ĐỀ TÀI TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ VOIP XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TRUYỀN THANH QUA MẠNG LAN

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Tel. (84-511) 736 949, Fax. (84-511) 842 771
Website: itf.ud.edu.vn, E-mail:

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ
NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
MÃ NGÀNH : 05115

ĐỀ TÀI :
TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ VOIP
XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TRUYỀN THANH QUA MẠNG LAN
Mã số : 06T4 – 042
Ngày bảo vệ : 15 - 16/6/2011

SINH VIÊN : TRẦN QUANG QUÝ
LỚP

: 06T4

CBHD

: GV .ThS MAI VĂN HÀ

ĐÀ NẴNG, 06/2011


NHẬN XÉT

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng nói
chung và khoa Công nghệ thông tin nói riêng, cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa
Công nghệ Thông tin đã tận tình giảng dạy chỉ bảo cho tôi cũng như tất cả nhưng sinh
viên khác trong suốt khóa học. Thầy cô đã tạo điều kiện tối đa cho tôi cũng như các
sinh viên khác có thể học tập tốt và nâng cao tầm hiểu biết của mình. Đặc biệt khoa
Công nghệ Thông tin đã tạo điều kiện để chúng tôi được thực hiện luận văn tốt
nghiệp của mình một cách trọn vẹn.
Xin chân thành cảm ơn giao viên Thạc sĩ Mai Văn Hà đã tận tình hướng dẫn tôi
trong suốt thời gian thực hiện đề tài, tạo điều kiện để tôi hoàn thành đề tài của mình
với kết quả tốt nhất.
Xin cảm ơn gia đình và bạn bè cũng đã cho tôi chỗ dựa về mặt tinh thần trong suốt
chặng đượng học tập cho đến ngày hôm nay.
Tôi đã cố gắng hết sức mình để thực hiện đề tài này. Mặc dù vậy cũng khó tránh
khỏi những sai sót. Rất mong được thầy cô và các bạn xem xét và góp ý.
Sinh viên : Trần Quang Quý
Lớp: 06T4


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan :
1 Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự
hướng dẫn trực tiếp của Thạc sĩ Mai Văn Hà
2 Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên
tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố.

3 Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá,
tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.

Sinh viên,
TRẦN QUANG QUÝ


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU...........................................................................................................3
I.
II.
III.
IV.

Ý TƯỞNG..................................................................................................................3
BỐI CẢNH HIỆN TẠI...............................................................................................3
MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ.....................................................................................4
PHƯƠNG PHÁP TRIỂN KHAI................................................................................4

CƠ SỞ LÝ THUYẾT.......................................................................................6
I.

CÔNG NGHỆ VOIP..................................................................................................6
I.1.
Tổng quan về VoIP.........................................................................................6
I.2.
Phương thức hoạt động của VoIP..................................................................7
I.3.
Các giao thức trong VoIP...............................................................................8

I.3.1. Giao thức H.323.............................................................................................8
I.3.2. Giao thức SIP...............................................................................................11
I.4.
Các dạng mô hình VoIP................................................................................15
I.4.1. Máy điện thoại với máy điện thoại..............................................................16
I.4.2. Máy điện thoại với máy tính........................................................................17
I.4.3. Máy tính với máy tính..................................................................................18
II. KHẢO SÁT CÁC GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG.............................................19
II.1. Bộ giao thức TCP/IP....................................................................................19
II.1.1. Khái quát về bộ giao thức TCP/IP..............................................................19
II.1.2. Ưu thế...........................................................................................................20
II.1.3. Liên hệ TCP/IP với OSI...............................................................................20
II.1.4. Các giao thức trong bộ giao thức TCP/IP...................................................21
II.2. Giao thức IP.................................................................................................24
II.2.1. Khái quát về giao thức IP............................................................................24
II.2.2. Gói tin trong giao thức IP............................................................................26
II.2.3. Các giao thức trong mạng IP.......................................................................29
II.2.4. Các bước hoạt động của giao thức IP.........................................................30
II.3. Giao thức điều khiển truyền dữ liệu TCP...................................................31
II.3.1. Khái quát......................................................................................................31
II.3.2. Các bước thực hiện để thiết lập một liên kết TCP/IP..................................31
II.3.3. Một số hàm thông dụng trong giao thức TCP.............................................32
II.3.4. Segment trong giao thức TCP......................................................................33
II.4. Giao thức UDP.............................................................................................35
II.4.1. Khái quát......................................................................................................35
II.4.2. Cổng.............................................................................................................35

i

Mục lục
II.4.3. Cấu trúc gói trong giao thức UDP..............................................................36
III. CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HOÁ ÂM THANH.....................................................38
III.1. Tín hiệu tiếng nói con người........................................................................38
III.1.1. Quá trình phát âm của con người................................................................38
III.2. Các phương pháp mã hoá.............................................................................40
III.2.1. Khái quát......................................................................................................40
III.2.2. Mã hoá dạng sóng........................................................................................41
III.2.3. Mã hoá dự đoán tuyến tính LPC..................................................................42
III.2.4. Mã hoá hỗn hợp...........................................................................................42
III.3. Các phương pháp mã hóa vùng thời gian....................................................43
III.3.1. Phương pháp điều biến xung mã PCM........................................................44
III.3.2. Phương pháp điều biến xung mã vi sai........................................................48
III.3.3. Phương pháp diều biến xung mã vi sai thích ứng ADPCM........................50
III.4. Một số chuẩn nén âm thanh.........................................................................52
III.4.1. Chuẩn nén G711...........................................................................................52
III.4.2. Chuẩn nén G723..........................................................................................54

PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG.................................................57
I. NGHIÊN CỨU SƠ BỘ.............................................................................................57
II. PHÂN TÍCH YÊU CẦU..........................................................................................58
III. THIẾT KẾ HỆ THỐNG...........................................................................................59
III.1. Thiết kế form chính (Form hiển thị danh sách máy online)........................59
III.2. Thiết kế form gọi.........................................................................................60
III.3. Thiết kế form thông báo có cuộc gọi...........................................................60
IV. THỰC HIỆN TRIỂN KHAI HỆ THỐNG................................................................61
IV.1. Phạm vi ứng dụng của hệ thống..................................................................61
IV.2. Biểu đồ usercase..........................................................................................61
IV.3. Biểu đồ tuần tự.............................................................................................62
IV.3.1. Gởi gói tin broadcast...................................................................................62

IV.3.2. Gọi và truyền thoại......................................................................................62

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH..................................................................63
I.

MÔI TRƯỜNG DIRECTX SDK.............................................................................63
I.1.
Lớp Foundation............................................................................................64
I.1.1. Direct Draw..................................................................................................65
I.1.2. Direct Sound.................................................................................................65
I.1.3. Direct Input..................................................................................................66
I.1.4. Direct 3D......................................................................................................66
I.2.
Lớp Media và Components..........................................................................68
I.3.
Thư viện directSound...................................................................................68
II. CHƯƠNG TRÌNH PHONE IP.................................................................................70
II.1. Module cập nhật các máy trong mạng Lan đang chạy chương trình..........70

Trần Quang Quý, LỚP 06T4

ii


Mục lục
II.1.1.
II.1.2.
II.2.
II.2.1.
II.2.2.

Sơ đồ hoạt động...........................................................................................70
Kết quả.........................................................................................................71
Module gọi và truyền thoại..........................................................................72
Sơ đồ hoạt động...........................................................................................72
Kết quả.........................................................................................................72

TỔNG KẾT....................................................................................................73
I. KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC...........................................................................................73
II. CHƯA ĐẠT ĐƯỢC.................................................................................................73
III. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.............................................................................73

Trần Quang Quý, LỚP 06T4

iii


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình

Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
Hình
i

1. Mô hình VoIP...............................................................................................................6
2. Cấu trúc Stack của giao thức H.323..........................................................................10
3. Mô hình hoạt động của giao thức SIP (a)..................................................................11

4. Mô hình hoạt động của giao thức SIP (b).................................................................12
5. Mô hình VoIP Phone to phone...................................................................................16
6. Mô hình VoIP Phone to PC........................................................................................17
7. Mô hình VoIP PC to PC.............................................................................................18
8. Cấu trúc các tầng trong OSI và TCP/IP....................................................................20
9. Các giao thức trong bộ giao thức TCP/IP.................................................................21
10. Cấu trúc gói tin trong giao thức IP..........................................................................26
11. Cấu trúc trường Type of service trong gói tin Ipv4..................................................26
12. Các giá trị tương ứng của trường Precedence trong trường Type of serveice........27
13. Cấu trúc segment trong giao thức TCP...................................................................33
14. Cấu trúc gói tin trong giao thức UDP.....................................................................36
15. Dạng phổ của tín hiệu âm thanh..............................................................................39
16. Sơ đồ bộ mã hóa tiếng nói.......................................................................................40
17. Các thành phần trong bộ mã hóa PCM...................................................................44
18. Ba phương thức lấy mẫu của bộ mã hóa PCM........................................................46
19. Lượng tử hóa và mã hóa trong PCM.......................................................................47
20. Sơ đồ mã hóa và giải mã của phương pháp DPCM................................................48
21. Sơ đồ khối đơn giản của bộ mã hóa và giải mã ADPCM........................................50
22. Sơ đồ giải thuật mã hoá nén IMA ADPCM.............................................................51
23. Luật a và luật µ trong G711.....................................................................................53
24. Cơ chế mã hóa của chuẩn G723..............................................................................55
25. Cơ chế giải mã của chuẩn G723..............................................................................56
26. Mô tả sơ bộ chức năng bắt các máy trong mạng LAN.............................................57
27. Mô tả chức năng gọi thoại.......................................................................................58
28. Form hiển thị danh sách máy trong mạng LAN.......................................................59
29. Form gọi và kết thúc cuộc gọi..................................................................................60
30. Form thông báo có cuộc gọi....................................................................................60
31. Biểu đồ usecase........................................................................................................61
32. Biểu đồ tuần tự - gửi gói tin broadcast....................................................................62
33. Biểu đồ tuần tự - Truyền thoại.................................................................................62

34. Lớp Foundation trong DirectX.................................................................................64
35. DirectX – Direct3D..................................................................................................67
36. Sơ đồ hoạt động module cập nhật danh sách máy online........................................70


Mục lục
Hình 37. Sơ đồ hoạt động module gọi và truyền thoại...........................................................72

Trần Quang Quý, LỚP 06T4

ii


CHƯƠNG

MỞ ĐẦU
.I

Ý TƯỞNG

Đối tượng tác động để đi tới ý tưởng là việc tổ chức các cuộc họp của các công ty
doanh nghiệp, đặc biệt là các công ty tin học. Vấn đề đặt ra làm thế nào có thể rút
ngắn thời gian chuẩn bị cho một cuộc họp. Làm thế nào để một thành viên trong cuộc
họp sẽ không phải rời xa bàn làm việc của mình khi có một cuộc họp khẩn cấp.
Giải pháp đưa ra là cuộc họp sẽ phải được tổ chức theo kiểu trực tuyến. Nghĩa là
toàn bộ việc giao tiếp trong cuộc họp sẽ được thực hiện thông qua một hệ thống
mạng. Việc quản lý cuộc họp sẽ được quản lý với một server duy nhất. Trong cuộc
họp một thành viên sẽ đối thoại với các thành viên khác dưới hình thức một người nói
tất cả cùng nghe. Thành viên sẽ nắm bắt được tất cả các thông tin từ những thành
viên khác như đang ngồi đối diện với họ trong phòng họp mà thực chất là họ đang

ngồi trên bàn làm việc của mình. Điều này cần đến một hệ thống truyền tải thoại mà
thành viên phát ra tới tất cả các thành viên khác. Đây là phần chính nhất trong hệ
thống. Và công nghệ được lựa chọn sẽ là VoIP. Ngoài ra các thông tin khác như các
tài liệu của cuộc họp, cũng sẽ được cung cấp tới tất cả các thành viên qua một hệ
thống truyền tải files. Hay hình ảnh của từng thành viên cũng được truyền theo
phương thức truyền tải dữ liệu hình ảnh.
Có không ít lý do để lựa chọn giải pháp này. Ví dụ khi công ty được đặt trong một
tòa nhà cao tầng. Nhân viên không phải vất vã đến phòng họp, việc này hơn nữa cũng
chiếm mất khá nhiều thời gian. Hay một trường hợp khác một nhân viên đang có một
việc khá cấp thiết phải thực hiện và không thể rời xa máy tính của mình. Khi đó anh
ta có thể vừa làm việc vừa có thể nắm bắt được thông tin trong cuộc họp. …

.II BỐI CẢNH HIỆN TẠI
Trong bối cảnh hiện tại thì công nghệ VoIP đã thực sự rất phổ biến và cho thấy thế
mạnh của nó. Điểm mạnh của VoIP chính là hiệu quả không quá tồi nhưng chi phí rất
rẻ. Trong tương lai khi công nghệ này phát triển hơn nữa thì chắc chắn nó sẽ trở nên
rất hửu dụng.
Xuất phát từ ý tưởng nêu trên. Tôi đã lựa chọn đề tài tìm hiểu công nghệ VoIP để
làm đề tài cho luận văn tốt nghiệp của mình. Do không thể một mình hoàn thành được
Trần Quang Quý, LỚP 06T4

3


Tìm hiểu công nghệ VoIP – Xây dựng ứng dụng truyền thanh qua mạng LAN

mục tiêu là xây dựng một hệ thống tổ chức cuộc họp trực tuyến như ý tưởng đã đưa
ra với thời lượng của luận văn tốt nghiệp. Tôi đã quyết định trong đề tài luận văn tốt
nghiệp này, tôi sẽ bắt đầu tìm hiểu về công nghệ VoIP, các giải pháp truyền nhận thoại
trên hệ thống mạng. Xây dựng một chương trình Demo thể hiện phương thức truyền

tải thoại qua mạng, phương pháp nén mã hóa âm thanh. Đề tài sẽ là nền tảng cho tôi
phát triển ý tưởng của mình trong thời gian tới.
Tên đề tài :
Tìm hiểu công nghệ VoIP – Xây dựng ứng dụng truyền thanh qua mạng LAN

.III MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ
Mục đích của tôi khi chọn đề tài này là tìm hiểu kỹ hơn, sâu hơn về công nghệ
VoIP, đặc điểm, cách thức hoạt động cũng như tính chất, ưu nhược điểm của công
nghệ này. Ngoài ra còn đề tìm hiểu về lập trình ứng dụng mạng, cụ thể ở đây là lập
trình Socket. Hiểu hơn về các giao thức mạng.
 Với mục đích đó, tôi đã xác định hai nhiệm vụ chính phải thực hiện là:

 Tìm hiểu lý thuyết về công nghệ VoIP.
 Xây dựng thành công ứng dụng truyền thanh qua mạng LAN với ngôn ngữ

chọn lựa là C#.NET.

.IV PHƯƠNG PHÁP TRIỂN KHAI
Phương pháp triển khai đề tài là : Triển khai từng bước từ tìm hiểu lý thuyết đến
xây dựng ứng dụng. Tìm hiểu kỹ về VoIP sau đó tìm hiểu về lập trình ứng dụng mạng
và cuối cùng là bắt tay và giai đoạn phân tích thiết kế và xây dựng ứng dụng.

Trần Quang Quý, LỚP 06T4

4


Tìm hiểu công nghệ VoIP – Xây dựng ứng dụng truyền thanh qua mạng LAN

Nội dung báo cáo sẽ bao gồm các chương sau:

 Chương 1. Cơ sở lý thuyết:

Trình bày về công nghệ VoIP, kiến thức về lập trình ứng dụng mạng mà cụ thể
là lập trình Socket. Tình hình thực tiễn ứng dụng công nghệ VoIP
 Chương 2. Phân tích và thiết kế hệ thống.

Phân tích và thiết kế hệ thống thông tin.
 Chương 3. Xây dựng chương trình Phone IP.

Trình bày về chương trình, kết quả demo
 Chương 4. Tổng kết.

Trình bày kết quả đã đạt được, và chưa đạt được , hướng phát triển

Trần Quang Quý, LỚP 06T4

5


CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
.I
.I.1.

CÔNG NGHỆ VOIP
Tổng quan về VoIP

VoIP (viết tắt của Voice over Internet Protocol, nghĩa là Truyền giọng nói trên
giao thức IP) là công nghệ truyền tiếng nói của con người qua mạng thông tin sử dụng

bộ giao thức TCP/IP. Nó sử dụng các gói dữ liệu IP (trên mạng LAN, WAN, Internet)
với thông tin được truyền tải là mã hoá của âm thanh.

Hình 1. Mô hình VoIP

Công nghệ này bản chất là dựa trên chuyển mạch gói, nhằm thay thế công nghệ
truyền thoại cũ dùng chuyển mạch kênh. Nó nén nhiều kênh thoại trên một đường
truyền tín hiệu, và những tín hiệu này được truyền qua mạng Internet, vì thế có thể
giảm giá thành.
Để thực hiện việc này, điện thoại IP, thường được tích hợp sẵn các nghi thức báo
hiệu chuẩn như SIP hay H.323, kết nối tới một tổng đài IP (IP PBX) của doanh nghiệp
hay của nhà cung cấp dịch vụ. Điện thoại IP có thể là điện thoại thông thường (chỉ
khác là thay vì nối với mạng điện thoại qua đường dây giao tiếp RJ11 thì điện thoại
IP nối trực tiếp vào mạng LAN qua cáp Ethernet, giao tiếp RJ45) hoặc phần mềm
thoại (soft-phone) cài trên máy tính.
Các dịch vụ như gọi 171 (VNPT), 177 (SPT), 178 (Viettel), 175 (VISHIPEL) ở
Việt Nam đều là các dịch vụ sử dụng phương thức này. Tuy nhiên VoIP cũng có
Trần Quang Quý, LỚP 06T4

6


Tìm hiểu công nghệ VoIP – Xây dựng ứng dụng truyền thanh qua mạng LAN

những nhược điểm của nó. Đó là chất lượng âm thanh chưa được đảm bảo, vẫn còn
tình trạng trễ tiếng. Một số công ty cung cấp VoIP tại Việt Nam đã cố gắng cung cấp
cho khách hàng chất lượng thoại VoIP ngày càng tốt hơn.
Các giao thức dùng trong VoIP là SIP, MGCP, H323. Giao thức H323 không chỉ
được dùng trong truyền tiếng nói mà còn được dùng để truyền video trên nền mạng IP
(giải pháp video conference).

.I.2.

Phương thức hoạt động của VoIP

VoIP cho phép tạo cuộc gọi đường dài qua mạng 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.
Cách đây nhiều năm chúng ta đã khám phá ra cách gửi tín hiệu đến một máy đích ở
xa bằng tín hiệu số bằng cách: trước khi gửi,chúng ta sẽ số hóa tín hiệu bằng
ADC(Analog to Digital Converter-Thiết bị chuyển đổi tín hiệu tuần tự sang tín hiệu
số)sau đó truyền đi và tại đầu nhận sẽ chuyển đổi ngược lại với DAC(Digital to
Analog Converter-Thiết bị chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tuần tự) để sử dụng.
VoIP cũng làm việc giống như vậy,số hóa âm thanh thành các gói dữ liệu,gửi dữ
liệu đi và chuyển đổi chúng lại thành dạng âm thanh tại đầu nhận.
Khi nói vào ống nghe hay microphone,giọng nói sẽ tạo ra tín hiệu điện từ,đó là tín
hiệu analog.Tín hiệu analog sẽ được chuyển đổi sang tín hiệu số nhờ vào một số thuật
toán đặc biệt để chuyển đổi.Những tín hiệu khác nhau sẽ có cách chuyển đổi khác
nhau như VoIP phone hay softphone,nếu dùng điện thoại analog thông thường thì cần
một TA(Telephone Adapter),sau đó giọng nói được số hóa sẽ được đóng thành gói tin
và được gửi qua mạng IP.
Định dạng số có thể được điều khiển tốt hơn:chúng ta có thể nén,định
tuyến,chuyển đổi nó sang định dạng mới và hơn nữa tín hiệu số thì ít nhiễu hơn tín
hiệu analog.
Mặc dù khái niệm về VoIP là đơn giản nhưng 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 cho việc gửi gói cũng như
có thể dùng kỹ thuật nén gói để tiết kiệm băng thông thông qua những tiến trình
codec (compressor/ de_compressor).

Trần Quang Quý, LỚP 06T4

7


Tìm hiểu công nghệ VoIP – Xây dựng ứng dụng truyền thanh qua mạng LAN

.I.3.

Các giao thức trong VoIP

Những giao thức VoIP có thể được phân loại tùy theo vai trò của chúng trong suốt
quá trình chuyển giao thông điệp. H323 và SIP là những giao thức báo hiệu, các giao
thức này dùng để thiết lập,ngắt và thay đổi cuộc gọi. RTP và RTCP cung cấp chức
năng mạng vận chuyển end-to-end cho những ứng dụng truyền dữ liệu mà yêu cầu
thời gian thực (real-time) như là âm thanh và video. Những chức năng đó bao gồm
nhận diện loại dữ liệu, số trình tự, tham số thời gian và giám sát tiến trình gởi.
TRIP,SAP,STUN, TURN… bao gồm một nhóm các giao thức hỗ trợ có liên quan đến
VoIP. Sau cùng, bởi vì VoIP gían tiếp dựa vào tầng vận chuyển bên dưới để di chuyển
dữ liệu nên đòi hỏi nhiều giao thức như là TCP/IP, DNS, DHCP, SNMP, RSVP và
TFTP.
.I.3.1.

Giao thức H.323

.1 Đặc điểm
Bộ giao thức H323 cho phép những thiết bị kết nối khác nhau có thể liên kết với
nhau.H323 được phổ biến bởi tổ chức ITU.Giao thức này ban đầu được phát triển cho
những ứng dụng đa phương tiện,các thực thể của H323 cung cấp những tiến trình liên
quan đến vấn đề đồng bộ như thoại,video và kết nối dữ liệu.Hỗ trợ cho thoại là chủ

yếu,hỗ trợ cho video,kết nối dữ liệu chỉ là phần mở rộng của H323.
Đặc điểm kỹ thuật của H323 định nghĩa bốn thực thể H323 khác nhau như là các
đơn vị chức năng của mạng H323 hoàn chỉnh, những thành phần này của hệ thống
H323 bao gồm thiết bị đầu cuối, gateway, gatekeeper và các đơn vị điều khiển đa
điểm(MCUs).
Thiết bị đầu cuối(điện thoại,softphones,IVRs,thư thoại,máy quay phim,v.v…) là
những thiết bị điển hình tác động qua lại với người dùng cuối.Phần mềm MS
Netmeeting là một ví dụ của thiết bị đầu cuối.Các thiết bị đầu cuối chỉ cung cấp thoại
hoặc đa phương tiện như là video và sự cộng tác ứng dụng thời gian thực.
Gateways giải quyết điều khiển tín hiệu và truyền dẫn phương tiện, và là thành
phần mở rộng. Điển hình của gateway là cung cấp giao diện cho những mạng khác
nhau như là ISDN,PSTN hoặc những hệ thống H323 khác. Bạn có thể nghĩ chức năng
của H323 như là cung cấp một “bộ dịch”.
Ví dụ như là một gateway H323 sẽ điều khiển sự đàm thoại của H323 với SIP hoặc
H323 với ISUP(ISDN User Part) chỉ rõ tính chất thủ tục tín hiệu xen kẽ cho việc điều

Trần Quang Quý, LỚP 06T4

8


Tìm hiểu công nghệ VoIP – Xây dựng ứng dụng truyền thanh qua mạng LAN

khiển cuộc gọi. Nghĩ một cách khác thì một gateway cung cấp một giao diện giữa
mạng chuyển gói(ví dụ như VoIP) và mạng chuyển mạch(ví dụ như PSTN). Nếu
gatekeeper tồn tại, gateway VoIP đăng ký với gatekeeper đó và gatekeeper sẽ tìm ra
gateway tốt nhất cho phiên giao dịch chi tiết.
Gatekeeper cũng là phân mở rộng của H323, điều khiển việc giải quyết địa chỉ và
cho vào mạng H323. Chức năng quan trọng nhất của nó là biên dịch địa chỉ giữa địa
chỉ ký danh tượng trưng và địa chỉ IP.

Ví dụ,với sự có mặt của gatekeeper nó có khả năng gọi tới địa chỉ có tên là “Tom”
thay vì phải gọi tới địa chỉ IP 192.168.10.10. Gatekeeper cũng quản lý các thiết bị đầu
cuối truy cập vào các thiết bị,tài nguyên mạng, và mở rộng hơn là có thể cung cấp các
dịch vụ phụ. Chúng cũng giám sát việc sử dụng dịch vụ và cung cấp băng thông có
giới hạn.
Một gatekeeper thì không đòi hỏi một hệ thống H323. Tuy nhiên nếu có sự hiện
diện của gatekeeper, các thiết bị đầu cuối muốn sử dụng được thì cần phải có sự phục
vụ của gatekeeper. RAS định nghĩa khái niệm này là sự biên dịch địa chỉ, điều khiển
sự đi vào, điều khiển băng thông, sự quản trị miền. Các chức năng của gatekeeper và
gateway thường được hiện diện trên những thiết bị vật lý đơn giản.
MCUs hỗ trợ hội nghị nhiều bên giữa ba hay nhiều thiết bị đầu cuối. Chuẩn H323
cho phép nhiều kịch bản đàm thoại đặc biệt, hoặc tập trung hay phân quyền.
Base-end servers (BES) là một chức năng bổ sung quan trọng trong hạ tầng H323.
BES có thể cung cấp những dịch vụ cho việc chứng thực người sử dụng, sự ủy quyền
dịch vụ, tài chính, nạp điện và hóa đơn, và các dịch vụ khác. Trong một mạng đơn
giản thì gatekeeper và gateway cung cấp những dịch vụ như thế.

.2 Cấu trúc Stack
Audio,video và các packet registration sử dụng giao thức không có độ tin cậy
UDP(User Datagram Protocol) trong khi dữ liệu và các gói tin ứng dụng thì sử dụng
giao thức có độ tin cậy TCP(Tranmission Control Protocol) để truyền tải.Hình sau thể
hiện stack của H323 protocol:

Trần Quang Quý, LỚP 06T4

9


Tìm hiểu công nghệ VoIP – Xây dựng ứng dụng truyền thanh qua mạng LAN

Hình 2. Cấu trúc Stack của giao thức H.323

.3 Những giao thức có liên hệ với H.323
H323 có đặc điểm kỹ thuật giống như một chiếc dù chứa đựng một số lượng lớn bộ
máy chính trị có tác động qua lại với nhau bằng nhiều cách thức khác nhau dựa vào
bộ dạng, sự vắng mặt, mối quan hệ mô hình của những thực thể tham gia và loại
session (ví dụ như là audio và video). Có nhiều giao thức con bên trong đặc điểm của
giao thức H323. Để mà có thể hiểu được toàn bộ những luồng thông điệp bên trong
một giao tác VoIP của giao thức H323, bản thân chúng ta sẽ tự quan tâm đến những
giao thức chung nhất có liên quan đến công nghệ VoIP. Hình 5.2 sẽ cho thấy những
giao thức thích hợp và mối quan hệ của chúng.
H.225/Q.931 định nghĩa tín hiệu cho việc thiết lập và ngắt cuộc gọi, bao gồm địa
chỉ IP nguồn và địa chỉ IP đích, cổng, mã vùng, và thông tin cổng của giao thức H245.
H.225.0/RAS chỉ rõ thông điệp mà mô tả tín hiệu, và thông tin dòng media.
H.245 chỉ rõ thông điệp và thông tin kênh logic cho dòng phương tiện.
Real Time Protocol (RTP) mô tả vận chuyển end-to-end của dữ liệu thời gian
thực.
Real Time Control Protocol (RTCP) mô tả việc giám sát end-to-end của việc
chuyển dữ liệu, chất lượng dịch vụ của thông tin cung cấp như là jitter và sự thất lạc
trung bình của packet.
.I.3.2.

Giao thức SIP

Trước đây khi đề cập đến VoIP, tiêu chuẩn quốc tế thường được đề cập đến là
H.323. Giao thức H.323 là chuẩn do ITU-T phát triển cho phép truyền thông đa
phương tiện qua các hệ thống dựa trên mạng chuyển mạch gói, tập giao thức H.323
bao gồm rất nhiều giao thức con bên trong nó như H.245, H.225, Q.931... hoạt động
Trần Quang Quý, LỚP 06T4

10


Tìm hiểu công nghệ VoIP – Xây dựng ứng dụng truyền thanh qua mạng LAN

dựa trên H.323 là rất chặt chẽ và phức tạp. Nhưng những năm trở lại đây thì giao
thức SIP lại chiếm ưu thế và dần dần thay thế hẳn H.323, tôi mở topic này với hi vọng
mọi người sẽ cùng bàn luận để có thể hiểu rõ ràng hơn về giao thức này, vì VoIP là
một trong những dịch vụ sẽ rất phát triển trong tương lai.
.1 SIP và các thành phần trong SIP
SIP (viết tắt của Session Initiation Protcol ) là giao thức báo hiệu điều khiển lớp
ứng dụng được dùng để thiết lập, duy trì, kết thúc các phiên truyền thông đa phương
tiện. Các phiên multimedia bao gồm thoại Internet, hội nghị, và các ứng dụng tương
tự có liên quan đến các phương tiện truyền đạt (media) như âm thanh, hình ảnh, và dữ
liệu. SIP sử dụng các bản tin mời (invite message) để thiết lập các phiên và để mang
các thông tin mô tả phiên truyền dẫn. SIP hỗ trợ các phiên đơn bá (unicast) và quảng
bá (multicast) tương ứng các cuộc gọi điểm tới điểm và cuộc gọi đa điểm.
Nói chung SIP gồm 2 thành phần lớn là SIP client (là thiết bị hỗ trợ giao thức SIP
như SIP phone), và SIP server (là thiết bị trong mạng xử lý các bản tin SIP). Trong
SIP server có các thành phần quan trọng như: Proxy server, Redirect server, Location
server, Registrar server...

Hình 3. Mô hình hoạt động của giao thức SIP (a).

Proxy Server : là thực thể trong mạng SIP làm nhiệm vụ chuyển tiếp các SIP
request tới thực thể khác trong mạng. Như vậy, chức năng chính của nó trong mạng là
định tuyến cho các bản tin đến đích.
Proxy server : cũng cung cấp các chức năng xác thực trước khi cho khai thác dịch
vụ. Một proxy có thể lưu (stateful) hoặc không lưu trạng thái stateless) của bản tin
trước đó. Thông thường thì proxy có lưu trạng thái, chúng duy trì trạng thái trong

suốt transaction (khoảng 32 giây).
Redirect Server : trả về bản tin lớp 300 để thông báo với thiết bị là chuyển hướng
bản tin tới địa chỉ khác – tự liên lạc thông qua địa chỉ trả về.
Trần Quang Quý, LỚP 06T4

11


Tìm hiểu công nghệ VoIP – Xây dựng ứng dụng truyền thanh qua mạng LAN

Registrar server : là server nhận bản tin SIP Register yêu cầu và cập nhật thông
tin từ bản tin request vào “location database” nằm trong Location Server
Location Server : lưu thông tin trạng thái hiện tại của người dùng trong mạng SIP

Hình 4. Mô hình hoạt động của giao thức SIP (b).

.2 Các dạng message trong giao thức SIP
Dưới đây là các dạng tin nhắn được sử dụng trong giao thức SIP
INVITE : là tin nhắn được dùng khi bắt đầu thiết lập cuộc gọi. Gói tin này được
gửi tới đầu cuối khác mời tham gia cuộc gọi.
ACK : là tin phản hồi từ đầu cuối được mời khẳng định máy trạm đã nhận được
tin nhắn mời INVITE
BYE : kết thúc cuộc gọi
CANCEL : hủy yêu cầu nằm trong hàng đợi
REGISTER : đầu cuối SIP sử dụng bản tin này để đăng ký với máy chủ đăng ký
OPTION : sử dụng để xác định năng lực của máy chủ
INFO : sử dụng để tải các thông tin như âm báo DTMF
Giao thức SIP có nhiều điểm trùng hợp với giao thức HTTP. Các bản tin trả lời các
bản tin SIP nêu trên gồm có :
1xx - Các bản tin chung

2xx - Thành công
3xx - Chuyển địa chỉ

Trần Quang Quý, LỚP 06T4

12


Tìm hiểu công nghệ VoIP – Xây dựng ứng dụng truyền thanh qua mạng LAN

4xx - Yêu cầu không được đáp ứng
5xx - Sự cố của máy chủ
6xx - Sự cố toàn mạng
Các bản tin SIP có khuôn dạng text, tương tự như HTTP. Header của tin nhắn SIP
cũng tương tự như HTTP và SIP cũng hỗ trợ MIME (một số chuẩn về email).
.3 Đặc điểm của giao thức SIP


Tích hợp các giao thức đã có của
Các giao thức khác của IETF có thể xây dựng để xây dựng những ứng dụng SIP.
SIP có thể hoạt động cùng với nhiều giao thức như :
RSVP (Resource Reservation Protocol) : Giao thức giành trước tài nguyên mạng.
RTP (Real-time transport Protocol) : Giao thức truyền tải thời gian thực
RTSP (Real Time Streaming Protocol) : Giao thức tạo luồng thời gian thực
SAP (Session Advertisement Protocol) : Giao thức thông báo trong phiên kết nối
SDP (Session Description Protocol) : Giao thức mô tả phiên kết nối đa phương tiện
MIME (Multipurpose Internet Mail Extension - Mở rộng thư tín Internet đa mục
đích) : Giao thức thư điện tử
HTTP (Hypertext Transfer Protocol) : Giao thức truyền siêu văn bản
COPS (Common Open Policy Service) : Dịch vụ chính sách mở chung

OSP (Open Settlement Protocol) : Giao thức thỏa thuận mở



Đơn giản và có khả năng mở rộng
SIP có rất ít bản tin, không có các chức năng thừa nhưng SIP có thể sử dụng để
thiết lập những phiên kết nối phức tạp như hội nghị… Đơn giản, gọn nhẹ, dựa trên
khuôn dạng văn bản, SIP là giao thức ra đời sau và đã khắc phục được điểm yếu của
nhiều giao thức trước đây.
Các phần mềm của máy chủ ủy quyền, máy chủ đăng kí, máy chủ chuyển đổi địa
chỉ, máy chủ định vị… có thể chạy trên các máy chủ khác nhau và việc cài đặt thêm
Trần Quang Quý, LỚP 06T4

13


Tìm hiểu công nghệ VoIP – Xây dựng ứng dụng truyền thanh qua mạng LAN

máy chủ hoàn toàn không ảnh hưởng đến các máy chủ đã có. Chính vì thế hệ thống
chuyển mạch SIP có thể dễ dàng nâng cấp.


Hỗ trợ tối đa tính di động của đầu cuối
Do có máy chủ ủy quyền, máy chủ đăng ký và máy chủ chuyển đổi địa chỉ hệ
thống luôn nắm được địa điểm chính xác của thuê bao. Thí dụ thuê bao với địa chỉ
có thể nhận được cuộc gọi thoại hay thông điệp ở bất cứ địa điểm
nào qua bất cứ đầu cuối nào như máy tính để bàn, máy xách tay, điện thoại SIP… Với
SIP rất nhiều dịch vụ di động mới được hỗ trợ.



Dễ dàng tạo tính năng mới cho dịch vụ và dịch vụ mới
Là giao thức khởi tạo phiên trong mạng chuyển mạch gói SIP cho phép tạo ra
những tính năng mới hay dịch vụ mới một cách nhanh chóng. Ngôn ngữ xử lý cuộc
gọi (Call Processing Language) và Giao diện cổng kết nối chung (Common Gateway
Interface) là một số công cụ để thực hiện điều này. SIP hỗ trợ các dịch vụ thoại như
chờ cuộc gọi, chuyển tiếp cuộc gọi, khóa cuộc gọi… (call waiting, call forwarding,
call blocking…), hỗ trợ thông điệp thống nhất…

.I.4.

Các dạng mô hình VoIP

Truyền thông thoại qua môi trường Internet chứ không qua môi trường PSTN như
thông thường đã được Vocaltec hiện thực hoá lần đầu tiên vào tháng 2 năm 1995 khi
Vocaltec đưa ra phần mềm điện thoại internet.
Phần mềm này được thiết kế cho nền máy tính cá nhân PC 486/33 MHz (hoặc cao
hơn) có trang bị card âm thanh, loa, micro thoại và modem, phần mềm thực hiện nén
tín hiệu thoại và chuyển đổi thành các gói tin IP để truyền dẫn qua môi trường
Internet.
Tuy nhiên, việc truyền thoại qua Internet giữa hai máy PC này chỉ thực hiện được
khi cùng đang sử dụng phần mềm thoại Internet. Sau đó một thời gian ngắn, điện
thoại Internet đã phát triển nhanh chóng. Nhiều nhà phát triển phần mềm đã đưa ra
phần mềm điện thoại PC, nhưng quan trọng hơn là các Gateway Server đã được sử
dụng đóng vai trò là giao diện giữa Internet và PSTN.
Với trang bị các card xử lý âm thanh, các Gateway Server này cho phép khách
hàng có thể truyền thông thông qua các máy điện thoại thông thường.Ban đầu, chỉ với
sự mới lạ, điện thoại Internet đã cuốn hút được ngày càng nhiều khách hàng bởi sự

Trần Quang Quý, LỚP 06T4

14


Tìm hiểu công nghệ VoIP – Xây dựng ứng dụng truyền thanh qua mạng LAN

tiết kiệm rất hiệu quả giá thành cuộc gọi do nó đem lại so với cuộc gọi thoại truyền
thống. Khách hàng có thể tránh được các chi phí cho thoại đường dài bằng cách thực
hiện cuộc gọi qua mạng Internet với chi phí tương ứng với chi phí truy nhập Internet.
Tất nhiên, so với mạng PSTN thì điện thoại Internet còn phải giải quyết các vấn đề
như độ tin cậy, chất lượng dịch vụ thoại, đó là những yêu cầu mà khách hàng mong
đợi giống như các cuộc gọi trong PSTN. Tuy nhiên, tại thời điểm hiện nay, vấn đề chủ
yếu vẫn là giới hạn về độ rộng băng tần dẫn đến mất gói. Trong truyền thông thoại,
việc mất mát gói tin sẽ dẫn đến những ngắt quãng, khoảng lặng trong cuộc đàm thoại,
dẫn đến sự cắt đoạn cuộc đàm thoại, đó là điều không mong muốn đối với khách hàng
và khó có thể chấp nhận trong thông tin thương mại.
Các cuộc gọi thông qua mạng PSTN nội hạt đến Gateway Server gần nhất, tại đó,
tín hiệu thoại được số hoá (nếu chưa số hoá), nén vào các gói tin IP và chuyển lên
Internet để truyền tải đến Gateway ở phía đầu cuối thu. Với việc hỗ trợ cho cả các
cuộc thoại PC-to-telephone, telephone-to-PC và telephone-to-telephone, điện thoại
Internet đã chiếm được vai trò quan trọng trong hướng phát triển tiến tới tích hợp các
mạng thoại và mạng dữ liệu. Như vậy, về nguyên tắc các dịch vụ thoại qua giao thức
IP bao gồm một số loại sau đây :
Máy điện thoại tới máy điện thoại (Phone to Phone).
Máy tính tới máy điện thoại (PC to Phone).
Máy tính tới máy tính (PC to PC).
.I.4.1.

Máy điện thoại với máy điện thoại

Trong loại hình dịch vụ này, bên chủ gọi và bên bị gọi đều sử dụng điện thoại
thông thường. Gateway ở mỗi phía làm nhiệm vụ chuyển tín hiệu thoại PCM 64 Kbps
thành các gói tin IP và ngược lại. Các gói tin này được gửi từ bên nói tới bên nghe
trong một mạng gói hoạt động dựa trên giao thức IP.

Trần Quang Quý, LỚP 06T4

15


Tìm hiểu công nghệ VoIP – Xây dựng ứng dụng truyền thanh qua mạng LAN

Hình 5. Mô hình VoIP Phone to phone

Trần Quang Quý, LỚP 06T4

16


Tìm hiểu công nghệ VoIP – Xây dựng ứng dụng truyền thanh qua mạng LAN

.I.4.2.

Máy điện thoại với máy tính

Trong loại hình dịch vụ này, người gọi sử dụng một máy tính đa phương tiện để
thực hiện một cuộc gọi tới một thuê bao cố định PSTN hoặc thuê bao di động thông
thường. Tín hiệu thoại từ phía người gọi thông qua máy tính được đóng gói vào các
gói tin IP truyền qua mạng IP tới Gateway. Tại đó, các gói tin IP được chuyển đổi
thành tín hiệu 64 Kbps thông thường và chuyển tới tổng đài nội hạt của thuê bao bị

gọi. Sau đó, chuyển tới máy điện thoại của thuê bao bị gọi.

Hình 6. Mô hình VoIP Phone to PC

Trần Quang Quý, LỚP 06T4

17


Tìm hiểu công nghệ VoIP – Xây dựng ứng dụng truyền thanh qua mạng LAN

.I.4.3.

Máy tính với máy tính

Trong loại hình dịch vụ này, hai PC có thể được kết nối trực tiếp với nhau trong
cùng một mạng IP hay giữa các mạng IP với nhau thông qua một mạng trung gian
khác (như ISDN/PSTN). Trong các kết nối này, các PC đóng vai trò như các đầu cuối
VoIP. Nó là một máy tính đa phương tiện gồm sound card, loa, micro...và có phần
mềm phục vụ dịch vụ thoại Internet.
Tín hiệu thoại từ phía người gọi thông thường qua máy tính đa phương tiện được
đóng vào các gói IP và truyền qua mạng. Hai đầu cuối có thể ở trong cùng một mạng
IP hoặc thuộc các mạng IP khác nhau. Trong trường hựop thứ hai, các mạng IP có thể
được kết nối với nhau qua một mạng trung gian. Mạng này có thể là ISDN, PSTN hay
Internet.

Hình 7. Mô hình VoIP PC to PC

Trần Quang Quý, LỚP 06T4

18