Nghiên cứu giao thức trong mạng Voip

TÓM TẮT NỘI DUNG Với sự phát triển nhảy vọt của mạng chuyển mạch gói IP hiện nay không chỉ đem lại cho chúng ta những dịch vụ mới đa dạng mà còn là cơ hội cải thiện các dịch vụ viễn thông trước kia với chất lượng tốt hơn và giá thành rẻ hơn. Đã từ lâu, mạng chuyển mạch kênh ghép phân kênh theo thời gian PSTN đã có một vai trò vô cùng quan trọng với sự phát triển của xã hội. Bên cạnh những ưu điểm về chất lượng dịch vụ tốt, vùng dịch vụ rộng lớn trên khắp mọi lãnh thổ, thì mạng PSTN cũng bộc lộ nhiều hạn chế như số lượng các dịch vụ hạn chế, sử dụng tài nguyên đường truyền không tối ưu, giá thành cao. Trên cơ sở đó, mạng VoIP ra đời và ngày càng đáp ứng tốt hơn các yêu cầu đặt ra như chất lượng dịch vụ, giá thành, số lượng tích hợp các dịch vụ thoại lẫn phi thoại. Cũng như các công nghệ ra đời trong thời gian gần đây, thì vấn đề Giao thức là đặc biệt quan trọng. Việc nắm chắc Giao thức là chìa khóa thành công của việc triển khai mỗi một công nghệ mới vào thực tế. Chính vì vậy, trong nội dung của bài Khóa luận tốt nghiệp này, em xin được giới thiệu về “Giao thức sử dụng trong mạng VoIP” với nội dung chính như sau: Chương 1: Tổng quan về mạng VoIP. Chương 2: Các giao thức truyền tải trong VoIP. Chương 3: Giao thức báo hiệu VoIP. Một vấn đề đặc biệt quan trong khi mỗi công nghệ, một giao thức mới được sinh ra là vần đề tương thích với các công nghệ và giao thức trước đó. Đó cũng là một trong nguyên nhân quyết định sự sống còn của mạng VoIP được đề cập tới tại: Chương 4: Kết nối mạng VoIP và PSTN. Và phần cuối cùng là: Chương 5: Khảo sát giao thức cuộc gọi VoIP SIP – PSTN trên thực tế. Đây là một minh chứng rõ nét về việc triển khai các giao thức VoIP đã nghiên cứu trong toàn bộ nội dung bài Luân văn tốt nghiệp vào bài toán viễn thống thực tế. MỤC LỤC Chương 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG VOIP 2 1.1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG VOIP 2 1.2. ĐẶC TÍNH CỦA MẠNG VOIP 4 1.2.1. Ưu điểm 4 1.2.2. Nhược điểm 5 1.3. YÊU CẦU CHẤT LƯỢNG ĐỐI VỚI VOIP 6 Chương 2. CÁC GIAO THỨC TRUYỀN TẢI TRONG MẠNG VOIP 7 2.1. MÔ HÌNH KIẾN TRÚC TỔNG QUAN CỦA MẠNG VOIP 7 2.2. GIAO THỨC IP 8 2.2.1. Giao thức IP phiên bản 4 (IPv4) 9 2.2.2. Giao thức IP phiên bản 6 (IPv6) 12 2.3. GIAO THỨC TCP/IP 13 2.4. GIAO THỨC UDP 20 2.5. GIAO THỨC SCTP 20 2.6. GIAO THỨC RTP 25 2.7. GIAO THỨC RTCP 30 Chương 3. GIAO THỨC BÁO HIỆU VOIP 34 3.1. GIAO THỨC BÁO HIỆU H.323 34 3.1.1. Các thành phần trong mạng 34 3.1.2. Giao thức H.323 38 3.1.3. Thiết lập cuộc gọi VoIP sử dụng giao thức H.323 43 3.2. GIAO THỨC BÁO HIỆU SIP 47 3.2.1. Các thành phần trong mạng SIP 48 3.2.2. Bản tin SIP 50 3.2.3. Mô tả cuộc gọi SIP 55 3.3. SO SÁNH GIỮA GIAO THỨC H.323 VÀ SIP 57 Chương 4. KẾT NỐI GIỮA MẠNG VOIP VÀ PSTN 59 4.1. VẤN ĐỀ KẾT NỐI GIỮA VOIP VÀ PSTN 59 4.2. MẠNG BÁO HIỆU SS7 60 4.2.1. Các thành phần trong mạng báo hiệu SS7 60 4.2.2. Liên kết trong mạng SS7 62 4.2.3. Định tuyến trong mạng SS7 62 4.2.4. Giao thức trong mạng SS7 64 4.2.5. Các bước thiết lập cuộc gọi trong mạng SS7 69 4.3. GIAO THỨC SIGTRAN 70 4.3.1. M2UA/ M2PA 71 4.3.2. M3UA 72 4.3.3. SUA 73 4.3.4. Kết nối mạng VoIP với mạng PSTN 74 Chương 5. KHẢO SÁT GIAO THỨC CUỘC GỌI VOIP SIP – PSTN TRÊN THỰC TẾ 79 5.1. GIỚI THIỆU VỀ KIẾN TRÚC MẠNG VOIP ĐƯỢC NGHIÊN CỨU 79 5.2. GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH WIRESHARK 80 5.3. KHẢO SÁT CUỘC GỌI VOIP SIP – PSTN TRÊN THỰC TẾ 81

doc100 trang | Chia sẻ: banmai | Ngày: 15/03/2013 | Lượt xem: 407 | Lượt tải: 0download
Tóm tắt tài liệu Nghiên cứu giao thức trong mạng Voip, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ực thể khác trong mạng. Như vậy, chức năng chính của nó trong mạng là định tuyến cho các bản tin đến đích. Proxy server cũng cung cấp các chức năng xác thực trước khi cho khai thác dịch vụ. Một proxy có thể lưu (stateful) hoặc không lưu trạng thái (stateless) của bản tin trước đó. Thông thường, proxy có lưu trạng thái, chúng duy trì trạng thái trong suốt transaction (khoảng 32 giây). Redirect Server: trả về bản tin lớp 300 để thông báo thiết bị là chuyển hướng bản tin tới địa chỉ khác – tự liên lạc thông qua địa chỉ trả về. Registrar server: là server nhận bản tin SIP REGISTER yêu cầu và cập nhật thông tin từ bản tin request vào “location database” nằm trong Location Server. Location Server: lưu thông tin trạng thái hiện tại của người dùng trong mạng SIP. Mối liên hệ giữa các thành phần trong mạng SIP Trong ví dụ thứ nhất, cho ta có một cái nhìn khái quát về chức năng của Proxy Server, Redirect Server, SIP Phone trong mạng. Giả sử thuê bao có tên user1 trong miền dịch vụ do here.com muốn thực hiện một cuộc gọi thoại tới thuê bao có thể là user2 ( thuộc there.com) Chức năng của Proxy, Redirect Server trong mạng SIP Khi User 1 muốn gọi tới User 2, trước hết nó sẽ gửi bản tin INVITE 1 đến Proxy Server 1. Proxy Server 1 chuyển tiếp bản tin tới Redirect Server. Redirect Server này xử lý và trả về mã 3xx thông báo cho Proxy Server tự thực hiện kết nối. Proxy Server 1 gửi bản tin INVITE 2 tới đích trả về bởi Redirect Server ( chính là Stateless Proxy Server 1). Vì đây là Stateful Proxy nên thực chất bản tin INVITE được gửi bởi Stateful Proxy là khác so với bản tin nhận được từ User1(ban đầu). Stateless Proxy Server chuyển tiếp bản tin INVITE tới SIP Statefull Proxy 2. Do là Stateless Proxy nên công việc của nó đơn giản là chuyển tiếp bản tin. SIP Statefull Proxy 2 chuyển tiếp bản tin INVITE tới user2. Khi user2 nhấc máy thì nó sẽ gửi bản tin 200 OK theo chiều ngược lại. Sau khi nhận được bản tin 200 OK, user1 sẽ gửi xác nhận ACK tới user2. Luồng RTP trực tiếp giữa hai thuê bao được thiết lập. Và cuộc gọi được thực hiện. Trong ví dụ thứ hai sẽ mô tả quá trình một SIP Phone đăng kí với với Registrar Server quản lý nó,hoạt động của Location Server, Proxy Server. Chức năng của Location, Registrar Server trong mạng SIP Khi một SIP Phone được kết nối với mạng. Nó liên tục gửi bản tin REGISTER tới Registrar Server để thông báo vị trí hiện tại của nó. Giả sử trong miền dịch vụ có tên chicago.com thì quá trình REGISTER (đăng kí) được tiến hành như sau: Thuê bao có tên Carol gửi bản tin REGISTER tới Registrar Server. Server này tiến hành xác thực. Nếu hợp lệ thì các thông tin đó được lưu trong Location Server. Khi một thuê bao khác (có tên là Bob) gửi bản tin INVITE tới Proxy Server để xin kết nối tới thuê bao Carol. Proxy Server sẽ truy vấn các thông tin về thuê bao bị gọi thông qua Location Server. Proxy Server gửi bản tin INVITE tới thuê bao Carol để thiết lập cuộc gọi. Bản tin SIP Các loại bản tin SIP Bản tin yêu cầu (Request): được gửi từ client tới server. RFC 3261 định nghĩa 6 kiểu bản tin request cho phép UA và proxy có thẻ xác định người dùng, khởi tạo, sử đổi, hủy một phiên. Bản tin INVITE: yêu cầu thiết lập một phiên hoặc để thay đổi các đặc tính của phiên trước đó.Trong bản tin này có sử dụng SDP để định nghĩa về các thông số media của phiên. Một response thành công có giá trị 200 được trả lại các thông số mà người được gọi chấp nhận trong phiên media. Bản tin ACK xác nhận rằng client đã nhận được response cuối cùng của bản tin INVITE. ACK chỉ được sử dụng kèm với bản tin INVITE. ACK được gửi từ đầu cuối đến đầu cuối cho response 200 OK. ACK cũng có thể chứa phần thân bản tin với mô tả phiên cuối cùng nếu bản tin INVITE không chứa. Bản tin OPTIONS: UA sử dụng request này để truy vấn tới server về khả năng của nó. Bản tin BYE: UA sử dụng bản tin này để yêu cầu hủy một phiên đã được thiết lập trước đó. Bản tin CANCEL: cho phép client và server hủy một request, ví dụ như INVITE. Nó không ảnh hưởng tới request đã hoàn thành trước đó mà server đã gửi response. Bản tin REGISTER: Một client sử sụng REGISTER để yêu cầu đang kí vị trí của nó tới AOR (address of record) của người dùng với SIP server. Bản tin đáp ứng (Response): server gửi bản tin SIP đáp ứng (SIP response) tới client để báo về trạng thái của SIP request mà client gửi trước đó. Các SIP response được đánh số từ 100 đến 699, được chia thành các lớp nghĩa khác nhau Các lớp Response Mã trả về Mô tả Thông tin 100 Đang thực hiện kết nối 180 Đang đổ chuông 181 Cuộc gọi đang được chuyển tiếp 182 Được đặt vào hàng đợi 183 Phiên đang được xử lý Thành công 200 Thành công Chuyển hướng 300 Nhiểu lựa chọn 301 Chuyển vĩnh viễn 302 Chuyển tạm thời 305 Sử dụng proxy 380 Dịch vụ khác Lỗi Client 400 Yêu cầu không hợp lệ 401 Không nhận dạng được 402 Yêu cầu thành toán 403 Bị cấm 404 Không tìm thấy 405 Phướng thức không được phép 406 Không chấp nhận 407 Yêu cầu xác thực Proxy 408 Request timeout 410 Đã dời đi 413 Yêu cầu quá dài 414 URL được yêu cầu quá lớn 415 Không hỗ trợ kiểu media 416 Không hỗ trợ URI 420 Phần mở rộng lỗi 421 Yêu cầu phần mở rộng 423 Khoảng thời gian giữa hai sự kiện quá ngắn 480 Tạm thời chưa sẵn sàng 481 Transaction không tồn tại 482 Phát hiện thấy “loop” (chu trình) 483 Quá nhiều “hop” 484 Địa chỉ không đủ 485 Mật mở không rõ ràng 486 Đang bận 487 Yêu cầu bị hủy 488 Không thể chấp nhận tại đây 491 Yêu cầu chưa được giải quyết 493 Không giải mã được Lỗi Server 500 Lỗi nội tại trong server 501 Chưa được thực hiện đầu đủ 502 Gateway lỗi 503 Dịch vị không tồn tại 504 Server timeout 505 Phiên bản SIP không được hỗ trợ 513 Bản tin quá lớn Lỗi toàn cục 600 Bận ở khắp mọi nơi 603 Suy sụp 604 Không tồn tại 606 Không thể chấp nhận Cấu trúc bản tin SIP Bản tin Request: INVITE sip:bob@proxy.company.com SIP/2.0 Via: SIP/2.0/UDP ph1.company.com:5060;branch=z9hG4bK83749.1 From: Alice ;tag=1234567 To: Bob Call-ID: 12345601@ph1.company.com CSeq: 1 INVITE Contact: Content-Type: application/sdp Content-Length: ... v=0 o=alice 2890844526 28908445456 IN IP4 172.18.193.102 s=Session SDP c=IN IP4 172.18.193.102 t=0 0 m=audio 49170 RTP/AVP 0 a=rtpmap:0 PCMU/8000 Bản tin Response: SIP/2.0 200 OK Via: SIP/2.0/UDP ph1.company.com:5060;branch=z9hG4bK83749.1 From: Alice ;tag=1234567 To: Bob ;tag=9345678 Call-ID: 12345601@ph1.company.com CSeq: 1 INVITE Content-Length: ... v=0 o=bob 3800844316 3760844696 IN IP4 172.18.193.109 s=Session SDP c=IN IP4 172.18.193.109 t=0 0 m=audio 48140 RTP/AVP 0 a=rtpmap:0 PCMU/8000 Ý nghĩa của các trường trong bản tin: Tiêu đề SIP Mô tả From Thường là AOR(Address of Record) của người gửi. Nó bao gồm SIP hoặc SIPS URI và với tùy chọn tên được hiển thị. To Mô tả người nhận của bản tin SIP, AOR của người nhận. Với chức năng forward hay redirect thi đanh không phải là địa chỉ người nhận. Trường này giống trường From. Call-ID Định nghĩa series của bản tin SIP. Call-ID phải được xác định trong mọi bản tin SIP được gửi bởi tất cả các UA trong một dialog. Cseq Chứa một giá trị nguyên và tên phương thức. Trường này dùng để xác định, săpx xếp, đánh dấu chuỗi SIP request trong một dialog. Cseq có thể khác nhau giữa bản tin được truyền lại và truyền mới. Via Xác định đường đi được chỉ ra request và các response sẽ được gửi. Contact Chứa SIP hoặc SIPS URI của UA muốn nhận được SIP request mới. Allow Liệt kê tập các phương thức SIP được hỗ trợ bởi UA. Supported Liệt kê tập các phần mở rộng của SIP hỗ trợ bởi UA. Require Trường này rất giống như trường Supported nhưng là của các UA ở xa cần thiết cho một transaction được xử lý. Content-Type Kiểu của phần thân của bản tin SIP (nếu có phần thân) Content-Length Kích thức của phần thân bản tin SIP. Trường này là bắt buộc khi bản tin SIP được truyền trên TCP. Mô tả cuộc gọi SIP Cuộc gọi được định tuyến qua Proxy Server Thiết lập cuộc gọi SIP với Proxy Server Proxy server nhận được bản tin INVITE từ client. Proxy server liên lạc với Location server để xác định địa chỉ của người bị gọi. Location server xác định vị trí của người được gọi và cung cấp địa chỉ server đích. Bản tin INVITE được chuyển tiếp tới địa chỉ mà Location server trả về. Proxy server sẽ thêm tiêu đề Record-Route vào bản tin INVITE để chắc rằng tất cả các bản tin tuần tự sau đó được định tuyến qua proxy. Điều này cần thiết cho quá trình tính cước hoặc các ứng dụng khác cần thiết để kiểm soát các bản tin cho dialog này. Phía được gọi rung chuông. Người được gọi nhấc máy. Phía được gọi gửi bản tin 200 OK thông báo cuộc gọi bắt đầu. Bản tin 200 OK được chuyển tiếp qua proxy server tới phía gọi. Phía gọi trả lời bản tin 200 OK nhận được bằng bản tin ACK tới proxy-server ( khi proxy chèn tiêu đề Record-Route vào trong bản tin INVITE) hoặc gửi trực tiếp tới phía người được gọi. Proxy chuyển tiếp ACK tới người được gọi. Cuộc gọi thoại được thiết lập. Báo hiệu trực tiếp giữa các thiết bị đầu cuối Thiết lập cuộc gọi với Redirect Server Redirect server nhận được bản tin INVITE từ phía UA gọi. Redirect server liên lạc với Location server để lấy thông tin địa chỉ của UA được gọi. Location server trả lại địa chỉ của UA được gọi. Redirect server trả địa chỉ trực tiếp về UA gọi với bản tin 3xx với trường Contact đã được cập nhật. Không giống như Proxy server, Redirect server không chuyển tiếp bản tin INVITE. UA gọi gửi bản tin ACK tới Redirect server để xác nhận về bản tin 3xx. UAC (User agent client) gọi gửi trực tiếp bản tin INVITE với trường Contact: là địa chỉ trả về bởi Redirect server tới UA được gọi. UA được gọi rung chuông và người dùng nhấc máy. UA được gọi gửi bản tin 200 OK tới UA gọi. UAC gọi gửi bản tin ACK xác nhận. SO SÁNH GIỮA GIAO THỨC H.323 VÀ SIP Giữa H.323 và SIP có nhiều điểm tương đồng. Cả hai đều cho phép điều khiển, thiết lập và huỷ cuộc gọi. Cả H.323 và SIP đều hỗ trợ tất cả các dịch vụ cần thiết, tuy nhiên có một số điểm khác biệt giữa hai chuẩn này. H.323 hỗ trợ hội nghị đa phương tiện rất phức tạp. Hội nghị H.323 về nguyên tắc có thể cho phép các thành viên sử dụng những dịch vụ như bảng thông báo, trao đổi dữ liệu, hoặc hội nghị video. SIP hỗ trợ SIP-CGI (SIP-Common Gateway Interface) và CPL (Call Processing Language). SIP hỗ trợ điều khiển cuộc gọi từ một đầu cuối thứ 3. Hiện nay H.323 đang được nâng cấp để hỗ trợ chức năng này. SIP H.323 Nguồn gốc IETF ITU-T Quan hệ mạng Ngang cấp Ngang cấp Khởi điểm Kế thừa cấu trúc HTTP. Kế thừa Q.931, Q.SIG Đầu cuối SIP H.323 Server Proxy Server Redirect Server Location Server Registrar Servers. H.323 Gatekeeper Khuôn dạng Text, UTF-8 Nhị phân Trễ thiết lập cuộc gọi 1.5 RTT 6-7 RTT hoặc hơn Giám sát trạng thái cuộc gọi Có 2 lựa chọn: trong thời gian thiết lập cuộc gọi suốt thời gian cuộc gọi Phiên bản 1 và 2: máy chủ phải giám sát trong suốt thời gian cuộc gọi và phải giữ trạng thái kết nối TCP. Điều này hạn chế khả năng mở rộng và giảm độ tin cậy Báo hiệu quảng bá Có hỗ trợ Không Chất lượng dịch vụ Sử dụng các giao thức khác như RSVP, OPS, OSP để đảm bảo chất lượng dịch vụ Gatekeeper điều khiển băng thông. H.323 khuyến nghị dùng RSVP để lưu dữ tài nguyên mạng. Bảo mật Đăng ký tại Registrar server, có xác nhận đầu cuối và mã hoá Chỉ đăng ký khi trong mạng có Gatekeeper, xác nhận và mã hoá theo chuẩn H.235. Định vị đầu cuối và định tuyến cuộc gọi Dùng SIP URL để đánh địa chỉ. Định tuyến nhờ sử dụng Redirect và Location server Định vị đầu cuối sử dụng E.164 hoặc tên ảo H.323 và phương pháp ánh xạ địa chỉ nếu trong mạng có Gatekeeper. Chức năng định tuyến do Gatekeeper đảm nhiệm. Tính năng thoại Hỗ trợ các tính năng của cuộc gọi cơ bản Được thiết kế nhằm hỗ trợ rất nhiều tính năng hội nghị, kể cả thoại, hình ảnh và dữ liệu, quản lý tập trung nên có thể gây tắc nghẽn ở Gatekeeper Khả năng mở rộng Dễ dàng Hạn chế KẾT NỐI GIỮA MẠNG VOIP VÀ PSTN VẤN ĐỀ KẾT NỐI GIỮA VOIP VÀ PSTN Như chúng ta đã biết, vấn đề sống còn của một công nghệ mới ra đời là phải tương thích được với các công nghệ trước đó. Với sự hình thành và phát triển trên phạm vi thế giới, mạng PSTN đã trở thành mạng viễn thông rộng lớn nhất. Mạng VoIP không thể tự bản thân nó tồn tại một cách đơn lẻ trên môi trường Internet mà tách rời khỏi hệ thống viễn thông toàn cầu. Chính việc giải quyết được bài toán kết nối mạng PSTN mang lại thành công lớn cho mạng VoIP như ngày hôm nay. Mô hình kết nối mạng VoIP với PSTN Qua mô hình kết nối VoIP với PSTN, chúng ta thấy sự có mặt của hai thành phần mới trong mạng VoIP Media Gateway: thực hiện nhiệm vụ truyền tải tín hiệu kênh 64kb/s trên đường Trunk thành các gói RTP truyền trên mạng Internet. Đây chính là tín hiệu thoại giữa các người dùng đầu cuối với nhau. Media Gateway có bộ mã hóa với tốc độ bit thấp, có khả năng triệt các khoảng lặng giúp giảm lưu lượng truyền trên mạng không cần thiết. Signaling Gateway: được xem như là giao diện của mạng VoIP với mạng báo hiệu SS7 của PSTN. Nhờ có Signaling Gateway mà thông tin báo hiệu cuộc gọi có thể nhận từ PSTN tới mạng VoIP và ngược lại. Signaling Gate truyền bản tin SS7 qua mạng IP thông qua giao thức Sigtran tới Softswitch. Và ở đây, SoftSwitch sẽ làm nhiệm vụ của mình là khởi tạo các bản tin thiết lập cuộc trong mạng VoIP. Cả hai thiết bị này đều có mặt trong hầu hết các giao thức mạng VoIP khi muồn kết nối với PSTN. Giao thức sử dụng trên Signaling Gateway thì chung cho hầu hết các giao thức báo hiệu VoIP. Trái lại, với mỗi giao thức khác nhau thì việc báo hiệu giữa Media Gateway và SoftSwitch (Gatekeeper với giao thức H.323; SIP Server với giao thức SIP) lại khác nhau. Một điểm quan trọng cần lưu ý nữa là cả hai thiết bị này đều có hai giao diện: một giao diện với mạng VoIP, một giao diện với mạng PSTN. Chính vì vậy, với Signaling Gateway thì nó cũng có Point Code y như một điểm báo hiệu SS7 thông thường; còn kết nối với Media Gateway là các đường Trunk có đánh số giống như ở mạng PSTN. Các giao thức được trình bày trong mô hình kết nối giữa mạng VoIP và PSTN sẽ được lần lượt đề cập chi tiết ở phần sau. Nhưng trước hết, chúng ta đi vào nghiên cứu cấu trúc của mạng báo hiệu SS7 để thuận lợi hơn trong việc nghiên cứu. MẠNG BÁO HIỆU SS7 Các thành phần trong mạng báo hiệu SS7 SSP (Service Switch Point) SSP luôn gắn liền với chức năng chuyển mạch. Do chuyển mạch được phân cấp (sự phân cấp của hệ thống viễn thông) nên các SSP cũng được phân cấp. Một chuyển mạch với chức năng SS7 sẽ có 2 giao diện: giao diện kết nối chức năng thoại giao diện kết nối cho dữ liệu SS7 Có thể nói các chuyển mạch đồng nghĩa với SSP. Bởi lẽ, các SSP chuyển báo hiệu cho cuộc gọi thành các bản tin báo hiệu SS7. Chức năng chính của SSP là xử lý cuộc gọi, quản lý cuộc gọi và giúp định tuyến cuộc gọi tới đích. SCP (Service Control Point) SCP cung cấp các dịch vụ truy cập cơ sở dữ liệu (CSDL) tới mạng điện thoại. Ví dụ dịch vụ của SCP là dịch vụ chuyển đổi số 1-800 (toll-free) hay dịch vụ Local number Portability (LNP) ở Mỹ. SCP hoạt động như là một giao diện tới máy tính có lưu CSDL. STP (Service Tranfer Point) STP được xem như là các router trong mạng SS7. Chức năng của chúng là định tuyến các bản tin giữa hai SSP hoặc giữa SCP và SSP. Không nhất thiết phải có một STP giữa hai SSP để truyền tin cho nhau nhưng bản tin muốn từ SSP tới SCP thì nhất thiết phải đi qua STP. Ở một số nước thì chức năng của STP thường được tích hợp vào SSP. Thông thường hai STP thường được nối với nhau thành cặp. Trong đó, một STP là STP hoạt động chính còn STP kia để dự phòng. Trong đó, mô hình client-server giữa các SSP và SCP; mô hình client-client với hai SSP với nhau. Và STP là chức năng định tuyến bản tin SS7 trong các mô hình này. Thông thường thì SSP chia làm hai loại: quốc gia và quốc tế. Có những SSP có thể có cả hai chức năng này- SSP lai. Mỗi nước sẽ có tối thiểu một SSP lai. SSP này làm nhiệm vụ như một gateway quốc tế nhằm định tuyến bản tin từ phiên bản quốc gia sang phiên bản quốc tế theo chuẩn ITU-T. Như vậy cần STP gateway để định tuyến bản tin giữa các SSP gateway với nhau(chuyển đổi cách đánh địa chỉ giữa các nước). Mạng báo hiệu SS7 Liên kết trong mạng SS7 Các liên kết trong mạng SS7 Liên kết A (Access): Liên kết A nối giữa SSP với STP, hoặc giữa SCP với STP. Liên kết B (Bridge): Nối giữa STP thuộc cặp này với STP thuộc cặp khác. Liên kết này cho phép mở rộng mạng SS7 để có thể định tuyến bản tin trong mạng. Liên kết C (Cross): Liên kết C nối hai STP thành một cặp. Việc liên kết này giúp cho hai STP hoạt động như là một STP chính và một STP dự phòng trong trường hợp STP chính bị hỏng hoặc tắc nghẽn xảy ra. Liên kết D (Diagonal): Nối giữa các STP thuộc cấp thấp với STP thuộc cấp cao hơn. Ví dụ như nối giữa STP địa phương (local) với STP liên tỉnh (regional) Liên kết E (Extended): Nối trực tiếp một SSP với STP không thuộc chủ của nó. Liên kết F (Full associated): Nối hai SSP trực tiếp với nhau không cần thông qua STP. Định tuyến trong mạng SS7 Việc định tuyến trong mạng SS7 là hop-by-hop trên cơ sở tập các luật sau: Một bản tin SS7 xuất phát từ SSP tới trực tiếp SSP đích nếu như có liên kết F giữa chúng. Nếu liên kết F không tồn tại thì bản tin đó được định tuyến từ SSP tới STP chủ của nó qua liên kết A. Nếu như liên kết này không hoạt động thì sẽ sử dụng liên kết A thứ hai nối tới STP dự phòng. Một bản tin từ SSP chuyển tới STP chủ hoạt động và được chuyển tiếp đi Nếu bản tin đã đến STP của SSP đích thì được định tuyến qua liên kết A tới SSP đích. Nếu liên kết A này không hoạt động thì sẽ được định tuyến tới liên kết C gắn với STP dự phòng của SSP đích. Giả sử có một thuê bao ở tổng đài có PC (point code) là 1.4.2 cần thiết lập cuộc gọi với một thuê bao ở tổng đài có PC là 1.4.3. Vì giữa hai tổng đài này không có liên kết F nối trực tiếp nên bản tin báo hiệu SS7 sẽ được định tuyến qua mạng SS7. Ở đây mỗi tổng đài được đại diện là một SSP là giao diện của tổng đài với mạng SS7. Giả sử cuộc gọi của chúng ta có thể được thực hiện với sự có mặt của tổng đài Tandem có PC là 1.4.6 nối trực tiếp với hai tổng đài nguồn và đích. Có một chú ý trước khi đi vào nghiên cứu quá trình thiết lập tuyến của ví dụ này là việc định tuyến của mạng SS7 là hop-by-hop, tức là đường đi sẽ được xác định theo từng chặng trên đường đi của nó. Quá trình định tuyến của mạng SS7 liên hệ chặt chẽ với sự phân cấp của mạng viễn thông, bài toán định tuyến chủ yếu dựa trên mô hình phân chấp (sự có mặt của các tổng đài Toll), các tổng đài Tandem nhằm giảm lưu lượng mạng ở tuyến dưới dồn lên tuyến trên trong một vùng miền. Bài toán định tuyến đơn giản hơn bài toán định tuyến trong mạng gói khác, ví dụ như mạng IP. Định tuyến bản tin trong mạng SS7 SSP 1.4.2 tra bảng định tuyến xác định rằng không thể thiết lập cuộc gọi trực tiếp tới SSP có PC là 1.4.3 nhưng có thể thông qua tổng đài Tandem có PC=1.4.6. SSP này sẽ gửi bản tin ISUP IAM tới SSP 1.4.6 với OPC là 1.4.2; DPC là 1.4.6 và TCIC thông báo kênh logic (đường trunk) sẽ được dành cho cuộc gọi trên chặng từ nó đến Tandem. Bản tin này được định tuyến qua STP và được gửi tới SSP 1.4.6. SSP này xác định nó không phải là đích của số thuê bao bị gọi trong bản tin IAM. Nó kiểm tra bảng định tuyến thì thấy rằng đó là thuê bao thuộc SSP 1.4.3. SSP 1.4.6 gửi bản tin với OPC là 1.4.6, DPC là 1.4.3 và TCIC là 89 ý nghĩa giống hệt như báo tin trước. Khi SSP 1.4.3 nhận được bản tin này, nó biết được đây là thuê bao thuộc sự quản lý của nó. SSP điểu khiển báo hiệu phía thuê báo, điều khiển chuyển mạng,.. Các bước báo hiệu tiếp theo được thực hiện tương tự để thiết lập cuộc gọi. Giao thức trong mạng SS7 Giao thức SS7 Message Transfer Part (MTP) Lớp 1,2,3 cung cấp giao thức giao vận cho tất cả các giao thức SS7 khác. Chức năng của MTP bao gồm đặc tính giao diện mạng, truyền tin tin cậy, xử lý bản tin và định tuyến. Signaling Connection Control Part (SCCP) cung cấp dịch vụ định địa chỉ đầu cuối-đầu cuối và định tuyến bản tin lớp 4 như Transaction Capabilities Application Part (TCAP). Telephone User Part (TUP) là hệ thống báo hiệu link-by-link được sử dụng để kết nối cho cuộc gọi thoại và fax. ISDN User Part (ISUP) là giao thức sử dụng để thiết lập và duy trì kết nối cho cuộc gọi thoại và dữ liệu dựa trên mạng kênh. TCAP cho phép truy cập tới CSDL từ xa, cung cấp các thông tin định tuyến và các đặc trưng khác cho các thành phần mạng ở xa. Giao thức lớp vật lý MTP1 Lớp vật lý thiết đặt các đặc tính lý, điện của liên kết báo hiệu. Chức năng của lớp này giống như Lớp vật lý của mô hình OSI, có thể là: Chuẩn T1 hay DS1 truyền trên 2 cặp cáp xoắn đôi với băng thông 1,544Mb/s, với 24 kênh song công 64kb/s và tốc độ đồng bộ khung là 8kb/s Chuẩn E1 truyền trên 2 cặp cáp xoắn đôi với băng thông 2,048Mb/s với 32 kênh song công, mỗi kênh 64kb/s. Trong đó, một kênh để truyền báo hiệu (TS16) và 1 kênh để truyền đồng bộ Kênh 56kb/s hoặc 64kb/s Chuẩn V.35: giao diện giữa đơn vị dịch vụ số (DSU) và thiết bị dữ liệu gói, với quy ước về chân, cấu hình điện cho 37 chân. Giao thức lớp Liên kết dữ liệu MTP2 Giao thức MTP2 tạo liên kết điểm-điểm đáng tin cậy giữa hai đầu cuối trong mạng và hoạt động với cơ chế sau: Cơ chế phát hiện lỗi và Sửa lỗi trong suốt quá trình truyền tin. Quá trình sủa lỗi được cung cấp bởi mã CRC-16. Nếu phát hiện ra lỗi, MTP2 sẽ yêu cầu truyền lại Đánh số thứ tự các gói cho phép phát hiện ra bản tin bị mất trong quá trình truyền. Nếu thấy mất bản tin, phía thu sẽ yêu cầu truyền lại. Yêu cầu truyền lại có thế gắn liền với dữ liệu người dùng của bản tin tiếp theo. Dữ liệu này có thế từ ứng dụng lớp 4 đưa xuống (SCCP, ISUP, TUP, or TCAP). Chỉ thị trạng thái liên kết được duy trì và kiểm soát trong suốt quá trình hoạt động giữa hai trạm Giao thức MTP2 sử dụng các gói được gọi là đơn vị báo hiệu để truyền các bản tin SS7. Các đơn vị báo hiệu này cho phép phát hiện lỗi, chỉ thị trạng thái liên kết và bản tin SS7 cần truyền. Có 3 loại đơn vị báo hiệu MTP2 như sau: Fill-in Signal Unit (FISU): cung cấp phát hiện lỗi trong mạng SS7, được truyền khi không có lưu lượng trên mạng để kiểm soát trạng thái hoạt động của mạng. Cấu trúc bản tin FISU Link Status Signal Unit (LSSU) cung cấp thông tin về trạng thái đường truyền giữa hai điểm báo hiệu kết nối trực tiếp với nhau. Cấu trúc bản tin LSSU Message Signal Unit (MSU): cung cấp cấu trúc cho phép mang thông tin cua bản tin báo hiệu. Thông tin này là trường tải tin cho bản tin cấp cao hơn như SCCP, TUP, ISUP, and TCAP. Cấu trúc bản tin MSU Giao thức Lớp mạng MTP3 Lớp mạng của SS7 được gọi là MTP3. Giao thức MTP3 định tuyến bản tin SS7 dựa vào bản tin lớp 2 nhận được. MTP3 cung cấp khởi thủy cho phép truyền tin giữa các giao thức lớp 4 như SCCP, ISUP, TUP, và TCAP cũng như truyền và nhận tin từ MTP2. Cấu trúc bản tin MTP3 Bản tin Lớp ứng dụng (Signalling Connection Control Part) SCCP cung cấp dịch vụ mạng ở mức đỉnh của MTP3. Sự kết hợp của hai lớp này được gọi là Network Service Part (NSP) của SS7. TCAP (Transaction Capabilities Applications Part) sử dụng dịch vụ của SCCP để truy cập CSDL trong mạng SS7. SCCP cung cấp các giao diện dịch vụ tới TCAP và ISUP. Dịch vụ định tuyến SCCP cho phép STP thực hiện Global Title Translation (GTT) bằng các xác định DPC và số hệ thống con trong CSDL đích. Các dịch vụ cung cấp bởi SCCP gồm: Dịch vụ hướng kết nối (Connection-Oriented Services): SCCP hỗ trợ dịch vụ hướng kết nối cho TCAP và ISUP nhưng dịch vụ này hiện nay không còn được sử dụng. Dịch vụ không hướng kết nối: SCCP cung cấp dịch vụ không hướng kết nối lớp Giao vận cho TCAP (Transaction Capabilities Applications Part). Các dịch vụ cả TCAP gồm 800,888,900, điện thoại thẻ, ứng dụng mobile. SCCP và MTP3 kết hợp với nhau để cung cấp các dịch vụ non-circuit này. SCCP cũng cho phép STP thực hiện GTT thay cho tổng đài đầu cuối. Tổng đài đầu cuối xem số 800 như là chức năng dịch địa chỉ. Bởi vì global title addresses không được định tuyến mà SCCP ở tổng đài đầu cuối sẽ định tuyến bản tin truy vấn tới STP. Bản tin được truyền giữa SCCP và MTP được gọi là Unitdata Messages (UDTs) và Unitdata Service Messages (UDTSs). Quá trình truy vấn thông tin trên SCP Khi tổng đài nhận biết cần thiết lập một cuộc gọi 800, nó sẽ thực hiện một truy vấn tới CSDL. TCAP sẽ truyền số gọi và bị gọi tới SCCP và sau đó được điền đầy đủ các thông tin thích hợp trong UDT và đặt bit chỉ thị định tuyến yêu cầu dịch vụ GTT. SCCP định địa chỉ tới STP chủ và truyền bản tin tới MTP. MTP của tổng đài sẽ tạo một MSU vào chuyển tiếp tới STP. Chức năng SCCP trong STP nhận truy vấn và sử dụng bảng dịch địa chỉ để định lại địa chỉ với số hiệu của subsytem (Subsystem Number -SNN) trong CSDL. SNN bao gồm DPC và địa chỉ của CSDL đích. MTP trong STP sẽ chuyển tiếp truy vấn tới SCP. SCCP trong SCP sẽ truyền bản tin tới TCAP và chạy truy vấn CSDL này. CSDL sẽ thực hiện chuyển số yêu cầu thành số định tuyến và truyền thông tin cho SCCP với DPC để gửi trả lại thông tin. SCCP cũng đặt bit mô tả định tuyến để chỉ thị MTP sẽ định tuyến dựa trên DPC. ISDN User Part ( ISUP) ISUP kết nối, quản lý, và hủy tất cả các cuộc gọi trong PSTN. Thuê bao có thể là ISDN, analog, mobile. Ngoài ra, ISUP có thể sử dụng SCCP định tuyến thông tin báo hiệu qua mạng. Đường đi của báo hiệu có thể không giống nhau cho mỗi bản tin liên quan tới mỗi một kênh khác nhau. SCCP cho phép bản tin ISUP có thể được định tuyến trực tiếp từ trạm nguồn đến trạm đích. Trường kiểu bản tin trong bản tin ISUP cho phép xác định kiểu bản tin được mạng trong MSU với các giá trị cụ thể như sau. Bản tin Tên đầy đủ Ý nghĩa IAM Initial Address Sử dụng để thiết lập cuộc gọi. Bản tin này thường chứa số thuê bao bị gọi ACM Address Complete Thông báo rằng cuộc gọi đang được thiết lập. ANM Answer Phía bị gọi đã có tín hiệu trả lời REL Release Cuộc gọi bị hủy. Cũng có thể sử dụng kiểu bản tin này để thông báo rằng tổng đài tandem hoặc tổng đài đích không thể thiết lập được kết nối. RLC Release Complete Đã nhận được bản tin REL và kênh thoại được hủy COT Continuity Test Dùng để kiểm tra tính liên tục của đường trunk CPG Call Process Đang rung chuông thuê bao bị gọi SUS Suspend Dừng một cuộc gọi nhưng kết nối của nó vẫn được giữ RES Resume Phục hồi trạng thái cuộc gọi được dừng trước đó.SUS và RES dùng cùng một cấu trúc bản tin và tham số. FOT Forward Transfer INR Information Request Yêu cầu thông tin từ phía tổng đài đích tới tổng đài nguồn để lấy thêm thông tin. INF Information Cung cấp thông tin yêu cầu bởi INR Các bước thiết lập cuộc gọi trong mạng SS7 Quá trình thiết lập cuộc gọi trong mạng SS7 Người gọi nhấc ống nghe, được nhận biết bởi tổng đài địa phương A nhờ báo hiệu một chiều. Tổng đài A phát tín hiệu mời quay số. Người gọi quay số. Vì số thuê bao bị gọi không nằm trong tổng đài A, nên nó phải xác định cách để thiết lập cuộc gọi thông qua bảng định tuyến. Thông tin bảng định tuyến sẽ cho phép xác định kênh còn rỗi cho phép thiết lập cuộc gọi. Tổng đài này sẽ gửi bản tin IAM qua mạng SS7 tới tổng đài có chứa thuê bao người bị gọi. Khi tổng đài B nhận được bản tin IAM, nó sẽ gửi bản tin ACM tới tổng đài A thông báo tuyến đã sẵn sàng và để A phát tín hiệu cho người gọi biết. Đồng thời, B cũng phát tín hiệu rung chuông tới thuê bao bị gọi. Khi thuê bao bị gọi nhấc máy, bản tin ANM được gửi từ tổng đài B tới A để thông báo bắt đầu cuộc gọi. Cuộc gọi được thực hiện. Với quá trình này, thông tin là trong suốt. Giả sử người gọi dập máy trước, khi tổng đài A nhận được báo hiệu này lập tức gửi bản tin REL tới tổng đài B để chấm dứt cuộc gọi Tổng đài B gửi tín hiệu kết thúc cuộc gọi tới thuê bao bị gọi và bản tin RLC tới tổng đài A để thông báo việc hủy cuộc gọi là xong. GIAO THỨC SIGTRAN Giao thức SIGTRAN là giao thức tin cậy để truyền tải các bản tin SS7 qua mạng IP. Cấu trúc gồm 2 thành phần : giao thức truyền tải chung cho các lớp giao thức SS7 và module tương thích để giả lập các lớp thấp hơn của giao thức. Ví dụ nếu module xử lí SS7 trong Softswitch xử lí bản tin MTP lớp 3, thì giao thức sigtran cung cấp các chức năng tương đương với các chức năng của MTP lớp 2. Nếu nó xử lí ở mức ISUP và SCCP, thì giao thức sigtran cung cấp chức năng giống như MTP lớp 2 và lớp 3, tương tự đối với TCAP. Do đó SIGTRAN là một tập các giao thức để giả lập (thực hiện adaptation) SS7 trong mạng IP. Giao thức SIGTRAN cung cấp tất cả các chức năng cần thiết để hỗ trợ cho báo hiệu SS7 qua mạng IP, bao gồm: Điều khiển luồng Phân phối tuần tự các bản tin trong các luồng điều khiển độc lập. Xác định điểm báo hiệu nguồn và đích. Xác định kênh thoại. Phát hiện lỗi, truyền lại và các thủ tục sửa sai khác. Khôi phục lại các thành phần nằm trong các đường chuyển tiếp. Điều khiển tránh nghẽn trên Internet. Xác định trạng thái của các thực thể trên mạng (đang phục vụ, ngừng phục vụ). Hỗ trợ cơ chế bảo mật để bảo vệ các thông tin báo hiệu. Mở rộng khả năng hỗ trợ về bảo mật và các yêu cầu phát triền về sau. Giao thức Sigtran M2UA/ M2PA M2UA và M2PA để truyền các bản tin lớp 2. Trong đó, M2UA (MTP L2 User Adapter) để truyền bản tin lớp 2 giữa hai thực thể không ngang hàng trong mạng (giữa Media Gateway Controller hay Softswitch với Signalling Gateway); còn M2PA (MTP L2 Peer-to-Peer Adapter) là giữa hai thực thể ngang hàng với nhau (giữa hai signaling gateway với nhau). Mô hình M2UA Mô hình M2PA So sánh giữa M2UA và M2PA M2PA và M2UA khác nhau ở những điểm sau: M2PA: Gateway báo hiệu là một điểm báo hiệu số 7 với một mã điểm báo hiệu. M2UA: Gateway báo hiệu không phải là một điểm báo hiệu số 7 không có mã điểm báo hiệu. M2PA: Kết nối giữa Gateway báo hiệu và điểm báo hiệu IP như là một link báo hiệu SS7. M2UA: Kết nối giữa Gateway báo hiệu và MGC không phải là một liên kết báo hiệu. Thực ra, nó chỉ là sự mở rộng của MTP từ GW báo hiệu tới MGC. M2PA: Gateway báo hiệu có thể có các lớp báo hiệu cao hơn như SCCP. M2UA: Gateway báo hiệu không có lớp báo hiệu cao hơn giống như nó không có MTP3. M2PA: dựa trên MTP3 cho các thủ tục quản lý. M2UA: sử dụng các thủ tục quản lý của bản thân nó. M2PA: Điểm báo hiệu IP xử lý MTP3 và các dịch vụ của MTP2 cung cấp M2UA: MGC truyền tải MTP3 và các dịch vụ MTP2 cho MTP2 của Gateway báo hiệu xử lý. M3UA M3UA được dùng để truyền tải các bản tin báo hiệu các user của MTP3 như ISUP, TUP, SCCP trên nền IP sử dụng SCTP. Các bản tin TCAP hay RANAP cũng như các giao thức lớp trên của SCCP có thể truyền băng SCCP sử dụng M3UA hay một giao thức SIGTRAN khác gọi là SUA sẽ được nói ở phần sau. M3UA được sử dụng giữa Gateway báo hiệu và MGC hay cơ sở dữ liệu điện thoại IP. Gateway báo hiệu sẽ kết cuối MTP2, MTP3 và phân phối ISUP, TUP, SCCP hay các bản tin lớp trên của MTP3 khác, cũng như các sự kiện quản lý mạng MTP trên các phiên SCTP tới Softswitch hay cơ sở dữ liệu thoại IP. Các lớp ISUP hay SCCP ở điểm báo hiệu IP không nhận thấy các dịch vụ MTP3 không được cung cấp ở tại điểm báo hiệu IP, mà bởi Gateway báo hiệu ở xa. Tương tự MTP3 ở GW báo hiệu không nhận thấy giao thức người sử dụng ở trên nó thực chất là phần giao thức ở xa trên lớp M3UA. Từ đấy ta thấy bản chất của M3UA là M3UA mở rộng truy cập các dịch vụ của GW báo hiệu cho điểm báo hiệu IP. Nếu điểm cuối IP được kết nối với nhiều hơn một GW báo hiệu, thì M3UA ở điểm cuối IP sẽ giám sát trạng thái của các điểm báo hiệu đích , và định tuyến bản tin dựa theo độ sẵn sàng và trạng thái nghẽn của route tới những đích đó qua từng GW báo hiệu. M3UA không bị giới hạn bởi trường thông tin báo hiệu 272 octet được chỉ định bởi bản tin SS7 MTP lớp 2. Các khối thông tin lớn hơn được điều khiển trực tiếp bởi M3UA/SCTP mà không cần các thủ tục phân đoạn và tái hợp nhất các đoạn ở các lớp cao hơn theo các tiêu chuẩn SCCP và ISUP. Tuy nhiên, SG có giới hạn cực đại là 272 octet khi kết nối tới mạng báo hiệu SS7 không hỗ trợ truyền các khối thông tin có kích thước lớn hơn tới đích. Đối với mạng MTP băng rộng, SG sẽ phân mảnh các bản tin ISUP và SCCP lớn hơn 272 octet như yêu cầu. Tại SG, lớp M3UA cung cấp liên kết nối với các chức năng quản lý MTP lớp 3 để hỗ trợ các hoạt động báo hiệu không liên kết giữa mạng SS7 và mạng IP. Ví dụ SG hiển thị MTP-3 user ở xa tại điểm báo hiệu IP khi điểm báo hiệu đó có thể tới được hoặc không thể tới được hoặc khi xảy ra hiện tượng nghẽn mạng hoặc bị ngăn chặn. Lớp M3UA tại điểm báo hiệu IP giữ trạng thái của các tuyến để tới được các node SS7 ở xa và có thể yêu cầu trạng thái của các node SS7 ở xa từ lớp M3UA tại SG. Lớp M3UA tại điểm báo hiệu IP cũng có thể chỉ ra SG mà tại đó M3UA bị nghẽn. SUA để truyền các bản tin SCCP. SUA SUA (SCCP User Adaptation Layer) là giao thức được định nghĩa bởi IETF để truyền tải các bản tin báo hiệu SS7 SCCP phần user qua mạng IP sử dụng giao thức SCTP. SUA được sử dụng giữa SG và các IP endpoint và giữa IP Signalling endpoint. SUA cũng hỗ trợ cả các dịch vụ không kết nối tuần tự và không tuần tự và các dịch vụ hướng kết nối 2 chiều có và không có điều khiển luồng và phát hiện mất bản tin hoặc các lỗi không tuần tự. Để phân phối tới các điểm báo hiệu SS7, các bản tin SS7 được định tuyến tới SG dựa trên mã điểm báo hiệu và số SCCP. SG định tuyến các bản tin SCCP tới các IP endpoint ở xa. Nếu tồn tại một IP endpoint dự phòng, SG có thể chia sẻ tải giữa các IP endpoints đang kích hoạt sử dụng giải pháp quay vòng round-robin. Chú ý chia sẻ tải của các bản tin TCAP chỉ xuất hiện trong bản tin đầu tiên trong hỏi đáp TCAP; thứ tự các bản tin TCAP trong cùng khoảng thời gian hỏi đáp luôn luôn gửi tới IP endpoint đã lựa chọn cho bản tin đầu tiên, trừ phi các endpoints chia sẻ trạng thái thông tin và SG hiểu được bản tin cấp phát chính sách của các IP endpoint. SG cũng có thể thực hiện được chức năng chuyển dịch nhãn toàn cầu (Global Title Translation) để chỉ ra đích của bản tin SCCP. SG định tuyến trên nhãn, các chữ số xuất hiện trong bản tin đầu vào, như số bị gọi hoặc số định danh thuê bao di động. Để chuyển tải các dịch vụ hướng kết nối, SCCP và SUA giao tiếp tại SG để liên kết 2 phiên kết nối cần cho truyền dữ liệu hướng kết nối giữa điểm báo hiệu SS7 và IP endpoint. Bản tin được định tuyến bởi SG tới điểm báo hiệu dựa trên mã điểm báo hiệu (trong trường địa chỉ MTP-3) và IP endpoint dựa trên địa chỉ IP (trong mào đầu SCTP). SUA cũng có thể được sử dụng để chuyển tải thông tin về user SCCP trực tiếp giữa các IP endpoints hơn là qua SG. SG chỉ cần để kết nối với báo hiệu SS7 trong mạng chuyển mạch kênh. Kết nối mạng VoIP với mạng PSTN Cuộc gọi bắt đầu từ mạng VoIP (SIP) và kết thúc tại PSTN Chú ý ở mô hình này, ta không đề cập tới sự có mặt của Proxy Server hay Redirect Server mà coi bản tin báo hiệu SIP đến thẳng Gateway. Thực chất vấn đề là khi đầu cuối SIP quay số, Proxy Server đã biết đây là cuộc gọi ngoại mạng nên nó sẽ xác định Gateway thích hợp để thực hiện cuộc gọi. Một chú ý nữa là trong mô hình này, Gateway đóng vai trò vừa là Media gateway và Signaling Gateway. Quá trình thiết lập cuộc gọi SIP-PSTN SIP User Agent gửi bản tin INVITE tới Gateway yêu cầu kết nối với một thuê bao PSTN. Gateway trả lời bằng bản tin 100 Trying ngay sau khi khởi tạo bản tin SS7 IAM tới mạng PSTN để lập tuyến tới thuê bao bị gọi. Chú ý là việc gửi bản tin 100 Trying cũng có thể thực hiện trước khi gửi bản tin IAM, điều này phụ thuộc vào việc cấu hình trên Gateway. Mạng PSTN trả về bản tin ACM sau khi đã xác định được địa chỉ thuê bao bị gọi. Bản tin SS7 này được chuyển thành bản tin SIP 183 Session Progress Để báo rằng thuê bao bị được đang được rung chuông thì ở đây, mạng SIP trọn một cách an toàn là truyền nguyên trạng thái tín hiệu nhận được trên Gateway đến thuê bao SIP. Việc này cho phép báo hiệu chính xác trạng thái đang diễn ra đề phòng có trục trặc trong lúc thực hiện kết nối với PSTN. Thông tin này được truyền bằng một luồng RTP một chiều – biểu diễn như hình vẽ. Khi thuê bao bị gọi nhấc máy, bản tin SS7 ANM được gửi đi. Bản này được chuyển thành bản tin 200OK báo hiệu cổng trên Gateway sẵn sàng cho cuộc gọi. Sau khi thuê bao SIP trả lời bằng bản tin ACK thì luồng RTP được thiết lập 2 chiều giữa Gateway và SIP User Agent truyền tải tín hiệu thoại trên Gateway nhận được từ tổng đài của mạng PSTN Giả sử thuê bao SIP dập máy trước, nó sẽ gửi bản tin BYE tới Gateway để giải phóng cuộc gọi. Gateway gửi bản tin REL tới tổng đài PSTN để hủy kết nối. Sau khi Gateway gửi bản tin 200 OK và nhận được bản tin RLC, cuộc gọi chính thức chấm dứt. Cuộc gọi bắt đầu từ PSTN và kết thúc ở mạng VoIP Trong mô hình cuộc gọi này rất giống với trường hợp cuộc gọi xuất phát từ mạng VoIP và kết thúc ở PSTN. Quá trình thiết lập cuộc gọi PSTN - SIP Thông tin báo hiệu vẫn được chuyển đổi tương đương giữa bản tin SS7 và SIP. Để thông báo trạng thái rung chuông của mình, thuê bao SIP gửi trả bản tin 180 Ringing tới Gateway. Bản tin này tương ứng với bản tin SS7 ACM. Khi đó, Gateway sẽ gửi tín hiệu thoại một chiều mô tả trạng thái của thuê bao bị gọi tới thuê bao gọi. Việc này có tác dụng rất lớn trong việc đảm bảo thông tin trạng thái thiết lập đường truyền được kiểm soát bởi thuê bao gọi. Cuộc gọi PSTN – PSTN thông qua mạng VoIP. Chuẩn SIP-T Do vấn đề làm việc liên mạng giữa SIP và PSTN đặt ra ngày càng cấp thiết. Nên nhóm IETF đã tập trung nghiên cứu để tìm gia những vấn đề cần bổ sung cho giao thức SIP hiện tại khi làm việc liên mạng với mạng điện thoại truyền thống PSTN. Mặt khác một thuộc tính rất quan trọng của bất kỳ một mạng điện thoại SIP nào là sự trong suốt mọi dịch vụ thoại truyền thống như chờ cuộc gọi, free phone được triển khai với các giao thức mạng PSTN như báo hiệu số 7 phải được cung cấp bởi SIP. Một thuộc tính quan trọng khác của mạng điện thoại SIP là khả năng định tuyến của các yêu cầu SIP. Một yêu cầu SIP dùng để thiết lập cuộc gọi phải chứa đầy đủ thông tin trong header của nó để cho phép nó được định tuyến tới đích bởi Proxy server. Các tham số chính của một cuộc gọi như số bị gọi phải được truyền tải từ bản tin báo hiệu số 7 sang các yêu cầu của SIP. SIP-T (SIP Telephone) cố gắng cung cấp một phương thức tích hợp báo hiệu thoại vào bản tin SIP. Nó thoả mãn hai thuộc tính trên thông qua các kỹ thuật là đóng gói và dịch. ở một gateway SIP-ISUP, bản tin SS7-ISUP được đóng gói ở trong SIP để những thông tin cần thiết cho các dịch vụ không bị loại bỏ trong các yêu cầu của SIP. Tuy nhiên, Proxy server cái mà chịu trách nhiệm các quyết định định tuyến, không đòi hỏi phải hiểu ISUP, do đó đồng thời những thông cần thiết nhất được dịch từ một bản tin ISUP sang các mào đầu tương ứng của SIP để quyết định các yêu cầu của SIP sẽ được định tuyến như thế nào. Cấu trúc bản tin SIP-T Trong khi SIP thuần túy có mọi công cụ cần thiết cho việc thiết lập và kết thúc cuộc gọi. Nó không có một cơ chế nào để mang những thông tin trong thời gian cuộc gọi như truy xuất ISUP INF/INR. Do đó cần phải có một sự cung cấp việc truyền những thông tin tuỳ biến của lớp ứng dụng ở trên. Các yêu cầu liên mạng giữa SS7-SIP Các chức năng của SIP-T Trong suốt báo hiệu ISUP Đóng gói bản ISUP trong bản tin SIP Khả năng định tuyến bản tin SIP phụ thuộc vào ISUP Dịch các thông tin của ISUP vào mào đầu của SIP Chuyển tiếp các bản tin báo hiệu của ISUP trong thời gian cuộc gọi Sử dụng phương pháp INFO Quá trình thiết lập cuộc gọi PSTN – PSTN thông qua mạng SIP Trong hình vẽ mô tả hoạt động của SIP trong việc thiết lập kết nối giữa hai tổng đài PSTN với nhau(thường để giảm chi phí thiết lập cuộc gọi đường dài).Bên cạnh việc ánh xạ sang bản tin SIP cần thiết để thiết lập báo hiệu giữa hai Gateway thì bản tin bản tin SIP cũng nhúng cả nội dung bản tin SS7 trong đó. Việc này giúp không mất thông tin báo hiệu cần thiết cho việc định tuyến tiếp theo ở mạng PSTN sau này. KHẢO SÁT GIAO THỨC CUỘC GỌI VOIP SIP – PSTN TRÊN THỰC TẾ GIỚI THIỆU VỀ KIẾN TRÚC MẠNG VOIP ĐƯỢC NGHIÊN CỨU Trước khi đi vào giới thiệu về việc thiết lập cuộc gọi SIP - PSTN, ta đi vào giới thiệu các thành chính trong mạng mà chúng ta tiến hành khảo sát như sau: Kiến trúc mạng VoIP nghiên cứu Các thiết bị cần thiết cho mạng VoIP: Media Gateway: là thiết bị Audio Codec Mediant 1000 có 2 giao diện mạng: giao diện FXO kết nối với PSTN qua số thuê bao 7689333. giao diện Ethernet kết nối với mạng nội bộ được cấp IP là 172.16.0.22/24. SIP Server: đóng vai trò ở đây vừa là Proxy Server, Registrar Server, Location Server. Sip Server có địa chỉ IP public là 221.148.96.65. SIP Phone: điện thoại Softphone có hỗ trợ giao thức SIP, được đăng kí với SIP Server với số thuê bao 7004 và có địa chỉ IP là 172.16.0.99. Chương trình gọi điện thoại VoIP hỗ trợ giao thức SIP X-Lite, được đăng kí với Sip Server với số thuê bao là 7010 và có địa chỉ IP là 172.16.0.98. Các thiết bị mạng IP: Router: được cấu hình với địa chỉ IP là 123.30.4.2/25 được nối với ISP VDC thông qua modem ADSL. Firewall: nhằm bảo vệ mạng VoIP khởi bị tấn công từ bên ngoài. Firewall có 3 giao diện mạng khác nhau Giao diện với mạng Internet với địa chỉ 123.30.4.5/25 kết nối với Router để định tuyến gói tin ra ngoài. Giao diện với mạng DMZ (mạng vùng biên): với dải địa chỉ 172.16.0.0/24 Giao diện với mạng nội bộ (được bảo vệ): với dải địa chỉ 192.168.1.0/24 (nhưng không được nghiên cứu nên sẽ không được vẽ trong mô hình). Hub: Vì muốn bắt gói tin gửi trong mạng giữa các thiết bị VoIP một các đơn giản nên ở đây ta sử dụng một Hub. Vì nếu thay Hub bằng Switch thì chúng ta sẽ không thực hiện được do Switch là thiết bị có xử lý địa chỉ MAC nên ta chỉ có thể bắt được các gói tin trên Card mạng của thiết bị hiện tại. GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH WIRESHARK Wireshark là một chương trình bắt gói tin trên mạng. Nó sẽ cố gắng bắt tất cả các gói tin và hiển thị thông tin chi tiết nhất có thể. Mục đích của việc sử dụng Wireshark có thể là: Quản trị mạng: kiểm tra các lỗi trên mạng Bảo mật hệ thống: kiểm tra các lỗi về bảo mật Phát triển hệ thống: gỡ rối hoạt động của giao thức Các đối tượng khác: học về các giao thức nội tại của mạng Giao diện chính của chương trình Wireshark Wireshark có một số ưu điểm như sau: Có thể chạy trên cả hệ thống UNIX và Windows Bắt các bản tin trực tuyến trên card mạng Hiện gói tin với thông tin về giao thức Có thể mở và lưu lại các dữ liệu đã bắt được Import and Export các gói tin từ rất nhiều chương trình khác Lọc gói tin với nhiều tiêu chí khác nhau Tìm kiếm gói tin với nhiều tiêu chí Hiển thị gói tin với màu nổi bật dựa trên bộ lọc Tạo rất nhiều thống kê KHẢO SÁT CUỘC GỌI VOIP SIP – PSTN TRÊN THỰC TẾ Ta sẽ mô tả cuộc gọi từ thuê bao SIP 7010 có IP là 172.16.0.98 tới số điện thoại 0936.346.346. Có một chú ý trong mô hình cuộc gọi này là: Toàn bộ thông tin báo hiệu SIP và thông tin cuộc gọi (trên luồng RTP) được định tuyến thông qua SIP-Server. Nên thực chất, Gateway và SIP Phone không hề biết sự có mặt của nhau; mọi công việc cần thiết đều được thực hiện trên SIP-Server. Việc báo hiệu SIP ở đây có một số điểm khác so với chuẩn SIP được định nghĩa trong RFC 3261. (sẽ được làm rõ ở phần sau). Ta tiến hành bắt gói tin và thu được kết quả như sau: Kết quả thu được của giao thức cuộc gọi SIP – PSTN trên thực tế Trước khi đi vào phân tích cuộc gọi, ta sẽ đối chiếu với sơ đồ cuộc gọi được mô tả giao thức cuộc gọi trong RFC 3666 - Session Initiation Protocol (SIP) Public Switched Telephone Network (PSTN) Call Flows. Giao thức cuộc gọi do IETF định nghĩa Dựa trên kết qua thu được, ta phân tích và vẽ lại Giao thức cuộc gọi như sau: Quá trình thiết lập cuộc gọi SIP - PSTN SIP Phone 7010 gửi bản tin INVITE tới SIP-Server để yêu cầu thiết lập cuộc gọi. SIP-Server trả lại bằng bản tin 100 Trying báo rằng nó đã nhận được bản tin INVITE và đang thiết lập cuộc gọi. Bản tin INVITE gửi tới Proxy Server để thiết lập cuộc gọi SIP-Server nhận thấy đây là cuộc gọi PSTN nên nó chuyển tiếp bản tin INVITE tới Gateway. Sau khi Gateway nhân được bản tin INVITE, nó trả lời bằng bản tin 100 Trying giống như trường hợp trên. Bản tin INVITE được gửi từ Proxy Server tới Gateway Gateway gửi tín hiệu DC tới tổng đài nội hạt thông báo rằng nó nhấc máy. Tổng đài nội hạt tiến hành xác thực thông tin thuê bao và gửi tín hiệu mời quay số (tín hiệu 1VF – đơn tần). Khi nhận được tín hiệu mời quan số, Gateway tiến hành chuyển thông tin trong trường To của bản tin INVITE sang tín hiệu DTMF chứa số thuê bao được gọi tới tổng đài nội hạt; các thông tin khác chỉ được sử dụng giữa Gateway và mạng SIP. Gateway gửi bản tin 183 Session Progress thông báo cuộc gọi đang được thực hiện. Cấu trúc bản tin 183 Session Progress Lúc này, tổng đài nội hạt gửi bản tin IAM đi trên mạng SS7 để thiết lập tuyến nối giữa nó và tổng đài đích. Đồng thời nó cũng phát tín hiệu đang thực hiện cuộc gọi đến thuê bao gọi để người dùng giữ máy. Sau khi nhận được bản tin 183 Session Progress thuê bao SIP 7010 thiếp lập luồng RTP một chiều tới SIP-Server. Khi Gateway nhận được tín hiệu đang thiết lập cuộc gọi từ tổng đài nội hạt. Nó sẽ gửi bản tin 200 OK và thiết lập luồng RTP hai chiều tới SIP Server và được chuyển tiếp tới thuê bao 7010. Sau khi nhận được bản tin này thì luồng RTP được thiết lập trước đó được chuyển thành hai chiều và gửi bản tin ACK xác nhận đi. Cấu trúc bản tin 200 OK Lúc này, người sử dụng đầu cuối 7010 nghe thấy tiếng tút ngắn Sau khi tổng đài nội hạt nhận được bản tin ACM thông báo đã lập được tuyến. Nó sẽ nhận tín hiệu báo đang rung chuông từ tổng đài đích gửi về và chuyển tiếp cho thuê bao gọi. Tín hiệu đó được Gateway gửi tới người dùng và người dùng biết là thuê bao được gọi đang được rung chuông. Khi người bị gọi nhấc máy, bản tin ANM được gửi đi và bắt đầu thực hiện cuộc gọi. Bây giờ thông tin cuộc gọi là “trong suốt”. Giao thức hủy cuộc gọi SIP - PSTN Giả sử thuê bao SIP dập máy trước, bản tin BYE được gửi đi và luồng RTP được điều chỉnh lại chỉ theo một chiều từ SIP-Server về SIP-Phone. Cấu trúc bản tin BYE đến Proxy Server Sau khi nhận được bản tin BYE, Gateway gửi tin hiệu DC tới tổng đài nội hạt để thông báo rằng thuê bao đã dập máy. Tổng đài sẽ gửi bản tin REL đi để hủy tuyến đã được thiết lập và được trả lời bằng bản tin RLC từ tổng đài đích. Cấu trúc bản tin BYE đến Gateway Người sử dụng nghe thấy tiếng tút ngắn biết cuộc gọi kết thúc liền dập máy. Cuộc gọi được hoàn tất. Ở đây có một khái niệm mà chúng ta cần quan tâm đó chính là khái niệm Media sớm (Early media). Media sớm ra đời nhằm giải quyết vấn đề khi thiết lập cuộc gọi giữa mạng SIP và PSTN(đặc biệt là cuộc gọi từ SIP sang PSTN). Do thiết bị đầu cuối SIP sẽ phát media ngay khi gửi bản tin 200 OK; trong khi cuộc gọi chỉ được bắt đầu thực sự khi đầu cuối nhận được xác nhận ACK. Điều này làm cho phía bên kia không nghe được phần đầu của cuộc thoại. Ngoài ra, trong quá trình thực hiện cuộc gọi, người sử dụng không có cách nào đề biết được trạng thái của quá trình thiết lập cuộc gọi mà vốn dĩ đã quá quen thông qua các tiếng nghe được (tiếng tút ngắn, tút dài,..). Chính vì lý do đó, mà một luồng RTP được thiết lập “sớm” trước khi phiên media cho cuộc gọi được thiết lập để truyền trạng thái được trả về của tổng đài thông báo về trạng thái thiết lập cuộc gọi cho người dùng. Đó chính là luồng RTP được thiết lập sau bản tin ACM của mạng SS7 và sẽ chứa tiếng chuông thu được trên đường trung kế (trong giao thức cuộc gọi của RFC). Khác so với cuộc gọi được định nghĩa của RFC được trình bày ở trên, cuộc gọi của chúng ta được thực hiện trên đường dây thuê bao nên sẽ sử dụng báo hiệu in-band (DTMF, 1VF,…). Do đó, quá trình thiết lập luồng RTP sẽ không chờ khi nhận được bản tin ACM mà sẽ thực hiện ngay sau khi “quay số” xong trên đường thuê bao. Do đó, nên ta sẽ nghe thấy có hai tiếng báo hiệu từ tổng đài. Thứ nhất, đó là tiếng tút ngắn và nhanh báo rằng đang thực hiện định tuyến cuộc gọi. Và thứ hai, đó là tiếng tút dài báo hiệu đang rung chuông thuê bao PSTN được phát từ tổng đài của thuê bao bị gọi trên đường trung kế. KẾT LUẬN Qua việc nghiên cứu về mạng VoIP, em nhận thấy được cơ hội và hướng phát triển của nó trong tương lai. Việc phát triển dựa trên công nghệ VoIP không chỉ mang một tính chất kinh tế, xã hội to lớn mà còn là một cơ hội rất lớn để Việt Nam có thể có một sản phầm mang tính chiến lược và hoàn toàn khả thi nếu được đầu tư đúng hướng. Các giao thức VoIP được đề cập tới trong bài Đồ án tốt nghiệp là hết sức cơ bản nhưng khá đầy đủ và toàn diện. Đồ án đã đi sâu tìm hiểu những vấn đề hết sức cơ bản và mở rộng với nhiều góc cạch và cách nhìn khác nhau của người xây dựng mạng. Sau khi hoàn thành nội dung bài luận văn này, em đã học hỏi được rất nhiều và đã chắp nối khá tốt các kiến thức được học trên lớp về mạng viễn thông, về các giao thức cơ bản. Nó giúp em phát triển phương pháp luận, cách đặt vấn đè và giải quyết vấn đề. Do hạn chế về thời gian, khuôn khổ của bài luận văn cũng như kinh nghiệm thực tiễn của em chưa nhiều nên không tránh khỏi những sai sót và những nhầm lẫn. Nên sự đóng góp của thầy cô cùng các bạn không chỉ giúp bài luận văn của em có chất lượng cao hơn mà còn trang bị cho em một kiến thức vững vàng hơn trong nghiên cứu và công tác sau này. Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIỆU THAM KHẢO Alan B.Johnson. SIP Understanding The Session Initiation Protocol. Artech House Jonathan Davidson, James Peters, Manoj Bhatia, Satish Kalidindi, Sudipto Mukherjee. Voice over IP Fundamentals, 2nd Edition. Cisco Press Henry Sinnreich, Alan B. Johnston. Wiley Internet Communications Using SIP Delivering VoIP and Multimedia Services with Session Initiation Protocol Morgan Kaufmann. Network Routing Algorithms Protocols and Architectures RFC 3261. SIP - Session Initiation Protocol RFC 3372.Session Initiation Protocol for Telephone RFC 3550. RTP: A Transport Protocol for Real-Time Applications. RFC 3666. Session Initiation Protocol (SIP) Public Switched Telephone Network (PSTN) Call Flows RFC 3959. The Early Session Disposition Type for SIP RFC 3960. Early Media and Ringing Tone Generation in SIP RFC 4166. Telephony Signalling Transport over Stream Control Transmission Protocol (SCTP) Applicability Statement RFC 4960. SCTP transport SIP

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docnghien_cuu_giao_thuc_mang_voip_3722.doc