Đề tài Nghiên cứu công nghệ VoIP

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH GÓI Công nghệ chuyển mạch gói do lực lượng không quân Mỹ sáng tạo dựa theo đề nghị của Paul Baran nǎm 1961 để đáp ứng nhu cầu lập một hệ thống truyền thông có độ tin cậy cao. Không quân Mỹ đã khởi đầu việc nghiên cứu công nghệ này nhằm có được hệ thống truyền tin cậy có thể chống lại sự tấn công bất ngờ của kẻ địch. Kết quả của cuộc nghiên cứu như sau: (1) Mạng truyền tin phân tán. (2) Dữ liệu lưu trữ trong các khối (gói). (3) Cần phải có chuyển mạch lưu trữ. Cǎn cứ vào những kết quả nghiên cứu này, Bộ Quốc phòng Mỹ đã ký một hợp đồng phát triển với công ty BBN (Bolt Beranek and Newman) và trong nǎm 1969, công ty này đã sáng chế thành công mạng ARPA (Các công trình nghiên cứu tiên tiến). Để truyền tin, mạng ARPA gắn với hệ thống chuyển mạch IMP (bộ xử lý thông báo giao tiếp) và nối với các trung tâm máy tính lớn của Đại học Illinois, U.S.C., và các nơi khác qua một mạng 50 Kbps nối giữa các hệ thống chuyển mạch. Trên cơ sở thành công của mạng PRPA và công nghệ chuyển mạch gói, nhiều nước đã khởi xướng nghiên cứu về mạng dữ liệu chuyển mạch gói và dựa trên kiến nghị chuẩn X.25 cần cho việc tiêu chuẩn hoá việc giao tiếp giữa mạng chuyển mạch gói công cộng và trạm đầu cuối của ITU - T, phát triển thành công và đưa vào sử dụng các dịch vụ khoảng nǎm 1975. Những ví dụ điển hình là TYMENET của Hoa Kỳ, GTE TELENET dịch vụ thương mại của mạng ARPA, DATAPAC của Canada, TRANSPAC của Pháp, PSS của Anh, DATEX-P của Đức, DDX-P của Nhật, và DACOMNET của Hàn Quốc. Mạng dữ liệu chuyển mạch gói chỉ sử dụng những ưu điểm của chuyển mạch tuyến và mạng dữ liệu chuyển thông báo; dữ liệu truyền dẫn được chia thành các đơn vị truyền dẫn có kích thước nhất định gọi là gói (128 bytes hoặc 256 bytes) trước khi đưa vào mạng chuyển mạch gói (từ đây gọi là "mạng gói"). Mạng gói chuyển mạch các đơn vị gói và rồi chuyển tới trạm đầu cuối nhận gói. Dữ liệu do người sử dụng gửi đi được chia thành những đơn vị gói và sau đó chuyển theo trình tự và mạng gói. 1.1. Định nghĩa chuyển mạch gói: Mạng chuyển mạch gói (packet – switches) là mạng truyền dữ liệu ở dạng khối nhỏ, riêng biệt, gọi là gói tin (packet), dựa trên địa chỉ chứa trong từng gói, nơi nhận các gói tin sẽ được lắp ráp lại theo thứ tự thích hợp để tạo thành thông điệp. Khác với mạng chuyển mạch kênh, mạng chuyển mạch gói (Packet Switching Network) sử dụng hệ thống lưu trữ rồi truyền (store-and-forward system) tại các nút mạng. Thông tin được chia thành các phần nhỏ (gọi là gói tin), mỗi gói được thêm các thông tin điều khiển cần thiết cho quá trình truyền như là địa chỉ nơi gửi, địa chỉ nơi nhận... Các gói thông tin đến nút mạng được xử lý và lưu trữ trong một thời gian nhất định rồi mới được truyền đến nút tiếp theo sao cho việc sử dụng kênh có hiệu quả cao nhất. Trong mạng chuyển mạch gói không có kênh dành riêng nào được thiết lập, băng thông của kênh logic giữa hai thiết bị đầu cuối thường không cố định, và độ trễ thông tin lớn hơn mạng chuyển mạch kênh rất nhiều. Hình 1.1: Mạng chuyển mạch gói. Mạng điện thoại công cộng (Public Switched Telephone Network - PSTN) là mạng truyền thông dựa trên nền tảng kỹ thuật chuyển mạch kênh (Circuit Switching). Chuyển mạch kênh là phương pháp truyền thống trong đó một kênh truyền dẫn dành riêng được thiết lập giữa hai thiết bị đầu cuối thông qua một hay nhiều nút chuyển mạch trung gian. Dòng thông tin truyền trên kênh này là dòng bit truyền liên tục theo thời gian. Băng thông của kênh dành riêng được đảm bảo và cố định trong quá trình liên lạc (64Kbps đối với mạng điện thoại PSTN), và độ trễ thông tin là rất nhỏ chỉ cỡ thời gian truyền thông tin trên kênh (propagation time). Mạng chuyển mạch kênh 1 3 2 4 1 4 1 3 2 1 Hình 1.2: Mạng chuyển mạch kênh. Mạng chuyển mạch kênh và mạng chuyển mạch gói vốn có chức năng và vị trí khác nhau trong một tổ chức. Mạng chuyển mạch được dùng cho điện thoại trong khi mạng chuyển mạch gói được nhằm vào những ứng dụng liên quan đến dữ liệu. Tuy nhiên, do mức độ phổ biến của đường điện thoại và tính hiệu quả, giá thấp của mạng dữ liệu hai công nghệ này từ nhiều năm qua đã có những chia sẻ. Được thiết kế từ năm 1878, mạng chuyển mạch chiếm dụng một kênh riêng để truyền thông hoàn toàn. Phần cứng chính của mạng chuyển mạch là là những hệ thống tổng đài rẻ nhánh (PBX ). Trong khi đó máy tính được dùng cho mạng chuyển mạch gói. Trong các mạng chuyển mạch hiện đại, tín hiệu điện được truyền qua một số bộ chuyển mạch trước khi một kết nối được thiết lập. Như vậy, trong thời gian thực hiện cuộc đàm thoại không có dòng lưu chuyển mạng nào khác có thể được sử dụng những bộ chuyển mạch này. Đối với mạng dùng gói tin, thông điệp sẽ được phân thành những gói dữ liệu nhỏ có khả năng tìm đường đi hiệu quả nhất khi các mạch nối ở trạng thái sẵn sàng. Các gói tin có thể đi theo những con đường khác nhau, tuy nhiên với thông tin có trong phần đầu (header) của từng gói tin, chúng sẽ biết đích đến cũng như thứ tự ráp nối tại máy nhận. 1.2. Sự hội tụ công nghệ trong chuyển mạch gói: Ban đầu mạng chuyển mạch gói kỹ thuật số có thể kết nối vào các cổng của mạng chuyển mạch để truy cập các máy tính trên mạng nằm ở những vùng khác nhau. Nhưng hiện nay, việc truy cập từ xa qua đường quay số đến máy tính của các tổ chức thường thông qua internet nhờ dịch vụ của các nhà cung cấp dịch vụ internet toàn cầu (ISP). Điều này giúp giảm chi phí rõ rệt trong những tổ chức lớn. Ví dụ, thay vì phải tốn cước điện thoại quốc tế đường dài giữa Việt Nam và Mỹ, chúng ta chỉ phải trả cứơc nội hạt cho cuộc gọi đến ISP ở Việt Nam và một cước nội hạt khác cho ISP gần trụ sở chính tại Mỹ. Với sự phát triển ứng dụng internet cho thoại và video, các nhà phân tích tiên đoán sẽ có sự rời bỏ mạng chuyển mạch. Nếu chúng ta chỉ cần ứng dụng cho thoại và chỉ có một số điểm truy cập đến thì mạng này đáp ứng tốt. Tuy nhiên, nếu có nhiều địa điểm khác nhau và số lượng dữ liệu truyền lớn thì cách tôt nhất là chia chúng thành những gói tin. Các nhà sản xuất thoại qua IP (VoIP) xác định những cuộc gọi theo IP rẻ hơn theo dạng mạch nhưng giới phân tích nhận định sẽ phải mất một thời gian dài để các tổ chức từ bỏ các hệ thống PBX ổn định để chuyển sang mạng gói tin cho dữ liệu, thoại và video. 1.3. Các đặc điểm của mạng chuyển mạch gói : + Không cần phải hoàn tất một mạch liên tục nối từ máy gửi đến máy nhận. Thay vào đó là các đường truyền dữ liệu giữa các bộ chuyển mạch sẽ được thiết lập một cách tạm thời từng cặp một để làm trung gian vận chuyển (hay trung chuyển) các gói từ máy nguồn cho đến khi tới được địa chỉ máy nhận. + Các đoạn mạch nối trung chuyển cũng không cần phải thiêt lập từ trước mà chỉ cho đến khi có gói cần vận chuyển thì mới thành hình. Trong trường hợp tắc nghẽn hay sự cố, các gói dữ liệu có thể trung chuyển bằng con đường thông qua máy tính trung gian khác. + Dữ liệu vận chuyển bằng các gói sẽ tiết kiệm thời gian hơn là gửi trọn vẹn một dữ liệu cỡ lớn vì trong trường hợp dữ liệu thất lạc (hay hư hại) thì máy nguồn chỉ việc gửi lại đúng gói đã bị mất (hay bị hư) thay vì phải gửi lại toàn bộ dữ liệu gốc. + Trong mạng phức tạp thì việc vận chuyển sẽ không cần (và cũng không thể) biết trước được các gói dữ liệu sẽ chuyển theo ngõ nào. + Kỹ thuật này cho phép nối gần như với số lượng bất kỳ các máy tính. Thực tế, nó chỉ bị giới hạn bởi khả năng cho phép của giao thức cũng như khả năng kết nối vào mạng của các bộ chuyển mạch với các máy tính. + Vì có thể được gửi đi qua các đường trung chuyển khác nhau nên thời gian vận chuyển của mỗi gói từ máy nguồn đến máy đích có thể hoàn toàn khác nhau. Và thứ tự các gói đến được máy đích cũng có thể không theo thứ tự như khi gửi.