Bai Giang VoIP

VoIP

Mục Lục: Nguyên lý hoạt động......................................................................................................................................................... 2 Gói dữ liệu đi qua các lớp TCP/IP..................................................................................................................................... 2 Chuyển mạch kênh/ Chuyển mạch gói .............................................................................................................................. 4 Các giao thức trong tín hiệu VoIP thông dụng: .................................................................................................................. 5 H323 ............................................................................................................................................................................ 5 SIP - Session Initiation Protocol: ................................................................................................................................... 5 SIP hoạt động ra sao? ................................................................................................................................................ 5 Ví dụ về phiên gọi SIP giữa 2 điện thoại: .................................................................................................................. 6 SIP Proxy: ................................................................................................................................................................ 6 SoftPBX: .......................................................................................................................................................................... 7 Phương thức: ................................................................................................................................................................ 7 Phản hỏi SIP: ................................................................................................................................................................ 8 Giao thức RTP: ............................................................................................................................................................. 8 Giao thức RTCP: .......................................................................................................................................................... 8 Giao thức SCCPchương 7 Swintching VoIP: ................................................................................................................. 8 Giao thức IAX: ............................................................................................................................................................. 8 MGCP: ......................................................................................................................................................................... 9 MEGACO/H248: .......................................................................................................................................................... 9 Audio Codecs: .............................................................................................................................................................. 9 VoIP Codecs: ................................................................................................................................................................ 9 VoIP codec bandwidth: ................................................................................................................................................. 9 Quality of Service ....................................................................................................................................................... 10 CoS: 802.1p: ............................................................................................................................................................... 11 CoS: DiffServ: ............................................................................................................................................................ 11 802.1q VLAN: ............................................................................................................................................................ 11 RSVP ......................................................................................................................................................................... 11 Hệ thống IP PBX / điện thoại VOIP: ............................................................................................................................... 11 Cách kết nối cuộc gọi VoIP ............................................................................................................................................ 12 Bảo mật của VoIP: ...................................................................................................................................................... 12 Bạn làm gì để tránh những rủi ro khi sử dụng VoIP? ................................................................................................... 12 Thuật ngữ & chữ viết tắt: ................................................................................................................................................ 12

1

VoIP

Nguyên lý hoạt động  VoIP (Voice over Internet Protocol - Truyền giọng nói trên giao thức IP). Nguyên tắc của voip 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 được ráp lại theo đúng thứ tự của bản tin, giải mã tín hiệu tương tự phục hồi lại tiếng nói ban đầu .  Công nghệ này bản chất là dựa trên chuyển mạch gói, nhằm thay thế công nghệ truyền thoại cũ dùng chuyển mạch kênh. Nó nén (ghép) nhiều kênh thoại trên một đường chuyền tín hiệu, và những tín hiệu này được truyền qua mạng Internet, vì thế có thể giảm giá thành.  Để thực hiện việc này, điện thoại IP, thường được tích hợp sẵn các nghi thức báo hiệu chuẩn như SIP hay H.323, kết nối tới một tổng đài IP (IP PBX) của doanh nghiệp hay của nhà cung cấp dịch vụ. Điện thoại IP có thể ở dạng như một điện thoại thông thường (chỉ khác là thay vì nối với mạng điện thoại qua đường dây giao tiếp RJ11 thì điện thoại IP nối trực tiếp vào mạng LAN qua cáp Ethernet, giao tiếp RJ45) hoặc phần mềm thoại (soft-phone) cài trên máy tính. •

Ngày nay phương thức này được sử dụng rất nhiều trên thế giới, trong đó có VN. Các dịch vụ như gọi 171, 177, 178, VDC, VNGT, OCI, SPT. Netnam, …đều là các dịch vụ sử dụng phương thức này. • Tuy nhiên VoIP cũng có những nhược điểm của nó. Đó là chất lượng âm thanh chưa được đảm bảo, vẫn còn tình trạng trễ tiếng. Một số công ty cung cấp VoIP tại Việt Nam đã cố gắng cung cấp cho khách hàng chất lượng thoại VoIP tốt hơn.

Gói dữ liệu đi qua các lớp TCP/IP 2

VoIP

3

VoIP

NTP (Network Time Protocol), quản lý thời gian, giúp truyền và nhận tín hiệu trong những khung thời gian xác định và bảo đảm chất lượng. Triễn khai:  Trước đây, khi mạng số hóa chưa được lên ngôi, người ta phải dùng và chỉ có POTS (plain old telephone service). POTS đi qua mạng điện thoại PSTN (public switched telephone network)‫‏‬  Để gọi điện qua VOIP, người dùng cần có chương trình phần mềm điện thoại sip HOẶC một điện thoại VOIP dạng phần cứng. Có thể gọi điện thoại đến bất cứ đâu / cho bất kỳ ai: cả đối với số điện thoại VOIP và những người dùng số điện thoại bình thường. Chuyển mạch kênh/ Chuyển mạch gói  Các cuộc gọi trong voip dựa trên cơ sở sử dụng kết hợp cả chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Trong mỗi loại chuyển mạch trên đều có ưu, nhược 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(nghĩa là băng thông không đổi) , 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 được chia thành các gói nhỏ gọi là các gói, nguyên tắc hoạt động của nó là sử dụng hệ thống lưu 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

4

VoIP

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 đường 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 như thoại, để sử dụng ưu điểm của mỗi loại chuyển mạch trên thì trong voip kết hợp sử dụng cả hai loại chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói. Các giao thức trong tín hiệu VoIP thông dụng:

H323  H323 là một tập các tiêu chuẩn từ ITU-T, nó định nghĩa một tập các giao thức dùng để liên lạc bằng âm thanh và hình ảnh qua mạng máy tính.  H323 là một giao thức tương đối cũ và hiện đang được thay thế bởi giao thức SIP – Session Initiation Protocol. Một trong những điểm ưu việt của SIP là nó ít phức tạp hơn rất nhiều và tương tự như giao thức HTTP / SMTP.  Vì vậy, hầu hết các thiết bị VOIP hiện có ngày nay đều theo chuẩn SIP. Chỉ có những thiết bị VOIP cũ theo chuẩn H323. SIP - Session Initiation Protocol:  SIP, từ viết tắt của Session Initiation Protocol (Giao thức Khởi tạo Phiên) là một giao thức tín hiệu điện thoại IP dùng để thiết lập, sửa đổi và kết thúc các cuộc gọi điện thoại VOIP. SIP được phát triển bởi IETF và ban hành trong tài liệu RFC 3261.  SIP mô tả những giao tiếp cần có để thiết lập một cuộc điện thoại. Chi tiết của những giao tiếp này được mô tả rõ hơn trong giao thức SDP.  SIP đã chiếm lĩnh thế giới VOIP nhanh như vũ bão. Giao thức này giống như giao thức HTTP, là giao thức dạng văn bản, rất công khai và linh hoạt. Do vậy, nó đã thay thế rộng rãi cho chuẩn H323. SIP hoạt động ra sao?

5

VoIP

Ví dụ về phiên gọi SIP giữa 2 điện thoại:  Một phiên gọi SIP giữa 2 điện thoại được thiết lập như sau:  Máy gọi gửi một tín hiệu mời  Máy được gọi gửi trả một thông tin hồi đáp 100 – Thử.  Khi máy được gọi bắt đầu đổ chuông, một tín hiệu hồi đáp 180 – Đổ chuông – được gửi trả  Khi bên gọi nhấc máy, máy được gọi gửi một tín hiệu hồi đáp 200 - OK  Máy gọi hồi đáp với ACK – tiếp nhận  Lúc này cuộc gọi đích thực được truyền dưới dạng dữ liệu thông qua RTP  Khi người gọi dập máy, một yêu cầu BYE được gửi đến cho máy gọi  Máy gọi phản hồi với tín hiệu 200 - OK.  Tất cả chỉ đơn giản như vậy! Giao thức SIP dễ hiểu và lô-gíc. SIP Proxy:  Máy chủ SIP là thành phần chính của hệ thống IP PBX, nó đảm đương việc thiết lập mọi cuộc gọi SIP trong mạng. Máy chủ SIP còn được gọi là máy SIP Proxy hay máy Đăng kiểm (Registrar)

6

VoIP

SoftPBX:

Phương thức:  Yêu cầu SIP: Có sáu loại yêu cầu / phương thức cơ bản:  INVITE = Thiết lập phiên  ACK = Xác nhận yêu cầu INVITE 7

VoIP

 BYE = Kết thúc phiên  CANCEL = Hủy bỏ việc thiết lập phiên  REGISTER = Trao đổi thông tin địa điểm người dùng (tên máy, IP)‫‏‬  OPTIONS = Trao đổi các thông tin về khả năng của các điện thoại SIP gọi và nghe trong phiên Phản hỏi SIP: Các Yêu cầu SIP được trả lời bằng các Phản hồi SIP. Có 6 loại Phản hồi SIP:  1xx = phản hồi thông tin, ví dụ 180, có nghĩa là đang đổ chuông  2xx = phản hồi thành công  3xx = phản hồi chuyển hướng  4xx = yêu cầu bị thất bại  5xx = lỗi máy chủ  6xx = thất bại toàn cục

Giao thức RTP:  RTP (Real Time Transport Protocol - Giao thức Vận chuyển Thời gian Thực) đặc tả một tiêu chuẩn định dạng gói tin dùng để truyền âm thanh và hình ảnh qua internet. Tiêu chuẩn này được khai báo trong RFC 1889 (bản nâng cấp RFC3550). Nó được phát triển bởi nhóm Audio Video Transport Working và được ban hành lần đầu tiên vào năm 1996.  RTP và RTCP liên kết rất chặt chẽ với nhau – RTP truyền dữ liệu thực trong khi RTCP được dùng để nhận thông tin phản hồi về chất lượng dịch vụ Giao thức RTCP:  RTCP (Real Time Transport Protocol - Giao thức Vận chuyển Thời gian Thực) và được đặc tả trong RFC 3550. RTCP làm việc song hành với RTP. RTP thực hiện chuyển giao dữ liệu thực trong khi RTCP được dùng để gửi các gói tin điều khiển cho những bên tham dự vào cuộc gọi. Chức năng chính của nó là thu nhận được thông tin phản hồi về chất lượng dịch vụ của RTP. Giao thức SCCPchương 7 Swintching VoIP:  (Skinny Client Control Protocol) giống IAX, dùng làm tandem cho H323 trong các giải pháp phần mềmPBX hoàn thiện nhóm IP Phone  Cisco softPBX: CallManager (vovida.org)‫‏‬  Có 1 module tín hiệu cho Asterisk Giao thức IAX:  (Inter-Asterisk Exchange Protocol). IAX giống H323 & SIP, chỉ khác duy nhất là phương cách đóng gói mã hóa âm thanh.  Cho phép NAT(NAT-proof).Giải quyết được đồng thời cả hằng trăm cuộc gọi ở phía sau firewall.  IAX quản lý các chức năng đăng ký, tín hiệu gọi, truyền giọng nói chỉ bằng 1 cổng UDP (bằng cách thêm vào header & metadata trong từng gói tin)‫‏‬

8

VoIP

 IAX 0 là 1 chuẩn chính thức (do Mark Spencer – sáng lập hãng Digium, Inc.) à softPBX, ASTERISK MGCP:  (Media Gateway Control Protocol – rfc 2705), có trong 1 vài dòng sản phẩm của Cisco (Cisco 7960)  Giao thức này hỗ trợ dịch vụ IP Centrex-hosted PBX (hỗ trợ nhóm IP Phone – các cuộc gọi được định tuyến bởi 1 GC – Gateway Controller)‫‏‬ MEGACO/H248:  (Media Gateway devices - IETF, RFC 3015, và ITU-T, H.248) MEGACO có thể mở rộng hơn H323 nhưng 0 bằng SIP.  Các gateway MEGACO có thể hỗ trợ cho các kỹ thuật tín hiệu PSTN chuẩn (DTMF, SS7, ISDN) đồng thời cũng hỗ trợ cho các giao thức gói như TCP/IP, ATM, Frame Relay Audio Codecs:  coder/decoders – là các thuật toán đóng gói dữ liệu đa phương tiện để tạo nên các luồn đi qua mạng theo thời gian thực (đa phần do ITU-T gợi ý)‫‏‬ VoIP Codecs:

VoIP codec bandwidth:

9

VoIP

Quality of Service  Nếu PSTN & SS7 (Signaling System 7) không thể thiết lập được đầy đủ băng thông qua mạng, thì người gọi sẽ nhận được tín hiệu …  Trong khi việc truyền từng gói tin qua mạng sẽ hoạt động chậm hơn khi băng thông khả dụng mạng bị rớt. Đường truyền chậm là kẻ thù của VoIP  Và các giao thức hỗ trợ ra đời: 802.1p, 802.1q VLAN, DiffServ, RSVP, and MPLS Tiếng ồn:

Tiếng vọng  Nếu tiếng vọng xẩy ra > 150ms từ khi nói -à nghiêm trọng.  Có 3 nguyên nhân:  Giao tiếp giữa TDM & VoIP 10

VoIP

 Thời gian giữa người nói & người nhận  Giao tiếp giữa các mối nối CoS: 802.1p:  (Class of Service): giải pháp gói ưu tiên trong single host (single link) (nhỏ hơn QoS là giải pháp end-to-end)‫‏‬  Hai khóa tiêu chuẩn hỗ trợ CoS:  802.1p / ToS (Type of Service) dùng đoạn 3 bit đặt trong gói header để yêu cầu ưu tiên trên đường truyền  DiffServ CoS: DiffServ:  Differentiated Services (rfc 2474 - 3260) Dùng hỗ trợ trong việc dẫn đường điểm-điểm trong mạng WAN 802.1q VLAN:  Xử lý vấn đề broadcast network và traffic bandwtdh, đồng thời cả vấn đề bảo mật.  Thiết bị:  Switch layer 2  Switch layer 3 (hoạt động giống 1 router)‫‏‬

RSVP  IntServ & RSVP: Băng thông dự phòng, bảo đảm mạng có đủ băng thông khi có cuộc gọi  IntServ (Integrated Services); RSVP (Resource Reservation Protocol) Hệ thống IP PBX / điện thoại VOIP:  Hệ thống điện thoại VOIP/ hệ thống IP PBX bao gồm một hoặc nhiều điện thoại chuẩn SIP / điện thoại VOIP, một máy chủ IP PBX và có thể tùy chọn bao gồm một VOIP Gateway. Máy chủ IP PBX tương tự một máy chủ proxy: các máy khách SIP, có thể là điện thoại dạng phần mềm hay phần cứng, đăng ký với máy chủ IP PBX và khi chúng muốn thực hiện cuộc gọi, chúng yêu cầu máy IP PBX thiết lập kết nối. Máy IP PBX có một danh mục tất 11

VoIP

cả mọi điện thoại/người dùng và địa chỉ SIP tương ứng của họ và do vậy có khả năng kết nối cuộc gọi trong mạng hay dẫn hướng cuộc gọi từ bên ngoài thông qua máy VOIP gateway hay một nhà cung cấp dịch vụ VOIP.

Cách kết nối cuộc gọi VoIP http://communication.howstuffworks.com/ip-telephony.htm:  Có 3 cách:  ATA (Analog Telephone Adaptor) cho phép kết nối một điện thoại thường vào máy tính hoặc vào mạng Internet dùng VoIP. Nhiệm vụ của ATA là một analog-to-digital converter.  IP Phone.  SoftPhone. Bảo mật của VoIP:  Do sử dụng nền IP, nên VoIP cũng gặp phải những vấn đề mà IP đang gặp:  Virus, mã nguy hiểm  Chặn việc truyền thông, nghe lén, và thực hiện các giả mạo bằng việc thao túng ID và làm hỏng dịch vụ (tấn công từ chối dịch vụ DoS)‫‏‬  Các hành động tiêu tốn lượng lớn các tài nguyên mạng như tải file, chơi chò trơi trực tuyến…  Mất điện Bạn làm gì để tránh những rủi ro khi sử dụng VoIP?  Liên tục nâng cấp phần mềm  Sử dụng và duy trì phần mềm chống virus  Tận dụng triệt để các tùy chọn bảo mật  Cài đặt và kích hoạt tường lửa  Đánh giá các thiết lập bảo mật Thuật ngữ & chữ viết tắt:  VoIP – Voice over Internet Protocol (còn gọi là IP Telephony, Internet telephony và Digital Phone) – là hình thức 12

VoIP

truyền các cuộc đàm thoại qua Internet hay các mạng IP khác.  SIP – Session Initiation Protocol (Giao thức Khởi tạo Phiên) – là một giao thức phát triển bởi IETF MMUSIC Working Group và là tiêu chuẩn đề xuất cho việc khởi tạo, sửa đổi và chấm dứt một phiên tương tác người dùng bao gồm các thành tố đa phương tiện như phim, tiếng nói, tin nhắn nhanh, trò chơi trực tuyến và thực tại ảo.  PSTN – the public switched telephone network (mạng chuyển mạch điện thoại công cộng) – là nơi tập trung các mạng điện thoại chuyển mạch trên thế giới, cũng tương tự như Internet là nơi tập trung các mạng chuyển mạch gói IP công cộng trên thế giới.  ISDN – Integrated Services Digital Network (Mạng Tích hợp Dịch vụ Số) – là một loại hệ thống mạng điện thoại chuyển mạch, được thiết kế để cho phép truyền ở dạng số (ngược với tương tự) tiếng nói và dữ liệu qua dây điện thoại bằng đồng thông thường, đem lại chất lượng và kết quả cao hơn so với các hệ thống tương tự.  PBX – Private Branch eXchange (Tổng đài Chi nhánh Riêng - còn gọi là Private Business eXchange – Tổng đài Công ty Riêng) – là một tổng đài điện thoại sở hữu bởi công ty tư nhân, ngược với tổng đài được sở hữu bởi công ty truyền dữ liệu hay công ty điện thoại.  IVR – Trong ngành điện thoại, Interactive Voice Response (Phản hồi Tiếng nói Tương tác) – là một hệ thống bằng máy tính cho phép người ta, thường là người gọi điện thoại, chọn từ một bảng chọn dạng tiếng nói hoặc giao diện khác với một hệ thống máy tính.  DID – Direct Inward Dialing (Quay số vào Trực tiếp – còn gọi là DDI ở châu Âu) là một tính năng được công ty điện thoại cung cấp để sử dụng với hệ thống PBX của khách hàng, trong đó công ty điện thoại cấp phát một dải số, tất cả những số này đều nối với hệ thống PBX của khách hàng.  RFC – Request for Comments (Yêu cầu Nhận xét – số nhiều là RFCs) là một trong một loạt các tài liệu và tiêu chuẩn thông tin Internet được đánh số được các phần mềm thương mại và miễn phí trong cộng đồng Internet và Unix tuân theo rộng rãi.  IP PBX hay IPBX (Internet Protocol Private Branch eXchange): Tổng đài điện thoại nội bộ dùng giao thức Internet. Lịch sử: • • • • •

PSTN (Public Switched Telephone Networks) với Alexander Graham Bell (full duplex, băng thông hẹp và CS – Circuit Switching) Tính hiệu số ra đời ISDN (Integrated Service Digital Network) đã phục vụ được cùng lúc nói, video và dữ liệu qua điện thọai ARPANET  WWW (Internet & TCP/IP) ra đời Trên di động thì sao?

Lịch sử - Mạng Di động: • • • •

Thế hệ 1: Hệ thống Analog, NMT, TACS, AMPS Thế hệ 2: Hệ thống Digital, GSM (Global System for Mobile communication)  Ra đời SMS (Short Message Service). Với sự phát triển của Vi Xử Lý, Màn hình, Mạng, … hệ thống di động đã tăng thêm các dịch vụ về dữ liệu, như MMS (Multimedia Message Service), điện thọai bằng hình, và các tiện ích khác như máy chụp hình kỹ thuật số, máy MP3, … • Thế hệ 3: IMS (IP Multimedia Subsystem) Sip standards: Just a sampling of IETF standards work… 13

VoIP

• • • • • • • • • • • • • • • •

IETF RFCs http://ietf.org/rfc.html RFC3261 Core SIP specification – obsoletes RFC2543 RFC2327 SDP – Session Description Protocol RFC1889 RTP - Real-time Transport Protocol RFC2326 RTSP - Real-Time Streaming Protocol RFC3262 SIP PRACK method – reliability for 1XX messages RFC3263 Locating SIP servers – SRV and NAPTR RFC3264 Offer/answer model for SDP use with SIP RFC3265 SIP event notification – SUBSCRIBE and NOTIFY RFC3266 IPv6 support in SDP RFC3311 SIP UPDATE method – eg. changing media RFC3325 Asserted identity in trusted networks RFC3361 Locating outbound SIP proxy with DHCP RFC3428 SIP extensions for Instant Messaging RFC3515 SIP REFER method – eg. call transfer SIMPLE IM/Presence - http://ietf.org/ids.by.wg/simple.html SIP authenticated identity management http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-sip-identity-02.txt

---The End---

14