng tên chứ không dùng địa chỉ IP.  DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Cung cấp các thông tin cấu hình động cho các trạm, chẳng hạn nhƣ gán địa chỉ IP.  SNMP (Simple Network Managament Protocol): Đƣợc sử dụng để quản trị từ xa các thiết bị mạng chạy TCP/IP. SNMP thƣờng đƣợc thực thi trên các trạm của ngƣời quản lý, cho phép ngƣời quản lý tập trung nhiều chức năng giám sát và điều khiển trong mạng.3 Lớp giao vận Một máy tính có thể có nhiều ngƣời dùng, và mỗi ngƣời dùng có thể có nhiều kết nối TCP/IP cùng lúc.

Làm thế nào để TCP/IP có thể giữ đƣợc các kết 11 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Chương 2: Cơ sở truyền thoại qua mạng IP nối này? Điều này đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng các giao thức lớp tầng giao vận. Các giao thức lớp giao vận cung cấp các dịch vụ cho phép nhiều điểm cuối truyền thông tồn tại trên một máy. Mỗi điểm cuối này đƣợc gọi là một cổng (port). Trong một mạng TCP/IP, địa chỉ IP đƣợc sử dụng để nhận biết một trạm.

Tuy nhiên trên một trạm lại có thể có nhiều kết nối TCP/IP cùng lúc, do đó nếu chỉ sử dụng địa chỉ IP thì chƣa thể nhận diện đƣợc các kết nối TCP/IP. Socket (sự kết hợp của địa chỉ IP và cổng) đƣợc sử dụng để nhận biết các kết nố i TCP/IP. Chúng ta có thể có nhiều socket trên một trạm. Mỗi socket có thể đƣợc một giao thức lớp ứng dụng sử dụng.

Do số lƣợng cổng trên một máy nhiều nên trên một máy có thể có nhiều ngƣời dùng truyền thông cùng lúc. Lớp giao vận trong TCP/IP có hai giao thức là giao thức điều khiển truyền thông (TCP - Transmission Control Protocol) và giao thức dữ liệu ngƣời sử dụng (UDP - User Data Protocol). TCP và UDP cung cấp các dịch vụ rất khác nhau.1 Giao thức TCP TCP cung cấp truyền thông hƣớng kết nối (connection-oriented), nghĩa là cần thiết lập một kết nối logic giữa các cặp thực thể TCP trƣớc khi chúng trao đổi dữ liệu với nhau. Khi một ứng dụng chọn TCP làm dịch vụ truyền thông, TCP thiết lập một kết nối giữa tiến trình nguồn và đích.

Các tiến trình này có thể chạy trên cùng một máy hoặc trên các máy khác nhau. Khi kết nối đã đƣợc thiết lập thì ứng dụng có thể truyền dữ liệu qua kết nối này. Kết nối TCP là kết nối hai chiều. Phần mềm TCP tại mỗi đầu của kết nối duy trì thông tin về kết nối cho đến khi các tiến trình truyền thông giải phóng kết nối.

TCP cung cấp dịch vụ tin cậy vì nó thực hiện cơ chế xác nhận và gửi lại dữ liệu trong trƣờng hợp có lỗi. Cần chú ý rằng TCP không thể sử dụng cho kiểu truyền quảng bá và đa hƣớng vì nó là kiểu truyền thông điểm - điểm. Do vậy, một ứng dụng khi cần truyền quảng bá hoặc đa hƣớng phải tự chuyển tiếp thông tin qua các kết nối độc lập. Đơn vị dữ liệu TCP sử dụng đƣợc gọi là phân đoạn (segment).