Основные протоколы, используемые в сетях следующего поколения

Рассмотрены основные протоколы, используемые в сетях следующего поколения: H.323, SIP, MGCP, H.248/MEGACO, SIGTRAN.

В первую очередь Softswitch управляет обслуживанием вызовов, т.е. установлением и завершением соединений. Также Softswitch осуществляет координацию обмена сигнальными сообщениями между различными сетями, иначе говоря, Softswitch координирует действия, обеспечивающие соединение с логическими объектами в разных сетях и преобразует информацию в сообщениях таким образом, чтобы они были поняты на обеих сторонах разнородных сетей.

Основные типы сигнализации, которые использует Softswitch:

· сигнализация для управления соединениями;

· сигнализация для взаимодействия различных Softswitch между собой;

· сигнализация для управления транспортными шлюзами.

· Основными протоколами сигнализации для управления соединениями сегодня являются SIP, ОКС-7, H.323. Также опционально используются:

· абонентская сигнализация E-DSS-1 первичного доступа ЦСИС (цифровая сеть с интеграцией служб, ISDN);

· протокол абонентского доступа через интерфейс V5;

· российская версия сигнализаций R1, R2 – R 1.5.

Основными протоколами сигнализации управления транспортными шлюзами являются MGCP и MEGACO/Н.248, а основными протоколами сигнализации взаимодействия между Softswitch — SIPТ и BICC (рис. 2.6).

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 (рис. 2.7).

Рис. 2.5. Взаимодействие Softswitch с остальным оборудованием

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 гораздо 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.

Рис. 2.6. Уровни протоколов RTP/UDP/IP

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, когда 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 зонтичной спецификацией систем мультимедийной связи для работы в сетях с коммутацией пакетов, не обеспечивающих гарантированное качество обслуживания (рис. 2.7).

Сети, построенные на базе протоколов H.323, ориентированы на интеграцию с телефонными сетями и могут рассматриваться как сети ЦСИС (цифровая сеть 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.

Рис. 2.7. 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.

Шлюз является соединяющим мостом между ТфОП и IP. Основная функция шлюза — преобразование речевой (мультимедийной) информации, поступающей со стороны ТФОП с постоянной скоростью, в вид, пригодный для передачи по IP-сетям, т. е. кодирование информации, подавление пауз в разговоре, упаковка информации в пакеты RTP/UDP/IP, а также обратное преобразование. Кроме того, шлюз должен преобразовывать аналоговую абонентскую сигнализацию, сигнализацию по 2ВСК и сообщения систем сигнализации DSS1 и OKC7 в сигнальные сообщения Н.323. При отсутствии в сети привратника должна быть реализована еще одна функция шлюза: преобразование номера ТфОП в транспортный адрес IP-сети.

Привратник выполняет функции управления зоной сети IP-телефонии, в которую входят терминалы и шлюзы, зарегистрированные у данного привратника. Разные участки зоны сети H.323 могут быть территориально разнесены, но соединяться друг с другом через маршрутизаторы (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Зоновая архитектура сети H.323

В число наиболее важных функций, выполняемых привратником, входят:

преобразование alias-адреса (имени абонента, телефонного номера, адреса электронной почты и др.) в транспортный адрес сетей с маршрутизацией пакетов IP (IP-адрес и номер порта RTP);

контроль доступа пользователей системы к услугам IP-телефонии при помощи сигнализации RAS (Registration, Admission and Status);

контроль, управление и резервирование пропускной способности сети;

маршрутизация сигнальных сообщений между терминалами, расположенными в одной зоне.

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:

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.

Протокол SIP может быть использован совместно с протоколом H.323. Возможно также взаимодействие протокола SIP с системами сигнализации ТфОП – DSS1 и ОКС7.

Одной из важнейших особенностей протокола SIP является его независимость от транспортных технологий. В качестве транспорта могут применяться протоколы Х.25, Frame Relay, AAL5, IPX и др. Структура сообщений SIP не зависит от выбранной транспортной технологии. Но в то же время предпочтение отдается технологии маршрутизации пакетов IP и протоколу UDP. Пример построения сети SIP представлен на рис. 2.9.

Сеть SIP содержит следующие основные элементы.

Агент пользователя (User Agent или SIP client) является приложением терминального оборудования и включает в себя две составляющие: клиент агента пользователя (User Agent Client – UAC) и сервер агента пользователя (User Agent Server – UAS), иначе называемые клиент и сервер. Клиент UAC инициирует SIP -запросы, т.е. выступает в качестве вызывающей стороны. Сервер UAS принимает запросы и отвечает на них, т.е. выступает в качестве вызываемой стороны.Запросы могут передаваться не прямо адресату, а на некоторый промежуточный узел (прокси-сервер и сервер переадресации).

Прокси-сервер (proxy server) принимает запросы, обрабатывает их и отправляет дальше на следующий сервер, который может быть как другим прокси-сервером, так и последним UAS. Таким образом, прокси-сервер принимает и отправляет запросы и клиента, и сервера. Приняв запрос от UAC, прокси-сервер действует от имени этого UAC;

Рис. 2.9. Пример построения SIP-сети

Сервер переадресации (redirect server) передает клиенту в ответе на запрос адрес следующего сервера или клиента, с которым первый клиент связывается затем непосредственно. Он не может инициировать собственные запросы. Адрес сообщается первому клиенту в поле Contact сообщений SIP. Таким образом, этот сервер просто выполняет функции поиска текущего адреса пользователя.

Сервер местоположения (location server) – база адресов, доступ к которой имеют SIP -серверы, пользующиеся ее услугами для получения информации о возможном местоположении вызываемого пользователя. Приняв запрос, сервер SIP обращается к серверу местоположения, чтобы узнать адрес, по которому можно найти пользователя. В ответ тот сообщает либо список возможных адресов, либо информирует о невозможности найти их.

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 (рис. 2.10):

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;

Рис. 2.10. Архитектура сети, базирующейся на протоколе MGCP

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.

Таким образом, весь интеллект функционально распределенного шлюза размещается в устройстве управления, функции которого в свою очередь могут быть распределены между несколькими компьютерными платформами. Шлюз сигнализации выполняет функции STP – транзитного пункта системы сигнализации по общему каналу – ОКС7. Транспортные шлюзы выполняют только функции преобразования речевой информации. Одно устройство управления обслуживает одновременно несколько шлюзов. В сети может присутствовать несколько устройств управления. Предполагается, что эти устройства синхронизованы между собой и согласованно управляют шлюзами, участвующими в соединении. Рабочая группа MEGACO не определяет протокол синхронизации работы устройств управления, однако в ряде работ, посвященных исследованию возможностей протокола MGCP, для этой цели предлагается использовать протоколы H.323, SIP или ISUP/IP.

Перенос сообщений протокола MGCP обеспечивает протокол UDP.

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. К тому же неинтеллектуальные шлюзы требуют меньшей производительности процессоров и, как следствие, 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):

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 тысяч) 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 тысяч);

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.

Протокол MEGACO/H.248

Рабочая группа MEGACO комитета IETF, продолжая исследования, направленные на усовершенствование протокола управления шлюзами, создала более функциональный (по сравнению с рассмотренным в предыдущей главе 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.

Рассмотрим кратко основные особенности протокола MEGACO/ H.248. Для переноса сигнальных сообщений MEGACO/ H.248 могут использоваться протоколы UDP, TCP, SCTP или транспортная технология ATM. Поддержка для этих целей протокола UDP – одно из обязательных требований к контроллеру шлюзов. Протокол TCP должен поддерживаться и контроллером, и транспортным шлюзом, а поддержка протокола SCTP, так же как и технологии ATM, является необязательной.

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 (рис. 2.11).

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 Е1.

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 (не занятого) канала в модели процесса обслуживания вызова является порт в нулевом контексте.

Рис. 2.11. Примеры модели процесса обслуживания вызова

Порт имеет уникальный идентификатор (TerminationID), который назначается шлюзом при конфигурации порта. Например, идентификатором порта может служить номер тракта Е1 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.

Сведем основные характеристики протоколов IP-телефонии в одну таблицу (таблица 2.1).

Таблица 2.1. Основные протоколы IP-телефонии
Характеристики	SIP	H.323	MGCP	MEGACO	ISUP
Назначение	Для IP-коммуникаций	Для IP-телефонии	Для управления транспортными шлюзами	Для сетей с BPK
Архитектура	Peer-to-Peer	Peer-to-Peer	Master-Slave	Peer-to-Peer
Интеллект	Рассредоточен по элементам сети	В ядре сети	В ядре сети	В ядре сети
Сложность	Простой	Сложный	Простой	Сложный
Масштабируемость	Высокая	Средняя	-	Средняя
Тип данных	Речь, данные, видео	Речь, данные, видео	Управление передачей речи, данных	Речь и данные
QoS	Поддерживается	Поддержка диффиринцированного обслуживания	Контроль QoS на уровне IP	Не требуется
Адресация	Поддержка IP-адресов и имен доменов, через DNS	Поддержка IP-адресов, мультизонная, многодоменовая поддержка через привратник	Цифровая адресация терминалов пользователей, поддержка IP-адресов и имен доменов для транспортных шлюзов	Статические

MEGACO/H.248 и MGCP

Прежде всего, 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 гораздо более сложным способом.

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, можно сказать, что MEGACO не определяет систему связи в целом, ему нужен протокол для взаимодействия Softswitch, которым может быть SIP.

MEGACO/H.248 и Н.323

Как и SIP, протокол H.323 может дополнять MEGACO/ H.248, поскольку тоже является протоколом, обеспечивающим взаимодействие одноранговых устройств. В таком случае MEGACO/H.248 позволит Н.323 избавиться от присущих ему проблем с масштабируемостью, доступностью и возможностью взаимодействовать с ОКС7. 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.

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, например в решениях Ericsson.

При разработке данного протокола обязательным требованием являлась поддержка сигнальных сообщений ISUP, поскольку протокол должен был облегчить операторам переход к ССП и обеспечить взаимодействие новой мультисервисной сети с существующими сетями ISDN. Фактически протокол BICC рассматривался как еще одна прикладная подсистема сигнализации ОКС7, обеспечивающая экономичный переход к мультисервисной сети с сохранением большей части сигнального оборудования ISUP сетей с временным разделением каналов TDM. В свое время данный протокол позволил операторам, не желавшим вкладывать инвестиции в дальнейшее развитие TDM-сетей, предоставлять уже существующие услуги ТфОП/ISDN в пакетных сетях, а также поддерживать взаимодействие имеющихся узлов коммутации TDM узлами пакетной сети и взаимодействие узлов коммутации TDM через пакетную сеть.

Архитектура BICC предусматривает, что вызовы будут входить в сеть и выходить из нее с поддержкой BICC через интерфейсы узлов 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). Также определены:

· 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.

Рис. 2.12. Протокол BICC

На рис. 2.12 представлены узлы всех рассмотренных типов. 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.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒