CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Khái niệm VoIP: Voice over Internet Protocol (VoIP) là một công nghệ cho phép truyền thoại sử dụng giao thức mạng IP, trên cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng Internet. VoIP là một trong những công nghệ viễn thông đang được quan tâm nhất hiện nay không chỉ đối với các nhà khai thác, các nhà sản xuất mà còn cả với người sử dụng dịch vụ. VoIP có thể thiết lập cuộc gọi như hệ thống mạng PSTN và gửi Fax qua mạng dữ liệu dựa trên IP với chất lượng dịch vụ phù hợp.
Như vậy, nó đã tận dụng được sức mạnh và sự phát triển vượt bậc của mạng IP vốn chỉ được sử dụng để truyền dữ liệu thông thường. Ưu điểm: Giảm chi phí cuộc gọi: So với dịch vụ điện thoại thông thường thì điện thoại IP có khả năng cung cấp những cuộc gọi đường dài với giá thành rẻ mà chất lượng ổn định, đây được coi là ưu điểm nổi bật nhất của điện thoại IP. Chi phí cho một cuộc gọi đường dài khi sử dụng điện thoại IP chỉ tương đương với chi phí khi người sử dụng truy cập 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 sẽ giảm được dung lượng mạng. Tích hợp nhiều dịch vụ: Vì hệ thống điện thoại VoIP là dựa trên phần mềm, do đó các nhà phát triển có thể phát triển thêm và cải thiện các tính năng một cách dễ dàng. Do đó, hầu hết các hệ thống điện thoại VoIP đều có rất nhiều tính năng không chỉ đơn giản là gọi điện thoại mà nó còn bao gồm tính năng trả lời tự động, thư thoại, xếp hàng cuộc gọi và nhiều nữa. Tích hợp đa dịch vụ sẽ tiết kiệm chi phí đầu tư nhân lực, chi phí xây dựng các mạng riêng lẻ.
Khả năng mở rộng: Nếu như các hệ tổng đài điện thoại thường là những hệ thống kín, việc thêm đường điện thoại hoặc thêm số máy nhánh thường đòi hỏi phải nâng cấp những phần cứng đắt tiền.Trong một số trường hợp, -6- bạn yêu cầu hệ thống điện thoại phải được thay thế mới hoàn toàn.Hệ thống tổng đài VoIP thì không như vậy: một chiếc máy tính bình thường có thể quản lý một lượng lớn các đường điện thoại và các số máy nhánh. Quản lý băng thông: Trong điện thoại chuyển mạch kênh tốc độ truyền dẫn cho các cuộc gọi thoại luôn là cố định (trong mạng PSTN, tốc độ này là 64Kbit/s), nhưng trong VoIP việc phân chia tài nguyên cho các cuộc thoại linh hoạt và mềm dẻo hơn nhiều. Khi một cuộc gọi diễn ra, nếu lưu lượng mạng thấp thì băng thông dành cho cuộc gọi đó sẽ cho chất lượng tốt nhất có thể, ngược lại khi lưu lượng mạng cao thì mạng sẽ hạn chế băng thông của từng cuộc gọi sao cho chất lượng thoại chấp nhận được, điều này sẽ đảm bảo việc phục vụ cùng một lúc nhiều cuộc gọi. Nhược điểm: Bên cạnh những ưu điểm hấp dẫn, VoIP còn tồn tại những nhược điểm không thể phủ nhận khi triển khai một mạng điện thoại IP: Chất lượng dịch vụ chưa cao: Các mạng số liệu vốn dĩ không phải xây dựng với mục đích truyền thoại trong thời gian thực, vì vậy khi truyền thoại qua mạng số liệu cho chất lượng cuộc gọi không được đảm bảo trong trường hợp mạng xảy ra tắc nghẽn hoặc có độ trễ.
Tính thời gian thực của tín hiệu thoại đòi hỏi chất lượng truyền dữ liệu cao và ổn định. Một yếu tố làm giảm chất lượng thoại nữa là kỹ thuật nén để tiết kiệm đường truyền. Nếu nén dung lượng càng thấp thì kỹ thuật nén càng phức tạp, cho chất lượng không cao và đặc biệt là thời gian xử lý sẽ lâu, gây trễ. Vấn đề về tiếng vọng: Nếu như trong mạng thoại, do độ trễ ít nên tiếng vọng không ảnh hưởng nhiều tới cuộc gọi thì trong mạng IP, do trễ lớn nên tiếng vọng ảnh hưởng nhiều đến chất lượng thoại.
Vì vậy, tiếng vọng là một vấn đề cần phải giải quyết trong điện thoại IP. Kỹ thuật phức tạp: Truyền tín hiệu theo thời gian thực trên mạng chuyển mạch gói là rất phức tạp do mất gói trong mạng là không thể tránh và độ trễ không cố định của các gói thông tin khi truyền trên mạng. Để có được -7- một dịch vụ thoại chấp nhận được cần phải có một kỹ thuật nén tín hiệu đạt được những yêu cầu khắt khe như: tỉ số nén lớn, có khả năng suy đoán và tạo lại thông tin của các gói tin bị thất lạc… Tốc độ xử lý của các bộ Codec (Coder and Decoder – bộ mã hóa và giải mã) 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 để có tốc độ cao hơn và có cơ chế thực hiện chức năng QoS.
Vấn đề bảo mật: VoIP được xây dựng trên nền tảng Internet vốn không an toàn, do đó sẽ dẫn đến khả năng các thông tin có thể bị đánh cắp khi các gói tin bị thu lượm hoặc định tuyến sai địa chỉ một cách cố y khi chúng được truyền trên mạng. Ngoài ra cần phải quan tâm tới các vấn đề khác như vi rút, phần mềm độc hại, thư rác, hay các cuộc gọi giả mạo để xâm nhập vào hệ thống mạng. Ngoài ra, VoIP không thể sử dụng được khi gặp phải tình trạng cúp điện hay mạng gặp sự cố. Các mô hình mạng VoIP: 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 LAN hay Internet. Mỗi máy tính được cài đặt những phần mềm dùng riêng cho việc truyền thoại, như vậy là 2 máy tính đã có thể trao đổi tín hiệu thoại với nhau thông qua mạng LAN hay mạng Internet. Tất cả các thao tác như lấy mẫu tín hiệu âm thanh, mã hóa và giải mã, nén và giải nén tín hiệu đều được máy tính thực hiện. Hạn chế của mô hình này: Các thiết bị PC sẽ liên tục đựơc mở để có thể nghe được các cuộc điện thoại.1: Mô hình PC to PC 1.
Mô hình PC to Phone: Mô hình PC to Phone là một mô hình được cái tiến hơn so với mô hình PC to PC. Với mô hình này cho phép thiết lập cuộc gọi từ mạng máy tính được trang bị phần mềm truyền thoại trên mạng đến bất kì máy điện thoại nào trên mạng PSTN và ngược lại. PSTN INTERNE T Gateway Hình 1.2: Mô hình PC to Phone Để thực hiện được cuộc gọi qua mạng nói trên, hệ thống phải được trang bị các gateway là thành phần giao tiếp giữa mạng VoIP với mạng PSTN truyền thống. Gateway sẽ thực hiện chức năng chuyển đổi địa chỉ IP sang số điện thoại tương ứng và ngược lại, cũng như nó sẽ thực hiện các cơ chế chuyển đổi giao thức báo hiệu giữa hai mạng IP và PSTN.
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 đây 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 -9- nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu thoại tương tự thành dạng số sau đó mã hóa, nén, đóng gói lại và gửi qua mạng.
Mạng đích cũng được kết nối với Gateway và tại đó địa chỉ lại được chuyển đổi trở thành địa chỉ PSTN và tín hiệu được giải nén, giải mã, rồi chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu tương tự gửi vào mạng PSTN đến đích. INTERNET PSTN Gateway Gateway PSTN Hình 1.3: Mô hình Phone to Phone 1. Giao thức vận chuyển của VoIP 1. Mô hình TCP/IP: Mạng máy tính khổng lồ Internet hiện nay đang sử dụng mô hình TCP/IP để quản lý việc truyền thông.
TCP/IP được xem là giản lược của mô hình OSI với bốn lớp sau: Application (tích hợp 3 lớp trên cùng của mô hình OSI), Transport (tương đương với lớp Transport của OSI), Internet (tương ứng với lớp Network nhưng chỉ sử dụng giao thức IP để định địa chỉ logic cho các máy tính) và Network Access (bao gồm 2 lớp dưới cùng của mô hình OSI). Do đó, tính năng của mỗi lớp trong mô hình TCP/IP chính là những tính năng của mỗi lớp trong mô hình OSI. Một số giao thức thường gặp trong mô hình TCP/IP: IP, ICMP, IGMP, TCP, UDP, Telnet, FTP, WWW, SMTP,… Mô hình TCP/IP gọn nhẹ hơn mô hình tham chiếu OSI, đồng thời có những biến đổi phù hợp thực tế hơn. Ví dụ: lớp Transport của mô hình OSI quy định việc truyền dữ liệu phải đảm bảo độ tin cậy hoàn toàn.
Tuy nhiên, một số ứng dụng mới -10- phát triển sau này như VoIP, Video Conference,… đòi hỏi tốc độ cao và cho phép bỏ qua một số lỗi nhỏ. Nếu vẫn áp dụng mô hình OSI vào thì tốc độ trễ trên mạng rất lớn và không đảm bảo chất lượng dịch vụ. Trong khi đó, mô hình TCP/IP, ngoài giao thức chính của lớp Transport là TCP, còn cung cấp thêm giao thức UDP để thích ứng với các ứng dụng cần tốc độ cao.4: Mối liên hệ giữa mô hình OSI và mô hình TCP/IP 1. Giao thức TCP (Transmission Control Protocol) TCP là một giao thức hướng kết nối (oriented-connection), được mô tả trong RFC 793.
Nó cung cấp một phương thức truyền dữ liêu song công hoàn toàn (full- duplex) tin cậy. Đối với TCP, một kết nối phải được thiết lập trước khi hoạt động truyền thông tin thực sự có thể bắt đầu. TCP chịu trách nhiệm phân chia dữ liệu thành từng đoạn (segment), sắp xếp lại các đoạn thành dữ liệu ban đầu tại đích, truyền lại bất kỳ đoạn nào không thể nhận được. TCP cung cấp một mạch ảo giữa các ứng dụng.
Vì các tính năng trên, nên TCP phải phát sinh thêm thông tin điều khiển được trao đổi giữa các máy tính. Cũng chính vì vậy mà trong TCP header có nhiều thông tin hơn UDP header. Các ứng dụng sử dụng TCP là: FTP, HTTP, SMTP, Telnet , v.v… -11- Để đạt được độ tin cậy, TCP dựa vào các thông tin trong TCP header. TCP header có nhiều cột, mỗi cột cung cấp nhiều tính năng xác định.5 chỉ ra các cột trong TCP header.
