Какой протокол является основным транспортным протоколом для мультимедийных приложений сети ngn
Если сравнить архитектуры Softswitch и IMS, то из приведенных рисунков видно, что и та и другая архитектуры имеют трехуровневое деление, причем границы уровней проходят на одних и тех же местах. Для архитектуры Softswitch изображены в первую очередь устройства сети, а архитектура IMS определена на уровне функций. Идентичны также идея предоставления всех услуг на базе IP-сети и разделение функций управления вызовом и коммутации. По сути, к уже известным функциям Softswitch добавляются функции шлюза OSA и сервер абонентских данных.
. и различия
Посмотрев на приведенные выше списки функций в обеих архитектурах, можно заметить, что состав функций практически не отличается. Можно было бы заключить, что обе архитектуры почти тождественны. Это верно, но только отчасти: они идентичны в архитектурном смысле. Если же разобрать содержание каждой из функций, то обнаружатся значительные различия в системах Softswitch и IMS. Например, функция CSCF: из ее описания уже видно отличие от аналогичных функций в Softswitch. К тому же если в архитектуре Softswitch функции имеют довольно условное деление и описание, то в документах IMS дается довольно жесткое описание функций и процедур их взаимодействия, а также определены и стандартизированы интерфейсы между функциями системы.
Различие начинается с основной концепции систем. Softswitch - это в первую очередь оборудование конвергентных сетей. Функция управления шлюзами (и соответственно протоколы MGCP/MEGACO) является в нем доминирующей (протокол SIP для взаимодействия двух Softswitch/ MGC). IMS проектировалась в рамках сети 3G, полностью базирующейся на IP. Основным ее протоколом является SIP, позволяющий устанавливать одноранговые сессии между абонентами и использовать IMS лишь как систему, предоставляющую сервисные функции по безопасности, авторизации, доступа к услугам и т.д. Функция управления шлюзами и сам медиа-шлюз здесь лишь средство для связи абонентов 3G с абонентами фиксированных сетей. Причем имеются в виду лишь ТФОП. Для общения абонентов 3G с абонентами фиксированных VoIP-сетей и абонентами других 3G-сетей архитектура IMS предусматривает использование функции Security Gateway Function, которую реализуют граничные контроллеры SBC.
Также к особенностям IMS относится ориентированность на протокол IPv6: многие специалисты считают, что популярность IMS послужит толчком к затянувшемуся внедрению шестой версии протокола IP. Но пока это представляет некоторую проблему: сети UMTS поддерживают как IPv4, так и IPv6, в то время как IMS -только IPv6. Поэтому на входе в IMS-сеть необходимо наличие шлюзов, преобразующих формат заголовков и адресную информацию. Эта проблема присуща не только IMS, но и всем сетям IPv6.
Продолжая тему проблем IMS, следует сказать о протоколе SIP. Дело в том, что SIP разработан и специфицирован комитетом IETF, но для использования в IMS он был частично доработан и изменен. В результате может возникнуть ситуация, когда при получении запросов SIP или отправке их во внешние сети подфункция S-CSCF может обнаружить отсутствие поддержки соответствующих расширений протокола SIP и/или отказать в установлении соединения, а также обработать его некорректно.
1) протоколы передачи пользовательской (мультимедийной) информации – пакетные протоколы стека TCP/IP;
2) протоколы сигнализации, используемые для управления и взаимодействия различных узлов сети NGN в процессе обслуживания вызовов;
3) служебные протоколы, используемые для различных вспомогательных целей (аутентификации и авторизации пользователей, технического обслуживания и др.).
H.323 – это коммуникационный протокол, обеспечивающий прохождение трафика по сетям с не гарантийной пропускной способностью.Применяется в персональных и многоточечных видеоконференциях.
ITU-T исторически занимался проблемами телефонных сетей, поэтому и предложенная рекомендация была в большей степени ориентирована на передачу телефонного трафика по сети с коммутацией пакетов. Сети, построенные на базе протоколов H.323, ориентированы на интеграцию с телефонными сетями и могут рассматриваться как сети ISDN, наложенные на сети передачи данных. В частности, процедура установления соединения в таких сетях IP-телефонии базируется на рекомендации ITU-Т Q.931 и практически идентична той же процедуре в сетях ISDN.
При этом рекомендация H.323 предусматривает применение разнообразных алгоритмов сжатия речевой информации, что позволяет использовать полосу пропускания ресурсов передачи гораздо более эффективно, чем в сетях с коммутацией каналов.
Этот вариант построения сетей IP-телефонии ориентирован на операторов местной телефонной связи (или на компании, владеющие транспортными сетями), которые хотят использовать сети с маршрутизацией пакетов IP для предоставления услуг междугородной и международной связи .
Основными устройствами сети являются: терминал, шлюз, привратник и устройство управления конференциями. Необходимо отметить, что в отличие от устройств ТфОП, устройства Н.323 не имеют жестко закрепленного места в сети. Устройства подключаются к любой точке IP-сети. Однако при этом сеть Н.323 разбивается на зоны, а каждой зоной управляет привратник.
В качестве терминала может использоваться как персональный компьютер, так и любое другое автономное устройство.
Шлюз выступает в роли связующего звена между H.323 и другими стандартами (например, со стандартом H.322). Шлюзы стандарта H.323 довольно часто применяются в IP-телефонии.
Gatekeeper или Привратник управляет терминалами и шлюзами, а также обрабатывает вызовы внутри собственной зоны. Привратник взаимодействует со стандартом H.323 через протокол RAS.
Сервер многоточечной конференции обеспечивает взаимодействие терминалов стандарта H.323.
Протокол описывает, каким образом клиентское приложение (например, софтфон ) может запросить начало соединения у другого, возможно, физически удалённого клиента, находящегося в той же сети, используя его уникальное имя. Протокол определяет способ согласования между клиентами об открытии каналов обмена на основе других протоколов, которые могут использоваться для непосредственной передачи информации (например, RTP ). Допускается добавление или удаление таких каналов в течение установленного сеанса, а также подключение и отключение дополнительных клиентов (то есть допускается участие в обмене более двух сторон — конференц-связь). Протокол также определяет порядок завершения сеанса.
Протокол SIP имеет клиент-серверную архитектуру. Клиент выдаёт запросы, с указанием того, что он хочет получить от сервера. Сервер принимает и обрабатывает запросы, выдаёт ответы, содержащие уведомление об успешности выполнения запроса, уведомление об ошибке или информацию, запрошенную клиентом. Обслуживание вызова распределено между различными элементами сети SIP. Основным функциональным элементом, реализующим функции управления соединением, является абонентский терминал. Остальные элементы сети могут отвечать за маршрутизацию вызовов, а иногда служат для предоставления дополнительных сервисов.
Архитектура сети, базирующейся на протоколе MGCP
Протокол контроля медиашлюзов. Является протоколом связи в распределённых VoIP системах передачи голоса по протоколу IP.
Протокол предложен рабочей группой MEGACO (Media Gateway Control Protocol) комитета IETF.
Основная идея MGCP очень проста. Она состоит в том, что управление сигнализацией (Call Control) сосредоточено на центральном управляющем устройстве, называемом контроллером сигнализаций (Call Agent, CA), и полностью отделено от медиа-потоков. Эти потоки обрабатываются шлюзами или абонентскими терминалами, которые способны исполнять лишь ограниченный набор команд, исходящих от управляющего устройства. В архитектуре протокола MGCP-сети можно выделить два основных функциональных компонента. Первый может быть представлен транспортным шлюзом (Media Gateway, MG) или IP-телефоном, а второй - устройством управления вызовами, которое может называться контроллером сигнализаций (CA), контроллером шлюза (Media Gateway Controller, MGC) или программным контроллером (Softswitch, SS). Иногда контроллер сигнализаций представляют в виде двух компонентов - собственно контроллера (Call Agent), выполняющего функции управления шлюзами, и шлюза сигнализации (Signaling Gateway), обеспечивающего обмен сигнальной информацией и согласование между традиционной телефонной сетью и сетью IP.
При разработке протокола управления шлюзами рабочая группа MEGACO опиралась на принцип декомпозиции, согласно которому шлюз разбивается на отдельные функциональные блоки :
• транспортный шлюз - Media Gateway, который выполняет функции преобразования речевой информации, поступающей со стороны ТфОП с постоянной скоростью, в вид, пригодный для передачи по сетям с маршрутизацией пакетов IP: кодирование и упаковку речевой информации в пакеты RTP/UDP/IP, а также обратное преобразование;
• устройство управления - Call Agent, выполняющее функции управления шлюзом;
• шлюз сигнализации - Signaling Gateway, который обеспечивает доставку сигнальной информации, поступающей со стороны ТфОП, к устройству управления шлюзом и перенос сигнальной информации в обратном направлении.
Протокол BICC
Для взаимодействия Softswitch между собой теоретически должен применяться протокол BICC (Bearer Independent Call Control), разработанный МСЭ. И хотя на практике более популярным становится второй протокол – SIP (SIP-T), разработанный IETF, протокол BICC успешно используется до сих пор.
транзитный узел обслуживания (Transit Serving Node (TSN)) – этот тип узла обеспечивает транзитные возможности в пределах одной сети. Служит для обеспечения возможности предоставления услуги ТфОП/ISDN внутри своей сети;
пограничный узел обслуживания (Gateway Serving Node (GSN)) – этот тип узла обеспечивает выполнение функций межсетевого шлюза для информации вызова и транспортировки, используя BICC-протокол. Обеспечивает соединение двух областей BICC, принадлежащих двум разным операторам, и это соединение состоит из двух узлов GSN, непосредственно связанных друг с другом.
Протокол SIGTRAN
Услуги вNGN
минимизацию затрат на эксплуатацию и обслуживание за счет создания единой мультисервисной (универсальной) среды.
минимизацию затрат на управление и поддержку IT-инфраструктуры.
построение корпоративной сети в любых масштабах.
гибкость в управлении собственной сетью и предоставленными ему ресурсами оператора, возможность «сверхлимитного» потребления ресурсов.
единый web-интерфейс управления предоставленными услугами.- - сигнализация для управления соединениями;
- - сигнализация для взаимодействия различных Softswitch между собой;
- - сигнализация для управления транспортными шлюзами.
- - абонентская сигнализация E-DDS-1 первичного доступа ЦСИС (цифровая сеть с интеграцией служб, ISDN);
- - протокол абонентского доступа через интерфейс V5;
- - российская версия сигнализаций R1, R2 - R1,5.
- - персональная мобильность пользователей. Пользователю присваивается уникальный идентификатор, а сеть предоставляет ему услуги связи вне зависимости от того, где он находится;
- - масштабируемость сети (характеризуется в первую очередь возможностью увеличения количества элементов сети при ее расширении);
- - расширяемость протокола характеризуется возможностью дополнения протокола новыми функциями при введении новых услуг и его адаптации к работе с различными приложениями.
- - транспортный шлюз - Media Gateway, который выполняет функции преобразования речевой информации, поступающей со стороны ТфОП с постоянной скоростью, в вид, пригодный для передачи по сетям с маршрутизацией пакетов IP: кодирование и упаковку речевой информации в пакеты RTP/UDP/IP, а также обратное преобразование;
- - устройство управления - Call Agent, выполняющее функции управления шлюзом;
- - шлюз сигнализации - Signaling Gateway, который обеспечивает доставку сигнальной информации, поступающей со стороны ТфОП, к устройству управления шлюзом и перенос сигнальной информации в обратном направлении.
- - Trunking Gateway - шлюз между ТфОП и сетью с маршрутизацией пакетов IP, ориентированный на подключение к телефонной сети посредством большого количества цифровых трактов (от 10 до нескольких тыс.яч) с использованием системы сигнализации ОКС 7;
- - Voice over ATM Gateway - шлюз между ТфОП и АТМ-сетью, который также подключается к телефонной сети посредством большого количества цифровых трактов (от 10 до нескольких тыс.яч);
- - Residential Gateway - шлюз, подключающий к IP-сети аналоговые, кабельные модемы, линии xDSL и широкополосные устройства беспроводного доступа;
- - Access Gateway - шлюз для подключения к сети IP-телефонии небольшой учрежденческой АТС через аналоговый или цифровой интерфейс;
- - Business Gateway - шлюз с цифровым интерфейсом для подключения к сети с маршрутизацией IP-пакетов учрежденческой АТС при использовании, например, системы сигнализации DSS1;
- - Network Access Server - сервер доступа к IP-сети для передачи данных;
- - Circuit switch или packet switch - коммутационные устройства с интерфейсом для управления от внешнего устройства.
- - транзитный узел обслуживания (Transit Serving Node (TSN)) - этот тип узла обеспечивает транзитные возможности в пределах одной сети. Служит для обеспечения возможности предоставления услуги ТфОП/ISDN внутри своей сети;
- - пограничный узел обслуживания (Gateway Serving Node (GSN)) - этот тип узла обеспечивает выполнение функций межсетевого шлюза для информации вызова и транспортировки, используя BICC-протокол. Обеспечивает соединение двух областей BICC, принадлежащих двум разным операторам, и это соединение состоит из двух узлов GSN, непосредственно связанных друг с другом.
Архитектура протоколов SIGTRAN
Название образованно от слов signaling и transport .
Также обеспечивается самоотключение в случае перегрузки соединения Интернет, по которому функционирует этот протокол. Интерфейс между SCTP и его сигнальными приложениями управляется через адаптационные уровни, которые образуют промежуточный уровень таким образом, чтобы сигнальные протоколы высших уровней конкретной архитектуры стека протоколов не меняли свой интерфейс с транспортной средой и внутренние функциональные возможности, когда начинают использовать SCTP вместо другого транспортного протокола. Другой аспект состоит в том, что поддерживаемая архитектура стека протоколов согласована с архитектурой Интернет без нарушения собственных правил.
Вертикальные сервисные платформы
Горизонтальные сервисные платформы
Все услуги сети NGN можно разбить на 4 основных класса: голосовые услуги, видео-услуги, услуги Интернет и интерактивные услуги мультимедиа.
Образование интегрированных услуг сети NGN
Наиболее перспективными и востребованными услугами в сети NGN будут интегрированные услуги Triple Play по передачи голоса, видео и данных.
MGCP - Протокол управления медиашлюзами, служит для управления медиашлюзами и предоставления доступа пакетным терминалам MGCP со стороны гибкого коммутатора.
H.248/MEGACO - Протокол управления медиашлюзами, служит для управления медиашлюзами и предоставления доступа пакетным терминалам H.248 со стороны гибкого коммутатора.
SIP - Протокол инициирования сессий, служит для взаимосвязи между гибкими коммутаторами или серверами приложений SIP, а также для доступа мультимедийных пакетных терминалов SIP.
SIP-T - Протокол расширения SIP, служит для прозрачной передачи сигнализации ISUP.
BICC - Протокол BICC используется для взаимодействия гибких коммутаторов между собой и поддерживает предоставление уже существующих услуг ТфОП/ISDN в пакетных сетях, а также поддерживает взаимодействие имеющихся узлов коммутации TDM с помощью гибких коммутаторов и взаимодействие узлов коммутации TDM через пакетную сеть на базе любых транспортных технологий (IP, АТМ или др.).
H.323 - Протокол обработки вызовов и мультимедийной связи IP, служит для взаимосвязи между гибким коммутатором и привратником GK, шлюзом GW или устройством конференцсвязи MCU в обычной сети H.323, а также для доступа мультимедийных пакетных терминалов H.323.
Семейство протоколов SIGTRAN:
Протокол SCTP служит для предоставления услуги надежной передачи пакетных данных для протоколов адаптации сигнализации сети с коммутацией каналов SCN (Switched Circuit Network) на базе IP.
Протокол M2UA служит для взаимосвязи между гибким коммутатором и медиашлюзами с функциями встроенного шлюза сигнализации.
Протокол M3UA служит для взаимосвязи между гибким коммутатором и шлюзами сигнализации.
Протокол V5UA служит для взаимосвязи между гибким коммутатором и медиашлюзами с функциями встроенного шлюза сигнализации, поддерживающим интерфейс V5.
Протокол IUA служит для взаимосвязи между гибким коммутатором и медиашлюзами с функциями встроенного шлюза сигнализации DSS1.
Семейство протоколов ОКС№7:
Протокол MTP служит для взаимосвязи между гибким коммутатором и сетью сигнализации ОКС№7, чтобы гибкий коммутатор мог взаимодействовать с оконечными пунктами SP или транзитными пунктами STP в сети сигнализации ОКС№7.
Протокол TUP служит для взаимодействия между гибким коммутатором и сетью ТфОП, чтобы гибкий коммутатор мог поддерживать соединительные линии TUP через транзитные медиашлюзы TMG для взаимосвязи со станциями ТфОП.
Протокол ISUP служит для взаимодействия между гибким коммутатором и сетью ТфОП, чтобы гибкий коммутатор мог поддерживать соединительные линии ISUP через шлюзы TMG для взаимосвязи со станциями ТфОП.
Протокол SCCP служит для поддержки протокола INAP, чтобы гибкий коммутатор мог взаимодействовать с пунктами управления услугами SCP в интеллектуальной сети IN через сеть сигнализации ОКС№7.
Протокол TCAP служит для обеспечения приложений гибкого коммутатора и пунктов управления услугами SCP рядом функций и процедур, не зависящих от приложений, чтобы гибкий коммутатор мог поддерживать приложения, относящиеся к услугам интеллектуальной сети IN.
Протокол INAP служит для определения информационных потоков между функциональными объектами интеллектуальной сети IN, чтобы гибкий коммутатор мог поддерживать функцию коммутации услуг SSF (Service Switching Function), функцию управления вызовами CCF (Call Control Function), функцию специализированных ресурсов SRF (Specialized Resource Function) и функцию доступа к управлению вызовами CCAF (Call Control Access Function), а также действовать в качестве узла коммутации услуг SSP в стандартной архитектуре интеллектуальной сети IN.
DSS1 - Сигнализация абонентской сети ISDN служит для взаимодействия между гибким коммутатором и серверами NAS или станциями УПАТС, чтобы гибкий коммутатор мог поддерживать интерфейсы первичного доступа (PRI; Primary Rate Interface) через медиашлюзы.
V5 - Сигнализация абонентской сети служит для взаимодействия между гибким коммутатором и сетью доступа V5 или контроллерами базовых станций, чтобы гибкий коммутатор мог поддерживать интерфейсы V5.1/V5.2 через медиашлюзы.
IPSec - Служит для обеспечения безопасности связи между гибким коммутатором и шлюзами, находящимися под ее управлением, такими, как медиашлюзы, интегрированные устройства доступа IAD.
SNMP - Служит для поддержки взаимосвязи между гибким коммутатором и устройствами сети.
FTP - Служит для поддержки взаимосвязи между гибким коммутатором и биллинговыми центрам.
FTAM - Служит для поддержки взаимосвязи между гибким коммутатором и биллинговыми центрами.
______________________________________
Материалы, представленные в данном разделе, взяты из книги "Мультисервисные платформы сетей следующего поколения NGN" под ред. А.В. Рослякова
В концепции NGN расширено представление о возможностях сетей связи общего пользования с точки зрения оказания услуг, в первую очередь, за счёт реализации базовой услуги передачи голосовой информации пакетным способом VoIP (Voice over IP). Также сформулированы новые задачи создания сетей NGN, важнейшей из которых является обеспечение единообразного предоставления услуги в различных сетях связи, не зависящего от технологии ее оказания.
Идеология построения NGN предполагает передачу любой информации в единой форме представления - IP-пакете. Традиционные сети не могут поддерживать обмен трафиком в формате "аll over IP". Поэтому необходима реконструкции всей архитектуры сети: транспортной инфраструктуры, уровня доступа и сетевой иерархии.
NGN - это мультисервисная сеть, способная обеспечить обслуживание за счет использования оборудования передачи и коммутации, основанного на пакетных технологиях. Одна из существенных особенностей NGN - разделение функций передачи IP-пакетов и функций управления этим процессом. Передача информации осуществляется коммутаторами пакетов (КП). В качестве устройств управления (УУ) используются аппаратно-программные средства - оборудование Softswitch. Пользователи имеют терминалы двух типов: телефонный аппарат - для передачи речи и персональный компьютер - для обмена данными и получения видеоинформации.
Основные типы сигнализации, которые использует Softswitch:
Основными протоколами сигнализации для управления соединениями сегодня являются SIP, ОКС-7, H.323. Также опционально используются:
Рисунок 1 - Взаимодействие Softswitch с остальным оборудованием
Основными протоколами сигнализации управления транспортными шлюзами являются MGCP и MEGACO/Н.248, а основными протоколами сигнализации взаимодействия между Softswitch - SIPТ и BICC (рисунок 1).
Протоколы RTP, RTCP, UDP. Основным транспортным протоколом для мультимедийных приложений стал протокол реального времени RTP (Real Time Protocol), предназначенный для организации передачи пакетов с кодированными речевыми сигналами по пакетной сети. Передача пакетов RTP ведется поверх протокола UDP, работающего, в свою очередь, поверх IP (рисунок 2).
Рисунок 2 - Уровни протоколов RTP/UDP/IP
Характерные для IP-сетей временные задержки и вариация задержки пакетов (джиттер) могут серьезно исказить информацию, чувствительную к задержке, например, речь и видеоинформацию, сделав ее абсолютно непригодной для восприятия. Вариация задержки (джиттер) пакетов сильнее влияет на субъективную оценку качества передачи, чем абсолютное значение задержки.
Протокол RTP позволяет компенсировать негативное влияние джиттера на качество речевой и видеоинформации, но в то же время он не имеет собственных механизмов, гарантирующих своевременную доставку пакетов или другие параметры качества услуг, - это осуществляют нижележащие протоколы. Он даже не обеспечивает все те функции, которые обычно предоставляют транспортные протоколы, в частности функции исправления ошибок и управления потоком. Обычно протокол RTP базируется на протоколе UDP и использует его функции, но может работать и поверх других транспортных протоколов.
Протокол TCP плохо подходит для передачи чувствительной к задержкам информации. Во-первых, это алгоритм надежной доставки пакетов. Пока отправитель повторно передаст пропавший пакет, получатель будет ждать, результатом чего может быть недопустимое увеличение задержки. Во-вторых, алгоритм управления при перегрузке в протоколе TCP не оптимален для передачи речи и видеоинформации. При обнаружении потерь пакетов протокол TCP уменьшает размер окна, а затем будет его медленно увеличивать, тогда как разумнее было бы изменить метод кодирования или размер видеоизображения.
Протокол RTP предусматривает индикацию типа полезной нагрузки и порядкового номера пакета в потоке, а также применение временных меток. Отправитель помечает каждый RTP-пакет временной меткой, получатель извлекает ее и вычисляет суммарную задержку. Разница в задержке разных пакетов позволяет определить джиттер и смягчить его влияние - все пакеты будут выдаваться приложению с одинаковой задержкой. Доставка RTP-пакетов контролируется специальным протоколом RTCP (Real Time Control Protocol).
Основной функцией протокола RTCP является организация обратной связи приемника с отправителем информации для отчета о качестве получаемых данных. Протокол RTCP передает сведения (как от приемника, так и от отправителя) о числе переданных и потерянных пакетов, значении джиттера, задержке и т.д. Эта информация может быть использована отправителем для изменения параметров передачи, например, для уменьшения коэффициента сжатия информации с целью улучшения качества ее передачи.
Протокол передачи пользовательских дейтаграмм - User Datagram Protocol (UDP) - обеспечивает негарантированную доставку данных, т.е. не требует подтверждения их получения; кроме того, данный протокол не требует установления соединения между источником и приемником информации.
Протокол Н.323. Для построения сетей IP-телефонии первой стала рекомендация H.323 МСЭ-Т, которая является также первой спецификацией систем мультимедийной связи для работы в сетях с коммутацией пакетов, не обеспечивающих гарантированное качество обслуживания (рисунок 3).
Сети, построенные на базе протоколов H.323, ориентированы на интеграцию с телефонными сетями и могут рассматриваться как сети ЦСИС (цифровая служба с интеграцией служб), наложенные на сети передачи данных. В частности, процедура установления соединения в таких сетях IP-телефонии базируется на рекомендации МСЭ-Т Q.931 и практически идентична той же процедуре в сетях ЦСИС. При этом рекомендация H.323 предусматривает применение разнообразных алгоритмов сжатия речевой информации, что позволяет использовать полосу пропускания ресурсов передачи гораздо более эффективно, чем в сетях с коммутацией каналов.
Рисунок 3 - Структура сети Н.323
Основными устройствами сети являются: терминал, шлюз, привратник. В отличие от устройств ТфОП, устройства Н.323 не имеют жестко закрепленного места в сети, а подключаются к любой точке IP-сети. Однако при этом сеть Н.323 разбивается на зоны, а каждой зоной управляет привратник.
Терминал H.323 - оконечное устройство сети IP-телефонии, обеспечивающее 2-стороннюю речевую или мультимедийную связь с другим терминалом, шлюзом или устройством управления конференциями.
В число наиболее важных функций, выполняемых привратником, входят:
Рисунок 4 - Зоновая архитектура сети H.323
Привратник также обеспечивает для пользователя возможность получить доступ к услугам любого терминала в любом месте сети и способность сети идентифицировать пользователей при их перемещении из одного места в другое.
Протокол SIP. Вторым вариантом построения сетей стал протокол SIP, разработанный комитетом IETF (Internet Engineering Task Force); спецификации протокола представлены в документе RFC 2543.
Протокол инициирования сеансов - Session Initiation Protocol (SIP) - является протоколом прикладного уровня и предназначается для организации, модификации и завершения сеансов связи: мультимедийных конференций, телефонных соединений и распределения мультимедийной информации, в основу которого заложены следующие принципы:
Сеть SIP содержит следующие основные элементы:
Пример построения сети SIP представлен на рисунке 5.
Рисунок 5 - Пример построения SIP-сети
Протокол MGCP. Рабочая группа MEGACO комитета IETF разработала протокол управления шлюзами - Media Gateway Control Protocol (MGCP). При разработке протокола управления шлюзами рабочая группа MEGACO опиралась на принцип декомпозиции, согласно которому шлюз разбивается на отдельные функциональные блоки (рисунок 6):
Рисунок 6 - Архитектура сети, базирующейся на протоколе MGCP
Одно из основных требований, предъявляемых к протоколу MGCP, состоит в том, что устройства, реализующие этот протокол, должны работать в режиме без сохранения информации о последовательности транзакций между устройством управления и транспортным шлюзом, т.е. в устройствах не требуется реализации конечного автомата для описания этой последовательности.
Протокол MGCP является внутренним протоколом, поддерживающим обмен информацией между функциональными блоками распределенного шлюза. Протокол MGCP использует принцип master/slave (ведущий/ведомый), причем устройство управления шлюзами является ведущим, а транспортный шлюз - ведомым устройством, которое выполняет команды, поступающие от устройства управления. Такое решение обеспечивает масштабируемость сети и простоту эксплуатационного управления ею через устройство управления шлюзами. Неинтеллектуальные шлюзы требуют меньшей производительности процессоров и, поэтому, оказываются менее дорогими. Кроме того, обеспечивается возможность быстро добавлять новые протоколы сигнализации и новые дополнительные услуги, так как нужные для этого изменения затрагивают только устройство управления шлюзами, а не сами шлюзы.
Рабочей группой MEGACO предложена следующая классификация транспортных шлюзов (Media Gateways):
Протокол MEGACO/H.248. Рабочая группа MEGACO комитета IETF, продолжая исследования, направленные на усовершенствование протокола управления шлюзами, создала более функциональный (по сравнению с протоколом MGCP) протокол MEGACO. Но разработкой протоколов управления транспортными шлюзами, кроме комитета IETF, занималась еще и исследовательская группа SG 16 Международного союза электросвязи. Спецификации адаптированного протокола приведены в рекомендации ITU-T H.248 (протокол MEGACO/ H.248).
При описании алгоритма установления соединения с использованием протокола MEGACO комитет IETF опирается на специальную модель процесса обслуживания вызова, отличную от модели MGCP. Протокол MEGACO оперирует с двумя логическими объектами внутри транспортного шлюза: порт (termination) и контекст (context), которыми может управлять контроллер шлюза (рисунок 7).
Порты являются источниками и приемниками речевой информации. Определено два вида портов: физические и виртуальные. Физические порты, существующие постоянно с момента конфигурации шлюза, - это аналоговые телефонные интерфейсы оборудования, поддерживающие одно телефонное соединение, или цифровые каналы, также поддерживающие одно телефонное соединение и сгруппированные по принципу временного разделения каналов в тракт Е 1. Виртуальные порты, существующие только в течение разговорной сессии, являются портами со стороны IP-сети (RTP-порты), через которые ведутся передача и прием пакетов RTP.
Контекст - это отображение связи между несколькими портами, то есть абстрактное представление соединения двух или более портов одного шлюза. В любой момент времени порт может относиться только к одному контексту, который имеет свой уникальный идентификатор. Существует особый вид контекста - нулевой. Все порты, входящие в нулевой контекст, не связаны ни между собой, ни с другими портами. Например, абстрактным представлением свободного (незанятого) канала в модели процесса обслуживания вызова является порт в нулевом контексте.
Рисунок 7 - Примеры модели процесса обслуживания вызова
Порт имеет уникальный идентификатор (TerminationID), который назначается шлюзом при конфигурации порта. Например, идентификатором порта может служить номер тракта Е 1 и номер временного канала внутри тракта. При помощи протокола MEGACO контроллер может изменять свойства портов шлюза. Свойства портов группируются в дескрипторы, которые включаются в команды управления портами.
Основные характеристики протоколов IP-телефонии сведены в таблицу 1.
Сравнение протоколов MEGACO/H.248 и MGCP. Протокол MEGACO имеет более общую модель обслуживания вызовов, что позволяет ему лучше работать с такими соединениями как TDM-TDM, TDM-ATM, и TDM-IP, а также более гибко управлять конференциями. Еще одно различие касается транзакций. MEGACO в транзакциях содержит команды раздельно друг от друга, в то время как МGCP позволяет использовать вложенные команды, что усложняет процесс поиска команды.
MEGACO может применять в целях обеспечения безопасности заголовки аутентификации, которых нет у MGCP. Что касается мультимедиа, MEGACO позволяет микшировать аудио/видеоданные и таким образом поддерживает мультимедийный трафик, а MGCP ориентирован только на поддержку аудиоинформации. Если шлюз обнаруживает аварию на управляющем им Softswitch при помощи команд, протокол MEGACO позволяет назначить новый управляющий Softswitch. В MGCP это делается более сложным способом.
Сравнение протоколов MEGACO/H.248 и SIP. MEGACO/H.248 и SIP не соперничают друг с другом, т.к. MEGACO - это протокол, предназначенный для взаимодействия Softswitch и медиашлюзов, а SIP - это протокол взаимодействия одноранговых устройств (Softswitch или SIP-телефон). Взаимодействие транспортных шлюзов ограничено областью одного домена, т.к. они контролируются одним Softswitch. Таким образом, MEGACO не определяет систему связи в целом, ему нужен протокол для взаимодействия Softswitch, которым может быть SIP.
Сравнение протоколов MEGACO/H.248 и H.323. Как и SIP, протокол H.323 может дополнять MEGACO/H.248, поскольку тоже является протоколом, обеспечивающим взаимодействие одноранговых устройств. В этом случае MEGACO/H.248 позволит Н.323 избавиться от присущих ему проблем с масштабируемостью, доступностью и возможностью взаимодействовать с ОКС 7. В этих условиях Н.323 будет протоколом терминалов для взаимодействия друг с другом и с сетью, а MEGACO будет использоваться привратниками для управления большими шлюзами, обеспечивающими взаимодействие IP-сети, построенной согласно Н.323 с сетью ТфОП.
Архитектура BICC предусматривает, что вызовы будут входить в сеть и выходить из нее с поддержкой BICC через интерфейсы узлы обслуживания - Interface Serving Nodes (ISN), - предоставляющие сигнальные интерфейсы между узкополосной ISUP (сетью ТфОП/ISDN с коммутацией каналов) и одноранговым узлом ISN (находящимся в пакетной сети).
В протоколе также определены:
На рисунке 8 представлены узлы всех рассмотренных типов.
Рисунок 8 - Протокол BICC
Имеются также промежуточные коммутаторы, через которые тракт проключается при помощи сетевой сигнализации. Эти коммутаторы характерны для сетей АТМ и в терминах BICC называются узлами ретрансляции носителя - Bearer Relay Nodes (BRN) или коммутирующими узлами - Switching Nodes (SWN), но не все сетевые технологии требуют их наличия.
Классификация протоколов NGN
Все протоколы, используемые в сетях NGN, можно разделить на
три основных класса:
1) протоколы передачи пользовательской
(мультимедийной) информации – пакетные протоколы
сети IP;
2) протоколы сигнализации, используемые для управления и
взаимодействия различных узлов сети NGN в процессе
обслуживания вызовов/сессий;
3) служебные протоколы, используемые для различных
вспомогательных целей (аутентификации и авторизации
пользователей, технического обслуживания и др.).
20.06.2018
2
Основные типы систем сигнализаций гибких
коммутаторов (softswitch) :
1) сигнализация для управления соединениями
в пакетной сети (Н.323, SIP, SIGTRAN);
2) сигнализация для взаимодействия гибких
коммутаторов между собой (SIP-I, SIP-T,
BICC);
3) сигнализация для управления
медиашлюзами (MGCP, H.248/MEGACO).
20.06.2018
4
Рис. 2. Протоколы, используемые гибким
коммутатором в сети NGN
20.06.2018
5
Рис. 5 Архитектура сети на базе протокола MGCP
20.06.2018
Лектор - проф. Росляков А.В.
8
Рис.14.7. Примеры модели процесса обслуживания вызова
в протоколе MEGACO/H.248
20.06.2018
9
Таблица 14.1. Основные протоколы IP-телефонии
Характеристики
Назначение
Архитектура
Интеллект
Сложность
Масштабируемость
Тип данных
QoS
Адресация
20.06.2018
SIP
Для IPкоммуникаций
Peer-to-Peer
H.323
Для IP-телефонии
Peer-to-Peer
MGCP
MEGACO
Для управления
транспортными шлюзами
Master-Slave
ISUP
Для сетей с
ВРК (TDM)
Peer-to-Peer
Рассредоточен по
элементам сети
В ядре сети
В ядре сети
В ядре сети
Простой
Высокая
Сложный
Средняя
Простой
-
Сложный
Средняя
Речь, данные, Речь, данные, видео Управление передачей Речь и данные
видео
речи, данных
Поддерживается
Поддержка
Контроль QoS на уровне IP Не требуется
диффиринцированн
ого обслуживания
Поддержка IPПоддержка IPЦифровая адресация
Статические
адресов и имен
адресов,
терминалов
доменов, через
мультизонная,
пользователей, поддержка
DNS
многодоменовая
IP-адресов и имен
поддержка через доменов для транспортных
привратник
шлюзов
10
Рис. 14.9. Архитектура протоколов SIGTRAN
20.06.2018
12
Служебные протоколы
Используются для различных вспомогательных целей
(аутентификации и авторизации пользователей, технического
обслуживания, биллинга, доступа к приложениям и др.).
1. Протоколы ААА (Authentication, Authorization,
Accounting) авторизации, аутентификации и учета
Основные протоколы ААА:
RADIUS (Remote Authentication in Dial-In User Service),
DIAMETER.
2. Протоколы технического обслуживания:
SNMP (Simple Network Management Protocol) - простой протокол
управления сетями связи на основе архитектуры UDP;
TR-069 – протокол удаленного конфигурирования, технического
обслуживания и управления абонентским оборудованием.
20.06.2018
13
На рис. 20.6 приведена схема взаимодействия гибкого коммутатора с другими элементами сети NGN [187]. Представленный на нем набор протоколов достаточно подробно рассмотрен в технической литературе. Безусловным фаворитом среди них является протокол SIP.
Для взаимодействия двух гибких коммутаторов могут применяться два протокола, один из которых SIP (SIP-T) разработан комитетом IETF, а второй BICC специфицирован ITU-T. Сегодня на роль протокола взаимодействия претендует протокол SIP-T, хотя BICC обладает возможностью работы и с сигнализацией DSS1, а не только с ОКС № 7.
Сегодня, в основном, предлагается использовать для взаимодействия между гибкими коммутаторами протоколы SIP/SIP-T, а для взаимодействия гибких коммутаторов с подчиненными им коммутационными устройствами — протоколы стандарта MGCP/Megaco/H.248. И те, и другие протоколы разрабатывались IETF и поэтому изначально ориентированы на IP-сети. Это говорит о том, что они легко интегрируемы в стек существующих протоколов Интернет.
Рис. 20.5. Схема взаимодействия гибкого коммутатора с другими элементами сети NGN:
Кроме того, IETF разработала модифицированный протокол SIP-T (SIP for Telephony). В основном это было сделано с целью интеграции сигнализации ОКС № 7 с протоколом SIP. Протокол BICC (Bearer Independent Call Control) разрабатывается МСЭ-Т с 1999 года и ориентирован на использование для соединения двух сетей ОКС № 7 через сеть пакетной коммутации.
Таким образом, поддержка оборудованием тех или иных протоколов напрямую связана с обеспечением требуемой сетевой функциональности. Далее протоколы NGN описаны более подробно.
Протоколы SIP и SIP-T
SIP — протокол прикладного уровня, с помощью которого осуществляются такие операции, как установление, модификация и завершение мультимедийных сессий или вызовов по IP-сети [82, 188]. В мультисервисных сетях SIP выполняет функции, аналогичные тем, которые реализованы в Н.323. Сессии SIP могут включать мультимедийные конференции, дистанционное обучение, Интернет-телефонию и другие подобные приложения. Сегодня он претендует на роль международного стандарта.
SIP предназначен для установления сеансов связи между хостами Интернет. Как свойственно всему трафику Интернет, эти сеансы имеют одноранговую природу. Протокол предусматривает специализированные серверы SIP, но их использование необязательно. Эти серверы SIP могут служить для регистрации, переадресации и других функций. Протокол SIP поддерживает полностью распределенную сервисную модель. Сервисы могут находиться на пользовательских терминалах (телефонах, PDA и т.д.), серверах SIP и любой их комбинации.
Как и Н.323. протокол SIP не имеет четко определенного межсетевого интерфейса. Однако рабочая группа по управлению многоточечными сеансами мультимедиа-связи телефонией. Однако сети VoIP все же не могут существовать в изоляции от традиционных телефонных сетей. Телефонной сети на основе SIP необходимо взаимодействие с ТфОП.
Важной характеристикой телефонной сети SIP является свойство прозрачности по отношению к ТфОП. Традиционные телефонные услуги, такие как вызов с ожиданием, бесплатный вызов и т.д., реализуемые в протоколах ТфОП, таких как ОКС № 7, должны предлагаться сетью SIP таким образом, чтобы исключить нежелательные различия, ощущаемые пользователем, не ограничивая в то же время гибкость SIP. С одной стороны требуется, чтобы SIP поддерживал примитивы для предоставления услуг, в которых оконечной точкой является скорее обычный SIP-телефон, чем устройство, доступное через ОКС № 7. Кроме того, существенно то, что информация ОКС № 7 должна быть доступна на шлюзах — точках взаимодействия ОКС № 7 и SIP, для обеспечения прозрачности функций, по-другому не поддерживаемых SIP. По возможности информация ОКС № 7 должна быть доступна другой стороне в сети SIP через интерфейс ТфОП-IP полностью и без каких-либо потерь. Некоторые ограничения возникают из-за того, что некоторые сети используют собственные параметры ОКС № 7 для передачи определенной информации через такие сети.
Другой важной характеристикой телефонной сети SIP является маршрутизируемость запросов SIP. Это означает, что запрос SIP, устанавливающий телефонный вызов, должен содержать в своем заголовке информацию, достаточную для его маршрутизации прокси-сер- верами к месту назначения через сеть SIP. Обычно это влечет за собой то, что параметры вызова, такие как вызываемый номер, должны быть перенесены из сигнализации ОКС № 7 в запросы SIP. На маршрутизацию в сети SIP могут по очереди влиять такие механизмы, как TRIP или ENUM.
Таблица 20.4. Свойства протокола SIP-T, позволяющие выполнить требования по взаимодействию сетей ТфОП-IP
Протокол Н.323
Н.323 — это кoмплекс протоколов, хотя все они часто именуются просто Н.323 [29]. Стандарт ITU-T Н.323 был разработан для обеспечения установки вызовов и передачи голосового и видеотрафиков по пакетным сетям, в частности, Интернет и интранет, которые не гарантируют качества услуг (QoS). Он использует протоколы Real-Time Protocol и Real-time Transport Control Protocol (RTP/RTCP), разработанные группой IETF, а также стандартные кодеки ITU-T серии G.xxx. Для общей реализации Н.323 требуется четыре логических объекта или компонента: терминал, шлюз (GW), привратник (GK) и блок управления многосторонней связью (MCU) (рис 20.6).
Рис 20.6 Архитектура Н.323
Второй способ совместного использования Н.245 и Н.225.0 отличается от первого только тем, что Н.245 туннелируется через Н.225.0.
Третий вариант предлагается в версии протокола H.323v2 в виде процедуры FastStart, которая объединяет Q.931 и Н.245, т.е. в первоначальный запрос на соединение включены параметры будущей сессии. Хотя FastStart более эффективен, Н.323 позволяет использование любой из трех процедур, к поддержке которых должны быть готовы привратник и шлюз, что еще более усложняет и без того непростую задачу.
Вследствие того, что Н.323 разрабатывался ITU-T, значительные усилия были потрачены на определение дополнительных голосовых услуг. В настоящее время Н.323 определяет множество голосовых услуг, хотя еще большее число не определено.
Протокол Н.323 в своем нынешнем виде имеет ряд пробелов, хотя многие из них должны быть ликвидированы в следующей версии. Весьма специфические технические вопросы, например, длительное время установления соединения, активно решаются. Однако более общие вопросы, в частности, сложность протокола, более проблематичны. Это обстоятельство замедляет разработку продуктов на базе Н.323 из-за трудностей написания и отладки кода.
Наконец, Н.323 был изначально определен как одноранговый протокол для локальных сетей и пока он не имеет межсетевого интерфейса, отличного от межпользовательского (или однорангового), и не обеспечивает контроля за перегрузками. Для надлежащего функционирования телефонных сервисов и соблюдения корпоративных требований необходим четкий межсетевой протокол. Его отсутствие не составляет проблемы в случае частных сетей, голосовых звонков с компьютера на компьютер и даже многих международных вызовов. Однако, если операторы хотят создать сети для предоставления услуг в масштабах всей страны или для обеспечения соединения между телефонными сетями, то этот вопрос приобретает критическое значение. В последнее время многие провайдеры услуг начали отказываться от Н.323 в пользу SIP именно в силу названных причин.
Протокол Меgасо/Н.248
Протокол Megaco (известный также как стандарт МСЭ-Т Н.248 [28]) должен заменить MGCP в качестве стандарта для управления шлюзами MG. Megaco служит общей платформой для шлюзов MG, устройств управления многоточечными соединениями MGU и устройств интерактивного голосового ответа IVR.
Модель соединений, используемая Megaco, концептуально более проста, чем для протокола MGCP. Megaco рассматривает шлюзы MG как набор оконечных устройств, которые могут быть соотнесены друг с другом внутри определенного контекста. Оконечное устройство является источником или приемником медиапотоков. Как и в MGCP, оконечные устройства могут быть либо физическими, либо виртуальными. Соединение реализуется, когда одно оконечное устройство помещается в контекст другого. К примеру, переадресация вызова выполняется посредством перемещения оконечного устройства из одного контекста в другой, а видеоконференция будет инициализирована размещением нескольких оконечных устройств в общем контексте.
Протокол Megaco прекрасно подходит для предоставления комплексных — как базовых, так и расширенных — услуг индивидуальным пользователям и малым компаниям. Его сила — в принципах функционирования протокола. Он создавался исходя из предположения, что клиенты могут поддерживать лишь самые простейшие операции обычной телефонной сети (интеллектуальный клиент наподобие ПК не нужен) и что интеллект сети сосредоточен на АТС. Протокол Megaco заменяет собой используемую во многих испытаниях VoIP модель привратников Н.323. Он трансформирует внутренние сложные механизмы телефонной сети на границе сети провайдера услуг с помощью множества управляемых шлюзов на телефонной станции на базе IP. Например, пользователи могут сохранить имеющиеся телефоны или УАТС и тем не менее подключиться к сети следующего поколения или интегрированному коммутатору. Эти коммутаторы поддерживают преобразование речи в пакеты и подключаются со стороны заказчика к стандартному голосовому оборудованию коммутации каналов. Интегрированный коммутатор преобразует коммутируемые телефонные вызовы в пакеты IP и использует MGCP для сигнализации или установления соединения через сеть IP.
Цель стандартизации протокола управления устройствами состоит в сохранении позитивных атрибутов централизованной архитектуры управления (масштабируемость, надежность и соответствие регулированию в области телефонных сетей) при одновременном повышении совместимости операции в случае использования устройств разных производителей. Протокол Megaco является ключом к достижению этой цели при построении сети VoIP.
Протокол MGCP
Протокол управления шлюзами между средами передачи (Media Gateway Control Protocol, MGCP) [84] был предложен группой, теперь именуемой International Softswitch Consortium. В середине 1998 года был создан технический консультативный комитет (Technical Advisory Council, ТАС), куда входили около десятка ведущих производителей коммуникационного оборудования, и предложен протокол управления устройствами IP (Internet Protocol Device Control, IPDC). В то же время Telcordia разработала простой протокол управления шлюзами (Simple Gateway Control Protocol, SGCP). После того как IETF сформировала рабочую группу Megaco, протоколы были объединены, в результате чего и появился MGCP.
MGCP был представлен на рассмотрение рабочей группе Megaco. Между тем Lucent Technologies предложила третий протокол, под названием протокол управления устройствами среды передачи (Media Device Control Protocol, MDCP), и в результате слияния всех предложений образовался новый, усовершенствованный протокол, названный Megaco (он также известен как Н.248).
Суть протокола MGCP состоит в том, что управление сигнализацией сосредоточено на центральном управляющем устройстве, называемом контроллером сигнализаций, и полностью отделено от медиапотоков. Эти потоки обрабатываются шлюзами или абонентскими терминалами, которые способны исполнять лишь ограниченный набор команд, исходящих от управляющего устройства.
Архитектура протокола MGCP-сети также очень проста, в ней выделяются всего два функциональных компонента. Первый может быть представлен шлюзом или IP-телефоном, а второй — устройством управления вызовами, которое может называться контроллером сигнализаций, контроллером шлюза MGC или гибким коммутатором (softswitch). Иногда контроллер сигнализаций представляют в виде двух компонентов — собственно контроллера, выполняющего функции управления шлюзами, и шлюза сигнализации, обеспечивающего обмен сигнальной информацией и согласование между традиционной телефонной сетью и сетью IP.
Протокол BICC
Протокол управления вызовом независимо от среды переноса (Bearer Independent Call Control protocol, BICC [35]) разработан ITU-T (Рекомендации Q.1900. Q.1999) и может применяться для взаимодействия MGC между собой при установлении соединения от (к) абонента ТфОП.
Протокол SIGTRAN
Протокол Signaling Transport (SIGTRAN) представляет собой набор протоколов для передачи сигнальной информации по IP-сетям [81]. Он является основным транспортным компонентом в распределенной архитектуре VoIP и используется в таких устройствах, как SG, MGC, Gatekeeper (привратник).
SIGTRAN реализует функции протокола управления передачей потоков данных (Stream Control Transmission Protocol, SCTP) и уровней адаптации. SCTP отвечает за надежную передачу сигнальной информации, осуществляет управление потоком, обеспечивает безопасность. В функции уровней адаптации входит передача сигнальной информации от соответствующих сигнальных уровней, использующих службы SCTP. Эти протоколы ответственны за сегментацию и пакетирование пользовательских данных, защиту от имитации законного пользователя, изменения смысла передаваемой информации и ряд других функций.
Читайте также: