Appendix
Content
Phô lôc
Phụ lục A Các giao thức liên quan đến VoIP
A.1 Bộ giao thức TCP/IP
Bộ giao thức TCP/IP được thiết kế để giao tiếp giữa các hệ máy tính khác
loại. Nó được phát triển từ một dự án của Bộ quốc phòng Mỹ có tên Advanced
Research Projects Agency (DARPA).
Có nhiều lý do để TCP/IP trở nên phổ biến, trong đó có hai lý do chính. Thứ
nhất, DARPA đã cung cấp một khối lượng lớn để bộ giao thức này trở thành một
phần của hệ thống UNIX của Berkeley. Khi TCP/IP dược giới thiệu ra thị trường
thương mại, UNIX đã luôn kể về nó. Berkeley UNIX và TCP/IP trở thành hệ điều
hành và giao thức chuẩn cho lựa chọn của các trường đại học tổng hợp. Tại đây,
nó được sử dụng với các trạm làm việc trong kỹ thuật và nghiên cứu môi trường.
1983, chính phủ Mỹ đề xuất các mạng của chính phủ dùng giao thức TCP/IP.
Lý do thứ hai là khả năng của giao thức cho phép các hệ máy tính khác loại
giao tiếp với nhau thông qua mạng. Khi TCP/IP tràn vào, các giao thức khác vẫn
còn rất phổ biến với các nhà cung cấp LAN. Các giao thức này đã hạn chế những
NSD bởi vì giao thức phụ thuộc người bán.
TCP/IP làm cho các máy tính và các hệ điều hành khác loại hoạt động đan
xen nhau. Ví dụ, hệ thống DEC chạy hệ điều hành VMS kết hợp với TCP/IP (như
hệ điều hành mạng) có thể truyền thông với trạm của SUN Microsystem UNIX
đang chạy TCP/IP. Khi hoạt động như vậy, TCP/IP không làm ảnh hưởng tới cấu
trúc phần cứng và hệ điều hành của các máy tính thành phần.
TCP/IP đã phát triển trên một kiến trúc cho phép các máy tính có hệ điều
hành và kiến trúc phần cứng thay đổi vẫn thông tin được với nhau. Nó chạy như
một chương trình ứng dụng trên các hệ thóng đó.
Hình A.1 mô tả kiến trúc mạng TCP/IP có so sánh với mô hình tham chiếu
OSI.
Trang 75
Phô lôc
Hình A.1
TCP/IP so sánh với OSI
Hình A.2
TCP/IP tương ứng với tầng 3 và 4 mô hình
OSI
Theo mô hình OSI, mỗi tầng có một giao thức phân biệt. Trong hình ta thấy
sự tương ứng giữa mô hình OSI và mô hình TCP/IP. Trái tim của giao thức
TCP/IP là giao thức tương ứng với tầng 3 và 4 ở mô hình OSI (Hình A.2).
Trang 76
Phô lôc
Giao thức IP tương ứng với giao thức tầng mạng, còn giao thức TCP tương
ứng giao thức tầng giao vận. Các ứng dụng sẽ chạy thẳng trên giao thức này. Các
ứng dụng cụ thể như: truyền file, thư điện tử... Ta thấy giao thức TCP/IP chạy độc
lập với các giao thức tầng liên kết dữ liệu và tầng vật lý. Nó có thể chạy trên mạng
Ethernet, Token Ring, FDDI, đường truyền nối tiếp, X.25...
A.1.1 Giao thức IP
Mục đích của giao thức IP là kết nối các mạng con thành dạng internet để
truyền dữ liệu. Giao thức IP cung cấp bốn chức năng:
- Đơn vị cơ sở cho truyền dữ liệu.
-
Đánh địa chỉ.
Chọn đường.
- Phân đoạn các datagram.
- Đơn vị cơ sở cho truyền dữ liệu.
Mục đích đầu tiên của IP là cung cấp các thuật toán truyền dữ liệu giữa các
mạng. Nó cung cấp một dịch vụ phân phát không kết nối cho các giao thức tầng
cao hơn. Nghĩa là nó không thiết lập phiên (session) làm việc giữa trạm truyền và
trạm nhận. IP gói (encapsulate) dữ liệu và phát nó với một sự nỗ lực nhất. IP
không báo cho người nhận và người gửi về tình trạng gói dữ liệu mà cố gắng phát
nó, do đó gọi là dịch vụ nỗ lực nhất. Nếu tầng liên kết dữ liệu bị lỗi thì IP cũng
không thông báo mà cứ gửi lên tầng trên. Do đó, tới tầng TCP dữ liệu phải được
phục hồi lỗi. Nói cách khác, tầng TCP phải có cơ chế timeout đối với việc truyền
đó và sẽ phải gửi lại (resend) dữ liệu.
Trước khi phát dữ liệu xuống tầng dưới, IP thêm vào các thông tin điều khiển
để báo cho tầng 2 biết có thông báo cần gửi vào mạng. Đơn vị thông tin IP truyền
đi gọi là datagram, còn khi truyền trên mạng gọi là gói. Các gói được truyền với
tốc độ cao trên mạng.
Giao thức IP không quan tâm kiểu dữ liệu trong gói. Các dữ liệu phải thêm
các thông tin điều khiển gọi là đầu IP (IP header). Hình A.3 chỉ ra cách IP gói
thông tin và một đầu gói chuẩn của một datagram IP.
Trang 77
Phô lôc
Hình A.3
Khuôn dạng của IP header
Các trường trong IP header được định nghĩa như sau:
- VERS: Định nghĩa phiên bản hiện thời của IP trên mạng. Phiên bản này là
Version 4 còn phiên bản sau cùng là Verrsion 6.
- HLEN: Chiều dài của đầu IP. Không phải tất cả các trường trong phần đầu
đều được sử dụng. Trường đo bằng đơn vị từ 32 bit. Đầu IP ngắn nhất là 20 bytes.
Nó cũng có thể dài hơn phụ thuộc trường option.
- Service Type: đặc tả các tham số về dịch vụ, có dạng cụ thể như sau:
0
1
2
3
4
5
Precedence
D
T
R
6
7
unused
+ Precedence: Trường này có giá trị từ 0 (mức ưu tiên bình thường) tới 7
(mức kiểm soát mạng) qui định việc gửi datagram. Nó kết hợp với các bit D (trễ),
T (thông lượng), R (độ tin cậy) thành thông tin để chọn đường, được xem như
định danh kiểu dịch vụ (Type of Service - TOS).
+ Bit D – thiết lập là 1 khi yêu cầu trễ thấp.
+ Bit T – yêu cầu thông lượng cao.
+ Bit R – yêu cầu độ tin cậy cao.
Ví dụ, nếu có nhiều đường tới đích, bộ chọn đường sẽ đọc trường này để chọn
một đường. Điều này đã trở nên quan trọng trong giao thức chọn đường OSPF,
Trang 78
Phô lôc
giao thức chọn đường đầu tiên của IP. Nếu giao dịch đã chiếm vị trí truyền file
bạn có thể thiết lập các bit là 0 0 1 để báo rằng bạn không muốn độ trễ thấp và
thông lượng cao nhưng cần độ tin cậy cao. Các trường của TOS được thiết lập bởi
các ứng dụng như (TELNET, FTP) và không chọn đường. Các bộ chọn đường chỉ
đọc trường này và dựa vào đó chọn ra đường tối ưu cho datagram. Nó yêu cầu một
bộ chọn đường có nhiều bảng chọn, mỗi bảng ứng với một kiểu dịch vụ.
- Total length: Đây là chiều dài của datagram đo bằng byte (trường này dài
16 bit do đó khu vực IP datagram dài 65535 byte).
Khi phải truyền một gói từ mạng rất lớn sang mạng khác, bộ chọn đường
TCP/IP phải phân đoạn gói lớn thành các gói nhỏ hơn. Xét ví dụ, truyền một
khung từ mạng Token Ring (kích thước truyền tối đa 4472 byte) tới mạng
Ethernet (tối đa 1518 byte). TCP/IP sẽ thiết lập kích thước gói cho một liên kết.
Nhưng nếu hai trạm đang thông tin bằng nhiều loại phương tiện, mỗi loại hỗ trợ
kích thước truyền khác nhau? Việc phân đoạn thành các gói nhỏ thích hợp cho
truyền trên mạng LAN hoặc mạng LAN phức hợp dùng tầng IP. Các trường sau
được sử dụng để đạt được kết quả này.
- Identification, flags, fregment offset: Các trường này biểu thị cách phân
đoạn một datagram quá lớn. IP cho phép trao đổi dữ liệu giữa các mạng có khả
năng phân đoạn các gói.
Mỗi đầu IP của mỗi datagram đã phân đoạn hầu như giống nhau. Trường
identification để nhận dạng các datagram được phân đoạn từ cùng một datagram
lớn hơn. Nó kết hợp với địa chỉ IP nguồn để nhận dạng.
Trường flags biểu thị:
+ Dữ liệu đang tới có được phân đoạn hay không.
+ Phân đoạn hoặc không đối với một datagram.
Việc phân đoạn rất quan trọng khi truyền trên các mạng có kích thước khung
khác nhau. Ta đã biết cầu (bridge) không có khả năng này. Khi nhận một gói quá
lớn nó sẽ phát (forward) lên mạng và không làm gì cả. Các giao thức tầng trên sẽ
timeout gói và trả lời theo. Khi một phiên làm việc thiết lập, hầu hết các giao thức
có khả năng thương lưọng kích thước gói tối đa mà mỗi trạm có thể quản lý, do đó
không ảnh hưởng tới hoạt động của cầu.
Các trường total length (tổng chiều dài) và fragment offset IP có thể xây dựng
lại một datagram và chuyển nó tới phần mềm tầng cao hơn. Trường total length
biểu thị tổng độ dài của một gói. Trường fragment offset biểu thị độ lệch từ đầu
Trang 79
Phô lôc
gói tới điểm mà tại đó dữ liệu sẽ được đặt vào trong đoạn dữ liệu để xây dựng lại
gói (reconstruction).
- Trường Time to live (TTL): Có nhiều điều kiện lỗi làm cho một gói lặp vô
hạn giữa các router (bộ chọn đường) trên internet. Khởi đầu gói được thiết lập tại
trạm gốc (originator). Các router sử dụng trường này để đảm bảo các gói không bị
lặp vô hạn trên mạng. Tại trạm phát trường này được thiết lập thời gian là một số
giây, khi datagram qua mỗi router trường này sẽ bị giảm. Với tốc độ hiện nay của
các router thường giảm. Một thuật toán là router đang nhận sẽ ghi thời gian một
gói đến, và sau đó, khi phát (forward) gói, router sẽ giảm trường này đi một số
giây mà datagram phải đợi để được phát đi. Không phải tất cả các thuật toán đều
làm việc theo cách này. Thời gian giảm ít nhất là 1 giây. Router giảm trường này
tới 0 sẽ huỷ gói tin và báo cho trạm gốc đã phát đi datagram.
Trường TTL cũng được thiết lập một thời gian xác định (ví dụ số khởi tạo
thấp nhất 64) để đảm bảo một gói tồn tại trên mạng trong một khoảng thời gian
xác định. Nhiều router cho phép người quản trị mạng thiết lập trường này một số
bất kỳ từ 0 đến 255.
- Trường Protocol: Trường này dùng để biểu thị giao thức mức cao hơn IP
(ví dụ TCP hoặc UDP). Có nhiều giao thức tồn tại trên giao thức IP. IP không
quan tâm tới giao thức đang chạy trên nó. Thường các giao thức này là TCP hoặc
UDP. Theo thứ tự IP biết phải chuyển đúng gói tin tới đúng thực thể phía trên, đó
là mục đích của trường này.
- Trường Checksum: Đây là mã CRC _16 bit (kiểm tra dư thừa vòng). Nó
đảm bảo tính toàn vẹn (integrity) của header. Một số CRC được tạo ra từ dữ liệu
trong trường IP data và được đặt trong trường này bởi trạm truyền (transmitting
station). Khi trạm nhận đọc dữ liệu, nó sẽ tính số CRC. Nếu hai số CRC không
giống nhau, có một lỗi trong header và gói tin sẽ bị huỷ. Khi mỗi router nhận được
datagram, nó sẽ tính lại checksum. Bởi vì, trường TTL bị thay đổi bởi mỗi router
khi datagram truyền qua.
- Trường IP option: Về cơ bản, nó gồm thông tin về chọn đường (source
routing), tìm vết (tracing a route), gán nhãn thời gian (time stamping) gói tin khi
nó truyền qua các router và các đầu mục bí mật quân sự. Xin xem phần tham khảo
ở cuối cuốn sách. Trường này có thể có hoặc không có trong header (nghĩa là cho
phép độ dài header thay đổi).
- Các trường IP source và IP destination address (địa chỉ nguồn và đích):
Rất quan trọng đối với người sử dụng khi khởi tạo trạm làm việc của họ hoặc cố
Trang 80
Phô lôc
truy nhập các trạm khác không sử dụng dịch vụ tên miền (DNS) hoặc cập nhật file
host (up-to-date host file). Nó cho biết địa chỉ trạm đích gói tin phải tới và địa chỉ
trạm gốc đã phát gói tin.
Tất cả các host trên internet dược định danh bởi địa chỉ. Địa chỉ IP rất quan
trọng sẽ được bàn tới đầy đủ dưới đây.
A.1.2 Địa chỉ IP và giao thức phân giải địa chỉ
ARP
Ta đã biết với mạng Ethernet và Token Ring có các địa chỉ MAC. Với giao
thức TCP/IP các host được định danh bởi địa chỉ IP 32-bit. Đây được xem như
một giao thức địa chỉ.
Mục đích đánh địa chỉ để IP thông tin với các host trên mạng hoặc internet.
Địa chỉ IP xác định cả nút đặc biệt và số hiệu mạng của nó. Địa chỉ IP dài 32 bit
chia làm 4 trường, mỗi trường 1 byte. Địa chỉ này có thể biểu diễn dưới dạng thập
phân, cơ số 8, 16 và nhị phân. Thường địa chỉ IP viết dưới dạng thập phân cùng
các dấu chấm.
Có hai cách gán địa chỉ IP, phụ thuộc cách kết nối của bạn. Nếu bạn nối với
internet, địa chỉ mạng được gán thông qua điều hành trung tâm, như trung tâm
thông tin mạng (Network Information Center - NIC). Nếu bạn không nối với
internet, địa chỉ IP của bạn được gán một cách địa phương thông qua người quản
trị mạng của bạn.
Khi NIC gán địa chỉ mạng của bạn, đó chỉ là số hiệu mạng còn phần địa chỉ
host được gán một cách địa phương bởi người quản trị mạng.
XNS sử dụng địa chỉ MAC 48-bit như địa chỉ host của nó. IP được phát triển
trước khi có LAN tốc độ cao, do đó, nó có sơ đồ số hiệu của riêng nó. Địa chỉ IP
tương thích với địa chỉ tầng vật lí của Ethernet và Token Ring.
+ Khuôn dạng địa chỉ IP
Mỗi host trên mạng TCP/IP có một định danh duy nhất tậi tầng IP với một địa
chỉ có dạng <netid, hostid>. Toàn bộ địa chỉ thường dùng để định danh một host,
không có sự tách biệt giữa các trường. Thực tế, khó phân biệt giữa các trường khi
không viết tách. Dạng tổng quát của địa chỉ IP có dạng:
<Network Number, Host Number>
+ Các lớp IP (IP classes):
Trang 81
Phô lôc
128.4.70.9 là một ví dụ địa chỉ IP. Nhìn vào dịa chỉ này khó mà biết được đâu
là phần số hiệu mạng, đâu là phần số hiệu host. Địa chỉ IP gồm 4 byte, phần số
hiệu mạng có thể chiếm một, hai hoặc ba byte đầu, phần còn lại là số hiệu host.
Tuỳ thuộc vào điều đó, địa chỉ IP chia làm 5 lớp: A, B, C, D, và E. Các lớp A, B
và C được sử dụng cho địa chỉ mạng và host. Lớp D là kiểu địa chỉ đặc biệt dùng
cho multicast. Lớp E được để giành. Việc xác định lớp địa chỉ nào, độ dài phần số
hiệu mạng bằng phần mềm.
+ Định danh lớp IP: Phần mềm IP sẽ xác định lớp định danh mạng bằng
phương pháp đơn giản là đọc các bit đầu của trường đầu tiên của mỗi gói. Chuyển
địa chỉ IP sang dạng nhị phân tương ứng. Nếu bit đầu tiên là 0 thì đó là địa chỉ lớp
A. Nếu là 1 đọc bit tiếp theo. Nếu bit này là 0 thì đó là địa chỉ lớp B. Nếu là 1 đọc
tiếp bit thứ ba. Bit này bằng 0 là địa chỉ lớp C, nếu bằng 1 là địa chỉ lớp D và được
dùng cho multicast.
Lớp A: Địa chỉ lớp A chỉ sử dụng byte đầu cho số hiệu mạng, ba byte sau cho
địa chỉ host. Địa chỉ lớp A cho phép phân biệt 126 mạng, mỗi mạng tới 16 triệu
host ứng với 24 bits. Tại sao chỉ có 126 mạng ứng với 8 bit? Thứ nhất, 127.x
(01111111 nhị phân) được giành cho chức năng loop-back nên không gán cho số
hiệu mạng. Thứ hai, bit đầu tiên thiết lập 0 để nhận dạng lớp A. Địa chỉ mạng lớp
A thường trong phạm vi từ 1 tới 126, còn ba byte cuối được gán một cách địa
phương cho các host. Địa chỉ lớp A có dạng:
<số hiệu mạng.host.host.host>
Lớp B: Địa chỉ lớp B dùng hai byte đầu cho số hiệu mạng và hai byte cuối
giành cho số hiệu host. Nó được nhận dạng bởi hai bit đầu tiên là 10. Cho phép
phân biệt 16384 số hiệu mạng, mỗi mạng tới 65354 host. Do đó dịch địa chỉ số
hiệu mạng từ 128 tới 191. Nên nó sẽ có dạng:
<số hiệu mạng.số hiệu mạng.host.host>
Lớp C: Địa chỉ lớp C sử dụng ba byte đầu cho số hiệu mạng và byte cuối cho
địa chỉ host. Nhận dạng bởi ba bit đầu tiên là 110. Cho phép địa chỉ mạng trong
phạm vi 192-223 của trường thứ nhất. Do đó có tới hai triệu mạng và mỗi mạng có
thể chứa 254 host. Thường địa chỉ lớp C được gán bởi NIC. Nó có dạng:
<số hiệu mạng. số hiệu mạng. số hiệu mạng.host>
Ví dụ:
(192.1.1.1) nút được gán định danh host là 1 đặt ở mạng lớp C là 192.1.1.0
Trang 82
Phô lôc
(150.150.5.6) nút được gán định danh host là 5.6 đặt ở mạng lớp B là
150.150.0.0
(9.6.7.8) nút được gán định danh host là 6.7.8 đặt ở mạng lớp A 9.0.0.0
+ Các hạn chế của địa chỉ IP:
- Địa chỉ IP không thể đặt bốn bit đầu tiên 1111 vì dành cho lớp E.
-
Địa chỉ lớp A là 127.x cho hàm đặc biệt loop-back. Do đó các tiến trình
cần truyền thông qua TCP mà ở lại trên cùng host, sẽ không gửi các gói ra ngoài
mạng. x thường được thiết lập 0, mặc dù có thể thiết lập 1. Các router nhận một
datagram theo cách này sẽ hủy gói.
- Các bit xác định địa chỉ cổng host và mạng có thể không thiết lập tất cả
1để biểu thị một địa chỉ riêng. Đây là một địa chỉ đặc biệt đặc trưng cho một gói
broadcast tới tất cả các host trên mạng. Các địa chỉ broadcast biểu diễn cho mỗi
host trên mạng nhận và dịch datagram. Nếu mỗi byte của địa chỉ IP toàn là 1được
xem như limited broadcast. Các router sẽ không phát datagram broadcast limited.
Nó có dạng 255.255.255.255. Các router sử dụng địa chỉ kiểu này để cập nhật các
router khác cùng số hiệu mạng và cập nhật hop-count.
- Dạng broadcast khác là khi phần địa chỉ số hiệu mạng thiết lập một địa
chỉ xác định, phần địa chỉ host toàn số 1, gọi là broadcast trực tiếp. Các router sẽ
phát đi các datagram loại này. Ví dụ 128.1.255.255 được gửi tới tất cả các trạm
trên mạng có số hiệu 128.1.0.0.
- Các địa chỉ có phần số hiệu mạng toàn số 0 là để thay thế cho mạng này.
Ví dụ 0.0.0.120 nghĩa là số hiệu host 120 trên mạng này.
- Có một dạng broadcast được hiểu như all-0s broadcast. Có dạng 0.0.0.0
được dùng để biểu diễn lỗi bộ chọn đường.
Các địa chỉ lớp D hoặc multicast dùng để gửi một IP datagam tới một nhóm
các host trên mạng. Điều này chứng tỏ rằng có ích hơn khi các router cập nhật. Có
một cách khác hiệu quả hơn, dùng một địa chỉ broadcast, khi đó các phần mềm
lớp trên sẽ ít bị ngắt hơn mỗi khi có gói broadcast tới.
Các địa chỉ không bao giờ được vượt ra ngoài phạm vi 255.
A.1.3 IPv6
IPv6 là tập hợp những đặc tả về nâng cấp IPv4 và được IETF soạn thảo. Nó
được coi là giao thức Internet thế hệ mới và được thiết kế để những gói thông tin
được định dạng cho IPv4 có thể làm việc được. Những giới hạn về dung lượng địa
chỉ và tốc độ tìm đường thấp đã thúc đẩy việc phát triển IPv6. Với dung lượng 128
Trang 83
Phô lôc
bit và cách đánh địa chỉ đơn giản hơn, giao thức mới này sẽ giải quyết phần nào
những vấn đề trên. Các tính năng được tăng cường khác là mã hoá 64 bit và tự
động cấu hình được thiết kế sẵn của địa chỉ IP. Khuôn dạng của IPv6 header được
miêu tả ở hình A.4.
Hình A.4: Khuôn dạng của IPv6 header
Tính năng tăng cường của IPv6 so với IPv4:
- Mở rộng địa chỉ và tính năng dẫn đường: Kích thước địa chỉ IP lên đến
128 đảm bảo rằng IPv6 sẽ là giao thức Internet lâu dài. Khả năng mở rộng
của việc định tuyến một chiều được cải tiến để truyền một cách hiệu quả
các ứng dụng băng thông cao như video và audio.
- Tốc độ mạng: Những thay đổi thực hiện trong định dạng địa chỉ giúp giảm
yêu cầu về băng thông và cho phép tăng tính hiệu quả và linh hoạt của
việc định tuyến và phát tiếp thông tin.
- Khả năng bảo mật thiết kế sẵn: Những mở rộng để hỗ trợ khả năng kiểm
tra tính hợp lệ, tích hợp và bảo mật dữ liệu là một phần của IPv6.
Khả năng gán mức ưu tiên cho các gói thông tin: Các gói thông tin có thể
được gắn nhãn để được thao tác đặc biệt, chẳng hạn “độ ưu tiên”. Gói thông tin về
hội đàm video có thể có độ ưu tiên cao hơn gói về mail thông thường.
IETF chịu trách nhiệm thúc đẩy và thực hiện IPv6. Tổ chức này cũng đã có kế
hoạch hiện thực và môi trường thử nghiệm gọi là 6bone, đặt tại Uc và hiện liên kết
những thiết bị IPv6 trên 32 quốc gia.
Thách thức mà IETF phải giải quyết là hoàn tất việc chuyển đổi sang IPv6
trước khi IPv4 đổ vỡ. Họ cũng đã có kế hoạch thực hiện từng bước quá trình
Trang 84
Phô lôc
chuyển đổi này. Sẽ có giai đoạn mà cả hai giao thức cùng tồn tại trên Internet công
cộng. Các chuyên gia ước tính quá trình chuyển đổi này mất khoảng 4 đến 10
năm.
A.1.4 Giao thức TCP và UDP
A.1.4.1 Giao thức TCP
TCP là một giao thức "Có liên kết", nghỉa là cần phải thiết lập liên kết logic
giữa một cặp thực thể TCP trước khi chúng trao đổi dữ liệu với nhau.
Khuôn dạng của TCP header được mô tả trong Hình A.5.
Hình A.5
Khuôn dạng của TCP header
Các tham số trong khuôn dạng trên có ý nghĩa như sau:
- Source Port: số hiệu cổng của trạm nguồn.
- Destination Port: số hiệu cổng của trạm đích.
Sequence Number: số hiệu của byte đầu tiên của segment trừ khi bit SYN
được thiết lập. Nếu bít SYN được thiết lập thì Sequence Number là số hiệu tuần tự
khởi đầu (ISN) và byte dữ liệu đầu tiên là ISN+1. Tham số này có vai trò như
tham số N(S) trong HDLC.
Trang 85
Phô lôc
- Acknowledgement Number: số hiệu của segment tiếp theo mà trạm nguồn
đang chờ để nhận, ngầm ý báo nhận tốt các segment mà trạm đích đã gửi cho trạm
nguồn. Tham số này có vai trò như tham số N(R) trong HDLC.
- Data offset: số lượng từ (32 bít) trong TCP header.
- Reserved: dành để dùng trong tương lai.
- Control bit: các bít điều khiển:
- URG: vùng trỏ khẩn có hiệu lực.
- ACK: vùng báo nhận có hiệu lực.
- PSH: chức năng PUSH.
- RST: khởi động lại liên kết.
- SYN: đồng bộ hoá các số hiệu tuần tự.
- FIN: không còn dữ liệu từ trạm nguồn.
- Window: cấp phát credit để kiểm soát luồng dữ liệu. Đây chính là số lượng
các byte dữ liệu, bắt đầu từ byte được chỉ ra trong vùng ACK number mà trạm
nguồn đã sẵn sàng để nhận.
- Checksum: mã kiểm soát lỗi cho toàn bộ segment.
- Urgent Pointer: con trỏ này trỏ tới số hiệu tuần tự của byte đi theo sau dữ
liệu khẩn, cho phép bên nhận biết được độ dài của dữ liệu khẩn. Vùng này chỉ có
hiệu lực khi bit URG được thiết lập.
- Options: khai báo các Options của TCP, trong đó có độ dài tối đa của vùng
TCP data trong một segment.
- Padding: phần chèn thêm vào header để bảo đảm phần header luôn kết thúc
ở một mốc 32 bít. Phần thêm này gồm toàn số 0.
- TCP data: (độ dài thay đổi) chứa dữ liệu của tầng trên, có độ dài tối đa
ngầm định là 536 bytes. Giá trị này có thể điều chỉnh bằng cách khai báo trong
vùng Options.
Một tiến trình ứng dụng trong một host truy nhập vào các dịch vụ của TCP
cung cấp thông qua một cổng. Một cổng kết hợp với một địa chỉ IP tạo thành một
socket duy nhất trong liên mạng. Dịch vụ TCP được cung cấp nhờ một liên kết
lôgic giữa một cặp socket. Một socket có thể tham gia nhiều liên kết với các
socket ở xa khác nhau. Trước khi truyền dữ liệu giữa 2 trạm cần phải thiết lập một
liên kết TCP giữa chúng và khi không còn nhu cầu truyền dữ liệu thì liên kết đó
được giải phóng. Cũng như ở các giao thức khác, các thực thể ở tầng trên sử dụng
TCP thông qua các hàm dịch vụ nguyên thuỷ.
Trang 86
Phô lôc
A.1.4.2 Giao thức UDP
UDP là giao thức "không liên kết" được sử dụng thay thế cho TCP ở trên IP
theo yêu cầu của ứng dụng. Khác với TCP, UDP không có các chức năng thiết lập
và giải phóng liên kết, tương tự như IP. Nó cũng không cung cấp các cơ chế báo
nhận, không xắp xếp tuần tự các đơn vị dữ liệu đến và có thể dẫn đến tình trạng
mất hoặc trùng dữ liệu mà không hề có thông báo lỗi cho người gửi. UDP cũng
cung cấp cơ chế gán và quản lý các số hiệu cổng để định danh duy nhất cho các
ứng dụng chạy trên trạm của mạng. Do ít chức năng phức tạp nên UDP có xu thế
hoạt động nhanh hơn so với TCP. Nó thường được dùng cho các ứng dụng không
đòi hỏi độ tin cậy cao trong giao vận. Khuôn dạng của UDP datagram có các vùng
tham số đơn giản hơn nhiều so với TCP segment, được miêu tả trong hình A.6.
Hình A.6
Khuôn dạng của UDP header
Giao thức UDP chạy ngay bên dưới giao thức RTP. Cả hai giao thức RTP và
UDP tạo nên một phần chức năng của tầng giao vận.
A.2 Giao thức điều khiển gateway MGCP
A.2.1 Giới thiệu
MGCP (Media Gateway Control Protocol) do IETF khuyến nghị dựa trên hai
giao thức SGCP (Simple Gateway Control Protocol) và IPDC (Internet Protocol
Device Control), dùng để điều khiển giữa gateway và các thiết bị ngoại vi.
MGCP giả định rằng gateway chỉ điều khiển những cuộc gọi thông thường,
còn việc điều khiển cuộc gọi “thông minh” do các phần tử khác điều khiển. Các
phần tử điều khiển cuộc gọi này sẽ tự điều khiển và đồng bộ lẫn nhau để gửi các
Trang 87
Phô lôc
lệnh liên kết tới gateway. MGCP thực chất là một giao thức chủ/tớ nơi mà các
gateway thực hiện các lệnh do gatekeeper gửi tới.
MGCP đưa ra một phương thức kết nối mà các điểm cuối và kết nối là những
phần tử cơ bản. Các điểm cuối là các nguồn hoặc kho dữ liệu, có thể là vật lý hoặc
ảo. Các kết nối có thể là kiểu Điểm tới điểm hoặc kiểu đa điểm. Kết nối điểm điểm là sự liên kết giữa hai điểm cuối để truyền dữ liệu giữa chúng. Kết nối giữa
điểm cuối và một vùng đa điểm gọi là kết nối đa điểm.
Các kết nối có thể được thiết lập thông qua vài kiểu mạng sau:
Sử dụng RTP và UDP qua mạng TCP/IP để truyền gói tin âm thanh.
Sử dụng AAL2 hoặc lớp thích ứng khác qua mạng ATM để truyền gói tin âm
thanh.
Truyền các gói tin thông qua kết nối nội bộ.
Đối với các kết nối điểm - điểm, các điểm cuối của kết nối có thể ở trên cùng một
gateway hoặc ở các gateway khác nhau.
A.2.2 So sánh với H.323
MGCP là giao thức nội bộ của mạng IP, được sử dụng để trao đổi số liệu giữa
gateway và gatekeeper nhằm hỗ trợ cho việc khởi tạo, giám sát, giải phóng,... kết
nối giữa các điểm cuối. Còn H.323 là một hệ thống bao gồm nhiều phần tử như :
gatekeeper, gateway, thiết bị đầu cuối,... và nó cung cấp các tiêu chuẩn nén/dãn dữ
liệu âm thanh, hình ảnh,... còn các vấn đề liên quan tới báo hiệu, điều khiển,... dựa
trên các khuyến nghị H.225, H.245. Xét về mặt hệ thống thì MGCP thuần tuý là
giao thức điều khiển và báo hiệu, hỗ trợ cho các ứng dụng đa dịch vụ trong việc
thiết lập và điều khiển kết nối, còn H.323 là hệ thống bao gồm nhiều tiêu chuẩn
cho các thiết bị đầu cuối VoIP, H.323 sử dụng các tiêu chuẩn khác như : H.225,
H.245 làm giao thức báo hiệu và điều khiển cho việc thiết lập, quản lý và giám sát
các kết nối.
Về báo hiệu : cả H.323 và MGCP đều hỗ trợ các chức năng điều khiển và
quản lý thiết lập kết nối, như : giữ kết nối (call hold), chuyển kết nối (call
transfer), chờ thực hiện kết nối (call waiting),...
Hỗ trợ QoS : Về bản chất, chất lượng dịch vụ QoS chính là sự thể hiện về
mặt định lượng đặc trưng lưu lượng số liệu đa dịch vụ thông qua các đại lượng
hiệu suất, ví dụ : giải thông, độ trễ, biến thiên độ trễ, lỗi bít,... Ngoài những thông
số trên, độ trễ thiết lập kết nối cũng có ảnh hưởng quan trọng đến việc đảm bảo
QoS.
Trang 88
Phô lôc
H.323 quy định chi tiết các chức năng điều khiển và quản trị băng thông cho
gatekeeper, bao gồm chuyển đổi địa chỉ, điều khiển truy nhập và quản trị băng
thông. Thực chất đây chính là các chức năng hỗ trợ cho đảm bảo QoS. Trong khi
MGCP không định nghĩa bất cứ một chức năng hỗ trợ đảm bảo QoS nào.
Phát hiện và khắc phục lỗi : Cả H.323 lẫn MGCP đều cung cấp cơ chế phát
hiện và khắc phục lỗi. H.323 sử dụng các timer khác nhau để giám sát việc phát
nhận các thông báo điều khiển thiết lập kết nối, trước khi thực hiện việc phát lại.
Chỉ sau một số lần phát lại được qui định mà vẫn không nhận đúng thông báo trả
lời, kết nối TCP mới được sử dụng. Đối với MGCP , thông qua gateway,
gatekeeper thường xuyên giám sát và cập nhật trạng thái các điểm cuối.
Gatekeeper cập nhật các trường hợp đặc biệt (dễ gây ra lỗi) vào danh sách cách ly
để giám sát, theo dõi và thông báo cho trạm điều khiển. MGCP đưa ra một số
phương pháp để xác định và khắc lỗi như định tuyến lại, xử lý lệnh không tuần tự,
xử lý khởi động đồng thời,...
A.3 Giao thức điều khiển thiết lập cuộc gọi SIP
A.3.1 Chức năng của SIP
SIP là giao thức điều khiển lớp ứng dụng để thiết lập, sửa đổi và kết thúc các
phiên hội nghị đa dịch vụ hoặc thoại. SIP có thể được sử dụng để khởi động các
phiên cũng như bổ xung các bên vào phiên đã thông báo và thiết lập trước. Các
phiên có thể được thông báo để sử dụng các giao thức quảng bá như : SAP, thư
điện tử, các thư mục hoặc trang web (LDAP) trong số những giao thức khác.
SIP hỗ trợ việc gán tên và các dịch vụ phát lại, cho phép triển khai các dịch vụ
điện thoại thông minh và ISDN.
SIP hỗ trợ 5 yếu tố trong việc thiết lập và huỷ bỏ việc truyền tin đa dịch vụ:
- Định vị người sử dụng : Xác định hệ thống cuối.
- Khả năng người dùng : Xác định phương tiện và thông số của nó.
- Tính sẵn sàng của người dùng : Xác định sự sẵn sàng của phía bị gọi đã
đăng ký truyền tin.
-
Thiết lập cuộc gọi : Thiết lập các thông số cuộc gọi cả phía chủ gọi lẫn bị
gọi.
- Điều khiển cuộc gọi : Bao gồm việc truyền và huỷ cuộc gọi.
SIP có thể kích hoạt các cuộc gọi đa bên nhờ khối điều khiển đa điểm (MCU)
hoặc liên kết đầy mạng thay cho việc phát theo địa chỉ (Multicast). SIP còn có thể
Trang 89
Phô lôc
thiết lập cuộc gọi giữa mạng điện thoại công cộng (PSTN) và mạng điện thoại
internet.
SIP cũng có thể được sử dụng cùng với các giao thức báo hiệu và thiết lập
cuộc gọi khác để khởi tạo, giám sát cũng như giải phóng kết nối cho các điểm
cuối. Chẳng hạn, để thiết lập cuộc gọi đầu tiên dùng SIP để xác định các bên tham
gia vào cuộc gọi này có tương thích với yêu cầu H.323 không, lấy địa chỉ đầu cuối
và trạm trung chuyển H.245, và sau đó sử dụng giao thức H.245.0 để thiết lập
cuộc gọi.
SIP không cung cấp các dịch vụ hội nghị (như : điều khiển phòng họp hoặc
bầu cử), nó cũng không quy định cách thức điều khiển dịch vụ hội nghị. Tuy
nhiên, SIP có thể được sử dụng để thực hiện các giao thức điều khiển dịch vụ hội
nghị.
A.3.2 Vận hành SIP
SIP hoạt động theo mô hình trạm làm việc và máy phục vụ (Client/Server).
Cả phía chủ gọi lẫn bị gọi đều được xác định bởi địa chỉ SIP. Khi thực hiện cuộc
gọi SIP, chủ gọi sẽ định vị máy chủ thích hợp để gửi một yêu cầu SIP. Hầu hết sự
hoạt động của SIP là gửi đề nghị INVITE tới bị gọi để mời tham gia vào cuộc gọi
(đa dịch vụ). Sau khi bị gọi chấp thuận thì chủ gọi hoặc sẽ gửi trả lời ACK ghi
nhận và cuộc gọi bắt đầu, hoặc sẽ gửi BYE để hủy bỏ. Chủ gọi có thể gửi yêu cầu
SIP trực tiếp tới bị gọi hoặc gửi chuyển tiếp qua Server khác.
A.3.3 So sánh với H.323
SIP đơn giản hơn nhiều so với H.323. Để hoạt động, H.323 phải sử dụng các
giao thức khác nhau như : RTP/RTCP - Giao vận số liệu, H.225.0 và Q.931 - để
báo hiệu và thiết lập cuộc gọi, H.245 - để dàn xếp dạng đầu cuối. Trong khi đó
SIP do được thiết kết theo mô hình Client/Server sử dụng các bản tin dạng văn
bản, nên thủ tục xử lý truyền tin đa dịch vụ đơn giản và sáng sủa hơn nhiều so với
H.323. Tập bản tin của SIP chỉ bao gồm 6 loại : INVITE, ACK, CANCEL, BYE,
REGISTER và OPTIONS nghĩa là ít hơn rất nhiều so với H.323. Như vậy để hỗ
trợ cho việc thiết lập một cuộc gọi, SIP chỉ cần 2 trao đổi (Trường hợp UAC đã
đăng ký với UAS), đối với H.323 ít nhất là 8 trao đổi. Tuy nhiên cấu trúc các bản
tin của SIP lại quá phức tạp so với H.323, vì thế để thực hiện được một trao đổi
SIP các UAC và UAS phải có sự sắp xếp và khởi tạo các bản tin trước khi gửi đi,
Trang 90
Phô lôc
đối với H.323 khi nhận được tín hiệu yêu cầu là gần như nó có tín hiệu trả lời
ngay lập tức. Nói chung hạ tầng H.323 có thể đáp ứng các yêu cầu bảo đảm chất
lượng dịch vụ của ứng dụng thời thực tốt hơn so với SIP. Tuy nhiên nếu các ứng
dụng loại này có những thuật toán tìm đường và mô phỏng lưu lượng tối ưu thì
SIP có vẻ như chiếm ưu thế hơn H.323.
Về báo hiệu: cả H.323 và SIP đều hỗ trợ các chức năng điều khiển và quản lý
thiết lập kết nối, như : khởi tạo kết nối (call set-up), giữ kết nối (call hold), chuyển
kết nối (call transfer), chờ thực hiện kết nối (call waiting),...
Hỗ trợ QoS: H.323 quy định chi tiết các chức năng điều khiển và quản trị
băng thông cho gatekeeper, bao gồm chuyển đổi địa chỉ, điều khiển truy nhập và
quản trị băng thông. Thực chất đây chính là các chức năng hỗ trợ cho đảm bảo
QoS. Trong khi SIP không định nghĩa bất cứ một chức năng hỗ trợ đảm bảo QoS
nào.
Phát hiện và khắc phục lỗi: Cả H.323 lẫn SIP đều cung cấp cơ chế phát hiện
và khắc phục lỗi. H.323 sử dụng các timer khác nhau để giám sát việc phát nhận
các thông báo điều khiển thiết lập kết nối, trước khi thực hiện việc phát lại. Chỉ
sau một số lần phát lại được qui định mà vẫn không nhận đúng thông báo trả lời,
kết nối TCP mới được sử dụng. Đối với SIP qui định thực thể UA tự động phát lại
sau mỗi 0,5s cho đến khi nhận được thông báo trả lời “ứng xử đúng”; thực thể NS
tự động phát lại thông báo “trạng thái cuối cùng OK” cho đến khi nhận được
thông báo trả lời ACK.
Trang 91
Phô lôc
Phụ lục B Từ viết tắt
ACELP
ADPCM
ARP
ATM
CQ
Algebraic Code Excited Linear Prediction
Adaptive Difference PCM
Address Resolution Protocol
CRTP
CT
CTI
DSCP
ECTF
ETSI
FIFO
GSM
GSTN
Compress Realtime Transport Protocol
Computer Telephony
Computer Telephony Intergration
Diff Serv Code Point
Enterprise Computer Telephony Forum
European Telecommunications Standards Institude
First In First Out
Global System for Mobile
General Switched Telephone Network
IETF
IP
ISDN
ISP
ITSP
Internet Enginerring Task Force
Internet Protocol
Integrated Service Network
Internet Service Provider
Internet Telephone Service Provider
Asynchronous Transfer Mode
Custom Queuing
Trang 92
Phô lôc
ITU
ITU-T
International Telecommunication Union
International Telecommunication Union-Telecommunication
LAN
Standardization
Local Area Network
Link Fragment and Interleaving
LFI
MC
MCU
PCM
PQ
PSTN
QoS
RAS
RSVP
RTCP
RTP
SAP
SCN
SIP
SS7
TCP
TDM
ToS
UDP
VoIP
VPN
WAN
WFQ
Multipoint Controller
Multipoint Control Unit
Pulse Code Modulation
Priority Queuing
Public Switched Telephone Network
Quality of Service
Registration, Admission and Status
Resource Reservation Protocol
RTP Coltrol Protocol
Realtime Transport Protocol
Service Access Point
Switched Circuit Network
Session Initiation Protocol
Signaling System 7
Transport Control Protocol
Time Division Multiplexing
Type of Service
User Datagram Protocol
Voice over IP
Virtual Private Network
Wide Area Network
Weighted Fair Queuing
Trang 93
Phô lôc
Phụ lục C Tài liệu tham khảo
[1]7 kHz Audio - Coding Within 64 KBIT/S: ITU-T Recommendation G.722
[2]7 kHz Audio - Coding Within 64 KBIT/S Annex A: ITU-T
Recommendation G.722 – Annex A
[3]A Primer on the T.120 Series Standards: A Databeam Coporation White
Paper
[4]Các dịch vụ thời gian thực trên mạng Internet: KS. Trịnh Bảo Khánh
[5]Chất lượng dịch vụ thoại qua IP - Mô hình đang thay đổi: Ngô Vân Anh "Thông tin Khoa học kỹ thuật và Kinh tế Bưu Điện" 3/2001
[6]Coding of Speech at 8 kbit/s Using CS-ACELP: ITU-T Recommendation
G.729
[7]Coding of Speech at 8 kbit/s Using CS-ACELP: ITU-T Recommendation
G.729 – Annex A
[8]Coding of Speech at 16 kbit/s Using Low-Delay Code Excited Linear
Prediction: ITU-T Recommendation G.728
[9]Coding of Speech at 16 kbit/s Using Low-Delay Code Excited Linear
Prediction Annex G: ITU-T Recommendation G.728 – Annex G
[10]Coding of Speech at 16 kbit/s Using Low-Delay Code Excited Linear
Prediction Annex H: ITU-T Recommendation G.728 – Annex H
[11]Con đường đi đến tháng 6 của dịch vụ VoIP: Huệ Anh-"Bưu Điện Việt
Nam" số 14
Trang 94
Phô lôc
[12]Dual Rate Speech Conderfor Multimedia Communications Transmitting
at 5.3 and 6.3 kbit/s: ITU-T Recommendation G.723.1
[13]Điện thoại di động trực tiếp nối mạng Internet đã có tại Việt Nam: "Thời
báo tài chính Việt Nam" 14/6/2000
[14]Điện thoại trong Intranet: PC World 1/1997
[15]Hệ thống địa chỉ sử dụng cho điện thoại IP: Đinh Quang Trung-Luận văn
cao học khoa"Công nghệ thông tin"
[16]Internet thế hệ mới: PC World 3/1998
[17]IP Telephone Design and Implementation Issues: William E. Witowsky in
Telogy Networks, Inc.
[18]IP Telephony - Điện thoại Internet:
http://ww.vnpt.com.cn/vnpt/science_technology/IP/dthoai.htm
[19]IPv6: PC World 12/1998
[20]Lan Times Guide to Telephony: David D. Bezar
[21]Một số nét về quá trình phát triển của điện thoại Internet: Nguyễn Đức
Kiên-"Chuyên đề Internet" 11/2000
[22]Pulse Code Modulation (PCM) Of Voice Frequencies: ITU-T
Recommendation G.711
[23]Quality of Service in IP Networks: Grenville Armitage
[24]RTP Profile for Audio and Video Conferences: RFC 1890
[25]Session Initiation Protocol (SIP): RFC 2543
[26]Speech Performance: Appendix II to ITU-T Recommendation G.728
[27]The Recommendation for the IP Next Generation Protocol: RFC 1752
[28]Thị trường điện thoại IP trên thế giới: Cao Mạnh Hùng-"Bưu điện Việt
Nam" 23/3/2000
[29]Tích hợp điện thoại với máy tính: PC World 9/1996
[30]Voice over Data Networks: Gilbert Held
[31]Voice over IP: Trần Phương Đức-Luận văn cao học khoa "Điện tử Viễn
thông"
[32]Voice over IP: Hoàng Xuân Tùng-Đồ án tốt nghiệp khoa "Điện tử Viễn
thông"
[33]Voice over IP: Kim Thanh Tùng -Lương Ngọc Tuấn ĐT2-K41
[34]Voice over IP (Internet Protocols, Rsvp, IPv6): VoIP Chapter 30, 43, 46
Sysco System
Trang 95
Phô lôc
[35]Voice over IP : Protocols and Standards: Rakesh Arora, [email protected]
[36]Voice over IP: Products, Services and Issues: Vinodkrishnan Kulathumani,
[email protected]
[37]Voice over IP: Strategies for the Converged Network: Mark A. Miller, P.E.
[38]Voice-Fax over IP: MICOM Communication Corp.
Trang 96
Phụ lục A Các giao thức liên quan đến VoIP
A.1 Bộ giao thức TCP/IP
Bộ giao thức TCP/IP được thiết kế để giao tiếp giữa các hệ máy tính khác
loại. Nó được phát triển từ một dự án của Bộ quốc phòng Mỹ có tên Advanced
Research Projects Agency (DARPA).
Có nhiều lý do để TCP/IP trở nên phổ biến, trong đó có hai lý do chính. Thứ
nhất, DARPA đã cung cấp một khối lượng lớn để bộ giao thức này trở thành một
phần của hệ thống UNIX của Berkeley. Khi TCP/IP dược giới thiệu ra thị trường
thương mại, UNIX đã luôn kể về nó. Berkeley UNIX và TCP/IP trở thành hệ điều
hành và giao thức chuẩn cho lựa chọn của các trường đại học tổng hợp. Tại đây,
nó được sử dụng với các trạm làm việc trong kỹ thuật và nghiên cứu môi trường.
1983, chính phủ Mỹ đề xuất các mạng của chính phủ dùng giao thức TCP/IP.
Lý do thứ hai là khả năng của giao thức cho phép các hệ máy tính khác loại
giao tiếp với nhau thông qua mạng. Khi TCP/IP tràn vào, các giao thức khác vẫn
còn rất phổ biến với các nhà cung cấp LAN. Các giao thức này đã hạn chế những
NSD bởi vì giao thức phụ thuộc người bán.
TCP/IP làm cho các máy tính và các hệ điều hành khác loại hoạt động đan
xen nhau. Ví dụ, hệ thống DEC chạy hệ điều hành VMS kết hợp với TCP/IP (như
hệ điều hành mạng) có thể truyền thông với trạm của SUN Microsystem UNIX
đang chạy TCP/IP. Khi hoạt động như vậy, TCP/IP không làm ảnh hưởng tới cấu
trúc phần cứng và hệ điều hành của các máy tính thành phần.
TCP/IP đã phát triển trên một kiến trúc cho phép các máy tính có hệ điều
hành và kiến trúc phần cứng thay đổi vẫn thông tin được với nhau. Nó chạy như
một chương trình ứng dụng trên các hệ thóng đó.
Hình A.1 mô tả kiến trúc mạng TCP/IP có so sánh với mô hình tham chiếu
OSI.
Trang 75
Phô lôc
Hình A.1
TCP/IP so sánh với OSI
Hình A.2
TCP/IP tương ứng với tầng 3 và 4 mô hình
OSI
Theo mô hình OSI, mỗi tầng có một giao thức phân biệt. Trong hình ta thấy
sự tương ứng giữa mô hình OSI và mô hình TCP/IP. Trái tim của giao thức
TCP/IP là giao thức tương ứng với tầng 3 và 4 ở mô hình OSI (Hình A.2).
Trang 76
Phô lôc
Giao thức IP tương ứng với giao thức tầng mạng, còn giao thức TCP tương
ứng giao thức tầng giao vận. Các ứng dụng sẽ chạy thẳng trên giao thức này. Các
ứng dụng cụ thể như: truyền file, thư điện tử... Ta thấy giao thức TCP/IP chạy độc
lập với các giao thức tầng liên kết dữ liệu và tầng vật lý. Nó có thể chạy trên mạng
Ethernet, Token Ring, FDDI, đường truyền nối tiếp, X.25...
A.1.1 Giao thức IP
Mục đích của giao thức IP là kết nối các mạng con thành dạng internet để
truyền dữ liệu. Giao thức IP cung cấp bốn chức năng:
- Đơn vị cơ sở cho truyền dữ liệu.
-
Đánh địa chỉ.
Chọn đường.
- Phân đoạn các datagram.
- Đơn vị cơ sở cho truyền dữ liệu.
Mục đích đầu tiên của IP là cung cấp các thuật toán truyền dữ liệu giữa các
mạng. Nó cung cấp một dịch vụ phân phát không kết nối cho các giao thức tầng
cao hơn. Nghĩa là nó không thiết lập phiên (session) làm việc giữa trạm truyền và
trạm nhận. IP gói (encapsulate) dữ liệu và phát nó với một sự nỗ lực nhất. IP
không báo cho người nhận và người gửi về tình trạng gói dữ liệu mà cố gắng phát
nó, do đó gọi là dịch vụ nỗ lực nhất. Nếu tầng liên kết dữ liệu bị lỗi thì IP cũng
không thông báo mà cứ gửi lên tầng trên. Do đó, tới tầng TCP dữ liệu phải được
phục hồi lỗi. Nói cách khác, tầng TCP phải có cơ chế timeout đối với việc truyền
đó và sẽ phải gửi lại (resend) dữ liệu.
Trước khi phát dữ liệu xuống tầng dưới, IP thêm vào các thông tin điều khiển
để báo cho tầng 2 biết có thông báo cần gửi vào mạng. Đơn vị thông tin IP truyền
đi gọi là datagram, còn khi truyền trên mạng gọi là gói. Các gói được truyền với
tốc độ cao trên mạng.
Giao thức IP không quan tâm kiểu dữ liệu trong gói. Các dữ liệu phải thêm
các thông tin điều khiển gọi là đầu IP (IP header). Hình A.3 chỉ ra cách IP gói
thông tin và một đầu gói chuẩn của một datagram IP.
Trang 77
Phô lôc
Hình A.3
Khuôn dạng của IP header
Các trường trong IP header được định nghĩa như sau:
- VERS: Định nghĩa phiên bản hiện thời của IP trên mạng. Phiên bản này là
Version 4 còn phiên bản sau cùng là Verrsion 6.
- HLEN: Chiều dài của đầu IP. Không phải tất cả các trường trong phần đầu
đều được sử dụng. Trường đo bằng đơn vị từ 32 bit. Đầu IP ngắn nhất là 20 bytes.
Nó cũng có thể dài hơn phụ thuộc trường option.
- Service Type: đặc tả các tham số về dịch vụ, có dạng cụ thể như sau:
0
1
2
3
4
5
Precedence
D
T
R
6
7
unused
+ Precedence: Trường này có giá trị từ 0 (mức ưu tiên bình thường) tới 7
(mức kiểm soát mạng) qui định việc gửi datagram. Nó kết hợp với các bit D (trễ),
T (thông lượng), R (độ tin cậy) thành thông tin để chọn đường, được xem như
định danh kiểu dịch vụ (Type of Service - TOS).
+ Bit D – thiết lập là 1 khi yêu cầu trễ thấp.
+ Bit T – yêu cầu thông lượng cao.
+ Bit R – yêu cầu độ tin cậy cao.
Ví dụ, nếu có nhiều đường tới đích, bộ chọn đường sẽ đọc trường này để chọn
một đường. Điều này đã trở nên quan trọng trong giao thức chọn đường OSPF,
Trang 78
Phô lôc
giao thức chọn đường đầu tiên của IP. Nếu giao dịch đã chiếm vị trí truyền file
bạn có thể thiết lập các bit là 0 0 1 để báo rằng bạn không muốn độ trễ thấp và
thông lượng cao nhưng cần độ tin cậy cao. Các trường của TOS được thiết lập bởi
các ứng dụng như (TELNET, FTP) và không chọn đường. Các bộ chọn đường chỉ
đọc trường này và dựa vào đó chọn ra đường tối ưu cho datagram. Nó yêu cầu một
bộ chọn đường có nhiều bảng chọn, mỗi bảng ứng với một kiểu dịch vụ.
- Total length: Đây là chiều dài của datagram đo bằng byte (trường này dài
16 bit do đó khu vực IP datagram dài 65535 byte).
Khi phải truyền một gói từ mạng rất lớn sang mạng khác, bộ chọn đường
TCP/IP phải phân đoạn gói lớn thành các gói nhỏ hơn. Xét ví dụ, truyền một
khung từ mạng Token Ring (kích thước truyền tối đa 4472 byte) tới mạng
Ethernet (tối đa 1518 byte). TCP/IP sẽ thiết lập kích thước gói cho một liên kết.
Nhưng nếu hai trạm đang thông tin bằng nhiều loại phương tiện, mỗi loại hỗ trợ
kích thước truyền khác nhau? Việc phân đoạn thành các gói nhỏ thích hợp cho
truyền trên mạng LAN hoặc mạng LAN phức hợp dùng tầng IP. Các trường sau
được sử dụng để đạt được kết quả này.
- Identification, flags, fregment offset: Các trường này biểu thị cách phân
đoạn một datagram quá lớn. IP cho phép trao đổi dữ liệu giữa các mạng có khả
năng phân đoạn các gói.
Mỗi đầu IP của mỗi datagram đã phân đoạn hầu như giống nhau. Trường
identification để nhận dạng các datagram được phân đoạn từ cùng một datagram
lớn hơn. Nó kết hợp với địa chỉ IP nguồn để nhận dạng.
Trường flags biểu thị:
+ Dữ liệu đang tới có được phân đoạn hay không.
+ Phân đoạn hoặc không đối với một datagram.
Việc phân đoạn rất quan trọng khi truyền trên các mạng có kích thước khung
khác nhau. Ta đã biết cầu (bridge) không có khả năng này. Khi nhận một gói quá
lớn nó sẽ phát (forward) lên mạng và không làm gì cả. Các giao thức tầng trên sẽ
timeout gói và trả lời theo. Khi một phiên làm việc thiết lập, hầu hết các giao thức
có khả năng thương lưọng kích thước gói tối đa mà mỗi trạm có thể quản lý, do đó
không ảnh hưởng tới hoạt động của cầu.
Các trường total length (tổng chiều dài) và fragment offset IP có thể xây dựng
lại một datagram và chuyển nó tới phần mềm tầng cao hơn. Trường total length
biểu thị tổng độ dài của một gói. Trường fragment offset biểu thị độ lệch từ đầu
Trang 79
Phô lôc
gói tới điểm mà tại đó dữ liệu sẽ được đặt vào trong đoạn dữ liệu để xây dựng lại
gói (reconstruction).
- Trường Time to live (TTL): Có nhiều điều kiện lỗi làm cho một gói lặp vô
hạn giữa các router (bộ chọn đường) trên internet. Khởi đầu gói được thiết lập tại
trạm gốc (originator). Các router sử dụng trường này để đảm bảo các gói không bị
lặp vô hạn trên mạng. Tại trạm phát trường này được thiết lập thời gian là một số
giây, khi datagram qua mỗi router trường này sẽ bị giảm. Với tốc độ hiện nay của
các router thường giảm. Một thuật toán là router đang nhận sẽ ghi thời gian một
gói đến, và sau đó, khi phát (forward) gói, router sẽ giảm trường này đi một số
giây mà datagram phải đợi để được phát đi. Không phải tất cả các thuật toán đều
làm việc theo cách này. Thời gian giảm ít nhất là 1 giây. Router giảm trường này
tới 0 sẽ huỷ gói tin và báo cho trạm gốc đã phát đi datagram.
Trường TTL cũng được thiết lập một thời gian xác định (ví dụ số khởi tạo
thấp nhất 64) để đảm bảo một gói tồn tại trên mạng trong một khoảng thời gian
xác định. Nhiều router cho phép người quản trị mạng thiết lập trường này một số
bất kỳ từ 0 đến 255.
- Trường Protocol: Trường này dùng để biểu thị giao thức mức cao hơn IP
(ví dụ TCP hoặc UDP). Có nhiều giao thức tồn tại trên giao thức IP. IP không
quan tâm tới giao thức đang chạy trên nó. Thường các giao thức này là TCP hoặc
UDP. Theo thứ tự IP biết phải chuyển đúng gói tin tới đúng thực thể phía trên, đó
là mục đích của trường này.
- Trường Checksum: Đây là mã CRC _16 bit (kiểm tra dư thừa vòng). Nó
đảm bảo tính toàn vẹn (integrity) của header. Một số CRC được tạo ra từ dữ liệu
trong trường IP data và được đặt trong trường này bởi trạm truyền (transmitting
station). Khi trạm nhận đọc dữ liệu, nó sẽ tính số CRC. Nếu hai số CRC không
giống nhau, có một lỗi trong header và gói tin sẽ bị huỷ. Khi mỗi router nhận được
datagram, nó sẽ tính lại checksum. Bởi vì, trường TTL bị thay đổi bởi mỗi router
khi datagram truyền qua.
- Trường IP option: Về cơ bản, nó gồm thông tin về chọn đường (source
routing), tìm vết (tracing a route), gán nhãn thời gian (time stamping) gói tin khi
nó truyền qua các router và các đầu mục bí mật quân sự. Xin xem phần tham khảo
ở cuối cuốn sách. Trường này có thể có hoặc không có trong header (nghĩa là cho
phép độ dài header thay đổi).
- Các trường IP source và IP destination address (địa chỉ nguồn và đích):
Rất quan trọng đối với người sử dụng khi khởi tạo trạm làm việc của họ hoặc cố
Trang 80
Phô lôc
truy nhập các trạm khác không sử dụng dịch vụ tên miền (DNS) hoặc cập nhật file
host (up-to-date host file). Nó cho biết địa chỉ trạm đích gói tin phải tới và địa chỉ
trạm gốc đã phát gói tin.
Tất cả các host trên internet dược định danh bởi địa chỉ. Địa chỉ IP rất quan
trọng sẽ được bàn tới đầy đủ dưới đây.
A.1.2 Địa chỉ IP và giao thức phân giải địa chỉ
ARP
Ta đã biết với mạng Ethernet và Token Ring có các địa chỉ MAC. Với giao
thức TCP/IP các host được định danh bởi địa chỉ IP 32-bit. Đây được xem như
một giao thức địa chỉ.
Mục đích đánh địa chỉ để IP thông tin với các host trên mạng hoặc internet.
Địa chỉ IP xác định cả nút đặc biệt và số hiệu mạng của nó. Địa chỉ IP dài 32 bit
chia làm 4 trường, mỗi trường 1 byte. Địa chỉ này có thể biểu diễn dưới dạng thập
phân, cơ số 8, 16 và nhị phân. Thường địa chỉ IP viết dưới dạng thập phân cùng
các dấu chấm.
Có hai cách gán địa chỉ IP, phụ thuộc cách kết nối của bạn. Nếu bạn nối với
internet, địa chỉ mạng được gán thông qua điều hành trung tâm, như trung tâm
thông tin mạng (Network Information Center - NIC). Nếu bạn không nối với
internet, địa chỉ IP của bạn được gán một cách địa phương thông qua người quản
trị mạng của bạn.
Khi NIC gán địa chỉ mạng của bạn, đó chỉ là số hiệu mạng còn phần địa chỉ
host được gán một cách địa phương bởi người quản trị mạng.
XNS sử dụng địa chỉ MAC 48-bit như địa chỉ host của nó. IP được phát triển
trước khi có LAN tốc độ cao, do đó, nó có sơ đồ số hiệu của riêng nó. Địa chỉ IP
tương thích với địa chỉ tầng vật lí của Ethernet và Token Ring.
+ Khuôn dạng địa chỉ IP
Mỗi host trên mạng TCP/IP có một định danh duy nhất tậi tầng IP với một địa
chỉ có dạng <netid, hostid>. Toàn bộ địa chỉ thường dùng để định danh một host,
không có sự tách biệt giữa các trường. Thực tế, khó phân biệt giữa các trường khi
không viết tách. Dạng tổng quát của địa chỉ IP có dạng:
<Network Number, Host Number>
+ Các lớp IP (IP classes):
Trang 81
Phô lôc
128.4.70.9 là một ví dụ địa chỉ IP. Nhìn vào dịa chỉ này khó mà biết được đâu
là phần số hiệu mạng, đâu là phần số hiệu host. Địa chỉ IP gồm 4 byte, phần số
hiệu mạng có thể chiếm một, hai hoặc ba byte đầu, phần còn lại là số hiệu host.
Tuỳ thuộc vào điều đó, địa chỉ IP chia làm 5 lớp: A, B, C, D, và E. Các lớp A, B
và C được sử dụng cho địa chỉ mạng và host. Lớp D là kiểu địa chỉ đặc biệt dùng
cho multicast. Lớp E được để giành. Việc xác định lớp địa chỉ nào, độ dài phần số
hiệu mạng bằng phần mềm.
+ Định danh lớp IP: Phần mềm IP sẽ xác định lớp định danh mạng bằng
phương pháp đơn giản là đọc các bit đầu của trường đầu tiên của mỗi gói. Chuyển
địa chỉ IP sang dạng nhị phân tương ứng. Nếu bit đầu tiên là 0 thì đó là địa chỉ lớp
A. Nếu là 1 đọc bit tiếp theo. Nếu bit này là 0 thì đó là địa chỉ lớp B. Nếu là 1 đọc
tiếp bit thứ ba. Bit này bằng 0 là địa chỉ lớp C, nếu bằng 1 là địa chỉ lớp D và được
dùng cho multicast.
Lớp A: Địa chỉ lớp A chỉ sử dụng byte đầu cho số hiệu mạng, ba byte sau cho
địa chỉ host. Địa chỉ lớp A cho phép phân biệt 126 mạng, mỗi mạng tới 16 triệu
host ứng với 24 bits. Tại sao chỉ có 126 mạng ứng với 8 bit? Thứ nhất, 127.x
(01111111 nhị phân) được giành cho chức năng loop-back nên không gán cho số
hiệu mạng. Thứ hai, bit đầu tiên thiết lập 0 để nhận dạng lớp A. Địa chỉ mạng lớp
A thường trong phạm vi từ 1 tới 126, còn ba byte cuối được gán một cách địa
phương cho các host. Địa chỉ lớp A có dạng:
<số hiệu mạng.host.host.host>
Lớp B: Địa chỉ lớp B dùng hai byte đầu cho số hiệu mạng và hai byte cuối
giành cho số hiệu host. Nó được nhận dạng bởi hai bit đầu tiên là 10. Cho phép
phân biệt 16384 số hiệu mạng, mỗi mạng tới 65354 host. Do đó dịch địa chỉ số
hiệu mạng từ 128 tới 191. Nên nó sẽ có dạng:
<số hiệu mạng.số hiệu mạng.host.host>
Lớp C: Địa chỉ lớp C sử dụng ba byte đầu cho số hiệu mạng và byte cuối cho
địa chỉ host. Nhận dạng bởi ba bit đầu tiên là 110. Cho phép địa chỉ mạng trong
phạm vi 192-223 của trường thứ nhất. Do đó có tới hai triệu mạng và mỗi mạng có
thể chứa 254 host. Thường địa chỉ lớp C được gán bởi NIC. Nó có dạng:
<số hiệu mạng. số hiệu mạng. số hiệu mạng.host>
Ví dụ:
(192.1.1.1) nút được gán định danh host là 1 đặt ở mạng lớp C là 192.1.1.0
Trang 82
Phô lôc
(150.150.5.6) nút được gán định danh host là 5.6 đặt ở mạng lớp B là
150.150.0.0
(9.6.7.8) nút được gán định danh host là 6.7.8 đặt ở mạng lớp A 9.0.0.0
+ Các hạn chế của địa chỉ IP:
- Địa chỉ IP không thể đặt bốn bit đầu tiên 1111 vì dành cho lớp E.
-
Địa chỉ lớp A là 127.x cho hàm đặc biệt loop-back. Do đó các tiến trình
cần truyền thông qua TCP mà ở lại trên cùng host, sẽ không gửi các gói ra ngoài
mạng. x thường được thiết lập 0, mặc dù có thể thiết lập 1. Các router nhận một
datagram theo cách này sẽ hủy gói.
- Các bit xác định địa chỉ cổng host và mạng có thể không thiết lập tất cả
1để biểu thị một địa chỉ riêng. Đây là một địa chỉ đặc biệt đặc trưng cho một gói
broadcast tới tất cả các host trên mạng. Các địa chỉ broadcast biểu diễn cho mỗi
host trên mạng nhận và dịch datagram. Nếu mỗi byte của địa chỉ IP toàn là 1được
xem như limited broadcast. Các router sẽ không phát datagram broadcast limited.
Nó có dạng 255.255.255.255. Các router sử dụng địa chỉ kiểu này để cập nhật các
router khác cùng số hiệu mạng và cập nhật hop-count.
- Dạng broadcast khác là khi phần địa chỉ số hiệu mạng thiết lập một địa
chỉ xác định, phần địa chỉ host toàn số 1, gọi là broadcast trực tiếp. Các router sẽ
phát đi các datagram loại này. Ví dụ 128.1.255.255 được gửi tới tất cả các trạm
trên mạng có số hiệu 128.1.0.0.
- Các địa chỉ có phần số hiệu mạng toàn số 0 là để thay thế cho mạng này.
Ví dụ 0.0.0.120 nghĩa là số hiệu host 120 trên mạng này.
- Có một dạng broadcast được hiểu như all-0s broadcast. Có dạng 0.0.0.0
được dùng để biểu diễn lỗi bộ chọn đường.
Các địa chỉ lớp D hoặc multicast dùng để gửi một IP datagam tới một nhóm
các host trên mạng. Điều này chứng tỏ rằng có ích hơn khi các router cập nhật. Có
một cách khác hiệu quả hơn, dùng một địa chỉ broadcast, khi đó các phần mềm
lớp trên sẽ ít bị ngắt hơn mỗi khi có gói broadcast tới.
Các địa chỉ không bao giờ được vượt ra ngoài phạm vi 255.
A.1.3 IPv6
IPv6 là tập hợp những đặc tả về nâng cấp IPv4 và được IETF soạn thảo. Nó
được coi là giao thức Internet thế hệ mới và được thiết kế để những gói thông tin
được định dạng cho IPv4 có thể làm việc được. Những giới hạn về dung lượng địa
chỉ và tốc độ tìm đường thấp đã thúc đẩy việc phát triển IPv6. Với dung lượng 128
Trang 83
Phô lôc
bit và cách đánh địa chỉ đơn giản hơn, giao thức mới này sẽ giải quyết phần nào
những vấn đề trên. Các tính năng được tăng cường khác là mã hoá 64 bit và tự
động cấu hình được thiết kế sẵn của địa chỉ IP. Khuôn dạng của IPv6 header được
miêu tả ở hình A.4.
Hình A.4: Khuôn dạng của IPv6 header
Tính năng tăng cường của IPv6 so với IPv4:
- Mở rộng địa chỉ và tính năng dẫn đường: Kích thước địa chỉ IP lên đến
128 đảm bảo rằng IPv6 sẽ là giao thức Internet lâu dài. Khả năng mở rộng
của việc định tuyến một chiều được cải tiến để truyền một cách hiệu quả
các ứng dụng băng thông cao như video và audio.
- Tốc độ mạng: Những thay đổi thực hiện trong định dạng địa chỉ giúp giảm
yêu cầu về băng thông và cho phép tăng tính hiệu quả và linh hoạt của
việc định tuyến và phát tiếp thông tin.
- Khả năng bảo mật thiết kế sẵn: Những mở rộng để hỗ trợ khả năng kiểm
tra tính hợp lệ, tích hợp và bảo mật dữ liệu là một phần của IPv6.
Khả năng gán mức ưu tiên cho các gói thông tin: Các gói thông tin có thể
được gắn nhãn để được thao tác đặc biệt, chẳng hạn “độ ưu tiên”. Gói thông tin về
hội đàm video có thể có độ ưu tiên cao hơn gói về mail thông thường.
IETF chịu trách nhiệm thúc đẩy và thực hiện IPv6. Tổ chức này cũng đã có kế
hoạch hiện thực và môi trường thử nghiệm gọi là 6bone, đặt tại Uc và hiện liên kết
những thiết bị IPv6 trên 32 quốc gia.
Thách thức mà IETF phải giải quyết là hoàn tất việc chuyển đổi sang IPv6
trước khi IPv4 đổ vỡ. Họ cũng đã có kế hoạch thực hiện từng bước quá trình
Trang 84
Phô lôc
chuyển đổi này. Sẽ có giai đoạn mà cả hai giao thức cùng tồn tại trên Internet công
cộng. Các chuyên gia ước tính quá trình chuyển đổi này mất khoảng 4 đến 10
năm.
A.1.4 Giao thức TCP và UDP
A.1.4.1 Giao thức TCP
TCP là một giao thức "Có liên kết", nghỉa là cần phải thiết lập liên kết logic
giữa một cặp thực thể TCP trước khi chúng trao đổi dữ liệu với nhau.
Khuôn dạng của TCP header được mô tả trong Hình A.5.
Hình A.5
Khuôn dạng của TCP header
Các tham số trong khuôn dạng trên có ý nghĩa như sau:
- Source Port: số hiệu cổng của trạm nguồn.
- Destination Port: số hiệu cổng của trạm đích.
Sequence Number: số hiệu của byte đầu tiên của segment trừ khi bit SYN
được thiết lập. Nếu bít SYN được thiết lập thì Sequence Number là số hiệu tuần tự
khởi đầu (ISN) và byte dữ liệu đầu tiên là ISN+1. Tham số này có vai trò như
tham số N(S) trong HDLC.
Trang 85
Phô lôc
- Acknowledgement Number: số hiệu của segment tiếp theo mà trạm nguồn
đang chờ để nhận, ngầm ý báo nhận tốt các segment mà trạm đích đã gửi cho trạm
nguồn. Tham số này có vai trò như tham số N(R) trong HDLC.
- Data offset: số lượng từ (32 bít) trong TCP header.
- Reserved: dành để dùng trong tương lai.
- Control bit: các bít điều khiển:
- URG: vùng trỏ khẩn có hiệu lực.
- ACK: vùng báo nhận có hiệu lực.
- PSH: chức năng PUSH.
- RST: khởi động lại liên kết.
- SYN: đồng bộ hoá các số hiệu tuần tự.
- FIN: không còn dữ liệu từ trạm nguồn.
- Window: cấp phát credit để kiểm soát luồng dữ liệu. Đây chính là số lượng
các byte dữ liệu, bắt đầu từ byte được chỉ ra trong vùng ACK number mà trạm
nguồn đã sẵn sàng để nhận.
- Checksum: mã kiểm soát lỗi cho toàn bộ segment.
- Urgent Pointer: con trỏ này trỏ tới số hiệu tuần tự của byte đi theo sau dữ
liệu khẩn, cho phép bên nhận biết được độ dài của dữ liệu khẩn. Vùng này chỉ có
hiệu lực khi bit URG được thiết lập.
- Options: khai báo các Options của TCP, trong đó có độ dài tối đa của vùng
TCP data trong một segment.
- Padding: phần chèn thêm vào header để bảo đảm phần header luôn kết thúc
ở một mốc 32 bít. Phần thêm này gồm toàn số 0.
- TCP data: (độ dài thay đổi) chứa dữ liệu của tầng trên, có độ dài tối đa
ngầm định là 536 bytes. Giá trị này có thể điều chỉnh bằng cách khai báo trong
vùng Options.
Một tiến trình ứng dụng trong một host truy nhập vào các dịch vụ của TCP
cung cấp thông qua một cổng. Một cổng kết hợp với một địa chỉ IP tạo thành một
socket duy nhất trong liên mạng. Dịch vụ TCP được cung cấp nhờ một liên kết
lôgic giữa một cặp socket. Một socket có thể tham gia nhiều liên kết với các
socket ở xa khác nhau. Trước khi truyền dữ liệu giữa 2 trạm cần phải thiết lập một
liên kết TCP giữa chúng và khi không còn nhu cầu truyền dữ liệu thì liên kết đó
được giải phóng. Cũng như ở các giao thức khác, các thực thể ở tầng trên sử dụng
TCP thông qua các hàm dịch vụ nguyên thuỷ.
Trang 86
Phô lôc
A.1.4.2 Giao thức UDP
UDP là giao thức "không liên kết" được sử dụng thay thế cho TCP ở trên IP
theo yêu cầu của ứng dụng. Khác với TCP, UDP không có các chức năng thiết lập
và giải phóng liên kết, tương tự như IP. Nó cũng không cung cấp các cơ chế báo
nhận, không xắp xếp tuần tự các đơn vị dữ liệu đến và có thể dẫn đến tình trạng
mất hoặc trùng dữ liệu mà không hề có thông báo lỗi cho người gửi. UDP cũng
cung cấp cơ chế gán và quản lý các số hiệu cổng để định danh duy nhất cho các
ứng dụng chạy trên trạm của mạng. Do ít chức năng phức tạp nên UDP có xu thế
hoạt động nhanh hơn so với TCP. Nó thường được dùng cho các ứng dụng không
đòi hỏi độ tin cậy cao trong giao vận. Khuôn dạng của UDP datagram có các vùng
tham số đơn giản hơn nhiều so với TCP segment, được miêu tả trong hình A.6.
Hình A.6
Khuôn dạng của UDP header
Giao thức UDP chạy ngay bên dưới giao thức RTP. Cả hai giao thức RTP và
UDP tạo nên một phần chức năng của tầng giao vận.
A.2 Giao thức điều khiển gateway MGCP
A.2.1 Giới thiệu
MGCP (Media Gateway Control Protocol) do IETF khuyến nghị dựa trên hai
giao thức SGCP (Simple Gateway Control Protocol) và IPDC (Internet Protocol
Device Control), dùng để điều khiển giữa gateway và các thiết bị ngoại vi.
MGCP giả định rằng gateway chỉ điều khiển những cuộc gọi thông thường,
còn việc điều khiển cuộc gọi “thông minh” do các phần tử khác điều khiển. Các
phần tử điều khiển cuộc gọi này sẽ tự điều khiển và đồng bộ lẫn nhau để gửi các
Trang 87
Phô lôc
lệnh liên kết tới gateway. MGCP thực chất là một giao thức chủ/tớ nơi mà các
gateway thực hiện các lệnh do gatekeeper gửi tới.
MGCP đưa ra một phương thức kết nối mà các điểm cuối và kết nối là những
phần tử cơ bản. Các điểm cuối là các nguồn hoặc kho dữ liệu, có thể là vật lý hoặc
ảo. Các kết nối có thể là kiểu Điểm tới điểm hoặc kiểu đa điểm. Kết nối điểm điểm là sự liên kết giữa hai điểm cuối để truyền dữ liệu giữa chúng. Kết nối giữa
điểm cuối và một vùng đa điểm gọi là kết nối đa điểm.
Các kết nối có thể được thiết lập thông qua vài kiểu mạng sau:
Sử dụng RTP và UDP qua mạng TCP/IP để truyền gói tin âm thanh.
Sử dụng AAL2 hoặc lớp thích ứng khác qua mạng ATM để truyền gói tin âm
thanh.
Truyền các gói tin thông qua kết nối nội bộ.
Đối với các kết nối điểm - điểm, các điểm cuối của kết nối có thể ở trên cùng một
gateway hoặc ở các gateway khác nhau.
A.2.2 So sánh với H.323
MGCP là giao thức nội bộ của mạng IP, được sử dụng để trao đổi số liệu giữa
gateway và gatekeeper nhằm hỗ trợ cho việc khởi tạo, giám sát, giải phóng,... kết
nối giữa các điểm cuối. Còn H.323 là một hệ thống bao gồm nhiều phần tử như :
gatekeeper, gateway, thiết bị đầu cuối,... và nó cung cấp các tiêu chuẩn nén/dãn dữ
liệu âm thanh, hình ảnh,... còn các vấn đề liên quan tới báo hiệu, điều khiển,... dựa
trên các khuyến nghị H.225, H.245. Xét về mặt hệ thống thì MGCP thuần tuý là
giao thức điều khiển và báo hiệu, hỗ trợ cho các ứng dụng đa dịch vụ trong việc
thiết lập và điều khiển kết nối, còn H.323 là hệ thống bao gồm nhiều tiêu chuẩn
cho các thiết bị đầu cuối VoIP, H.323 sử dụng các tiêu chuẩn khác như : H.225,
H.245 làm giao thức báo hiệu và điều khiển cho việc thiết lập, quản lý và giám sát
các kết nối.
Về báo hiệu : cả H.323 và MGCP đều hỗ trợ các chức năng điều khiển và
quản lý thiết lập kết nối, như : giữ kết nối (call hold), chuyển kết nối (call
transfer), chờ thực hiện kết nối (call waiting),...
Hỗ trợ QoS : Về bản chất, chất lượng dịch vụ QoS chính là sự thể hiện về
mặt định lượng đặc trưng lưu lượng số liệu đa dịch vụ thông qua các đại lượng
hiệu suất, ví dụ : giải thông, độ trễ, biến thiên độ trễ, lỗi bít,... Ngoài những thông
số trên, độ trễ thiết lập kết nối cũng có ảnh hưởng quan trọng đến việc đảm bảo
QoS.
Trang 88
Phô lôc
H.323 quy định chi tiết các chức năng điều khiển và quản trị băng thông cho
gatekeeper, bao gồm chuyển đổi địa chỉ, điều khiển truy nhập và quản trị băng
thông. Thực chất đây chính là các chức năng hỗ trợ cho đảm bảo QoS. Trong khi
MGCP không định nghĩa bất cứ một chức năng hỗ trợ đảm bảo QoS nào.
Phát hiện và khắc phục lỗi : Cả H.323 lẫn MGCP đều cung cấp cơ chế phát
hiện và khắc phục lỗi. H.323 sử dụng các timer khác nhau để giám sát việc phát
nhận các thông báo điều khiển thiết lập kết nối, trước khi thực hiện việc phát lại.
Chỉ sau một số lần phát lại được qui định mà vẫn không nhận đúng thông báo trả
lời, kết nối TCP mới được sử dụng. Đối với MGCP , thông qua gateway,
gatekeeper thường xuyên giám sát và cập nhật trạng thái các điểm cuối.
Gatekeeper cập nhật các trường hợp đặc biệt (dễ gây ra lỗi) vào danh sách cách ly
để giám sát, theo dõi và thông báo cho trạm điều khiển. MGCP đưa ra một số
phương pháp để xác định và khắc lỗi như định tuyến lại, xử lý lệnh không tuần tự,
xử lý khởi động đồng thời,...
A.3 Giao thức điều khiển thiết lập cuộc gọi SIP
A.3.1 Chức năng của SIP
SIP là giao thức điều khiển lớp ứng dụng để thiết lập, sửa đổi và kết thúc các
phiên hội nghị đa dịch vụ hoặc thoại. SIP có thể được sử dụng để khởi động các
phiên cũng như bổ xung các bên vào phiên đã thông báo và thiết lập trước. Các
phiên có thể được thông báo để sử dụng các giao thức quảng bá như : SAP, thư
điện tử, các thư mục hoặc trang web (LDAP) trong số những giao thức khác.
SIP hỗ trợ việc gán tên và các dịch vụ phát lại, cho phép triển khai các dịch vụ
điện thoại thông minh và ISDN.
SIP hỗ trợ 5 yếu tố trong việc thiết lập và huỷ bỏ việc truyền tin đa dịch vụ:
- Định vị người sử dụng : Xác định hệ thống cuối.
- Khả năng người dùng : Xác định phương tiện và thông số của nó.
- Tính sẵn sàng của người dùng : Xác định sự sẵn sàng của phía bị gọi đã
đăng ký truyền tin.
-
Thiết lập cuộc gọi : Thiết lập các thông số cuộc gọi cả phía chủ gọi lẫn bị
gọi.
- Điều khiển cuộc gọi : Bao gồm việc truyền và huỷ cuộc gọi.
SIP có thể kích hoạt các cuộc gọi đa bên nhờ khối điều khiển đa điểm (MCU)
hoặc liên kết đầy mạng thay cho việc phát theo địa chỉ (Multicast). SIP còn có thể
Trang 89
Phô lôc
thiết lập cuộc gọi giữa mạng điện thoại công cộng (PSTN) và mạng điện thoại
internet.
SIP cũng có thể được sử dụng cùng với các giao thức báo hiệu và thiết lập
cuộc gọi khác để khởi tạo, giám sát cũng như giải phóng kết nối cho các điểm
cuối. Chẳng hạn, để thiết lập cuộc gọi đầu tiên dùng SIP để xác định các bên tham
gia vào cuộc gọi này có tương thích với yêu cầu H.323 không, lấy địa chỉ đầu cuối
và trạm trung chuyển H.245, và sau đó sử dụng giao thức H.245.0 để thiết lập
cuộc gọi.
SIP không cung cấp các dịch vụ hội nghị (như : điều khiển phòng họp hoặc
bầu cử), nó cũng không quy định cách thức điều khiển dịch vụ hội nghị. Tuy
nhiên, SIP có thể được sử dụng để thực hiện các giao thức điều khiển dịch vụ hội
nghị.
A.3.2 Vận hành SIP
SIP hoạt động theo mô hình trạm làm việc và máy phục vụ (Client/Server).
Cả phía chủ gọi lẫn bị gọi đều được xác định bởi địa chỉ SIP. Khi thực hiện cuộc
gọi SIP, chủ gọi sẽ định vị máy chủ thích hợp để gửi một yêu cầu SIP. Hầu hết sự
hoạt động của SIP là gửi đề nghị INVITE tới bị gọi để mời tham gia vào cuộc gọi
(đa dịch vụ). Sau khi bị gọi chấp thuận thì chủ gọi hoặc sẽ gửi trả lời ACK ghi
nhận và cuộc gọi bắt đầu, hoặc sẽ gửi BYE để hủy bỏ. Chủ gọi có thể gửi yêu cầu
SIP trực tiếp tới bị gọi hoặc gửi chuyển tiếp qua Server khác.
A.3.3 So sánh với H.323
SIP đơn giản hơn nhiều so với H.323. Để hoạt động, H.323 phải sử dụng các
giao thức khác nhau như : RTP/RTCP - Giao vận số liệu, H.225.0 và Q.931 - để
báo hiệu và thiết lập cuộc gọi, H.245 - để dàn xếp dạng đầu cuối. Trong khi đó
SIP do được thiết kết theo mô hình Client/Server sử dụng các bản tin dạng văn
bản, nên thủ tục xử lý truyền tin đa dịch vụ đơn giản và sáng sủa hơn nhiều so với
H.323. Tập bản tin của SIP chỉ bao gồm 6 loại : INVITE, ACK, CANCEL, BYE,
REGISTER và OPTIONS nghĩa là ít hơn rất nhiều so với H.323. Như vậy để hỗ
trợ cho việc thiết lập một cuộc gọi, SIP chỉ cần 2 trao đổi (Trường hợp UAC đã
đăng ký với UAS), đối với H.323 ít nhất là 8 trao đổi. Tuy nhiên cấu trúc các bản
tin của SIP lại quá phức tạp so với H.323, vì thế để thực hiện được một trao đổi
SIP các UAC và UAS phải có sự sắp xếp và khởi tạo các bản tin trước khi gửi đi,
Trang 90
Phô lôc
đối với H.323 khi nhận được tín hiệu yêu cầu là gần như nó có tín hiệu trả lời
ngay lập tức. Nói chung hạ tầng H.323 có thể đáp ứng các yêu cầu bảo đảm chất
lượng dịch vụ của ứng dụng thời thực tốt hơn so với SIP. Tuy nhiên nếu các ứng
dụng loại này có những thuật toán tìm đường và mô phỏng lưu lượng tối ưu thì
SIP có vẻ như chiếm ưu thế hơn H.323.
Về báo hiệu: cả H.323 và SIP đều hỗ trợ các chức năng điều khiển và quản lý
thiết lập kết nối, như : khởi tạo kết nối (call set-up), giữ kết nối (call hold), chuyển
kết nối (call transfer), chờ thực hiện kết nối (call waiting),...
Hỗ trợ QoS: H.323 quy định chi tiết các chức năng điều khiển và quản trị
băng thông cho gatekeeper, bao gồm chuyển đổi địa chỉ, điều khiển truy nhập và
quản trị băng thông. Thực chất đây chính là các chức năng hỗ trợ cho đảm bảo
QoS. Trong khi SIP không định nghĩa bất cứ một chức năng hỗ trợ đảm bảo QoS
nào.
Phát hiện và khắc phục lỗi: Cả H.323 lẫn SIP đều cung cấp cơ chế phát hiện
và khắc phục lỗi. H.323 sử dụng các timer khác nhau để giám sát việc phát nhận
các thông báo điều khiển thiết lập kết nối, trước khi thực hiện việc phát lại. Chỉ
sau một số lần phát lại được qui định mà vẫn không nhận đúng thông báo trả lời,
kết nối TCP mới được sử dụng. Đối với SIP qui định thực thể UA tự động phát lại
sau mỗi 0,5s cho đến khi nhận được thông báo trả lời “ứng xử đúng”; thực thể NS
tự động phát lại thông báo “trạng thái cuối cùng OK” cho đến khi nhận được
thông báo trả lời ACK.
Trang 91
Phô lôc
Phụ lục B Từ viết tắt
ACELP
ADPCM
ARP
ATM
CQ
Algebraic Code Excited Linear Prediction
Adaptive Difference PCM
Address Resolution Protocol
CRTP
CT
CTI
DSCP
ECTF
ETSI
FIFO
GSM
GSTN
Compress Realtime Transport Protocol
Computer Telephony
Computer Telephony Intergration
Diff Serv Code Point
Enterprise Computer Telephony Forum
European Telecommunications Standards Institude
First In First Out
Global System for Mobile
General Switched Telephone Network
IETF
IP
ISDN
ISP
ITSP
Internet Enginerring Task Force
Internet Protocol
Integrated Service Network
Internet Service Provider
Internet Telephone Service Provider
Asynchronous Transfer Mode
Custom Queuing
Trang 92
Phô lôc
ITU
ITU-T
International Telecommunication Union
International Telecommunication Union-Telecommunication
LAN
Standardization
Local Area Network
Link Fragment and Interleaving
LFI
MC
MCU
PCM
PQ
PSTN
QoS
RAS
RSVP
RTCP
RTP
SAP
SCN
SIP
SS7
TCP
TDM
ToS
UDP
VoIP
VPN
WAN
WFQ
Multipoint Controller
Multipoint Control Unit
Pulse Code Modulation
Priority Queuing
Public Switched Telephone Network
Quality of Service
Registration, Admission and Status
Resource Reservation Protocol
RTP Coltrol Protocol
Realtime Transport Protocol
Service Access Point
Switched Circuit Network
Session Initiation Protocol
Signaling System 7
Transport Control Protocol
Time Division Multiplexing
Type of Service
User Datagram Protocol
Voice over IP
Virtual Private Network
Wide Area Network
Weighted Fair Queuing
Trang 93
Phô lôc
Phụ lục C Tài liệu tham khảo
[1]7 kHz Audio - Coding Within 64 KBIT/S: ITU-T Recommendation G.722
[2]7 kHz Audio - Coding Within 64 KBIT/S Annex A: ITU-T
Recommendation G.722 – Annex A
[3]A Primer on the T.120 Series Standards: A Databeam Coporation White
Paper
[4]Các dịch vụ thời gian thực trên mạng Internet: KS. Trịnh Bảo Khánh
[5]Chất lượng dịch vụ thoại qua IP - Mô hình đang thay đổi: Ngô Vân Anh "Thông tin Khoa học kỹ thuật và Kinh tế Bưu Điện" 3/2001
[6]Coding of Speech at 8 kbit/s Using CS-ACELP: ITU-T Recommendation
G.729
[7]Coding of Speech at 8 kbit/s Using CS-ACELP: ITU-T Recommendation
G.729 – Annex A
[8]Coding of Speech at 16 kbit/s Using Low-Delay Code Excited Linear
Prediction: ITU-T Recommendation G.728
[9]Coding of Speech at 16 kbit/s Using Low-Delay Code Excited Linear
Prediction Annex G: ITU-T Recommendation G.728 – Annex G
[10]Coding of Speech at 16 kbit/s Using Low-Delay Code Excited Linear
Prediction Annex H: ITU-T Recommendation G.728 – Annex H
[11]Con đường đi đến tháng 6 của dịch vụ VoIP: Huệ Anh-"Bưu Điện Việt
Nam" số 14
Trang 94
Phô lôc
[12]Dual Rate Speech Conderfor Multimedia Communications Transmitting
at 5.3 and 6.3 kbit/s: ITU-T Recommendation G.723.1
[13]Điện thoại di động trực tiếp nối mạng Internet đã có tại Việt Nam: "Thời
báo tài chính Việt Nam" 14/6/2000
[14]Điện thoại trong Intranet: PC World 1/1997
[15]Hệ thống địa chỉ sử dụng cho điện thoại IP: Đinh Quang Trung-Luận văn
cao học khoa"Công nghệ thông tin"
[16]Internet thế hệ mới: PC World 3/1998
[17]IP Telephone Design and Implementation Issues: William E. Witowsky in
Telogy Networks, Inc.
[18]IP Telephony - Điện thoại Internet:
http://ww.vnpt.com.cn/vnpt/science_technology/IP/dthoai.htm
[19]IPv6: PC World 12/1998
[20]Lan Times Guide to Telephony: David D. Bezar
[21]Một số nét về quá trình phát triển của điện thoại Internet: Nguyễn Đức
Kiên-"Chuyên đề Internet" 11/2000
[22]Pulse Code Modulation (PCM) Of Voice Frequencies: ITU-T
Recommendation G.711
[23]Quality of Service in IP Networks: Grenville Armitage
[24]RTP Profile for Audio and Video Conferences: RFC 1890
[25]Session Initiation Protocol (SIP): RFC 2543
[26]Speech Performance: Appendix II to ITU-T Recommendation G.728
[27]The Recommendation for the IP Next Generation Protocol: RFC 1752
[28]Thị trường điện thoại IP trên thế giới: Cao Mạnh Hùng-"Bưu điện Việt
Nam" 23/3/2000
[29]Tích hợp điện thoại với máy tính: PC World 9/1996
[30]Voice over Data Networks: Gilbert Held
[31]Voice over IP: Trần Phương Đức-Luận văn cao học khoa "Điện tử Viễn
thông"
[32]Voice over IP: Hoàng Xuân Tùng-Đồ án tốt nghiệp khoa "Điện tử Viễn
thông"
[33]Voice over IP: Kim Thanh Tùng -Lương Ngọc Tuấn ĐT2-K41
[34]Voice over IP (Internet Protocols, Rsvp, IPv6): VoIP Chapter 30, 43, 46
Sysco System
Trang 95
Phô lôc
[35]Voice over IP : Protocols and Standards: Rakesh Arora, [email protected]
[36]Voice over IP: Products, Services and Issues: Vinodkrishnan Kulathumani,
[email protected]
[37]Voice over IP: Strategies for the Converged Network: Mark A. Miller, P.E.
[38]Voice-Fax over IP: MICOM Communication Corp.
Trang 96
