Page 1
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn i
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, sự xuất hiện của VoIP đã gây nên 1 sự chú ý đặc biệt
trong lĩnh vực viễn thông thế giới. Lợi ích mà nó đem lại là rất lớn. Đối với người tiêu
dùng, lợi ích đầu tiên mà họ đạt được là chi phí cuộc gọi sẽ rẻ hơn đáng kể. Còn đối
với các nhà sản xuất, cung cấp và khai thác mạng, truyền thoại qua mạng Internet mở
ra những thách thức mới nhưng cũng hứa hẹn khả năng lợi nhuận đáng kể. Đây cũng là
một bước đột phá trong việc tiến tới 1 xu thế mạng viễn thông mới trong tương lai.
Công nghệ VoIP có rất nhiều ưu điểm như: Giảm cước phí dịch vụ thoại đường dài; Hỗ
trợ nhiều cuộc gọi với băng tần thấp hơn; Nhiều hơn và tốt hơn các dịch vụ nâng cao ;
Sử dụng có hiệu quả nhất giao thức IP... Tuy nhiên vẫn tồn tại một số nhược điểm về
bảo mật và kĩ thuật phức tạp...
Với tình trạng phát triển nhanh của các dịch vụ mạng, dải địa chỉ IPv4 đang ngày
càng cạn kiệt, VoIP không thể phát huy hết sức mạnh vốn có của nó. Để tận dụng hết
những ưu điểm của truyền thoại qua mạng Internet đồng thời giải quyết được nhược
điểm của cả VoIP thế hệ cũ và IPv4, việc nghiên cứu và thử nghiệm truyền thoại qua
IPv6 đã được rất nhiều công ty, tổ chức trên thế giới chú ý. Ở Việt Nam dù vẫn còn
nhiều hạn chế về cơ sở hạ tầng và nguồn lực song không thể nằm ngoài xu thế phát
triển chung của thế giới. Đây chính là nguyên nhân và dộng lực để em chọn đề tài này.
Em xin chân thành cảm ơn cô giáo Nguyễn Bích Huyền, là giáo viên hướng dẫn
đã nhiệt tình giúp đỡ em trong thời gian thực tập và làm đồ án tốt nghiệp.
Em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô giáo của Trường Đại Học Bách
Khoa Hà Nội đã giảng dạy và dìu dắt em trong trong suốt quá trình học tập tại trường
để em có được kiến thức và có thể thực hiện cũng như hoàn thành đồ án tốt nghiệp.
Hà Nội tháng 5 năm 2009
Sinh viên : Nguyễn Mạnh Hùng
Page 2
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn ii
TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đồ án tập trung nghiên cứu về truyền thoại qua mạng Internet thông qua giao thức
IPv6 dựa trên kiến thức đã biết về VoIP và IPv6. Việc truyền thoại sử dụng IPv6 có
nhiều ưu điểm, giải quyết được những vấn đề khó khăn của IPv4. Đây là công nghệ
mới đang được nhiều tổ chức trên thế giới tập trung nghiên cứu. Tuy nhiên do cơ sở hạ
tầng mạng IPv4 còn phổ biến nên việc triển khai VoIPv6 sẽ tồn tại song song với
VoIPv4. Chính vì vậy việc chuyển dịch gữa 2 loại địa chỉ là vấn đề quan trọng. Trong
khuôn khổ đồ án tốt nghiệp, em đã sử dụng tổng đài Asteriskv6 là 1 loại tổng đài mã
nguồn mở được phát triển bởi công ty Viagénie năm 2007 để xây dựng 1 hệ thống đơn
giản, mô phỏng cách thức hoạt động của hệ thống trao đổi thông tin với các thuê bao
PSTN, các tài khoản Internet thế hệ cũ.
Nội dung cụ thể của đồ án bao gồm:
- Chương 1: Tổng quan về VoIP
- Chương 2: Kiến trúc hệ thống VoIP
- Chương 3: Các giao thức truyền tải và báo hiệu
- Chương 4: Tổng quan địa chỉ IPv6
- Chương 5: Thiết kế và phân tích hệ thống VoIPv6
Page 3
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn iii
ABSTRACT This thesis focus research on voice transferring through via IPv6 protocol based
on knowledge of VoIP and IPv6. Voice over IPv6 has many advantages, solving the
problems of IPv4. This new technology is being researched by a lot of organizations.
However, because infrastructure of IPv4 network are popular, VoIPv6 will exist with
VoIPv4. Therefore transition between 2 types of addresses is important issue. In this
thesis, I used Asteriskv6 PBX which is an open source PBX with developed by
Viagénie in 2007 to build a simple system to simulate the performance of the system
which exchange information with PSTN subcribers and the accounts of Old-Generation
Internet.
The Content of Thesis:
- Chapter 1: Overview of VoIP
- Chapter 2: Architecture of VoIP
- Chapter 3: Transport and signal link protocols
- Chapter 4: Overview of IPv6 address
- Chapter 5: Designing and Analyzing a VoIPv6 system
Page 4
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn iv
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ..................................................................................... i TÓM TẮT ĐỒ ÁN ............................................................................. ii ABSTRACT ....................................................................................... iii MỤC LỤC .......................................................................................... iv
DANH SÁCH HÌNH VẼ ................................................................... vi DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................... viii MỞ ĐẦU ........................................................................................... xii CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ VoIP ............................................. 1
1.1 Khái niệm Voice over IP .................................................................................................. 1 1.2 Đặc điểm của điện thoại IP ............................................................................................... 2 1.3 Các hình thức truyền thoại qua IP..................................................................................... 5
1.3.1 Mô hình PC to PC ...................................................................................................... 5 1.3.2 Mô hình PC to Phone ................................................................................................. 6 1.3.3 Mô hình Phone to Phone ............................................................................................ 6
1.4 Các ưu điểm và ứng dụng của VoIP ................................................................................. 7 1.4.1 Ưu điểm ..................................................................................................................... 7 1.4.2 Ứng dụng ................................................................................................................... 8
1.5 Các vấn đề về chất lượng của VoIP .................................................................................. 9 1.5.1 Trễ (Delay) ............................................................................................................... 10 1.5.2 Trượt (jitter) ............................................................................................................. 11 1.5.3 Mất gói (packet loss) ................................................................................................ 11
1.6 Kết luận ........................................................................................................................... 12 CHƯƠNG 2 : KIẾN TRÚC HỆ THỐNG VoIP ............................. 13
2.1 Kiến trúc và các giao diện của mạng VoIP ..................................................................... 13 2.1.1 Kiến trúc của mạng VoIP ......................................................................................... 13 2.1.2 Các giao diện của mạng VoIP .................................................................................. 14
2.2 Các thành phần của mạng VoIP ...................................................................................... 15 2.2.1 Thiết bị đầu cuối ...................................................................................................... 15 2.2.2 Mạng truy nhập IP ................................................................................................... 15 2.2.3 Gatekeeper ............................................................................................................... 16 2.2.4 Gateway ................................................................................................................... 17
2.3 Kết luận ........................................................................................................................... 21 CHƯƠNG 3 : CÁC GIAO THỨC TRUYỀN TẢI VÀ BÁO HIỆU
............................................................................................................. 22 3.1 Bộ giao thức RTP, RCTP và RSTP ................................................................................ 22
3.1.1 Giao thức vận chuyển thời gian thực (Real-time Transport Protocol - RTP) .......... 22 3.1.2 Giao thức điều khiển truyền thời gian thực (Real-time Transport Control Protocol - RTCP) ............................................................................................................................... 24 3.1.3 Giao thức giữ trước tài nguyên (Resource Reservation Protocol - RSVP) .............. 26
Page 5
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn v
3.2 Các giao thức điều khiển và báo hiệu VoIP .................................................................... 27 3.2.1 Giao thức khởi tạo phiên (SIP) ................................................................................ 27 3.2.2 Chuẩn giao thức H323 ............................................................................................. 31 3.2.3 So sánh giữa các giao thức SIP và H.323 ................................................................ 34 3.2.4 Giao thức SGCP (Simple Gateway Control Protocol) ............................................. 36 3.2.5 Giao thức MGCP (Media Gateway Control Protocol) ............................................ 36
3.3 Kết luận ........................................................................................................................... 37 CHƯƠNG 4 : TỔNG QUAN ĐỊA CHỈ IPv6 .................................. 38
4.1 Sự ra đời của IPv6 ........................................................................................................... 38 4.1.1 Sự cạn kiệt địa chỉ IPv4 ........................................................................................... 38 4.1.2 Hạn chế về công nghệ và nhược điểm của IPv4: ..................................................... 38 4.1.3 Mục tiêu thiết kế IPv6: ............................................................................................. 39
4.2 Lý thuyết địa chỉ IPv6 .................................................................................................... 40 4.2.1 Biểu diễn địa chỉ IPv6 .............................................................................................. 40 4.2.2 Cấu trúc đánh địa chỉ, các dạng địa chỉ IPv6 ........................................................... 42 4.2.3 Định danh giao diện trong địa chỉ IPv6 ................................................................... 51 4.2.4 Tìm hiểu IPv6 header ............................................................................................... 53
4.3 Hoạt động của địa chỉ IPv6 – Các thủ tục và quy trình họat động cơ bản ...................... 57 4.3.1 Thủ tục ICMPv6 ...................................................................................................... 57 4.3.2 Một số quy trình hoạt động của địa chỉ IPv6 ........................................................... 60 4.3.3 Đặc tính của địa chỉ IPv6 ......................................................................................... 66
4.4 Công nghệ chuyển đổi giao tiếp IPv4 - IPv6 .................................................................. 70 4.4.1 Tổng quan về công nghệ chuyển đổi IPv4/IPv6 ...................................................... 70 4.4.2 Dual – stack ............................................................................................................. 71 4.4.3 Công nghệ đường hầm Tunnel ................................................................................ 72
4.5 Kết luận ........................................................................................................................... 79 CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG VoIPv6
............................................................................................................. 80 5.1 Mô hình thiết kế .............................................................................................................. 80
5.1.1 Mô tả hệ thống ......................................................................................................... 80 5.1.2 Thực hiện ................................................................................................................. 81 5.1.3 Kết quả đạt được ...................................................................................................... 82
5.2 Kết luận ........................................................................................................................... 95 KẾT LUẬN ........................................................................................ 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................ 97
PHỤ LỤC ........................................................................................... 98
Page 6
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn vi
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1 Cấu trúc phân lớp của hệ thống VoIP .......................................................................... 2 Hình 1.2 Mô hình PC to PC ........................................................................................................ 5 Hình 1.3 Mô hình PC to Phone ................................................................................................... 6 Hình 1.4 Mô hình Phone to Phone .............................................................................................. 7 Hình 1.5 Các mức độ đánh giá chất lượng thoại ...................................................................... 10 Hình 1.6 Hoạt động của bộ đệm ............................................................................................... 11 Hình 2.1 Cấu hình và các giao diện chuẩn của mạng VoIP ...................................................... 13 Hình 3.1 Cấu trúc gói tin RTP .................................................................................................. 22 Hình 3.2 Cấu trúc gói tin RTCP ............................................................................................... 25 Hình 3.3 Mối quan hệ giữa Flowspec và Filterspec ................................................................. 27 Hình 3.4 Các thành phần của SIP ............................................................................................. 28 Hình 3.5 Các thành phần của H.323 ......................................................................................... 32 Hình 3.6 H323 Call - Flow ....................................................................................................... 33 Hình 3.7 So sánh H.323 và SIP ................................................................................................ 35 Hình 4.1 Cách biểu diễn địa chỉ IPv4 ....................................................................................... 40 Hình 4.2 Cách biểu diễn địa chỉ IPv6 ....................................................................................... 41 Hình 4.3 Cấu trúc địa chỉ Link-local ........................................................................................ 43 Hình 4.4 Cấu trúc địa chỉ Site-local .......................................................................................... 44 Hình 4.5 Cấu trúc địa chỉ Unicast toàn cầu .............................................................................. 45 Hình 4.6 Phân cấp định tuyến địa chỉ Ipv6 Unicast toàn cầu ................................................... 46 Hình 4.7 Địa chỉ IPv4-Compatible ........................................................................................... 46 Hình 4.8 Địa chỉ IPv4-mapped ................................................................................................. 47 Hình 4.9 Cấu trúc địa chỉ Ipv6 multicast .................................................................................. 48 Hình 4.10 Các dạng địa chỉ IPv6 .............................................................................................. 51 Hình 4.11 IPv4 header .............................................................................................................. 54 Hình 4.12 IPv6 header .............................................................................................................. 55 Hình 4.13 Cấu trúc gói tin ICMPv6 .......................................................................................... 58 Hình 4.14 Cơ chế Dual-stack .................................................................................................... 71 Hình 4.15 Công nghệ đường hầm Tunnel................................................................................. 72 Hình 4.16 Mô hình của Tunnel Broker ..................................................................................... 75 Hình 4.17 Công nghệ Tunnel 6to4 ............................................................................................ 77 Hình 4.18 Các thành phần của Tunnel 6to4 .............................................................................. 78 Hình 5.1 Mô hình triển khai VoIPv6 ........................................................................................ 80 Hình 5.2 Asteriskv6 PBX 1 kết nối với các tổng đài còn lại .................................................... 82 Hình 5.3 Các tài khoản đăng kí thành công với tổng đài Asteriskv6 PBX 1 ............................ 83 Hình 5.4 Tài khoản có địa chỉ IPv6 gọi cho tài khoản có địa chỉ IPv4 cùng 1 tổng đài .................. 84 Hình 5.5 Quá trình khởi tạo kết nối cuộc gọi IPv6 và IPv4 cùng 1 tổng đài ............................ 84 Hình 5.6 Quá trình kết thúc cuộc gọi IPv6 và IPv4 cùng 1 tổng đài ........................................ 85 Hình 5.7 Sơ đồ kết nối cuộc gọi IPv6 và IPv4 trong cùng 1 tổng đài ...................................... 85 Hình 5.8 Sơ đồ kết thúc cuộc gọi IPv6 và IPv4 trong cùng 1 tổng đài ..................................... 86 Hình 5.9 Tài khoản có địa chỉ IPv6 gọi cho tài khoản có địa chỉ IPv4 ở tổng đài khác .................. 87
Page 7
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn vii
Hình 5.10 Quá trình khởi tạo kết nối cuộc gọi IPv6 và IPv4 ở 2 tổng đài khác nhau .............. 88 Hình 5.11 Quá trình kết thúc cuộc gọi IPv6 và IPv4 ở 2 tổng đài khác nhau .......................... 88 Hình 5.12 Sơ đồ khởi tạo kết nối cuộc gọi IPv6 và IPv4ở 2 tổng đài khác nhau ..................... 89 Hình 5.13 Sơ đồ kết thúc cuộc gọi IPv6 và IPv4 ở 2 tổng đài khác nhau ................................ 90 Hình 5.14 Tài khoản có địa chỉ IPv6 gọi ra tài khoản PSTN ................................................... 90 Hình 5.15 Tài khoản có địa chỉ IPv6 gọi ra số diện thoại thật .................................................. 92 Hình 5.16 Tài khoản có địa chỉ IPv6 gọi ra số điện thoại di động ........................................... 93 Hình 5.17 Quá trình kết nối cuộc gọi vào tài khoản 1111 ........................................................ 93 Hình 5.18 Quá trình kết thúc cuộc gọi vào tài khoản 1111 ...................................................... 94
Page 8
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn viii
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
ACK Acknowledgement
MGW Media Gateway
MGWC Media Gateway Controller
SGW Signalling Gateway
APP Application
ATM Asynchronous Transfer Mode
GK Gateway Keeper
SCN Switched Circuit Network
ISDN Integrated Service Digital Network
DSL Digital Subcriber Line
GSM Global System for Mobile
VoIPv6 Voice over Internet Protocol version 6
CODEC Coder/Decoder
CSRC Contribute Source
DCE Data Control Equipment
DTE Data Terminal Equipment
IPX Internetwork Packet Exchange
DHCP Dynamic Host Configuration Protocol
CPU Central Processing Unit
IPSec Internet Protocol Security
Page 9
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn ix
IPng Internet Protocol next generation
DNS Domain Name Server
IANA Internet Assigned NumberAuthority
NAT-PT Network Address Translation-Protocol Translation
EUI European University Institute
MAC Media Access Control
ICMP Internet Control Managerment Protocol
ARP Address Resolution Protocol
HTML Hyper Text Markup Language
IAX Inter-Asterisk eXchange
IEEE Institute of Electrical and Electronical Engineers
IETF Internet Engineering Task Force
IP Internet Protocol
ISDN Intergrated Service Digital Network
ISP Internet Service Provider
ITU International Telecommunication Union
ND Neighbor Discovery
LAN Local Area Network
MLD Multicast Listener Discovery
DAD Duplicate Address Detection
AH Authentication Header
MCU Multipoint Control Unit
Page 10
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn x
MGCP Media Gateway Control Protocol
ESP Encapsulating Security Payload
DTMF Dual Tone Multi Frequency
NAT Network Address Translation
OSI Open Systems Interconnection Reference Model
PBX Private Branch Exchange
PC Personal Computer
PCI Peripheral Component Interconnect
PCM Pulse Code Modulation
PSTN Public Switching Telephone Network
QoS Quality of Service
RFC Request For Comment
RR Receiver Report
RSVP Reservation Protocol
RTCP Rel Time Control Protocol
RTP Real Time Protocol
SDES Source Description
SDP Session Description Protocol
SGCP Simple Gateway Control Protocol
SIP Session Initial Protocol
SMTP Simple Mail Tranfer Protocol
SR Sender Report
Page 11
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn xi
SSRC Synchronisation
SS7 Signalling System 7
TCP Transmission Control Protocol
HTTP Hypertext Transfer Protocol
UAC User Agent Client
UAS User Agent Server
UDP User Datagram Protocol
VoIP Voice over Internet Protocol
VPN Virtual Private Network
WAN Wide Area Network
Page 12
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn xii
MỞ ĐẦU
Mục đích của đồ án là thiết kế hệ thống VoIPv6 cho tổ chức có quy mô vừa và
nhỏ. Có rất nhiều giải pháp để thực hiện. Nhưng trong khuôn khổ đồ án này, em đã
chọn sử dụng tổng đài mã nguồn mở Asteriskv6 để thực hiện xây dựng hệ thống. Đây
là một giải pháp hữu hiệu được đưa ra bởi công ty Viagénie.
Nội dung cụ thể của đồ án bao gồm:
- Chương 1: Tổng quan về VoIP
Giới thiệu tổng quan về công nghệ VoIP, các ưu điểm, các ứng dụng của
công nghệ VoIP.
- Chương 2: Kiến trúc hệ thống VoIP
Có cái nhìn sâu sắc về hệ thống VoIP, các thành phần tạo nên hệ thống.
- Chương 3: Các giao thức truyền tải và báo hiệu
Tìm hiểu các giao thức và các báo hiệu được sử dụng trong việc truyền
thoại qua môi trường Internet.
- Chương 4: Tổng quan địa chỉ IPv6
Khái quát về địa chỉ IPv6, cách thức hoạt động, các loại địa chỉ IPv6, cấu
trúc gói tin IPv6, cơ chế chuyển dịch địa chỉ IPv6.
- Chương 5: Thiết kế và phân tích hệ thống VoIPv6
Thiết kế hệ thống VoIPv6 đơn giản và quan sát cách thức hoạt động của
hệ thống.
Page 13
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 1
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ VoIP
1.1 Khái niệm Voice over IP
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 (thoại) qua mạng thông tin
sử dụng bộ giao thức TCP/IP (Transport Control Protocol/Internet Protocol). Nó sử
dụng các gói dữ liệu IP trên mạng LAN(Local Area Network), WAN(Wide Area
Network), Internet với thông tin được truyền tải là mã hoá của âm thanh. VoIP là một
trong những công nghệ viễn thông đang được quan tâm nhất hiện nay không chỉ đối
với nhà khai thác, các nhà sản xuất mà còn cả với người sử dụng dịch vụ.
VoIP có thể vừa thực hiện mọi loại cuộc gọi như trên mạng điện thoại kênh
truyền thống (Public Switched Telephone Network - PSTN) đồng thời truyền dữ liệu
trên cơ sở mạng truyền dữ liệu. Do các ưu điểm về giá thành dịch vụ và sự tích hợp
nhiều loại hình dịch vụ nên VoIP hiện nay được triển khai một các rộng rãi.
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 (ghép) nhiều kênh thoại trên một
đường chuyền tín hiệu, và những tín hiệu này được truyền qua mạng Internet, vì thế có
thể giảm giá thành. Nguyên tắc của VoIP bao gồm việc số hoá tín hiệu tiếng nói, thực
hiện việc nén tín hiệu số, chia nhỏ các gói nếu cần và truyền gói tin này qua mạng, tới
nơi nhận các gói tin này được ráp lại theo đúng thứ tự của bản tin, giải mã tín hiệu
tương tự phục hồi lại tiếng nói ban đầu.
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 ở dạng như một 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.
Cấu trúc phân lớp của hệ thống VoIP phổ biến hiện nay được mô tả giống như
Page 14
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 2
cấu trúc phân lớp của mô hình TCP/IP và được biểu diễn như sau :
H.323RTP, RTCP, RSVP
TCP, UDP
IPv4, IPv6
Network Access
Hình 1.1 Cấu trúc phân lớp của hệ thống VoIP
1.2 Đặc điểm của điện thoại IP
Điện thoại IP ra đời nhằm khai thác tính hiệu quả của các mạng truyền số liệu,
khai thác tính linh hoạt trong phát triển các ứng dụng mới của giao thức IP và nó được
áp dụng trên một mạng toàn cầu là mạng Internet. Các tiến bộ của công nghệ mang đến
cho điện thoại IP những ưu điểm sau:
+ Giảm chi phí cuộc gọi: Ưu điểm nổi bật nhất của điện thoại IP so với dịch vụ
điện thoại hiện tại là khả năng cung cấp những cuộc gọi đường dài giá rẻ với chất
lượng chấp nhận được. Nếu dịch vụ điện thoại IP được triển khai, chi phí cho một cuộc
gọi đường dài sẽ chỉ tương đương với chi phí truy nhập internet. Nguyên nhân dẫn đến
chi phí thấp như vậy là do tín hiệu thoại được truyền tải trong mạng IP có khả năng sử
dụng kênh hiệu quả cao. Đồng thời, kỹ thuật nén thoại tiên tiến giảm tốc độ bít từ 64
Kbps xuống thấp tới 8 Kbps (theo tiêu chuẩn nén thoại G.729A của ITU-T) kết hợp với
tốc độ xử lý nhanh của các bộ vi xử lý ngày nay cho phép việc truyền tiếng nói theo
thời gian thực là có thể thực hiện được với lượng tài nguyên băng thông thấp hơn nhiều
so với kỹ thuật cũ.
So sánh một cuộc gọi trong mạng PSTN với một cuộc gọi qua mạng IP, ta thấy:
Chi phí phải trả cho cuộc gọi trong mạng PSTN là chi phí phải bỏ ra để duy trì cho một
Page 15
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 3
kênh 64kbps suốt từ đầu cuối này tới đầu cuối kia thông qua một hệ thống các tổng đài.
Chi phí này đối với các cuộc gọi đường dài (liên tỉnh, quốc tế) là khá lớn.
Trong trường hợp cuộc gọi qua mạng IP, người sử dụng từ mạng PSTN chỉ phải
duy trì kênh 64kbps đến Gateway của nhà cung cấp dịch vụ tại địa phương. Nhà cung
cấp dịch vụ điện thoại IP sẽ đảm nhận nhiệm vụ nén, đóng gói tín hiệu thoại và gửi
chúng đi qua mạng IP một cách có hiệu quả nhất để tới được Gateway nối tới một
mạng điện thoại khác có người liên lạc đầu kia. Việc kết nối như vậy làm giảm đáng kể
chi phí cuộc gọi do phần lớn kênh truyền 64Kbps đó được thay thế bằng việc truyền
thông tin qua mạng dữ liệu hiệu quả cao.
+ Tích hợp mạng thoại, mạng số liệu và mạng báo hiệu: Trong điện thoại IP,
tín hiệu thoại, số liệu và ngay cả báo hiệu đều có thể cùng đi trên cùng một mạng IP.
Điều này sẽ tiết kiệm được chi phí đầu tư để xây dựng những mạng riêng rẽ.
+ Khả năng mở rộng (Scalability): Nếu như các hệ tổng đài thường là những
hệ thống kín, rất khó để thêm vào đó những tính năng thì các thiết bị trong mạng
internet thường có khả năng thêm vào những tính năng mới. Chính tính mềm dẻo đó
mang lại cho dịch vụ điện thoại IP khả năng mở rộng dễ dàng hơn so với điện thoại
truyền thống.
+ Không cần thông tin điều khiển để thiết lập kênh truyền vật lý: Gói thông
tin trong mạng IP truyền đến đích mà không cần một sự thiết lập kênh nào. Gói chỉ cần
mang địa chỉ của nơi nhận cuối cùng là thông tin đó có thể đến được đích. Do vậy, việc
điều khiển cuộc gọi trong mạng IP chỉ cần tập trung vào chức năng cuộc gọi mà không
phải tập trung vào chức năng thiết lập kênh.
+ Quản lý băng thông: Trong điện thoại chuyển mạch kênh, tài nguyên băng
thông cung cấp cho một cuộc liên lạc là cố định (một kênh 64Kbps) nhưng trong điện
thoại IP việc phân chia tài nguyên cho các cuộc thoại linh hoạt hơn nhiều. Khi một
cuộc liên lạc diễn ra, nếu lưu lượng của mạng thấp, băng thông dành cho liên lạc sẽ cho
chất lượng thoại tốt nhất có thể; nhưng khi lưu lượng của mạng cao, mạng sẽ hạn chế
Page 16
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 4
băng thông của từng cuộc gọi ở mức duy trì chất lượng thoại chấp nhận được nhằm
phục vụ cùng lúc được nhiều người nhất. Điểm này cũng là một yếu tố làm tăng hiệu
quả sử dụng của điện thoại IP. Việc quản lý băng thông một cách tiết kiệm như vậy cho
phép người ta nghĩ tới những dịch vụ cao cấp hơn như truyền hình hội nghị, điều mà
với công nghệ chuyển mạch cũ người ta đó không thực hiện vì chi phí quá cao.
+ Nhiều tính năng dịch vụ: Tính linh hoạt của mạng IP cho phép tạo ra nhiều
tính năng mới trong dịch vụ thoại. Ví dụ cho biết thông tin về người gọi tới hay một
thuê bao điện thoại IP có thể có nhiều số liên lạc mà chỉ cần một thiết bị đầu cuối duy
nhất (Ví dụ như một thiết bị IP Phone có thể có một số điện thoại dành cho công việc,
một cho các cuộc gọi riêng tư).
+ Khả năng multimedia: Trong một “cuộc gọi” người sử dụng có thể vừa nói
chuyện vừa sử dụng các dịch vụ khác như truyền file, chia sẻ dữ liệu, hay xem hình
ảnh của người nói chuyện bên kia.
Tuy nhiên, điện thoại IP cũng có những hạn chế:
+ Kỹ thuật phức tạp: Truyền tín hiệu theo thời gian thực trên mạng chuyển
mạch gói là rất khó thực hiện do mất gói trong mạng là không thể tránh được và độ trễ
không cố định của các gói thông tin khi truyền trên mạng. Để có được một dịch vụ
thoại chấp nhận được, cần thiết phải có một kỹ thuật nén tín hiệu đạt được những yêu
cầu khắt khe: tỉ số nén lớn (để giảm được tốc độ bit xuống), có khả năng suy đoán và
tạo lại thông tin của các gói bị thất lạc...Tốc độ xử lý của các bộ Codec (Coder and
Decoder- Bộ mó hóa và giải mó) phải đủ nhanh để không làm cuộc đàm thoại bị gián
đoạn. Đồng thời cơ sở hạ tầng của mạng cũng cần được nâng cấp lên các công nghệ
mới như Frame Relay, ATM,...để có tốc độ cao hơn và phải có một cơ chế thực hiện
chức năng QoS (Quality of Service- Chất lượng dịch vụ). Tất cả các điều này làm cho
kỹ thuật thực hiện điện thoại IP trở nên phức tạp và không thể thực hiện được trong
những năm trước đây.
+ Vấn đề bảo mật (security): Mạng Internet là một mạng có tính rộng khắp và
hỗn hợp (hetorogenous network). Trong đó có rất nhiều loại máy tính khác nhau cùng
Page 17
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 5
các dịch vụ khác nhau cùng sử dụng chung một cơ sở hạ tầng. Do vậy không có gì đảm
bảo rằng thông tin liên quan đến cá nhân cũng như số liên lạc truy nhập sử dụng dịch
vụ của người dùng được giữ bí mật.
Như vậy, điện thoại IP chứng tỏ nó là một loại hình dịch vụ mới rất có tiềm
năng. Trong tương lai, điện thoại IP sẽ cung cấp các dịch vụ hiện có của điện thoại
trong mạng PSTN và các dịch vụ mới của riêng nó nhằm đem lại lợi ích cho đông đảo
người dựng. Tuy nhiên, điện thoại IP với tư cách là một dịch vụ sẽ không trở nên hấp
dẫn hơn PSTN chỉ vì nó chạy trên mạng IP. Khách hàng chỉ chấp nhận loại dịch vụ này
nếu như nó đưa ra được một chi phí thấp và những tính năng vượt trội hơn so với dịch
vụ điện thoại hiện tại.
1.3 Các hình thức truyền thoại qua IP
1.3.1 Mô hình PC to PC
Trong mô hình này, mỗi máy tính cần được trang bị một sound card, một
microphone, một speaker và được kết nối trực tiếp với mạng Internet thông qua modem
hoặc card mạng. Mỗi máy tính được cung cấp một địa chỉ IP và hai máy tính đã có thể
trao đổi các tín hiệu thoại với nhau thông qua mạng Internet. Tất cả các thao tác như
lấy mẫu tín hiệu âm thanh, mã hoá và giải mã, nén và giải nén tín hiệu đều được máy
tính thực hiện. Trong mô hình này chỉ có những máy tính nối với cùng một mạng mới
có khả năng trao đổi thông tin với nhau.
Hình 1.2 Mô hình PC to PC
Page 18
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 6
1.3.2 Mô hình PC to Phone
Mô hình PC to Phone là một mô hình được cải tiến hơn so với mô hình PC to
PC. Mô hình này cho phép người sử dụng máy tính có thể thực hiện cuộc gọi đến mạng
PSTN thông thường và ngược lại. Trong mô hình này mạng Internet và mạng PSTN có
thể giao tiếp với nhau nhơ một thiết bị đặc biệt đó là Gateway. Đây là mô hình cơ sở để
dẫn tới việc kết hợp giữa mạng Internet và mạng PSTN cũng như các mạng GSM hay
đa dịch vụ khác.
Hình 1.3 Mô hình PC to Phone
1.3.3 Mô hình Phone to Phone
Đây là mô hình mở rộng của mô hình PC to Phone sử dụng Internet làm phương
tiện liên lạc giữa các mạng PSTN. Tất cả các mạng PSTN đều kết nối với mạng
Internet thông qua các gateway. Khi tiến hành cuộc gọi mạng PSTN sẽ kết nối đến
gateway gần nhất. Tại gateway địa chỉ sẽ được chuyển đổi từ địa chỉ PSTN sang địa
chỉ IP để có thể định tuyến các gói tin đến được mạng đích. Đồng thời gateway nguồn
có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu thoại tương tự thành dạng số sau đó mã hoá, nén, đóng
gói và gửi qua mạng. Mạng đích cũng được kết nối với gateway và tại gateway đích,
địa chỉ lại được chuyển đổi trở lại thành địa chỉ PSTN và tín hiệu được giải nén, giải
mã chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu tương tự gửi vào mạng PSTN đến đích.
Page 19
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 7
Hình 1.4 Mô hình Phone to Phone
1.4 Các ưu điểm và ứng dụng của VoIP
1.4.1 Ưu điểm
+ Tiết kiệm chi phí: Ưu điểm nối bật nhất của VoIP là tiết kiệm chi phí và tận
dụng tài nguyện mạng mà không có bất cứ ràng buộc nào đối với người sử dụng. Việc
liên lạc đường dài sử dụng kỹ thuật VoIP tiết kiệm được chi phí hơn là sử dụng mạng
PSTN thông thường. VoIP hiệu quả hơn PSTN trong các dịch vụ mới đặc biệt là các
dịch vụ multimedia. Ưu điểm của VoIP không chỉ là tiết kiệm phí liên lạc, sử dụng
VoIP còn tiết kiệm được chi phí đầu tư và hạ tầng mạng. Chúng ta có khả năng sử
dụng một mạng số liệu duy nhất để phục vụ tất cả các loại hình dịch vụ như thoại, fax
và truyền số liệu thay vì lắp đặt từng mạng độc lập. Hơn nữa VoIP có thể tích hợp với
bất cứ loại hình thiết bị thoại nào, chẳng hạn như PC hay điện thoại thông thường.
VoIP có thể áp dụng cho bất kỳ loại hình thoại nào, chẳng hạn như thoại thông thường
hay thoại đa điểm cho tới điện thoại có hình hay truyền hình hội thảo. Việc chi sẻ trang
thiết bị và chi phí vận hành cho cả thoại và số liệu có thể tận dụng được cho các loại
hình dữ liệu khác nhau, do đó thu hẹp phạm vi kênh thoại trên băng thông và tăng dung
lượng truyền. Theo thống kê của IETF (Internet Engineering Task Force), trong vòng 2
hay 3 năm tới dung lượng truyền qua Internet sẽ chiếm khoảng 11% thị trường liên lạc
đường dài và sẽ chiếm khoảng 10% thị trường fax trên thế giới.
Page 20
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 8
+ Quản lý đơn giản: VoIP mạng lại cho người sử dụng khả năng quản lý dễ dàng
hơn. Việc kết hợp mạng thoại và mạng số liệu có thể giảm bớt gánh nặng cho việc
quản lý. Chỉ cần phải quản lý một mạng số liệu thống nhất thay vì quản lý 2 mạng
riêng rẽ như trước đây. Đối với doanh nghiệp, tất cả các cuộc gọi nội bộ có thể dùng kỹ
thuật VoIP mà không gặp vấn đề gì về chất lượng dịch vụ. Còn khi cần gọi ra ngoài chỉ
cần một số kết nối nhất định đến mạng PSTN thông qua các gateway. Đối với trong gia
đình, áp dụng kỹ thuật VoIP không hề làm thay đổi cách sử dụng điện thoại truyền
thống (nếu có thì chỉ có thể là cách bấm số có dài hơn).
+ Sử dụng hiệu quả: Như đã biết VoIP truyền thoại qua mạng Internet và sử
dụng giao thức IP. Hiện nay IP là giao thức mạng được sử dụng rộng rãi nhất. Có rất
nhiều ứng dụng đang được khai thác trên cơ sở các giao thức của mạng IP. VoIP có thể
kết hợp sử dụng các ứng dụng này để nâng cao hiệu quả sử dụng mạng. Ví dụ có dịch
vụ khác thác Web Phone. Kỹ thuật VoIP được sử dụng chủ yếu kết hợp với các mạng
máy tính do đó có thể tận dụng được sự phát triển của công nghệ thông tin để nâng cao
hiệu quả sử dụng. Các phần mềm sẽ hỗ trợ rất nhiều cho việc khai thác các dịch vụ của
mạng VoIP. Công nghệ thông tin càng phát triển thì việc khai thác càng có hiệu quả, sẽ
xuất hiện nhiều dịch vụ mới hỗ trợ người sử dụng trong mọi lĩnh vực.
1.4.2 Ứng dụng
+ Internet Telephone: Là thiết bị giống như điện thoại thông thường nhưng có
thể kết nối vào mạng máy tính đồng thời có thể hỗ trợ hoặc không hỗ trợ kết nói vào
mạng điện thoại công cộng PSTN. Internet Telephone có khả năng truyền và nhận tín
hiệu âm thanh trực tiếp từ các mạng số liệu. Internet Telephone còn có thể sử dụng
được như một thiết bị truy cập Internet thông thường. Internet Telephone trong tương
lai sẽ phát triển mạnh với mô hình nhà cung cấp dịch vụ.
+ Gateway IP – PSTN: Để có thể sử dụng mạng VoIP với mạng điện thoại công
cộng PSTN. Gateway IP – PSTN là một cổng kết nối cho phép trao đổi các thông tin
trên hai mạng. Gateway có thể kết nối trực tiếp hai mạng nói trên hoặc có thể sử dụng
kết hợp với các PBX. Gateway IP – PSTN có hai giao diện chính, giao diện thứ nhất là
giao diện với mạng PSTN và giao diện thứ hai là giao diện với mạng Internet. Gateway
Page 21
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 9
có nhiệm vụ chuyển đổi các tín hiệu cũng như chuyển đổi và xử lý các bản tin báo hiệu
sao cho phù hợp các giao diện. Gateway là thiệt quan trọng trong mô hình Phone to
Phone và sự phát triển rộng rãi của kỹ thuật VoIP.
+ Các ứng dụng mở rộng: Trên cơ sở gateway IP – PSTN, chúng ta có thể phát
triển thiết kế gateway IP – Mobile để có thể trực tiếp trao đổi thông tin giữa mạng di
động với mạng Internet. Điều này có ý nghĩa hết sức to lớn trong thời điểm thông tin di
động đang phát triển rộng khắp trên toàn cầu. Người sử dụng máy di động không chỉ
có thể liên lạc được mà còn có khả năng truy cập thông tin và sử dụng các dịch vụ
Internet. Có thể mở rộng kết hợp các ứng dụng www với các ứng dụng Web Phone.
Ngoài ra có thể phát triển các ứng dụng VoIP như truyền hình hội thảo hay điện thoại
có hình.
1.5 Các vấn đề về chất lượng của VoIP
Đòi hỏi cơ bản nhất của hệ thống VoIP là phải có chất lượng thoại gần tương
đương với chất lượng thoại trong mạng PSTN. Chất lượng thoại được chia thành các
cấp độ khác nhau. Việc đánh giá chất lượng thoại còn mang tính chủ quan nhưng cũng
có một số tham số được dùng để đánh giá chất lượng thoại. Ba tham số chính quyết
định chất lượng thoại là:
Page 22
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 10
Hình 1.5 Các mức độ đánh giá chất lượng thoại
1.5.1 Trễ (Delay)
Trễ là một nhân tố ảnh hưởng nhiều đến chất lượng thoại. Thời gian trễ lớn làm
giảm chất lượng thoại rất nhiều. Mỗi hệ thống truyền thông chỉ cho phép một giới hạn
trễ nhất định. Khi thời gian trễ trong hệ thống vượt quá 400ms thì chất lượng cuộc liên
lạc là không chấp nhận được. Thời gian trễ có thể chấp nhận được nằm trong khoảng từ
200ms đến 400ms. Muốn đạt được chất lượng cuộc gọi tốt thì thời gian trễ yêu cầu
không quá 200ms. Thời gian trễ được phân chia thành hai loại là thời gian trễ cố định
(như thời gian trễ truyền dẫn) và trễ biến đổi (như thời gian trễ do xếp hàng đợi ở
router). Yêu cầu giảm trễ là rất cần thiết trong hệ thống VoIP để có thể nâng cao chất
lượng dịch vụ.
Page 23
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 11
1.5.2 Trượt (jitter)
Trượt là sự chênh lệch về thời gian đến của các gói trong mạng gây ra do sự
chênh lệch thời gian truyền dẫn của các gói thoại theo các đường khác nhau từ nguồn
đến đích. Để có thể tái tạo tiếng nói một cách chính xác trung thực thì bên thu cần phải
loại bỏ jitter. Phương pháp được sử dụng để loại bỏ jitter hiện đang được sử dụng là
dùng bộ đệm (buffer). Các gói sau khi nhận sẽ được lưu trong bộ đệm và sẽ được xử lý
lần lượn. Dùng bộ đệm sẽ tránh được những thời gian trễ lớn của các gói tin. Nhưng bù
lại thì bộ đệm làm tăng thêm thời gian trễ trong hệ thống. Thời gian trượt càng lớn thì
dung lượng của bộ đệm cũng càng phải lớn. Nhưng bộ đệm càng lớn thì thời gian trễ
gây ra càng lớn. Do vậy việc tính toán dung lượng của bộ đệm thích hợp đối với từng
hệ thống là rất cần thiết sao cho tránh được trượt mà thời gian trễ không làm giảm chất
lượng của hệ thống.
Hình 1.6 Hoạt động của bộ đệm
1.5.3 Mất gói (packet loss)
Mạng Internet không thể đảm bảo rằng tất cả các gói tin đều được chuyển giao
hoặc chuyển giao đúng thứ tự. Các gói tin có thể bị mất trong trường hợp mạng bị quá
tải, nghẽn mạng hoặc do đường kết nối không đảm bảo. yêu cầu tỉ lệ mất gói là nhỏ
hơn 10%. Do hạn chế của thời gian trễ nên các giao thức truyền bảo đảm không thích
hợp để giải quyết vấn đề này. Để duy trì chất lượng thoại ở mức chấp nhận được mặc
Page 24
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 12
dù không thể tránh khỏi các nguyên nhân bất thường trong mạng, một số kỹ thuật đã
được đua ra. Đó là kỹ thuật thay thế các gói tin mất bằng những khoảng im lặng. Người
ta cũng giảm số lượng các gói truyền qua mạng bằng kỹ thuật nén tín hiệu. Sử dụng bộ
phận phát hiện tích cực thoại, khi hai bên không tích cực thoại thì không trao đổi thông
tin và phát tạp âm dễ chịu (theo các nghiên cứu thì thời gian tích cực thoại chỉ chiếm từ
30% đến 40% thời gian tiến hành cuộc gọi) và sử dụng phương pháp này làm tăng hiệu
quả sử dụng kênh truyền. Ngoài ra cần nâng cao độ tin cậy của đường truyền như tăng
tốc độ kênh truyền tăng dung lượng hệ thống thiết bị truyền dẫn.
1.6 Kết luận
Chương này trình bày tổng quan về dịch vụ điện thoại VoIP: khái quát về loại
hình dịch vụ này, đặc điểm, phân tích ưu nhược điểm và cũng đưa ra những đánh giá,
phân tích về hiện trạng dịch vụ VoIP, từ đó đưa ra giải pháp để phát triển dịch vụ này.
Với những ưu điểm như vậy, dịch vụ gọi điện qua IP thực sự sẽ trở thành tương lai của
ngành truyền thông. Và VoIPv6 được phát triển dựa trên cơ sở của VoIP.
Page 25
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 13
CHƯƠNG 2 : KIẾN TRÚC HỆ THỐNG VoIP
2.1 Kiến trúc và các giao diện của mạng VoIP
2.1.1 Kiến trúc của mạng VoIP
Theo tiêu chuẩn của tổ chức ETSI, cấu hình chuẩn của mạng VoIP có thể gồm
các phần tử sau:
Thiết bị đầu cuối kết nối với mạng IP.
Mạng xương sống, mạng truy nhập IP.
Gateway điều khiển phương tiện (MGWC).
Gateway phương tiện (MGW).
Gateway báo hiệu (SGW).
Gatekeepper (GK).
Mạng chuyển mạch (SCN).
Thiết bị đầu cuối kết nối với mạng điện thoại SCN.
Các dịch vụ đầu cuối (Back-end service).
Hình 2.1 Cấu hình và các giao diện chuẩn của mạng VoIP
Page 26
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 14
2.1.2 Các giao diện của mạng VoIP
Các giao diện chuẩn của mạng VoIP gồm có:
Giao diện A: Giao diện giữa thiết bị đầu cuối H.323 và GK.
Giao diện B: Giao diện giữa thiết bị đầu cuối với MGW.
Giao diện C: Giao diện giữa MGWC và GK.
Giao diện D: Giao diện giữa hai GK.
Giao diện E: Có hai loại giao diện E là Ea và Eb. Trong đó Ea là giao diện giữa
MGW và mạng SCN, còn giao diện Eb là giao diện giữa SGW với mạng SCN.
Giao diện F: Giao diện giữa Back-end service và MGWC.
Giao diện G: Giao diện giữa Back-end service và GK.
Giao diện H: Giao diện giữa thiết bị đầu cuối và mạng truy nhập IP.
Giao diện I: Giao diện giữa mạng truy nhập Ip và mạng xương sống IP.
Giao diện J: Giao diện giữa SGW và MGWC.
Giao diện N: Giao diện giữa MGWC và MGW.
Các giao diện H, I không được vẽ trên hình và hình 2.1 trên đây là một ví dụ cụ
thể về cấu hình chuẩn của hệ thống và các giao diện cơ bản trong mạng VoIP. Cấu hình
trên bao gồm hai GK và giao diện giữa chúng là giao diện D. Mỗi thiết bị đầu cuối giao
tiếp với một GK và giao tiếp này giông như giao tiếp giữa thiết bị đầu cuối và GW. Có
thể mỗi GK quản lý một vùng cũng có thể nhiều GK chia nhau quản lý từng phần của
một vùng trong trường hợp một vùng có nhiều GK.
Trong vùng quản lý của GK, các tín hiệu báo hiệu có thể được chuyển tiếp qua
một hoặc nhiều GK. Do đó các GK phải có khả năng trao đổi các thông tin với nhau
khi cuộc gọi có liên quan đến nhiều GK. Có thể sử dụng nhiều cách thức để nối hai GK
hoặc một GK và một GW như: dành riêng, không dành riêng, theo khoảng thời gian
hoặc theo nhu cầu.
Page 27
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 15
2.2 Các thành phần của mạng VoIP
2.2.1 Thiết bị đầu cuối
Một thiết bị đầu cuối là một nút trong cấu hình chuẩn của mạng VoIP, nó có thể
được kết nối với mạng sử dụng một trong các giao diện truy nhập. Một thiết bị đầu
cuối có thể cho phép một thuê bao trong mạng IP thực hiện một cuộc tới một thuê bao
khác trong mạng SCN. Các cuộc gọi đó sẽ được nằm dưới sự giám sát của GK mà thiết
bị đầu cuối hoặc thuê bao đã đăng ký. Một thiết bị đầu cuối có thể bao gồm các khối
chức năng sau:
Chức năng đầu cuối H.225: thu và nhận các bản tin H.225.
Chức năng đầu cuối H.245: thu và nhận các bản tin H.245.
Bảo mật kênh truyền tải: đảm bảo tính bảo mật của kênh truyền tải thông tin kết
nối với thiết bị đầu cuối.
Bảo mật kênh truyền tải: đảm bảo tính bảo mật của kênh báo hiệu kết nối với
thiết bị đầu cuối.
Chức năng xác nhận: thiết lập đặc điểm nhận dạng khách hàng, thiết bị hoặc
phần tử mạng.
Non-repudiaiton evidence gathering: thu thập các thông tin dùng để xác nhận là
bản tin báo hiệu hoặc bản tin chứa thông tin đã được truyền hoặc nhận chưa.
Chức năng quản lý: giao tiếp với hệ thống quản lý mạng.
Chức năng ghi các bản tin sử dụng: xác định và ghi lại các thông tin về sự kiện
(truy nhập, cảnh bảo) và tài nguyên.
Chức năng báo cáo các bản tin sử dụng: báo cáo các bản tin sử dụng được ghi ra
thiết bị ngoại vi.
2.2.2 Mạng truy nhập IP
Mạng truy nhập IP cho phép thiết bị đầu cuối, gateway, gatekeeper truy nhập vào
mạng IP thông qua cơ sở hạ tầng mạng sẵn có. Một vài loại giao diện chuẩn truy nhập
IP được sử dụng trong cấu hình chuẩn của mạng VoIP là:
Truy nhập PSTN
Page 28
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 16
Truy nhập ISDN
Truy nhập LAN
Truy nhập cáp, xDSL
Truy nhập GSM
Trên đây không phải là tất cả các giao diện truy nhập IP, một vài loại khác đang
được nghiên cứu để sử dụng trong mạng VoIP. Đặc điểm của các giao diện này có thể
gây ảnh hưởng đến chất lượng và tính bảo mật cuộc gọi VoIP.
2.2.3 Gatekeeper
Gatekeeper là phần tử mạng chịu trách nhiệm quản lý việc đăng ký chấp nhận và
trạng thái của các thiết bị đầu cuối và gateway. Gatekeeper có thể tham gia vào việc
quản lý vùng, xử lý cuộc gọi và báo hiệu cuộc gọi. Nó xác định tuyến để truyền báo
hiệu cuộc gọi và nội dung đối với mỗi cuộc gọi. Gatekeeper có thể bao gồm các khối
chức năng sau:
Chuyển đổi địa chỉ E.164: chuyển đổi từ địa chỉ E.164 sang tên gọi H.323.
Chuyển đổi tên gọi H.323: chuyển đổi từ tên gọi H.323 sang số E.164.
Chuyển đổi địa chỉ H.225.0: chuyển đổi từ tên gọi H.323 sang địa chỉ IP để
truyền hoặc nhận các bản tin H.225.0 và truyền địa chỉ IP để truyền các bản tin
H.225.0 bao gồm cả mã lựa chọn nhà cung cấp mạng.
Dịch địa chỉ kênh thông tin: nhận và truyền địa chỉ IP của các kênh truyền tải
thông tin, bao gồm cả mã lựa chọn nhà cung cấp mạng.
Dịch địa chỉ kênh H.245: nhận và truyền địa chỉ IP phục vụ cho báo hiệu H.245,
bao gồm cả mã lựa chọn nhà cung cấp.
GK H.225.0: truyền và nhận các bản tin H.225.0.
GK H245: truyền và nhận các bản tin H.245.
Giao tiếp giữa các GK: thực hiện trao đổi thông tin giữa các GK.
Đăng ký: cung cấp các thông tin cần đăng ký khi yêu cầu dịch vụ.
Xác nhận: thiết lập các đặc điểm nhận dạng của khách hàng, thiết bị đầu cuối
hoặc các phần tử mạng.
Page 29
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 17
Điều khiển GK chấp nhận kênh thông tin: cho phép hoặc không cho phép sử
dụng các kênh truyền tải thông tin.
Non-repudiation evidence gathering: thu thập các thông tin để xác nhận là các
bản tin báo hiệu hoặc bản tin chứa thông tin đã được truyền hoặc nhận chưa.
Bảo mật kênh báo hiệu: đảm bảo tính bảo mật của kênh báo hiệu kết nối GK với
thiết bị đầu cuối.
Tính cước: thu thập thông tin để tính cước.
Điều chỉnh tốc độ và giá cước: xác định tốc độ và giá cước sử dụng.
Chức năng quản lý: giao tiếp với hệ thống quản lý mạng.
Chức năng ghi các bản tin sử dụng: báo cáo các bản tin sử dụng đã được ghi ra
thiết bị ngoại vi.
2.2.4 Gateway
Một gateway có thể kết nối vật lý một hoặc nhiều mạng IP với một hoặc nhiều
mạng SCN. Một GW có thể bao gồm: SGW (Signalling Gateway), MGWC (Media
Gateway Controller) và MGW (Media Gateway). Một hay một số chức năng này có thể
thực hiện bởi GK hoặc một GK khác.
2.2.4.1 Gateway báo hiệu (SGW)
SGW cung cấp kênh báo hiệu giữa mạng IP và mạng SCN. SGW là phần tử trung
gian chuyển đổi báo hiệu trong mạng IP (ví dụ như H.323) và báo hiệu trong mạng
SCN (ví dụ như SS7). SGW bao gồm các chức năng sau:
Kết cuối các giao thức điều khiển cuộc gọi.
Kết cuối báo hiệu từ mạng SCN: phối hợp hoạt động với chức năng báo hiệu
của MGWC.
Chức năng báo hiệu: chuyển dổi giữa báo hiệu giữa IP với báo hiệu mạng SCN
khi phối hợp hoạt động với MGWC.
Bảo mật kênh báo hiệu: đảm bảo tính bảo mật của kênh báo hiệu từ GW.
Chức năng ghi các bản tin sử dụng: xác định và ghi các bản tin báo hiệu và các
bản tin thông tin truyền và nhận.
Page 30
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 18
Chức năng báo cáo các bản tin sử dụng: báo cáo các bản tin sử dụng ra thiết bị
ngoại vi.
OAM&P: vận hành quản lý và bảo dưỡng thông qua các giao diện logic cung
cấp các thông tin không trực tiếp phục vụ cho điều khiển cuộc gọi tới các phần
tử quản lý hệ thống.
Chức năng quản lý: giao diện với hệ thống quản lý mạng.
Giao diện mạng chuyển mạch gói: kết cuối mạng chuyển mạch gói.
2.2.4.2 Gateway truyền tải kênh thoại (MGW)
MGW cung cấp phương tiện để thực hiện chức năng chuyển đổi mã hoá. Nó
chuyển đổi giữa các mã hoá truyền trong mạng IP (mã này được truyền trên kênh
RTP/UDP/IP) với các mã hoá truyền trong mạng SCN (mã PCM, GSM). MGW bao
gồm các chức năng sau:
Chức năng chuyển đổi địa chỉ kênh thông tin: cung cấp địa chỉ IP cho các kênh
truyền và nhận.
Chức năng chuyển đổi luồng: chuyển đổi giữa các luồng thông tin giữa mạng IP
và mạng SCN bao gồm việc chuyển đổi mã hoá và triệt tiếng vọng.
Chức năng dịch mã hoá: định tuyến các luồng thông tin giữa mạng IP và mạng
SCN.
Bảo mật kênh thông tin: đảm bảo tính riêng tư của kênh thông tin giữa mạng IP
và mạng SCN.
Bảo mật kênh thông tin: bao gồm tất cả các phân cứng và giao diện cần thiết để
kết cuối cuộc gọi chuyển mạch kênh. Nó phải bao gồm các bộ mã hoá và giải
mã PCM luật A và PCM luật u.
Kết cuối chuyển mạch gói: bao gồm tất cả các giao thức liên quan đến việc kết
nối kênh thông tin trong mạng chuyển mạch gói bao gồm các bộ mã hoá và giải
mã có thể được sử udngj. Theo tiêu chuẩn H.323 thì nó bao gồm RTP/RTCP
như được trình bày trong tiêu chuẩn H.225.0 và các bộ mã hoá và giải mã như
G.771 và G.723.1.
Page 31
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 19
Giao diện với mạng SCN: kết cuối và điều khiển các kênh mang ví dụ như kênh
DS0 từ mạng SCN.
Chức năng chuyển đổi kênh thông tin giữa IP và SCN: chuyển đổi giữa kênh
mang thông tin thoại, fax, số liệu của SCN và các gói dữ liệu trong mạng
chuyển mạch gói. Nó cũng thực hiện chức năng xử lý tín hiệu thích hợp như:
nén tín hiệu thoại, triệt tiếng vọng, triệt khoảng im lặng, mã hoá, chuyển đổi tín
hiệu fax, điều tiết tốc độ cho modem tương tự. Thêm vào đó nó còn thực hiện
chuyển đổi giữa tín hiệu DTMF trong mạng SCN và các tín hiệu thích hợp trong
mạng chuyển mạch gói khi mà các bộ mã hoá tin shieeuj thoại không mã hoá tín
hiệu DTMF. Chức năng chuyển đổi kênh thông tin giữa IP và SCN. cũng có thể
thu thập thông tin về lưu lượng gói và chất lượng kênh đối với mỗi cuộc gọi để
sử dụng trong việc báo cáo chi tiết và điều khiển cuộc gọi.
Chức năng ghi các bản tin sử dụng: xác định và ghi các bản tin báo hiệu và các
bản tin thông tin truyền và nhận.
Chức năng báo cáo các bản tin sử dụng: báo cáo các bản tin sử dụng ra thiết bị
ngoại vi.
OAM&P: vận hành quản lý và bảo dưỡng thông qua các giao diện logic cung
cấp các thông tin không trực tiếp phục vụ cho điều khiển cuộc gọi tới các phần
tử quản lý hệ thống.
Chức năng quản lý: giao diện với hệ thống quản lý mạng.
Giao diện mạng chuyển mạch gói: kết cuối mạng chuyển mạch gói.
2.2.4.3 Gateway điều khiển truyền tải kênh thoại (MGWC)
MGWC đóng vai trò phần tử kết nối MGW, SGW và GK. Nó cung cấp chức
năng xử lý cuộc gọi cho GK, điều khiển MGW nhận thông tin báo hiệu SCN từ SGW
và thông tin báo hiệu IP từ GK. MGWC bao gồm các khối chức năng sau:
Chức năng GW H.225.0: truyền và nhận các bản tin H.225.0.
Chức năng GW H.245: truyền và nhận các bản tin H.245.
Page 32
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 20
Chức năng xác nhận: thiết lập đặc điểm nhận dạng của người sử dụng thiết bị
hoặc phần tử mạng.
Chức năng điều khiển GW chấp nhận luồng dữ liệu: cho phép hoặc không cho
phép một luồng dữ liệu.
Non-repudiaiton evidence gathering: thu thập các thông tin dùng để xác nhận là
bản tin báo hiệu hoặc bản tin chứa thông tin đã được truyền hoặc nhận chưa.
Báo hiệu chuyển mạch gói: bao gồm tất cả các loại báo hiệu cuộc gọi có thể
thực hiện bởi các đầu cuối trong mạng. Ví dụ như theo chuẩn H.323 thì bao
gồm: H.225.0, Q.913, H.225.0 RAS và H.245. Đối với một đầu cuối H.323 chỉ
nhận thì nó bao gồm H.225.0 RAS mà không bao gồm H.245.
Giao diện báo hiệu chuyển mạch gói: kết cuối giao thức báo hiệu chuyển mạch
gói (ví dụ như H.323). Nó chỉ lưu lại vừa đủ thông tin trạng thái để quản lý giao
diện. Về thực chất giao diện báo hiệu mạng chuyển mạch gói trong MGWC
không kết nối trực tiếp với MGW như là các thông tin truyền từ MGWC tới
MGW thông qua chức năng điều khiển cuộc gọi.
Điều khiển GW: bao gồm các chức năng điều khiển kết nối logic, quản lý tài
nguyên, chuyển đổi giao diện (ví dụ từ SS7 sang H.225).
Giám sát tài nguyên từ xa: bao gồm giám sát độ khả dụng của các kênh trung kế
của MGW, dải thông và độ khả dụng trong cho IP, tỷ lệ định tuyến thành công
cuộc gọi.
Chức năng điều khiển cuộc gọi: lưu giữ cá trạng thái cuộc gọi của GW. Chức
năng điều khiển cuộc gọi bao gồm tất cả các chức năng điều khiển kết nối logic
của GW.
Quản lý tài nguyên MGW: cấp phát tài nguyên cho MGW.
Chức năng báo hiệu: chuyển đổi giữa báo hiệu mạng IP và báo hiệu mạng SCN
trong phối hợp hoạt động với SGW.
Chức năng ghi các bản tin sử dụng: xác định và ghi lại các thông tin về sự kiện
(truy nhập, cảnh bảo) và tài nguyên.
Page 33
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 21
Chức năng báo cáo các bản tin sử dụng: báo cáo các bản tin sử dụng được ghi ra
thiết bị ngoại vi.
OAM&P: vận hành quản lý và bảo dưỡng thông qua các giao diện logic cung
cấp các thông tin không trực tiếp phục vụ cho điều khiển cuộc gọi tới các phần
tử quản lý hệ thống.
Chức năng quản lý: giao diện với hệ thống quản lý mạng.
Giao diện mạng chuyển mạch gói: kết cuối mạng chuyển mạch gói.
2.3 Kết luận
Trên đây là tổng quan về kiến trúc mạng VoIP, các thành phần, cách thức hoạt
động. Từ chương này có thể có cái nhìn cơ bản về hệ thống truyển thoại qua mạng
internet (cả VoIP và VoIPv6).
Page 34
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 22
CHƯƠNG 3 : CÁC GIAO THỨC TRUYỀN TẢI VÀ BÁO HIỆU
3.1 Bộ giao thức RTP, RCTP và RSTP
3.1.1 Giao thức vận chuyển thời gian thực (Real-time Transport Protocol - RTP)
3.1.1.1 Khái quát
RTP được coi như một giao thức truyền từ đầu cuối đến đầu cuối (end to end)
phục vụ truyền dữ liệu thời gian thực như audio và video. RTP thực hiện việc quản lý
về thời gian truyền dữ liệu và nhận dạng dữ liệu được truyền. Nhưng RTP không cung
cấp bất cứ một cơ chế nào đảm bảo thời gian truyền và cũng không cung cấp bất cứ
một cơ chế nào giám sát chất lượng dịch vụ. Sự giám sát và đảm bảo về thời gian
truyền dẫn cũng như chất lượng dịch vụ được thực hiện nhờ hai giao thức RTCP và
RSVP.
Tương tự như các giao thứ truyền dẫn khác, gói tin RTP (RTP packet) bao gồm
hai phần là header (phần mào đầu) và data (dữ liệu). Nhưng không giống như các giao
thức truyền dẫn khác là sử dụng các trường trong header để thực hiện các chức năng
điều khiển, RTP sử dụng một cơ chế điều khiển độc lập trong định dạng của gói tin
RTCP để thực hiện các chức năng này.
3.1.1.2 Cấu trúc gói tin RTP
Hình 3.1 Cấu trúc gói tin RTP
Page 35
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 23
Trong đó:
Version (2 bit): chỉ rõ version của RTP hiện tại đang được cài đặt. Hiện tại các
giao thức RTP được cài đặt là version 2.
Padding (1 bit): có vai trò như bit cờ được sử dụng để đánh dấu khi có một số
byte được chèn vào trong gói. Bit này được thiết kế để thích nghi với việc sử
dụng của các thuật toán mã hoá mà yêu cầu các khối có độ dài cố định và việc
truyền những gói tin RTP ở các lớp giao thức thấp hơn.
Extension (1 bit): cũng có vai trò như một bit cờ được sử dụng để đánh dấu khi
có header mở rộng tiếp theo header cố định. Header mở rộng cung cấp các cơ
chế cho phép những người phát triển thử nghiệm bằng cách thêm các chức năng
định dạng dữ liệu độc lập mà yêu cầu các thông tin trong header thêm khi cho
phép một hoạt động bổ sung bỏ qua phần mở rộng.
CSRC count (4 bit): chỉ rõ số lượng của CSRC (contributing source) có trong
RTP header.
Marker (1 bit): có vai trò như một bit cờ, trạng thái của nó được phụ thuộc vào
trường payload type. Khi bit này được thiết lập nó sẽ chỉ ra rằng trường payload
type có mang những thông tin chi tiết được định nghĩa phù hợp với các ứng
dụng mà những thông tin này không được định nghĩa trong các chỉ dẫn của giao
thức RTP.
Payload type (7 bit): chỉ rõ loại thông tin được chứa trong các gói.
Sequence Number (16 bit): cung cấp số thứ tự của các gói. Cách này như một cơ
chế giúp bên thu có thể thu đúng thứ tự các gói tin, nhận ra gói tin bị mất. Các
gói tin bị mất sẽ không được truyền lại, chúng sẽ được phía thu khắc phục bằng
cách sử dụng một thuật toán để tái tạo lại các gói tin bị mất. Giá trị khởi đầu của
trường sequence number là ngẫu nhiên để đảm bảo tính an toàn thông tin.
Time-stamp (32 bit): là tham số đánh dấu thời điểm byte đầu tiên được lấy mẫu
trong gói RTP. Giá trị Time-stamp khởi đầu là ngẫu nhiên, các gói RTP phát đi
liên tiếp có thể có cũng giá trị time-stamp nếu chúng cùng được phát đi một lúc.
Ví dụ với một bức ảnh số, chúng thường được cắt ra làm nhiều phần khác nhau
Page 36
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 24
và mỗi phần được chứa trong một gói. Những gói đó khác nhau về thứ tự
(sequence number) nhưng chúng có cùng một giá trị time-stamp.
Syschronisation source (SSRC) identifier: số nhận dạng nguồn của gói dữ liệu.
Nếu ứng dụng muốn truyền dữ liệu có nhiều dạng khác nhau trong cùng một
thời điểm (ví dụ là tín hiệu audio và video) thì sẽ có những phiên truyền riêng
cho mỗi dạng dữ liệu. Sau đó ứng dụng sẽ tập hợp các gói tin có cùng nhận dạng
SSRC. Số nhận dạng này được gán một cách ngẫu nhiên.
Contribute source (CSRC) identifer (độ dài thay đổi): ví dụ tại một điểm đích
nào đó mà những tín hiệu audio đến đích cần trộn lại với nhau thì giá trị CSRC
sẽ là tập hợp tất cả các giá trị SSRC của các nguồn mà gửi tín hiệu đến điểm
đích đó. Trường CSRC có thể chứa tối đa là 15 số nhận dạng nguồn SSRC.
Extension header (độ dài thay đổi): chứa các thông tin thểm của gói RTP.
3.1.2 Giao thức điều khiển truyền thời gian thực (Real-time Transport Control
Protocol - RTCP)
3.1.2.1 Khái quát
Mặc dù RTP là một giao thức độc lập nhưng thường được hỗ trợ bởi giao thức
RTCP. RTCP trả về nguồn các thông tin về sự truyền thông và các thành phần đích.
Giao thức điều khiển này cho phép gửi về các thông số về bên thu và tự thích nghi với
bên phát cho phù hợp vời bên phát. Mỗi người tham gia một phiên truyền RTP phải gửi
định kỳ các gói RTCP tới tất cả những người khác cũng tham gia phiên truyền. Tuỳ
theo mục đích mà RTCP thực hiện 4 chức năng:
Chức năng chính của RTCP là cung cấp một sự phản hồi chất lượng của dữ liệu.
Các thông tin đó giúp cho ứng dụng thực hiện chức năng điều khiển luồng và
quản lý tắc nghẽn. Các thông tin còn được sử dụng để chẩn đoán kết quả.
RTCP cung cấp sự nhận dạng mà được sử dụng để tập hợp các kiểu dữ liệu khác
nhau (ví dụ audio và video). Điều này là cần thiết vì khả năng ngày không được
RTP cung cấp.
Page 37
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 25
Nhờ việc định kỳ gửi các gói tin RTCP mà mỗi phiên truyền có thể theo dõi
được số người tham gia. RTP không thể sử dụng được cho mục đích này khi
một ai đó không gửi dữ liệu mà chỉ nhận từ những người khác.
Cuối cùng là một chức năng lựa chọn cho phép có thêm thông tin về những
người tham gia vào phiên truyền.
Tuỳ thuộc vào giao thức RTP được sử dụng cho loại dữ liệu nào mà RTCP cung
cấp các thông báo điều khiển khác nhau. Có 4 loại thông báo điều khiển chính được
giao thức RTCP cung cấp là:
Sender report (SR): thông báo này chứa các thông tin thống kê liên quan đến kết
quả truyền như tỷ lệ tổn hao, số gói dữ liệu bị mất, khoảng trễ. Các thông báo
này phát ra từ phía phát trong một phiên truyền thông.
Receiver report (RR): thông báo này chứa các thông tin thống kê liên quan đến
kết quả nhận giữa các điểm cuối. Các thông báo này được phát ra từ phía thu
trong một phiên truyền thông.
Source description (SDES): thông báo bao gồm các thông số mô tả nguồn như
tên, vị trí,...
Application (APP): thông báo cho phép truyền các dữ liệu ứng dụng.
3.1.2.2 Cấu trúc gói tin RTCP:
Hình 3.2 Cấu trúc gói tin RTCP
Trong đó:
Version (2 bit): chỉ rõ version của giao thức RTP hiện tại đang cài đặt. Hiện tại
các giao thức RTP đang được sử dụng là version 2.
Page 38
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 26
Padding (1 bit): có chức năng như một bit cờ chỉ rõ xem trong gói có các byte
được chèn thêm hay không.
Report Counter (5 bit): chỉ rõ số thông báo chứa trong gói (mỗi nguồn có một
thông báo).
Packet Type (8 bit): xác định loại thông báo của gói (SR hoặc RR hoặc APP).
Length (16 bit): chỉ rõ độ dài của gói.
Report (độ dài thay đổi): chứa các thông báo chi tiết.
3.1.3 Giao thức giữ trước tài nguyên (Resource Reservation Protocol - RSVP)
3.1.3.1 Khái quát
Giao thức RSVP được sử dụng như một giao thức báo hiệu hỗ trợ cho RTP. Mục
đích của RSVP là cung cấp một cơ chế đảm bảo băng thông cho các hoạt động của các
ứng dụng. RSVP gửi tham số chất lượng dịch vụ QoS kết hợp với các dữ liệu thời gian
thực được truyền trên mạng TCP/IP. Hỗ trợ giao thức RTP, giao thức RSVP có thể giải
quyết các lỗi xảy ra trên đường truyền để đảm bảo các tham số chất lượng. Thật vậy,
giao thức RTP chỉ hỗ trợ việc truyền thông điểm – điểm và không quản lý các tham số
liên kết trên mạng. RSVP không những tác động ở máy phát, máy thu mà còn tác động
trên cả các router trong mạng.
RSVP thiết lập và duy trì kết nối duy nhất cho một luồng dữ liệu, xác lập một hệ
thống quản lý thứ tự các gói và tạo modun điều khiển để quản lý các nguồn tài nguyên
của các nút mạng khác nhau. RSVP đưa ra một mô hình tối ưu để liên kết các dữ liệu
từ một nguồn tới nhiều đích. RSVP đóng vai trò quản lý một cách lập các host đích để
tự thích nghi các tham số chất lượng giữa khả năng cung cấp và nhu cầu đáp ứng.
Việc dành riêng các tài nguyên được yêu cầu bởi bên thu bằng cách phát một yêu
cầu chất lượng dưới dạng một bản tin RSVP tương thích với nhu cầu của chúng. Thực
tế sử dụng RSVP nhằm đảm bảo chất lượng trong việc truyền tin. Để đảm bảo đường
truyền thông suốt các điểm cuối phải hoạt động ở chế độ kết nối. Máy thu phải thường
xuyên gửi các bản tin RSVP đến các router để đảm bảo thông suốt đường truyền.
Page 39
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 27
3.1.3.2 Hoạt động
RSVP hoạt động trên cơ sở xử lý các gói tin theo một yêu cầu chất lượng dịch vụ
QoS. Hai thành phần chính thực hiện chức năng này là flowspec và filterspec.
Flowspec có chức năng kiểm tra luồng dữ liệu được truyền như một yêu cầu dịch vụ
của các ứng dụng mà kết quả là đưa ra một yêu cầu về chất lượng dịch vụ QoS.
Flowspec đưa ra một yêu cầu chất lượng dịch vụ còn filterspec có nhiệm vụ lọc bỏ các
gói tin mà không đảm bảo yêu cầu về chất lượng dịch vụ, những gói này sẽ được cung
cấp một phương thức truyền tốt nhất có thể đáp ứng yêu cầu chất lượng dịch vụ. Mối
quan hệ của flowspec và filterspec được mô tả trên hình vẽ.
Hình 3.3 Mối quan hệ giữa Flowspec và Filterspec
3.2 Các giao thức điều khiển và báo hiệu VoIP
3.2.1 Giao thức khởi tạo phiên (SIP)
3.2.1.1 Định nghĩa
SIP là 1 giao thức báo hiệu ở lớp ứng dụng, dành cho hội thảo Internet, telephony,
thông báo sự kiện và Instant messaging.
Page 40
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 28
3.2.1.2 Các thành phần của SIP
Hình 3.4 Các thành phần của SIP
User Agent: Là 1 ứng dụng để khởi tạo, nhận và kết thúc cuộc gọi.
User Agent Clients (UAC) – Khởi tạo cuộc gọi.
User Agent Server (UAS) – Nhận cuộc gọi.
Cả UAC và UAS đều có thể kết thúc cuộc gọi.
Proxy Server: Là 1 chương trình tức thời hoạt động vừa là client vừa là server.
Chương trình này được sử dụng để tạo ra các yêu cầu (requests) thay cho các
client. Một proxy server đảm bảo chức năng định tuyến và thực hiện các quy tắc
(policy) (ví dụ như đảm bảo người dùng có được phép gọi hay không). Proxy
Server có thể biên dịch khi cần thiết, sửa đổi 1 phần của bản tin yêu cầu trước
khi chuyển đi.
Location Server: Được sử dụng bởi SIP redirect hoặc proxy server để lấy thông
tin về địa điểm của người được gọi.
Page 41
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 29
Redirect Server: Là server nhận các yêu cầu SIP, sắp xếp các địa chỉ và trả địa
chỉ về phía client. Khác với Proxy Server, Redirect server không tự khởi tạo ra
các yêu cầu SIP của riêng nó. Đồng thời nó cũng không chấp nhận hay huỷ cuộc
gọi giống như User Agent Server.
Registrar Server: Là server chấp nhận các yêu cầu REGISTER, server này có
thể hỗ trợ them tính năng xác thực, đồng thời hoạt động với proxy hoặc redirect
server để đưa ra các dịch vụ khác.
3.2.1.3 Các bản tin trong giao thức SIP và phản hồi:
Các bản tin:
INVITE: Khi 1 user agent client muốn khởi tạo 1 phiên mới (ví dụ như audio,
video hay game), nó sẽ tạo ra 1 bản tin INVITE (Invite Request). Bản tin này
gửi yêu cầu về server cho phép thiết lập 1 phiên làm việc. Bản tin này có thể
được gửi qua các proxy, các User Agent Server (UAS). Các UAS sẽ kiểm tra
thường xuyên xem người sử dụng có đồng ý lời mời không. Nếu đồng ý (có
nghĩa là phiên làm việc được thiết lập) thì các UAS sẽ gửi bản tin phản hồi 2xx
về.
Nếu lời mời không được chấp nhận thì phản hồi 3xx, 4xx, 5xx hay 6xx sẽ được
gửi đi tuỳ theo lý do từ chối. Trước khi gửi tin hiệu phản hồi cuối cùng này,
UAS còn gửi kèm 1 bản tin 1xx để thông báo User Agent Client tiếp tục giữ quá
trình liên lạc với người được gọi.
ACK: SIP thực thi quá trình bắt tay qua 3 bước
Phía gọi gửi bản tin INVITE.
Phía được gọi gửi bản tin ACK chấp nhận yêu cầu.
Phía gọi gửi bản tin ACK để thông báo quá trình bắt tay đã hoàn tất và quá trình
thiết lập cuộc gọi bắt đầu.
Cho dù bản tin INVITE đầu tiên bao gồm gói tin SDP (Session Description
Protocol) hay không thì bản tin ACK đầu tiên sẽ có SDP của phía được gọi. Các
Page 42
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 30
bản tin ACK khác được gửi đi để kết thúc quá trình bắt tay và bao gồm SDP cần
thiết để thiết lập cuộc gọi.
BYE: Được sử dụng để kết thúc 1 phiên làm việc cụ thể hoặc 1 phiên làm việc
tạm thời.
CANCEL: Giống như tên gọi, bản tin CANCER được sử dụng để huỷ yêu cầu
trước đó được gửi từ phía client. Nó yêu cầu UAS tạm dừng xử lý yêu cầu và
tạo ra 1 phản hồi lỗi cho yêu cầu đó. Bản tin này sẽ không có tác dụng đối với
yêu cầu mà UAS đã gửi đi phản hồi cuối cùng.
Vì vậy bản tin này sẽ rất có ích đối với những yêu cầu mà server mất nhiều thời
gian để phản hồi. Do đó, bản tin CANCER thích hợp nhất với bản tin INVITE,
là bản tin mất nhiều thời gian để phản hồi.
REGISTER: Bản tin này sử dụng để đăng ký User Agent với UAS.
OPTIONS: Bản tin OPTIONS cho phép 1 User Agent xác định khả năng có thể
của Proxy Server hay User Agent khác.
Ngoài ra còn 1 số các giao thức khác được sử dụng nữa như:
INFO, NOTIFY, SUBCRIBE, UNSUBCRIBE, UPDATE, MESSAGE, REFER,
…
Các phản hồi:
- 1xx: (PROVISIONAL) Phản hồi tạm thời, cho biết đã nhận được yêu cầu,
tiếp tục quá trình yêu cầu.
- 2xx: (SUCCESS) Thông báo đã nhận được đầy đủ, hiểu và chấp nhận.
- 3xx: (REDIRECTION) Thông báo cần có các bản tin khác để hoàn thành
yêu cầu.
- 4xx: (CLIENT ERORR) Thông báo yêu cầu chứa cấu trúc sai hoặc không
được đáp ứng ở server.
- 5xx: (SERVER ERORR) Thông báo server không thể đáp ứng được yêu cầu
có cấu trúc hợp lệ.
- 6xx: (GLOBAL FAILURE) Thông báo yêu cầu không thể xử lý được ở bất
cứ server nào.
Page 43
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 31
3.2.1.4 Các bước thiết lập, duy trì và huỷ cuộc gọi
Đăng ký, khởi tạo và xác định vị trí người sử dụng.
Xác định băng thông cần thiết được sử dụng.
Xác định sự sẵn sàng của phía được gọi, phía được gọi phải gửi 1 bản tin phản
hồi thể hiện sự sẵn sàng để thực hiện cuộc gọi: chấp nhận hay từ chối.
Cuộc gọi được thiết lập.
Chỉnh sửa cuộc gọi (ví dụ như chuyển cuộc gọi) và duy trì.
Kết thúc cuộc gọi.
Sơ đồ ví dụ quá trình thiết lập, duy trì và huỷ cuộc gọi bằng giao thức SIP
3.2.2 Chuẩn giao thức H323
Chuẩn H.323 là khuyến nghị được Hiệp Hội Viễn Thông Quốc Tế (International
Tele-communication Union - ITU) đề xuất, cung cấp nền tảng kỹ thuật cho truyền
thoại, hình ảnh và số liệu đồng thời qua các mạng IP, bao gồm cả Internet. Tuân theo
chuẩn H.323, các sản phẩm và các ứng dụng đa phương tiện từ nhiều hãng khác nhau
có thể hoạt động cùng với nhau, cho phép người dùng có thể thông tin qua lại mà
không phải quan tâm tới vấn đề tương thích.
H.323 đề ra các tiêu chuẩn cho truyền thông đa phương tiện qua các mạng Không
đảm bảo truyền thông tuỳ thuộc chất lượng dịch vụ (non-Guaranteed Quality of
Service). Những mạng máy tính ngày nay đa phần đều là các mạng loại này bao gồm
các mạng gói sử dụng giao thức TCP/IP hoặc IPX dựa trên các công nghệ Ethernet,
Fast Ethernet và Token Ring. Do vậy H.323 là một chuẩn rất quan trọng cho rất nhiều
ứng dụng cộng tác mới cũng như các ứng dụng truyền thông đa phương tiện trên mạng
nội bộ.
Ứng dụng của chuẩn này rất rộng bao gồm cả các thiết bị hoạt động độc lập
(stand-alone) cũng như những ứng dụng truyền thông nhúng trong môi trường máy tính
cá nhân, có thể áp dụng cho đàm thoại điểm-điểm cũng như cho truyền thông hội nghị.
H.323 còn bao gồm cả chức năng điều khiển cuộc gọi, quản lý thông tin đa phương tiện
và quản lý băng thông đồng thời còn cung cấp giao diện giữa mạng LAN và các mạng
khác.
Page 44
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 32
3.2.2.1 Các giao thức sử dụng trong H.323:
Tính năng Giao thức
Call Signalling H.225
Media Control H.245
Audio Codecs G.711, G.722, G.723, G.728, G.729
Video Codecs H261, H263
Data Sharing T.120
Media Transport RTP/RTCP
Hình 3-5: Các giao thức sử dụng trong H.323
3.2.2.2 Các thành phần của H.323:
Hình 3.5 Các thành phần của H.323
Page 45
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 33
H323 Terminal
Gồm có:
- System Control Unit.
- Media Transmission.
- Audio Codec.
- Network Interface.
- Video Codec.
- Data channel – Support Application.
Gateway: thực hiện chuyển đổi giữa các định dạng audio, video và dữ liệu. Nó
đồng thời thực hiện việc thiết lập và huỷ bỏ cuộc gọi trong mạng IP và mạng
chuyển mạch (Switched Circuit Network – SCN).
Gatekeeper: cung cấp việc điều khiển cấp độ cuộc gọi đến các đầu cuối của
H323.
MCU: hỗ trợ hội nghị với 3 hay nhiều đầu cuối H323
Hình vẽ dưới đây mô tả quá trình thực hiện kết nối giữa 2 điểm đầu cuối H323:
Hình 3.6 H323 Call - Flow
H323 Endpoint A
Page 46
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 34
Quá trình trên có thể được mô tả như sau:
Điểm đầu cuối A gửi bản tin setup đến điểm đầu cuối B trên cổng TCP 1720.
Điểm đầu cuối B trả lời bản tin setup này bằng 1 bản tin thông báo kèm theo số
cổng để bắt đầu quá trình bắt tay H.245.
Quá trình bắt tay H.245 bao gồm loại codec (G729 và G723.1), số cổng cho
luồng RTP và thông báo về các tài nguyên mà điểm đầu cuối có.
Các kênh logic cho luồng UDP sau đó được thiết lập, mở ra và bắt đầu hoạt
động.
Voice sau đó được truyền qua các luồng RTP này.
Giao thức điều khiển truyền thời gian thực (Real Time Transport Control
Protocol) được sử dụng để truyền đi thông tin về luồng RTP đến cả 2 điểm đầu
cuối.
3.2.3 So sánh giữa các giao thức SIP và H.323
H.323 được xây dựng nhằm tạo ra một hệ thống hoàn chỉnh, không những hoạt
động tốt trong vấn đề truyền tiếng nói qua mạng IP mà còn có khả năng kế thừa và
tương thích tốt với các hệ thống trước đây. Do vậy mà cấu trúc của nó rất đầy đủ và
phức tạp.
SIP được xây dụng với mục đích tối ưu hoá đối với mạng IP, nên giao thức của
nó đơn giản và thuận tiện. Mang dáng dấp của các giao thức trên lớp ứng dụng như
HTTP, SMTP. Chính vì vậy mà khả năng kết hợp của nó với các mạng phi IP là rất
khó.
Page 47
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 35
Hình 3.7 So sánh H.323 và SIP
Ngoài các giao thức chuẩn kể trên, còn có một giao thức mới hiện đang được xây
dựng và phát triển, đó là IAX – Inter Asterisk eXchange. IAX là giao thức báo hiệu
Voip được phát triển bởi tác giả của phần mềm Asterisk để khắc phục những hạn chế
trong giao thức SIP. Không giống như giao thức SIP chuyển tải thoại và báo hiệu trên
hai kênh khác nhau (out of band), IAX chuyển tải thoại và báo hiệu trên cùng một
kênh(in band). IAX giải quyết được vấn đề NAT đề cập trên phần giao thức SIP. Mặc
khác IAX là giao thức tối ưu trong việc sử dụng băng thông, cho phép nhiều gói dữ liệu
thoại trên cùng một IP header, cơ chế chuyển tải nhiều cuộc gọi trên cùng một gói IP
được gọi là trung kế (Trunk).
Tóm lại, IAX là giao thức dành cho VoIP mới nhất cho đến thời điểm này với
nhiều ưu điểm hấp dẫn như:
+ Tối thiểu sử dụng băng thông.
+ Trong suốt với NAT.
Page 48
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 36
+ Hiệu quả với cơ chế trung kế.
3.2.4 Giao thức SGCP (Simple Gateway Control Protocol)
Giao thức này cho phép các thành phần điều khiển cuộc gọi có thể điều khiển kết
nối giữa trung kế, các thiết bị đầu cuối với các gateway. Các thành phần điều khiển
được gọi là Call Agent. SGCP được sử dụng để thiết lập, duy trì và giải phóng các cuộc
gọi qua mạng IP. Call Agent thực hiện các chức năng báo hiệu cuộc gọi và gateway
thực hiện chức năng truyền tín hiệu âm thanh. SGCP cung cấp năm lệnh điều khiển
chính như sau:
Notification Request: yêu cầu gateway phát các tín hiệu nhấc đặt máy và các tín
hiệu quay số DTMF.
Notify: gateway sử dụng lệnh này để thông báo với Call Agent về các tín hiệu
được phát hiện ở trên.
Create Connection: Call Agent yêu cầu khởi tạo kết nối giữa các đầu liên lạc
trong gateway.
Modify Connection: Call Agent dùng lệnh này để thay đổi các thông số về kết
nối đã thiết lập. Lệnh này cũng có thể dùng để điều khiển luồng cho các gói tin
RTP đi từ gateway này sang gateway khác.
Delete Connection: Call Agent sử dụng lệnh này để giải phóng các kết nối đã
thiết lập.
Năm lệnh trên đây điều khiển gateway và thông báo cho call agent về các sự kiện
xảy ra. Mỗi lệnh hay yêu cầu bao gồm các thông số cụ thể cần thiết để thực thi các
phiên làm việc.
3.2.5 Giao thức MGCP (Media Gateway Control Protocol)
Giao thức MGCP cho phép điều khiển các gateway thông qua các thành phần
điều khiển nằm bên ngoài mạng. MGCP sử dụng mô hình kết nối tương tự như SGCP
dựa trên các kết nối cơ bản giữa thiết bị đầu cuối và gateway. Các kết nối có thể là kết
nối điểm-điểm hoặc kết nối đa điểm. Ngoài chức năng điều khiển như SGCP, MGCP
còn cung cấp thêm các chức năng sau:
Page 49
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 37
Endpoint Configuration: Call Agent dùng lệnh này để yêu cầu gateway xác định
kiểu mã hoá ở phí đường dây kết nối đến thiết bị đầu cuối.
AuditEndpoint và AuditConnection: Call Agent dùng lệnh này để kiểm tra trạng
thái và sự kết nối ở một thiết bị đầu cuối.
RestartIn-Progress: Gateway dùng lệnh này để thông báo với Call Agent khi nào
các thiết bị đầu cuối ngừng sử dụng dịch vụ và khi nào quay lại sử dụng dịch vụ.
3.3 Kết luận
Chương này đã trình bày ngắn gọn các giao thức báo hiệu điều khiển để thiết lập
cuộc điện thoại giữa 2 đầu cuối. Mặc dù là báo hiệu cho mạng thoại số, nhưng các bản
tin báo hiệu hoàn toàn trong suốt với người dùng đầu cuối và thể hiện được tất cả các
báo hiệu như trong mạng thoại tương tự truyền thống: tín hiệu mời quay số, tín hiệu
chuông, hồi âm chuông, tín hiệu báo bận ... Ngoài ra do sự linh hoạt của tín hiệu số,
mạng VoIP còn thể hiện nhiều loại báo hiệu hơn để đảm bảo chất lượng và hỗ trợ các
dịch vụ gia tăng. Việc hiểu rõ các giao thức báo hiệu giúp ta hiểu rõ hơn bản chất, hoạt
động của điện thoại qua IP, đồng thời đưa ra quyết định lựa chọn giao thức tốt nhất để
triển khai cho mô hình mạng thực tế.
Tuy vậy, do giới hạn đề tài, chương này mới trình bày một số giao thức báo hiệu
phổ biến và hữu dụng nhất. Để hiểu rõ hơn về mạng VoIP, ta cần tìm hiểu các loại giao
thức khác nhau và đưa ra so sánh chi tiết, nhận xét xác đáng.
Page 50
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 38
CHƯƠNG 4 : TỔNG QUAN ĐỊA CHỈ IPv6
4.1 Sự ra đời của IPv6
4.1.1 Sự cạn kiệt địa chỉ IPv4
Những thập kỷ vừa qua, do tốc độ phát triển mạnh mẽ của Internet, không gian
địa chỉ IPv4 đã được sử dụng trên 60%. Những tổ chức quản lý địa chỉ quốc tế đặt mục
tiêu “sử dụng hiệu quả” lên hàng đầu. Những công nghệ góp phần giảm nhu cầu địa chỉ
IP như NAT (công nghệ biên dịch để có thể sử dụng địa chỉ IP private), DHCP (cấp địa
chỉ tạm thời) được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, hiện nay, nhu cầu địa chỉ tăng rất lớn:
- Internet phát triển tại những khu vực dân cư đông đảo như Trung Quốc, Ấn Độ
- Những dạng dịch vụ mới đòi hỏi không gian địa chỉ IP cố định (tỉ lệ sử dụng
địa chỉ/khách hàng là 1:1) và kết nối dạng đầu cuối – đầu cuối: dịch vụ DSL, cung cấp
dịch vụ Internet qua đường cáp truyền hình, việc phát triển các mạng giáo dục, game
trực tuyến, thiết bị di động tham gia vào mạng Internet, truyền tải thoại, audio, video
trên mạng…
4.1.2 Hạn chế về công nghệ và nhược điểm của IPv4:
Thế hệ địa chỉ IPv4 có những hạn chế rõ thấy sau:
+Cấu trúc định tuyến không hiệu quả:
Địa chỉ IPv4 có cấu trúc định tuyến vừa phân cấp, vừa không phân cấp. Mỗi
router phải duy trì bảng thông tin định tuyến lớn, đòi hỏi router phải có dung lượng bộ
nhớ lớn. IPv4 cũng yêu cầu router phải can thiệp xử lý nhiều đối với gói tin IPv4, ví dụ
thực hiện phân mảnh, điều này tiêu tốn CPU của router và ảnh hưởng đến hiệu quả xử
lý (gây trễ, hỏng gói tin).
+Hạn chế về tính bảo mật và kết nối đầu cuối – đầu cuối
Trong cấu trúc thiết kế của địa chỉ IPv4 không có cách thức bảo mật nào đi kèm.
IPv4 không cung cấp phương tiện hỗ trợ mã hóa dữ liệu. Kết quả là hiện nay, bảo mật
ở mức ứng dụng được sử dụng phổ biến, không bảo mật lưu lượng truyền tải giữa các
host. Nếu áp dụng IPSec là một phương thức bảo mật phổ biến tại tầng IP, mô hình bảo
Page 51
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 39
mật chủ yếu là bảo mật lưu lượng giữa các mạng, việc bảo mật lưu lượng đầu cuối –
đầu cuối được sử dụng rất hạn chế.
Để giảm nhu cầu tiêu dùng địa chỉ, hoạt động mạng IPv4 sử dụng phổ biến công
nghệ biên dịch NAT (Network Address Translator). Trong đó, máy chủ biên dịch địa
chỉ (NAT) can thiệp vào gói tin truyền tải và thay thế trường địa chỉ để các máy tính
gắn địa chỉ Private có thể kết nối vào mạng Internet
Mô hình sử dụng NAT của địa chỉ IPv4 có nhiều nhược điểm:
- Không có kết nối điểm – điểm và gây trễ: Làm khó khăn và ảnh hưởng tới
nhiều dạng dịch vụ (VPN, dịch vụ thời gian thực). Thậm chí đối với nhiều dạng dịch
vụ cần xác thực port nguồn/ đích, sử dụng NAT là không thể được. Trong khi đó, các
ứng dụng mới hiện nay, đặc biệt các ứng dụng client-server ngày càng đòi hỏi kết nối
trực tiếp end-to-end.
- Việc gói tin không được giữ nguyên tình trạng từ nguồn tới đích, có những
điểm trên đường truyền tải tại đó gói tin bị can thiệp, như vậy tồn tại những lỗ hổng về
bảo mật.
Nguy cơ thiếu hụt địa chỉ IPv4 cùng những hạn chế của nó đưa ra yêu cầu cấp
thiết phải nghiên cứu để đưa ra một giao thức Internet mới, khắc phục những hạn chế
của giao thức IPv4 và đem lại những đặc tính mới cần thiết cho dịch vụ và cho hoạt
động mạng thế hệ tiếp theo. Giao thức Internet IETF đã đưa ra, quyết định thúc đẩy
thay thế cho IPv4 là IPv6 (Internet Protocol Version 6), giao thức Internet phiên bản 6,
còn được gọi là giao thức IP thế hệ mới (IP Next Generation – IPng). Địa chỉ Internet
phiên bản 6 có chiều dài gấp 4 lần so với phiên bản 4: 128 bit địa chỉ.
4.1.3 Mục tiêu thiết kế IPv6:
IPv6 được thiết kế với những tham vọng và mục tiêu như sau:
- Không gian địa chỉ lớn hơn và dễ dàng quản lý không gian địa chỉ.
- Hỗ trợ kết nối đầu cuối-đầu cuối và loại bỏ hoàn toàn công nghệ NAT.
- Quản trị TCP/IP dễ dàng hơn: DHCP được sử dụng trong IPv4 nhằm giảm
cấu hình thủ công TCP/IP cho host. IPv6 được thiết kế với khả năng tự động cấu hình,
không cần sử dụng máy chủ DHCP, hỗ trợ hơn nữa trong việc giảm cấu hình thủ công.
Page 52
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 40
- Cấu trúc định tuyến tốt hơn: Định tuyến IPv6 được thiết kế hoàn toàn phân cấp.
- Hỗ trợ tốt hơn Multicast: Multicast là một tùy chọn của địa chỉ IPv4, tuy nhiên
khả năng hỗ trợ và tính phổ dụng chưa cao.
- Hỗ trợ bảo mật tốt hơn: IPv4 được thiết kế tại thời điểm chỉ có các mạng nhỏ,
biết rõ nhau kết nối với nhau. Do vậy bảo mật chưa phải là một vấn đề được quan tâm.
Song hiện nay, bảo mật mạng internet trở thành một vấn đề rất lớn, là mối quan tâm
hàng đầu.
- Hỗ trợ tốt hơn cho di động: Thời điểm IPv4 được thiết kế, chưa tồn tại khái
niệm về thiết bị IP di động. Trong thế hệ mạng mới, dạng thiết bị này ngày càng phát
triển, đòi hỏi cấu trúc giao thức Internet có sự hỗ trợ tốt hơn.
4.2 Lý thuyết địa chỉ IPv6
Internet phiên bản 6 (IPv6) là phiên bản nâng cấp của giao thức IPv4, có nhiều
thay đổi, bổ sung. Tuy nhiên những thay đổi, bổ sung này không biến đổi bản chất cơ
bản hoạt động của IP. Cấu trúc đánh địa chỉ là nơi có thể quan sát rất rõ những khác
biệt giữa IPv4 và IPv6. Địa chỉ IPv6 được thiết kế có chiều dài 128 bít, gấp 4 lần chiều
dài của địa chỉ IPv4. Cấu trúc cũng như mô hình địa chỉ có những thay đổi lớn so với
phiên bản IPv4. Phần nội dung này giới thiệu về các dạng địa chỉ, cấu trúc đánh địa chỉ
IPv6, tìm hiều về IPv6 header, qua đó thấy được những khác biệt và thay đổi trong địa
chỉ IPv6.
4.2.1 Biểu diễn địa chỉ IPv6
4.2.1.1 Cách viết địa chỉ IPv4
Hình 4.1 Cách biểu diễn địa chỉ IPv4
Page 53
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 41
Địa chỉ ipv4 gồm 32 bít nhị phân, được chia thành các octet , mỗi octet gồm 8
bít nhị phân phân cách nhau bởi dấu chấm và chuyển đổi thành giá trị thập phân cho dễ
nhớ.
4.2.1.2 Cách viết địa chỉ IPv6
Địa chỉ IPv6 được viết dưới dạng hexa decimal. Địa chỉ IPv6 có độ dài 128 bít
nhị phân. 128 bít nhị phân này được chia thành các nhóm 4 bít, chuyển đổi viết theo
dạng số hexa decimal và nhóm 4 số hexa thành một nhóm phân cách bởi dấu “:”. Kết
quả, địa chỉ IPv6 được biểu diễn thành một dãy số gồm 8 số hexa cách nhau bằng dấu
“:”, mỗi nhóm gồm 4 chữ số hexa:
Hình 4.2 Cách biểu diễn địa chỉ IPv6
4.2.1.3 Rút gọn cách viết địa chỉ IPv6
Không như địa chỉ IPv4, địa chỉ IPv6 có rất nhiều dạng. Trong đó có những
dạng chứa nhiều chữ số 0 đi liền nhau. Nếu viết toàn bộ và đầy đủ những con số này
thì dãy số biểu diễn địa chỉ IPv6 thường rất dài. Do vậy, có thể rút gọn cách viết địa chỉ
IPv6 theo 2 quy tắc sau:
- Quy tắc 1: Trong một nhóm 4 số hexa, có thể bỏ bớt những số 0 bên trái. Ví
dụ cụm số “0000” có thể viết thành “0”, cụm số “09C0” có thể viết thành “9C0”.
Page 54
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 42
- Quy tắc 2: Trong cả địa chỉ IPv6, một số nhóm liền nhau chứa toàn số 0 có
thể không viết và chỉ viết thành “::”. Tuy nhiên, chỉ được thay thế một lần như vậy
trong toàn bộ một địa chỉ IPv6.
Địa chỉ IPv6 còn được biểu diễn theo cách thức liên hệ với địa chỉ IPv4. 32 bít
cuối của địa chỉ IPv6 tương ứng địa chỉ IPv4 được viết theo cách thông thường của địa
chỉ IPv4.
4.2.2 Cấu trúc đánh địa chỉ, các dạng địa chỉ IPv6
4.2.2.1 Ba loại địa chỉ IPv6
Khi sử dụng IPv4, chúng ta rất quen thuộc với những đặc điểm sau:
- Một IPv4 node với một card mạng chỉ có thể được gán một địa chỉ IPv4 toàn
cầu và định danh toàn cầu bằng địa chỉ đó.
- Phạm vi của địa chỉ IPv4: chúng ta biết địa chỉ broadcast IPv4 có phạm vi
trong subnet, địa chỉ private có phạm vi site, địa chỉ toàn cầu có phạm vi toàn bộ mạng
Internet.
- Thế hệ địa chỉ IPv6 có những thay đổi cơ bản về mô hình địa chỉ, khi tìm hiểu
về hoạt động của địa chỉ IPv6, trước tiên chúng ta cần nắm được một số đặc điểm sau
để có cái nhìn tổng quát. Đó là:
- Theo cách thức một gói tin được truyền tải đến đích, địa chỉ IPv6 bao gồm ba
loại: unicast, multicast, anycast. Mỗi loại địa chỉ lại gồm nhiều dạng địa chỉ khác nhau.
Các dạng địa chỉ có phạm vi hoạt động nhất định và một tiền tố (prefix) xác định.
Chúng ta dựa vào prefix để nhận dạng địa chỉ IPv6.
- Địa chỉ IPv6 được gắn cho các giao diện (interface), không phải gắn cho các
node. Một giao diện có thể gắn đồng thời nhiều địa chỉ. Mỗi địa chỉ có thời gian sống
(lifetime) hợp lệ tương ứng. Node IPv6 dù chỉ có một card mạng cũng sẽ có nhiều giao
diện. Đây có thể là giao diện vật lý, hoặc là các giao diện ảo dành cho công nghệ
đường hầm (tunnel). Một node ipv6 như vậy được xác định bởi bất kỳ địa chỉ unicast
nào gắn cho một trong số các giao diện của nó.
Page 55
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 43
- Để hoạt động được, thiết bị IPv6 có thể và cần phải được gắn nhiều dạng địa
chỉ thuộc ba loại địa chỉ đã nêu trên.
4.2.2.2 Địa chỉ Unicast
Địa chỉ Unicast có 5 dạng sau:
- Địa chỉ đặc biệt (Special address): Ipv6 sử dụng hai địa chỉ đặc biệt sau đây
trong giao tiếp:
* 0:0:0:0:0:0:0:0 hay còn được viết "::" là dạng địa chỉ “không định danh”
được sử dụng để thể hiện rằng hiện tại node không có địa chỉ. Địa chỉ “::” được sử
dụng làm địa chỉ nguồn cho các gói tin trong thủ tục kiểm tra sự trùng lặp địa chỉ link-
local và không bao giờ được gắn cho một giao diện hoặc được sử dụng làm địa chỉ đích.
* 0:0:0:0:0:0:0:1 hay "::1" được sử dụng làm địa chỉ xác định giao diện
loopback, cho phép một node gửi gói tin cho chính nó, tương đương với địa chỉ
127.0.0.1 của IPv4. Các gói tin có địa chỉ đích ::1 không bao giờ được gửi trên đường
link hay forward đi bởi router. Phạm vi của dạng địa chỉ này là phạm vi node
- Địa chỉ Link-local:
* Địa chỉ link-local được sử dụng bởi các node khi giao tiếp với các node lân
cận trên cùng một đường kết nối. Khi không có router, các node IPv6 trên một đường
link sẽ sử dụng địa chỉ link-local để giao tiếp với nhau. Phạm vi của dạng địa chỉ
unicast này là trên một đường kết nối (phạm vi link).
* Địa chỉ link-local luôn luôn được cấu hình một cách tự động, ngay cả khi
không có sự tồn tại của mọi loại địa chỉ unicast khác.
* Cấu trúc của địa chỉ link-local:
Hình 4.3 Cấu trúc địa chỉ Link-local
Page 56
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 44
Địa chỉ link-local bắt đầu bởi 10 bít prefix là FE80::/10, theo sau bởi 54 bit 0. 64
bít còn lại là định danh giao diện.
- Địa chỉ Site-local:
* Dạng địa chỉ IPv6 Site-local được thiết kế với mục đích sử dụng trong phạm
vi một mạng, tương đương với địa chỉ dùng riêng (private) trong IPv4 (các vùng
10.0.0.0/8, 172.16.0.0/12, và 192.168.0.0/16). Phạm vi tính duy nhất của dạng địa chỉ
này là phạm vi trong một mạng dùng riêng (ví dụ một mạng office, một tổ hợp mạng
office của một tổ chức...). Các router gateway IPv6 không forward gói tin có địa chỉ
site-local ra khỏi phạm vi mạng riêng của tổ chức. Do vậy, một vùng địa chỉ site-local
có thể được dùng trùng lặp bởi nhiều tổ chức mà không gây xung đột định tuyến IPv6
toàn cầu. Địa chỉ site-local trong một site không thể được truy cập tới từ một site khác.
* Cấu trúc địa chỉ Site-local:
Hình 4.4 Cấu trúc địa chỉ Site-local
Địa chỉ site-local luôn luôn bắt đầu bằng 10 bít prefix FEC0::/10. Tiếp theo là
38 bít 0 và 16 bít mà tổ chức có thể phân chia subnet, định tuyến trong phạm vi site của
mình. 64 bít cuối, như chúng ta còn nhớ, luôn là 64 bít định danh giao diện cụ thể trong
một subnet.
* Người ta nhận thấy nhu cầu sử dụng địa chỉ dạng site-local trong tương lai
phát triển của thế hệ địa chỉ ipv6 là không thực tế và không cần thiết. Do vậy, IETF đã
sửa đổi RFC3513, loại bỏ đi dạng địa chỉ site-local.
- Địa chỉ unicast định danh toàn cầu (Global unicast address):
* Đây là dạng địa chỉ tương đương với địa chỉ IPv4 public. Chúng được định
tuyến và có thể liên kết tới trên phạm vi toàn cầu. Việc phân bổ và cấp phát dạng địa
Page 57
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 45
chỉ này do hệ thống các tổ chức quản lý địa chỉ quốc tế đảm nhiệm. Phạm vi tính duy
nhất của địa chỉ unicast định danh toàn cầu là toàn bộ mạng Internet ipv6.
* Không như địa chỉ ipv4, với cấu trúc định tuyến vừa phân cấp, vừa không
phân cấp, địa chỉ Internet IPv6 được cải tiến trong thiết kế để đảm bảo có một cấu trúc
định tuyến và đánh địa chỉ phân cấp rõ ràng.
* Ba mục tiêu quan trọng nhất trong quản lý địa chỉ IPv4 là “sử dụng hiệu quả,
tiết kiệm”, “tính tổ hợp” và “tính có đăng ký”. Tuy nhiên, đối với địa chỉ ipv6, mục
tiêu đầu tiên được đặt lên hàng đầu là “tính tổ hợp”. Điều này rất dễ hiểu. Với chiều dài
128 bit, không gian địa chỉ vô cùng rộng lớn. Nếu địa chỉ IPv6 không được tổ hợp thật
tốt, có cấu trúc định tuyến phân cấp rõ ràng hiệu quả thì không thể xử lý được một khối
lượng thông tin khổng lồ đặt lên bảng thông tin định tuyến toàn cầu.
* Cấu trúc địa chỉ Unicast toàn cầu:
Hình 4.5 Cấu trúc địa chỉ Unicast toàn cầu
Theo cách thức biểu diễn dạng số hexa, hiện nay hoạt động liên kết mạng IPv6
toàn cầu đang sử dụng địa chỉ thuộc vùng 2000::/3. Không gian địa chỉ đó được phân
cấp nhỏ hơn cho từng mục đích sử dụng cụ thể. Nếu một địa chỉ ipv6, được bắt đầu bởi
2000::/3, chúng ta biết đó là vùng địa chỉ định tuyến toàn cầu. Trong thời gian đầu tiên
sử dụng địa chỉ IPv6, IANA cấp phát trong vùng 2001::/16 cho hoạt động Internet
IPv6. Tới thời điểm hiện nay, nhu cầu sử dụng IPv6 gia tăng, các vùng địa chỉ khác bắt
đầu được cấp phát, như 2400::/16.
Page 58
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 46
* Phân cấp định tuyến địa chỉ IPv6 Unicast toàn cầu
Hình 4.6 Phân cấp định tuyến địa chỉ Ipv6 Unicast toàn cầu
- Địa chỉ tương thích (Compatibility address)
* Địa chỉ IPv4-compatible
Địa chỉ IPv4-compatible được tạo từ 32 bít địa chỉ IPv4 và được viết như sau:
0:0:0:0:0:0:w.x.y.z hoặc ::w.x.y.z. Trong đó w.x.y.z là địa chỉ IPv4 viết theo cách thông
thường.
Hình 4.7 Địa chỉ IPv4-Compatible
Dạng địa chỉ IPv4-compatible được sử dụng cho công nghệ tunnel tự động. Nếu
một địa chỉ IPv4-compatible được sử dụng làm địa chỉ IPv6 đích, lưu lượng IPv6 đó sẽ
được tự động bọc trong gói tin có IPv4 header và gửi tới đích sử dụng cơ sở hạ tầng
mạng IPv4.
Hiện nay, nhu cầu về dạng kết nối tunnel tự động này không còn nữa. Do vậy,
dạng địa chỉ này cũng đã được loại bỏ không còn sử dụng trong giai đoạn phát triển
tiếp theo của địa chỉ ipv6.
* Địa chỉ IPv4-mapped:
Địa chỉ IPv4-mapped cũng được tạo nên từ 32 bít địa chỉ IPv4 và có dạng như
sau: 0:0:0:0:0:FFFF:w.x.y.z hoặc ::FFFF:w.x.y.z
Page 59
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 47
Trong đó w.x.y.z là địa chỉ IPv4 viết theo cách thông thường.
Hình 4.8 Địa chỉ IPv4-mapped
Địa chỉ này được sử dụng để biểu diễn một node thuần IPv4 thành một node
IPv6 và được sử dụng trong công nghệ biên dịch địa chỉ IPv4 – IPv6 (ví dụ công nghệ
NAT-PT, phục vụ giao tiếp giữa mạng thuần địa chỉ IPv4 và mạng thuần địa chỉ IPv6).
Địa chỉ IPv4-mapped không bao giờ được dùng làm địa chỉ nguồn hay địa chỉ đích của
một gói tin IPv6.
*Địa chỉ 6to4:
IANA đã cấp phát một prefix địa chỉ dành riêng 2002::/16 trong vùng địa chỉ có ba bít
đầu 001 (vùng địa chỉ unicast toàn cầu) để sử dụng cho một công nghệ chuyển đổi giao
tiếp IPv4-IPv6 rất thông dụng có tên gọi công nghệ tunnel 6to4. Chúng ta sẽ tìm hiểu
về công nghệ chuyển đổi này trong phần 4 của cuốn sách này.
Địa chỉ 6to4 được sử dụng trong giao tiếp giữa hai node chạy đồng thời cả hai
thủ tục IPv4 và IPv6 trên mạng cơ sở hạ tầng định tuyến của IPv4. Địa chỉ 6to4 được
hình thành bằng cách gắn prefix 2002::/16 với 32 bít địa chỉ IPv4 (viết dưới dạng
hexa), từ đó tạo nên một prefix địa chỉ /48.
Công nghệ tunnel 6to4 được mô tả trong RFC 3056 và sử dụng vô cùng rộng rãi.
4.2.2.3 Địa chỉ Multicast
Địa chỉ multicast, là một phần phức tạp song rất đặc thù của địa chỉ IPv6. Trong
hoạt động của địa chỉ IPv6, không tồn tại khái niệm địa chỉ broadcast. Chức năng của
Page 60
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 48
địa chỉ broadcast IPv4 được đảm nhiệm bởi một trong số các dạng địa chỉ ipv6
multicast. Địa chỉ IPv6 multicast thay thế cho cả địa chỉ broadcast và multicast IPv4.
IPv6 có rất nhiều dạng địa chỉ multicast. Mỗi dạng có phạm vi hoạt động tương
ứng. Một IPv6 node nhất định sẽ "nghe" lưu lượng của một số loại địa chỉ IPv6
multicast. IPv6 node có thể nghe lưu lượng của nhiều loại địa chỉ multicast tại cùng
thời điểm. Node cũng có thể gia nhập hoặc rời bỏ một nhóm multicast tại bất cứ thời
điểm nào.
* Địa chỉ Multicast IPv6 thực hiện cả chức năng broadcast và multicast của
IPv4. Lưu lượng của địa chỉ IPv6 multicast sẽ được chuyển tới toàn bộ các host trong
một phạm vi hay chỉ được chuyển tới nhóm các host nào đó trong phạm vi là tùy thuộc
vào loại địa chỉ multicast.
* Cấu trúc của địa chỉ IPv6 multicast như sau:
Hình 4.9 Cấu trúc địa chỉ Ipv6 multicast
* Địa chỉ ipv6 multicast luôn được bắt đầu bởi 8 bít prefix 1111 1111. Dạng địa
chỉ này rất dễ phân biệt vì nó luôn được bắt đầu bằng "FF". Địa chỉ multicast không
bao giờ được sử dụng làm địa chỉ nguồn của một gói tin IPv6 .
* Để phân biệt dạng địa chỉ multicast, nhóm địa chỉ multicast và phạm vi của
chúng, trong cấu trúc địa chỉ multicast sử dụng những nhóm bít tạo thành các trường
sau đây: Cờ - flag (4 bit), phạm vi - Scope (4 bít) và Định danh nhóm-Group ID (32
bít)
Một số địa chỉ IPv6 multicast vĩnh viễn: - Multicast tới mọi node: Nhóm multicast mọi node hiện nay được gắn giá trị
Group ID1
Page 61
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 49
* FF01::1 Địa chỉ multicast mọi node phạm vi node. Giá trị Scope = 1 xác
định phạm vi node, giá trị Group ID = 1 xác định nhóm multicast mọi node.
* FF02::1 Địa chỉ multicast mọi node phạm vi link. Địa chỉ này xác định mọi
node IPv6 trong phạm vi một đường kết nối. Giá trị Scope = 2 Xác định phạm vi link,
Giá trị Group ID = 1 Xác định nhóm multicast mọi node
- Multicast tới mọi router: Nhóm multicast mọi router hiện nay được gắn giá trị
Group ID2
* FF01::2 Địa chỉ multicast mọi router phạm vi node. Giá trị Scope = 1 Xác
định phạm vi node, Giá trị Group ID = 2 Xác định nhóm multicast mọi router
* FF02::2 Địa chỉ multicast mọi router phạm vi link. Địa chỉ này xác định mọi
router IPv6 trong phạm vi một đường kết nối. Giá trị Scope = 2 Xác định phạm vi link,
Giá trị Group ID = 2 Xác định nhóm multicast mọi router
* FF05::2 Địa chỉ multicast mọi router phạm vi site. Địa chỉ này xác định mọi
router IPv6 trong phạm vi một site. Giá trị Scope = 5 Xác định phạm vi site, Giá trị
Group ID = 2 Xác định nhóm multicast mọi router
4.2.2.4 Địa chỉ Anycast
Địa chỉ anycast được gắn cho một nhóm nhiều giao diện. Gói tin được gửi tới
địa chỉ anycast sẽ được chuyển đi theo cấu trúc định tuyến tới giao diện gần nhất trong
nhóm (tính theo thủ tục định tuyến). RFC3513 định nghĩa địa chỉ anycast với những
đặc điểm như sau:
- Anycast không có không gian địa chỉ riêng mà thuộc vùng địa chỉ unicast. Khi
một địa chỉ unicast được gắn đồng thời cho nhiều giao diện, nó sẽ trở thành địa chỉ
anycast.
- Một địa chỉ anycast có thể được gắn cho nhiều giao diện của nhiều node.
Địa chỉ anycast không bao giờ được sử dụng làm địa chỉ nguồn của một gói tin
IPv6. Hiện nay, địa chỉ anycast không được gắn cho IPv6 host mà chỉ được gắn cho
IPv6 router. Một trong những ứng dụng mong muốn của địa chỉ anycast là sử dụng để
xác định một tập các router thuộc về một tổ chức cung cấp dịch vụ Internet.
Page 62
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 50
Hiện nay, mới chỉ có một dạng địa chỉ anycast được định nghĩa và ứng dụng. Đó
là địa chỉ anycast Subnet-Router. Một địa chỉ anycast Subnet-Router tương ứng với
một prefix địa chỉ trong subnet.
4.2.2.5 Lựa chọn địa chỉ mặc định trong IPv6
Cấu trúc địa chỉ ipv6 cho phép nhiều địa chỉ unicast gắn cho cùng một giao
diện. Một địa chỉ IPv6 gắn cho IPv6 node sẽ đi kèm với khoảng thời gian “sống” hợp
lệ. Node IPv6 quản lý tình trạng địa chỉ theo thời gian sống, trong đó “preferred" tức
địa chỉ còn được lựa chọn và “deprecated" tức địa chỉ đã bỏ đi.
Việc có nhiều địa chỉ trên một giao diện khiến cho các thực thi IPv6 thường
xuyên đối diện với tình trạng nhiều địa chỉ nguồn và địa chỉ đích khi khởi tạo giao tiếp.
Cần phải có một thuật toán mặc định, chung cho mọi thực thi để lựa chọn địa chỉ
nguồn và địa chỉ đích.
Thuật toán lựa chọn địa chỉ này sử dụng một bảng lưu trữ gọi là Policy Table.
Bảng này lưu trữ các prefix địa chỉ được gắn cho host với hai giá trị đi kèm là giá trị
chỉ quyền ưu tiên (Precedence) và giá trị nhãn (Label)
- Giá trị quyền ưu tiên (Precendence) được sử dụng để sắp xếp địa chỉ đích.
- Giá trị nhãn (Label) sử dụng để lựa chọn một prefix nguồn nhất định tương
ứng với một prefix đích nhất định. Các thuật toán thường hay sử dụng địa chỉ nguồn
(S) tương ứng với địa chỉ đích (D) khi Label(S) = Label(D).
Trong hệ điều hành window, chúng ta có thể xem giá trị của bảng này bằng
lệnh: Netsh> interface ipv6> show prefixpolicy
Page 63
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 51
Hình 4.10 Các dạng địa chỉ IPv6
4.2.3 Định danh giao diện trong địa chỉ IPv6
4.2.3.1 Định danh giao diện (Interface Identifier)
Mọi dạng địa chỉ IPv6 đều có 64 bít cuối sử dụng để định danh giao diện. Định
danh giao diện phải là duy nhất trong phạm vi một subnet. 64 bít định danh này được
cấu thành tự động theo một trong những cách thức sau đây:
- Ánh xạ từ dạng thức địa chỉ EUI-64 của giao diện
- Tự động tạo một cách ngẫu nhiên
- Gắn giao diện bằng thủ tục gắn địa chỉ stateful (DHCPv6)
Page 64
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 52
4.2.3.2 Tự động tạo 64 bit định danh giao diện từ địa chỉ MAC
EUI-48: Địa chỉ MAC (hay còn gọi địa chỉ vật lý, địa chỉ Ethernet) của card
mạng có độ dài 48 bít (dạng thức đánh địa chỉ EUI-48, còn gọi là dạng định danh IEEE
802). Trong đó, 24 bít đầu sử dụng để định danh nhà sản xuất thiết bị và 24 bít sau là
phần mở rộng, để định danh card mạng. Việc kết hợp một số định danh 24 bít duy nhất
của một nhà sản xuất card mạng, và một số định danh 24 bít duy nhất của card nhà sản
xuất đó cung cấp ra thị trường, sẽ tạo nên một con số 48 bít, định danh một card mạng
duy nhất trên toàn cầu, được gọi là địa chỉ MAC, viết dưới dạng hexa decimal.
EUI-64: Nhằm tạo nên một không gian định danh thiết bị lớn hơn cho các nhà
sản xuất, IEEE đưa ra một phương thức đánh số mới cho các giao diện mạng gọi là
EUI-64, trong đó giữ nguyên 24 bít định danh nhà sản xuất thiết bị và phần mở rộng
tăng lên thành 40 bít. Như vậy, nếu giao diện mạng được định danh theo dạng thức
này, địa chỉ phần cứng của nó sẽ gồm 64 bít.
Ánh xạ từ EUI-48 sang EUI-64: Dạng thức định danh EUI-48 được ánh xạ
thành EUI-64 bằng cách thêm vào giữa 48 bít của EUI-48 16 bít địa chỉ có giá trị
11111111 11111110 (viết dưới dạng hexa sẽ là OxFFFE)
Tạo 64 bít định danh giao diện từ dạng thức EUI-64: 64 bít định danh giao
diện địa chỉ IPv6 khi đó sẽ được tạo nên từ 64 bít dạng EUI-64 theo quy tắc như sau:
Trong số 24 bít xác định nhà cung cấp thiết bị, có một bít được quy định là bít U (xxxx
xxUx xxxx xxxx xxxx xxxx). Thông thường bít này có giá trị 0. Người ta tiến hành đảo
bít bít U này (từ 0 thành 1 và từ 1 thành 0), và lấy 64 bít sau khi thực hiện như vậy làm
64 bít định danh giao diện trong địa chỉ IPv6.
Ví dụ: Tạo 64 bít định danh giao diện của địa chỉ IPv6 từ địa chỉ MAC 00-90-
27-17-FC-0F
- Tách địa chỉ MAC 48 bít EUI-48 (00-90-27-17-FC-0F) làm 2 phần, thêm vào
16 bít FFFE để trở thành dạng thức EUI-64 (00-90-27-FF-FE-17-FC-0F)
- Tiến hành đảo bít U của dạng thức EUI-64 trên, sẽ thu được 64 bít định danh
giao diện: 02-90-27-FF-FE-17-FC-0F
Page 65
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 53
4.3.2.3 Tạo 64 bit định danh giao diện một cách ngẫu nhiên
Khi sử dụng phương thức dialup để kết nối vào Internet qua mạng của một nhà
cung cấp dịch vụ, mỗi lần kết nối, người sử dụng sẽ nhận được một địa chỉ ipv4 khác
nhau. Nếu căn cứ vào địa chỉ IP, việc tìm kiếm lưu lượng của một user dialup thường
khó khăn.
Trong địa chỉ IPv6, 64 bít định danh giao diện có thể tự động tạo nên từ địa chỉ
card mạng. Nếu 64 bít định danh giao diện luôn luôn được tạo nên từ địa chỉ card
mạng, hoàn toàn có thể truy cứu được lưu lượng của một node nhất định không phụ
thuộc vào prefix, từ đó xác định được người sử dụng và việc sử dụng Internet. Để đảm
bảo vấn đề về quyền riêng tư, IETF đưa ra một cách thức khác (mô tả trong RFC3041)
để tạo 64 bít định danh giao diện, trên nguyên tắc sử dụng thuật toán gắn một số ngẫu
nhiên làm 64 bít định danh giao diện. Định danh đó là tạm thời và sẽ thay đổi theo thời
gian.
4.2.4 Tìm hiểu IPv6 header
4.2.4.1 Nhắc lại về IPv4 header
Trong thủ tục internet, những thông tin như địa chỉ IP của nơi gửi và nơi nhận
gói tin, và những thông tin cần thiết khác được đặt phía trước dữ liệu. Phần thông tin
đó được gọi là header.
IPv4 header có các trường sau đây:
Page 66
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 54
Hình 4.11 IPv4 header
- Version: Chỉ định phiên bản của IP, có giá trị 4.
- Internet Header Length: Chỉ định chiều dài IPv4 header (đơn vị đo là khối 4
byte).
- Service Type: Chỉ định dịch vụ mong muốn khi truyền các gói tin qua router.
- Total length: Chỉ định tổng chiều dài gói tin IPv4 (IPv4 header + IPv4
payload). Kích thước 16 bít, chỉ định rằng gói tin IPv4 có thể dài tới 65,535 byte.
- Identification: Định danh gói tin. Kích thước 16 bít. Định danh cho gói tin
được lựa chọn bởi nguồn gửi gói tin.
- Flags: Xác định cờ cho quá trình phân mảnh. Kích thước 3 bít.
- Fragment Offset: Chỉ định vị trí của phân mảnh trong phần payload của gói
tin ban đầu. Trường này có kích thước 13 bít.
- Time to Live: Chỉ định số lượng link tối đa mà một gói tin IPv4 có thể đi qua
trước khi bị hủy bỏ. Trường này dài 8 bít.
- Protocol: Xác định thủ tục lớp cao hơn gói tin sẽ được chuyển tiếp. Trường
này gồm 8 bít.
- Header Checksum: Cung cấp kiểm tra checksum cho IPv4 header. Có kích
thước 16 bít.
- Source address: Chứa địa chỉ nguồn gửi gói tin IPv4. Kích thước 32 bit
- Destination Address – Chứa địa chỉ IPv4 đích. Kích thước 32 bit
Page 67
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 55
- Option: Chứa một hoặc nhiều hơn tùy chọn trong IPv4. Kích thước trường
này là một số nguyên lần của 32 bít (4 byte) .
4.2.4.2 IPv6 header – thay đổi và cải tiến so với IPv4 header
IPv6 header là phiên bản cải tiến, được tổ chức hợp lý hơn so với IPv4 header.
Trong đó loại bỏ đi một số trường không cần thiết hoặc ít khi sử dụng và thêm vào
những trường hỗ trợ tốt hơn cho lưu lượng thời gian thực.
Hình 4.2 IPv6 header
Thực hiện so sánh hai dạng thức header IPv4 và IPv6, sẽ thấy một số trường
được giữ nguyên, một số trường trong IPv6 header thực hiện chức năng tương tự
trường của IPv4 header, có trường được thêm vào và một số trường được bỏ đi.
Vậy IPv6 header có những thay đổi gì so với thế hệ địa chỉ IPv4?
- Chiều dài của IPv6 header:
* IPv4 header có một trường chiều dài không cố định, đó là Options. Trường
Options được sử dụng để thêm các thông tin về các dịch vụ tuỳ chọn khác nhau trong
IPv4, ví dụ thông tin liên quan đến mã hoá. Do đó, chiều dài của IPv4 header thay đổi
tuỳ theo tình trạng. Do sự thay đổi đó, các router điều khiển giao tiếp dựa trên những
thông tin trong IP header không thể biết trước chiều dài của phần header. Điều này cản
trở việc tăng tốc xử lý gói tin.
* Gói tin IPv6 có hai dạng header: header cơ bản và header mở rộng.
Page 68
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 56
* Mặc dù trường địa chỉ nguồn và địa chỉ đích trong ipv6 header có chiều dài
mở rộng tới 128 bít, gấp 4 lần số bít của IPv4, song chiều dài header của IPv6 chỉ gấp
hai lần header IPv4
- Những trường bỏ đi trong IPv6 header:
+ Options
+ Header Checksum
+ Internet Header Length
+ Identification – Flags - Fragment Offset
- Những trường trong IPv6 header thực hiện chức năng tương tự IPv4
header:
+ Version
+ Traffic Class
+ Payload length
+ Hop Limit
+ Next Header
+ Source address
+ Destination Address
- Trường thêm mới của IPv6 header:
Có 1 trường thêm mới Flow label
4.2.4.3 Header mở rộng (extension header) trong IPv6
Header mở rộng (extension header) là đặc tính mới trong thế hệ địa chỉ IPv6
Trong IPv4, thông tin liên quan đến những đặc tính mở rộng (ví dụ xác thực, mã
hoá) được để trong phần Options của IPv4 header. Địa chỉ IPv6 đưa những đặc tính mở
rộng và các dịch vụ thêm vào thành một phần riêng, gọi là header mở rộng. Gói tin
IPv6 có thể có một hay nhiều header mở rộng, được đặt sau header chính, trước phần
dữ liệu. Các header mở rộng được đặt nối tiếp nhau theo thứ tự quy định, mỗi dạng có
cấu trúc trường riêng.
Page 69
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 57
4.3 Hoạt động của địa chỉ IPv6 – Các thủ tục và quy trình họat động cơ bản
Thủ tục lớp mạng (Internet Protocol –IP) cung cấp phương thức để kết nối
những mạng nội bộ riêng rẽ thành một mạng lớn hơn (liên mạng – internetwork)
Thế hệ địa chỉ IPv4, để hỗ trợ điều đó và những yêu cầu khác, bên cạnh thủ tục
Internet Protocol (version 4), có nhiều thủ tục hỗ trợ khác. ARP (Address Resolution
Protocol) cho phép thiết bị phân giải địa chỉ lớp hai từ địa chỉ lớp ba. Thủ tục ICMP
(Internet Control Managerment Protocol) cung cấp thông điệp hệ thống hỗ trợ giao tiếp
giữa các thiết bị nội bộ, bao gồm cả hỗ trợ cho host tìm kiếm router. Những đặc tính
này hoạt động tốt trong Ipv4, tuy nhiên cũng tồn tại hạn chế.
IPv6 phát triển một thủ tục mới đảm nhiệm giao tiếp giữa những node thuộc một
đường link (được khái niệm hoá là những node lân cận – neighbor), tên là IPv6
Neighbor Discovery – ND. Địa chỉ IPv6 cũng thực hiện đồng nhất hoá các thông điệp
sử dụng trong quá trình giao tiếp nội bộ. Toàn bộ những quy trình giao tiếp này sử
dụng các thông điệp ICMPv6. ICMPv6, ND (Neighbor Discovery), MLD (Multicast
Listener Discovery) là những thủ tục thiết yếu cho hoạt động của IPv6. MLD và ND
hoạt động trên nền các thông điệp ICMPv6.
4.3.1 Thủ tục ICMPv6
4.3.1.1 Tổng quát về thủ tục ICMPv6:
Như chúng ta đã biết, Internet Control Message Protocol (ICMP), là một thủ tục
bắt buộc tổ hợp cùng với giao thức IP. Các thông điệp ICMP, truyền tải bằng những
gói tin, được sử dụng cho mục đích thông báo liên quan đến hoạt động và những vận
hành không trôi chảy của mạng.
Một số chức năng của ICMP:
- Thông báo lỗi mạng.
- Thông báo tắc nghẽn mạng.
- Hỗ trợ xử lý sự cố.
- Thông báo thời gian timeout.
Page 70
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 58
ICMPv6 (Internet Control Message Protocol version 6) là một phần tổ hợp của
cấu trúc IPv6 và phải được hỗ trợ bởi mọi thực thi ipv6. Cũng như ICMPv4, ICMPv6
thực hiện chức năng báo lỗi, hỗ trợ xử lý sự cố ... Không chỉ vậy, những thông điệp
ICMPv6 cong đóng một vai trò thiết yếu đối với hoạt động của địa chỉ IPv6. Hoạt động
của thế hệ địa chỉ IPv6 phụ thuộc rất nhiều vào những thông điệp ICMPv6. Ngoài
những chức năng thông thường của ICMPv4, ICMPv6 còn cung cấp nhiều chức năng
không tồn tại trong ipv4 hoặc được cung cấp bởi các lớp thấp hơn ví dụ thực thi quá
trình phân giải địa chỉ. So với IPCMv4, ICMPv6 được đơn giản hoá bằng cách bỏ bớt
đi những dạng thông điệp không còn hoặc rất hiếm khi sử dụng.
- ICMPv6 cung cấp cơ cấu hoạt động cho hai thủ tục Multicast Listener
Discovery (MLD) và Neighbor Discovery (ND) trong IPv6
4.3.1.2 Gói tin ICMPv6
Hình 4.13 Cấu trúc gói tin ICMPv6
ICMPv6 header: ICMPv6 header có hai trường phục vụ phân loại các dạng gói
tin IPMPv6. Đó là trường Type (8 bít) và trường Code (8 bít).
4.3.1.3 Thông điệp ICMPv6
Cũng như ICMPv4, ICMPv6 bao gồm những thông điệp đảm nhiệm báo cáo
tình trạng hoạt động của mạng, báo cáo lỗi, hỗ trợ chẩn đoán mạng. Tuy nhiên, nhằm
phục vụ thực hiện những quy trình hoạt động cơ bản của địa chỉ IPv6, ICMPv6 còn bao
Page 71
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 59
gồm những dạng thông điệp mới, phục vụ cho các thủ tục và những quy trình giao tiếp
của các node IPv6 (Neighbor Discovery, Multicast Listener Discovery).
Phân loại: ICMPv6 là thủ tục đa mục đích, được sử dụng để báo cáo lỗi xảy ra
trong quá trình xử lý gói tin, thực hiện chẩn đoán, thực hiện thủ tục Neighbor
Discovery, và báo cáo quan hệ multicast. Xác thông điệp ICMP đươc phân chia làm
hai loại: Thông điệp lỗi và Thông điệp thông tin.
4.3.1.4 Nhiệm vụ của ICMPv6
ICMPv6 cung cấp cơ cấu làm việc cho hai thủ tục MLD, ND. Thông điệp
ICMPv6 thực hiện những nhiệm vụ sau trong hoạt động của địa chỉ ipv6:
- Tìm Path MTU (Path MTU Discovery): Thông điệp ICMPv6 Packet Too
Big được sử dụng trong thủ tục tìm Path MTU.
- Thông báo lỗi (Error notification): ICMPv6 cũng đảm nhiệm những thông
báo tình trạng lỗi trong hoạt động liên quan đến lớp IP.
- Thông báo thông tin: Nhằm mục đích dò lỗi và phân tích mạng, ICMPv6 bao
gồm những thông điệp thông tin.
- Tìm kiếm router và prefix địa chỉ: Việc tìm kiếm router và thông tin về
prefix địa chỉ (Router & prefix discovery) là một phần trong thủ tục Neighbor
Discovery.
- Tự động cấu hình địa chỉ (Address auto configuration): Tự động cấu hình
địa chỉ là một phần của thủ tục Neighbor Discovery. Mục đích của nó là tự động gán
địa chỉ cho giao diện.
- Kiểm tra trùng lặp địa chỉ (Duplicate Address Detection): Là một phần
trong quá trình tự động cấu hình địa chỉ. Node chuẩn bị được gắn địa chỉ kiểm tra xem
có sự trùng lặp của địa chỉ được gắn cho giao diện hay không.
- Phân giải địa chỉ (Address Resolution): Trong quá trình phân giải địa chỉ,
node tìm kiếm thông tin quyết định địa chỉ lớp link-layer của một đích dựa trên địa chỉ
IP tương ứng.
Page 72
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 60
- Kiểm tra tính kết nối được của node lân cận (Neighbor Reachability
Detection): Host kiểm tra tính kết nối tới được của đích và router local bằng quy trình
Neighbor Unreachability, vốn là một phần của thủ tục Neighbor Discovery.
- Redirect : Trong quy trình Redirect, một router sẽ thông báo cho host biết hop
tốt hơn để có thể đi tới một đích nhất định.
4.3.2 Một số quy trình hoạt động của địa chỉ IPv6
4.3.2.1 Phân giải địa chỉ (Address Resolution)
Trong địa chỉ IPv4, quy trình này được đảm nhiệm bởi thủ tục ARP. Node cần
phân giải địa chỉ sẽ gửi gói tin truy vấn tới địa chỉ đích là địa chỉ broadcast, tác động
đến mọi node khác trên đường link.
Trong địa chỉ của IPv6, đây là một trong số những quy trình thủ tục Neighbor
Discovery đảm nhiệm. Để phục vụ cho việc phân giải tương ứng địa chỉ lớp mạng và
địa chỉ vật lý, các node IPv6 đều duy trì một bảng cache thông tin về các node lân cận
gọi là "neighbor cache". Trong HĐH window, chúng ta có thể xem thông tin trong
bảng này với lệnh netsh>interface ipv6>show neighbors.
Khi một IPv6 node cần tìm địa chỉ lớp link-layer (ví dụ địa chỉ MAC trên đường
link Ethernet) tương ứng với một địa chỉ unicast IPv6 nào đó, thay vì gửi gói tin truy
vấn tới địa chỉ multicast mọi node phạm vi link (FF02::1) để tác động tới mọi node trên
đường link tương đương địa chỉ broadcast trong IPv4, node đó chỉ gửi tới địa chỉ
Multicast Solicited Node tương ứng địa chỉ unicast cần phân giải.
Như chúng ta cũng biết, một node IPv6, khi được gắn một địa chỉ unicast, ngoài
việc lắng nghe lưu lượng tại địa chỉ unicast đó, node IPv6 sẽ lập tức nghe và nhận lưu
lượng của một dạng địa chỉ multicast tương ứng là Multicast Solicited Node tương ứng
địa chỉ unicast này.
Như vậy, trong quá trình phân giải địa chỉ của IPv6, chỉ những node đang nghe
lưu lượng tại địa chỉ Multicast Solicited Node phù hợp mới nhận và xử lý gói tin. Điều
này giảm thiểu việc tác động đến mọi node trên đường link, tăng hiệu quả hoạt động.
Page 73
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 61
Để thực hiện quy trình phân giải địa chỉ, hai node IPv6 trong một đường link
trao đổi thông điệp Neighbor Solicitation và Neighbor Advertisement.
Khi một node cần phân giải địa chỉ, nó gửi đi trên đường link thông điệp
Neighbor Solicitation:
- Địa chỉ nguồn: Địa chỉ IPv6 của giao diện gửi gói tin.
- Địa chỉ đích: địa chỉ IPv6 Multicast Solicited Node tương ứng địa chỉ unicast
cần phân giải địa chỉ
- Thông tin chứa trong phần dữ liệu có chứa địa chỉ lớp link-layer của nơi gửi
(trong Option Source Link-Layer Address).
Trên đường link, node đang nghe lưu lượng tại địa chỉ Multicast Solicited Node
trùng với địa chỉ đích của gói tin sẽ nhận được thông tin. Nó thực hiện những hành
động sau:
- Cập nhật địa chỉ lớp link-layer (địa chỉ MAC trong trường hợp kết nối
Ethernet) của nơi gửi vào bảng neighbor cache.
- Gửi thông điệp Neighbor Advertisement đáp trả tới địa chỉ đích là địa chỉ
nguồn đã gửi gói tin, thông tin trong phần dữ liệu có địa chỉ lớp link-layer của nó (chứa
trong Option Target Link-Layer Address).
Khi nhận được thông điệp Neighbor Advertisement, node cần phân giải địa chỉ
sẽ sử dụng thông tin trong đó để thực hiện liên lạc đồng thời cập nhật thông tin vào
bảng neighbor cache của mình.
4.3.2.2 Kiểm tra trùng lặp địa chỉ (Duplicate Address Detection - DAD)
Tự động cấu hình địa chỉ là một trong những đặc tính nổi bật của thế hệ địa chỉ
IPv6. Đặc tính này có được nhờ việc node IPv6 có khả năng tự cấu hình 64 bít định
danh giao diện (Interface ID) từ địa chỉ của card mạng, hoặc nhận ID là một con số
ngẫu nhiên. Do 64 bít định danh giao diện có thể là con số ngẫu nhiên, hoàn toàn có
khả năng trên đường kết nối, địa chỉ IPv6 node dự định sử dụng đã được một node
khác sử dụng rồi. Do vậy chúng cần một quy trình để kiểm tra sự trùng lặp địa chỉ
trong đường link. Đó là quy trình DAD.
Page 74
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 62
DAD cũng sử dụng hai thông điệp ICMPv6 Neighbor Solicitation và Neighbor
Advertisement. Tuy nhiên một số thông tin của gói tin này khác với gói tin sử dụng
trong quá trình phân giải địa chỉ.
Khi một node cần kiểm tra trùng lặp địa chỉ, nó gửi gói tin Neighbor Solicitation
- Địa chỉ IPv6 nguồn: Là địa chỉ unspecified "::". Điều này dễ hiểu, địa chỉ dự
định được gắn cho giao diện sẽ chưa thể được sử dụng chừng nào chưa kiểm tra là
không có sự trùng lặp.
- Gói tin Neighbor Solicitation sẽ chứa địa chỉ IPv6 đang được kiểm tra trùng lặp.
Sau khi gửi NS, node sẽ đợi. Nếu không có phản hồi, có nghĩa địa chỉ này chưa
được sử dụng. Nếu địa chỉ này đã được một node nào đó sử dụng rồi, node này sẽ gửi
thông điệp Neighbor Advertisement đáp trả:
- Địa chỉ nguồn: Địa chỉ IPv6 node giao diện gửi gói tin
- Địa chỉ đích: Địa chỉ IPv6 multicast mọi node phạm vi link (FF02::1)
- Gói tin sẽ chứa địa chỉ bị trùng lặp
Nếu node đang kiểm tra địa chỉ trùng lặp nhận được thông điệp RA phản hồi lại
RS mình đã gửi, nó sẽ hủy bỏ việc sử dụng địa chỉ này.
4.3.2.3 Kiểm tra tính có thể đạt tới của node lân cận (Neighbor Unreachability
Detection)
Thông điệp Neighbor Solicitation và Neighbor Advertisement được sử dụng
trong quá trình phân giải địa chỉ, kiểm tra trùng lặp địa chỉ, cũng được sử dụng cho
những mục đích khác, như quá trình kiểm tra tính có thể đạt tới của một node lân cận
(reachability). Các IPv6 node duy trì bảng thông tin về các neighbor của mình gọi là
neighbor cache, và sẽ cập nhật bảng này khi có sự thay đổi tình trạng mạng. Bảng này
lưu thông tin đối với cả router và host.
Biết được node lân cận có thể đạt tới hay không rất quan trọng đối với một node
vì nó sẽ điều chỉnh cách thức cư xử của mình theo kết quả nhận được. Ví dụ nếu biết
một node lân cận không đạt tới được, host sẽ ngừng gửi gói tin, biết một router đang
không thể đạt tới được, host có thể thực hiện quy trình tìm kiếm một router khác.
Page 75
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 63
Nếu một host muốn kiểm tra tình trạng có thể nhận gói tin của node lân cận, nó
gửi thông điệp Neighbor Solicitation, Nếu nhận được Neighbor Advertisement phúc
đáp, nó biết tình trạng của node lân cận là đạt tới được (reachable) và cập nhật bảng
neighbor cache tương ứng. Tất nhiên tình trạng này chỉ được coi là tạm thời và có một
khoảng thời gian dành cho nó, trước khi node cần thực hiện kiểm tra lại trạng thái
neighbor. Khoảng thời gian quy định này, cũng như một số các tham số hoạt động khác
host sẽ nhận được từ thông tin quảng bá Router Advertisement của router trên đường
kết nối.
4.3.2.4 Tìm kiếm router (router Discovery)
Đối với hoạt động của địa chỉ IPv6, sự trao đổi giữa các host với nhau, giữa host
với router là rất quan trọng. Trong mạng, router là thiết bị đảm nhiệm việc chuyển tiếp
lưu lượng của các host từ mạng này sang mạng khác. Một host phải nhờ vào router để
có thể gửi thông tin tới những node nằm ngoài đường kết nối của mình. Do vậy, trước
khi một host có thể thực hiện các hoạt động giao tiếp với mạng bên ngoài, nó cần tìm
một router và học được những thông tin quan trọng về router, cũng như về mạng.
Trong thế hệ địa chỉ IPv6, để có thể cấu hình địa chỉ, cũng như có những thông số cho
hoạt động, IPv6 host cần tìm thấy router và nhận được những thông tin từ router trên
đường kết nối. Router IPv6 ngoài việc đảm trách chuyển tiếp gói tin cho host còn đảm
nhiệm một hoạt động không thể thiếu là quảng bá sự hiện diện của mình và cung cấp
các tham số trợ giúp host trên đường kết nối cấu hình địa chỉ và các tham số hoạt động.
Thực hiện những hoạt động trao đổi thông tin giữa host và router là một nhiệm vụ rất
quan trọng của thủ tục Neighbor Discovery.
Quá trình tìm kiếm, trao đổi giữa host và router thực hiện dựa trên hai dạng
thông điệp sau:
- Router Solicitation được gửi bởi host tới các router trên đường link. Do vậy,
gói tin được gửi tới địa chỉ đích multicast mọi router phạm vi link (FF02::2). Host gửi
thông điệp này để yêu cầu router quảng bá ngay các thông tin nó cần cho hoạt động ví
Page 76
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 64
dụ khi host chưa được gắn địa chỉ, chưa có các tham số mặc định cần thiết để xử lý gói
tin…
- Router Advertisement chỉ được gửi bởi các router để quảng bá sự hiện diện của
router và các tham số cần thiết khác cho hoạt động của các host. Router gửi định kỳ
thông điệp này trên đường kết nối và gửi thông điệp này bất cứ khi nào nhận được
Router Solicitation từ các host trong đường kết nối.
4.3.2.5 Cấu hình tự động địa chỉ cho IPv6 node
Địa chỉ IPv6 được cải tiến để có thể giảm thiểu những cấu hình nhân công. 64
bít cuối của địa chỉ IPv6 luôn dành để định danh giao diện. 64 bít định danh này có thể
tự động cấu hình từ địa chỉ card mạng hoặc gán một cách tự động. Nhờ quy trình giao
tiếp trên đường link của thủ tục Neighbor Discovery, IPv6 host có thể liên lạc với
router trên đường kết nối để nhận các thông tin về prefix trên link và những tham số
hoạt động khác. Do vậy, các node trong IPv6 có hai cách thức cấu hình địa chỉ: cấu
hình địa chỉ bằng tay (quá trình cấu hình địa chỉ cho giao diện, tạo route… được thực
hiện qua các lệnh cấu hình bằng tay), hoặc cấu hình địa chỉ tự động.
IPv6 node có hai cách thức cấu hình tự động địa chỉ cho giao diện:
- Tự động cấu hình có trạng thái (stateful): Đây là cách thức cấu hình địa chỉ
cho host dựa vào sự trợ giúp của DHCPv6 server. Cách thức cấu hình này tương tự như
việc sử dụng DHCP của IPv4. Hiện nay, các rfc dành cho DHCPv6 đã được IETF hoàn
thiện đầy đủ. Máy chủ DHCPv6 sẽ cung cấp cho host địa chỉ và các thông tin để host
cấu hình, nên được gọi là cấu hình có trạng thái (stateful)
- Tự động cấu hình không trạng thái (stateless): Đây là cách thức tự động trong
đó, một host sẽ tự thực hiện cấu hình địa chỉ cho giao diện không cần sự hỗ trợ của bất
kỳ một máy chủ DHCP nào. Host thực hiện cấu hình địa chỉ từ khi chưa có một thông
tin nào hỗ trợ cấu hình (stateless) và qua trao đổi với router IPv6 trên đường kết nối.
Page 77
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 65
4.3.2.6 Đánh số lại thiết bị IPv6
Đánh số lại mạng IPv4 là điều những nhà quản trị rất ngại. Nó ảnh hưởng tới
hoạt động mạng lưới và tiêu tốn nhân lực cấu hình lại thông tin cho host, node trên
mạng.
Đối với địa chỉ IPv6, dựa trên nguyên tắc cấu hình tự động, các host trên mạng
có thể được đánh số lại nhờ thông báo của router đặt thời gian hết thời hạn có thể sử
dụng cho một network prefix. Sau đó, router thông báo prefix mới để các host tạo lại
địa chỉ IP. Trên thực tế, các host có thể duy trì sử dụng địa chỉ cũ trong một khoảng
thời gian nhất định trước khi xóa bỏ hoàn toàn.
4.3.2.7 Phân mảnh gói tin IPv6
Mạng, quy mô lớn hay nhỏ, bao gồm các đường kết nối vật lý khác nhau. Mỗi
đường kết nối có một giá trị giới hạn về kích thước thông tin truyền tải trên đó, được
gọi là MTU (Maximum Transmition Unit). Trong hoạt động của thế hệ địa chỉ IPv4,
trong quá trình forward gói tin, nếu IPv4 router nhận được gói tin lớn hơn giá trị MTU
của đường kết nối, router sẽ thực hiện phân mảnh gói tin (fragment). Sau quá trình
truyền tải, gói tin được xây dựng lại nhờ những thông tin trong header.
Địa chỉ IPv6 áp dụng một mô hình khác để phân mảnh gói tin. Việc phân mảnh
gói tin được thực hiện tại host nguồn, nơi gửi gói tin. Mọi IPv6 router không tiến hành
phân mảnh gói tin, nhờ đó tăng hiệu quả, giảm thời gian xử lý gói tin. Trong header cơ
bản IPv6, các trường hỗ trợ cho việc phân mảnh và kết cấu lại gói tin của IPv4 header
đã được bỏ đi. Những thông tin trợ giúp cho việc phân mảnh và tái tạo gói tin IPv6
được để trong header mở rộng của gói tin IPv6 (Fragment header).
Giá trị MTU tối thiểu mặc định trên đường link IPv6 là 1280 byte. Router sẽ gửi
cho các IPv6 host trên đường link giá trị MTU mặc định của đường link đó. Tuy
nhiên, để đến được đích, gói tin sẽ đi qua nhiều đường kết nối có giá trị MTU khác
nhau, việc phân mảnh gói tin được thực hiện tại host nguồn, không thực hiện bởi các
router trên đường truyền tải. Để truyền được tới đích, gói tin cần phải có kích thước
phù hợp với giá trị MTU nhỏ nhất trên toàn bộ đường truyền từ nguồn tới đích. Nhằm
Page 78
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 66
phục vụ cho host nguồn phân mảnh gói tin, phải có một cách thức nào đó để host
nguồn quyết định giá trị MTU sử dụng khi gửi gói tin.
Trong địa chỉ IPv6, tồn tại hai khái niệm:
- LinkMTU: Giá trị MTU trên đường kết nối trực tiếp của host
- PathMTU: Giá trị MTU nhỏ nhất trên toàn bộ đường truyền.
Host nguồn có thuật toán tìm Path MTU trên toàn bộ đường truyền gọi là Path
MTU Discovery. và sẽ lưu giữ (cache) giá trị này để sử dụng trong giao tiếp.
4.3.3 Đặc tính của địa chỉ IPv6
4.3.3.1 Tổng quan về đặc tính của địa chỉ IPv6
IPv6 là thủ tục Internet thế hệ sau. IPv6 được phát triển do nguyên nhân về nguy
cơ thiếu hụt địa chỉ IPv4. Tuy nhiên, đó không phải là lí do duy nhất. Hoạt động
Internet đã đến thời điểm cần có thủ tục Internet ưu việt hơn, đáp ứng được các yêu cầu
về dịch vụ càng ngày phong phú trên mạng Internet, cũng như xu hướng tích hợp mạng
Internet với mạng viễn thông, cung cấp đa dạng dịch vụ trên một cơ sở hạ tầng mạng
thống nhất. Địa chỉ IPv6 có nhiều đặc tính ưu việt, được cải tiến so với thế hệ thủ tục
trước IPv4
Địa chỉ IPv6 được nhắc đến với những đặc tính sau:
- Không gian địa chỉ rộng lớn hơn: Mở rộng không gian địa chỉ là một trong
những lí do chính để phát triển thế hệ địa chỉ IPv6. Địa chỉ IPv6 có chiều dài 128 bít,
gấp 4 lần chiều dài bít của địa chỉ IPv4. Về lý thuyết, mở rộng không gian địa chỉ từ 4
tỉ lên tới một con số khổng lồ ( 2128 = 3,4 x 1038 ) địa chỉ.
- Phân cấp đánh địa chỉ và phân cấp định tuyến rõ rệt hơn: Đối với địa chỉ
IPv4, chúng ta có thể sử dụng bất cứ độ dài prefix nào trong phạm vi 32 bít. Việc đánh
địa chỉ IPv4 vừa có tính phân cấp, vừa không phân cấp. Chính điều này làm ảnh hưởng
tới khả năng tổ hợp định tuyến và đem lại nguy cơ gia tăng bảng thông tin định tuyến
toàn cầu. Địa chỉ IPv6 được thiết kế có một cấu trúc đánh địa chỉ và phân cấp định
tuyến thống nhất. Ví dụ trong địa chỉ IPv6, 64 bít cuối cùng luôn được sử dụng làm
định danh giao diện. /64 là kích thước prefix của một subnet. Phân cấp định tuyến toàn
Page 79
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 67
cầu dựa trên một số mức cơ bản đối với các nhà cung cấp dịch vụ. Cấu trúc định tuyến
phân cấp rõ rệt giúp cho địa chỉ IPv6 tránh khỏi nguy cơ quá tải bảng thông tin định
tuyến toàn cầu với chiều dài địa chỉ lên tới 128 bít.
- Đơn giản hóa dạng thức của header: IPv6 header có dạng thức mới, không
tương thích với header IPv4. Host hoặc router phải thực thi cả IPv4 và IPv6 để có khả
năng nhận dạng và xử lý cả hai dạng header.
- Khả năng cấu hình địa chỉ tự động và đánh số lại
- Hỗ trợ cho chất lượng dịch vụ (Quality-of-service): IPv6 header có một
trường mới Flow Label cho phép định dạng lưu lượng IPv6. Flow Label cho phép
router định dạng và cung cấp cách thức xử lý đặc biệt những gói tin thuộc một dòng
(flow) nhất định giữa nguồn và đích.
- Hỗ trợ bảo mật (IP Sec): Khả năng hỗ trợ bảo mật trong địa chỉ IPv6 sử dụng
các header mở rộng authentication và encryption extension header và một số đặc tính
khác.
- Thủ tục mới cho giao tiếp giữa các Node lân cận trên một đường link: Địa
chỉ IPv6 có một thủ tục mới, phụ trách hoạt động giao tiếp này, là Neighbor Discovery
(ND).
- Khả năng mở rộng (Extensibility): Địa chỉ IPv6 được thiết kế có tính năng
mở rộng. Các tính năng mở rộng được đặt trong một phần header mở rộng riêng
(extension header) sau header cơ bản. Không giống như IPv4 header, chỉ có thể hỗ trợ
40 byte cho phần tuỳ chọn (Option), địa chỉ IPv6 có thể dễ dàng có thêm những tính
năng mới bằng cách thêm những header mở rộng sau header cơ bản.
4.3.3.2 Quality-of-Service (QoS) trong thế hệ địa chỉ IPv6
Trong hoạt động mạng, "chất lượng - Quality" tức là truyền tải dữ liệu "tốt hơn
mức bình thường". Bao gồm: độ mất dữ liệu, trễ (hay còn gọi độ dịch - jitter), băng
thông... , nói chung là cách thức sử dụng hiệu quả tài nguyên mạng. "Dịch vụ -
Service" là những cái cung cấp cho người sử dụng, có thể là kết nối đầu cuối - đầu
cuối, các ứng dụng chủ - khách, truyền tải dữ liệu ....
Page 80
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 68
Một cách lý thuyết, QoS được nhắc đến là phương thức đo đạc cách thức cư xử
của mạng (của các router) đối với lưu lượng, trong đó có để ý tới những đặc tính nhất
định của những dịch vụ xác định. Thông tin để router thiết lập cách thức cư xử cụ thể
đối với gói tin có thể được chuyển tới bằng một thủ tục điều khiển, hoặc bằng chính
thông tin chứa trong gói tin
Có thể thấy đây là một định nghĩa không thật sự rõ ràng, khó có thể phân định
thật rạch ròi. Tuy nhiên, có một số khái niệm thông thường trong mọi định nghĩa về
QoS. Đó là:
- Lưu lượng (traffic) và sự phân biệt về dạng thức dịch vụ
- Người sử dụng có khả năng đối xử khác nhau đối với một hay nhiều loại lưu
lượng
Hỗ trợ QoS trong IPv4
Địa chỉ IPv4 có những hạn chế như sau trong hỗ trợ QoS:
- Phân mảnh gói tin trong IPv4: Việc thực hiện phân mảnh gói tin tại router là
một vấn đề điển hình của IPv4. Nó dẫn đến khả năng làm tắc nghẽn mạng, tiêu tốn
bằng thông và CPU của thiết bị.
- Quá tải về quản lý: ICMPv4 có quá nhiều tuỳ chọn (option)
- Định tuyến không hiệu quả: Đây cũng là một hậu quả trực tiếp của việc phân
mảnh gói tin. Mặc khác, nó cũng do cấu trúc đánh số và quản lý địa chỉ không hoàn
toàn phân cấp.
Những yếu tố đó ảnh hưởng đến khả năng hỗ trợ QoS trong IPv4, đặc biệt trong
phạm vi rộng lớn.
Hỗ trợ QoS trong IPv6
Địa chỉ IPv6 được thiết kế có một cấu trúc hỗ trợ tốt hơn cho QoS. IPv6 header
có hai trường dữ liệu Traffic Class (8 bít) và Flow label (20 bít). Một host có thể sử
dụng Flow Label và Traffic trong IPv6 header để phân dạng gói tin trong đó host yêu
cầu IPv6 router có những cách cư xử đặc biệt nào đó. Ví dụ, host có thể yêu cầu chất
lượng dịch vụ khác mặc định cho những dịch vụ thời gian thực.
Page 81
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 69
Bên cạnh những cải tiến trong IPv6 header, cùng với những ưu điểm khác của
IPv6 như: không phân mảnh, định tuyến phân cấp, đặc biệt gói tin IPv6 được thiết kế
với mục đích xử lý thật hiệu quả tại router. Tất cả tạo ra khả năng hỗ trợ tốt hơn cho
chất lượng dịch vụ QoS. Tuy nhiên để đạt tới trạng thái hoàn thiện và sử dụng rộng rãi
thống nhất, còn cần thời gian và công sức của những tổ chức nghiên cứu và tiêu chuẩn
hoá.
4.3.3.3 Hỗ trợ tốt hơn về bảo mật (Security) trong thế hệ địa chỉ IPv6
Internet hiện nay gặp nhiều vấn đề về bảo mật. Đó là việc thiếu phương thức
hiệu quả để xác thực và bảo vệ tính riêng tư dưới tầng ứng dụng. Trong hoạt động
Internet, bảo mật tại tầng IP được thực hiện phổ biến bằng IPSec (Internet Protocol
Security).
IPSec trong IPv6: Bản thân IP Sec hỗ trợ cả địa chỉ IPv4 và IPv6. Tuy nhiên,
trong IPv6, thực thi IPSec được định nghĩa như là một đặc tính bắt buộc. Trong IPv4,
công nghệ NAT được sử dụng vô cùng rộng rãi. Thiết bị thực hiện NAT can thiệp và
thay đổi header của gói tin, điều đó gây cản trở trong việc thực hiện IPSec. Thế hệ địa
chỉ IPv6 với không gian địa chỉ vô cùng rộng lớn được mong chờ rằng IPSec sẽ được
sử dụng rộng rãi trong các giao tiếp đầu cuối – đầu cuối.
Thực thi IP Sec được định nghĩa như một đặc tính bắt buộc của địa chỉ IPv6 khi
các thủ tục bảo mật của IPSec được đưa vào thành hai hai đặc tính là hai header mở
rộng của địa chỉ IPv6. Đó là Authentication Header (AH) và Encapsulating Security
Payload (ESP). Hai header này có thể được sử dụng cùng lúc, hoặc riêng rẽ để cung
cấp các mức bảo mật khác nhau cho những người sử dụng khác nhau.
Authentication Header (AH) cung cấp dịch vụ chứng thực. Mở rộng này hỗ trợ
nhiều công nghệ chứng thực khác nhau. Sử dụng AH loại bỏ được nhiều dạng tấn công
mạng, bao gồm cả tấn công giả mạo host (host masquerading attack).
Encapsulating Security Payload (ESP) cung cấp dịch vụ bảo đảm tính toàn vẹn
và tính tin cậy cho gói tin IPv6. Mặc dù đơn giản hơn một số thủ tục bảo mật tương tự,
song ESP vẫn giữ được tính mềm dẻo và không phụ thuộc vào thuật toán.
Page 82
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 70
IPSec phiên bản mới cũng cải tiến thủ tục trao đổi khóa IKE khi có những thay
đổi về header và thông điệp trao đổi.
IPSec được coi là một trong những đặc tính cơ bản của địa chỉ IPv6. Chúng ta
rất hay gặp những kết luận “IPv6 tăng cường độ bảo mât, IPsec là bắt buộc”. Tuy nhiên
tại thời điểm hiện nay, dù nhiều hệ điều hành có hỗ trợ IPSec, việc sử dụng IPSec trong
IPv6 cho kết nối end-to-end là chưa phổ biến. Một trong những nguyên nhân là do hiện
nay, IPSec được dùng phổ biến để bảo mật kết nối giữa hai site (VPN), chưa được sử
dụng cho kết nối Point-to-Point, vốn là một trong những ưu điểm của IPv6. Mô hình
kết nối có firewall hiện nay và thói quen sử dụng những thủ tục bảo mật tại tầng ứng
dụng khiến cho việc áp dụng IPSec cho kết nối đầu cuối – đầu cuối chưa phổ biến.
Nhóm làm việc của IETF vẫn đang thực hiện sửa đổi hoàn thiện các tiêu chuẩn hóa liên
quan đến IPSec như về AH, ESP và nỗ lực tiến tới mục đích mọi IPv6 node đều có khả
năng IPSec, đưa IPSec phổ dụng cùng với sự phổ biến ngày càng nhiều của địa chỉ
IPv6.
4.4 Công nghệ chuyển đổi giao tiếp IPv4 - IPv6
Thay thế chuyển đổi một giao thức Internet không phải điều dễ dàng. Trong lịch
sử hoạt động Internet toàn cầu, địa chỉ IPv6 không thể tức khắc thay thế IPv4, trong
thời gian ngắn. Đây phải là quá trình dần dần. Thế hệ địa chỉ IPv6 phát triển khi IPv4
đã hoàn thiện và hoạt động trên mạng lưới rộng khắp toàn cầu. Trong thời gian đầu
phát triển, kết nối IPv6 cần thực hiện trên cơ sở hạ tầng mạng lưới IPv4. Mạng IPv6 và
IPv4 sẽ cùng song song tồn tại trong thời gian dài, thậm chí mãi mãi.
4.4.1 Tổng quan về công nghệ chuyển đổi IPv4/IPv6
Chuyển đổi sử dụng từ thủ tục IPv4 sang thủ tục IPv6 không phải là một điều dễ
dàng. Trong trường hợp thủ tục IPv6 đã được tiêu chuẩn hóa hoàn thiện và hoạt động
tốt, việc chuyển đổi có thể được thúc đẩy thực hiện trong một thời gian nhất định đối
với một mạng nhỏ, mạng của một tổ chức. Tuy nhiên khó có thể thực hiện ngay được
đối với một mạng lớn. Đối với mạng Internet toàn cầu, có thể nói là không thể. Thủ tục
Page 83
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 71
IPv6 phát triển khi IPv4 đã được sử dụng rộng rãi, mạng lưới IPv4 Internet hoàn thiện,
hoạt động dựa trên thủ tục này. Trong quá trình triển khai thế hệ địa chỉ IPv6 trên mạng
Internet, không thể có một thời điểm nhất định mà tại đó, địa chỉ IPv4 được hủy bỏ,
thay thế hoàn toàn bởi thế hệ địa chỉ mới IPv6. Hai thế hệ mạng IPv4, IPv6 sẽ cùng tồn
tại trong một thời gian rất dài. Trong quá trình phát triển, các kết nối IPv6 sẽ tận dụng
cơ sở hạ tầng sẵn có của IPv4.
Do vậy cần có những công nghệ phục vụ cho việc chuyển đổi từ địa chỉ IPv4
sang địa chỉ IPv6. Những công nghệ chuyển đổi này, cơ bản có thể phân thành ba loại
như sau:
- Dual-stack: Cho phép IPv4 và IPv6 cùng tồn tại trong cùng một thiết bị mạng
- Công nghệ đường hầm (Tunnel): Công nghệ sử dụng cơ sở hạ tầng mạng IPv4
để truyền tải gói tin IPv6, phục vụ cho kết nối IPv6.
- Công nghệ biên dịch: Thực chất là một dạng thức công nghệ NAT, cho phép
thiết bị chỉ hỗ trợ IPv6 có thể giao tiếp với thiết bị chỉ hỗ trợ IPv4.
4.4.2 Dual – stack
Dual-stack là hình thức thực thi TCP/IP bao gồm cả tầng IP layer của IPv4 và
tầng IP layer của IPv6.
Hình 4.14 Cơ chế Dual-stack
Page 84
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 72
4.4.3 Công nghệ đường hầm Tunnel
4.4.3.1 Tổng quan về công nghệ đường hầm tunnel
Công nghệ đường hầm là một phương pháp sử dụng cơ sở hạ tầng sẵn có của
mạng IPv4 để thực hiện các kết nối IPv6 bằng cách sử dụng các thiết bị mạng có khả
năng hoạt động dual-stack tại hai điểm đầu và cuối nhất định. Các thiết bị này “bọc”
gói tin IPv6 trong gói tin có header IPv4 và truyền tải đi trong mạng IPv4 tại điểm đầu
và gỡ bỏ IPv4 header, nhận lại gói tin ipv6 ban đầu tại điểm đích cuối đường truyền
IPv4.
Hình 4.15 Công nghệ đường hầm Tunnel
Giá trị của trường Protocol Field trong IPv4 header luôn được xác lập có giá trị
41 để xác định đây là gói tin ipv6 được bọc trong gói tin IPv4. Do vậy để các gói tin có
thể truyền đi trên cơ sở hạ tầng mạng IPv4, nếu trên đường kết nối có sử dụng firewall,
firewall này cần phải được thiết lập để cho phép gói tin có giá trị Protocol 41 đi qua.
Điểm kết thúc tunnel có thể được xác định tại host hoặc router tạo nên kết nối
như sau:
- Router-tới-Router
- Host-tới-Router hoặc Router-tới-Host
- Host-tới-Host
Với nhiều công nghệ tạo tunnel khác nhau, các IPv6 host, hay mạng IPv6 riêng
biệt hiện nay trên Internet đều có thể có kết nối IPv6, đều có thể kết nối vào mạng
Page 85
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 73
Internet IPv6 để thử nghiệm, tìm hiểu hay thực sự trao đổi thông tin. Tất nhiên các host
và mạng này phải có kết nối Internet IPv4 và lựa chọn một công nghệ tunnel phù hợp.
Phân loại công nghệ Tunnel: Dựa theo cách thức thiết lập điểm đầu và cuối
đường hầm (tunnel), công nghệ tunnel có thể phân thành hai loại: tunnel bằng tay và
tunnel tự động
- Tunnel bằng tay (Configured): Tunnel bằng tay là hình thức tạo đường hầm
kết nối IPv6 trên cơ sở hạ tầng mạng IPv4, trong đó đòi hỏi phải có cấu hình bằng tay
các điểm kết thúc tunnel.
- Tunnel tự động (Automatic): Tunnel tự động là công nghệ tunnel trong đó
không đòi hỏi phải cấu hình địa chỉ IPv4 của điểm bắt đầu và kết thúc tunnel bằng tay.
Địa chỉ IPv4 của điểm bắt đầu và kết thúc tunnel được rút ra sử dụng giao diện ảo
tunnel, tuyến (route), địa chỉ nguồn và địa chỉ đích của gói tin IPv6. Có nhiều công
nghệ tunnel tự động, trong đó có công nghệ tunnel hiện không còn được sử dụng nữa.
Nguyên tắc hoạt động của việc tạo đường hầm: Nguyên tắc của việc tạo
đường hầm trong công nghệ tunnel như sau:
- Xác định thiết bị kết nối tại các điểm đầu và cuối đường hầm. Hai thiết bị này
phải có khả năng hoạt động dual-stack.
- Xác định địa chỉ IPv4 và địa chỉ IPv6 nguồn và đích của giao diện tunnel (hai
đầu kết thúc tunnel)
- Trên hai thiết bị kết nối tại đầu và cuối tunnel, thiết lập một giao diện tunnel
(giao diện ảo, không phải giao diện vật lí) dành cho những gói tin IPv6 sẽ được bọc
trong gói tin IPv4 đi qua.
- Gắn địa chỉ IPv6 cho giao diện tunnel.
- Tạo tuyến (route) để các gói tin IPv6 đi qua giao diện tunnel. Tại đó, chúng
được bọc trong gói tin IPv4 có giá trị trường Protocol 41 và chuyển đi dựa trên cơ sở
hạ tầng mạng IPv4 và nhờ định tuyến IPv4.
Page 86
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 74
4.4.3.2 Cấu hình bằng tay đường hầm tunnel
Tunnel bằng tay là hình thức tạo đường hầm kết nối IPv6 trên cơ sở hạ tầng
mạng IPv4, trong đó đòi hỏi phải có cấu hình bằng tay các điểm kết thúc tunnel
Thông thường, hình thức tạo đường hầm bằng tay này thường được cấu hình để
tạo đường hầm giữa router tới router (hai border router) nhằm kết nối hai mạng IPv6
xác định sử dụng cơ sở hạ tầng mạng IPv4. Nó cũng có thể được cấu hình giữa router
và host để kết nối ipv6 host vào một mạng IPv6 từ xa.
Trong trường hợp một tổ chức có hai phân mạng IPv6 tại hai vùng địa lý và chỉ
có cơ sở hạ tầng IPv4 giữa hai phân mạng này. Trong trường hợp đó, để có thể có kết
nối IPv6, tạo một tunnel cấu hình bằng tay giữa hai router gateway của hai phân mạng
có thể là sự lựa chọn tốt nhất để có một kết nối ổn định.
4.4.3.3 Tunnel broker
Tunnel Broker là hình thức tunnel, trong đó một tổ chức đứng ra làm trung gian,
cung cấp kết nối tới Internet IPv6 cho những thành viên đăng ký sử dụng dịch vụ
Tunnel Broker do tổ chức cung cấp.
Tổ chức cung cấp dịch vụ Tunnel Broker có vùng địa chỉ IPv6 độc lập, toàn cầu,
xin cấp từ các tổ chức quản lý địa chỉ IP quốc tế, mạng IPv6 của tổ chức có kết nối tới
Internet IPv6 và những mạng IPv6 khác. Thành viên đăng ký và được cấp quyền sử
dụng dịch vụ Tunnel Broker sẽ nhận được những thông tin từ tổ chức quản lý Tunnel
Broker để thiết lập đường hầm tunnel từ host hoặc từ router gateway mạng IPv6 của tổ
chức mình tới mạng của tổ chức duy trì Tunnel Broker, từ đó kết nối tới được Internet
IPv6 hay những mạng IPv6 khác mà tổ chức duy trì Tunnel Broker có kết nối tới.
Page 87
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 75
- Mô hình của Tunnel Broker
Hình 4.16 Mô hình của Tunnel Broker
Tunnel Broker: là những máy chủ dịch vụ làm nhiệm vụ quản lý thông tin đăng
ký, cho phép sử dụng dịch vụ, quản lý việc tạo đường hầm, thay đổi thông tin đường
hầm cũng như xoá đường hầm.
Tunnel Server: Thực chất là các router dual-stack làm nhiệm vụ cung cấp kết
nối để người đăng ký sử dụng dịch vụ kết nối tới để truy cập vào mạng IPv6 của tổ
chức cung cấp Tunnel Broker.
- Liên hệ giữa người sử dụng, tunnel broker, tunnel server, máy chủ tên
miền
Đăng ký sử dụng dịch vụ Tunnel broker: Nếu người sử dụng chỉ muốn kết
nối một host vào mạng IPv6 của nhà cung cấp tunnel broker, sẽ đăng ký dạng host và
yêu cầu cấp một địa chỉ (/128). Nếu người sử dụng muốn kết nối một mạng, cần đăng
ký và Tunnel Broker sẽ cấp cho một vùng địa chỉ theo nhu cầu (thường là prefix /64
nếu mạng IPv6 của tổ chức chỉ có một subnet duy nhất hoặc prefix /48 nếu mạng IPv6
của tổ chức có nhiều subnet và cần nhiều hơn một prefix /64)
Page 88
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 76
Thiết lập đường hầm phía nhà cung cấp dịch vụ Tunnel Broker: Khi nhận
được thông tin đăng ký và chấp nhận yêu cầu, máy chủ Tunnel Broker sẽ liên hệ với
Tunnel Server, máy chủ tên miền của nhà cung cấp dịch vụ Tunnel Broker để thiết lập
đường hầm phía nhà cung cấp Tunnel Broker và tạo bản ghi tên miền rồi gửi các thông
tin cần thiết phục vụ cho người sử dụng tạo đường hầm phía người sử dụng (thông qua
email, hoặc web form). Thông tin được gửi tới người sử dụng thường bao gồm :
- Địa chỉ IPv4 phía client (người sử dụng, địa chỉ này do người sử dụng cung
cấp cho Tunnel Broker khi đăng ký). Đây sẽ là địa chỉ IPv4 của đầu tunnel phía người
sử dụng.
- Địa chỉ IPv4 phía server (địa chỉ IPv4 của một dual-stack router của nhà cung
cấp Tunnel Broker, là các Tunnel server). Đây là địa chỉ IPv4 của đầu tunnel phía nhà
cung cấp dịch vụ tunnel broker.
- Địa chỉ IPv6 phía client. Đây là địa chỉ IPv6 thuộc vùng địa chỉ IPv6 của nhà
cung cấp dịch vụ Tunnel Broker cấp cho người đăng ký để sử dụng cho mạng ipv6 và
cho kết nối.
- Địa chỉ IPv6 phía server (Địa chỉ IPv6 của dual-stack router của nhà cung cấp
Tunnel Broker)
- Tên miền nhà cung cấp Tunnel Broker cấp cho người sử dụng. Đây là tên miền
hợp lệ toàn cầu, đăng ký trên máy chủ tên miền của nhà cung cấp dịch vụ Tunnel
Broker.
Thiết lập đường hầm phía người sử dụng: Dựa trên những thông tin nhận
được, người sử dụng sẽ cấu hình bằng tay trên host hoặc router của mình đường hầm
tunnel kết nối với mạng của nhà cung cấp dịch vụ tunnel broker. Đây là tunnel cấu hình
bằng tay. Trên các HĐH khác nhau và các thiết bị mạng khác nhau có hỗ trợ IPv6 sẽ
cung cấp các tập hợp lệnh tương ứng để cấu hình tunnel. Trong nhiều trường hợp, tổ
chức cung cấp dịch vụ Tunnel Broker xây dựng các chương trình Client giúp người sử
dụng không phải trực tiếp gõ lệnh để thiết lập tunnel mà chỉ việc cài đặt chương trình
và giao tiếp với chương trình qua giao diện.
Page 89
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 77
4.4.3.4 Công nghệ tunnel 6to4
Hình 4.17 Công nghệ Tunnel 6to4
Có nhiều cách để có địa chỉ IPv6 cũng như kết nối IPV6. Một trong những cách
để sử dụng IPv6 khi chỉ có kết nối Ipv4 là sử dụng tunnel 6to4. 6to4 cho phép truy cập
Internet IPv6 mà không cần nhiều thủ tục hay cấu hình phức tạp, bằng cách sử dụng địa
chỉ IPv6 đặc biệt có tiền tố prefix 2002::/16 đã được IANA cấp dành riêng cho công
nghệ 6to4, kết hợp với địa chỉ IPv4 toàn cầu. HĐH Window XP, Window 2003 server,
hỗ trợ tự động cấu hình sẵn giao diện ảo 6to4 tunnel khi máy tính được kích hoạt IPv6
protocol có kết nối Internet và có một địa chỉ IPv4 toàn cầu gắn cho card mạng. Người
sử dụng không cần thiết phải thực hiện thao tác nào để có một đường hầm tunnel kết
nối với Internet IPv6. Nhờ đặc điểm này, nếu người sử dụng đang truy cập Internet với
kết nối IPv4 qua dial up, có thể kết nối với IPv6 Internet mà không cần thêm thao tác
cấu hình nào.
Tunnel 6to4 cho phép những miền IPv6 6to4 tách biệt có thể kết nối qua mạng
IPv4 tới những miền IPv6 6to4 khác. Điểm khác biệt cơ bản nhất giữa tunnel tự động
6to4 và tunnel cấu hình bằng tay là ở chỗ đường hầm 6to4 không phải kết nối điểm –
điểm. Tunnel 6to4 là dạng kết nối điểm – đa điểm. Trong đó, các router không được
cấu hình thành từng cặp mà chúng coi môi trường kết nối IPv4 là một môi trường kết
nối vật lý ảo. Chính địa chỉ IPv4 gắn trong địa chỉ IPv6 sẽ được sử dụng để tìm thấy
Page 90
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 78
đầu bên kia của đường tunnel. Tất nhiên, thiết bị tại hai đầu tunnel phải hỗ trợ cả IPv6
và IPv4.
Khung cảnh ứng dụng tunnel 6to4 đon giản nhất là kết nói nhiều IPv6 site riêng
biệt, mỗi mạng có ít nhất một đường kết nối tới mạng IPv4 chung. Đòi hỏi cơ bản nhất
là mỗi site phải có một địa chỉ IPv4 toàn cầu.
- Các thành phần của tunnel 6to4, cung cấp kết nối IPv6 toàn cầu: Các
thành phần của 6to4 tunnel như sau:
Hình 4.18 Các thành phần của Tunnel 6to4
- 6to4 host: Là bất kỳ host IPv6 nào được cấu hình với ít nhất một địa chỉ 6to4.
Địa chỉ 6to4 có thể được tự động cấu hình.
- 6to4 router: 6to4 router là một router dual-stack hỗ trợ sử dụng giao diện
6to4. Router này sẽ chuyển tiếp lưu lượng có gán địa chỉ 6to4 giữa những 6to4 host
trong một site và tới những router 6to4 khác hoặc tới 6to4 relay router trong mạng Ipv4
Internet. Việc cấu hình router 6to4 cần phải có cấu hình bằng tay.
- 6to4 relay router: 6to4 relay router là một dual stack router thực hiện chuyển
tiếp lưu lượng có địa chỉ 6to4 của những router 6to4 trên Internet và host trên IPV6
Internet (sử dụng địa chỉ IPv6 chính thức, cung cấp bởi tổ chức quản lý địa chỉ toàn
cầu). 6to4 relay router là một 6to4 router được cấu hình để hỗ trợ chuyển tiếp định
Page 91
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 79
tuyến giữa địa chỉ 6to4 và địa chỉ Ipv6 chính thức (địa chỉ IPv6 định danh toàn cầu).
6to4 relay router sẽ là gateway kết nối giữa mạng 6to4 và IPv6 Internet. Nhờ đó giúp
cho những mạng IPv6 6to4 có thể kết nối tới Internet IPv6.
4.5 Kết luận
Chương này trình bày về nguyên lý tổng quan cách thức hoạt động của các dịch
vụ trên hạ tầng mạng IPv6. VoIPv6 cũng hoạt động dựa trên nguyên tắc chung này. Từ
những ưu điểm của IPv6 so với IPv4, có thể thấy được việc chuyển sang sử dụng
VoIPv6 có rất nhiều lợi ích đáng kể. Nhưng do hạ tầng mạng IPv4 đang còn rất phổ
biến nên chương này trình bày cơ chế thích ứng tồn tại song song cả 2 giao thức.
Page 92
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 80
CHƯƠNG 5 : THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH HỆ THỐNG VoIPv6
Nội dung của chương này là thiết kế 1 hệ thống VoIPv6 đơn giản sử dụng tổng đài
mã nguồn mở Asteriskv6 do công ti Viagénie phát triển năm 2007. Đây là phiên bản
phát triển khác của tổng đài Asterisk do Mark Spencer tạo ra năm 1999 ở công ti
Digium . Phiên bản Asteriskv6 này có đầy đủ cấu trúc và tính năng của Asterisk ban
đầu nhưng đã mở cổng cho IPv6 hoạt động .
5.1 Mô hình thiết kế
Hình 5.1 Mô hình triển khai VoIPv6
5.1.1 Mô tả hệ thống
Hệ thống VoIPv6 gồm có 3 tổng đài Asteriskv6. 3 tổng đài này có thể là cùng 1
dải mạng để chia sẻ quản lí các tài khoản điện thoại . Cũng có thể là ở 3 khu vực địa lí
khác nhau để, có thể cùng 1 công ti hoặc ở khác công ti . Mỗi tổng đài quản lí số lượng
tài khoản nhất định. 3 tổng đài nói chuyện với nhau bằng giao thức IAX (cụ thể là
IAX2 phiên bản mới nhất của giao thức IAX hiện nay), các softphone nói chuyện với
Page 93
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 81
tổng đài bằng giao thức SIP .Yêu cầu đặt ra của hệ thống là các tài khoản đăng kí cùng
1 tổng đài có thể gọi được cho nhau :
+ IPv4 IPv4 (cả 2 chiều)
+ IPv4 IPv6 (cả 2 chiều)
+ IPv6 IPv6 (cả 2 chiều)
Các tài khoản đăng kí ở các tổng đài khác nhau cũng có thể gọi được cho nhau :
+ IPv4 IPv4 (cả 2 chiều)
+ IPv4 IPv6 (cả 2 chiều)
+ IPv6 IPv6 (cả 2 chiều)
Và từ tài khoản có địa chỉ IPv4, IPv6 gọi ra được mạng PSTN và ngược lại :
+ IPv4 PSTN (cả 2 chiều)
+ IPv6 PSTN (cả 2 chiều)
5.1.2 Thực hiện
Tổng đài Asteriskv6 PBX 1 cài Fedora Core 10, 2 tổng đài còn lại cài trên
CentOS 5 . Các máy trạm của các tài khoản cài Ubuntu 8.10 hoặc Windows XP2 . Các
máy trạm có thể dùng softphone là Linphone sử dụng cả địa chỉ IPv6 và IPv4 hoặc X-
lite chỉ sử dụng địa chỉ IPv4. Dùng Gateway SPA3102 để giao tiếp với mạng PSTN.Sử
dụng phần mềm Wireshark để bắt gói tin trên mạng Internet
Asteriskv6 PBX 1 : Có 4 tài khoản 101, 102, 103, 104. Mỗi tài khoản có thể nhận 1
trong 4 địa chỉ sau :
- Địa chỉ IPv6 là 2001:dc9::110/64
- Địa chỉ IPv4 là 192.168.1.111/24
- Địa chỉ IPv4 là 192.168.1.112/24
- Địa chỉ IPv6 là 2001:dc9::113/64
Asteriskv6 PBX 2 : Có 2 tài khoản 202, 203. Mỗi tài khoản có thể nhận 1 trong 2 địa
chỉ sau:
- Địa chỉ IPv6 là 2001:dc9::114/64
- Địa chỉ IPv4 là 192.168.1.115/24
Page 94
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 82
Asteriskv6 PBX 3 : Có 2 tài khoản 304, 305. Mỗi tài khoản có thể nhận 1 trong 2 địa
chỉ sau:
- Địa chỉ IPv6 là 2001:dc9::116/64
- Địa chỉ IPv4 là 192.168.1.117/24
Gateway có địa chỉ 192.168.1.4 nối với Asteriskv6 PBX 1 5.1.3 Kết quả đạt được
Cuộc gọi IPv4 tới IPv4 , IPv6 tới IPv6 trong cùng 1 tổng đài và khác tổng đài
thành công tốt đẹp cả 2 chiều do cùng trên 1 hạ tầng mạng IPv4 hoặc IPv6 . Nhưng
cuộc gọi giữa IPv4 và IPv6 diễn ra phức tạp hơn vì có sự chuyển đổi địa chỉ trên server
. Dưới đây là các kết quả khảo sát được :
+ Asteriskv6 PBX 1 (sip1) đã kết nối được với 2 tổng đài còn lại bằng giao thức
IAX2 trên port 4569.
Hình 5.2 Asteriskv6 PBX 1 kết nối với các tổng đài còn lại
Page 95
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 83
+ Các tài khoản do Asteriskv6 PBX 1 quản lí đã đăng kí thành công với tổng đài :
Hình 5.3 Các tài khoản đăng kí thành công với tổng đài Asteriskv6 PBX 1
+ Tài khoản 104 có địa chỉ 192.168.1.111 gọi cho tài khoản 102 có địa chỉ
2001:dc9::110 trong cùng 1 tổng đài Asteriskv6 PBX 1 có địa chỉ 192.168.1.100 /
2001:dc9::100. Và 2001:dc9::110 dập máy trước
Page 96
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 84
Hình 5.4 Tài khoản có địa chỉ IPv6 gọi cho tài khoản có địa chỉ IPv4 cùng 1 tổng đài
* Quá trình khởi tạo kết nối :
Hình 5.5 Quá trình khởi tạo kết nối cuộc gọi IPv6 và IPv4 cùng 1 tổng đài
Page 97
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 85
* Quá trình kết thúc cuộc gọi :
Hình 5.6 Quá trình kết thúc cuộc gọi IPv6 và IPv4 cùng 1 tổng đài
* Sơ đồ kết nối cuộc gọi :
Hình 5.7 Sơ đồ kết nối cuộc gọi IPv6 và IPv4 trong cùng 1 tổng đài
Page 98
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 86
* Sơ đồ kết thúc cuộc gọi :
Hình 5.8 Sơ đồ kết thúc cuộc gọi IPv6 và IPv4 trong cùng 1 tổng đài
Nhận xét : Khi tài khoản 104 bấm phím gọi cho tài khoản 102 trong cùng tổng
đài , bản tin INVITE được gửi từ địa chỉ 192.168.1.111 tới tổng đài . Tổng đài trao đổi
với tài khoản 104 bằng địa chỉ 192.168.1.100 và trao đổi thông tin với tài khoản 102
bằng địa chỉ IPv6 2001:dc9::100 .bằng cách mở port (cổng) cho IPv6 hoạt động lắng
nghe các kết nối của cả 2 định dạng giao thức địa chỉ.
Tài khoản 104 có địa chỉ 192.168.1.111 gửi bản tin INVITE tới tổng đài
Asteriskv6 PBX 1 yêu cầu thiết lập phiên kết nối tới tài khoản 102 cùng thuộc tổng đài
với 104. Tổng đài gửi trả bản tin 100 Trying báo đã nhận được bản tin INVITE do 104
gửi tới cà đang thiết lập kết nối.
Tổng đài gửi bản tin INVITE yêu cầu thiết lập phiên cuộc gọi tới 102 có địa chỉ
2001:dc9::110 và gửi trả 104 bản tin 180 Ringing là tín hiệu chuông chờ.
Tài khoản 102 gửi lại tổng đài tín hiệu chuông chờ và tổng đài lại chuyển tiếp
đến tài khoản 104.
Khi 102 nhấc máy, bản tin 200 OK xác lập cuộc gọi thành công được gửi tới
tổng đài. Tổng đài gửi tín hiệu trả lời ACK trở lại cho tài khoản 102 và gửi bản tin 200
OK thiết lập phiên kết nối thành công tới tài khoản 104. Khi này phiên kết nối được
xác lập giữa 2 tài khoản.
Khi tài khỏan 104 dập máy trước, bản tin BYE được gửi tới tổng đài. Tổng đài
chấp nhận ngắt phiên kết nối bằng bản tin 200 OK và gửi bản tin BYE tiếp tục tới tài
khoản 104. Tài khoản 104 gửi trả bản tin 200 OK chính thức kết thúc phiên kết nối
giữa 2 tài khoản.
Page 99
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 87
+ Tài khoản 305 có địa chỉ 192.168.117 ở Asteriskv6 PBX 3 gọi sang tài khoản
103 có địa chỉ 2001:dc9::110. 103 nhấc máy trả lời và 305 dập máy trước
Hình 5.9 Tài khoản có địa chỉ IPv6 gọi cho tài khoản có địa chỉ IPv4 ở tổng đài khác
Page 100
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 88
*Quá trình khởi tạo kết nối :
Hình 5.10 Quá trình khởi tạo kết nối cuộc gọi IPv6 và IPv4 ở 2 tổng đài khác
nhau
* Quá trình kết thúc :
Hình 5.11 Quá trình kết thúc cuộc gọi IPv6 và IPv4 ở 2 tổng đài khác nhau
Page 101
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 89
*Sơ đồ khởi tạo kết nối cuộc gọi :
Hình 5.12 Sơ đồ khởi tạo kết nối cuộc gọi IPv6 và IPv4ở 2 tổng đài khác nhau
Page 102
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 90
* Sơ đồ kết thúc kết nối :
Hình 5.13 Sơ đồ kết thúc cuộc gọi IPv6 và IPv4ở 2 tổng đài khác nhau
Nhận xét : Khi tài khoản 305 có địa chỉ 192.168.1.117 do Asteriskv6 PBX 3
quản lí gọi sang tài khoản 103 có địa chỉ 2001:dc9::110 Asteriskv6 PBX 1 quản lí ,
tổng đài Asteriskv6 PBX 3 trao đổi thông tin với tài khoản 305 và Asteriskv6 PBX 1
bằng địa chỉ IPv4 , không sử dụng port cho IPv6 . Giao tiếp từ tài khoản 305 tới
Asteriskv6 PBX 3 hoàn toàn là IPv4 . Nhưng Asteriskv6 PBX 1 trao đổi với tài khoản
101 bằng địa chỉ IPv6 . 2 tổng đài trao đổi thông tin bằng giao thức IAX 2. Quá trình
như sau :
Tài khoản 305 gửi bản tin INVITE tới server Asteriskv6 PBX 3 yêu cầu thiết
lập phiên với tài khoản 103 (1103 là do trên Asteriskv6 PBX 1 khai báo cuộc gọi từ
miền domain khác vào Asteriskv6 PBX 1 phải có định dạng _1XXX). Tài khoản 305
sử dụng softphone X-lite.
Page 103
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 91
Asteriskv6 PBX 3 gửi bản tin 100 Trying về tài khoản 103 báo rằng nó đã nhận
được bản tin INVITE và đang thiết lập kết nối và gửi tín hiệu đổ chuông chờ.
Server Asteriskv6 PBX 3 biết tài khoản 103 do Asteriskv6 PBX 1 quản lí, nên
trao đổi thông tin với Asterriskv6 PBX 1. Asteriskv6 PBX 1 gửi bản tin INVITE tới tài
khoản 103 yêu cầu thiết lập phiên kết nối.
Các server vẫn tiếp trục trao đổi thông tin bằng đường Trunk sử dụng giao thức
IAX2. Tài khoản 103 có địa chỉ 2001:dc9::110 gửi tín hiệu rung chuông chờ cho
Asteriskv6 PBX 1 đến khi nhấc máy gửi bản tin 200 OK và chấp nhận kết nối.
Các server lại trao đổi thông tin và Asteriskv6 PBX 3 gửi thông tin 200 OK
thành công tới tài khoản 305 có địa chỉ 192.168.1.117. Và thiết lập luồng RTP hai
chiều tới Server và được chuyển tiếp tới các tài khoản.
Khi 305 dập máy trước, bản tin BYE được gửi tới Asteriskv6 PBX 3, server gửi
lại bản tin OK chấp nhận yêu cầu kết thúc cuộc gọi. Và tiếp tục chuyển yêu cầu kết
thúc tới Asteriskv6 PBX 1, Asteriskv6PBX1 gửi bản tin BYE tới tài khoản 103.
103 gửi bản tin OK tới Asterisk v6 PBX 1 chấp nhận ngắt phiên kết nối thành
công.
+ Tài khoản 101 có địa chỉ 2001:dc9::110 gọi ra tài khoản 1111 PSTN
Page 104
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 92
Hình 5-14: Tài khoản có địa chỉ IPv6 gọi ra tài khoản PSTN
+ Tài khoản 101 có địa chỉ 2001:dc9::110 gọi ra số điện thoại thật PSTN
Hình 5.15 Tài khoản có địa chỉ IPv6 gọi ra số diện thoại thật
Page 105
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 93
+ Tài khoản 101 có địa chỉ 2001:dc9::110 gọi ra số điện thoại di động
Hình 5.16 Tài khoản có địa chỉ IPv6 gọi ra số điện thoại di động
Trong 3 trường hợp gọi ra mạng PSTN về cơ bản là có nguyên lý giống nhau,
xét trường hợp cụ thể gọi vào 1111 trả lời và 1111 ngắt kết nối trước.
* Quá trình kết nối :
Hình 5.17 Quá trình kết nối cuộc gọi vào tài khoản 1111
Page 106
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 94
* Quá trình kết thúc cuộc gọi :
Hình 5.18 Quá trình kết thúc cuộc gọi vào tài khoản 1111
Nhận xét: Do phần mềm chỉ bắt được gói tin trong mạng số nên các giao thức
chuyển tải và báo hiệu giữa gateway SPA3102 và mạng PSTN ko thể thấy được. Quá
trình trao đổi thông tin như sau :
Tài khoản 101 có địa chỉ IPv6 là 2001:dc9::110 gửi bản tin INVITE yêu cầu
thiết lập phiên kết nối với tài khoản 1111 tới Asteriskv6 PBX 1 có địa chỉ
2001:dc9::100. Asteriskv6 PBX 1 trả lại bản tin 100 Trying báo rằng nó nhận được
bản tin INVITE và đang thiết lập cuộc gọi.
Server nhận thấy đây là cuộc gọi PSTN nên nó chuyển tiếp bản tin INVITE đến
gateway SPA3102 có địa chỉ IP là 192.168.1.4, nhưng nó trao đổi thông tin với
gateway bằng địa chỉ 192.168.1.100 của mình vì gateway có địa chỉ IPv4.
Gateway gửi bản tin 100 Trying về Server báo rằng nó đã nhận bản tin INVITE
do server gửi tới và đang thiết lập cuộc gọi. Sau đó gateway gửi tín hiệu đổ chuông về
server. Server chuyển tiếp tín hiệu đổ chuông về cho máy có tài khoản 101.
Gateway nhận được thông tin trả về từ mạng điện thoại tương tự. Nó sẽ gửi bản
tin 200 OK và thiết lập luồng RTP hai chiều tới Server và được chuyển tiếp tới thuê
bao 101. Sau khi khi nhận được bản tin này thì luồng RTP được thiết lập trước đó được
chuyển thành hai chiều và gửi bản tin ACK xác nhận đi. Cuộc gọi đã được thiết lập.
Khi thuê bao PSTN dập máy trước, bản tin BYE được gửi đi từ 1111 tới server
Asteriskv6 PBX 1. Server gửi lại bản tin 200 OK chấp nhận ngắt kết nối với tài khoản
1111. Quá trình gửi bản tin BYE tương tự từ server tới 101 và sau đó phiên két nối kết thúc.
Page 107
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 95
Ở đây có một khái niệm mà chúng ta cần quan tâm đó chính là khái niệm Media
sớm (Early media). Media sớm ra đời nhằm giải quyết vấn đề khi thiết lập cuộc gọi
giữa mạng SIP và PSTN(đặc biệt là cuộc gọi từ SIP sang PSTN). Do thiết bị đầu cuối
SIP sẽ phát media ngay khi gửi bản tin 200 OK; trong khi cuộc gọi chỉ được bắt đầu
thực sự khi đầu cuối nhận được xác nhận ACK. Điều này làm cho phía bên kia không
nghe được phần đầu của cuộc thoại. Ngoài ra, trong quá trình thực hiện cuộc gọi, người
sử dụng không có cách nào đề biết được trạng thái của quá trình thiết lập cuộc gọi mà
vốn dĩ đã quá quen thông qua các tiếng nghe được (tiếng tút ngắn, tút dài,..). Chính vì
lý do đó, mà một luồng RTP được thiết lập “sớm” trước khi phiên media cho cuộc gọi
được thiết lập để truyền trạng thái được trả về của tổng đài thông báo về trạng thái thiết
lập cuộc gọi cho người dùng.
5.2 Kết luận
Kết quả thu được ở trên đã cho thấy hoạt động cụ thể của VoIPv6. VoIPv6 hoàn
toàn có khả năng triển khai song song, thích ứng với hạ tầng mạng IPv4 hiện tại . Với
những tính năng vượt trội của IPv6 so với IPv4 , việc triển khai VoIPv6 là hoàn toàn
cần thiết và chắc chắn sẽ phải diễn ra trong tương lai không xa. Trên đây là 1 hệ thống
cơ bản có thể phát triển trong mạng nội bộ của 1 công ti, hoặc giữa các chi nhánh ở các
khu vực địa lý khác nhau.
Page 108
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 96
KẾT LUẬN
Đồ án đã trình bày về hệ thống VoIPv6, những ưu điểm của nó so với công nghệ
cũ. Việc ứng dụng VoIPv6 trong tương lai là 1 xu thế tất yếu chắc chắn sẽ xảy ra trong
vòng vài năm tới. Vấn đề là với sự phổ biến rộng khắp của công nghệ hiện nay,
VoIPv6 sẽ phải tồn tại song song với hạ tầng mạng IPv4.
Tuy nhiên trong khuôn khổ của đồ án tốt nghiệp đại học, vì thời gian không có
nhiều nên em mới chỉ thực hiện và theo dõi các cuộc gọi giữa mạng PSTN và mạng
internet, cơ chế hoạt động của hệ thống mà chưa khai thác hết các ứng dụng của tổng
đài mã nguồn mở VoIPv6. Nếu có điều kiện và thời gian em sẽ cố gắng phát triển hệ
thống hơn nữa.
Hạn chế của đồ án là chưa khảo sát được hoạt động của tín hiệu trong mạng
PSTN truyền thống mà mới chỉ khảo sát trong mạng chuyển mạch gói.
Page 109
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 97
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]Daniel Minoli, Voice over IPv6: Architectures for next generation VoIP networks,
Newnes, 2006
[2] http://www.voip-info.org truy nhập cuối cùng ngày 20/5/2009
[3] Silvia Hagen, IPv6 Essentials: Integrating IPv6 into your IPv4 network, O’Reilly, 2006
[4] John J. Amoss, Daniel Minoli, Handbook of IPv4 to IPv6 Transition: Methodologies for
Institutional and Corporate Networks, Auerbach Publications, 2008
[5] http://www.6init.org truy nhập cuối cùng ngày 20/5/2009
[6] Paul Mahler, VoIP Telephony with Asterisk: A Technical Overview of the Open
Source PBX, Signate, 2004
[7] http://www.asteriskv6.org truy nhập cuối cùng ngày 20/5/2009
[8] Joseph Davies, Understanding Ipv6, Microsft Press, 2008
[9] Henry Sinnreich, Alan B. Johnston, Internet Communications Using SIP:
Delivering VoIP and multimedia Services with Session Initiation Protocol, Wiley
Publishing, 2006
[10] http://www.sown.org.uk/wiki/index.php/Asteriskv6 truy nhập cuối cùng ngày
20/5/2009
Page 110
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 98
PHỤ LỤC
1 Cài đặt Asteriskv6 Các bước cài đặt sau đây được thực hiện với một máy tính có kết nối Internet.
Trước khi cài đặt Asterisk, ta phải kiểm tra nhân Kernel của hệ điều hành ta định cài
Asterisk lên đó bằng lệnh:
uname - a
Kết quả có thể trông như sau:
Linux luser 2.6.17-1.2142_EL #1 Tue Jul 11 22:41:14 EDT 2006 i686 i686 i386
GNU/Linux
Chú ý phiên bản nhân Kernel để tiếp theo sau đây ta cài đặt Kernel source. Thực hiện
cài đặt Kernel source bằng lệnh:
yum install
Quá trình cài đặt diễn ra trong một vài phút.
Tiếp theo ta kiểm tra các thư viện cần thiết cho việc cài đặt Asterisk, bao gồm:
bison
bison-devel
ncurses
ncurses-devel
zlib
zlib-devel
openssl
openssl-devel
gnutls-devel
gcc
gcc-c++
Thực hiện kiểm tra bằng các lệnh sau:
rpm -q bison
rpm -q bison-devel
rpm -q ncurses
Page 111
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 99
rpm -q ncurses-devel
rpm -q zlib
rpm -q zlib-devel
rpm -q openssl
rpm -q openssl-devel
rpm -q gnutls-devel
rpm -q gcc
rpm -q gcc-c++
Nếu thư việc nào chưa được cài đặt, ta thưc hiện cài đặt bằng lệnh:
yum install bison
yum install bison-devel
yum install ncurses
yum install ncurses-devel
yum install zlib
yum install zlib-devel
yum install openssl
yum install openssl-devel
yum install gnutls-devel
yum install gcc
yum install gcc-c++
Sau khi đã chắc chắn rằng các thư viện đã được cài đặt, ta tiến hành việc cài đặt
Asteriskv6
Cài đặt Asterisk: chuyển đến thư mục chứa gói Asterisk sau khi đã giải nén
./configure
make
make install
make samples
Sau khi cài đặt các gói xong, để kiểm tra, ta vào cửa sổ terminal của Fedora Core 10,
thực hiện lệnh:
Page 112
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 100
asterisk -vvvc
reload
Quá trình cài đặt Asterisk kết thúc.
2 Cài đặt Wireshark - Cài trong Linux, đầu tiên phải chắc chắn máy tính có kết nối internet. Sau đó mở Terminal gõ lệnh: # yum install wireshark Chờ máy tự động download các gói về. Gõ tiếp lệnh: # yum install wireshark-gnome Để cài đặt giao diện cho wireshark. -Cài trong Windows XP, tải phần mềm Wiresharkvề cài: wireshark-setup-1.0.8.exe -Cách sử dụng: + Chọn Capture, vào Interface
+ Chọn Options
+ Tích bỏ ô Hide cature dialog, và nhấp Start để chương trình hoạt động
Page 113
Nghiên cứu và thiết kế hệ thống VoIPv6
SVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ĐT4 – K49 http://www.ebook.edu.vn 101
3 Đặt địa chỉ IPv6 cho Windows XP Vào Run gõ cmd rồi đánh lệnh ipconfig /all để xem thông tin chi tiết địa chỉ card mạng.
- Cài đặt IPv6 cho Windows XP: > netsh interface ipv6 install > netsh interface ipv6 > add address “Local Area Connection” <địa chỉ IPv6 cần đặt>
- Cài đặt IPv6 cho trong Linux: # ifconfig # modprobe ipv6 # ifconfig eth0 inet6 add <địa chỉ IPv6 cần đặt>