Đề tài Voice Over MPLS

i đang được truyền thì đầu phát sẽ ngừng phát (các gói thoại) mà sẽ truyền các gói dialed digits. Ở đầu thu quá trình cũng tương tự như ở đầu phát. Hình 5.13: Định dạng khung của Dialed Digits Signal Level: trường này được mã hóa với giá trị nhị phân từ 0 đến 31 tương ứng với mức công suất từ 0 đến -31dBm. Nếu giá trị cao hơn 31 được minh họa bởi giá trị 31 và giá trị thấp hơn 0 thì được minh họa bởi giá trị 0. Digit type: được biểu diễn như bảng sau: Loại số Ý nghĩa 000 Dành cho việc sử dụng ở tương lai 001 Tín hiệu DTMF 010 đến 111 Dành cho tương lai Bảng 5.4: Bảng dành cho giá trị của Digit Type Digit code: được biểu diễn bởi bảng sau: Digit code Ý nghĩa 00000 0 00001 1 00010 2 00011 3 00100 4 00101 5 00110 6 00111 7 01000 8 01001 9 01010 + 01011 # 01100 A 01101 B 01110 C 01111 D 10000 đến 11110 Dành riêng chưa sử dụng 11111 Tone off Bảng 5.5: Bảng giá trị của digit code ĐỊNH DẠNG KHUNG MÃ HÓA THOẠI THEO CHUẨN G.711 Định dạng khung của mẫu thoại G.711 PCM Đối với mã hóa G.711, các mẫu mã hóa thoại được chia thành từng đoạn với khoảng thời gian là 5ms. Trong đó mỗi mẫu bao gồm 8 bit cố định. Như vậy, mỗi đoạn bao gồm 40 mẫu và cấu trúc của chúng như sau: Hình 5.14: Định dạng khung của mẫu thoại G.711 G.711 Primary Subframe Đối với G.711 giá trị mặc định của M=2. Do đó sẽ có 2 đoạn mẫu được đóng gói trong 1 khung với mỗi đoạn gồm 40 mẫu. Cấu trúc của nó được thể hiện như trong hình sau: Hình 5.15: G.711 Primary Subframe ĐỊNH DẠNG KHUNG MÃ HÓA THOẠI THEO CHUẨN G.726 Định dạng khung của mẫu thoại G.726 G.726 dùng kĩ thuật điều chế ADPCM hỗ trợ tốc độ bit là 32 kbit/s. Mỗi mẫu mã hóa bằng 4bit cố định với chiều dài là 125µs. Hình 5.16: Định dạng khung của mẫu thoại G.726 G.726 Primary subframe Tương tự cũng với giá trị M=2, ta có cấu trúc primary subframe của G.726 như sau: Hình 5.17 : Hình G.726 primary subframe ĐỊNH DẠNG KHUNG MÃ HÓA THOẠI THEO CHUẨN G.729 Định dạng khung của mẫu thoại G.729 G.729 hoạt động ở tốc độ 8kbps. Đây là giải thuật mã hóa dựa trên khung,mỗi khung mã hóa với thời gian là 10 ms bao gồm 80 bit. Ngoài ra G.729 Annex B còn định nghĩa các VAD và CNG dùng cho thủ tục triệt khoảng lặng. Cho nên G.729 không dùng khung SID mà dùng chung phần SID được định nghĩa trong G.729 Annex B. Hình 5.18: Định dạng khung của G.729 G.729 primary subframe Định dạng khung của G.729 gồm 80 bit tương ứng với 8 byte, nhưng số byte trong phần payload phải là bội số của 4. Do đó ta phải chèn thêm 2 byte PAD. Nếu giá trị M lấy là 2 (M=2) thì tổng số byte là 20 byte. Ta không cần chèn thêm byte PAD. Hình 5.19: G.729 primary subframe với M=1 Hình 5.20: G.729 primary subframe với M=2 Định dạng khung SID dành cho G.729 Hình 5.21: Định dạng SID dành cho G.729 ĐÁNH GIÁ CÔNG NGHỆ VoMPLS VỚI VoIP Giới thiệu Sang phần này chúng ta sẽ đưa ra một vài đánh giá so sánh giữa công nghệ VoMPLS và VoIP. Mặc dù có thể nói là chúng ta chỉ tập trung vào các đặc điểm của công nghệ MPLS. Nhưng nguyên nhân đó có thể được giải thích. Bởi vì VoMPLS thực sự đang tiến vào phạm vi thuần khiết như VoIP nhưng với thuận lợi được thêm vào đó là một mạng core chạy MPLS. Các giao thức như RTP, UDP và IP hầu như đóng vai trò chủ chốt trong công nghệ VoIP, và chúng sẽ được đề cập ở mục đánh giá này. Đầu tiên ta xét các ưu điểm của MPLS, ứng dụng của nó vào công nghệ VoIP như thế nào?, ưu và nhược điểm của VoIP. Hình thành một yêu cầu mới để khắc phục các nhược điểm đó, VoMPLS. Sau đó là đánh giá về các vấn đề nhãn, vấn đề địa chỉ, định tuyến và đa hợp (ghép). Khía cạnh QoS và kĩ thuật điều khiển lưu lượng MPLS cũng được xem xét. Nói tóm lại, bao trùm cả mục này đều có liên quan đến QoS, đánh giá hiệu suất mạng, độ tin cậy, khả năng sẵn sàng. Ước lượng giữa mạng MPLS và IP với cùng một ứng dụng thoại. Hình 5.22: Tổng quan mạng end to end với mạng đường trục MPLS Tại sao sử dụng MPLS/VoMPLS? MPLS là một chiến thuật dùng để tránh tắt nghẽn và mang lại độ tin cậy cao, rất phù hợp với các ứng dụng thời gian thực như thoại. Hơn nữa MPLS còn mang lại những thuận lợi như: Giảm số gói bị mất khi mạng lâm vào tình trạng bất ổn. Tăng độ tin cậy dịch vụ ở trong bất kỳ trạng thái mạng. Cung cấp dịch vụ ưu đãi cho các traffic yêu cầu độ ưu tiên trong khi vẫn giảm được chi phí nâng cấp topology vật lý mạng Kiểm soát được các phí tổn hoạt động. Đáp ứng được yêu cầu cũng như các đòi hỏi của khách hàng. Điều chỉnh nhanh chóng, thay đổi lưu lượng các traffic. Cung cấp mau lẹ khả năng trực tuyến cho khách hàng mới. Phát triển thu nhập bằng các dịch vụ thế hệ mới mà không làm giảm hiệu suất, không phải nâng cấp cơ sở hạ tầng. Là đòn bẩy thích hợp đối với phần cứng của ATM. Có khả năng vận chuyển nhanh. Khả năng điều khiển lưu lượng Đinh tuyến dựa trên ràng buộc (Constraint Based Routing) Khả năng VPN (Virtual Private Network) Kĩ thuật kiểm soát đường hầm. Thoại và video trên nền IP Sự thay đổi độ trễ cùng với ràng buộc về QoS. Thông thường khách hàng yêu cầu đáp ứng dịch vụ có thể dự báo trước được. Vì vậy để đáp ứng được, yêu cầu đầu tiên nó phải là một mạng xương sống chất lượng cao với độ tắt nghẽn nhỏ nhất và đảm bảo phân phối dịch vụ đáng tin cậy. MPLS là nền tảng mang lại hiệu quả chi phí sử dụng, cở sở hạ tầng đáng tin cậy của mạng Internet và các mạng IP đa dịch vụ khác. Các lợi ích mà nó mang lại bao gồm tăng băng thông sử dụng, khả năng scalability, giảm bớt phần nào quá trình xử lý và cung cấp dịch vụ với độ tin cậy hơn. Tiện lợi của MPLS đối với mạng VoIP VoIP đang là đề tài nổi bật trong thời đại điện tử ngày nay. Nó đem lại lợi ích rất lớn, từ các nhà cung cấp dịch vụ, các công ty điện thoại đến các doanh nghiệp và ngay cả mỗi cá nhân của chúng ta. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của nó là các nhà cung cấp dịch vụ khó có thể đảm bảo được chất lượng toll của dịch vụ. Do VoIP được truyền chung với nhiều loại dữ liệu khác nhau. Sự xuất hiện của MPLS sẽ khắc phục được nhược điểm đó. Cụ thể nó giải quyết được vấn đề của giao thức RSVP (không đảm bảo được các traffic sẽ đi trên cùng một con đường với nguồn tài nguyên dành sẵn) bằng các LSP. Tại sao sử dụng VoIP? Tại sao có những phiền toái khi sử dụng VoIP trong giai đoạn đầu như vậy? và tại sao chúng ta không tiếp tục sử dụng công nghệ chuyển mạch kênh mặc dù nó đã làm việc rất tốt trong nhiều năm qua như vậy? Câu trả lời rất đơn giản đó là tiền, chi phí bỏ ra cho cuộc gọi. Đặc biệt là các cuộc gọi đường dài. Nhưng quan trọng hơn, VoIP mang lại ba lợi ích sau: Cho phép nhà cung cấp duy trì, bảo quản chỉ một topology mạng mà thôi. VoIP là tài nguyên hữu ích hơn chuyển mạch mạch. Nó yêu cầu vốn đầu tư ít hơn cho cơ sở hạ tầng mạng để mang số lượng traffic đã được định sẵn. Cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng rẻ hơn. Chúng ta sẽ đi phân tích từng đặc điểm cũng như từng lợi ích mà VoIP mang lại: Lợi ích đầu tiên quá rõ ràng. Những nhà cung cấp dịch vụ Internet luôn mong muốn tích hợp dịch vụ thoại vào mạng dữ liệu của họ. Tương tự, các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại cũng mong lợi nhuận của mình sẽ được gia tăng. Đồng thời, họ muốn có thể đơn giản hóa vấn đề quản lý, duy trì bằng một cơ sở hạ tầng duy nhất cho cả hai loại hình dữ liệu này. Lợi ích thứ hai chính là sự khác nhau cơ bản của mạng chuyển mạch mạch và mạng chuyển mạch gói. Khi một cuộc gọi được thiết lập trong mạng chuyển mạch mạch, chẳng hạn như mạng PSTN, nó đòi hỏi sẵn sàng một kết nối “nailed up” giữa người gọi và người được gọi trong suốt quá trình đàm thoại, cho đến khi cuộc gọi kết thúc. Cách thức này sẽ giúp cho cuộc trò chuyện, đàm thoại luôn được tiếp diễn mà không gặp phải cản trở nào. Tuy nhiên, tài nguyên mạng sẽ không được sử dụng cho bất kỳ mục đích nào khác nữa. Mạng chuyển mạch gói thì làm việc giống như một hệ thống bưu điện hơn. Các cuộc đàm thoại, trò chuyện sẽ được phân thành từng gói nhỏ, sắp xếp vận chuyển qua mạng. Một kết nối định trước có thể gửi các gói của các cuộc đàm thoại cùng lúc tại bất cứ thời điểm nào. Vì thế, VoIP không chỉ tích hợp hai mạng thành một mà nó còn giảm kích thước và chi phí trên một mạng. Lợi ích thứ ba có thể nói là điều hiển nhiên. Các traffic thoại trong mạng PSTN vẫn còn tràn và mang tính tập trung kiểm soát cao bởi tổng đài. Do đó, nó thường bị chậm và chi phí cho việc thêm vào các dịch vụ mới là rất đắt. Chẳng hạn như dịch vụ hội nghị truyền hình, truy cập thư mục và nhắn tin… Vì thế các nhà cung cấp phải tính toán lựa chọn loại mạng nào có khả năng mang lại lợi nhuận cho mình. Tính chất phi tập trung của mạng IP đã dự báo rằng các dịch vụ mới có thể được triển khai trên chúng một cách hiệu quả cùng với chi phí rẻ hơn nhiều. Thực tế cũng có một lợi ích đối với các doanh nghiệp có nhiều văn phòng ở các vị trí địa lý khác nhau. Cho phép các công ty thiết lập mạng nội bộ ảo để vận chuyển thoại, hoạt động tốt như truyền dữ liệu. Do đó sẽ tiết kiệm được các hóa đơn điện thoại hơn. Cách hoạt động của mạng MPLS Vấn đề đặt ra là gì? Có hai vấn đề chính khi chúng ta sử dụng mạng IP để vận chuyển traffic thoại. Đầu tiên là quyết định các thông số cho một cuộc gọi. Trong mạng PSTN sử dụng giao thức báo hiệu đó là SS7. Nó hoạt động, báo hiệu trên mạng PSTN theo cơ chế kiểm soát tập trung cao thông qua tổng đài. Do đó nếu SS7 được sử dụng trên mạng IP nó sẽ không đáp ứng được khả năng linh phân phối linh động của mạng IP. Vấn đề thứ hai được đề cập đó là cách để ta đạt được chất lượng thoại mong muốn khi hệ thống thoại hoạt động trong môi trường mạng IP với khoảng cách dài và độ trễ biến đổi ở mức cao. Khi nhắc đến IP, một giao thức dành cho mạng Internet, các gói được gửi đi ví giống như các thư tín trong hệ thống bưu điện. Chúng có thể sẽ không đi cùng một tuyến và cũng sẽ không đến đích cùng lúc. Kết quả là gây ra trễ dài và không thể xác định được. Có thể nói độ trễ có ảnh hưởng rất lớn trong các thông tin dữ liệu, đặc biệt các thông tin nhạy cảm trễ như thoại,video. Vì thế, QoS cho vấn đề này đang là thách thức đối với công nghệ VoIP. Xét lại hoạt động cơ bản của mạng MPLS Kĩ thuật gửi dữ liệu của MPLS được gọi là chuyển mạch nhãn. Một gói khi đi vào mạng MPLS sẽ được gắn cho một nhãn cố định. Tại ngõ vào của mạng MPLS, mỗi gói sẽ được xem xét, chọn LSP nào được dùng và nhãn nào sẽ được đánh dấu cho nó. Tuy nhiên cách giải quyết này chỉ mang tính chất local mà thôi. Hình 5.23: Hoạt động căn bản của mạng MPLS Chủ đề về độ trễ Độ trễ end to end Trong bối cảnh thoại, trễ end to end có thể nói đó chính là thời gian được yêu cầu cho một tín hiệu, khi nó được tạo ra ngay tại miệng của người nói cho đến tai của người nghe. Trễ end to end là trễ được tính là tổng các độ trễ khác nhau bao gồm trễ tại các thiết bị mạng và trễ giữa các liên kết có traffic thoại đi qua. Tuy nhiên có nhiều nguyên nhân chi phối ảnh hưởng đến quá trình trễ này. Trễ trong mạng PSTN Trễ trong mạng PSTN thông thường xuất phát từ quá trình truyền dẫn trên đường dây trung kế với khoảng cách xa. Đặc biệt trễ sẽ rất cao nếu các liên kết vệ tinh ảnh hưởng. Thêm vào đó cũng có thể tính đến trễ giữa các node chuyển mạch nhưng nó sẽ không đáng kể nếu như ta so sánh với trễ truyền dẫn. Trễ trong mạng MPLS và mạng IP Trễ trong mạng IP được xác định bằng thông số truyền dẫn, kích thước bộ đệm, hàng đợi, trễ chuyển mạch và định tuyến của router IP. Trễ bắt gói (packet capture delay): Trễ bắt gói là thời gian yêu cầu để nhận toàn bộ gói trước khi xử lý và gửi nó đến router. Trễ này được xác định bởi chiều dài gói và tốc độ truyền dẫn. Khi sử dụng gói nhỏ trên các đường trung kế có tốc độ cao thì có thể giảm được độ trễ nhưng sẽ làm giảm hiệu suất mạng. Thành phần trễ này chỉ xuất hiện trước khi gói đi vào mạng xương sống (backbone). Vì thế, mạng xương sống MPLS không có tác dụng đối với nó. Trễ định tuyến (routing delay): Thời gian mà router giữ gói để truyền đi. Đây là thời gian nó phân tích header của gói, kiểm tra bảng định tuyến và tuyến đường của gói, xuất ra ở interface và port nào. Trễ này phụ thuộc vào cấu hình của router và kích thước của bảng định tuyến. Chính vì thế nguyên nhân của việc dùng nhãn trong MPLS cũng vì lý do trên. MPLS có thể cải thiện đáng kể thời gian và kích thước của bảng tìm kiếm. Nhưng dù sao đi nữa, các công nghệ chuyển mạch IP mới có thể tăng được tốc độ xử lý định tuyến bằng các phần mềm xử lý. Do đó, trễ định tuyến không phải là vấn đề quan tâm nữa khi ta so sánh với trễ của toàn bộ quá trình truyền. Bởi nó bị ảnh hưởng của sự thiếu thốn băng thông nhiều hơn. Thời gian xếp hàng (Queuing Time): Do mạng IP có tính chất là đa hợp thống kê và thời gian đến của các gói là bất đồng bộ, do đó trễ của hàng đợi xuất hiện tại ngõ vào và ngõ ra trên interface. Trễ này xuất hiện do tải trên router, chiều dài của gói và quá trình phân phối thống kê trên một interface. Thiết kế một router với kích thước bộ đệm lớn cũng có thể giảm được phần nào độ trễ nhưng cũng không loại trừ được hoàn toàn. Một trong những ưu điểm của công nghệ chuyển mạch nhãn là ta có thể giảm được kích thước của bảng định tuyến và thời gian xử lý của router. Vì thế sẽ tối ưu được tốc độ truyền dẫn của router. Trễ của thiết bị (Device Delay): Các thiết bị đầu cuối cùng với các gateway cũng phần nào làm tăng độ trễ end to end. Quá trình xử lý này bao gồm thời gian mã hóa để chuyển tín hiệu thoại analog sang tín hiệu số. Đồng thời nén cũng được sử dụng nhằm giảm bớt những bit không cần thiết. Nhưng trễ sẽ tăng để đáp ứng cho các tính toán cần thiết. Nếu sử dụng nén ở tốc độ cao hơn, nhiều bit thoại sẽ được đệm lại. Và quá trình xử lý sẽ phức tạp hơn, thành phần trễ sẽ dài hơn. Ở bên phía truyền, một yếu tố khác ảnh hưởng đến trễ đó là packetization delay. Packetization delay là thời gian để hoàn thành một gói thoại trước khi truyền nó đi. Còn ở bên phía nhận, các gói thoại cũng được làm trễ để bù vào độ thay đổi thời gian đến của các gói (thường được biết là độ jitter). Khi ta sử dụng cơ chế ưu tiên cho traffic thoại đối với các loại traffic khác trên mạng thì cũng có thể làm giảm được độ jitter. Đây là một ưu điểm của MPLS, bằng kĩ thuật điểu khiển lưu lượng MPLS TE sẽ phân biệt được loại traffic nào có độ ưu tiên cao hơn những loại khác. Tuy nhiên, thực tế mà nói trễ là vấn đề không thể bị loại trừ hoàn toàn. Xem xét độ trễ Trễ sẽ không ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng thoại nhưng lại ảnh hưởng đến nội dung, đặc điểm của một cuộc đàm thoại, trò chuyện. Độ trễ dưới 100 ms hầu như cũng không gây sự chú ý gì đối với người sử dụng. Nếu như trong khoảng từ 100 ms đến 300 ms, người sử dụng sẽ chú ý đến câu trả lời của đối tác có vẻ như ngập ngừng, xem thường. Ở 300 ms, trễ thật sự ảnh hưởng quá rõ ràng. Như vậy, trễ càng nhỏ sẽ đáp ứng tốt nội dung cuộc đàm thoại cùng với chất lượng cuộc gọi. Hình 5.24: Ảnh hưởng của trễ đối với người sử dụng Vấn đề đa hợp Hình 5.25: Cấu trúc đa hợp của frame MPLS Hình trên mô tả cấu trúc đa hợp trong một frame của MPLS. Trên thực tế, IP không thực hiện đa hợp như thế. Khi chạy giao thức UDP over IP, nó cũng có thể được coi như là một trường hợp của “đa hợp”. Đây là lược đồ giả định rằng các luồng dữ liệu khác nhau từ một hay nhiều client thì vẫn có thể sử dụng chung một liên kết ngay cùng một thời điểm. Để phân biệt các luồng lưu lượng, UDP sử dụng giá trị là số port. Lợi ích của sơ đồ đa hợp cũng là một trong các yếu tố cơ bản của MPLS, để so sánh với hệ thống ghép kênh trong mạng PSTN. Như vậy, các cuộc gọi khác nhau vẫn có thể dùng chung một liên kết mà thuật ngữ MPLS gọi là “kênh”, và được vận chuyển trong một LSP. Có thể nói MPLS giúp giảm được phần nào quá trình xử lý của router. Vấn đề địa chỉ và nhãn của gói Một gói MPLS/VoMPLS được đánh địa chỉ bằng việc sử dụng nhãn. Nhãn chính được gọi là nhãn ngoài (outer label). Đây là nhãn bắt buộc, các LSR dọc theo tuyến sẽ dựa trên nhãn này để giải quyết vấn đề gửi gói. Nhãn trong (inner label) và giá trị CID thì được dùng với mục đích khác. Chúng được dùng để đa hợp (ghép) các luồng traffic khác nhau vào một “gói MPLS”. Như vậy sẽ tăng hiệu quả khi sử dụng các liên kết. Khi thực hiện đa hợp, mỗi subframe bên trong một gói MPLS sẽ có cùng nhãn giống nhau, nhãn outer label. Trong khi đó nhãn inner có thể khác nhau và mỗi một kênh thoại sẽ chỉ có một giá trị CID mà thôi. Do đó, số mào đầu được giảm sẽ làm quá trình xử lý gói của router giảm nhẹ được phần nào. Mặc dù thời gian xử lý của router không chi phối toàn bộ độ trễ end to end nhưng nó sẽ giúp cho trễ dọc theo tuyến sẽ ít hơn, tránh được tắt nghẽn. Nói chung, MPLS sử dụng nhãn với tiêu đề nhỏ. Trong khi đó, IP lại sử dụng địa chỉ IP với tiêu đề phức tạp, làm quá trình xử lý của router càng nặng nề hơn khi giải quyết các luồng dữ liệu datagram. Việc tra bảng định tuyến sẽ chi phối hoạt động trong suốt quá trình truyền dẫn và có thể là nguyên nhân gây trễ, xuất hiện độ jitter cùng với hiện tượng tắt nghẽn mạng. Một gói IP/VoIP đơn giản sẽ có giá trị tiêu đề (header) bao gồm có 24 octets (tính cả phần options và padding). Trong đó, 8 octets đầu đại diện cho địa chỉ nguồn và địa chỉ đích. Đây là thành phần quan trọng khi xét định tuyến. Địa chỉ IP được chia thành hai phần: phần mạng và phần host. Các router chỉ định tuyến dựa vào địa chỉ mạng. Mặt khác, tiêu đề của MPLS chỉ là nhãn outer có 4 octets, nếu như ta không tính đến vấn đề đa hợp. Hình 5.26: Header của MPLS Như vậy, MPLS sử dụng băng thông hiệu quả hơn IP bằng cách giảm thông tin header của gói. Bảng định tuyến IP được sử dụng để gửi các gói thông qua mạng. Nó phải mang đầy đủ thông tin mạng để đảm bảo chức năng hoạt động của mình. Nó được xây dựng dựa trên các giải thuật định tuyến. Nói chung nó là một bảng ánh xạ giá trị mạng với các next hops. Khi kích thước của bảng định tuyến tăng thì thời gian tra bảng cũng tăng. Do đó, lợi ích này cũng được xem xét khi ta sử dụng bảng của MPLS. Cái khác nhau lớn nhất có thể nói đó là mạng MPLS sử dụng các LSP cố định nên bảng MPLS cũng được giới hạn phần nào (Forwarding Table). Với những đánh giá nhận định trên, ta có thể kết luận rằng kĩ thuật định tuyến và truyền gửi dữ liệu của VoMPLS hiệu quả hơn nhiều nếu ta so sánh với kĩ thuật VoIP có nguồn gốc từ traffic IP bình thường. Phát triển này sẽ cải thiện đặc biệt các thông số quan trọng như độ trễ, độ jitter, tắt nghẽn và khả năng mất gói.. ảnh hưởng đột ngột đến năng suất, chất lượng truyền dẫn thoại Báo hiệu trên mạng IP Trong thời đại công nghệ viễn thông như ngày nay, thông tin điều khiển báo hiệu và thông tin dữ liệu thường được phân ra thành hai thành phần riêng biệt. Chúng có thể được truyền trên các con đường khác nhau thông qua mạng. Lợi ích của việc phân chia này nhằm giúp cho quá trình quản lý dễ dàng hơn (tính cước truy cập, quản lý phiên, quản lý kết nối…). Đặc biệt đối với mạng thoại, QoS là một thông số quan trọng, ảnh hưởng đến loại thông tin dữ liệu truyền. Như đã biết, Báo hiệu được dùng để thiết lập, duy trì và giải phóng kết nối. Chúng ta có hai loại báo hiệu được sử dụng trong mạng IP đó là: Báo hiệu H.323 được phát triển bởi ITU, nó cung cấp các dịch vụ đa phương tiện. Những dịch vụ đa phương tiện bao gồm dịch vụ trên nền tiếng, hình hay dữ liệu hoặc có thể là tổ hợp các dịch vụ trên. Ngoài ra nó còn cung cấp dịch vụ đa điểm. Version đầu tiên của H.323 đưa ra chuẩn các hệ thống điện thoại ảo và thiết bị sử dụng trong mạng LAN cung cấp chất lượng dịch vụ không đảm bảo, được đưa ra vào tháng 10/1996. Giống như tên gọi của nó, họ giao thức này đựa ra dịch vụ đa phương tiện trong môi trường mạng LAN nhưng với không đảm bảo chất lượng dịch vụ. Nó không được thiết kế để đáp ứng dịch vụ thời gian thực. Dung lượng cung cấp Internet là không đáng kể chỉ sử dụng cho vùng nội hạt với số lượng thuê bao tương đối thấp. Sự bùng nổ của VoIP đã mở đường cho các version mới của H.323 ra đời.Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của nó là giao thức phức tạp, tốc độ thực hiện kết nối chậm. Một giao thức khác được quan tâm nhiều hơn đó là SIP, phát triển từ IETF. Đây là giao thức báo hiệu thuộc lớp ứng dụng dùng để thiết lập, điều chỉnh và kết thúc phiên làm việc của một hay nhiều người, chẳng hạn như những cuộc điện thoại Internet. SIP cũng có thể mời một thành viên tham gia phiên hiện có (hội nghị đa hướng). SIP hình thành với triển vọng cho Internet, cũng là một chuẩn báo hiệu trong tương lai cho thông tin liên lạc trên nền IP hay còn gọi là điện thoại IP. Trong khi H.323 thì được triển khai từ sớm cho các ứng dụng hội thoại truyền hình trên nền IP và VoIP. Khi đi vào môi trường mạng MPLS, các gói thoại sẽ được đóng gói và truyền trên các LSP MPLS. Khi đó LSP phải được hình thành trước thông qua giao thức kết nối nhãn. Để có môi trường đảm bảo chất lượng cho các cuộc gọi VoMPLS, LSP phải được xây dựng với nguồn tài nguyên dự trữ sẵn cùng các thuộc tính QoS, chẳng hạn định tuyến dựa trên sự ràng buộc (Constraint based Routing). Hơn nữa, trên LSP cũng có thể vận chuyển các header nén và gói đa hợp. Trường hợp này ta có thể gọi là VoIP over MPLS. Do đó, chức năng điều khiển báo hiệu trong VoMPLS không chỉ để thiết lập kết nối bằng các con đường LSP mà nó còn: Dàng riêng nguồn tài nguyên và các thông số đảm bảo QoS. Trong ngữ cảnh đa hợp và nén. Vấn đề QoS trong mạng IP Để đảm bảo chất lượng dịch vụ trong một mạng, QoS chính là thông số được coi là nền tảng dành cho các ứng dụng dịch vụ hỗ trợ thời gian thực chẳng hạn như thoại. Khi đó các gói dữ liệu trong suốt quá trình thiết lập phiên phải được gửi trên cùng một con đường và các thông số tài nguyên dự trữ dành cho nó phải đảm bảo tồn tại. IP hoạt động không định hướng kết nối và nói chung các router IP không có cơ chế dành sẵn tài nguyên tại mỗi hop. Đó là lý do vì sao mà vấn đề đảm bảo QoS trên mạng IP quá khó khăn. Tuy nhiên, cũng có một số các kỹ thuật được xây dựng để giải quyết vấn đề này. Giao thức DiffServ ra đời, cho phép phân loại các mức độ dịch vụ khác nhau khi chúng vận hành trong mạng IP bằng cách phân biệt loại traffic và mức độ ưu tiên. Tuy nhiên, DiffServ cũng không đảm bảo cho lắm. Chẳng hạn như tình trạng tắt nghẽn và hàng đợi sẽ làm trễ tăng, giảm băng thông dành sẵn và do đó làm giảm chất lượng thoại. Vì thế, DiffServ không phù hợp cho VoIP. RSVP là giao thức điều khiển báo hiệu được sử dụng trong mạng IP, nhằm dành sẵn tài nguyên cho các luồng dữ liệu đặc biệt. Mặc dù nó có thể dành sẵn tài nguyên nhưng nó vẫn không đảm bảo traffic sẽ đi theo con đường được dành sẵn đó. RSVP sẽ cố gắng khôi phục và tạo một con đường mới tương ứng với topology mới của mạng. Nhưng nó cũng vẫn không đảm bảo rằng chất lượng dịch vụ không bị gián đoạn và sẽ vẫn thất bại nếu như cập nhật con đường mới. Một vấn đề khác liên quan đến RSVP đó là “scaling”. Trong một mạng với quy mô lớn, các bản tin RSVP sẽ đi lòng vòng chiếm băng thông mạng. Vì thế, những thiếu sót trên đã ảnh hưởng đáng kể đến dịch vụ VoIP. Ta có thể kết luận như sau: IP là giao thức không định hướng kết nối. Vì thế, dữ liệu không đi cùng trên một con đường để đến đích. Chính vì thế chúng không đảm bảo QoS. DiffServ hỗ trợ QoS bằng cách phân loại các traffic cùng với mức độ ưu tiên. Nhưng nó không mang lại tính đảm bảo. RSVP có thể dành sẵn nguồn tài nguyên dự trữ nhưng không đảm bảo traffic có thể đi đúng đường có sẵn nguồn tài nguyên dự trữ đó. Nó cũng liên quan đến vấn đề “scaling” khi tích hợp mô hình dịch vụ IntServ. RSVP gửi quá nhiều bản tin làm hao phí tài nguyên mạng. QoS trong mạng MPLS Trong mạng MPLS, con đường tường minh được xác định dựa vào trường địa chỉ IP của gói đi qua các node mạng. Tất cả dữ liệu được tạo thành một luồng, mang cùng một nhãn khi chúng đi vào mạng MPLS. Tại mỗi node, gói sẽ được định tuyến dựa trên giá trị nhãn và interface ở lối vào. Sau đó, nó sẽ được gửi ra ngoài nhưng với một nhãn khác trên interface ở lối ra. Vì thế, các traffic đặc biệt sẽ được gửi trên cùng một LSP, dành sẵn nguồn tài nguyên. Nếu xét về một khía cạnh nào đó của QoS có thể nói mang tính đảm bảo. Đa giao thức trong MPLS có nghĩa là nó vẫn có thể dùng để hỗ trợ mạng IP trên bất kỳ cơ sở hạ tầng nào của lớp 2 như ATM, SONET, Gigabit Ethernet, FR… ATM là một cơ sở hạ tầng phổ biến nhất trong mạng xương sống ngày nay. Vốn dĩ, nó cũng chính là giao thức chuyển mạch nhãn nhưng được xây dựng trong cơ chế QoS. Do đó mà MPLS có thể là đòn bẩy, thúc đẩy cơ sở hạ tầng mạng ATM đang tồn tại nhằm hỗ trợ QoS thích hợp cho các loại traffic thoại. Báo hiệu trong LSP Như ta biết, các LSP có thể được thiết lập bằng phương pháp nhân công hay tự động. Đối với trường hợp LSP thiết lập bằng phương pháp nhân công ta gọi là LSP tĩnh, hình thành bởi cách định nghĩa các đường dẫn qua mạng MPLS và ánh xạ nhãn, khai báo các thông số đến từng hop. Ở trường hợp này, giao thức báo hiệu và định tuyến là không cần thiết. Ngược lại, để tạo một LSP động thì cần phải có các giao thức báo hiệu để: Định tuyến tường minh các tuyến trong LSP, quản lý và duy trì chúng. Phối hợp phân phối nhãn dọc theo tuyến đường. Dành riêng băng thông (optional). Phân loại dịch vụ (CoS, DiffServ). Xác nhận lại tài nguyên khi mạng nghẽn hay lỗi (tránh được lặp vòng). Sẵn sàng xoá LSP đã tồn tại (chính sách điều khiển) để dành LSP khi có luồng dữ liệu quan trọng hơn. Hiện tại có hai loại báo hiệu trong LSP. Thứ nhất đó là RSVP TE, được mở rộng từ RSVP. Một số công ty cũng đang sử dụng giao thức RSVP cho các triển khai MPLS và ngày nay MPLS tồn tại cũng trên nền RSVP. Mặt khác, vài ý kiến cho rằng RSVP không thể được áp dụng vào công nghệ MPLS bởi những thiếu sót của nó. Do đó chỉ có giao thức CR-LDP mới đáp ứng được và hiện nay nó là nền tảng cho các nhà cung cấp thiết bị MPLS. Tuy nhiên cả hai giao thức đều có những ưu điểm khác nhau. Ta sẽ xem xét qua bảng mô tả sau. LDP (Label Distribution Protocol) RSVP (Resource Reservation Protocol) Hỗ trợ MPLS thực thi các traffic thông thường như best-effort, hop-by-hop. Chọn đường dẫn như IGP. Không hỗ trợ khả năng traffic-engineering cũng như quality of service. CR-LDP (Constraint based Routing – Label Distribution Protocol) RSVP-TE (Resource Reservation Protocol – Traffic Engineering) Các tuyến được quyết định bởi router lối vào, dựa trên cấu hình topology của mạng cùng với các ràng buộc: TE, CoS hay QoS, định tuyến nhanh sau 50s. Cũng hỗ trợ best effort cho các LSP thông thường. Bảng 5.6: Bảng các giao thức phân phối nhãn Có nhiều tranh cãi bàn luận xung quanh vấn đề điều khiển lưu lượng trong MPLS. Điều khiển lưu lượng không có nghĩa là đảm bảo QoS. Nó chỉ phân phối các traffic trên các con đường khác nhau, tức là cách thức để sử dụng tài nguyên mạng có hiệu quả tốt nhất. Do đó kĩ thuật điều khiển lưu lượng không phù hợp và mang lại hiệu quả cho mạng IP, nhưng nó sẽ phù hợp hơn các con đường chuyển mạch nhãn trong mạng MPLS. Tuy nhiên, TE cũng đóng góp phần nào cho các nhà cung cấp dịch vụ VoIP sử dụng tài nguyên mạng đầy đủ hơn, cung cấp QoS tốt hơn. MPLS TE Định tuyến ràng buộc Khi định tuyến ràng buộc được sử dụng trong mạng MPLS, các LSP sẽ được thiết lập dựa vào các yêu cầu dịch vụ với các thông số đảm bảo QoS như độ trễ, độ jitter và độ tin cậy. Hai giao thức phổ biến được sử dụng cho định tuyến ràng buộc là RVSP-TE và CR-LDP, đều hỗ trợ trong thiết bị của Cisco và Nortel. Định tuyến ràng buộc giúp cho quá trình truyền các traffic, đặc biệt là thoại sẽ hoàn thành tốt hơn, hiệu quả đáp ứng được các yêu cầu đề ra. Định tuyến nhanh lại Đôi khi có những sự cố mà ta không tính toán trước được, chẳng hạn như một kết nối đột ngột bị phá vỡ, bị đứt. Như vậy, thời gian để định tuyến lại là cả một vấn đề nếu như trên đó là các traffic dành cho các ứng dụng thời gian thực. Đặc biệt, đối với dữ liệu thoại yêu cầu độ trễ phải nhỏ. Do đó, định tuyến nhanh lại tức là sẽ thiết lập lại các luồng traffic trên một liên kết backup trong khoảng thời gian là 50 đến 60ms. Đây là chuẩn giới hạn trong mạng PSTN. Các liên kết backup này có thể sẽ không chứa các thông số được yêu cầu như trong con đường định tuyến ràng buộc. Vì thế, router cục bộ mà thi hành quá trình định tuyến nhanh sẽ gửi thông báo chú ý theo hướng ngược lại đến Edge router của LSP để Edge router thiết lập lại một LSP mới dựa trên các thông số được yêu cầu đó. Bảo vệ con đường chuyển mạch nhãn Được quan niệm bằng cách xây dựng một đường “backup” cùng với con đường chính (từ đầu đến đuôi). Con đường này không được sử dụng và phải ở trong tình trạng “hot-standby”, còn được gọi là cơ chế “make before brake” hay “make before break”. Nguyên tắc của nó là làm cho đầu của đường hầm không giải phóng băng thông dành riêng cũ đến khi có sự dành riêng băng thông mới thay thế, giúp giảm tối thiểu việc mất dữ liệu. Do vậy mà đảm bảo độ tin cậy từ đầu đến cuối cho các con đường chuyển mạch nhãn, mang tính sẵn sàng cao khi truyền traffic thoại trên mạng. Kết hợp mô hình dịch vụ Differentiated DiffServ sử dụng kết hợp với MPLS để thực hiện chỉ định các con đường truyền gói cùng với thái độ cư xử của nó tại hàng đợi đối với các router. Đây là yếu tố căn bản góp phần hoàn thành định tuyến ràng buộc. DiffServ kết hợp với MPLS sẽ là kết hợp hoàn hảo. DiffServ vận chuyển thông tin của gói IP (thay đổi trường ToS của header IP thành các byte của DiffServ), làm cho nó có khả năng đáp ứng các traffic thoại cùng với độ ưu tiên cao hơn trong mỗi router. Vì thế sẽ tăng được tốc độ của traffic. Sự kết hợp chỉ có hiệu quả đối với VoIP over MPLS. Chúng không mang lại lợi ích gì cho VoMPLS. Bởi vì, VoMPLS không sử dụng giao thức IP và cũng không có trường ToS. Dịch vụ IntServ Trong khi MPLS tập trung các luồng lưu lượng có cùng thái độ cư xử vào một đường hầm thì dịch vụ IntServ đối xử các traffic IP thành chuỗi nhóm nhỏ không liên tục (phân chia dựa vào yêu cầu QoS xuất phát từ user). Đặc tính này của MPLS chính là bước nhảy, thúc đẩy sự phát triển xa hơn của kĩ thuật điều khiển lưu lượng. Voice over MPLS Có nhiều phương pháp sử dụng MPLS cho các traffic thoại: Ví dụ như mỗi đường dẫn riêng lẻ có thể được thiết lập cho mỗi cuộc gọi khi thoại được truyền trong mạng của MPLS. Như thông thường hơn thì một LSP sẽ được thiết lập cho nhiều cuộc gọi. Khi một cuộc gọi được thiết lập thì nó sẽ lựa chọn một trong các LSP đã được thiết lập trước đó. Một số kĩ thuật được đưa ra để thực hiện yêu cầu trên. Chẳng hạn như xem LSP như là các đường trung kế (trunk) vật lý và sử dụng giao thức SIP và Megaco để quảng bá thông tin về LSP. Bất cứ phương pháp nào được sử dụng thì MPLS đều có thể đảm bảo QoS cho quá trình truyền thoại. Thực hiện chạy MPLS trên IP hay ATM là các biện pháp vô cùng hữu ích. Đánh giá hiệu quả năng suất Khi gửi gói thoại qua mạng IP hay VoIP có chạy trên nền MPLS (VoIPoMPLS) giao thức RTP sẽ được sử dụng kết hợp với giao thức UDP. Ngoài ra, nó còn được bổ sung bởi giao thức RCTP để hỗ trợ thông tin định thời cho mỗi gói thoại, đảm bảo quá trình phát có thể được hoàn tất đến đầu nhận. Trong quá trình truyền, thông tin header của gói là đáng quan tâm nhất so với kích thước dữ liệu của gói thoại. Một gói thoại sẽ chứa 12 đến 20 bytes dữ liệu. Trong khi đó phần tiêu đề (header) của gói sẽ có UDP chiếm 8 bytes, RTP chiếm 12 bytes và IP là 20 bytes, nếu có chạy trên nền MPLS nữa sẽ thêm 4 bytes nữa. Như vậy sẽ có tổng cộng 44 bytes cho phần header trên mỗi gói thoại. Hiệu suất thoại sẽ không cao nếu so với phần dữ liệu chỉ có 20 byte. Khi chạy trực tiếp trên mạng IP, Header IP là quan trọng nhất vì chúng thực hiện định tuyến. Nhưng nếu ta dùng LSP MPLS thì sẽ tiết kiệm được 20 byte header IP. Vậy hiệu suất sử dụng sẽ tăng hơn vì không cần tra bảng định tuyến nữa. Đây cũng là một trong các tranh cãi của nhóm nghiên cứu VoMPLS, đánh giá hiệu quả sử dụng MPLS cho các traffic thoại trên mạng IP. Có nhiều biện pháp cần được giải quyết như: Một là gở bỏ header IP hoặc thay thế IP header thành một giá trị khác đại diện cho LSP chẳng hạn. Hơn nữa, nếu dùng LSP cho quá trình đa hợp kênh thoại (thiết lập cho nhiều cuộc gọi khác nhau) thì cần phải có một cơ chế đáp ứng kĩ thuật này. Cơ chế này có thể sử dụng giá trị port của UDP nhưng với giá trị header dành riêng nhỏ hơn. Tuy nhiên, vấn đề VoMPLS còn đang trong tình trạng nghiên cứu. Mặc dù vậy, MPLS vẫn là một công nghệ đang “hot” nhất hiện nay, hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ý nghĩa thiết thực hơn cho những ứng dụng mới, đặc biệt là thoại. Giao thức không định hướng kết nối IP với đường hầm MPLS IP là giao thức không kết nối có nghĩa là sẽ không có kết nối liên tục và thường trực giữa hai đầu cuối. Mỗi gói khi được gửi qua mạng Internet sẽ được đối xử độc lập không có mối quan hệ nào với các gói khác. Trong mô hình OSI, IP nằm ở lớp 3, lớp mạng trong khi TCP thì ở lớp 4, lớp truyền tải. Nhưng khi nhắc đến VoIP, thì UDP được khuyến khích sử dụng hơn. Bởi vì nó là giao thức không kết nối và có header nhỏ hơn nên tốc độ vận chuyển nhanh hơn nếu ta đem so sánh với TCP. Nhưng UDP không truyền lại các gói mất. Do đó đòi hỏi phải có một cơ chế khác để đảm bảo độ tin cậy của luồng dữ liệu. Sự ra đời của RTP đã đáp ứng phần nào tính liên tục của luồng dữ liệu phát, cùng với các phương thức nén thoại khác nhau cũng giúp phục hồi gói mất dễ dàng hơn. Hình dưới đây mô tả chồng giao thức hỗ trợ VoIP. RTP: Real Time Protocol. RTCP: Real Time Control Prtocol. RTSP: Real Time Signalling Protocol. UDP: User Datagram Protocol. IP: Internet Protocol. Video Codec Audio Codec RTP RTCP UDP RTSP IP Hình 5.27: Giao thức hỗ trợ VoIP MPLS có thể hoạt động trên mạng IP và cho phép dành sẵn nguồn tài nguyên mạng cùng với các con đường đã được xác định trước. Thực tế, MPLS thêm vào cơ cấu định hướng kết nối trên mô hình mạng IP không kết nối. Nó sẽ cung cấp các liên kết ảo hay nói chính xác hơn là đường hầm thông qua mạng, bắt nguồn từ các node biên của mạng. Hình dưới đây mô tả chồng giao thức VoMPLS. Video Codec MPLS FR/ATM/PPP/ETHERNET Audio Codec Hình 5.28: Chồng giao thức hỗ trợ VoMPLS. MPLS là một công nghệ mới và được công nhận, dùng để tăng tốc độ của traffic và giúp chúng có thể dễ dàng quản lý hơn. Chúng sẽ thiết lập một con đường đặc biệt cho trình tự của gói truyền, nhận diện mỗi gói thông qua tiêu đề nhãn. Vì thế nó sẽ tiết kiệm thời gian router phải tra địa chỉ trong bảng định tuyến để gửi gói đến node kế tiếp. Nguyên tắc xây dựng các con đường trong mạng MPLS đôi khi ta cũng có thể so sánh với đường hầm được xây dựng trong mạng IP. Tuy nhiên, đường hầm trong IP yêu cầu router xử lý liên tục hơn, phức tạp hơn và quá trình đóng gói làm tăng kích thước header của mỗi gói. Đánh giá độ tin cậy và tính sẵn sàng Nhiều người sử dụng Internet họ luôn yêu cầu các mức độ dịch vụ khác nhau. Ví dụ như dịch vụ thoại yêu cầu có delay thấp và độ đột biến delay phải nhỏ, traffic video thì lại yêu cầu phải có băng thông cao. Nói chung khách hàng yêu cầu hợp đồng dịch vụ phải đảm bảo hiệu suất và tình sẵn sàng có thể của mạng. Chức năng này sẽ còn đòi hỏi nhiều hơn nếu như mạng thoại và dữ liệu được tích hợp lại thành một. Vì thế, một mạng tích hợp thế hệ mới cần phải dự trữ sử dụng các giao thức, phần mềm lẫn phần cứng để đảm bảo tính sẵn sàng ở mức cao. Các thuê bao sẽ không bị rớt cuộc gọi, băng thông cung cấp phù hợp và luôn luôn truy cập được dịch vụ. Thời gian chết phải ở mức nhỏ nhất. Khi nói đến VoIP, độ tin cậy được xác định đó là quá trình truyền dẫn lại. Như ta đã biết, trong VoIP sử dụng UDP để truyền và đặc tính của nó là không hỗ trợ cho việc truyền lại các gói thoại đã mất. Như vậy, đối với ứng dụng thời gian thực thì không thể nào chờ truyền lại gói mất và nếu số lượng gói bị mất quá nhiều sẽ làm cho luồng thoại bị ngắt quãng, thông tin truyền không được đầy đủ, độ tin cậy không được đảm bảo làm chất lượng thoại bị xấu đi. Từ những điểm nêu trên, chúng ta nhận thấy rằng khi sử dụng VoIP băng thông đòi hỏi phải tương đối cao và kết nối phải tương đối ổn định. Đó là yêu cầu không thể đảm bảo đối với những người đang sử dụng dịch vụ VoIP như ngày nay. Tuy nhiên, đối với kĩ thuật điều khiển lưu lượng của MPLS sẽ giúp cho dữ liệu được định tuyến qua mạng theo sự kiểm soát, đảm bảo độ tin cậy lẫn sử dụng tài nguyên mạng. Các thông số CoS và QoS cho từng luồng dữ liệu cũng được đáp ứng trong quá trình tiếp diễn này. Ngoài ra, sự tham gia của giao thức RVSP TE làm cho mạng MPLS càng có giá trị hơn với cơ chế làm tươi định kỳ. Cơ chế làm tươi kiểm tra xem sự dành riêng băng thông hiện tại có phù hợp với yêu cầu hay không, nhằm kịp thời xử lý sự cố lỗi xảy ra nếu có thể sẽ thay thế bằng hệ thống backup. CÁC VẤN ĐỀ TRANH LUẬN Khi nghiên cứu về VoIP, điểm nổi bật mà ta cần quan tâm đến đó là các chồng giao thức hỗ trợ như RTP, UDP và IP. Nó chi phối mọi chức năng của VoIP. Cũng tương tự, khi chúng ta đánh giá VoMPLS thì điểm mà ta cần quan tâm đó chính là sự hỗ trợ của MPLS. Phần lớn VoMPLS dường như đang hướng đến phạm vi thuần khiết như VoIP, nhưng với thuận lợi được thêm vào của một mạng core chạy MPLS. Khách hàng luôn đòi hỏi dịch vụ cung cấp phải đáp ứng yêu cầu đã được thỏa thuận trước. Chính vì vậy, MPLS là một trong những giải pháp giải quyết thỏa đáng sự mong mỏi đó với khả năng giảm tắt nghẽn ở mức tối thiểu và mang lại độ tin cậy, khả năng sẵn sàng ở mức cao. Vấn đề đảm bảo QoS đối với dịch vụ VoIP ngày nay dường như là một thiếu sót chủ yếu. Sự ra đời của RSVP nhằm giải quyết vấn đề này nhưng nó hầu như cũng không đáp ứng được. Bởi nó không đảm bảo các traffic sẽ đi cùng một tuyến đường với nguồn tài nguyên được dành sẵn trước. Nhưng với MPLS kết hợp với giao thức RSVP TE sẽ thiết lập các con đường cố định cho các traffic, đảm bảo được phần nào quá trình vận chuyển. Thật là khó khi quyết định, lựa chọn công nghệ nào là phù hợp cũng như chức năng nào là đủ tốt đối với công nghệ mới này. Tuy nhiên, một vài nghiên cứu đã được tiến hành và có thể nói kết quả mang lại mang tính khả quan hơn nhiều. Trễ là vấn đề của QoS và khắc phục nó là một thách thức đối với VoIP. Tính chất không định hướng kết nối chính là nguyên nhân gây ra độ trễ và độ jitter trong VoIP. Các gói đến đích bằng các tuyến khác nhau. Vì thế, thời gian truyền dẫn không ổn định,luôn biến đổi. Tất cả những yếu tố đã nêu ở trên được giải quyết bằng cách chấp nhận các LSP_con đường chuyển mạch nhãn. Một con đường cố định từ nguồn đến đích sẽ được thiết lập cho quá trình lưu thông của traffic, kèm theo là tài nguyên băng thông và độ ưu tiên cho các luồng dữ liệu đặc biệt. Trước đó, nguyên nhân chi phối toàn bộ trễ end to end là thời gian xử lý của router. Nhưng giờ thì không, và thành phần nhạy cảm chi phối tổng trễ là sự tắt nghẽn. Tắt nghẽn xảy ra vì thiếu băng thông. Do đó, các gói phải xếp hàng và có cơ chế ưu tiên đảm bảo cho các ứng dụng thời gian thực. Vấn đề trễ mang tính phức tạp cao, mỗi sự tăng trưởng của mạng Internet đều chi phối toàn bộ trễ trong mạng. Sự ra đời của công nghệ IP đủ để đáp ứng cho sự bùng nổ của Internet. Tuy nhiên, khi một vài thiếu sót sớm được phát hiện thì công nghệ mới sẽ được bổ sung nhằm cải thiện năng suất hoạt động. MPLS chính là công nghệ đảm bảo được sự mong đợi đó. Đa hợp không phải là vấn đề đối với VoIP. Đó là điều hiển nhiên. Bởi mỗi gói thoại từ các luồng khác nhau sẽ được vận chuyển riêng rẽ, không liên quan nhau. Nhưng tiêu biểu của VoMPLS là khả năng đa hợp các luồng khác nhau để truyền. Chẳng hạn như: các luồng thoại khác nhau sẽ được đóng gói thành một gói VoMPLS. Khi đó tỷ lệ payload tính trên gói sẽ tăng hơn, mang lại hiệu quả hơn. Nhưng nếu ta chạy RTP/UDP/IP thì tổng số header sẽ là 44 bytes. Trong khi đó, header của MPLS chỉ tốn có 4 bytes. Nếu xét đến gói thoại có payload trong khoảng từ 12 đến 20 byte thì đây là kết quả quá rõ ràng khi ta đề cập đến ảnh hưởng của việc thu nhỏ header. Chính vì vậy, nó cũng giảm được băng thông cung cấp, tận dụng hiệu quả các liên kết và giảm được phần nào tắt nghẽn xảy ra. Như thế, router cũng có thể xử lý nhiều gói hơn. Đây là một thuận lợi của chuyển mạch nhãn khi ta bảo rằng thời gian xử lý của router không còn là vấn đề của trễ end to end ngày nay. Tuy nhiên, với số lượng gói được xử lý nhiều quá thì cũng ảnh hưởng đáng kể đến trễ. Bằng cách sử dụng sơ đồ đánh địa chỉ bằng nhãn, trong tương lai vấn đề này có thể được quản lý. Kích thước bảng “Forwarding” sẽ giảm, gói gửi dọc các tuyến đường mang địa chỉ ngắn hơn khi đi vào môi trường mạng chạy MPLS. Khi nói đến ứng dụng địa chỉ IPv6 so với IPv4, cũng đóng góp phần nào thuận lợi cho việc đánh nhãn, tăng hiêu suất mạng khi IPv6 đang dần dần được sử dụng vào mạng Internet. Như thế nào là một header nén? Một header nén có thể nén từ 44 bytes header của VoIP (RTP+UDP+IP) xuống còn 4 hay 2 bytes. Do đó, VoIPoMPLS có thể là một đối thủ cạnh tranh với VoMPLS. Vậy quá trình đóng thành gói VoMPLS và chuyển đổi ngược lại tại các đầu cuối sẽ tốn phí hơn là ta nén header của gói, sau đó đóng gói nó thành gói VoIPoMPLS và thực hiện chuyển đổi ngược lại tại các đầu cuối hay không? Đó chỉ là câu hỏi đặt ra. Ngày nay, chưa có yếu tố nào có thể khẳng định công nghệ nào sẽ mang lại hiệu suất tốt nhất. Thật khó để có thể đạt hiệu suất cao đối với VoIP, hoạt động theo cơ chế không định hướng kết nối. Sự nỗ lực của các giao thức như DiffServ và RSVP cũng không đáp ứng được yêu cầu đặt ra. Chỉ có các LSP cùng với các kĩ thuật điều khiển lưu lượng của MPLS mới có khả năng đảm bảo yêu cầu QoS, và sẽ thật tuyệt vời nếu như có sự kết hợp giữa DiffServ và MPLS. Mối quan tâm toàn bộ chủ đề là mạng backbone, mạng sẽ hoạt động đạt năng suất tốt nếu như giới hạn được số LSP. Tuy nhiên, trong tương lai end to end MPLS có thể nói đáng tin cậy. MPLS là giao thức lai ghép giữa lớp 2 và lớp 3, các gói có thể vận chuyển trên nhiều giao thức lớp 2 khác nhau (vì nó là chuyển mạch nhãn đa giao thức). Do đó, nó không quan tâm đến giao thức lớp dưới của lớp mạng. Chính vì vậy, nó đảm bảo được khả năng hoạt động liên mạng giữa các mạng không đồng nhất, nhưng với hình dáng của một mạng MPLS. Khách hàng luôn đòi hỏi dịch vụ cung cấp phải đảm bảo hiệu suất với tính sẵn sàng ở mức cao. Một khi mạng thoại và dữ liệu được tích hợp thì đây cũng chính là kết quả tích hợp những yêu cầu hỗn tạp trên. Nguyên nhân chủ yếu để đánh giá độ tin cậy của VoIP đó chính là thời gian truyền dẫn lại. Khi số gói truyền bị mất hay bị “drop” tăng, người sử dụng sẽ cảm thấy có sự đứt quãng, không liên tục trong luồng dữ liệu thoại. Với MPLS TE có thể giảm phần nào số lượng gói mất trong quá trình truyền dẫn. Thực hiện các tuyến đường “backup” với cơ chế “make before break”. Tăng khả năng cảm nhận của người dùng dịch vụ, hiệu suất, tính sẵn sàng cũng như độ tin cậy mà họ mong muốn. Không thể phủ định rằng thoại gói đang là đề tài nóng bỏng nhất hiện nay. Nguyên nhân chủ yếu là khả năng mang lai lợi ích kinh tế cho cả người sử dụng lẫn nhà cung cấp dịch vụ. Thoại gói rẻ hơn nhiều so với cuộc gọi dùng điện thoại bình thường. Đặc biệt là những cuộc gọi đi quốc tế, cuộc gọi có khoảng cách xa. Đối với các công ty lớn, công ty đa quốc gia thì lợi ích của thoại gói mang lại là một con số khổng lồ. Khi đứng trên phương diện của nhà cung cấp, vấn đề quản lý cũng dễ dàng hơn khi sử dụng MPLS. Ngoài ra, nó còn đảm bảo một vài thông số QoS quan trọng. Điều này có thể được khẳng định nếu MPLS được triển khai trên Internet với phạm vi toàn cục. Song song đó, chi phí nâng cấp thiết bị và quản lý cũng ít tốn kém hơn. Như vậy các nhà cung cấp khác nhau có thể bảo trì chỉ một mô hình mạng cho cả dữ liệu lẫn thoại. Một khía cạnh quan trọng khác cũng được bàn cãi đó là: Có hay không khi khách hàng chấp nhận một cuộc gọi có chất lượng thấp hơn để giảm phí cho các hóa đơn thanh toán của mình? Nếu như vậy, nhà cung cấp phải cân nhắc, đưa ra các giải pháp ứng dụng công nghệ nào cho thoại gói để có thể sử dụng hiệu quả tài nguyên mạng, đáp ứng được phần nào chất lượng gọi cho khách hàng, tăng lợi nhuận cho công ty của mình. Tương lai VoMPLS chính là tiềm năng đáng kể nhất. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG MỞ CỦA ĐỀ TÀI. Dù đang còn trong giai đoạn nghiên cứu, nhưng nhìn chung đề tài “Voice over MPLS” cũng đã giới thiệu được phần nào ứng dụng của công nghệ MPLS vào dịch vụ thoại. Cũng như VoIP, xét về bản chất VoMPLS vẫn là một dạng của thoại gói nhưng được đóng trực tiếp bằng frame của MPLS, hứa hẹn sẽ là một công nghệ nền tảng cho tương lai. Đề tài cũng đi sâu tìm hiểu chi tiết cấu trúc của frame thoại, kĩ thuật đa hợp cuộc gọi, các cơ chế hoạt động của MPLS, đánh giá ước lượng giữa VoIP và VoMPLS. Đặc biệt, đề tài đã đưa ra phục lục demo, thể hiện chi tiết quá trình thực hiện cuộc gọi trong domain MPLS. Tuy nhiên, do thời gian thực hiện đề tài có giới hạn nên đề tài chỉ dừng lại trên cơ sở lý thuyết mà thôi. Đề tài cũng không đi sâu vào các giải thuật mã hóa thoại, các vấn đề quan trọng khác như bảo mật trong VoMPLS, hoạt động của các bản tin báo hiệu, quá trình tách gói từ frame đa hợp MPLS… Đề tài chỉ đơn thuần là các khái niệm cơ bản, chưa giới thiệu được các thiết bị của hãng sản xuất cụ thể cũng như ứng dụng của thiết bị đó cho thoại gói, mà đặc biệt là thoại trực tiếp trên MPLS. Đề tài có thể là nền tảng hữu ích cho ứng dụng thoại trong tương lai. Trên cơ sở đó hướng phát triển tiếp của đề tài là tiếp tục đi sâu tìm hiểu VoMPLS được ứng dụng trong mạng di động, một lĩnh vực thuộc về vô tuyến. Chẳng hạn: ứng dụng VoMPLS vào mạng UMTS_hệ thống viễn thông di động toàn cầu thế hệ 3G, khi đó mạng core sẽ chạy MPLS. Như vậy, ta sẽ có nhiều cách thức để có thể vận chuyển thoại đến các thiết bị đầu cuối: VoMPLS từ đầu cuối đến đầu cuối: ME sẽ gửi và nhận các gói dữ liệu thoại dưới dạng các gói VoMPLS. Các gói thoại khi di chuyển trên toàn bộ mạng UMTS đều đóng gói VoMPLS. Ánh xạ ngược lại từ gói VoIP thành gói VoMPLS: ME sẽ gửi và nhận dữ liệu thoại dưới dạng là gói VoIP. Nhưng khi đi vào mạng core UMTS thì nó sẽ được ánh xạ thành các gói thoại VoMPLS. VoIP suốt đoạn đường: ME cũng sẽ gửi và nhận dữ liệu thoại dưới dạng gói VoIP. Nhưng khi di chuyển trên toàn bộ mạng core UMTS nó sẽ được đóng gói dạng VoIPoMPLS. Như vậy, nhà cung cấp dịch vụ sẽ lựa chọn phương thức nào để có thể mang lại hiệu quả và chi phí kinh tế nhất? Đó là vấn đề cần quan tâm, thách thức họ phải cố gắng tìm hướng phát triển cho hệ thống mạng của mình. Do đó, đề tài chính là cơ sở lý thuyết, giúp ích rất nhiều cho các cuộc nghiên cứu, mô phỏng sau này. PHỤ LỤC A Mô tả quá trình thực hiện cuộc gọi VoMPLS với LSP stacked. Gói VoMPLS ưu tiên 1 Gói VoMPLS ưu tiên 2 Gói VoMPLS ưu tiên 1 LSR LER LER Nhãn inner 1 Nhãn inner 2 A1 B1 C1 C2 B2 A2 Swap ? LSP Nhãn outer Mô tả: PC A1 thực hiện cuộc gọi đến PC A2. PC B1 thực hiện cuộc gọi đến PC B2. Tương tự PC C1 thực hiện cuộc gọi đến PC C2. Tất cả đều thực hiện gọi đồng thời. A1 và B1 có cùng mức độ ưu tiên 1. C2 có mức độ ưu tiên 2. Mức độ ưu tiên có thể hiểu là loại codec. Các gói thoại cùng đi chung trên một LSP vật lý. Giải thích: Các LSP song hướng sẽ được thiết lập trước (bằng phương pháp nhân công hay tự động). Khi PC A1 thực hiện gọi A2, B1 thực hiện gọi B2, C1 thực hiện gọi C2. Dựa trên mức độ ưu tiên, các LSP ảo song hướng sẽ được hình thành, ghép vào LSP đã được thiết lập ở trên để truyền thoại (LSP ảo có thể được thiết lập bằng nhân công hay tự động) Sau đó là quá trình gán giá trị CID tương ứng cho từng cuộc gọi. Tại đây CID cũng có thể được gán nhân công hoặc tự động bằng các giao thức điều khiển cuộc gọi. Chú ý CID trong trường hợp này được phân biệt bởi màu của gói VoMPLS thể hiện trên hình vẽ. Nhãn inner biễu diễn gói thoại VoMPLS sẽ đi cùng LSP ảo. Tuy nhiên khi đi vào domain MPLS thì chỉ có nhãn outer thay đổi mà thôi. Sau đó là quá trình đàm thoại, thoại sẽ được lấy mẫu đóng thành từng frame MPLS để truyền. Đối với mô hình này, chỉ có hoạt động gắn nhãn inner, giá trị CID và nhãn outer tại router LER. Không có hoạt động chuyển nhãn tại con LSR. Vì LSR biết nó là hop kế cuối nên nó sẽ tự gở nhãn (chỉ nhãn outer), rồi chuyển đến LER đầu ra. Tại LER đầu ra, dựa vào giá trị nhãn inner và CID để truyền gói thoại đến đích theo đúng thứ tự. PHỤ LỤC B Mô tả quá trình thực hiện cuộc gọi VoMPLS với cùng giá trị CID. LER LER LER LER LER LER LSR LSR LSR LSR PC 1 PC 2 PC 3 PC 4 1 2 5 8 5 1 2 8 Gói VoMPLS có CID =16 Gói VoMPLS có CID =16 CÁC LSP MPLS domain Mô tả: PC 1 thực hiện cuộc gọi đến PC 2. PC 3 thực hiện cuộc gọi đến PC4 Các gói thoại đều vận chuyển trên các LSP song hướng vật lý khác nhau. Giả sử giá trị CID để phân biệt cho một kênh thoại là 16. CID chỉ có hiệu lực khi đa hợp nhiều cuộc gọi. Ở đây, cả hai cuộc gọi đều có cùng giá trị CID. Giải thích: Các LSP song hướng sẽ được thiết lập trước (bằng phương pháp nhân công hay tự động thông qua các giao thức điều khiển cuộc gọi). Khi PC1 thực hiện gọi PC2 (PC3 thực hiện gọi PC4), tại router LER đầu vào sẽ có quá trình gán giá trị CID. Quá trình này được thực hiện nhân công hay tự động. Đối với trường hợp gán tự động cần có giao thức điều khiển báo hiệu cho CID. Sau đó là quá trình đàm thoại, tín hiệu thoại được lấy mẫu và đóng thành từng frame MPLS để truyền. Các gói VoMPLS khi đi vào domain MPLS sẽ được gắn nhãn tại biên vào (LER đầu vào). Thực hiện chuyển nhãn tại các LSR. Tuy nhiên, LSR ở hop kế cuối sẽ gở nhãn và chuyển đến LER đầu ra. Cơ chế này cũng giúp giảm bớt được gánh nặng phần nào quá trình xử lý của router biên. TÀI LIỆU THAM KHẢO “Evaluation of Voice over MPLS (VoMPLS) Compared to Voice over IP (VoIP)” - Edward Bjarte Fjellskal & Stig Solberg - Masters Thesis - May 2002 – Siv.ing.degree in Information and Communication Technology. “Voice Quality in Converging Telephony and Internet Protocol Networks” – International Engineering Consortium - May 2002 - qual/index.html. “Label Switching Technique Helps Transmit Voice over IP Networks” – Ben Miller – March 2002 – “Traffic Engineering in MPLS networks” – EETimes – April 2002 – “Công Nghệ VoMPLS” – Vũ Hoài Nam – Luận văn tốt nghiệp đại học chính qui ngành Điện tử Viễn thông khóa 2002-2007 – Học viện công nghệ Bưu Chính Viễn Thông cơ sở TPHCM. “ISCW LABs” - Đặng Quang Minh & Bùi Nguyễn Hoàng Long – 6/2007 – Trung tâm tin học Vnpro. www.wikipedia.org www.mpls.org