Khóa luận tìm hiểu giao thức SIP và xây dựng ứng dụng minh họa - ĐH Mở TPHCM

Tìm hiểu giao thức sip và xây dựng ứng dụng minh họa khóa luận tốt nghiệp đại học. Nghiên cứu chi tiết về giao thức sip và ứng dụng thực tế trong công nghệ

• Tác giả: Lưu Mạnh Hùng
• Người hướng dẫn: Thầy Huỳnh Minh Quang
• Trường học: Trường Đại học Mở TP.HCM
• Chuyên ngành: Tin học
• Đề tài: Tìm hiểu giao thức SIP và xây dựng ứng dụng minh họa
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp đại học
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về giao thức SIP và ứng dụng

SIP (Session Initiation Protocol) là giao thức mạng IP dùng để khởi tạo, quản lý và chấm dứt các phiên truyền thông đa phương tiện. Nó hoạt động trên mô hình client-server. SIP không truyền dữ liệu thực tế mà chỉ điều khiển phiên. Giao thức này phổ biến trong VoIP, video call và hội nghị trực tuyến. SIP hoạt động độc lập với phương thức truyền tải dưới lớp. Nó có thể sử dụng UDP, TCP hoặc TLS cho bảo mật. SIP cho phép mở rộng dễ dàng thông qua các phần mở rộng như SDP (Session Description Protocol) và REGISTER.

1.1. Các dịch vụ cơ bản của SIP

SIP cung cấp dịch vụ khởi tạo phiên (INVITE), đăng ký vị trí (REGISTER), kết thúc phiên (BYE) và chuyển hướng (REDIRECT). Các dịch vụ này tạo cơ sở cho gọi điện thoại, chat và hội nghị. Ví dụ, INVITE gửi yêu cầu khởi tạo phiên đến máy chủ SIP. REGISTER cập nhật vị trí của người dùng. BYE chấm dứt phiên hiện tại. SIP cũng hỗ trợ chuyển hướng gọi bằng REDIRECT.

1.2. Khác biệt với các giao thức truyền thông khác

Khác với H.323 hay MGCP, SIP không phụ thuộc vào cơ sở hạ tầng riêng biệt. Nó hoạt động trên IP, giảm chi phí và tăng tính linh hoạt. SIP cũng hỗ trợ đa phương tiện trong khi H.323 chủ yếu dành cho âm thanh. SIP sử dụng SDP để mô tả phiên, trong khi H.323 sử dụng SDP hoặc H.245. SIP cũng có thể tích hợp với các dịch vụ web hiện đại như WebRTC.

II. Phân tích vấn đề trong triển khai và bảo mật SIP

Triển khai SIP gặp thách thức trong định tuyến và quản lý phiên. Các cuộc gọi có thể bị chậm do UDP không đảm bảo giao thức. Bảo mật cũng là vấn đề lớn. SIP không mã hóa mặc định, dẫn đến tấn công gián đoạn (DoS), giả mạo (impersonation) và thay đổi nội dung thông điệp. Các cuộc tấn công như DDoS có thể làm sập máy chủ SIP. Bảo mật yếu cũng khiến thông tin nhạy cảm bị lộ. Các giải pháp cần thiết bao gồm TLS, SIPS URI và IPSec để bảo vệ phiên.

2.1. Các loại tấn công phổ biến trên SIP

Tấn công DoS gây áp lực lên máy chủ SIP bằng lượng yêu cầu lớn. Tấn công giả mạo (impersonation) lừa người dùng chuyển đến server giả. Thay đổi nội dung thông điệp (message tampering) xảy ra khi hacker sửa đổi yêu cầu SIP. Tấn công này nguy hiểm với thông tin chính phủ. Tearing Down Sessions chấm dứt phiên bất hợp pháp bằng BYE giả. Các cuộc tấn công này đòi hỏi giải pháp bảo mật mạnh mẽ.

2.2. Ảnh hưởng của vấn đề bảo mật đến ứng dụng

Bảo mật yếu làm giảm tin cậy của dịch vụ SIP. Người dùng không an toàn khi gọi điện hoặc hội nghị. DoS có thể làm ngừng dịch vụ hoàn toàn. Thay đổi thông điệp có thể dẫn đến cuộc gọi bị chuyển hướng sai. Tấn công giả mạo làm mất tin tưởng vào hệ thống. Các ứng dụng cần tích hợp TLS và SIPS URI để ngăn chặn. Bảo mật phải được xem xét từ giai đoạn thiết kế đến triển khai.

III. Giải pháp xây dựng ứng dụng minh họa SIP

Xây dựng ứng dụng minh họa SIP yêu cầu sử dụng thư viện như LEAF (Linux Extension and Application Framework) hoặc PJSIP. Thư viện này cung cấp API để gửi INVITE, REGISTER và xử lý SDP. Ứng dụng cần có giao diện người dùng để nhập số điện thoại và bắt đầu cuộc gọi. Phần logic xử lý yêu cầu SIP và kết nối với máy chủ. Bảo mật được đảm bảo bằng TLS. Ứng dụng cũng cần xử lý lỗi và hiển thị trạng thái phiên. Môi trường phát triển có thể là Linux với Python hoặc C.

3.1. Cấu trúc và thành phần của ứng dụng

Ứng dụng gồm ba thành phần chính: lớp giao diện người dùng, lớp logic và lớp kết nối SIP. Giao diện người dùng hiển thị danh bạ và trạng thái cuộc gọi. Lớp logic xử lý yêu cầu SIP như INVITE và BYE. Lớp kết nối SIP giao tiếp với máy chủ SIP. Thư viện LEAF cung cấp API để gửi yêu cầu. Ứng dụng cũng cần quản lý phiên và hiển thị thông tin SDP. Cấu trúc này giúp dễ dàng mở rộng chức năng.

3.2. Cách triển khai bảo mật trong ứng dụng

Bảo mật được thực hiện bằng TLS để mã hóa thông điệp SIP. SIPS URI được sử dụng để chỉ định sử dụng TLS. Ứng dụng cũng cần kiểm tra chứng chỉ máy chủ. Các yêu cầu SIP phải được xác thực bằng tên đăng nhập và mật khẩu. Cookie cũng cần được kiểm tra để ngăn chặn tấn công giả mạo. Xử lý lỗi phải được tối ưu để ngăn chặn DoS. Các giải pháp này đảm bảo ứng dụng an toàn và tin cậy.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tế của SIP

SIP là giao thức quan trọng trong truyền thông đa phương tiện trên IP. Nó cung cấp cơ sở để gọi điện, hội nghị và chat. Tuy nhiên, bảo mật và quản lý phiên vẫn là thách thức. Ứng dụng minh họa SIP giúp hiểu rõ cách triển khai và bảo vệ phiên. SIP có thể tích hợp với WebRTC cho ứng dụng web. Nó cũng hỗ trợ dịch vụ VoIP và hội nghị video. Trong tương lai, SIP sẽ phát triển cùng với AI và IoT để mở rộng khả năng truyền thông. Nghiên cứu này cung cấp cơ sở cho phát triển ứng dụng SIP hiệu quả.

4.1. Tiềm năng ứng dụng của SIP trong tương lai

SIP sẽ phát triển với WebRTC cho ứng dụng web thực thời. Nó cũng hỗ trợ dịch vụ VoIP và hội nghị video trong IoT. SIP có thể tích hợp với AI để tự động quản lý phiên. Các ứng dụng như gọi điện tự động và dịch vụ khách hàng sẽ tăng cường. SIP cũng sẽ hỗ trợ truyền thông đa phương tiện trong thực tế ảo. Tiềm năng này đòi hỏi nghiên cứu sâu về bảo mật và hiệu suất.

4.2. Đánh giá hiệu quả của ứng dụng minh họa

Ứng dụng minh họa SIP giúp học sinh hiểu rõ cách triển khai và bảo vệ phiên. Nó cũng cung cấp cơ sở cho phát triển ứng dụng thực tế. Hiệu quả được đánh giá qua khả năng khởi tạo và chấm dứt phiên. Bảo mật được đảm bảo bằng TLS và SIPS URI. Ứng dụng cũng hỗ trợ quản lý phiên và hiển thị trạng thái. Kết quả này có thể áp dụng vào các dự án VoIP và hội nghị video. Nghiên cứu này đóng góp cho phát triển giao thức SIP trong tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan, vai trò và ý nghĩa của SIP 1. Tổng quan: Sự quan tâm đối với internet và các dịch vụ truyền thông đa phương tiện ngày càng tăng. Những người sử dụng internet trước đây chỉ để lướt web bây giờ lại say mê các dịch vụ như chat (Instant Messaging), game trực tuyến, gọi điện thoại và trao đổi Video trên mạng. Có nhiều dịch vụ cung cấp trên mạng internet dựa trên mạng IP, có thể chia làm 3 nhóm theo quan điểm của người sử dụng là: • Dịch vụ Infotainment: là dịch vụ người dùng có thể truy cập thông tin và các ứng dụng giải trí từ các máy chủ từ xa ví dụ như Web.

• Dịch vụ Streaming: cho phép người dùng truy cập trực tuyến hoặc download các media (phim, nhạc,v. • Dịch vụ Communication: cho phép người này giao tiếp với người khác sử dụng các media khác nhau như điện thoại hay gửi thư. 1 Dịch vụ Communication có thể chia làm 2 loại: dịch vụ trực tuyến và dịch vụ không trực tuyến. • Trong dịch vụ trực tuyến chúng ta cần phải nối kết đồng thời để việc truyền thông có thể xảy ra ngay lập tức như điện thoại, chơi cờ hay chat.

• Trong dịch vụ không trực tuyến không cần thiết phải kết nối cùng lúc để truyền thông xảy ra như gửi thư điện tử. Không như những loại dịch vụ khác, tín hiệu đóng vai trò quan trọng trong dịch vụ truyền thông đa phương tiện trên mạng IP. SIP (Session Initiation Protocol) là giao thức tín hiệu mức ứng dụng nên vai trò của nó rất quan trọng trong các dịch vụ truyền thông đa phương tiện. SIP không thay thế các dịch vụ khác đang tồn tại như HTTP, SMTP, POP3, IMAP4 mà nó được thiết kế để bổ sung cho những dịch vụ và các giao thức đang tồn tại như web hay thư điện tử và khi kết hợp với những giao thức này, SIP hứa hẹn một hệ thống truyền thông trên mạng IP bao gồm tất cả các dịch vụ có thể thực hiện trong thế giới thực.

Vai trò và ý nghĩa của SIP: Giả sử có hai người cần truyền thông giọng nói trên internet là A và B, cả hai người đều có máy tính kết nối internet, microphone, loa chương trình chuyển đổi âm thanh thành tín hiệu số, đóng gói và gửi đi thông qua giao thức RTP và ngược lại. Khi A nói vào microphone, giọng nói sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu số và được chương trình máy tính gửi đến B thông qua giao thức RTP. Để gói dữ liệu âm thanh đến được B, gói dữ liệu phải chứa địa chỉ của B. Khi máy của B nhận được gói dữ liệu sẽ chuyển đổi gói thành tín hiệu số và phát ra loa.

2 Có một số vấn đề cần xem xét như sau: • Khi một bên muốn báo hiệu cho bên kia là sẽ bắt đầu giao tiếp thì làm thế nào? • Bên gửi yêu cầu cũng muốn biết là yêu cầu của mình được thực hiện chưa, bên nhận đang chấp nhận yêu cầu và đã chấp nhận chưa để bên gửi bắt đầu nói. • Phương thức mã hóa dữ liệu media của bên gửi và bên nhận có giống nhau không? • Nếu thay vì một người sử dụng máy tính thứ nhất thì họ muốn sử dụng máy tính thứ hai có địa chỉ IP khác thì làm sao? Những vấn đề trên chứng tỏ cần những thông tin thêm để điều khiển cách truyền thông thực hiện. Những thông tin điều khiển này là các tín hiệu và được gửi giữa 2 máy tính của A và B theo giao thức tín hiệu. SIP là giao thức vận chuyển những loại thông tin này.

Các loại dịch vụ sử dụng SIP: 1. Các dịch vụ quản lý phiên cơ bản: SIP có thể sử dụng trong các loại truyền thông đa phương tiện sau: Voice communication: Truyền thông giọng nói. 3 Video communication: Truyền thông video. Instant Messaging communication (IM): Trao đổi tin nhắn trực tuyến.

Text over IP: Trao đổi văn bản thời gian thực. Peer-to-peer gaming: game trực tuyến. Whiteboarding: Sử dụng một bảng vẽ để trao đổi thông tin giữa những người dùng. File transfer: Chia sẻ file.

Ngoài ra có thể kết hợp những dịch vụ này một số như: • Voice và video. • Voice và IM. • Voice và Real-Time Text. • Voice và File Transfer.

• Voice và Gaming. • Voice và Whiteboarding. Các dịch vụ điều khiển nâng cao: Một số dịch vụ SIP cung cấp thêm là: • Xác định người khởi tạo phiên: SIP bao gồm thông tin định danh của người gọi có thể được thể hiện đến người nhận. Ngược lại SIP cũng có thể ngăn định danh của người gọi thể hiện cho người nhận.

• Xác định có multimedia trong phiên hay không? Khởi tạo cũng có thể bao gồm nội dung đa phương tiện trong yêu cầu khởi tạo phiên để cảnh báo cho người nhận. Nội dung đa phương tiện có thể là nhạc chuông, hình ảnh,v. • Chặn cuộc gọi: Ứng dụng chặn cuộc gọi có thể căn cứ vào các tham số khác nhau. Chẳng hạn như dựa vào người khởi tạo, nơi đến, nội dung đa phương tiện hay những tham số khác như ngày giờ.

• Giữ cuộc gọi: Dịch vụ này dễ dàng sử dụng với SIP/SDP vì SDP đã cung cấp định nghĩa cho việc hoạt động và không hoạt động của media được gửi hoặc được nhận. • Chuyển cuộc gọi. Dịch vụ này dễ dàng sử dụng bằng cách chỉnh sửa các tham số SIP cái thể hiện nơi đến của cuộc gọi khi các điều kiện phù hợp diễn ra (chẳng hạn người nhận không trả lời). Các dịch vụ đa phương tiện: Một số dịch vụ: • Voice mail: Cho phép người gọi có thể để lại tin nhắn của họ để người nhận có thể nghe lại sau.

4 • Music on hold: Cho nghe nhạc khi chờ đợi. • Ringback tones: Chuông cảnh báo cuộc gọi đến. • Do not disturb: Người gọi được chuyển đến một menu với một số tham số được cấu hình. Các dịch vụ hội nghị: • Multiparty call: Nhiều người cùng hội thoại.

• Dial-in conferences: Những người tham gia quay 1 số định trước tham gia. • Dial-out conferences: Server được cấu hình để bắt đầu hội nghị ở thời gian xác định. Mục tiêu của luận văn: Với tầm quan trọng của hệ thống SIP như ta đã thấy mục tiêu của luận văn là tìm hiểu giao thức SIP và cài đặt giao thức, xây dựng ứng dụng minh họa giao thức SIP. Với mục tiêu tìm hiểu giao thức SIP luận văn sẽ trình bày về hệ thống SIP bao gồm cấu trúc mạng SIP, chức năng SIP, các thành phần hệ thống SIP.

Bên cạnh đó nó miêu tả cách thức tổ chức của hệ thống SIP, thủ tục đăng ký trong mạng SIP. Ngoài ra nó còn trình bày vấn đề bảo mật trong mạng SIP. Với mục tiêu cài đặt giao thức, xây dựng ứng dụng minh họa luận văn sẽ tập trung vào cài đặt giao thức với các lớp hỗ trợ cho hoạt động mạng SIP. Bên cạnh đó là ứng dụng nhỏ sử dụng thư viện lớp giao thức đã cài đặt nhằm minh họa rõ nét hơn một ứng dụng của SIP.

5 Phần II: Cơ sở lý luận Chương 2: Cấu trúc mạng SIP 2. Địa chỉ SIP: Trong mạng SIP một người sử dụng được xác định thông qua SIP URI. SIP URI là một URI (Universal Resource Identifier) chứa đựng thông tin để khởi tạo và duy trì một phiên truyền thông với các tài nguyên. Ví dụ SIP URI: sip:[e-mail] Một SIP URI là lược đồ sip: bao gồm 2 phần được chia bởi ký hiệu @.

• Phần người dùng chọn để xác định tài nguyên được cấp địa chỉ. Trong ví dụ trên là: client1. • Phần 2 dùng xác định nguồn cung cấp tài nguyên. Nó có thể là tên domain hoặc địa chỉ IP và port.Ví dụ trên là: abc.

SIP URI có thể chỉ người sử dụng ,server và một số loại sau: • Định danh chung của người dùng như sip:[e-mail] • Địa phương của người dùng. • Server SIP như: sip:193.3 • Một nhóm người dùng. • Một dịch vụ. Chức năng SIP: SIP là giao thức tín hiệu nó giải quyết 2 khía cạnh chủ chốt là: • Cài đặt, chỉnh sửa và kết thúc phiên.

• Định vị người dùng. Cài đặt, chỉnh sửa và kết thúc phiên: Chức năng chính của SIP là khởi tạo phiên truyền thông đa phương tiện. Sử dụng SIP một người có thể gửi tín hiệu muốn truyền thông của họ đến một người khác và người đó có thể chấp nhận hay từ chối lời mời đó. SIP cũng có thề sử dụng để chỉnh sửa phiên.

Ví dụ như thêm một thành phần media mới vào phiên. Chức năng cuối cùng của việc quản lý phiên là chấm dứt phiên. Bất kỳ người nào tham gia vào phiên có thể sử dụng SIP để chấm dứt việc truyền thông và việc gửi nhận media. Một phiên có thể diễn ra như sau: 6 ƒ Bên muốn thành lập cuộc gọi sẽ gửi yêu cầu cho bên nhận.

Hệ thống SIP sẽ chuyển lời mời này đến bên nhận. ƒ Khi yêu cầu được chuyển nó sẽ mất chút thời gian để bên nhận chấp nhận hoặc từ chối lời mời do đó bên gửi cần phải được thông báo là yêu cầu đang được xử lý. Hệ thống SIP sẽ chuyển những thông tin báo đang được xử lý đến bên gửi để tránh bên gửi tiếp tục gửi lại yêu cầu. ƒ Nếu bên nhận yêu cầu chấp nhận yêu cầu thì bên gửi cần biết được thông tin đó để bắt đầu thành lập cuộc gọi.

SIP sẽ chuyển thông tin về sự chấp nhận đến bên gửi. ƒ Việc thống nhất các tham số để giao tiếp như sự mã hóa và giải mã giọng nói và video. SIP sẽ sử dụng việc mô tả phiên để thực hiện chức năng này. ƒ Giả sử lúc đầu phiên có truyền thông cả audio và video.

Trong khi giao tiếp một bên có thể muốn không truyền video nữa. Lúc này SIP sẽ chỉnh sửa phiên, một mô tả phiên mới không có video sẽ gửi đến bên kia và nếu yêu cầu được chấp nhận thì lúc này chỉ còn truyền giọng nói. ƒ Sau khi giao tiếp một bên muốn ngắt cuộc gọi chấm dứt đàm thoại thì hệ thống SIP sẽ chấm dứt phiên. Định vị người dùng: Để khởi tạo phiên cần định tuyến từ bên gửi đến bên nhận.

Trong mạng IP việc định tuyến cần dựa vào địa chỉ IP mà bên gửi không biết địa chỉ IP của bên nhận (địa chỉ IP của người nhận có thể thay đổi), nhưng người gửi phải biết định danh chung của người nhận. Hơn nữa người nhận có thể sử dụng các thiết bị khác nhau để giao tiếp do đó địa chỉ IP của thiết bị của người nhận là không cố định. Với yêu cầu đó hệ thống cần xác định vị trí của người dùng dựa trên định danh chung. Điều đó cần ánh xạ định danh chung với địa chỉ IP.