Tweet
1. TÍNH TOÁN YÊU CẦU BĂNG THÔNG PHỤC VỤ CHO LƯU LƯỢNG THOẠI
Băng thông cho mã hóa thoại
Một trong số những yếu tố quan trọng để người quản trị mạng cân nhắc trong quá trình lên kế hoạch xây dựng năng lực mạng thoại thích hợp. Những người quản trị mạng phải hiểu lưu lượng băng thông được sử dụng cho mỗi cuộc gọi VoIP. Khi đã hiểu rõ về lưu lượng băng thông sử dụng cho mạng VoIP thì người quản trị mạng có thể đưa ra những công cụ tính toán nhằm lập ra những kế hoạch phát triển năng lực mạng Voice hiệu quả.
Bảng 2 là danh sách những Codec và lượng băng thông được sử dụng liên quan:
Bảng 2: Codec.
Người quản trị nên cân bằng giữa chất lượng của cuộc gọi với chi phí để sử dụng băng thông trong mạng khi chọn loại codec. Với loại codec chiếm lượng băng thông lớn hơn thì chi phí cho mỗi cuộc gọi cũng sẽ cao hơn.
Tác động kích thước mẫu và kích thước gói đối với băng thông
Bảng 3: Tác động kích thước mẫu và kích thước gói đối với băng thông
Kích thước mẫu có thể thay đổi và sẽ ảnh hưởng đến lượng băng thông tổng cộng được dùng, mỗi mẫu được lấy thông qua các bộ xử lý tín hiệu số DSP được định nghĩa như digital (số) và được đóng gói vào các gói tin cơ bản (PDU - Protocol Data Unit). Cisco dùng DSP để tạo ra những mẫu dựa vào việc số hóa với giá trị 10 ms âm thanh. Mặc định các thiết bị Voice của Cisco đóng gói 20 ms âm thanh vào mỗi PDU bất chấp loại codec được sử dụng. Khi nhiều mẫu được đóng gói vào từng PDU thì lượng băng thông tổng cộng sẽ giảm, tuy nhiên đóng gói nhiều mẫu vào từng PDU sẽ gây ra nhiều độ trễ.
Ví dụ tính toán kích cỡ byte được đóng gói:
Dùng công thức đơn giản để có thể xem xét số lượng byte được đóng gói trong một PDU dựa vào băng thông codec và kích thước của mỗi mẫu là 20ms:
Số Byte trên một mẫu = (Kích thước mẫu* Băng thông của codec)
Nếu dùng G711, ta có kết quả:
Số Byte trên một mẫu = (0,20*64000)/8
Số Byte trên một mẫu = 160
Ảnh hưởng của các header lớp 2
Những yếu tố khác ảnh hưởng đến băng thông là header giao thức lớp 2 được dùng để mang gói thoại. Bản thân của gói thoại mang header IP/UDP/RTP là 40 byte, phụ thuộc vào giao thức lớp 2 được dùng, thì kích cỡ của gói tin có thể gia tăng đáng kể. Kích thước header lớp 2 lớn thì sẽ yêu cầu nhiều băng thông hơn để mang gói tin. Dưới đây là kích cỡ header của vài loại giao thức lớp 2:
Ảnh hưởng khi sử dụng các cơ chế bảo mật và xây dựng kênh riêng (Tunneling)
Hình 8: Ví dụ về gói dữ liệu được đóng gói trong giao thức ESP.
Sự đóng gói tuân theo một số cơ chế bảo mật (security) và tính năng xây dựng kênh dữ liệu riêng (tunneling) sẽ cũng làm tăng kích thước gói tin thoại và cũng nên được xem xét trong quá trình tính toán băng thông. Khi dùng VPN, cơ chế bảo mật IP Security (IPSec) sẽ thêm từ 50 đến 57 byte, đây là một kích thước đáng kể khi so sánh với với kích thước nhỏ của gói tin Voice. L2TP/GRE thêm 24 byte. Khi dùng MLP, 6 byte sẽ được thêm vào mỗi gói, Multiprotocol Label Switching (MPLS) thêm nhãn (label) 4 byte cho mối gói tin. Tất cả những giao thức xây dựng kênh dữ liệu riêng (tunneling) và bảo mật (security) nên được cân nhắc khi lên kế hoạch cho yêu cầu về băng thông.
Ví dụ: VPN thêm IP header mới, đó là 20 byte, cộng với header VPN khoảng 20 tới 60 byte, phụ thuộc vào loại VPN được dùng.
Bảng 4: Ví dụ về tải đóng thêm khi sử dụng thoại qua hệ thống có chạy VPN.
Vậy kích thước gói tin sẽ thay đổi từ 100 đến 160 byte
Đề tính toán tổng băng thông cho một gói 160 byte với kiểu mã là G729, kết quả tính toán như sau:
160 byte * 8 = 1.280 bit
Tổng băng thông = 1280 bit / 20 ms = 64.000 bps
Những loại đóng gói đặc biệt
Có rất nhiều loại đóng gói cần được xem xét để mang gói tin Voice trên môi trường IP. Đó là những loại đóng gói đặc biệt khi sử dụng những loại giao thức như là X25, IPv6 chạy qua nền sử dụng IPv4, Layer 2 Forwarding (L2F) và những loại giao thức khác cũng nên được cân nhắc trong quá trình tính toán băng thông tổng cộng.
Tính toán tổng băng thông cho một cuộc gọi trên môi trường IP
Việc chọn lựa loại codec, loại giao thức lớp 2, kích thước mẫu và cơ chế nén RTP sẽ có những ảnh hưởng nhất định đối với băng thông toàn phần. Để thực hiện sự tính toán cần phải xem xét đến những yếu tố góp phần tạo ra sự tương đồng:
Nhiều băng thông yêu cầu cho codec = nhiều băng thông được yêu cầu
Kích thước header của giao thức lớp 2 lớn = nhiều băng thông được yêu cầu
Kích thước mẫu(sample) lớn = ít băng thông được yêu cầu.
Nén RTP = giảm đáng kể lượng băng thông được yêu cầu.
Bảng 5: Tổng băng thông cần thiết cho cuộc gọi thoại trên một số công nghệ truyền tải dữ liệu.
Ví dụ tính toán lượng băng thông :
Băng thông tổng cộng = ([Kích thước header lớp 2 + Kích thước header IP_UDP_RTP + Kích thước Sample] / Kích thước sample) * Tốc độ Codec
Giả sử dùng codec G.729, với kích thước mẫu là 20 ms, dùng Frame Relay không có CRTP:
Băng thông tổng cộng=([6 + 40 + 20] / 20) * 8.000
Băng thông tổng cộng =26.400 bps
Ảnh hưởng của VAD (Voice Active Detection) đến băng thông
Bảng 6: Ảnh hưởng của VAD đến băng thông.
Trung bình trong tổng số 24 cuộc gọi đồng thời hay nhiều hơn có thể chứa đến 35% thời gian không có thoại (silence). Với hệ thống thoại truyền thông, tất cả những cuộc gọi dùng cố định lượng băng thông là 64 kbs bất chấp cho dù là có thoại được truyền đi hay không. Trong mạng VoIP của Cisco, tất cả cuộc nói chuyện và khoảng thời gian im lặng được đóng vào gói tin. VAD loại bỏ tất cả các gói không thoại. Thay vì phải gửi những gói tin không thoại, thiết bị chuyển đổi tương thích (gateway) của VoIP chèn luồng dữ liệu với những gói tin không có khoảng lặng, do đó hiệu quả hơn trong việc sử dụng băng thông.
Do đó VAD sẽ tiết kiệm khoảng 35% băng thông hơn khi so với lượng băng thông cần thiết cho 24 cuộc gọi đồng thời.
Ví dụ: Khi dùng G711 với kích thước phần dữ liệu là 160 byte, băng thông được yêu cầu là 82.000 bps, với việc kích họat VAD, có thể giảm băng thông cần sử dụng xuống 53.560 bps. Điều này có được bằng cách giảm đi 35% băng thông.
Băng thông cho mã hóa thoại
Một trong số những yếu tố quan trọng để người quản trị mạng cân nhắc trong quá trình lên kế hoạch xây dựng năng lực mạng thoại thích hợp. Những người quản trị mạng phải hiểu lưu lượng băng thông được sử dụng cho mỗi cuộc gọi VoIP. Khi đã hiểu rõ về lưu lượng băng thông sử dụng cho mạng VoIP thì người quản trị mạng có thể đưa ra những công cụ tính toán nhằm lập ra những kế hoạch phát triển năng lực mạng Voice hiệu quả.
Bảng 2 là danh sách những Codec và lượng băng thông được sử dụng liên quan:
Bảng 2: Codec.
- G711: Cơ chế điều chế mã xung (PCM) G.711 sử dụng lượng băng thông nhiều nhất khi so sánh với các cơ chế mã (coding) khác. Cơ chế này lấy mẫu với 8.000 mẫu một giây, với mỗi mẫu có chiều dài 8 bit, tổng cộng là 64.000 bps
- G726: Cơ chế mã ADPCM (adaptive differential PCM) dùng lượng băng thông ít hơn. Trong khi với PCM lấy mẫu với chiều dài 8 bit, thì ADPCM dùng 4, 3 hay 2 bit cho mỗi mẫu, do đó kết quả tổng băng thông được dùng trong số 32.000, 24.000, hay 16.000 bps
- G.728: Cơ chế mã G728 LDCELP (low-delay code excited linear prediction) nén những mẫu PCM dùng kỹ thuật codebook. Lượng băng thông sử dụng tổng cộng khoảng 16.000 bps
- G729: Cơ chế mã G729 và G728A (CS-ACELP) cũng nén những mẫu PCM bằng cách dùng kỹ thuật codebook tiên tiến. Lượng băng thông sử dụng tổng cộng là 8.000 bps
- G723: Cơ chế mã G723 và G729A (MPMLQ) dùng thuật toán look-ahead. Kết quả của thuật toán này là lượng băng thông sử dụng nằm trong khoảng 5.300-6.300 bps.
Người quản trị nên cân bằng giữa chất lượng của cuộc gọi với chi phí để sử dụng băng thông trong mạng khi chọn loại codec. Với loại codec chiếm lượng băng thông lớn hơn thì chi phí cho mỗi cuộc gọi cũng sẽ cao hơn.
Tác động kích thước mẫu và kích thước gói đối với băng thông
Bảng 3: Tác động kích thước mẫu và kích thước gói đối với băng thông
Kích thước mẫu có thể thay đổi và sẽ ảnh hưởng đến lượng băng thông tổng cộng được dùng, mỗi mẫu được lấy thông qua các bộ xử lý tín hiệu số DSP được định nghĩa như digital (số) và được đóng gói vào các gói tin cơ bản (PDU - Protocol Data Unit). Cisco dùng DSP để tạo ra những mẫu dựa vào việc số hóa với giá trị 10 ms âm thanh. Mặc định các thiết bị Voice của Cisco đóng gói 20 ms âm thanh vào mỗi PDU bất chấp loại codec được sử dụng. Khi nhiều mẫu được đóng gói vào từng PDU thì lượng băng thông tổng cộng sẽ giảm, tuy nhiên đóng gói nhiều mẫu vào từng PDU sẽ gây ra nhiều độ trễ.
Ví dụ tính toán kích cỡ byte được đóng gói:
Dùng công thức đơn giản để có thể xem xét số lượng byte được đóng gói trong một PDU dựa vào băng thông codec và kích thước của mỗi mẫu là 20ms:
Số Byte trên một mẫu = (Kích thước mẫu* Băng thông của codec)
Nếu dùng G711, ta có kết quả:
Số Byte trên một mẫu = (0,20*64000)/8
Số Byte trên một mẫu = 160
Ảnh hưởng của các header lớp 2
Những yếu tố khác ảnh hưởng đến băng thông là header giao thức lớp 2 được dùng để mang gói thoại. Bản thân của gói thoại mang header IP/UDP/RTP là 40 byte, phụ thuộc vào giao thức lớp 2 được dùng, thì kích cỡ của gói tin có thể gia tăng đáng kể. Kích thước header lớp 2 lớn thì sẽ yêu cầu nhiều băng thông hơn để mang gói tin. Dưới đây là kích cỡ header của vài loại giao thức lớp 2:
- Ethernet: Kích thước header của Ethernet là 18 byte trong đó, 6 byte dùng cho địa chỉ MAC nguồn, 6 byte dùng cho địa chỉ MAC đích, 2 byte trường type dùng để xác định loại giao thức lớp 3 và 4 byte dùng cho trường kiểm tra lỗi (CRC)
- Multilink Point-to-Point Protocol (MLP): Tổng cộng là 6 byte, 1 byte cho biết chuỗi bit bắt đầu của frame, 1 byte cho trường địa chỉ, 2 byte cho trường Type, 2 byte trường CRC.
- FRF.12: Tổng cộng 6 byte; 2 byte sử dung cho trường địa chỉ DLCI, 2 byte cho FRF.12 và 2 byte cho CRC.
Ảnh hưởng khi sử dụng các cơ chế bảo mật và xây dựng kênh riêng (Tunneling)
Hình 8: Ví dụ về gói dữ liệu được đóng gói trong giao thức ESP.
Sự đóng gói tuân theo một số cơ chế bảo mật (security) và tính năng xây dựng kênh dữ liệu riêng (tunneling) sẽ cũng làm tăng kích thước gói tin thoại và cũng nên được xem xét trong quá trình tính toán băng thông. Khi dùng VPN, cơ chế bảo mật IP Security (IPSec) sẽ thêm từ 50 đến 57 byte, đây là một kích thước đáng kể khi so sánh với với kích thước nhỏ của gói tin Voice. L2TP/GRE thêm 24 byte. Khi dùng MLP, 6 byte sẽ được thêm vào mỗi gói, Multiprotocol Label Switching (MPLS) thêm nhãn (label) 4 byte cho mối gói tin. Tất cả những giao thức xây dựng kênh dữ liệu riêng (tunneling) và bảo mật (security) nên được cân nhắc khi lên kế hoạch cho yêu cầu về băng thông.
Ví dụ: VPN thêm IP header mới, đó là 20 byte, cộng với header VPN khoảng 20 tới 60 byte, phụ thuộc vào loại VPN được dùng.
Bảng 4: Ví dụ về tải đóng thêm khi sử dụng thoại qua hệ thống có chạy VPN.
Vậy kích thước gói tin sẽ thay đổi từ 100 đến 160 byte
Đề tính toán tổng băng thông cho một gói 160 byte với kiểu mã là G729, kết quả tính toán như sau:
160 byte * 8 = 1.280 bit
Tổng băng thông = 1280 bit / 20 ms = 64.000 bps
Những loại đóng gói đặc biệt
Có rất nhiều loại đóng gói cần được xem xét để mang gói tin Voice trên môi trường IP. Đó là những loại đóng gói đặc biệt khi sử dụng những loại giao thức như là X25, IPv6 chạy qua nền sử dụng IPv4, Layer 2 Forwarding (L2F) và những loại giao thức khác cũng nên được cân nhắc trong quá trình tính toán băng thông tổng cộng.
Tính toán tổng băng thông cho một cuộc gọi trên môi trường IP
Việc chọn lựa loại codec, loại giao thức lớp 2, kích thước mẫu và cơ chế nén RTP sẽ có những ảnh hưởng nhất định đối với băng thông toàn phần. Để thực hiện sự tính toán cần phải xem xét đến những yếu tố góp phần tạo ra sự tương đồng:
Nhiều băng thông yêu cầu cho codec = nhiều băng thông được yêu cầu
Kích thước header của giao thức lớp 2 lớn = nhiều băng thông được yêu cầu
Kích thước mẫu(sample) lớn = ít băng thông được yêu cầu.
Nén RTP = giảm đáng kể lượng băng thông được yêu cầu.
Bảng 5: Tổng băng thông cần thiết cho cuộc gọi thoại trên một số công nghệ truyền tải dữ liệu.
Ví dụ tính toán lượng băng thông :
Băng thông tổng cộng = ([Kích thước header lớp 2 + Kích thước header IP_UDP_RTP + Kích thước Sample] / Kích thước sample) * Tốc độ Codec
Giả sử dùng codec G.729, với kích thước mẫu là 20 ms, dùng Frame Relay không có CRTP:
Băng thông tổng cộng=([6 + 40 + 20] / 20) * 8.000
Băng thông tổng cộng =26.400 bps
Ảnh hưởng của VAD (Voice Active Detection) đến băng thông
Bảng 6: Ảnh hưởng của VAD đến băng thông.
Trung bình trong tổng số 24 cuộc gọi đồng thời hay nhiều hơn có thể chứa đến 35% thời gian không có thoại (silence). Với hệ thống thoại truyền thông, tất cả những cuộc gọi dùng cố định lượng băng thông là 64 kbs bất chấp cho dù là có thoại được truyền đi hay không. Trong mạng VoIP của Cisco, tất cả cuộc nói chuyện và khoảng thời gian im lặng được đóng vào gói tin. VAD loại bỏ tất cả các gói không thoại. Thay vì phải gửi những gói tin không thoại, thiết bị chuyển đổi tương thích (gateway) của VoIP chèn luồng dữ liệu với những gói tin không có khoảng lặng, do đó hiệu quả hơn trong việc sử dụng băng thông.
Do đó VAD sẽ tiết kiệm khoảng 35% băng thông hơn khi so với lượng băng thông cần thiết cho 24 cuộc gọi đồng thời.
Ví dụ: Khi dùng G711 với kích thước phần dữ liệu là 160 byte, băng thông được yêu cầu là 82.000 bps, với việc kích họat VAD, có thể giảm băng thông cần sử dụng xuống 53.560 bps. Điều này có được bằng cách giảm đi 35% băng thông.