Sự đóng gói cho quá trình vận chuyển gói thọai

[thanhsang_truong]

Tác giả:
Bùi Nguyễn Hoàng Long

Sự đóng gói cho quá trình vận chuyện gói thoại

Giới thiệu một số giao thức chính:
- H323: Đây là giao thức chuẩn của ITU. Giao thức này ban đầu được phát triển cho hệ thống đa phương tiện(multimedia) phương tiện trong môi trường không hướng kết nối (connectionless), như LAN. H323 là chuẩn đ5nh nghĩa tất cả tiến trình liên quan đến vấn đề đồng bộ cho thoại, video, và truyền dữ liệu. H323 định nghĩa tín hiệu cuộc gọi end-to-end.
- MGCP: Chuẩn đựoc phát triển điều khiển cổng ra vào (gateway) cho hệ thống PSTN. MGCP định nghĩa giao thức, hay qui tắc để điều khiển (control) cho cống ra vào của VoIP mà kết nối với thiết bị điều khiển cuộc gọi (call-control) bên ngoài, thường được gọi là tác nhân gọi(call agent), MGCP cung cấp tính năng báo hiệu cho những thiết bị rẻ tiền ở vị trí rìa như là cồng ra vào, đây là những thiết bị mà không có tính năng tạo đầy đủ tín hiệu cho thoại như là H323. Thực chất, bất kỳ lúc nào khi xảy ra sự kiện như quá trình nhấc ống nghe (off hook) tại cổng thoại (voice port) của cổng ra vào, cổng thoại sẽ thống báo sự kiện đến tác nhân gọi. Sau đó tác nhân gọi tạo tín hiệu đến thiết bị mà cung cấp dịch vụ, như là tín hiệu mời quay số.
- SIP: Đây là giao thúc chi tiết mà xác định những chỉ thị và những đáp ứng, để thiết lập hay kết thúc cuộc gọi. SIP cũng mô tả chi tiết về các tính năng như bảo mật (sercurity), sự ủy nhiệm (proxy), vận chuyển (transport). SIP định nghĩa ra cớ chế báo hiệu cuộc gọi end-to end giữa các thiết bị. SIP là giao thức text-based mà có nhiều tính năng tương tự HTTP, như là cùng mô hình yêu cầu (request) và đáp ứng (response).
- RTP: Giao thức chuẩn của IETF về media-stream. RTP mang dữ liệu thoại qua mạng. RTP cung cấp số trình tự và thống số thời gian (time stamp) để xử lý đúng thứ tự của gói tin thoại.
- RTCP: Cung cấp tính năng điều khiền thông tin ngoài băng (out-of-band) cho một luồng RTP. Mỗi luồng RTP có tương ứng luồng RTCP để mà thông báo những số liệu thống kê trên cuộc gọi. RTCP được dùng cho tính năng thông báo QoS.
VoIP và mô hình OSI

- Đế tích hợp thành công lưu lượng (traffic) thoại trong hệ thống hướng kết nối như PSTN vào hệ thống khôn ghướng kết nối như mạng IP cần yêu cầu tính năng của rất nhiều cơ chế báo hiệu. Do đó người dùng có thể tạo mạng không hướng kết nối xuất hiện như mạng huớng kết nối.
- Những ứng dụng như là Cisco IP Softphone và CiscoManager cung cấp giao diện cho người dùng để tạo giọng nói, chuyển đổi và nén giọng nói ở máy tính của họ trước khi được mang qua mạng.
- Codecs định nghĩa ra tiến trình nén dữ liệu thoại. Loại codec có thể được chọn bởi cấu hình của người dùng hay thông qua tính năng thỏa thuận của thiết bị.
- Trong quá trình thực hiện hệ thống VoIP, thoại dùng RTP bên trong UDP để mang dữ liệu thoại qua mạng. Ví ớ lớp mạng thoại sẽ đựoc đặt trong header của IP, mà gói tin IP có thể đến đích không đúng thứ tự và không đồng bộ, do đó những gói tin phải được sắp xếp và đồng bộ lại trứoc khi gởi gói tin thoại đến người dùng. Vì UDP không cung cấp dịch vụ như là số trình tự (sequence number) và thông số về thời gian, tuy nhiên RTP cung cấp chức năng xắp xếp thứ tự.
- Có rất nhiếu phương thức báo hiệu được dùng trong hệ thống VoIP, như là H323 và SIP thì định nghĩa phưởng thức báo hiệu cuộc gọi end-to-end, MGCP định nghĩa phương thức để tách biệt chức năng báo hiệu với chức năng cuộc gọi. MGCP dùng call agent để đại diên cho tính năng điều khiển báo hiệu cho những thiết bị đầu cuối. Thiết bị điều khiển trung tâm chỉ tham gia vào quá trình thiết lập cuộc gọi. Những luồng traffic thoại vẫn được gởi trực tiếp từ end-to-end.
(còn tiếp)

[thanhsang_truong]

RTP và RTCP
- RTP cung cấp chức năng mạng vận chuyển end-to-end cho những ứng dụng truyền dữ liệu mà yếu cầu thời gian thực (real-time) như là âm thanh và video. Những chức năng đó bao gồm nhận diện loại dự liệu, số trình tự, tham số thời gian và giám sát tiến trính gởi.
- RTP là thành phần quan trọng của VoIP bởi vì nó cho phép thiết bị đích sắp xếp và điều chỉnh lại thời gian cho gói tin thoại trước khi được gởi đến người dùng. Một header RTP chứa tham số thời gian và số trình tự nhằm để cho thiết bị nhận lưu vào bộ nhớ đệm, khử jitter và góc trể (lacency) bằng cách đồng bộ những gói tin để phát lại (playback) dòng âm thanh liên tục. RTP dùng số trình tự chỉ đế sắp xếp lại thứ tự gói tin. RTP không yêu cầu sự truyền lại nếu một gói tin bị mất.
- Ví dụ: Như những gói thoại khi được gởi đến đích, chúng có thể đi trên những con đường khác nhau để đến đích, mội con đường có thể khác nhau vế khảong cách, tốc độ truyền, kết quà là gói tin đến không đúng thứ thự khi chúng đến đích. Khi ở nguồn tạo ra cuộc gọi, dữ liệu thọai sẽ được đóng gói lại, RTP sẽ gắn vào những gói tin với tham số thời gian và số trình tự và gởi đi. Ở dích dên, RTP sẽ sắp xếp những gói tin và gởi chúng đến bộ xử lý tín hiệu số (digital signal processor-DSP) ở cùng tốc độ khi chúng được gởi đi ở nguồn gọi.
RTCP(Real-Time Transport Control Protocol)
- RTCP giám sát chất lượng của quá trình phân phối dữ liệu và cung cấp tiến trình điều khiển thông tin. RTCP cung cấp thông tin phản hồi dựa theo điều kiện của mạng:
- RTCP cung cấp cơ chế cho những thiết bị liên quan trong phiên (session) RTP trao đổi thông tin về giám sát và điều khiển phiên. RTCP giám sát chất lượng của các yếu tố như là đếm gói (packet count), mất gói, độ trễ, jitter. RTCP truyền gói bằng 1% băng thông của phiên, nhưng ở một tốc độ xác định trong ít nhất mỗi 5 giây.
- Tham số thời gian Network Time Protocol(NTP) dưa vào các xung được đồng bộ. Tham số thời gian RTP tương ứng thì được tạo ngẫu nhiên và dựa vào tiến trính lấy mẫy gói dữ liệu. Cả hai NTP và RTP thì được đặt trong gói RTCP bởi người gởi dữ liệu.
- Ví dụ ứng dụng RTCP:

Trong suốt mỗi cuộc gọi RTP, những gói thông báo thì được tạo ít nhất mỗi 5 giây. Trong điều kiện mạng có chất lượng kém, một cuộc gọi có thể bị ngưng kết nối do lượng lớn gói bị mất. Khi xem xét những gói tin qua hệ htống phân tích gói, người quản trị có thể kiểm tra thông tin trong header của RTCP mà bao gồm số lựng gói mất, jitter….

Giảm kích thước header với CRTP

- Tương ứng với nhiều số lượng giao thức cần thiết để vận chuyển thoại qua một mạng IP, thì header của gói tin có thể lớn. Dùng CRTP (Compression RTP) trên những liên kết link-by-link để tiết kiệm băng thông.
- Dùng CRTP nén header IP/UDP/RTP từ 40 byte xuống còn 2 byte với không có checksum và từ 40 byte xuống 4 byte nếu có checksum. Nén header RTP thì rất có ích trong trường hợp kích cỡ dữ liệu của RTP là nhỏ, ví dụ như dữ liệu âm thanh sẽ được nén trong khoảng 20 và 50 byte.
- CRTP làm việc dựa vào giả thiết đó là hầu hết tất cả các trường trong header IP/UDP/RTP là không thay đổi hay sự thay đổi có thể nhân biết được. Những trường không thay đổi bao gồm địa chỉ nguồn-đích của IP và số cổng nguồn-đích của UDP, cũng như những trường khác trong tất cả 3 header.
- Ví dụ về CRTP: Trong môi trường thoại dựa vào gói tin thì khi giọng nói lấy mẫu được đóng khung (framing) mỗi 20 ms, phần dữ liệu 20 byte được tạo. Không có CRTP, kích thuớc gói bao gồm những thành phần sau:

• IP header (20 byte)
• UDP header (8 byte)
• RTP header (12 byte)
• Dữ liệu (20 byte)

Header là hai lần kích thước của dữ liệu: IP/UDP/RTP (20+8+12=40 byte) trong khi phần dữ liệu là 20 byte. Khi tạo những gói tin mỗi 20 ms trên liên kết có tốc độ chậm, phần header chiếm phần lớn băng thông.
Lưu ý khi dùng CRTP để nén header

Nên cấu hình RTCP trên những cổng giao tiếp có những điều kiện sau;

• Trên những liên kết có băng tần hẹp
• Liên kết tốc độ thấp (<2Mbps)
• Cần tiết kiệm băng thông trên những cổng giao tiếp WAN.

Nén hoạt động trên những liên kết link-by-link, kích hoạt nén trên cả hai đầu cuối của liên kết serial có băng thông thấp có thể tiết kiêm rất nhiều băng thông nếu như có số lượng lớn traffic RTP trên liên kết serial đó. Tuy nhiên, nén có thể yêu cầu phải xử lý nhiều sẽ gây ra tình trạng tiêu hao tài nguyên sẵn dùng trên các thiết bị.