Phần 1: Các khái niệm về VoIP

Phần 1: Các khái niệm về VoIP

Hy vọng bài này giúp các bác có cái nhìn tổng quát hơn về VoIP. Vừa dịch vừa sưu tầm nên cái hình hình như tiếng Đức thì phải

I. VoIP
VoIP viết tắt bởi Voice over Internet Protocol, hay còn được gọi dưới các tên khác như: Internet telephony, IP Telephony, Broadband telephony, Broadband Phone và Voice over Broadband.
Click this bar to view the small image.
VoIP là 1 công nghệ cho phép truyền âm thanh thời gian thực qua băng thông Internet và các kết nối IP. Trong đó tín hiệu âm thanh (voice signal) sẽ được chuyển đổi thành các gói tệp ( data packets) thông qua môi trường mạng Internet trong môi trường VoIP , sau lại được chuyển thành tín hiệu âm đến thiết bị người nhận.

VoIP sử dụng kỹ thuật số và yêu cầu kết nối băng thông tốc độ cao như DSL hoặc cáp. Có rất nhiều nhà cung cấp khác nhau cung cấp VoIP và nhiều dịch vụ khác. Ứng dụng chung nhất của VoIP cho sử dụng cá nhân hoặc gia đình là các dịch vụ điện thoại dựa trên Internet có chuyển mạch điện thoại. Với ứng dụng này, bạn vẫn cần có một số điện thoại, vẫn phải quay số để thực hiện cuộc gọi như sử dụng thông thường

II. Các kiểu kết nối sử dụng VoIP

Computer to Computer:
Với 1 kênh truyền Internet có sẵn, Là 1 dịch vụ miễn phí được sử dụng rộng rãi khắp nơi trên thế giới. Chỉ cần người gọi (caller) và người nhận ( receiver) sử dụng chung 1 VoIP service (Skype,MSN,Yahoo Messenger,…), 2 headphone + microphone, sound card . Cuộc hội thoại là không giới hạn.


Computer to phone:
Là 1 dịch vụ có phí. Bạn phải trả tiền để có 1 account + software (VDC,Evoiz,Netnam,…). Với dịch vụ này 1 máy PC có kết nối tới 1 máy điện thoại thông thường ở bất cứ đâu ( tuỳ thuộc phạm vi cho phép trong danh sách các quốc gia mà nhà cung cấp cho phép). Người gọi sẽ bị tính phí trên lưu lượng cuộc gọi và khấu trừ vào tài khoản hiện có.

Ưu điểm : đối với các cuộc hội thoại quốc tế, người sử dụng sẽ tốn ít phí hơn 1 cuộc hội thoại thông qua 2 máy điện thoại thông thường. Chi phí rẻ, dễ lắp đặt Nhược điểm: chất lượng cuộc gọi phụ thuộc vào kết nối internet + service nhà cung cấp


Phone to Phone:
Là 1 dịch vụ có phí. Bạn không cần 1 kết nối Internet mà chỉ cần 1 VoIP adapter kết nối với máy điện thoại. Lúc này máy điện thoại trở thành 1 IP phone.



III. Các thành phần trong mạng VoIP:

Các thành phần cốt lõi của 1 mạng VoIP bao gồm: Gateway, VoIP Server, IP network, End User Equipments

Gateway: là thành phần giúp chuyển đổi tín hiệu analog sang tín hiệu số (và ngược lại)

A- VoIP gateway : là các gateway có chức năng làm cầu nối giữa mạng điện thoại thường ( PSTN ) và mạng VoIP.

B- VoIP GSM Gateway: là các gateway có chức năng làm cầu nối cho các mạng IP, GSM và cả mạng analog.

VoIP server : là các máy chủ trung tâm có chức năng định tuyến và bảo mật cho các cuộc gọi VoIP .

A-Trong mạng H.323 chúng được gọi là gatekeeper.
B-Trong mạng SIP các server được gọi là SIP server.

Thiết bị đầu cuối (End user equipments ) :

A-Softphone và máy tính cá nhân (PC) : bao gồm 1 headphone, 1 phần mềm và 1 kết nối Internet. Các phần mềm miễn phí phổ biến như Skype, Ekiga, GnomeMeeting, Microsoft Netmeeting, SIPSet, ..

B-Điện thoại truyền thông với IP adapter: để sử dụng dịch vụ VoIP thì máy điện thoại thông dụng phải gắn với 1 IP adapter để có thể kết nối với VoIP server. Adapter là 1 thiết bị có ít nhất 1 cổng RJ11 (để gắn với điện thoại) , RJ45 (để gắn với đường truyền Internet hay PSTN) và 1 cổng cắm nguồn.

C-IP phone : là các điện thoại dùng riêng cho mạng VoIP. Các IP phone không cần VoIP Adapter bởi chúng đã được tích hợp sẵn bên trong để có thể kết nối trực tiếpvới các VoIP server

IV. Phương thức hoạt động:

VoIP chuyển đổi tín hiệu giọng nói thông qua môi trường mạng (IP based network). Do vậy, trước hết giọng nói (voice) sẽ phải được chuyển đổi thành các bits ( digital bits) và được đóng gói thành các packet để sau đó được truyền tải qua mạng IP network và cuối cùng sẽ được chuyển lại thành tín hiệu âm thanh đến người nghe.

Tiến trình hoạt động của VoIP thông qua 2 bước:

Call Setup: trong quá trình này , người gọi sẽ phải xác định vị trí ( thông qua địa chỉ của người nhận) và yêu cầu 1 kết nối để liên lạc với người nhận.Khi địa chỉ người nhận được xác định là tồn tại trên các proxy server thì các proxy server giữa 2 người sẽ thiết lập 1 cuộc kết nối cho quá trình trao đổi dữ liệu voice

Voice data processing: Tín hiệu giọng nói (analog) sẽ được chuyển đổi sang tín hiệu số ( digital) rồi được nén lại nhằm tiết kiệm đường truyền (bandwidth) sau đó sẽ được mã hóa (tăng độ bảo mật). Các voice samples sau đó sẽ được chèn vào các gói dữ liệu để được vận chuyển trên mạng. Giao thức dùng cho các gói voice này là RTP (Real-Time Transport Protocol).1 gói tin RTP có các field đầu chứa dữ liệu cần thiết cho việc biên dịch lại các gói tin sang tín hiệu voice ở thiết bị người nghe. Các gói tin voice được truyền đi bởi giao thức UDP . Ở thiết bị cuối, tiến trình được thực hiện ngược lại

V. Các giao thức của VoIP (VoIP protocols) :

VoIP cần 2 loại giao thức : Signaling protocol và Media Protocol.

A-Signaling Protocol điều khiển việc cài đặt cuộc gọi. Các loại signaling protocols bao gồm: H.323, SIP, MGCP, Megaco/H.248 và các loại giao thức có bản quyền riêng như UNISTIM, SCCP, Skype, CorNet-IP,…

B- Media Protocols: điều khiển việc truyền tải voice data qua môi trường mạng IP. Các loại Media Protocols như: RTP ( Real-Time Protocol) ,RTCP (RTP control Protocol) , SRTP (Secure Real-Time Transport Protocol), và SRTCP (Secure RTCP)

Các nhà cung cấp có thể sử dụng các giao thức riêng hay các giao thức mở dựa trên nền của 1 trong 2 giao thức tiêu chuẩn quốc tế là H.323 và SIP. Ví dụ Nortel sử dụng giao thức UNISTIM (Unified Network Stimulus) Cisco sử dụng giao thức SCCP ( Signaling Connection Control Part) Những giao thức riêng này gây khó khăn trong việc kết nối giữa các sản phẩm của các hãng khác nhau.

VI. Bộ giao thức H.323 :

H.323: là giao thức được phát triển bởi ITU-T ( International telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector). H.323 phiên bản 1 ra đời vào khoảng năm 1996 và 1998 phiên bản thế hệ 2 ra đời. H.323 ban đầu được sử dụng cho mục đích truyền các cuộc hội thoại đa phương tiện trên các mạng LAN, nhưng sau đó H.323 đã tiến tới trở thành 1 giao thức truyền tải VoIP trên thế giới. Giao thức này chuyển đổi các cuộc hội thoại voice, video, hay các tập tin và các ứng dụng đa phương tiện cần tương tác với PSTN. Là giao thức chuẩn, bao trùm các giao thức trước đó như H.225,H.245, H.235,…


Các thành phần hoạt động trong giao thức H.323: có 4 thành phần :

Terminal: là 1 PC hay 1 IP phone đang sử dụng giao thức H.323

Gateway: Là cầu nối giữa mạng H.323 với các mạng khác như SIP, PSTN,…Gateway đóng vai trò chuyển đổi các giao thức trong việc thiết lập và chấm dứt các cuộc gọi, chuyển đổi các media format giữa các mạng khác nhau.

GateKeeper: đóng vai trò là những điểm trung tâm ( focal points) trong mô hình mạng H.323. Các dịch vụ nền sẽ quyết định việc cung cấp địa chỉ (addressing),phân phát băng thông (bandwidth),cung cấp tài khoản, thẩm định quyền ( authentication) cho các terminal và gateway…

Mutipoint control unit (MCU): hỗ trợ việc hội thoại đa điểm (conference)cho các máy terminal ( 3 máy trở lên )trong mạng H.323


Phương thức hoạt động của H.323 network:

Khi 1 phiên kết nối được thực hiện, việc dịch địa chỉ (address translation) sẽ được 1 gateway đảm nhận. Khi địa chỉ IP của máy đích được xác nhận, 1 kết nối TCP sẽ được thiết lập từ địa chỉ nguồn tới người nhận thông qua giao thức Q.931 ( là 1 phần của bộ giao thức H.323). Ở bước này, cả 2 nơi đều tiến hành việc trau đổi các tham số bao gồm các tham số mã hoá ( encoding parameters) và các thành phần tham số liên quan khác. Các cổng kết nối và phân phát địa chỉ cũng được cấu hình. 4 kênh RTCP và RTP được kết nối, mỗi kênh có 1 hướng duy nhất. RTP là kênh truyền dữ liệu âm thanh (voice data) từ 1 thực thể sang 1 thực thể khác. Khi các kênh đã được kết nối thì dữ liệu âm thanh sẽ được phát thông qua các kênh truyền này thông qua các RTCP instructions.

VII. Giao thức SIP :

SIP: (Session Initiation Protocol) được phát triển bởi IETF ( Internet Engineering Task Force) MMUSIC ( Multiparty Multimedia Session Control) Working Group (theo RFC 3261). Đây là 1 giao thức kiểu diện ký tự ( text-based protocol_ khi client gửi yêu cầu đến Server thì Server sẽ gửi thông tin ngược về cho Client), đơn giản hơn giao thức H.323. Nó giống với HTTP, hay SMTP. Gói tin (messages) bao gồm các header và phần thân ( message body). SIP là 1 giao thức ứng dụng ( application protocol) và chạy trên các giao thức UDP, TCP và STCP.


Các thành phần trong SIP network :

Cấu trúc mạng của SIP cũng khác so với giao thức H.232. 1 mạng SIP bao gồm các End Points, Proxy, Redirect Server, Location Server và Registrar. Người sử dụng phải đăng ký với Registrar về địa chỉ của họ. Những thông tin này sẽ được lưu trữ vào 1 External Location Server. Các gói tin SIP sẽ được gửi thông qua các Proxy Server hay các Redirect Server. Proxy Server dựa vào tiêu đề “to” trên gói tin để liên lạc với server cần liên lạc rồi gửi các pacckets cho máy người nhận. Các redirect server đồng thời gửi thông tin lại cho người gửi ban đầu.


Phương thức hoạt động của SIP network :

SIP là mô hình mạng sử dụng kiểu kết nối 3 hướng ( 3 way handshake method) trên nền TCP. Ví dụ trên, ta thấy 1 mô hình SIP gồm 1 Proxy và 2 end points. SDP ( Session Description Protocol) được sử dụng để mang gói tin về thông tin cá nhân ( ví dụ như tên người gọi) . Khi Bob gửi 1 INVITE cho proxy server với 1 thông tin SDP. Proxy Server sẽ đưa yêu cầu này đến máy của Alice. Nếu Alice đồng ý, tín hiệu “OK” sẽ được gửi thông qua định dạng SDP đến Bob. Bob phản ứng lại bằng 1 “ACK” _ tin báo nhận. Sau khi “ACK” được nhận, cuộc gọi sẽ bắt đầu với giao thức RTP/RTCP. Khi cuộc điện đàm kết thúc, Bob sẽ gửi tín hiệu “Bye” và Alice sẽ phản hồi bằng tín hiệu “OK”. Khác với H.232, SIP không có cơ chế bảo mật riêng. SIP sử dụng cơ chế thẩm định quyền của HTTP ( HTTP digest authentication), TLS, IPSec và S/MIME ( Secure/Multipurpose Internet Mail Extension) cho việc bảo mật dữ liệu.


MGCP và Megaco/H.248

MGCP ( Media Gateway Control Protocol) được sử dụng để liên lạc giữa các thành phần riêng lẻ của 1 VoIP gateway tách rời. Đây là 1 protocol được bổ sung cho 2 giao thức SIP và H.323. Với MGCP, MGC server có khả năng quản lý các cuộc gọi và các cuộc đàm thoại dưới sự hỗ trợ của các dịch vụ ( services).

MGCP là 1 giao thức master/slave vớic các ràng buộc chặt chẽ giữa MG ( end point) và MGC ( server ).

MEGACO/H.248 : (còn được gọi là Gate way Control Protocol)

Có nguồn gốc từ MGCP và được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp. Sự phát triển MEGACO/H.248 bao gồm việc hỗ trợ đa phương tiện và các dịch vụ hội thoại nâng cao đa điểm ( multipoint conferencing enhanced services ) , các cú pháplập trình được nâng cao nhằm tăng hiệu quả cho các tiến trình đàm thoại, hỗ trợ cả việc mã hoá text và binary và thêm vào việc mở rộng các định nghĩa cho các packets.
Megaco đưa ra những cơ cấu bảo mật ( security mechanisms) trong các cơ cấu truyền tải cơ bản như IPSec. H.248 đòi hỏi sự thực thi đầy đủ của giao thức H.248 kết hợp sự bổ sung của IPSec khi hệ điều hành (OS) và mạng truyền vận ( transport network) có hỗ trợ IPSec.

VIII. Tổng kết :

- VoIP viết tắt bởi Voice over Internet Protocol - VoIP là 1 công nghệ cho phép truyền âm thanh thời gian thực qua băng thông Internet và các kết nối IP VoIP có 3 dạng sử dụng : Computer to computer, computer to phone và phone to phone. - Các thành phần cốt lõi của 1 mạng VoIP bao gồm:

+ Gateway: là thành phần giúp chuyển đổi tín hiệu analog sang tín hiệu số
+ Voice Server : là các máy chủ trung tâm có chức năng định tuyến và bảo mật cho các cuộc gọi VoIP
+ End User Equipments: bao gồm PC, điện thoại để bàn có IP adapter, IP phone,..
- Phương thức hoạt động của VoIP : tín hiệu voice sẽ được chuyển thành tín hiệu số, được nén lại, rồi mã hoá. Sau đó các gói data này đến người nhận qua môi trường IP, được giải nén, rồi chuyển thành tín hiệu âm thanh đến tai người nghe. - VoIP cần 2 loại giao thức :

+ Signaling Protocol điều khiển việc cài đặt cuộc gọi. Các loại signaling protocols bao gồm: H.323, SIP, MGCP, Megaco/H.248 và các loại giao thức dùng riêng như UNISTIM, SCCP, Skype, CorNet-IP,…
+ Media Protocols: điều khiển việc truyền tải voice data qua môi trường mạng IP. RTP ,RTCP , SRTP và SRTCP
- Có 2 bộ giao thức VoIP được dùng rộng rãi trên thế giới là : H.323 và SIP




Theo: Nhất Nghệ