Nghiên cứu bộ giao thức TCP/IP và ứng dụng trong mạng viễn thông

tải giữa phần mềm TCP trên hai máy được gọi là Segment. Các Segment được trao đổi để thiết lập kết nối, truyền tải dữ liệu, để gởi ACK thông báo kích thước cửa sổ và để đóng kết nối. Hình 3.7. Cấu trúc khung TCP. - Source Port (cổng nguồn) :16 bits,chứa giá trị cổng của trường ứng dụng tại trạm nguồn. - Destination Port (cổng đích): 16 bits, chứa giá trị cổng của trạm đích. - Sequence Number (số tuần tự): 32 bits, chỉ số thứ tự của các sement được gởi. - Acknowledgement Number (số báo nhận): 32 bits, chỉ số hiệu của segment tiếp theo mà trạm nguồn đang chờ nhận. Ngầm ý báo nhận tốt các segment mà trạm đích đã gởi cho trạm nguồn. -Header Length: 4 bits, chứa số nguyên xác định độ dài phần đầu của segment được tính theo đơn vị 32 bit (đặc tả của vùng này là chỉ ra vị trí của dữ liệu trong khung). Cần có trường này bởi vì trường Option có chiều dài thay đổi, tùy thuộc vào những chọn lựa nào được đặt vào. - Reserved (dự trữ): 6 bits, dùng cho các mụch đích tương lai. Có những segment chỉ mang ACK trong khi có những segment khác chỉ mang dữ liệu. Có những segment lại mang thông tin yêu cầu thiết lập kết nối hoặc đóng kết nối. Phần mềm TCP sử dụng 6 bits được gọi là bit điều khiển (Control bit) để quyết định mục đích và nội dung của segment. - URG : vùng con trỏ khẩn (Urgent Pointer) có hiệu lực. - ACK : vùng báo nhận ACK có hiệu lực. - PSH : thực hiện chức năng Push. - RST : reset lại giá trị Sequence Number hoặc ACK Number. - SYN: đồng bộ hóa các số hiệu tuần tự. - FIN : kết thúc, chỉ rằng không còn dữ liệu để trạm đích gởi. Các bit trên chỉ thực hiện chức năng kể trên khi nó thiết lập lên “1”, bình thường mang giá trị “0”. - Window (cửa sổ): 16 bits, cấp phát thẻ điều khiển luồng dữ liệu. Đây chính là số lượng các byte dữ liệu, bắt đầu từ byte mà đã chỉ ra trong vùng Acknowledgement Number mà trạm nguồn sẵn sàng để nhận. -Checksum:16 bits, kiểm soát lỗi theo phương pháp vòng CRC cho toàn bộ Segment (header + data). -Urgent Pointer (con trỏ khẩn): 16 bits, con trỏ này trỏ tới số hiệu tuần tự của byte đi theo sau dữ liệu khẩn, cho phép bên nhận biết được độ dài của dữ liệu khẩn. Vùng này chỉ có hiệu lực khi bit URG được thiết lập và lúc này các trạm trung gian mới quan tâm đến các bit này. Khi nhận được segment này thì trạm trung gian sẽ ưu tiên chuyển đi ngay. -Option (có độ dài thay đổi): khai báo các tùy chọn của TCP trong đó có độ dài tối đa của vùng TCP data trong một segment. Trường này được tính vào trong checksum. -Padding (độ dài thay đổi): phần chèn thêm vào header để bảo đảm phần header luôn kết thúc ở một mốc 32 bits, phần này gồm toàn số “0”. -Data (độ dài thay đổi): chứa dữ liệu của tầng trên, có độ dài tối đa ngầm định là 536 bytes. Giá trị này có thể điều chỉnh bằng cách khai báo trong vùng options. 3.2.3. Quá trình kết nối TCP/IP. 3.2.3.1. Mở thụ động và chủ động. Không giống như UDP, TCP là một giao thức hướng kết nối, đòi hỏi hai điểm cuối đồng ý tham gia. Nghĩa là trước khi một giao dịch TCP có thể chuyển qua Internet, các chương trình ứng dụng ở hai đầu kết nối phải có nhu cầu kết nối. Để làm được việc đó, chương trình ứng dụng ở bên này thực hiện một chức năng mở thụ động bằng cách liên hệ với hệ điều hành của nó và chỉ ra rằng nó sẽ chấp nhận một yêu cầu kết nối (đến từ đầu kia). Và lúc đó hệ điều hành sẽ gán một giá trị cổng TCP cho kết nối tại đầu của nó. Chương trình ứng dụng ở bên kia phải liên hệ với hệ điều hành của nó sử dụng một yêu cầu mở chủ động để thiết lập kết nối. Hai module phần mềm TCP sẽ liên lạc với nhau để thiết lập và kiểm tra kết nối. Một khi kết nối đã được tạo xong, các chương trình ứng dụng có thể bắt đầu truyền dữ liệu, các modul phần mềm TCP tại mỗi đầu trao đổi thông điệp với nhau để đảm bảo việc phát chuyển đáng tin cậy. 3.2.3.2. Thiết lập kết nối TCP. Để thiết lập một cuộc kết nối, TCP sử dụng một cách bắt tay theo 3 bước (Three-way Handshake) Hình 3.8. Trình tự thiết lập kết nối trong TCP. Trạm A bắt đầu việc thiết lập bằng cách gởi sang phía B 1 segment có bit SYN (trong trường Control Bits) được thiết lập. Segment này cho trạm B biết rằng A muốn thiết lập kết nối với B, đồng thời cũng thông báo cho B biết thứ tự segment bắt đầu (ở hình trên là 100). Trạm B trả lời cho A bằng cách gởi về một segment có bit ACK và bit SYN được thiết lập. Segment này trả lời cho A biết B đã nhận đúng segment đầu và thông báo cho A biết số thứ tự segment bắt đầu của B (là 300) và đang chờ segment có số thứ tự 100+1. sau đó A gởi ACK về cho B đồng thời bắt đầu truyền tin. 3.2.3.3. Khởi xướng số thứ tự. Việc bắt tay 3 bước đạt được hai chức năng quan trọng. Nó đảm bảo rằng cả hai bên đã sẳn sàng để truyền dữ liệu và nó cho phép cả hai bên đồng ý với nhau về việc khởi xướng số thứ tự, các số thứ tự này được gởi đi và báo nhận trong suốt quá trình bắt tay. Mỗi máy phải chọn một số thứ tự khởi đầu ngẫu nhiên được sử dụng để xác định các byte trong dòng dữ liệu mà nó gởi. Số thứ tự không luôn luôn bắt đầu tại cùng một giá trị. Cụ thể, TCP không chỉ đơn thuần chọn số thứ tự 1 mỗi lần nó tạo ra một cuộc kết nối. Dĩ nhiên, điều quan trọng là cả hai bên đồng ý với một con số khởi đầu, để cho số lượng octect sử dụng trong lời đáp giống với số được sử dụng trong segment dữ liệu. Để thấy được các máy tính có thể thống nhất với nhau về các số thứ tự cho hai dòng dữ liệu chỉ với ba thông điệp (sau ba bước), chúng ta đã biết rằng mỗi Segment bao gồm cả vùng số thứ tự và vùng lời đáp. Máy tính khởi xướng việc bắt tay (máy A) gởi đi số thứ tự khởi đầu của nó là x trong vùng số thứ tự của segment SYN đầu tiên trong quá trình bắt tay ba bước. Máy tính thứ hai (máy B) nhận SYN và ghi nhận số thứ tự và trả lời bằng cách gởi đi số thứ tự khởi đầu của nó trong vùng số thứ tự cùng với lời đáp để xác định rằng nó đang chờ đợi octect thứ x+1. Trong thông điệp cuối cùng của việc bắt tay, A đáp lại việc nhận từ B tất cả các octect kể từ y. Trong mọi trường hợp, những lời đáp đều tuân theo quy ước về việc sử dụng con số của octect kế tiếp. 3.2.3.4. Đóng kết nối TCP. Hai chương trình sử dụng TCP để thông tin với nhau có thể kết thúc cuộc trao đổi sử dụng thao tác “đóng”. Trong nội bộ, TCP sử dụng cách bắt tay 3 bước để đóng kết nối. TCP là giao thức truyền song công 2 hướng độc lập nhau. Khi chương trình ứng dụng “bảo” TCP là không còn dữ liệu để gởi, TCP sẽ đóng kết nối theo một hướng. Để đóng một nửa cuộc kết nối, phía gởi TCP hoàn tất việc truyền các dữ liệu còn lại, chờ cho phía nhận báo ACK về, sau đó phía gởi sẽ gởi tiếp một segment với bit FIN được thiết lập. Phía TCP nhận báo nhận (ACK) cho segment FIN đó, sau đó TCP gởi thông báo đến chương trình ứng dụng phía trên nó rằng không còn dữ liệu nữa. Một khi cuộc kết nối được ngắt theo một hướng nào đó, TCP từ chối nhận dữ liệu theo hướng đó. Trong lúc đó, dữ liệu có thể tiếp tục truyền theo hướng ngược lại cho đến khi phía gởi kết thúc. Dĩ nhiên, lời báo nhận vẫn tiếp tục truyền cho phía gởi ngay cả sau khi cuộc kết nối đã đóng. Khi cả hai hướng đã đóng thì phần mềm TCP tại mỗi đầu cuối sẽ xoá những ghi nhận của nó về cuộc kết nối. Sự khác nhau giữa bắt tay cho thiết lập và ngắt kết nối chỉ xuất hiện sau khi một máy đã nhận segment FIN khởi đầu. Thay vì phát một segment FIN thứ 2 ngay tức thời, TCP gởi báo nhận ACK cho segment FIN thứ nhất và sau đó thông tin cho chương trình ứng dụng yêu cầu “Shut down”. Việc đáp ứng cho yêu cầu này có thể mất thời gian đáng kể. Việc báo nhận như vậy để phòng trừ việc truyền lại của segment FIN đầu tiên trong khi chờ đợi sự trả lời của chương trình ứng dụng. Cuối cùng, khi chương trình ứng dụnb chỉ thị TCP “shut down” kết nối một cách hoàn toàn, TCP gởi segment thứ hai và phía kia đáp lại bằng thông điệp thứ 3 là một ACK. Hình 3.9. Trình tự ngắt kết nối TCP. 3.2.3.5. Khởi động lại kết nối TCP. Thông thường, một chương trình ứng dụng sử dụng động tác “đóng“ để ngắt kết nối khi nó kết thúc việc sử dụng kết nối đó. Như thế, việc ngắt kết nối được coi như 1 phần bình thường của việc sử dụng, tương tự như việc đóng file. Thỉnh thoảng, một điều kiện bất thường xuất hiện, bắt buộc các chương trình ứng dụng hoặc các phần mềm của mạng ngắt kết nối. TCP cung cấp một chức năng Reset cho các cuộc ngắt kết nối bất thường như thế. Để Reset một kết nối, một phía sẽ khởi động việc kết thúc bằng cách gởi một segment với bit RST (trong trường Control Bits) được thiết lập. Phía kia đáp ứng lại một segment Reset ngay tức thời bằng cách huỷ bỏ kết nối. TCP cũng thông tin cho chương trình ứng dụng rằng, đã xảy ra việc reset. Reset là thao tác hủy bỏ tức thời có nghĩa là việc truyền trên cả hai hướng kết thúc ngay lập tức, và các tài nguyên như vùng đệm được giải phóng. 3.2.4. Điều khiển lỗi và điều khiển luồng trong TCP/IP. 3.2.4.1. Tính TCP Checksum. Vùng checksum trong phần đầu TCP bao gồm một checsum số nguyên 16 bit được sử dụng để kiểm chứng tính toàn vẹn của dữ liệu cũng như là phần đầu TCP. Để tính CHECKSUM, nó gán vào segment một phần đầu giả, thêm vào một số bit zero sao cho độ lớn của segment là bội số của 16 bit và tính CHECKSUM 16 bit trên toàn bộ segment (mới). TCP không đếm phần đầu giả, cũng không thêm vào độ dài segment, và cũng không truyền nó đi. Tương tự nó giả định bản thân vùng checksum là zero cho mục đích tính checksum. TCP sử dụng phép tính số học 16 bit và lấy phần bù của 1 của tổng phần bù của 1. Tại nơi nhận, phần mềm TCP cũng thực hiện tính toán tương tự để kiểm chứng rằng segment đến được nguyên vẹn. Mục đích của việc sử dụng phần đầu giả cũng giống như đối với UDP. Nó cho phép nơi nhận kiểm chứng rằng segment đã đến đúng chính xác đích của nó, bao gồm địa chỉ IP của máy cũng như giá trị cổng giao thức. Cả hai địa chỉ nguồn và đích đều quan trọng đối với TCP bởi vì nó phải sử dụng chúng để xác định kết nối mà segment được truyền trên đó. Hình 3.10. Hình định dạng phần đầu giả của TCP Trong TCP gởi đi, vùng Protocol sẽ được gán giá trị mà hệ thống phát chuyển cơ sở sẽ sử dụng trong vùng kiểu giao thức của nó. Đối IP datagram đang chuyển tải TCP, giá trị này là 6. Vùng TCP LENGTH xác định tổng độ dài của segment TCP bao gồm cả phần đầu TCP. Tại nơi nhận, thông tin được sử dụng trong phần đầu giảđược trích ra từ IP datagram đã chuyển tải segmaent và được đưa vào trong việc tính checksum để kiểm chứng rằng segment đến đúng chính xáx được đích của nó một cách nguyên vẹn. 3.2.4.2. ACK , Timeout và việc truyền lại. Khi dữ liệu được truyền từ đầu cuối này đến đầu cuối khác đòi hỏi nó phải đi qua các mạng trung gian. Trong quá trình truyền đi, dữ liệu sẽ gặp nhiều sự cố làm cho nó bị sai lệch, mất khi truyền, các phân đọan sẽ truyền đi với nhiều đường khác nhau, do đó trật tự các gói ở đích đến cũng bị thay đổi. Như phần trước đã nói đến các phân đọan khi được truyền đi đều được phân phối chỉ số thứ tự. Nên lúc tới đích dựa vào các chỉ số này mà đầu cuối sẽ nhận biết được dữ liệu truyền đi đã bị mất ở vị trí nào, hay bị hỏng tại phân đọan thứ mấy và trật tự đúng của các phân đọan. Nhưng để nơi phát đi biết được dữ liệu nó gởi đi có đúng và chính xác tại đích đến hay không, buộc tại đích đến phải gởi lời đáp theo chiều ngược lại. TCP tạo ra trường Acknowledgement trong phân đọan để nhằm mục đích này. Trường ACK mang chỉ số của phân đọan kế tiếp mà nơi nhận đang chờ. Mặt khác nó muốn báo rằng các phân đọan trước đó đã được truyền thành công . Giả sử, phân đọan khi truyền gặp sự cố bị thất lạc (mất) không đến được đích hoặc đến được đích nhưng báo nhận về nó ở hướng ngược lại bị mất tức là lúc này nó không có báo nhận về phân đọan này. Muốn cho TCP phát biết được phân đọan của nó gởi đi bị hỏng, TCP đã sử dụng bộ đếm thời gian mỗi khi 1 phân đoạn được gởi đi. Nếu bộ đếm thời gian hết thời gian hạn định trước khi nhận được lời đáp, TCP gởi giả định rằng phân đọan bị mất hay bị hỏng nên truyền lại nó. Khoảng thời gian hạn định đó gọi là “timeout”. Nếu các máy tính trao đổi thông tin với nhau trong một mạng riêng có cùng tốc độ, độ trễ nên việc xác định timeout rất dễ dàng. Tuy nhiên TCP là giao thức được sử dụng trong môi trường liên mạng. Trong môi trường INTERNET, 1 phân đoạn di chuyển giữa một cặp máy có thể đi qua một mạng đơn có độ trì hoãn thấp (mạng cục bộ tốc độ cao) hay nó có thể di chuyển qua nhiều mạng trung gian thông qua các bộ định tuyến. Vì lí do này không thể nào biết được chuẩn thời gian mà các lời đáp gửi về nguồn. Hơn nữa bộ trì hoãn tại mỗi bộ định tuyến còn tuỳ thuộc vào mức độ lưu thông nên toàn bộ thời gian cần thiết để một phân đọan di chuyển tới đích và để một lời đáp trở về nguồn vô cùng khác biệt ở từng thời điểm. Phần mềm TCP phải dung nạp được cả sự khác biệt rất lớn về thời gian cần thiết để đi đến đích khác nhau cũng như những thay đổi về thời gian cần để đi đến một đích nào đó khi lượng giao dịch thay đổi. Dung nạp độ trì hoãn khác nhau trên mạng Internet bằng cách sử dụng một thuật giải truyền lại có tính năng hiệu chỉnh. Về bản chất, TCP kiểm tra hiệu suất của mỗi kết nối và điều chỉnh giá trị của bộ đếm thời gian một cách hợp lý. Khi hiệu suất của một kết nối thay đổi. TCP sẽ xem xét lại giá trị bộ đếm thời gian của nó. CHƯƠNG 4. CÁC ỨNG DỤNG CỦA GIAO THỨC TCP/IP. ---oOo--- 4.1. Ứng dụng trong internet trong công ngệ VoIP. Trong thời gian gần đây, Internet ngày càng phát triển. Các ứng dụng đầu tiên được đưa ra như thư tín điện tử, chat, Word Wide Web, giao thức truyền tập tin (FTP), Telnet… đã đưa mọi người khắp nơi trên thế giới lại gần nhau hơn. Hai người ở hai nơi xa có thể liên lạc trò chuyện với nhau qua liên mạng một cách nhanh chóng. Thông tin cập nhật trên mạng dễ dàng. Nhu cầu trao đổi thông tin và liên lạc của con người ngày càng tăng, cùng với sự phát triển khoa học kỹ thuật ngày nay, các nhà thiết kế liên mạng và các nhà thông tin viễn thông đã kết hợp với nhau để đưa ra các ứng dụng mới. Các ứng dụng này nhằm giúp sự liên lạc của mọi người được tiện lợi với cước phí giảm. Các dịch vụ này gồm thoại qua IP (VoIP), Fax qua IP (FoIP), Video qua IP … với việc kết hợp này nhằm gom thoại và dữ liệu truyền trên cùng một đường dây. Vấn đề truyền thoại và video qua một mạng IP là một bước đi đầu cho việc gói hoá thoại. Khi này, thoại cũng sẽ được truyền trong các gói như các dữ liệu khác mặc dù thoại là dịch vụ đòi hỏi thời gian thực. Hiện nay, VoIP đã được thực hiện trên nhiều nơi và nó đang được quan tâm nhằm cải tiến hơn về mặt chất lượng. 4.1.1. Thoại qua giao thức VoIP. Mạng IP là mạng sử dụng họ giao thức TCP/IP làm cơ sở để kết nối các mạng với nhau. Với mạng IP dùng chuyển mạch gói và giao thức chuyển phát gói không kết nối. Việc ứng dụng IP vào các dịch vụ đòi hỏi thời gian thực như thoại và Video làm giảm độ tin cậy cũng như thời gian trễ sẽ lớn dẫn tới chất lượng cuộc gọi VOIP kém hơn so với điện thoại thông thường. Tuy nhiên với chuyển mạch gói, mạng IP cho phép sử dụng hiệu quả băng thông và tài nguyên truyền dẫn, do hệ thống truyền dẫn có thể dùng cho cả thoại và dữ liệu. Giá thành thiết bị của mạng IP thấp, chi phí vận hành mạng thấp; dễ dàng triển khai các dịch vụ thông minh, dịch vụ giá trị gia tăng. Chính các ưu điểm này, VoIP có giá thành thấp, tiết kiệm chi phí thoại nhất là điện thoại đường dài và thoại quốc tế. 4.1.2. Cấu trúc một mạng VoIP. Hình 4.1. Cấu trúc mạng VoIP Trong mạng thoại VoIP, có các thành phần chính: -Mạng IP: truyền các gói tin từ cổng nguồn đến cổng đích, là phần đường dài của mạng, thường sử dụng giao thức IP. -Gateway: đóng vai trò kết nối giữa mạng PSTN với mạng IP, cung cấp giao tiếp chuẩn với PSTN là E1/T1. Sử dụng chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói để xử lý tín hiệu voice, fax, thực hiện mã hoá, giải mã để chuyển đổi từ chuyển mạch kênh sang chuyển mạch gói. -Bộ định tuyến (router): chức năng định tuyến trong mạng IP cho các gói. 4.1.3. Các giao thức được dùng trong VoIP. Mạng IP là mạng dùng giao thức IP để truyền dẫn dữ liệu trên mạng. Đặc biệt là liên mạng (Internet) dùng họ giao thức TCP/IP. Đơn vị truyền trong mạng là các gói tin, liên mạng sử dụng chuyển mạch gói để chuyển phát dữ liệu. Trong họ giao thức TCP/IP, lớp truyền tải có hai giao thức TCP và UDP. Như đã phân tích, giao thức TCP là giao thức định hướng kết nối, với giao thức này độ tin cậy cao nhưng đòi hỏi thời gian trễ lớn do mất thời gian thiết lập kết nối. Trong khi đó, UDP là giao thức định hướng phi kết nối, có nghĩa là các gói tin được chuyển phát đi mà không cần thiết lập kết nối trước đó. Hai đầu cuối sẽ không liên lạc trong quá trình truyền dữ liệu, nên dữ liệu có thể bị mất, trùng lặp,… Nhưng UDP không có tốn nhiều thời gian trễ. Trong các mạng thoại truyền thống dùng chuyển mạch kênh và có cấu trúc đồng bộ. Các mạch số được xây dựng phát chuyển dữ liệu cùng thời gian. Nơi gửi và nơi nhận đồng bộ với nhau, đảm bảo thời gian thực cho tín hiệu thoại, chống trễ và trượt. Mạng IP không phải là hệ thống đồng bộ. Các gói tin truyền đi có độ trễ lớn, nên muốn thực hiện dịch vụ thoại qua mạng phải cần có thêm các giao thức hỗ trợ để cho phép việc truyền đầy đủ ý nghĩa và tái tạo lại các tín hiệu được số hoá. Giao thức truyền tải thời gian thực (RTP) được bổ sung. Để kiểm soát chất lượng của thoại trên mạng, một số giao thức điều khiển truyền tải thời gian thực RTCP được thực hiện. 4.1.4. Chuẩn H.232. H.323 là chuẩn cho phép việc truyền thoại qua các kỹ thuật mạng cục bộ, do ITU tạo ra. Khi ứng dụng Voice qua IP được dùng, H.323 được mở rộng thêm. Chuẩn H.323 nhằm xác định cách kết hợp nhiều giao thức thành một hệ thống dùng cho việc truyền thoại qua mạng IP. Mối quan của các giao thức trong chuẩn H.323 được thể hiện trong hình 4.2. Đặc trưng trong các giao thức của chuẩn H.323 dùng trong video và thoại là có kèm giao thức RTP. Giao thức này được sử dụng để truyền các tín hiệu thoại và video đã số hoá qua liên mạng. RTP cung cấp hai phương tiện chủ chốt, đánh số thứ tự trong mỗi gói để cho phép nơi nhận phát hiện ra việc phát chuyển không đúng thứ tự hoặc bị mất gói tin và đánh dấu thời gian để nơi nhận dữ liệu có thể tái tạo lại thời gian của dữ liệu ban đầu. Hình 4.2. Các giao thức sử dụng mạng VoIP. Qua hình trên ta thấy các ứng dụng yêu cầu thời gian thực sử dụng giao thức UDP và phần mào đầu của giao thức truyền tải thời gian thực RTP sẽ được bổ sung vào dữ liệu UDP. Còn các ứng dụng dữ liệu, không đòi hỏi thời gian thực, các gói tin phát bị hỏng, sai có thể phát lại. Do đó các ứng dụng này sử dụng TCP cho lớp truyền tải. Cả TCP và UDP cùng chạy trên IP. 4.1.4.1. Giao thức truyền dẫn thời gian thực (RTP : Real Time Transport Potocol). Như chúng ta đã biết UDP là một giao thức đơn giản, các ứng dụng sử dụng UDP có khả năng thiết lập một phiên truyền dẫn nhanh chóng, tuy nhiên giao thức này không đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu tại đầu thu. Để hỗ trợ cho UDP người ta bổ sung thêm 2 giao thức nữa là RTP và giao thức điều khiển thời gian thực RTCP (Real Time Control Protocol). Hai giao thức này cũng hoạt động tại lớp truyền tải. Khi thực hiện việc truyền thoại hoặc tín hiệu video qua mạng IP, thì các gói thoại có thể đi đến đích với các thứ tự khác nhau và có các dộ trễ truyền dẫn khác nhau. Khi sử dụng RTP, nó sẽ cho phép các thiết bị đầu thu sắp xếp các gói theo đúng trật tự, cũng như đảm bảo độ trễ của các gói bằng nhau, điều này khắc phục được hiện tượng jitter của tín hiệu thoại. Bản thân RTP không chứa đựng các cơ chế để đảm bảo việc phát chuyển dữ liệu đúng hạn cũng như các cơ chế đảm bảo chất lượng dịch vụ cho tín hiệu thoại. Nhưng RTP lại dựa vào các lớp thấp hơn để thực hiện chức năng này. RTP cung cấp hai phương tiện chính là : đánh số thứ tự trong mỗi gói (sequence number) để cho phép nơi nhận phát hiện ra việc phát chuyển không đúng thứ tự hoặc bị mất, và timestamp để cho phép nơi nhận tính toán độ trễ của các gói, nhờ đó mà khắc phục được hiện tượng jitter. Một phần chủ chốt của RTP là sự hỗ trợ của nó trong việc chuyển dịch, nghĩa là thay đổi việc mã hóa của nó tại trạm trung gian, hay là việc trộn, nghĩa là nhận các dòng dữ liệu tại nhiều nguồn, kết hợp chúng lại thành một dòng rồi truyền đi. Để hiểu sự cần thiết của việc trộn, chúng ta thử hình dung việc nhiều người tại nhiều đơn vị đang tham gia vào cuộc tọa đàm từ xa qua mạng IP. Để giảm thiểu số dòng RTP, người ta có thể xác định một bộ trộn (mixer), sắp xếp để mỗi đơn vị thiết lập một giao dịch RTP với bộ trộn. Bộ trộn sẽ kết hợp các dòng dữ liệu thoại và gửi kết quả trong một dòng dữ liệu đã được số hoá. Vì RTP được thiết kế để chuyển tải nhiều loại tín hiệu thời gian thực bao gồm cả dữ liệu thoại và video, nên RTP không bó buộc phải có một cấu trúc mào đầu cố định. Phần mào đầu của RTP gồm một phần cố định và một phần có độ dài thay đổi tuỳ theo nhu cầu sử dụng trong việc chuyển tải các luồng dữ liệu thời gian thực. Hình sao minh hoạ phần mào đầu của RTP: Hình 4.3. Cấu trúc khung RTP. Vai trò của các trường trong phần mào đầu RTP. Ver (2bit): trường này dùng để nhận dạng phiên bản RTP đang dùng. Trường này được chỉ định có giá trị là 2. Phiên bản đầu tiên của RTP có giá trị 1. Pad (Padding-1bit): nếu bit này được set là 1, thì trong gói dữ liệu sẽ chứa một hay nhiều octet bổ sung ở cuối phần mào đầu, phần bổ sung này không thuộc phần dữ liệu của gói. Octet cuối cùng của phần padding mang thông tin về số lượng octet được bổ sung vào gói dữ liệu. Khi sử dụng padding sẽ đảm bảo kích thước một gói dữ liệu có số bít là bội số của một chỉ số nào đó tuỳ thuộc vào thuật toán mã hóa. EXT (Extention-1 bit): nếu bit này được set là 1 thì phần mào đầu có thêm phần mở rộng. CSC (Contributing Sources Count) (4 bit): trường này chứa đựng số lượng chỉ số nhận dạng CSRC nằm sau phần mào đầu cố định của RTP. ARK (Marker – 1 bit ): trường này dùng để đánh dấu các điểm đặc biệt trong dòng dữ liệu. Payload Type – 7 bit: trường nhận dạng loại tải của RTP và mang các thông tin giải thích cho một ứng dụng. Đây là một đặc tả chỉ định loại mã hóa của tải. Phần mô tả loại mã hoá có thể được bổ sung vào một trường bổ sung không thuộc RTP (Non-RTP). Trường này không dùng cho các luồng tín hiệu đa truyền thông. Sequence Number (16 Bit ): trường số thứ tự, nó mang số thứ tự của các gói truyền trên mạng, số thứ tự này sẽ tăng lên 1 khi có một gói mới được gởi đi, trường này được đầu thu sử dụng để phát hiện việc mất gói và để sắp xếp các gói theo đúng trình tự. Giá trị ban đầu của số thứ tự là ngẫu nhiên. Timestamp (32 Bit): chứa giá trị 32 bit là thời gian tại đó octet đầu tiên của dữ liệu số được lấy mẫu. Timestamp ban đầu được lấy ngẫu nhiên và được dùng để tạo lại thời gian thoại ban đầu, giúp nơi nhận xác định tính nhất quán hoặc sự thay đổi số lần xuất hiện hay hiện tượng trượt (Jitter). Nơi gửi RTP đặt giá trị timestamp trong mỗi gói dữ liệu nó gửi đi. Nơi nhận ứng dụng RTP so sánh thời gian mà gói dữ liệu thật sự đến với giá trị timestamp. Nếu thời gian các gói dữ liệu đến bằng khi chúng được gửi đi tức là không có sự thay đổi. Có thể có nhiều tác động làm thay đổi sự xuất hiện gói dữ liệu như điều kiện mạng, nhưng với cơ chế này nơi nhận có thể dễ dàng tính toán được độ trượt. Synchronization Source Identification (SSRC) (32 Bit): trường này dùng để nhận dạng nguồn đồng bộ. Mỗi nguồn phải chọn một định danh 32 bit duy nhất. Khi bộ trộn kết hợp nhiều dòng dữ liệu lại với nhau, nó bắt đầu đồng bộ nguồn mới. Tuy nhiên thông tin về nguồn ban đầu vẫn không bị mất, vì bộ trộn sử dụng trường nhận dạng CSRC. Contributing Source Indentifiers (CSRC): trường này có kích thước thay đổi để cung cấp việc đồng bộ cho mỗi dòng tín hiệu riêng biệt khi được trộn lại với nhau. Số lượng các luồng tín hiệu tham gia vào quá trình trộn được xác định thông qua chỉ số CSC, số lượng này tối đa là 15. RTP là giao thức hoạt động tại lớp truyền dẫn. Nếu nó đóng vai trò như một giao thức truyền dẫn bình thường, thì RTP yêu cầu mỗi thông điệp phải được đóng gói trực tiếp trong một IP datagram. Thực ra RTP không có chức năng của giao thức truyền dẫn, mặc dù nó được phép, nhưng việc đóng gói trực tiếp trong IP không xảy ra trong thực tế. Thay vì thế, RTP chạy ở trên UDP, có nghĩa là mỗi thông điệp RTP được đóng gói trong một UDP datagram. Ưu điểm chính của UDP là xử lí song song – một máy tính có thể có nhiều ứng dụng cùng sử dụng RTP. 4.1.4.2. Giao thức điều khiển thời gian thực ( RTCP : Real Time Control Potocol). Giao thức RTP chỉ đảm bảo việc cho phép nơi nhận tái tạo lại nội dung của tín hiệu được phát đi tại đầu phát. Tuy nhiên, một khía cạnh khác của vịêc truyền dẫn thời gian thực cũng không kém phần quan trọng đó là việc kiểm soát mạng cơ sở trong suốt quá trình giao dịch và cung cấp thông tin giao dịch “out of band” giữa các điểm cuối. Cơ chế này đặc biệt quan trọng trong những trường hợp sử dụng các mô hình có khả năng hiệu chỉnh. Ví dụ, một ứng dụng có thể quyết định sử dụng cách mã hóa với băng thông thấp khi mạng cơ sở bị nghẽn mạch, hoặc nơi nhận có thể thay đổi kích thước vùng đệm của nó khi trì hoãn hay jitter trên mạng thay đổi. Cơ chế “ out of band” có thể được sử dụng để gửi thông tin song song với dữ liệu thời gian thực. Để có thể thực hiện được tất cả các cơ chế trên người ta sử dụng một giao thức đi kèm và cũng là một phần tích hợp của RTP, được gọi là giao thức điều khiển thời gian thực RTCP. RTCP cho phép nơi gửi và nơi nhận truyền đi một chuỗi các thông báo cho nhau. Thông báo này chứa thêm thông tin về dữ liệu được truyền và hiệu suất của mạng. Các thông điệp RTCP được đóng gói trong UDP (bởi vì có những thông điệp ngắn, nên chuẩn cho phép nhiều thông điệp RTCP được kết hợp vào trong một UDP datagram), và được gởi đi thông qua cổng giao thức lớn hơn một so với giá trị cổng của dòng RTP. RTCP sử dụng năm kiểu thông điệp cơ bản để cho phép nơi gởi và nơi nhận trao đổi thông tin về một giao dịch. Bảng sau liệt kê các kiểu này: Bảng 4.1. Các loại thông điệp của RTCP. Chức năng của các thông điệp RTCP. Sender report: thông điệp này dùng để cung cấp timestamp tuyệt đối. Để hiểu sự cần thiết của timestamp tuyệt đối, chúng ta cần biết rằng RTP cho phép mỗi dòng dữ liệu chọn một độ gia tăng cho timestamp của nó và timestamp đầu tiên được chọn ngẫu nhiên. Timestamp tuyệt đối trong Sender report là dữ liệu rất quan trọng vì nó cung cấp cơ chế duy nhất cho nơi nhận đồng bộ nhiều dòng dữ liệu. Bởi vì RTP yêu cầu một dòng riêng cho cho một loại tín hiệu, nên việc truyền thoại và video đi kèm đòi hỏi hai dòng dữ liệu. Thông tin timestamp tuyệt đối cho phép nơi nhận có thể đồng bộ việc phát đồng thời hai dòng này cùng một lúc. Receiver report: thông điệp này dùng để thông báo cho nơi gởi tình trạng của nơi nhận. Có hai lí do quan trọng cần phải có loại thông điệp này. Trước hết, chúng cho phép tất cả các nơi nhận có tham gia vào giao dịch cũng như nơi gửi biết được tình trạng của những nơi nhận khác. Thứ hai, chúng cho phép nơi nhận cập nhật điều chỉnh tốc độ gửi thông báo của nó để tránh tiêu phí băng thông và làm cho nơi gửi bị quá tải. Mô hình hiệu chỉnh cho phép đảm bảo lượng lưu thông dành cho việc điều khiển không vượt quá 5% lượng lưu thông của dữ liệu thời gian thực, và lượng thông điệp receiver report phát sinh sẽ không vượt qua 75% lượng dữ liệu điều khiển. Mỗi thông điệp receiver report xác định một hay nhiều nguồn đồng bộ, và chứa những đoạn riêng dành cho mỗi nguồn. Mỗi đoạn xác định số thứ tự cao nhất của gói đã nhận được từ nguồn, tích lũy và tỷ lệ gói bị mất, thời gian kể từ khi thông báo RTCP cuối cùng đến được nguồn. Source description: thông điệp này dùng để cung cấp thông tin tổng quát về người sử dụng đang nắm giữ hoặc điều khiển nguồn. Mỗi thông điệp chứa một đoạn cho mỗi dòng RTP được gởi đi, nội dung của nó dùng cho nhà quản lí mạng. Bye message: kiểu thông điệp này dùng để thông báo việc kết thúc một dòng truyền dẫn. Application specific: kiểu thông điệp này cung cấp một phương tiện mở rộng cho tính năng cơ bản cho phép chương trình ứng dụng định nghĩa kiểu thông điệp dành riêng cho nó. 4.1.4.3. Quá trình thực hiện cuộc thoại trong VoIP. Cũng như trong mạng PSTN, mỗi cuộc gọi VoIP cũng có các quá trình thiết lập, truyền dẫn và quá trình giải tỏa cuộc gọi. Công nghệ điện thoại sử dụng thuật ngữ báo hiệu để chỉ tiến trình thiết lập cuộc gọi. Cơ chế báo hiệu trong mạng PSTN sử dụng hệ thống báo hiệu số 7 (SS7). SS7 thực hiện việc chuyển cuộc gọi trước khi dữ liệu thoại được chuyển đi. Khi có được số điện thoại, nó hình thành một mạch thông qua mạng, gởi tín hiệu chuông đến số điện thoại này, và kết nối mạch khi có người trả lời. SS7 cũng xử lí các chi tiết như chuyển cuộc gọi và những điều kiện lỗi như là số điện thoại đang bận. Trước khi IP có thể sử dụng cho điện thoại, thì phải thiết lập được chức năng báo hiệu. Hơn thế nữa, để có thể được chấp nhận bởi các công ty điện thoại, điện thoại IP phải tương thích được với các chuẩn điện thoại hiện tại – hệ thống điện thoại IP phải hoạt động chung với hệ thống điện thoại thông thương ở mỗi cấp. Như thế, nó phải có thể chuyển dịch giữa các tín hiệu được sử dụng với IP và SS7. Một cuộc gọi trên mạng IP thông thường được thực hiện qua các bước sau: Bước 1. Thuê bao nhấc máy điện thoại, một tín hiệu chỉ thị điều kiện nhấc máy được đưa đến phần ứng dụng báo hiệu trên mạng VoIP. Bước 2. Phần ứng dụng lớp phiên của VoIP tạo ra âm mời quay số và đợi thuê bao bấm số của thuê bao bị gọi. Bước 3. Thuê bao bấm số điện thoại, những số này sẽ được tích lũy và lưu trong phần ứng dụng lớp phiên. Bước 4. Sau khi thuê bao đã bấm đủ số điện thoại, số này sẽ được đưa đến một host IP thông qua bảng định tuyến. Host IP có một kết nối trực tiếp tới thuê bao bị gọi hoặc tới một PBX có chứa thuê bao bị gọi. Bước 5. Ứng dụng lớp phiên sử dụng giao thức H.323 để thiết lập quá trình truyền dẫn và thiết lập một kênh truyền cho mỗi hướng thông qua mạng IP. Nếu cuộc gọi được điều khiển bởi PBX thì PBX sẽ chuyển cuộc gọi đến nơi bị gọi. Nếu RSVP được sử dụng thì quá trình lưu trữ RSVP sẽ được thực hiện để đạt được mức QoS mong muốn trên mạng IP. Bước 6. Các bộ CODEC sẽ được sử dụng ở 2 đầu cuối để thực hiện việc mã hoá và giải mã tín hiệu thoại. Trong quá trình đàm thoại thì các giao thức RTP/UDP/IP được sử dụng để truyền các gói thoại. Bước 7. Khi quá trình đàm thoại được thiết lập, thì bất kì một chỉ thị nào dành cho cuộc gọi sẽ bị ngắt. Quá trình báo hiệu cho cuộc gọi có thể sử dụng tín hiệu lưỡng âm đa tần (DTMF) hoặc sử dụng giao thức điều khiển RTP (RTCP). Bước 8. Khi một trong 2 đầu cuối gác máy. Việc lưu trữ RSVP sẽ được giải phóng (nếu RSVP được sử dụng) và phiên truyền sẽ kết thúc. Mỗi đầu cuối sẽ được đặt vào chế độ rỗi và đợi thiết lập một cuộc gói mới. 4.2. Ứng Dụng Trong Truyền Hình IP (Internet Protocol Television - IPTV). 4.2.1. Giới thiệu về IPTV. Truyền hình là một trong những sáng chế quan trọng của con người mang tính cách mạng trong lĩnh vực truyền thông, đã phát triển trong 70 năm qua với nhiều sự thay đổi và tiến bộ vượt bậc. Ngày nay công nghệ truyền hình đã phát triển với nhiều hình thức khác nhau như sự ra đời của dịch vụ truyền hình vệ tinh, truyền hình cáp, truyền hình kỹ thuật số, truyền hình độ nét cao (High Definition Television - HDTV) và đặc biệt là sự ra đời của dịch vụ IPTV trong những năm 90 đã để lại dấu ấn trong lịch sử phát triển của lĩnh vực truyền hình. IPTV là một hệ thống mà dịch vụ truyền hình số được cung cấp thông qua mạng IP, bao gồm cả những kết nối băng rộng. Định nghĩa một cách tổng quan thì IPTV là một phương thức truyền hình, thay vì sử dụng phương thức quảng bá và cáp truyền thống, sử dụng công nghệ dựa trên hệ thống mạng máy tính. Đây là một phương thức cung cấp dịch vụ truyền hình mới sẽ làm thay đổi đáng kể thị phần của các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình truyền thống hiện nay. World News Now của ABC đã có buổi trình chiếu truyền hình quảng bá qua mạng Internet đầu tiên vào năm 1994, đó là lần xuất hiện đầu tiên của dịch vụ IPTV và phát triển tới bây giờ. Dịch vụ IPTV được cung cấp thông qua một hệ thống mạng rất phức tạp và được đầu tư với băng thông rộng nhằm đáp ứng số lượng lớn các luồng multicast. từ đó dễ dàng cung cấp nhiều hoạt động tương tác hơn với khả năng tích hợp nhiều dịch vụ và hội tụ nhanh. Hình 4.4. Cấu trúc mạng IPTV Trung tâm dữ liệu IPTV ( Service Providers IPTV Data Center): trung tâm dữ liệu IPTV nhận nội dung từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm truyền hình địa phương, các nhà tập hợp nội dung, nhà sản xuất nội dung, qua đường cáp, trạm số mặt đất hay vệ tinh. Ngay khi nhận được nội dung, một số các thành phần phần cứng khác nhau từ thiết bị mã hóa và các máy chủ video tới bộ định tuyến IP và thiết bị bảo mật giành riêng được sử dụng để chuẩn bị nội dung video cho việc phân phối qua mạng dựa trên IP. Ngoài ra, hệ thống quản lý thuê bao được yêu cầu để quản lý hồ sơ và phí thuê bao của những người sử dụng. Mạng truyền dẫn băng thông rộng (Broadband Access Network): truyền dẫn dịch vụ IPTV yêu cầu kết nối điểm – điểm. Khi triển khai IPTV trên diện rộng, số lượng các kết nối điểm – điểm tăng đáng kể và yêu cầu băng thông của cơ sở hạ tầng khá rộng. Sự tiến bộ trong công nghệ mạng trong những năm qua cho phép những nhà cung cấp viễn thông đáp ứng một lượng lớn yêu cầu độ rộng băng thông mạng. Mạng truyền hình cáp lai cáp quang cáp đồng trục và các mạng viễn thông dựa trên cáp quang rất phù hợp để truyền tải nội dung IPTV. -Thiết bị người dùng IPTV (IPTVCD): IPTVCD là thành phần quan trọng trong việc cho phép mọi người có thể truy xuất vào các dịch vụ IPTV. Thiết bị này kết nối vào mạng băng rộng và có nhiệm vụ giải mã và xử lý dữ liệu video dựa trên gói IP gửi đến. Thiết bị người dùng hỗ trợ công nghệ tiên tiến để có thể tối thiểu hóa hay loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng của lỗi, sự cố mạng khi xử lý nội dung IPTV. Các loại IPTVCD phổ biến nhất là RG, IP set-top-box. Trong đó RG là modem ADSL trên mạng ADSL và modem cáp trên mạng truyền hình cáp hai chiều . Mạng gia đình (Home Work): mạng gia đình kết nối với một số thiết bị kỹ thuật số bên trong một diện tích nhỏ. Nó cải tiến việc truyền thông và cho phép chia sẻ tài nguyên các thiết bị kỹ thuật số đắt tiền giữa các thành viên trong gia đình. Mục đích của mạng gia đình là để cung cấp việc truy cập thông tin, như là tiếng nói, âm thanh, dữ liệu, giải trí, giữa những thiết bị khác nhau trong nhà. Với mạng gia đình, người dùng có thể tiết kiệm tiền và thời gian bởi vì các thiết bị ngoại vi như là máy in và máy scan, cũng như kết nối Internet băng rộng có thể được chia sẻ một cách dễ dàng. 4.2.2. Các ứng dụng của IPTV. Dịch vụ truyền hình cơ bản giúp người xem có thể xem các kênh của truyền hình cáp hay vệ tinh thông thương ngoài ra còn cung cấp thêm một số kênh nước ngoài rất đa dạng và phong phú về nội dung ….. -Dịch vụ truyền hình theo yêu cầu: với ứng dụng băng rộng như trò chơi theo yêu cầu, karaoke theo yêu cầu, nghe nhạc theo yêu cầu …. -Dịch vụ đa phương tiện cho phép download nhạc, hình ảnh hay video… -Truyền hình tương tác : biết tin tức, thời tiết, giao thông, thông tin trong vùng hay thông tin toàn quốc. Ngoài ra nếu muốn có thể tra cứu ngân hàng, chứng khoán, mua sắm, mua vé hay đấu giá…. -Truyền hình của hôm trước : có thể xem lại các chương trình yêu thích của ngày hôm trước. -Có thể điện thoại hay nhắn tin và truy cập Internet hay chơi game… -Máy ghi hình các nhân :lưu lại các chương trình mình thích… 4.2.3. Ưu điểm của IPTV. Tích hợp đa dịch vụ: đó là trên cùng một đường kết nối Internet người dùng IPTV có thể được sử dụng cùng một lúc rất nhiều dịch vụ khác nhau như truy cập Internet, truyền hình, điện thoại cố định và di động ... Qua đó mang lại cho người dùng sự tiện lợi trong quá trình sử dụng. Tính tương tác cao: IPTV sẽ mang lại cho người dùng trải nghiệm xem truyền hình có tính tương tác và cá nhân hóa rất cao. Ví dụ, nhà cung cấp dịch vụ IPTV có thể tích hợp một chương trình hướng dẫn tương tác cho phép người xem có thể tìm kiếm nội dung chương trình truyền hình theo tựa đề hoặc tên diễn viên. Hoặc nhà cung cấp dịch vụ có thể triển khai chứng năng “hình-trong-hình” (picture-in-picture) cho phép người dùng xem nhiều kênh cùng một lúc. Người dùng cũng có thể sử dụng TV để truy cập đến các nội dung đa phương tiện khác trên máy tính như hình ảnh hay video hoặc sử dụng điện thoại di động để điều khiển TV ở nhà ghi lại một chương trình ưa thích nào đó ... Một phương thức tương tác khác mà nhà cung cấp dịch vụ IPTV có thể triển khai là cung cấp các thông tin mà người xem yêu cầu trực tiếp trong quá trình xem chương trình. Ví dụ bạn muốn biết thông tin về đội bóng mà bạn yêu thích khi đội bóng đang thi đấu trên màn hình ... Trên thực tế tính tương tác cao hoàn toàn có thể xuất hiện ở các loại hình truyền hình số khác như truyền hình vệ tinh hay cáp. Song để triển khai được thì cần phải có sự kết nối tương tác giữa đầu phát sóng và bộ thu sóng. Đây là điều mà truyền hình vệ tinh và cáp không thể thực hiện được. Muốn triển khai thì hai hình thức truyền hình này buộc phải kết hợp với các hạ tầng mạng khác như Internet hoặc mạng điện thoại di động. Công nghệ chuyển mạch IP: Hầu hết người dùng đều không biết rằng truyền hình cáp và vệ tinh thường gửi đi tất tả tín hiệu của mọi kênh cùng một lúc cùng một thời điểm nhằm cho phép người dùng chuyển đổi kênh tức thời như chúng ta vẫn thấy. Điều này dẫn tới sự lãng phí băng thông cần thiết. IPTV sử dụng công nghệ chuyển mạch IP để loại bỏ hạn chế này. Mọi dữ liệu chương trình truyền hình được lưu trữ tại một vị trí trung tâm và chỉ có dữ liệu kênh mà người dùng yêu cầu xem là được truyền đi. Điều này sẽ cho phép nhà cung cấp dịch vụ có thể bổ sung thêm được nhiều dịch vụ cho IPTV hơn vì băng thông dư thừa còn nhiều. Mạng gia đình: kết nối vào mạng Internet trong gia đình không chỉ có TV mà còn có các máy tính khác. Điều này sẽ cho phép người dùng có thể sử dụng TV để truy cập đến những nội dung đa phương tiện trên máy tính như ảnh số, video, lướt web, nghe nhạc... Không những thế một số màn hình máy tính giờ đây còn được tích hợp khả năng vận hành như một chiếc tivi bình thường. Tất cả liên kết sẽ trở thành một mạng giải trí gia đình hoàn hảo. Video theo yêu cầu . Video on Demand (VOD): là tính năng tương tác được mong đợi nhất ở IPTV. Tính năng này cho bạn có thể yêu cầu xem bất kỳ một chương trình truyền hình nào đó mà bạn ưa thích. Ví dụ, bạn muốn xem một bộ phim đã chiếu cách đây vài năm thì chỉ cần thực hiện tìm kiếm và dành thời gian để xem hoặc ghi ra đĩa xem sau. Kiểm soát tối đa chương trình TV: VOD nói chính xác cũng là một phần lợi thế này. Đây là tính năng mà người dùng sẽ cảm thấy thích thú nhất ở IPTV bởi nó cho phép họ có thể kiểm soát tối đa chương trình truyền hình. Không còn thụ động phải xem những gì mà nhà cung cấp dịch vụ phát đi như ở truyền hình truyền thống hay vệ tinh mà giờ đây bạn có khả năng kiểm soát tối đa những nội dung mà bạn muốn xem. Với VOD bạn có thể chọn lựa những chương trình mình thích. Nhờ đó mà thiết bị điều khiển từ xa của IPTV sẽ có đầy đủ tính năng như điều khiển một chiếc đầu đĩa. Điều này cũng đơn giản bởi nội dung được cung cấp duy nhất theo yêu cầu của người xem chứ không cung cấp rộng cho tất cả mọi người dùng như truyền hình truyền thống. Truyền hình chất lượng cao HD: IPTV có khâu điều chỉnh chất lượng cung cấp dịch vụ đảm bảo chất lượng cao với chất lượng âm thanh và hình ảnh sắc nét vì nhớ kết nối băng thông rộng nên điều này có thể làm được, đó cũng là một trong những ưu điểm của IPTV mà người dùng mong đợi. Chi phí rẻ: người dùng chỉ phải trả tiền thuê bao trọn gói hàng tháng để truy cập Internet có tích hợp luôn dịch vụ IPTV. Từ đó người dùng có thể xem được cách chương trình truyền hình, giải trí…. mà không mất thêm bất cứ chi phí gì. 4.2.4. Nhược điểm của IPTV. Nhược điểm lớn của IPTV chính là khả năng mất dữ liệu rất cao và sự chậm trễ truyền tín hiệu. Nếu như đường kết nối mạng của người dùng không thật sự tốt cũng như không đủ băng thông cần thiết thì khi xem chương trình sẽ rất dễ bị giật hay việc chuyển kênh có thể tốn khá nhiều thời gian để tải về. Thêm vào nữa nếu máy chủ của nhà cung cấp dịch vụ không đủ mạnh thì khi số lượng người xem truy cập vào đông thì chất lượng dịch vụ giảm sút rõ ràng. Nhược điểm nữa của IPTV là phụ thuộc vào máy tính của người sử dụng. Hiện nay, hầu hết các máy tính mới mua đều đáp ứng được đầy đủ tính năng để có thể xem được IPTV. Tuy nhiên ở các máy tính cũ bạn sẽ thấy khi sử dụng dịch vụ IPTV sẽ thấy hình bị giật, tiếng bị dứt đoạn hay không thể vừa xem vừa làm công việc khác được, đó bởi vì RAM bạn đang thiếu, bộ vi xử lý còn thấp. Khi đó để có thể sử dụng dịch vụ IPTV tốt hơn bạn cần nâng cấp RAM và bộ vi xử lý điều này làm tốn thêm chi phí của người dùng. IPTV là dịch vụ dựa vào mạng Internet vì thế việc bị hack vào khá dễ dàng hơn khi so với các mạng lưới truyền hình truyền thống. Vì thế việc bị mất các thông tin cá nhân của người dùng là rất dễ. Ngoài ra các nhà cung cấp dịch vụ IPTV cũng gặp các vấn đề khó khăn về tài chính vì lợi nhuận trung bình là còn thấp dẫn đến tình trạng nghèo nàn thông tin trên các kênh IPTV. 4.3. Ứng Dụng IP Trong Mạng Riêng Ảo ( Virtual Private Network ). 4.3.1. Giới Thiệu Mạng Riêng Ảo (VPN). Một mạng VPN điển hình bao gồm mạng LAN chính tại trụ sở (Văn phòng chính), các mạng LAN khác tại những văn phòng từ xa; các điểm kết nối (như 'Văn phòng' tại gia ) hoặc người sử dụng (Nhân viên di động) truy cập đến từ bên ngoài.Về cơ bản, VPN là một mạng riêng sử dụng hệ thống mạng công cộng (thường là Internet) để kết nối các địa điểm hoặc người sử dụng từ xa với một mạng LAN ở trụ sở trung tâm. Thay vì dùng kết nối thật khá phức tạp như đường dây thuê bao số, VPN tạo ra các liên kết ảo được truyền qua Internet giữa mạng riêng của một tổ chức với địa điểm hoặc người sử dụng ở xa. 4.3.2. Các loại Mạng VPN. Có hai loại phổ biến hiện nay là VPN truy cập từ xa (Remote-Access ) và VPN điểm-nối-điểm (site-to-site). + VPN truy cập từ xa còn được gọi là mạng Dial-up riêng ảo (VPDN), là một kết nối người dùng-đến-LAN, thường là nhu cầu của một tổ chức có nhiều nhân viên cần liên hệ với mạng riêng của mình từ rất nhiều địa điểm ở xa. Ví dụ như công ty muốn thiết lập một VPN lớn phải cần đến một nhà cung cấp dịch vụ doanh nghiệp (ESP). ESP này tạo ra một máy chủ truy cập mạng (NAS) và cung cấp cho những người sử dụng từ xa một phần mềm máy khách cho máy tính của họ. Sau đó, người sử dụng có thể gọi một số miễn phí để liên hệ với NAS và dùng phần mềm VPN máy khách để truy cập vào mạng riêng của công ty. Loại VPN này cho phép các kết nối an toàn, có mật mã. Hình minh họa cho thấy kết nối giữa Văn phòng chính và "Văn phòng" tại gia hoặc nhân viên di động là loại VPN truy cập từ xa). Hình 4.5. Mô hình mạng VPN. + VPN điểm-nối-điểm là việc sử dụng mật mã dành cho nhiều người để kết nối nhiều điểm cố định với nhau thông qua một mạng công cộng như Internet. Loại này có thể dựa trên Intranet hoặc Extranet. Loại dựa trên Intranet: Nếu một công ty có vài địa điểm từ xa muốn tham gia vào một mạng riêng duy nhất, họ có thể tạo ra một VPN intranet (VPN nội bộ) để nối LAN với LAN. Loại dựa trên Extranet: Khi một công ty có mối quan hệ mật thiết với một công ty khác (ví dụ như đối tác cung cấp, khách hàng...), họ có thể xây dựng một VPN extranet (VPN mở rộng) kết nối LAN với LAN để nhiều tổ chức khác nhau có thể làm việc trên một môi trường chung. Trong hình minh họa trên, kết nối giữa văn phòng chính và văn phòng từ xa là loại VPN Intranet, kết nối giữa văn phòng chính với đối tác kinh doanh là VPN Extranet. Bảo Mật Trong VPN. Tường lửa (firewall): là rào chắn vững chắc giữa mạng riêng và Internet. Bạn có thể thiết lập các tường lửa để hạn chế số lượng cổng mở, loại gói tin và giao thức được chuyển qua. Một số sản phẩm dùng cho VPN như router 1700 của Cisco có thể nâng cấp để gộp những tính năng của tường lửa bằng cách chạy hệ điều hành Internet Cisco IOS thích hợp. Tốt nhất là hãy cài tường lửa thật tốt trước khi thiết lập VPN. Mật mã truy cập: là khi một máy tính mã hóa dữ liệu và gửi nó tới một máy tính khác thì chỉ có máy đó mới giải mã được. Có hai loại là mật mã riêng và mật mã chung. Mật mã riêng (Symmetric-Key Encryption): Mỗi máy tính đều có một mã bí mật để mã hóa gói tin trước khi gửi tới máy tính khác trong mạng. Mã riêng yêu cầu bạn phải biết mình đang liên hệ với những máy tính nào để có thể cài mã lên đó, để máy tính của người nhận có thể giải mã được. Mật mã chung (Public-Key Encryption): Kết hợp mã riêng và một mã công cộng. Mã riêng này chỉ có máy của bạn nhận biết, còn mã chung thì do máy của bạn cấp cho bất kỳ máy nào muốn liên hệ với nó. Để giải mã một bản tin, máy tính phải dùng mã chung được máy tính nguồn cung cấp, đồng thời cần đến mã riêng của nó nữa. Có một ứng dụng loại này được dùng rất phổ biến là Pretty Good Privacy (PGP), cho phép bạn mã hóa hầu như bất cứ thứ gì. 4.3.4. Kiến Trúc Mạng Riêng Ảo. Hình 4.6. Cấu trúc đường hầm VPN. Đường hầm : là kết nối giữa 2 điểm cuối khi cần thiết. Kết nối này mang tính Logic ảo không phụ thuộc vào cấu trúc vật lý của mạng. Nó che dấu các thiết bị như bộ định tuyến, chuyển mạch và trong suốt đối với người dùng. Đường hầm được tạo ra bằng cách đóng gói các gói tin để truyền qua Internet. Đóng gói có thể mã hóa gói gốc và thêm tiêu đề IP mới cho gói. Tai điểm cuối cùng, cổng dạng gói tin đường hầm IP Header, AH, ESP, tiêu đề và dữ liệu. 4.3.5. Giao Thức IPSec. IPSec bảo đảm tính tin cậy, tính toàn vẹn và tính xác thực truyền dự liệu qua mạng IP công cộng. IPSec định nghĩa hai loại tiêu đề cho gói IP điều khiển quá trình xác thực và mã hóa : một là xác thực tiêu đề Authentication Header (AH), hai là đóng gói bảo mật tải Encapssulating Security Payload (ESP). AH đảm bảo tính toàn vẹn cho tiêu đề gói và dự liệu còn ESP thực hiện mã hóa và đảm bảo tính toàn vẹn cho gói dự liệu nhưng không bảo vệ tiêu đề cho gói IP như AH. IPSec sử dụng giao thức Internet Key Exchange (IKE) để thỏa thuận liên kết bảo mật. IKE cần được sử dụng phần lớn các ứng dụng thực tế để đem lại thông tin liên lạc an toàn trên diện rộng. + Authentication Header ( AH ): có tác dụng xác thực, AH thì thường ít được sử dụng vì nó đã có trong giao thức ESP. + Encapsulation Security Payload (ESP): có tác dụng xác thực, mã hóa và đảm bảo tính trọn vẹn dữ liệu. Đây là giao thức được dùng phổ biến trong việc thiết lập IPSec. + Internet Key Exchange ( IKE ): giúp cho các thiết bị tham gia VPN trao đổi với nhau về thông tin an ninh như mã hóa thế nào? Mã hóa bằng thuật toán gì? Bao lâu mã hóa 1 lần. IKE có tác dụng tự động thỏa thuận các chính sách an ninh giữa các thiết bị tham gia VPN . Do đó IKE giúp cho Ipsec có thể áp dụng cho các hệ thống mạng mô hình lớn. Trong quá trình trao đổi key IKE dùng thuật toán mã hóa đối xứng (symmetrical encrytion) để bảo vệ việc trao đổi key giữa các thiết bị tham gia VPN. 4.3.5.1. Xác thực tiêu đề AH. Xác thực tiêu đề AH cho phép xác thực và kiểm tra tính toàn vẹn dữ liệu của các gói IP truyền giữa hai hệ thống. Nó là một phương tiện để kiểm tra xem dữ liệu có bị thay đổi trong khi truyền không. Do AH không cung cấp khả năng mật mã dữ liệu nên các dữ liệu đều được truyền dưới dạng bản rõ. AH được chèn giữa tiêu đề IP và nội dung phía sau. Gói dữ liệu không bị thay đổi nội dung khi chèn AH vào. Hình 4.7. Khuôn dạng gói tin IPv4 trước và sau khi xử lý AH. Bọc gói bảo mật tải ESP. Bọc gói dữ liệu tải được sử dụng để cung cấp tính an toàn cho các gói tin được truyền đi với các chức năng như mật mã dữ liệu, xác thực nguồn gốc dữ liệu, kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu. ESP đảm bảo tính bí mật của thông tin thông qua việc mật mã gói tin IP. Tất cả lưu lương ESP đều được mật mã giữa hai hệ thống. Với đặc điểm này thì xu hướng sẽ sử dụng ESP nhiều hơn AH để tăng tính an toàn cho dữ liệu. Giống như tiêu đề AH, tiêu đề ESP được chèn vào giữa tiêu đề IP và nội dung tiếp theo của gói. Tuy nhiên ESP có nhiệm vụ mã hóa dữ liệu nên nội dung của gói sẽ bị thay đổi. Hình 4.8. Khuôn dạng gói tin IPv4 trước và sau khi xử lý ESP. KẾT LUẬN Giao thức TCP/IP là một tên gọi của họ giao thức gồm nhiều giao thức giúp cho việc liên kết các mạng. Trong họ giao thức TCP/IP, hai giao thức chính TCP và IP đặc trưng cho giao thức của lớp truyền tải và lớp mạng. Bên cạnh đó còn có nhiều giao thức khác ICMP,ARP, RARP…Ở lớp truyền tải, ngoài giao thức TCP là giao thức định hướng kết nối còn có giao thức UDP là giao thức định hướng phi kết nối dùng cho các ứng dụng đòi hỏi thời gian thực. Giao thức IP hiện đang dùng là phiên bản 4, phiên bản này có không gian địa chỉ 32 bit. Ngày liên mạng mới ra đời thì không gian địa chỉ là dư thừa cho việc sử dụng. Nhưng ngày nay, không gian địa chỉ 32 bit không còn đáp ứng kịp cho nhu cầu ngày càng tăng. Vì lý do đó, các nhà thiết kế liên mạng đã nghiên cứu đưa ra một phiên bản mới với không gian địa chỉ 128 bit, với tên là IPv6. Giao thức IP được xây dựng với mong muốn có khả năng chạy trên bất cứ mạng truyền dẫn nào và hỗ trợ việc trao đổi thông tin giữa các nền hệ thống khác nhau. Ban đầu, IP cung cấp mô hình dịch vụ “hiệu quả tối đa”-cố gắng để khai thác hết khả năng trong giới hạn cho phép nhưng không đảm bảo độ trễ và mất mát dữ liệu. Khi có nhiều kết nối mạng, yêu cầu phục vụ có thể vượt quá dung lượng mạng, nhưng dịch vụ vẫn không bị từ chối. Tuy nhiên chất lượng dịch vụ bị giảm xuống, thể hiện rõ nhất là sự mất gói dữ liệu, tốc độ truy nhập giảm hẳn, thậm chí không có dữ liệu trao đổi qua liên kết. Các ứng dụng ban đầu trên liên mạng chỉ là truyền tập tin, thư điện tử (e-mail), Word Wide Web… các dịch vụ này không đòi hỏi thời gian thực nên không bị ảnh hưởng xấu. Nhưng hiện nay, với dịch vụ thoại qua liên mạng VoIP, Video qua IP, … đòi hỏi về thời gian thực. Để có thể đạt được chất lượng tốt, mạng IP phải bổ sung các giao thức đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS). QoS không tạo ra băng thông, nhưng nó quản lý băng thông một cách hiệu quả để đáp ứng các yêu cầu đa dạng của các loại ứng dụng. Tóm lại, với họ giao thức TCP/IP liên mạng đã được hình thành. Internet với nhiều ứng dụng đã góp phần thúc đẩy thông tin liên lạc, giúp mọi người trên thế giới gần nhau hơn. Đặc biệt, gần đây khi thoại được truyền qua liên mạng thì người dùng sẽ không còn lo lắng về cước phí cao.