ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MẠNG VOIP TRONG các điều KIỆN KHÁC NHAU (có code)

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MẠNG VOIP
TRONG CÁC ĐIỀU KIỆN KHÁC NHAU


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ATM

Asynchronous Transfer Mode

CODEC

Compressor/De-compressor

DSCP

Differentiated Services Code Point

LSR

Label Switch Router

FR

Frame Relay

FIS

Fault Indication Signal

FRS

Fault Recoverty Signal

HTTP

HyperText Transfer Protocol

IP

Internet Protocol

OSI

Open Systems Interconection

PSTN

Public Switched Telephone Network

PSL

Path Switch LSP

PML

Path Merge LSP

POR

Point of Repair

QoS

Quality of Service

RTCP

Real-time Transport Control Protocol

RTP

Real-Time Protocol

SIP

Session Initiation Protocol

UDP

User Datagram Protocol

UAC

User Agent Client

UAS

User Agent Server

UA

User Agent


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 1/51

CHƯƠNG 1.

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu
Cùng với sự phát triển chóng mặt của các ngành công nghệ thông tin, viễn thông và
nhu cầu thoại ngày một tăng cao, dịch vụ thoại Analog truyền thống (PSTN) đã lộ
rõ nhiều khuyết điểm và hạn chế như:
Mạng PSTN không đủ khả năng để triển khai một cách nhanh chóng
Mạng PSTN được xây dựng trên một kiến trúc mà chỉ có các nhà cung cấp thiết
bị mới có thể phát triển ứng dụng cho các thiết bị đó. Cùng với kiến trúc xây
dựng cho thoại không đủ tính mềm dẻo để truyền dữ liệu.
Các cuộc gọi chuyển mạch kênh yêu cầu một mạch dành riêng 64Kbps cố định
giữa 2 máy điện thoại.
Chính vì thế VoIP (Voice over Internet Protocol) ra đời là giải pháp thay thế để khắc
phục những nhược điểm của dich vụ thoại truyền thống trước đây: dễ dàng sử dụng,
kết nối nhanh, quản lý hiểu quả, dễ mở rộng, ít tốn chi phí.
Sự xuất hiện của VoIP đã gây nên một sự chú ý đặt biệt trong viễn thông thế giới,
lợi ích mà nó mang lại là rất lớn. Đối với người tiêu dùng, lợi ích đầu tiên mà VoIP
mang lại là chi phí cuộc gọi rẻ hơn đáng kể so với PSTN. Còn đối với các nhà khai
thác, nhà sản xuất truyền thoại qua mạng Internet mang lại rất nhiều thách thức

cùng với lợi nhuận cao.
Tuy nhiên VoIP cũng có rất nhiều nhược điểm cần phải cải thiện, vì vậy việc làm thế
nào để VoIP đem lại nhiều cơ hội, lợi ích. Thì để nâng cao, cải thiện chất lượng dịch
vụ và đánh giá chất lượng một cách chính xác nhất là mục tiêu của các nhà phát
triển cũng như cung cấp dịch vu.

Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 2/51

Hình 1- 1: Mô hình một mạng VoIP [1]
1.2 Yêu cầu đề tài
Tìm hiểu về VoIP: khái niệm, ưu nhược điểm, tín hiệu truyền đi trong VoIP được
nén và mã hóa ra sao. Các giao thức sử dụng trong VoIP và đánh gía chất lượng dịch
vụ trong mạng thông qua các tiêu chí như delay, throughput.
Mô phỏng mạng VoIP với các Topo mạng khác nhau sử dụng NS3.Tín hiệu được
truyền đi trong mạng với các cơ chế khác nhau thì sẽ cho ra các kết quả khác nhau
theo các mô hình: Makam, Haskin, Simple Dynamic, Shortest Dynamic. Đánh giá
ưu nhược điểm của các mô hình và thông số Delay, traffic cùng khả năng mất gói
cùng chất lượng tín hiệu.
Giả lập các điều kiện môi trường khác và cấu hình khác nhau để đánh giá chất
lượng mạng (delay, throughput). Nhận xét kết quả mô phỏng.
1.3 Xu hướng phát triển
Hiện nay mảnh đất hứa hẹn cho VoIP là các mạng doanh nghiệp Intranet và Etranet
thương mại. Cơ sở hạ tầng mạng IP cho phép điều khiển quản lý việc sử dụng các
dich vụ hay không cho phép truy cập các dịch vụ. Các sản phẩm trên Internet chưa
thể đáp ứng được chất lượng dịch vụ như điện thoại thông thường. Bởi vậy, xu

hướng phát triển VoIP trên Intranet, Etranet là xu hướng phát triển trước mắt.
Xu hướng phát triển khác là xây dựng các cổng nối giữa mạng IP và mạng thoại là
các VoIP Gateway. Những Gateway này xây dựng từ nền tảng PC trở thành các hệ
Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 3/51

thống mạnh có khả năng điều khiển hàng trăm cuộc gọi cùng lúc. Bởi vậy các
doanh nghiệp sẽ phát triển một lượng lớn các Gateway giảm chi phí liên quan đến
lưu lượng thoại, fax và video hội nghi.
Ngoài ra việc ứng dụng VoIP trong việc xây dựng các tổng đài ảo cũng là một trong
những xu hướng trong việc giảm thiểu chi phí cho doanh nghiệm vừa và nhỏ.

CHƯƠNG 2.

TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.4 Tổng quan về VoIP
VoIP là phương thức truyền giọng nói hay thoại qua môi trường Internet hay có thể
nói là dịch vụ điện thoại trên Internet. Đối với các dịch vụ thoại truyền thống, cuộc
gọi sử dụng công nghệ chuyển mạch kênh, mỗi khi cuộc gọi được diễn ra, tổng đài

Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 4/51

sẽ thiết lập một kênh truyền dành riêng cho thuê bao đó. Việc thiết lập kênh truyền
truyền cho mỗi thuê bao nghe gọi làm chi phí cuộc gọi rất tốn kém.
Đối với VoIP, tín hiệu thoại được số hóa, nén và đóng gói , sau đó truyền dẫn qua
mạng IP. VoIP sử dụng phương pháp mã hóa làm tiết kiệm băng thông và tăng hiệu
quả đường truyền, tăng lưu lượng phục vụ của mạng. Giao thức báo hiệu được sử
dụng để thiết lập và kết thúc cuộc gọi, mang thông tin định vị user và thỏa thuận lưu
lượng.
Trong kỹ thuật chuyển mạch gói: mỗi bản tin sẽ được chia nhỏ thành các các gói tin
(packet), có cấu trúc được quy định trước. Trong mỗi gói tin đều sẽ chứa các thông
tin như: địa chỉ nguồn, đích, thứ tự các gói tin. Các thông tin điều khiển chứa các
thông tin mà mạng yêu cầu để có thể định tuyến các gói tin trong mạng. Tại mỗi
node trong kênh truyền, các gói tin sẽ được nhớ sau đó chuyển tiếp tới trạm đích
theo các giao thức định tuyến. Điều khó khăn nhất trong chuyển mạch gói là việc tái
tạo các gói tin thành bản tin ban đầu, vì các gói tin được truyền đi theo các đường
khác nhau để tới đích. Vì vậy các gói tin thường được đánh dấu nhằm tái tạo, tránh
lặp lại gói tin, sữa sai và có thể truyền lại khi mất gói.
VoIP cho phép thực hiện cuộc gọi dùng máy tính qua mạng dữ liệu như Internet.
VoIP chuyển đổi tín hiệu thoại từ điện thoại tương tự analog vào tín hiệu số (digital)
trước khi truyền qua Internet, sau đó chuyển đổi ngược lại ở đầu nhận. Khi tạo một
cuộc gọi VoIP dùng điện thoại với một bộ điều hợp, chúng ta sẽ nghe âm mời gọi,
quay số sẽ xảy ra sau tiến trình này. VoIP có thể cũng sẽ cho phép tạo một cuộc gọi
trực tiếp từ máy tính dùng loại điện thoại tương ứng hay dùng microphone.
VoIP cho phép tạo cuộc gọi đường dài qua mạng dữ liệu IP có sẵn thay vì phải được
truyền qua mạng PSTN (Public Switched Telephone Network). Ngày nay nhiều
công ty đã thực hiện giải pháp VoIP của họ để giảm chi phí cho những cuộc gọi
đường dài giữa nhiều chi nhánh xa nhau.
Mặc dù những khái niệm về VoIP là đơn giản, tuy nhiên để thực hiện và ứng dụng
VoIP là phức tạp. Để gửi voice, thông tin phải được tách biệt thành những gói

(packet) giống như dữ liệu. Gói là những phần thông tin được chia nhỏ để dễ dàng
Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 5/51

cho việc gửi gói, cũng có thể dùng kĩ thuật nén gói để tiết kiệm băng thông, thông
qua những tiến trình CoDec (Compressor/De-compressor).

Hình 2- 1: Quá trình chuyển đổi tín hiệu trong VoIP [1]
1.1.1 Ưu và nhược điểm
Ưu điểm:
Khả năng mềm dẻo và hiệu suất truyền tin cao: tính mềm dẻo trong định tuyến
trong việc thay đổi đường truyền. hiệu suất sử dụng đường truyền rất cao vì trong
mạch gói không có khái niệm kênh truyền cố định và dành riêng, do đó tận dụng
được tối đa nguồn tài nguyên
Giá thành thấp: việc áp dụng các công nghệ trên nền IP vào thực hiện cuộc đàm
thoại làm giảm giá cả lẫn chi phí cho các cuộc đàm thoại từ xa.
Đa nhiệm: Áp dụng VoIP vào hạ tầng Internet đã có. Vì vậy nó có thể thực hiện
hàng triệu gói tin trên một đường dây mà không chiếm toàn bộ kênh truyền của hệ
thống. Đồng thời có thể kết hợp thoai, mail, web…
Ngoài ra VoIP rất tiện lợi cho những người có xu hướng di động, kết nối văn phòng
ở các chi nhánh xa trong việc thiết lập các hội nghị trực tuyến.
Nhược điểm:
Khả năng mất thông tin trên môi trường truyền cao hơn so với PSTN. Vì trong môi
trường mạng dễ xảy ra tắc nghẽn nhiễu hoặc đứt trên môi trường truyền.

Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các

điều kiên kênh truyền khác nhau


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 6/51

Tính đa đường trong chuyển mạch gói có thể làm lặp bản tin, loop làm tăng lưu
lượng trong mạng không cần thiết.
Vì môi trường Internet là không an toàn, các gói tin đi từ nguồn đến đích sẽ đi qua
các node trung gian, vì vậy các hacker có thể nghe lén trong môi trường truyền bằng
cách sử dụng các phần mền bắt gói, cũng như tấn công xâm nhập vào hệ thống
nhằm đánh cắp thông tin và dữ liệu người dùng.
1.5 CÁC GIAO THỨC TRONG VOIP

Hình 2- 2: Mô hình tham chiếu OSI với mô hình mạng VoIP [1]

1.1.2 Giao thức SIP
SIP (Session Initiation Protocol) là giao thức điều khiển báo hiệu thuộc lớp ứng
dụng trong mô hình OSI, được phát triển như là một chuẩn mở RFC 2543 của IEFT.
Khác với H.323, nó dựa.trên nguồn gốc Web (HTTP) và có thiết kế kiểu module,
đơn giản và dễ dàng mở rộng với các ứng dụng thoại SIP. SIP là một giao thức báo
hiệu để thiết lập, duy trì và kết thúc các phiên đa phương tiện như: thoại IP, hội nghị
và các ứng dụng tương tự khác liên quan đến việc truyền.thông tin đa phương tiện.
SIP được sử dụng kết hợp với các chuẩn giao thức IETF khác như là SAP, SDP và
MGCP (MEGACO) để cung cấp một lĩnh vực rộng hơn cho các dịch vụ VoIP. Cấu
Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trang 7/51

trúc của SIP tương tự với cấu trúc của HTTP (giao thức client-server). Nó bao gồm
các yêu cầu được.gởi đến từ người sử dụng SIP client đến SIP server. Server xử lý
các yêu cầu và đáp ứng đến client. Một thông điệp yêu cầu,.cùng với các thông điệp
đáp ứng tạo nên sự thực thi SIP.

Hình 2- 3: SIP trong mô hình OSI [1]
Nói chung, SIP hỗ trợ các hoạt động chính sau:
Định vị trí của người dùng.
Định media cho phiên làm việc.
Định sự sẵn sàng của người dùng để tham gia vào một phiên làm việc.
Thiết lập cuộc gọi, chuyển cuộc gọi và kết thúc.
1.1.1.1Cấu trúc của SIP
Các thành phần của SIP.

Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 8/51

Hình 2- 4: Cấu trúc của SIP [1]
Hệ thống SIP gồm 5 thành phần chính :
User Agent (UA): đóng vai trò của thiết bị đầu cuối trong báo hiệu SIP, có thể là
một máy điện thoại SIP, có thể là. máy tính chạy phần mềm đầu cuối SIP... UA
bao gồm hai loại User Agent Client (UAC) và User Agent Server (UAS). UAC
khởi tạo cuộc gọi và UAS trả lời cuộc gọi. Điều này cho phép thực hiện cuộc gọi
ngang hàng thông qua. mô hình client-server.

Máy chủ ủy quyền (Proxy server): là một chương trình trung gian, hoạt động
như là một server và một client cho mục đích tạo . các yêu cầu thay mặt cho các
client khác. Các yêu cầu được phục vụ bên trong hoặc truyền chúng đến các
server khác. Một proxy có thể dịch và nếu . cần thiết có thể tạo lại các bản tin yêu
cầu SIP trước khi chuyển chúng đến server khác hoặc một UA.
Máy chủ định vị (Location Server): là phần mềm định vị thuê bao, cung cấp
thông tin về những vị trí có thể của thuê . bao bị gọi cho các phần mềm máy chủ
ủy quyền và máy chủ chuyển đổi địa chỉ.
Máy chủ chuyển đổi địa chỉ (Redirect Server): là phần mềm nhận yêu cầu SIP
và. chuyển đổi địa chỉ SIP sang một số địa chỉ khác và gửi lại cho đầu cuối.
Không giống như máy chủ ủy quyền, máy chủ chuyển đổi địa chỉ không bao giờ
hoạt động như một đầu cuối, tức là . không gửi đi bất cứ yêu cầu nào. Máy chủ
chuyển đổi địa chỉ cũng không nhận hoặc huỷ cuộc gọi.
Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 9/51

Máy chủ đăng ký (Register Server): là phần mềm nhận các yêu cầu đăng ký.
Trong nhiều trường hợp máy chủ đăng . ký đảm nhiệm luôn một số chức năng an
ninh như xác nhận người sử dụng. Thông thường máy chủ đăng ký được cài đặt
cùng với máy chủ ủy quyền và máy chủ hay địa chỉ hoặc cung cấp dịch vụ định
vị thuê bao. Mỗi lần đầu cuối được bật lên (ví dụ máy điện thoại hoặc phần mềm
SIP) thì đầu cuối lại đăng ký với máy chủ. Nếu đầu . cuối cần thông báo cho máy
chủ về địa điểm của mình thì bản tin REGISTER cũng được gửi đi. Nói chung
các đầu cuối đều thực hiện việc đăng ký lại một cách định kỳ.
1.1.1.2Thiết lập và hủy cuộc gọi SIP
Trước tiên ta tìm hiểu hoạt động của máy chủ ủy quyền và máy chủ chuyển đổi :

Hoạt động của máy chủ ủy quyền (Proxy Server).

Hình 2- 5: Quá trình thực hiện của gọi trong SIP [1]
Client SIP gửi bản tin. INVITE cho để mời
tham gia cuộc gọi.
Các bước như sau:
Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 10/51

-

Bước 1: gửi bản tin INVITE cho userB ở miền
hotmail.com, bản tin này đến proxy server SIP của miền hotmail.com (bản
tin INVITE có thể đi từ Proxy.server SIP của miền yahoo.com và được
Proxy này chuyển đến Proxy server của miền hotmail.com).

-

Bước 2: Proxy server của miền hotmail.com sẽ tham khảo.server định vị
(Location server) để quyết định vị trí hiện tại của UserB.

-

Bước 3: Server định vị trả lại vị trí hiện tại của UserB (giả sử là
).

-

Bước 4: Proxy server gửi bản tin INVITE tới Proxy
server thêm địa chỉ của nó trong. một trường của bản tin INVITE.

-

Bước 5: UAS của .UserB đáp ứng cho server Proxy với bản tin 200 OK.

-

Bước 6: Proxy server gửi. đáp ứng 200 OK trở về

-

Bước 7: gửi bản tin ACK.cho UserB thông qua proxy
server.

-

Bước 8: Proxy server chuyển.bản tin ACK cho

-

Bước 9: Sau khi cả hai bên đồng ý tham dự cuộc gọi, một kênh.RTP/RTCP
được mở giữa hai điểm cuối để truyền tín hiệu thoại.

-

Bước 10: Sau khi quá trình truyền dẫn hoàn.tất, phiên làm việc bị xóa bằng

cách sử dụng bản tin BYE và ACK giữa hai điểm cuối.

Tổng quát lại trong mạng SIP quá trình thiết lập và hủy một phiên kết nối:

Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 11/51

Hình 2- 6: Quá trình thiết lập cuộc gọi trong SIP [1]
-

Bước 1: Đăng ký, khởi tạo và định.vị đầu cuối.

-

Bước 2: Xác định phương tiện của cuộc gọi, tức là .mô tả phiên mà đầu cuối
được mời tham gia.

-

Bước 3: Xác định mong muốn của đầu cuối bị gọi, trả lời hay không. Phía bị
gọi phải gửi bản tin xác nhận chấp thuận cuộc gọi hay từ chối.

-

Bước 4: Thiết lập cuộc gọi.

-

Bước 5: Thay đổi hay điều khiển cuộc gọi (ví dụ như chuyển cuộc gọi).

-

Bước 6: Hủy cuộc gọi.

1.1.3 UDP
Là giao thức cốt lõi của TCP/IP, UDP cho phép truyền dữ liệu qua mạng và bỏ qua
quá trình gửi lại khi có lỗi. UDP là giao thức lý tưởng. cho các ứng dụng mạng mà
trong đó độ trễ là một yếu tố tối quan trọng như trong các giao tiếp game, âm thanh
Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 12/51

và video. Nhờ vậy mà các loại giao tiếp này có thể chịu được việc mất dữ liệu miễn
là không ảnh hưởng đến chất lượng dữ liệu khi nhận. Trong một số trường hợp, các
kỹ thuật chuyển tiếp lỗi. được sử dụng để cải thiện chất lượng âm thanh và video
bất chấp các mất mát dữ liệu xảy ra.
Các thành phần trong VoIP
Header của Giao thức user datagram gồm có bốn trường, mỗi trường bằng 2 bytes.
Các trường này là:
Số port nguồn, là số port của người gửi.
Số port đích, port mà datagram được gửi đến.
Độ dài tính bằng byte của UDP header và bất kỳ dữ liệu được đóng gói nào.
Checksum, được sử dụng trong kiểm tra lỗi. Việc sử dụng checksum sẽ được

yêu cầu trong IPv6 và là một tùy chọn trong IPv4.

Hình 2- 7: UDP Header [1]
1.1.4 RTP/RTCP
Là một giao thức cực kỳ quan trọng trong VoIP. Nó cho phép truyền dữ liệu trong
thời gian thực. RTP bao gồm 2 giao thức: RTP và RTCP.
Sự kết hợp của 2 giao thức này giúp cho RTP không chỉ phù hợp với TCP/IP mà còn
phù hợp với các chồng giao thức khác. Khi sử dụng RTP trên mạng IP, thì RTP hoạt
động trên UDP.
1.1.1.3RTP
Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 13/51

Một gói RTP có cấu trúc như sau: RTP Header + RTP Data.

Hình 2- 8: Cấu trúc gói RTP [1]
Trong đó:
V (Version)
P(Padding)
X(Extension)

Cho biết phiên bản nào RTP đang sử dụng.
Cho biết trong gói RTP có chèn bit 0 hay không.
Cho biết Header có được mở rộng thêm hay không, do
trong một số ứng dụng, phần Header mở rộng được thêm

CC(Count

vào phần giữa Payload và phần Header.
or Cho biết số dòng bit dữ liệu được ghép chung vào 1 gói.

Sontributing Sources)

Thông thường việc ghép chung này xảy ra khi có nhiều

M(Mark)

users cùng tham gia vào 1 phiên làm việc.
Được dùng khi có yêu cầu đánh dấu tại một điểm nào đó

PT(Payload Type)
Sequence number

trong dữ liệu.
Cho biết kiểu dữ liệu được truyền.
Cho biết sô thứ tự được truyền trong gói, số thự tự gói đầu
tiên được truyền là một số bất kỳ. Các gói tiếp theo được
+1. Nhờ vào số thứ tự này mà ta biết được gói nào bị mất

Timestamp

trên quá trình truyền.
Thời gian mà octet đầu tiên được lấy mẫu. Bên nhận sẽ dựa
vào số này để biết được yêu cầu phát thông tin đã được gửi
có đảm bảo thời gian thực hay không, nếu không nó sẽ phát
lại thông tin playback.

Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 14/51

Synchronising Source Số nhận dạng nơi phát dữ liệu.
(SSRC) Identifier
Contributing Source Số nhận dạng của nơi phát cung tham gia vào SSRC.
(CCRC) Identifier
1.1.1.4RTCP
Cùng với RTP thì giao thức điều khiển RTCP có các chức năng chính sau:
Giám sát chất lượng của quá trình phân. phối dữ liệu như thông tin các ứng dụng:
mất gói, trễ, và điều khiển tắt nghẽn.
RTCP phân loại dữ liệu truyền thoại hay video. Đây là một cơ chế rất cần thiết vì
bản thân RTP không hỗ trợ chức năng này.
Bằng cách gửi định kỳ các gói RTCP sẽ giúp theo dõi số lượng các thành phần tham
gia dễ dàng hơn. Bởi có thể một thành phần nào đó không tham gia vào việc truyền
dữ liệu nhưng vẫn nhận được dữ liệu từ các thành phần khác.
Cung cấp các thành phần tham gia vào phiên làm việc.

1.6 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG MẠNG VOIP
1.1.5 Những yêu cầu khi phát triển VoIP
Chất lượng thoại phải ổn đinh, độ trễ chấp nhận được và phải so sánh với chất
lượng thoại của PSTN và các mạng có chất lượng thoại khác nhau.
Mạng IP cơ bản phải đáp ứng được những tiêu chí hoạt động khắc khe bao gồm việc
giảm thiểu từ chối cuộc gọi, mất mát gói và mất liên lạc. Điều này đòi hỏi kể cả khi
mạng tắt nghẽn hoặc dùng chung tài nguyên thì VoIP vẫn luôn được đảm bảo chất

lượng cao nhất.
Tín hiệu báo hiệu phải có khả năng tương tác với PSTN để không gây ra sự thay đổi
khi có sự chuyển giao giữa các mạng cũng như quá trình hoạt động của các mạng.
Liên kết giữa các dịch vụ PSTN/VoIP bao gồm các Gateway giữa các mạng truyền
thoại và mạng dữ liệu. Các mạng sẳn cần được hỗ trợ QoS và các dịch vụ toàn cầu
được thiết lập.
1.1.6 Những khó khăn khi triển khai dịch vụ
Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 15/51

Vấn đề về tiêu chuẩn: do các công nghệ ngày nay được phát triển không ngừng nên
việc thống nhất giữa các tiêu chuẩn để đảm bảo sự tương thích giữa các mạng còn
đang gặp nhiều khó khăn.
Vấn đề về truyền tải: mạng Internet không thể xác định trước được và luôn luôn
thay đổi. Việc thực hiện các cuộc gọi đường dài đi quốc tế còn bị ảnh hưởng bởi các
yếu tố khách quan như đứt cáp biển, sự cố từ ISP…
1.1.7 QoS trong VoIP
QoS là chí số đánh giá chất lượng.của một dịch vụ truyền dẫn được xác định qua
những còn số, nhằm có thể đánh giá, thể hiện sự hài lòng đối với chất lượng dịch
vụ.
Đối với các ứng dụng khác nhau mà có khác thông số về QoS khác nhau. Truyền tín
hiệu thoại qua Internet đòi hỏi rất khắc khe về chất lượng, dưới dây là các thông số
để chất lượng dịch vụ (QoS) của mạng VoIP:
Delay: là khoảng thời gian từ lúc tiếng nói được phát ra.đến lúc người nghe
nhận được. Nguyên nhân chính chủ yếu do: trễ do tốc độ truyền trong cáp
(Propagation Delay), trễ do xử lý (Handing Delay), trể do cấu.hình mạng không

thể đáp ứng nhu cầu cuộc gọi (Queuing Delay). Đơn vị ms.
Jitter: là hiện tượng các gói tin không đến nơi trong những khoảng thời gian
đều nhau, hiện tượng này làm cho cuộc hội thoại bị giật. Nguyên nhân chính dẫn
đến hiện tượng này là do trong mạng IP các gói tin.có thể đi theo các đường
khác nhau để đến đích. Để loại bỏ hiện tượng này cần các thuât toán đồng bộ tín
hiệu tại nơi thu và phát.
Echo: là hiện tượng âm thanh phát ra quay ngược lại đúng nói.phát làm cho
người nghe nghe được những gì mình đang nói. Nguyên nhân là do các gói tin
qua mạng có cấu hình khác nhau không đến được đích, quay lại điểm xuất phát.
Mất gói: VoIP sử dụng giao thức truyền UDP, vì vậy khả.năng mất gói khi
truyền rất thường xuyên xảy ra. Nhất là trong lúc khôi phục đường truyền.
Trong một mạng VoIP nếu không sử dụng QoS thì sẽ xảy ra các trường hợp sau:
Tín hiệu thoại không rõ ràng.
Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 16/51

Hình ảnh trên video bị nhòe, giật.
Dữ liệu đến nhưng không sử dụng được.
1.1.8 QoS trên các lớp của mô hinh OSI
Các kỹ thuật QoS được dùng trong các lớp của mô hình OSI gồm: vât lý, lớp dữ
liệu liên kết và lớp mạng.

Hình 2- 9: Mô hình OSI [1]
1.1.1.5Lớp vật lý
Lớp vật lý là môi trường truyền của mạng, bảo gồm dây dẫn, hệ thống dây điện, cáp
quang, hoặc môi trường không dây. Ở lớp này các con đường khác nhau chính là

phương thức hỗ trợ chất lượng dịch vu. Nếu 1 con đường bị tắt.nghẽn hoặc đứt thì
một con đường khác sẽ được thiết lập nhằm đảo bảo kết nối giữa nguồn và đích.
Tuy nhiên điều đó sẽ làm giảm hiệu.suất truyền trong mạng. Việc đảm bảo QoS
trong việc khôi phục kênh truyền là yếu tố rất quan trọng trong lớp vật lý.

Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 17/51

Hình 2- 10: QoS trong lớp vật lý [1]
Như trên hình ta thấy các dọc theo đường có tốc độ thấp sẽ ưu tiên truyền những tín
hiệu không yêu cầu thời gian thực. Các gói tin yêu cầu thời gian thực sẽ được
truyền theo đường có tốc độ cao hơn.
1.1.1.6Lớp data link
Kỹ thuật QoS trong mô hình OSI là hỗn độn, phức tạp và không tuân theo bất kỳ
nguyên tắc nào. Bởi không có bất kỳ mối liên hệ nào giữa lớp Data Link và các
chồng giao thức ở lớp trên. Do đó theo công thức truyền thống thì các loại hình dịch
vụ phân biệt sẽ được kết hợp với các công nghệ ATM hay FR.
ATM: hỗ trợ phương thức vận chuyển dữ liệu với tốc độ cao kết hợp các cơ chế
phức tạp để quản lý traffic, từ đó có thể dễ dàng phân phối tài nguyên sử dụng
cho các ứng dụng.
FR: là một dịch vụ truyền số liệu mạng diện rộng dựa trên công nghệ chuyển
mạch gói. Đặc điểm của Frame Relay là truyền thông tin qua mạng diện rộng
bằng việc chia dữ liệu thành những gói tin. Trong trường hợp tắt nghẽn, FR sẽ
thực hiện QoS giới hạn lại tốc độ của traffic khi nó đi vào mạng.
1.1.1.7Lớp mạng
Tại lớp mạng, kỹ thuật QoS được triển khai tốt nhất. Tại lớp này các gói IP được

phân loại loại dựa theo địa chỉ nguồn và đích.
Như ta thấy môi trường liên kết thay đổi khi một gói tín di chuyển từ nguồn đến
đích. Do trường CoS (Class of Service) không tồn tại trong chuẩn Frame Ethernet
nên việc đánh dấu ở lớp liên kết không được giữ lại khi truyền trên lớp mạng. Trong
Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 18/51

khi đó việc sử dụng đánh dấu ở lớp mạng.cung cấp khả năng đánh dấu thường
xuyên hơn do gói được duy trì từ nguồn đến đích. Hầu hết các gói đánh dấu đặc
trưng ở lớp mạng được dùng là độ ưu tiên IP và DSCP.
Tiêu đề của IPv4 chưa byte ToS. Độ ưu tiên IP sử dụng 3 bit trong trường ToS để
xác định CoS cho mỗi gói.
Tại lớp này có 3 loại dịch vụ QoS được định nghĩa:
Lớp Voice: xử lý các dịch vụ với độ ưu tiên nghiệm ngặt.
Lớp ứng dụng thương mại: yêu cầu đảm bảo băng thông ở mức 20% và thỏa
thuận độ ưu tiên thông qua lưu lượng Web.
Lớp Web: cho phép tốt đa 30% đường truyền.
Như vậy thành phần quan trọng nhất trong mô hình OSI là lớp mạng và lớp vận
chuyển. Tạo mối quan hệ tác động qua lại giữa người sử dụng và các thiết bị đầu
cuối.
Bảng chỉ số QoS của một số ứng dụng phổ biến:
Loại ứng dụng

Traffic

Độ trễ

Jilter

Mất gói

Email

Thấp tới vừa

-

-

-

Truyền file

Bộc phát cao

-

-

-

Telnet

Bộc phát thấp

Vừa phải

-

-

Streaming

Cao đến vừa

Nhạy cảm

Nhạy cảm

Nhạy cảm

Khắc khe

Khắc khe

Nhạy cảm

Khắc khe

Khắc khe

Nhạy cảm

Hội nghị truyền Cao
hình
VoIP

Vừa

CHƯƠNG 3.

1.7 Mô hình tổng quát
1.1.9 Các thuật ngữ sử dụng trong mô hình:

Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau

MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ CHẤT
LƯỢNG


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 19/51

LSR (Label Switch Router): là thiết bị định tuyến chuyển.mạch nhãn được sử dụng
trong hạ tầng các mạng IP.
PSL (Path Switch LSP): là LSR ở phía upstream.đảm nhận công việc chuyển từ
đường làm việc sang đường khôi phục.
PML (Path Merge LSP): là LSR ở điểm cuối đường khôi phục, có tác dụng trộn
đường dữ liệu sang đường khôi phục.
POR (Point of Repair): có thể là PSL hoặc PML đảm.nhận sửa chữa LSP bị sự cố.
Revertive Mode: là chế độ làm việc khi đường chính được sử dụng khi phục hồi.
FIS (Fault Indication Signal): tín hiệu báo hiệu từ điểm xuất hiện lỗi đến các LSR
Upstream hoặc Downstream trong.mạng cho đến khi nó đến được POR trong mạng.
FRS (Fault Recoverty Signal): tín hiệu báo hiệu đường làm việc đã được khôi phục
trở lại.

1.1.10 Thông số mô phỏng
Cho trước một topology mạng gồm 10 nút bộ định tuyến như trong hình dưới đây.

Hình 3- 1: Mô hình mạng chung
Các nguồn phát lưu lượng (src) đều đặt tại nút 0 và các đích nhận lưu lượng (sink)
đặt tại nút 10. Các liên kết giữa các nút đều là full-duplex với thời gian trễ là 30 ms
và có băng thông như sau :
Nút 0 - Nút 1: 3Mbps.
Nút 9 - Nút 10: 3Mbps.
Nút 1 - Nút 2: 1Mbps.
Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 20/51

Nút 2 - Nút 4: 1Mbps.
Nút 3 - Nút 4: 1Mbps.
Nút 3 - Nút 5: 1Mbps.
Nút 5 - Nút 7: 1Mbps.
Nút 7 - Nút 8: 1Mbps.
Nút 7 - Nút 9: 1Mbps.
Nút 1 - Nút 3: 2Mbps.
Nút 4 - Nút 7: 2Mbps.
Nút 4 - Nút 7: 2Mbps.
Nút 5 - Nút 7: 2Mbps.
Nút 0 và Nút 10 là bộ định tuyến IP thông thường (R0 và R10). Các nút từ 1 đến 9
là các bộ định tuyến có hỗ trợ MPLS (LSR1 đến LSR9) tạo thành một miền MPLS.
Có Một nguồn lưu lượng (scr1) được tạo thành.và gắn vào nút R0. Tương ứng có 1

đích lưu lượng (sink1) gắn vào nút R10. Nguồn phát luồng lưu lượng với tốc độ 0,8
M, kích thước gói 600Bytes. Mục tiêu chương trình mô phỏng hướng tới:
Thông tin mô phỏng chung của toàn mạng: bao nhiêu gói được tạo ra , bao nhiêu
gói được chuyển tiếp, bao.nhiêu gói bị mất mát.
Theo dõi quá trình thiết lập đường làm việc, đường bảo vệ và tái thiết lập chúng
ra sao.
Biểu diễn quá trình mô phỏng bằng các phần mềm ứng dụng NS như XGRAPH.
Thiết lập đường làm việc: LSP_1100 (ER=1_3_5_7_9).
Thiết lập đường bảo vệ toàn cục: LSP_1200 (ER=1_2_4_6_8_9).
Quá trình thiết lập điều kiện truyền
Thời điểm 0,5s: Luồng 1 (src1_sink1) .bắt đầu truyền đến LSP_1100.
Thời điểm 2,0s: Liên kết giữa LSR5_LSR7 bị đứt, đến 3,5s thì khôi phục.
Thời điểm 5,0s: Luồng 1 ngưng truyền.
Quá trình thiết lập định tuyến

Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 21/51

Thời điểm 0-0.5s: Các router trong mạng sẽ bắt đầu gửi các gói “hello” cho nhau để
xác định các Neighbor và bắt đầu thực hiện định tuyến. Tín hiệu màu đen thể hiện
các gói “hello”. Tín hiệu trả lời được thể hiện bằng màu đỏ.
Sau khi thiết lập Neighbor. Mối quan hệ giữa các Neighbor là 2-way. Lúc này các
router bắt đầu gửi thông tin trạng thái đường link để dựng nên 1 bảng database
(bảng Topology).
Từ bảng Topology nó bắt đầu dùng thuật toán.Dijkstra để tìm đường đi tối ưu nhất.
Sau khi ở trạng thái 2-way thì nó bắt đầu gửi thông tin cho nhau để hình thành lên 1

bảng database gọi là LSDB (Link-State Database).
Router sẽ gửi thông tin trạng thái đường link của nó cho các neighbor gọi là LSA
(Link state Advertisement).
Trước khi gửi LSA nó sẽ gửi 1 bản tin DBD (Database Description) để mô tả những
thông tin mà nó có được cho router neighbor.
Khi neighbor nhận được DBD nếu nó thấy thông tin nào trong DBD mà nó không
có thì nó sẽ gửi LSR (Link State Request) để xin thông tin thiếu.
Khi router nhận được request LSR thì nó phải cho những thông tin thiếu cho router
xin bằng LSA nằm bên trong LSU (Link State Update). LSU giống như là 1 phương
tiện để chở LSA trả về cho.
Khi router xin nhận được LSU thì nó bỏ phần LSU lấy phần LSA. Khi nhận xong
nó phải trả lời lại là đã nhận được bằng LSACK (Link State Acknowledgment).
Sau khi có LSDB thì router có thể tự chọn được đường đi tốt nhất dựa vào thuật
toán Dijkstra.

Đồ thị lưu lượng theo thời gian
Được vẽ dựa trên việc đo kiểm băng thông tại nút nhận lưu lượng 10 trong suốt quá
trình thực hiện.mô phỏng. Việc này được thực hiên trong mã nguồn Otcl bằng một
hàm đo kiểm băng thông với chu kỳ xác định, cụ thể là 100ms. Nhằm tạo dạng đồ

Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 22/51

thị một cách trực quan nhất. Tuy nhiên khi tính toán thông số thời gian nhưng dịch
vu, sử dụng chu kỳ là 10ms để đạt kết quả chính xác nhất.
Tỉ lệ mất gói trong thời gian hội tụ

Được đo kiểm bằng hiệu số giữa gói tin nhận được tại nút 10 và gói tin được gửi đi.
Với giả định rằng sự mất mát các gói tin chỉ xảy ra.khi đường truyền gặp sự cố và
mô hình bảo vệ, khôi phục được thực thi quá trình hội tụ để tiếp tục đưa lưu lượng
đến đích bằng các tài nguyên dự phòng. Do mạng không phát sinh thêm bất kỳ lưu
lượng nào nên có thể loại trừ khả năng bị mất gói trong quá trình các nút (router) xử
lý dữ liệu. Vì vậy, cách thức đo kiểm sẽ diễm ra chân thật và chính xác hơn rất
nhiều. Phản ánh đúng tỉ lệ mất gói trong quá trình khôi phục để đưa ra đánh giá chất
lượng các mô hình một cách chính xác nhất.
Thời gian ngưng dịch vụ.
Được đo kiểm bằng một hàm đo kiểm bằng thông tại nút 10. Với chu kỳ xác định
được thực hiện mỗi 10ms. Với lưu lượng bằng 0, điều đó xác đinh không có gói tin
nào được truyền qua nút nhận, vì vậy khoảng thời gian đó được xác đinh là thời
gian ngưng dịch vụ.

Hình 3- 2: Tiến trình các Router xác lập đường truyền

Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 23/51

Hình 3- 3: Tính toán đường đi tối ưu nhất

1.8 Khôi phục theo mô hình trong các điều kiện truyền khác nhau
Với Topo mạng đã được khởi tạo, một nguồn lưu lượng tại 0 có tham số bao gồm
băng thông 0.8Mbps. kích thước gói tin gồm 600bytes được tạo ra và gắn vào nút 0.
Lưu lượng sẽ thực hiện truyền đi đên 10 thông qua các nút trung gian.
1.1.11 Mô hình Makam

Nó cung cấp bảo vệ toàn cục cho một LSP bằng cách thiết lập đường khôi phục
giữa Ingress-LSR và Egress-LSR. Đường làm việc và khôi phục tách rời nhau cả về
link và nút. Khi phát hiện lỗi ở bất kỳ vị trí nào trên đường làm việc, tín hiệu FIS
được dùng để chuyển thông báo lỗi về cho.Ingress-LSR (là PSL). Ingress-LSR sẽ
thực hiện chuyển mạch lưu lượng sang đường khôi phục. Mô hình này hỗ trợ cả
đường khôi phục thiết lập sẵn (chuyển Mạch bảo vệ) và đường khôi phục thiết lập
động (tái định tuyến).
Trong đó:
Đường màu xanh là đường làm việc chính.
Đường màu đỏ là đường được phục hồi.

Đánh giá chất lượng mạng VoIP trong các
điều kiên kênh truyền khác nhau