1 NGHIÊN CỨU TỔNG ĐÀI VOICE IP VÀ CÀI ĐẶT HỆ THỐNG TỔNG ĐÀI VOICE IP CHO MẠNG LAN Phạm Minh Dũng – Lâm Thị Hải Lý Khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học Lạc Hồng 1 Email: phamminhdung0105@gmail.com, haily2312@gmail.com Tóm tắt: Bài báo này trình bày một cái nhìn tổng quan về hệ thống VoIP, cũng như thiết lập thử nghiệm hệ thống tổng đài VoIP sử dụng mã nguồn mở Asterisk cùng với các thiết bị sẵn có ở Học viện mạng Cisco của trường Đại học Lạc Hồng, qua đó đánh giá khả năng của thiết bị có đáp ứng đủ nhu cầu để triển khai cho toàn bộ trường đại học Lạc Hồng, cùng với đó đề xuất các giải pháp triển khai tổng đài VoIP cho trường đại học Lạc Hồng nói riêng và các tổ chức có yêu cầu xây dựng tổng đài điện thoại nói chung sao cho tiết kiệm nhất. I. GIỚI THIỆU Với sự phát triển mạnh mẽ của mạng Internet hiện nay, cùng với các dịch vụ đi kèm, công nghệ truyền giọng nói qua mạng Internet (công nghệ VoIP) dần một thay thế công nghệ truyền giọng nói qua mạng điện thoại truyền thống (PSTN). Với những ưu điểm của mình công nghệ VoIP sẽ ngày một phát triển trong tương lai. Và trường đại học với hạ tầng mạng đã được xây dựng tốt và hoàn thiện cũng đang hướng tới việc sử dụng công nghệ VoIP để dần thay thế mạng điện thoại truyền thống. II. ĐẶT VẤN ĐỀ Đối với một tổ chức hay một doanh nghiệp, để đáp ứng nhu cầu liên lạc giữa các phòng ban, các văn phòng chi nhánh, họ thường đăng ký thuê bao điện thoại trực tiếp từ nhà cung cấp viễn thông để đáp ứng cho nhu cầu liên lạc. Khi sử dụng một số lượng lớn đường thuê bao trực tiếp này, sẽ nẩy sinh các vấn đề như: chi phí thuê bao hàng tháng phải trả rất lớn, việc khai thác sử dụng không hiệu quả không đúng mục đích sẽ gây thất thoát, việc trao đổi thông tin giữa các bộ phận trong cùng cơ quan không linh hoạt mà vẫn phải trả tiền cước, gây phiền toái cho khách hàng khi giao dịch vì phải nhớ nhiều số điện thoại của các phòng ban…vv. Một số điện thoại duy nhất đại diện cho doanh nghiệp 1 Số 10 Huỳnh Văn Nghệ - Biên Hòa – Đồng Nai. 2 sẽ là giải pháp tối ưu, để giải quyết cho các vấn đề trên, chúng ta sử dụng một hệ thống thông tin liên lạc gọi là Tổng đài nội bộ (PBX - Private Branch Exchange). Hệ thống tổng đài này cung cấp các máy thuê bao cho các kết nối tới các phòng ban, các bộ phận và các kết nôi tới các đường thuê bao của nhà cung cấp dịch vụ viễn thông. Việc sử dụng tổng đài đem lại những tiện ích như: sử dụng một số ít đường thuê bao từ bưu điện, giảm chi phí đáng kể trong việc đắng ký thuê bao mới từ bưu điện, việc trao đổi thông tin giữa các phong ban trong cơ quan mà không phải trả chi phí, liên lạc với bên ngoài qua nhóm đường thuê bao chung tới bất kỳ số máy cần gọi vv. Từ nhu cầu thực tiễn, nhóm tác giả đã khảo sát tổng quan tình hình trong nước, trên thị trường hiện nay có rất nhiều sản phẩm tổng đài điện thoại cài đặt của các hãng: Panasonic, Siemens, LG. Các sản phẩm này đều có giá thành khá đắt, khả năng mở rộng của các tổng đài này lại ở mức giới hạn, bên cạnh đó vì là tổng đài có sẵn nên khó có thể nào tích hợp thêm các dịch vụ khác bên ngoài. Với những vấn đề nêu trên nhóm tác giả đã chọn giải pháp tự xây dựng tổng đài Voice IP hoạt động trên phần mềm mã nguồn mở Asterisk với mong muốn khắc phục được mặt hạn chế của các tổng đài có sẵn, đưa ra được chi phí đầu tư hấp dẫn và hơn hết là giúp cho doanh nghiệp có thể tiết kiệm được chi phí liên lạc nhiều nhất có thể. Đề tài sẽ triển khai thử nghiệm hệ thống tổng đài, kiểm tra khả năng thực hiện các cuộc gọi vào ra trong hệ thống, đánh giá mức độ xử lý của server. III. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1. Các mô hình mạng VoIP: Mô hình PC to PC: Trong mô hình này, mỗi máy tính cần được trang bị một sound card, một microphone, một speaker và được kết nối trực tiếp với mạng LAN hay Internet. Mỗi máy tính được cài đặt những phần mềm dùng riêng cho việc truyền thoại, như vậy là 2 máy tính đã có thể trao đổi tín hiệu thoại với nhau thông qua mạng LAN hay mạng Internet. Tất cả các thao tác như lấy mẫu tín hiệu âm thanh, mã hóa và giải mã, nén và giải nén tín hiệu đều được máy tính thực hiện [1]. 3 Mô hình PC to Phone: Mô hình PC to Phone là một mô hình được cái tiến hơn so với mô hình PC to PC. Với mô hình này cho phép thiết lập cuộc gọi từ mạng máy tính được trang bị phần mềm truyền thoại trên mạng đến bất kì máy điện thoại nào trên mạng PSTN và ngược lại [1]. Để thực hiện được cuộc gọi qua mạng nói trên, hệ thống phải được trang bị các gateway là thành phần giao tiếp giữa mạng VoIP với mạng PSTN truyền thống. Gateway sẽ thực hiện chức năng chuyển đổi địa chỉ IP sang số điện thoại tương ứng và ngược lại, cũng như nó sẽ thực hiện các cơ chế chuyển đổi giao thức báo hiệu giữa hai mạng IP và PSTN. Mô hình Phone to Phone: Đây là mô hình mở rộng của mô hình PC to Phone, sử dụng Internet làm phương tiện liên lạc giữa các mạng PSTN. Tất cả các mạng PSTN đều kết nối với mạng Internet thông qua các Gateway. Khi tiến hành cuộc gọi, mạng PSTN sẽ kết nối đến Gateway gần nhất, tại đây địa chỉ sẽ được chuyển đổi từ địa chỉ PSTN sang địa chỉ IP để có thể định tuyếncác gói tin đến được mạng đích. Đồng thời Gateway nguồn có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu thoại tương tự thành dạng số sau đó mã hóa, nén, đóng gói lại và gửi qua mạng. Mạng đích cũng được kết nối với Gateway và tại đó địa chỉ lại được chuyển đổi trở thành địa chỉ PSTN và tín hiệu được giải nén, giải mã, rồi chuyển đổi ngược lại thành tín hiệu tương tự gửi vào mạng PSTN đến đích [1]. INTERNET Hình 1: Mô hình PC to PC PSTN INTERNET Hình 2: Mô hình PC to Phone Gateway 4 2. Các thành phần trong VoIP: VoIP Server: là tổng đài có chức năng định tuyến và bảo mật cho các cuộc gọi cùa VoIP Gateway: chuyển đổi tín hiệu số của mạng VoIP sang tín hiệu analog của mạng PSTN thông thường và ngược lại Thiết bị đầu cuối: dùng để thực hiện các cuộc gọi của VoIP gồm các phần mềm softphone, IP Phone … 3. Các giao thức của VoIP VoIP cần hai loại giao thức là giao thức báo hiệu và giao thức vận chuyển. Giao thức báo hiệu thiết lập và điều khiển cuộc gọi. Giao thức vận chuyển dùng để vận chuyển dữ liệu thoại giữa các cuộc gọi. 4. Tính an toàn và bảo mật VoIP được xây dựng trên nền tảng Internet vốn không an toàn, do đó sẽ dẫn đến khả năng các thông tin có thể bị đánh cắp khi các gói tin bị thu lượm hoặc định tuyến sai địa chỉ một cách cố ý khi chúng truyền trên mạng. Các giao thức SIP có thể mã hóa các gói tin thành mật mã và xác nhận các thông điệp báo hiệu đầu cuối. RTP (Real Time Protocol) hỗ trợ mã hóa các dữ liệu thoại truyền thông trên toàn tuyến để đảm bảo truyền thông an toàn. 4. Giao thức báo hiệu SIP: SIP (Session Initiation Protocol – giao thức thiết lập kết nối) là một giao thức chuẩn được thiết kế và phát triển bởi tổ chức IETF, nó được sử dụng trong việc truyền thông đa phương tiện thông qua mạng IP, để thiết lập các kết nối VoIP [2]. Các thành phần của SIP: Theo tài liệu tham khảo [2] có hai thành phần chính trong hệ thống SIP bao gồm: Hình 3: Mô hình Phone to Phone Gateway INTERNET PSTN PSTN Gateway 5 User Agent – UA: là một ứng dụng để khởi tạo, nhận và kết thúc cuộc gọi. Network Servers: gồm 4 kiểu: Proxy server, Location server, Redirect server, Register server. Proxy server: là một thiết bị trung gian nhận các yêu cầu SIP từ một client và sau đó thay mặt cho client chuyển tiếp các yêu cầu đó. Redirect server: nhận các thông điệp yêu cầu từ bên gửi, nó sẽ tìm kiếm thông tin về người nhận trong cơ sở dữ liệu được tạo ra bởi registrar. Registrar server: là server nhận các thông tin đăng ký hay cập nhật thông tin của người dùng và lưu thông tin đó vào cơ sở dữ liệu của nó. Location server: được sử dụng bởi redirect server hoặc proxy server để lấy thông tin về vị trí của người được gọi. Mô hình thực hiện việc gọi điện giữa 2 máy sử dụng một proxy server. Hình 4: Mô hình thực hiện việc gọi điện giữa 2 máy sử dụng một proxy server. INVITE 100 Trying 180 Ringing 200 OK INVITE ACK Voice BYE BYE 200 OK 200 OK Minh Dung 192.168.100.101 192.168.100.231 Hai Ly 192.168.100.102 200 OK 200 OK 6 Bước 1: User 200 gọi đến user 201. Thông điệp INVITE sẽ được gửi từ user 200 có địa chỉ IP 192.168.100.101 đến server địa chỉ IP 192.168.100.231 Bước 2: Ngay khi server nhận được bản tin INVITE từ user 200, nó lập tức gửi bản tin 100 Trying và OK để thông báo rằng nó đã nhận được yêu cầu của user 200 và đang cố gắng thực hiện yêu cầu đó Bước 3: Khi user 200 nhận được hồi đáp của server nó sẽ gửi thông điệp ACK để thông báo cho server là nó đã nhận được phản hồi của server. Bước 4: Proxy sau khi nhận được thông điệp từ user 200 gửi tới nó có trách nhiệm chuyển tiếp thông điệp đó cho user 201, lúc này trường To sẽ thay đổi bằng địa chỉ của máy 201: 192.168.100.102. Bước 5: Trong trường hợp này user 201 chấp nhận kết nối với user 200 và gửi lại thông điệp 180 Ring ngược về user 200, thông qua proxy. Bước 6: User 201 nhấc máy đồng ý kết nối với user 200 bằng thông điệp 200 OK. Bước 7: Server gửi thông điệp ACK báo đã nhận được tín hiệu 200 OK được gửi từ user 201. Sau đó tiến hành đàm thoại. Bước 8: Khi User 201 cúp máy sẽ gửi thông điệp BYE đến user 200 thông qua proxy để kết thúc cuộc gọi. Bước 9: Khi nhận được thông điệp BYE, server sẽ báo đã nhận được yêu cầu kết thúc cuộc gọi của user 201 bằng thông điệp 200 OK, và chuyển tiếp thông điệp BYE tới user 200. Bước 10: Khi user 200 nhận được thông báo kết thúc cuộc gọi từ server nó sẽ gửi thông điệp OK để kết thúc cuộc gọi. 5. Ứng dụng QoS vào hệ thống để tăng chất lượng cuộc gọi Vì VoIP được triển khai trên môi trường mạng, cho nên việc đảm bảo truyển các gói tin dữ liệu thoại một cách nhanh chóng, có độ tin cậy cao và độ trễ không vượt quá giới hạn là một yêu cầu cấp thiết. Một giải pháp để giải quyết vấn đề này là sử dụng QoS – Quality of Service. Với VoIP thì QoS sẽ xử lý các gọi tin thoại có mức độ ưu tiên cao hơn các gói khác, điều này sẽ làm tăng cũng như đảm bảo chất lượng cuộc gọi. 6. Hệ thống Asterisk 7 Asterisk là một “phần mềm mã nguồn mở” chạy trên nền hệ điều hành Linux ,được sử dụng như là một PBX cho phép các điện thoại nhánh (extensions) thực hiện các cuộc gọi với nhau và kết nối với các hệ thống điện thoại khác bao gồm cả mạng điện thoại analog thông thường (PSTN) và VoIP. Kiến trúc Asterisk bao gồm 4 chức năng API chính [3]: Asterisk Application API: Bao gồm tất cả các ứng dụng được thực thi trong hệ thống Asterisk như Voicemail, CallerID … Asterisk File Format API: Asterisk tương thích với việc xử lý các loại file có định dạng khác nhau như: gsm, wav, mp3 … Asterisk Channel API: Giao tiếp với các kênh lệnh khác nhau, đây là đầu mối cho việc kết nối các cuộc gọi tương thích với nhiều chuẩn khác nhau như SIP, IAX, H.323 … Codec Translator API: Các hàm đảm nhiệm thực thi và giải nén các chuẩn khác nhau như G723, GSM, Linear … Ngoài các tính năng như là một tổng đài PBX, Asterisk còn có một số chức năng như: hộp thư thoại, chuyển hướng cuộc gọi, tổng đài trả lời tự động, hội thoại nhiều người, quản lý cuộc gọi … Mô hình của tổng đài sử dụng Asterisk: Mobile Phone Softphone Internet IP Phone Softphone Router NAT Asterisk Server Hub / Switch IP Phone Softphone Access Point Softphone Softphone Phone Phone VoIP Gateway PSTN Hình 5: Mô hình tổng đài 8 Một tổng đài Asterisk hoàn chỉnh sẽ bao gồm những thành phần:  Hệ điều hành Linux (CentOS, Redhat, Ubuntu).  Tổng đài Asterisk.  Freepbx GUI để hỗ trợ việc thiết lập và quản lý tổng đài Asterisk bằng giao diện web một cách nhanh chóng và dễ sử dụng. 7. Cấu hình NAT để gọi thông qua Internet NAT là kỹ thuật mà địa chỉ nguồn hay địa chỉ đích thay đổi khi đi qua thiết bị có chức năng NAT, cho phép nhiều host trong mạng nội bộ dùng chung một địa chỉ IP để đi ra mạng bên ngoài . Lợi ích của NAT là giảm bớt số IP cần dùng bằng cách sử dụng chung 1 IP đại diện để đi ra bên ngoài. Với VoIP cần NAT các port cho giao thức báo hiệu SIP (port 5060) và giao thức RTP (port từ 10001 đến 20000). IV. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM. Nhằm đánh giá một cách khách quan về hệ thống tổng đài Asterisk, nhóm nghiên cứu đã tiến hành cài đặt thử nghiệm hệ thống tổng đài trên server: IBM eServer x3500 với các thông số như sau: IBM eServer x3500 CPU 1.995 GHz Loại CPU Intel(R) Xeon(R) CPU E5335 @ 2.00GHz Bộ nhớ RAM 12.00 GB Ổ cứng 832.75 GB Hãng sản xuất IBM Trong điều kiện cơ sở hạ tầng hạn hẹp, nhóm mới chỉ thử nghiệm hệ thống tổng đài trong môi trường mạng LAN 100Mbps với 50 extension và thực hiện 25 cuộc gọi đồng thời với phần mềm softphone X-lite 4.5.3. Kết quả thử nghiệm như sau: Với 25 cuộc gọi đồng thời chiếm bandwidth trung bình khoảng 570 kbps. 9 CPU sử dụng trung bình khoảng 9,2% Và lượng RAM sử dụng trung bình khoảng 5,6% Hình 6: Network usage Hình 7: CPU usage Hình 8: Memory usage 10 Theo kết quả đạt được thì một hệ thống tổng đài Asterisk với một server và hạ tầng mạng như trên có thể đáp ứng được khoảng 250 cuộc gọi cùng lúc, nghĩa là tổng đài này có thể phục vụ cho một công ty, doanh nghiệp, trường học … với nhu cầu sử dụng khoảng 500 số nội bộ. V. KẾT LUẬN Đề tài này chúng tôi tập trung nghiên cứu về hệ thống tổng đài VoIP với giao thức báo hiệu SIP, sau đó xây dựng thử nghiệm hệ thống với phần mềm mã nguồn mở Asterisk hoạt động trên nền hệ điều hành Linux. Qua việc nghiên cứu này, chúng tôi đã nhận thấy được cơ hội và hướng phát triển to lớn của nó trong tương lai. Đây là một giải pháp cung cấp tổng đài điện thoại khá hoàn hảo, là một hướng đi đúng cho tất cả công ty, cơ quan, tổ chức, trường học… và tất cả mọi người. Tuy nhiên với một số hệ thống hạ tầng mạng cũ vẫn còn xuất hiện một số nhược điểm như trễ, mất gói, tiếng vọng… nhưng với sự phát triển mạnh mẽ của Internet như hiện nay và khi mà công nghệ VoIP đang ngày một phổ biến và lớn mạnh cùng với cộng đồng sử dụng và phát triển nó trên toàn thế giới thì những vấn đề này đă được giải quyết một cách triệt để. Hướng phát triển: với xu thế hiện nay, người dùng điện thoại di động lớn hơn rất nhiều so với điện thoại cố định, do đó hướng phát triển tiếp theo sẽ là chuyển hướng các cuộc gọi ra theo từng nhà mạng, tận dụng các cuộc gọi nội mạng để tiết kiệm chi phí. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tạp chí Khoa học và Phát triển 2009: Tập 7, số 5: 657 - 666 [2] RFC 3261, “SIP - Session Initiation Protocol” [3] Lê Quốc Toàn – “Sách Asterisk tiếng Việt”. . 1 NGHIÊN CỨU TỔNG ĐÀI VOICE IP VÀ CÀI ĐẶT HỆ THỐNG TỔNG ĐÀI VOICE IP CHO MẠNG LAN Phạm Minh Dũng – Lâm Thị Hải Lý Khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học Lạc. trung nghiên cứu về hệ thống tổng đài VoIP với giao thức báo hiệu SIP, sau đó xây dựng thử nghiệm hệ thống với phần mềm mã nguồn mở Asterisk hoạt động trên nền hệ điều hành Linux. Qua việc nghiên. 5060) và giao thức RTP (port từ 10001 đến 20000). IV. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM. Nhằm đánh giá một cách khách quan về hệ thống tổng đài Asterisk, nhóm nghiên cứu đã tiến hành cài đặt thử nghiệm hệ thống