giao thức báo hiệu sip trong mạng ngn

MỤC LỤCCÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ACM Address Complete Message Bản tin hoàn tất địa chỉ AAL Atm Adaption Layer Lớp tương thích ATM ANM ANswer Message Bản tin trả lời API Application Program

MỤC LỤC

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ACM Address Complete Message Bản tin hoàn tất địa chỉ

AAL Atm Adaption Layer Lớp tương thích ATM

ANM ANswer Message Bản tin trả lời

API Application Program Interface Giao diện lập trình ứng dụng

ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộBCF Bearer Control Function Chức năng điều khiển kênh mang

BICC Bearer Independent Call Control Giao thức điều khiển cuộc gọi độc lập với kênh mang BIWF Bearer InterWorking Function Kết nối mạng xương sống

CSF Call Service Function Chức năng dịch vụ cuộc gọi

DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer Bộ ghép kênh truy nhâp đường dây thuê bao số

GSN Gate Serving Node Điểm phục vụ cổng

IAD Integrated Access Device Thiết bị truy nhập tích hợp

IAM Initial Address Message Bản tin khởi tạo địa chỉ

IN Intelligent Network Mạng thông minh

IP Internet Protocol Giao thức Internet

ISN Interface Serving Node Điểm phục vụ giao diện

ISP Interner Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ InternetISUP ISDN User Part Phần đối tượng người sử dụng mạng tích hợp đa dịch vụITU International

Telecommunications Union

Hiệp hội viễn thông quốc tế

MC Multipoint Controller Bộ điều khiển đa điểm

MP Multipoint Processor Bộ xử lý đa điểm

MCU Multipoint Control Unit Khối điều khiển đa điểm

MGCP Media Gateway Control Protocol Giao thức điều khiển Gateway truyền thông MGC Media Gateway Controller Bộ điều khiển thuê bao

M2UA MTP2 User Adaption Layer Lớp tương thích người sử dụng MTP2M3UA MTP3 User Adaption Layer Lớp tương thích người sử dụng MTP3M2PA MTP2-User Peer-to-Peer Adaptation Layer Lớp tương thích ngang hàng người sử dụng MTP2

MTP Message Transfer Part Phần truyền dẫn bản tin

NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau

OAM&P Operation, Administration, Maintainance, and Performance Vận hành, Quản trị, bảo dưỡng và giám sát hoạt động

PBX Private Branch eXchange Tổng đài nhánh dành riêng

POTS Plain Old Telephone Service Dịch vụ điện thoại truyền thốngPRI Primary Rate Interface Giao diện tốc độ cơ bản

PSTN Public Switch Telephone Network Mạng điện thoại công cộng

QoS Quality of Sevice Chất lượng dịch vụ

RAS Registration, Admision, Status Đăng ký, Cho phép, Trạng tháiRAS Remote Access Server Máy chủ truy cập từ xa

RTCP Real-Time Control Protocol Giao thức điều khiển thời gianRTP Real-Time Transport Protocol Giao thức truyền vận thời gian thựcSCN Switch Circuit Network Mạng chuyển mạch kênh

SCP Service Control Point Điểm điều khiển dịch vụ

SCCP Signal Connection Control Part Phần ứng dụng điều khiển kết nối báo hiệuSCTP Stream Control Transport Protocol Giao thức truyền vận điều khiển luồngSDP Session Description Protocol Giao thức miêu tả phiên

SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi tạo phiên

SIGTRA

N Signalling Transport Truyền vận báo hiệu

SS7 Signalling System 7 Hệ thống báo hiệu số 7

SSP Service Switching Point Điểm chuyển mạch dịch vụ

STP Signaling Transfer Point Điểm chuyển tiếp báo hiệu

SUA SCCP-User Adaptation Layer Lớp tương thích người sử dụng

TCAP Transaction Capabilities Application Part Phần ứng dụng khả năng giao dịch TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn

TSN Transit Serving Node Điểm phục vụ chuyển tiếp

UAC User Agent Client Máy khách tác nhân người sử dụngUAS User Agent Server Bộ phục vụ tác nhân người sử dụngVoIP Voice over IP Thoại trên giao thức IP

LỜI MỞ ĐẦU

Hiện nay , môi trường kinh doanh ngày càng mang tính cạnh tranh và phức tạp hơn bao giờ hết Chất lượng các dịch vụ ngày càng trở thành chìa khóa để có thể dẫn tới thành công.Song song với xu thế này, nhu cầu ngày càng gia tăng đối với các dịch vụ truyền thông mới, đủ khả năng đáp ứng việc cung cấp dịch vụ hoặc tăng tính cạnh tranh Một trong những dịch vụ nổi bật là mạng thế hệ tiếp theo NGN( Next Generation Network-NGN)

Cụm từ “mạng thế hệ tiếp theo ” (Next Generation Networks- NGN) bắt

đầu được nhắc tới từ năm 1998 Đối với nhiều người, NGN đại diện cho sự định nghĩa lại ngành công nghệ thông tin và viễn thông thế giới; một cuộc cách mạng dẫn tới việc sáp nhập âm thanh, dữ liệu, truyền tải (tranmission) và tính toán (computing) Trên thực tế, cuối cùng công nghệ mới này có thể khiến nhiều công

ty truyền thông không được gọi là các “công ty truyền thông”, mà chuyển thành một dạng công ty cung cấp dịch vụ chưa từng được biết tới trước đó

Để tìm hiểu sâu hơn về mạng thế hệ tiếp theo NGN, nhóm chuyển mạch chúng em xin trình bày những kiến thức cơ bản về NGN và mở rộng tìm hiểu về giao thức SIP(Session Initiation Protocol)- giao thức dùng để báo tin (signalling) trong các ứng dụng như Internet conferencing, telephony, event notification và instant messaging

Đề tài : “Giao thức báo hiệu SIP trong NGN” Nội dung đề tài gồm 2 phần

:

• Phần 1: Tổng quan về mạng viễn thông thế hệ tiếp theo NGN.

• Phần 2: Giao thức báo hiệu SIP.

Chúng em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của cô giáo Vũ Thị Thúy Hà , khoa Viễn thông 1, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông đã giúp

chúng em hoàn thành đề tài này !

Trong quá trình làm đề tài do còn nhiều hạn chế về kiến thức nên nhóm chúng

em không tránh khỏi những thiếu sót, mong thầy cô và các bạn góp ý để đề tài nhóm chúng em được tốt hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 19 tháng 3 năm 2012

Nhóm thực hiện:

Nhóm 25

PHẦN MỘT: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG VIỄN

THÔNG THẾ HỆ TIẾP THEO NGN.

I. Khái niệm, đặc điểm, cấu trúc mạng NGN

1.1. Khái niệm :

Khái niệm mạng thế hệ tiếp theo NGN ( Next Generation Network ) ra đời gắn liền với việc tái kiến trúc mạng, tận dụng tất cả các ưu thế về công nghệ tiên tiến nhằm đưa ra nhiều dịch vụ mới, mang lại nguồn thu mới và góp phần làm giảm chi phí đầu tư, khai thác ban đầu cho các nhà kinh doanh Cho tới nay, mặc

dù các tổ chức viễn thông quốc tế và các nhà cung cấp thiết bị viễn thông trên thế giới đều rất quan tâm và nghiên cứu về chiến lược phát triển NGN Song vẫn chưa

có một định nghĩa cụ thể nào chính xác cho NGN Do đó, định nghĩa NGN nêu ra

ở đây không thể bao hàm hết ý nghĩa của mạng thế hệ mới nhưng là khái niệm chung nhất khi đề cập đến NGN

NGN được ITU-T định nghĩa như sau:

“Mạng thế hệ tiếp theo ( NGN ) là mạng dựa trên nền gói có thể cung cấp các dịch vụ truyền thông và có thể tận dụng được các dải băng tần rộng, các công nghệ truyền tải với QoS cho phép và ở đó các chức năng lien quan đến dịch vụ sẽ độc lập với các công nghệ truyền tải ở lớp dưới NGN cho phép người dùng truy nhập không hạn chế tới các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông khác nhau NGN hỗ trợ tính lưu động nói chung để có thể cung cấo dịch vụ thích hợp và rộng khắp tới các người dùng”.

Định nghĩa NGN của ETSI ( European Telecommunication Standards Institude ) có tác dụng định hướng mọi hành động do ETSI tiến hành trên lĩnh vực này:

“ NGN là mạng được phân chia thành các lớp và các mặt phẳng, sử dụng

các giao diện mở nhằm đưa ra cho các nhà khai thác mạng và cung cấp một nền tảng thông tin kiến tạo, triển khai và quản lý các dịch vụ bao gồm cả các dịch vụ

đã có và các dịch vụ trong tương lai.”

• Giao diện và giao thức giữa các bộ phận phải dựa trên tiêu chuẩn tương ứng

Việc phân tách làm cho mạng viễn thông vốn có dần đi theo hướng mới, nhà kinh doanh có thể căn cứ vào nhu càu dịch vụ để tự tổ hợp các phần tử khi tổ chức mạng lưới Việc tiêu chuẩn hóa giao thức giữa các phần tử có thể thực hiện nối thông giữa các mạng có cấu hình khác nhau.

b. Mạng NGN là do mạng dịch vụ thúc đẩy, nhưng dịch vụ phải được thực hiện độc lập với mạng lưới :

• Chia tách dịch vụ với điều khiển cuộc gọi

• Chia tách cuộc gọi với truyền tải

Mục tiêu chính của chia tách là làm cho dịch vụ thực sự độc lập với mạng, thực hiện một cách linh hoạt và có hiệu quả việc cung cấp dịch vụ Thuê bao có thể

tự bố trí và xác định đặc trưng dịch vụ của mình, không quan tâm đến mạng truyền tải dịch vụ và loại hình đầu cuối Điều đí làm cho việc cung cấp dịch vụ và ứng dụng có tính linh hoạt cao

c. Mạng NGN là mạng chuyển mạch gói, dựa trên một giao thức thống nhất :Cùng với sự phát triển của công nghệ IP, hiện nay mạng viễn thông, mạng máy tính và mạng truyền hình cáp đang tận dụng cùng tích hợp trong một mạng IP thống nhất, đó là xu thế lớn mà người ta gọi là “ dung hợp ba mạng” Giao thức Ip làm cho các dịch vụ lấy IP làm cơ sở vững chắc về mặt kỹ thuật cho hạ tầng cơ sở thông tin quốc gia (NII)

d. Là mạng có dung lượng ngày càng tăng và tính thích ứng cao, có đủ dung lượng để đáp ứng nhu cầu

1.3. Kiến trúc NGN :

Từ mô hình cấu trúc NGN và giải pháp của các hãng khác nhau trên thị trường hiện nay, có thể đưa ra mô hình cấu trúc NGN gồm 4 lớp chức năng như hình 1.1 :

DWDM ở lớp vật lý nhằm đảm bảo cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) theo yêu cầu

Lớp quản lý là một lớp tác động trực tiếp lên tất cả các lớp còn lại, làm nhiệm

vụ giám sát các hoạt động của mạng Lớp quản lý phải đảm bảo hoạt động được trong môi trường mở, với nhiều giao thức, dịch vụ và các nhà khai thác khác nhau.Xét trên góc độ dịch vụ, NGN còn có thêm lớp ứng dụng ngay phía trên lớp điều khiển, bao gồm các nút(server) cung cấp các dịch vụ khác nhau Lớp ứng dụng liên kết với lớp điều khiển thông qua giao diện mở API

II. Các giao thức báo hiệu trong NGN

Trong mạng NGN có các giao thức báo hiệu và điều khiển cơ bản sau:

• MEGACO/H.248

• BICC (Bearer Indenpdent Call Control)

• SIP (Session Initiation Protocol)

MG, tháng 6/2000 chuẩn Megaco/ H.248 ra đời

BICC (Bearer Independent Call Control) là giao thức báo hiệu giữa 2 MGC/Call Server, có thể là từ các nhà cung cấp khác nhau, nhằm mục đích đảm bảo lưu lượng thoại dùng kỹ thuật gói (VoP - Voice over Packet) Theo ITU-T,

BICC được thiết kế để có thể tích hợp hoàn toàn với các mạng hiện hữu và bất kỳ

hệ thống nào có hỗ trợ việc chuyển tải bản tin nhắn thoại

Là giao thức báo hiệu mở, mềm dẻo và có khả năng mở rộng, SIP khai thác tối

đa công cụ Internet để tạo ra nhiều dịch vụ mới trong mạng NGN SIP còn được dùng làm báo hiệu giữa 2 SW

Giao thức khởi tạo phiên SIP thâm nhập vào thiết kế SW không chỉ như một giao thức báo hiệu cuộc gọi mà còn đóng vai trò của một cơ cấu vận chuyển cho các giao thức khác và cho báo hiệu của thiết bị SW đến các server ứng dụng và cho các hệ thống đáp ứng thoại tương tác hai chiều Hiện nay SIP được dùng phổ biến cho Voice Over IP Hiện nay, SIP đang trở thành lựa chọn thay thế H.323 để trở thành giao thức điểm nối điểm (end-to-end protocol) trong công nghệ SW

2.4 H323

H.323 là giao thức chuẩn cho việc liên lạc bằng thoại, hình và dữ liệu trong

hệ thống mạng IP (bao gồm mạng Internet) H.323 là tập hợp các chuẩn của ITU cho việc truyền thông đa phương tiện và là một trong những chuẩn chính cho VoIP như Megaco hay SIP

2.5 MGCP: Media Gateway Control Protocol

MGCP là giao thức VoIP và là một chuẩn được xác định bởi IETF, được dùng để điều khiển MG từ MGC/SW MGCP là một giao thức chủ tớ (master/slave) mà qua đó MG sẽ thực thi các lệnh được gửi từ MGC/SW MG truyền tải các loại tín hiệu như thoại, dữ liệu, hình ảnh giữa mạng IP và mạng truyền thống (PSTN) Có thể hiểu, trong mô hình MGCP, các MG chú trọng vào chức năng phiên dịch tín hiệu âm thanh, trong khi SW đảm nhận chức năng xử lý báo hiệu và cuộc gọi

Hình 2.3: SIP trong mạng NGN

PHẦN HAI: GIAO THỨC SIP

I Giới thiệu

Giao thức khởi tạo phiên (SIP) là một giao thức báo hiệu mới xuất hiện thực hiện điều khiển phiên cho các kết nối đa dịch vụ Về cơ bản, hoạt động điều khiển bao gồm khởi tạo, thay đổi và kết thúc một phiên có liên quan đến các phần tử đa phương tiện như video, thoại, tin nhắn, game trực tuyến, vân vân

SIP đem lại ba năng lực chính cho mạng viễn thông Thứ nhất, nó kích thích

sự phát triển của các mô hình ứng dụng và dịch vụ dựa trên web Đây là một điều hết sức thuật lợi cho nhà cung cấp dịch vụ do có thể sử dụng một nguồn tài nguyên dồi dào các công cụ sẵn có, đồng thời cũng thuận lợi đối với người sử dụng khi người sử dụng đã quen thuộc với kỹ thuật web và nó cũng đã được triên khai trên phần lớn các thiết bị thông minh ngày nay Điều này tăng cường khả năng cung cấp các dịch vụ mới một cách nhanh chóng

Năng lực thứ hai là khả năng mở rộng, do SIP là giao thức báo hiệu đồng cấp và có tính phân bố cao Khác với các giao thức báo hiệu truyền thống thường

có tính xử lý tập trung cao, điển hình là SS7, trong đó hoạt động của nó tập trung tại một số điểm báo hiệu trong một cấu trúc mạng báo hiệu phức tạp; các phần tử của SIP phân tán đến tận biên của mạng và được nhúng tới tận các điểm đầu cuối

Cuối cùng là khả năng phổ cập của SIP Được phát triển bởi IETF, SIP kế thừa các đặc điểm của hai giao thức Internet đã được phát triển rất phổ biến: đó là Hyper Text Transport Protocol (HTTP) sử dụng cho Web và Simple Mail Transport Protocol (SMTP) sử dụng cho e-mail Dựa vào các nguyên tắc có được từ môi trường IP, SIP được thiết kế là giao thức độc lập với ứng dụng, rất mềm dẻo và có khả năng áp dụng trong nhiều môi trường khác nhau và cung cấp các dịch vụ đa dạng

Tóm lại, đặc điểm của SIP là đơn giản, mở, dễ dàng triển khai, và tương thích với các giao thức IP đã có

Sự phát triển của SIP

SIP được phát triển bởi SIP Working Group trong IETF Phiên bản đầu tiên được ban hành vào năm 1999 trong tài liệu RFC 2543 Sau đó, SIP trải qua nhiều thay đổi và cải tiến Phiên bản mới nhất hiện nay được ban hành trong IETF RFC

3261 RFC 3261 hoàn toàn tương thích ngược với RFC 2543, do đó các hệ thống thực thi theo RFC 2543 hoàn toàn có thể sử dụng với các hệ thống theo RFC 3261

Một bản tin SIP có hai phần, phần mào đầu và phần thân Phần thân cho phép phục vụ các ứng dụng khác nhau một cách linh hoạt Ban đầu phần thân chỉ dùng để chuyển tải các tham số miêu tả phiên SDP như codec, địa chỉ IP đầu

cuối, Phần thân được sử dụng để mở rộng các ứng dụng của khác nhau của SIP

ví dụ như SIP-T cho liên vận PSTN-SIP-PSTN hoặc MSCML (Media Server Control Markup Language) cho dịch vụ hội nghị

Sự phổ cập của SIP đã dẫn tới việc một loạt nhóm làm việc liên quan đến SIP được thành lập Nhóm SIPPING (Session Initiation Protocol investigation working group) được thành lập với mục đích nghiên cứu các ứng dụng và phát triển các yêu cầu mở rộng cho SIP Nhóm SIMPLE (SIP for Instant Messaging and Presence Leveraging Extensions) có nhiệm vụ chuẩn hoá các giao thức cho các ứng dụng nhắn tin tức thời Các nhóm làm việc khác là PINT (PSTN and Internet Internetworking), SPIRITS (PSTN/IN requesting Internet Services).

II Đặc điểm và cấu trúc của SIP

2.1 Các đặc điểm của SIP

Để thực hiện chức năng điều khiển phiên, SIP hỗ trợ 5 chức năng sau:

• User location – Xác định vị trí thiết bị đầu cuối khách hàng

• User availability – Xác định trạng thái và tính sẵn sàng của thuê bao bị gọi

để bắt đầu thiết lập đường truyền

• User capabilities – Xác định phương tiện và các thông số được sử dụng

• Session setup – Thiết lập các thông số của phiên cho cả thuê bao chủ gọi và thuê bao bị gọi

• Session management – Tạo, kết thúc, và sửa đổi phiên

SIP không phải là một hệ thống truyền thông được triển khai theo chiều dọc

mà nó là một thành phần được sử dụng cùng với các giao thức khác của IETF để tạo nên một cấu trúc đa phương tiện hoàn chỉnh Mặc dù SIP được sử dụng kết hợp với các giao thức khác, nhưng các hoạt động và tính năng cơ bản của nó không phụ thuộc vào các giao thức này

Có bốn loại thực thể chính được định nghĩa trong SIP:

• User Agent (UA) đóng vai trò của thiết bị đầu cuối trong báo hiệu SIP UA bao gồm hai loại User Agent Client (UAC) và User Agent Server (UAS) UAC khởi tạo cuộc gọi và UAS trả lời cuộc gọi Điều này cho phép thực hiện cuộc gọi ngang hàng thông qua mô hình client-server

• Redirect Server tiếp nhận yêu cầu nhưng không chuyển sang server kế bên

mà gửi trả lời đến chủ gọi chỉ ra địa chỉ của bị gọi

• Proxy Server tiếp nhận các yêu cầu, quyết định nơi gửi đến và chuyển chúng sang server kế tiếp (sử dụng nguyên tắc định tuyến next hop)

• Registrar tiếp nhận đăng ký từ các UA để cập nhật thông tin về vị trí của chúng

SIP không phải là một giao thức báo hiệu hoạt động độc lập Hoạt động của SIP

có sự phối hợp với một số giao thức báo hiệu khác Các giao thức đó là SDP (giao thức miêu tả phiên) (RFC 2327) sử dụng SIP như một phương tiện chuyển tải và RTP (giao thức truyền tải thời gian thực) được sử dụng làm phương tiện để chuyển tải SIP SDP được sử dụng để mô tả đặc tính của phiên SDP được chuyển tải trong phần thân của bản tin SIP

2.2.Cấu trúc của SIP:

Một khía cạnh khác biệt của SIP đối với các giao thức xử lý cuộc gọi IP khác là nó không sử dụng bộ điều khiển Gateway Nó không dùng khái niệm Gateway/ bộ điều khiển Gateway nhưng nó dựa vào mô hình client/server

Server: là một chương trình ứng dụng chấp nhận các bản tin yêu cầu để phục vụ các yêu cầu này và gửi trả các đáp ứng cho các yêu cầu đó.

Proxy server: là một chương trình trung gian, hoạt động như là một server

và một client cho mục đích tạo các yêu cầu thay mặt cho các client khác Các yêu cầu được phục vụ bên trong hoặc truyền chúng đến các server khác Một proxy có thể tạo lại bản tin yêu cầu SIP trước khi chuyển chúng đến server khác hoặc một UA

Redirect server: là một server chấp nhận một yêu cầu SIP, ánh xạ địa chỉ trong yêu cầu thành một địa chỉ mới và trả lại địa chỉ này trở về client Không giống như Proxy server, nó không khởi tạo một yêu cầu SIP và không chuyển các yêu cầu đến các Server khác Không giống như Server đại diện người dùng UAS,

nó không chấp nhận cuộc gọi

Registrar: là một server chấp nhận yêu cầu REGISTER Một Registrar được xếp đặt với một Proxy hoặc một server gửi lại và có thể đưa ra các dịch vụ định vị Registrar được dùng để đăng ký các đối tượng SIP trong miền SIP và cập nhật vị trí hiện tại của chúng Một miền SIP thì tương tự với một vùng H.323

UA (Uer Agent): là một ứng dụng chứa cả UAC (User Agent Client) và UAS

+ UAC (User Agent Client): đây là phần người sử dụng được dùng để khởi tạo một yêu cầu SIP tới server SIP hoặc UAS

+ UAS (User Agent Server): là một ứng dụng server giao tiếp với người dùng khi yêu cầu SIP được chấp nhận và trả lại một đáp ứng đại diện cho người dùng

Hình 3.1:Proxy ServerHình 3.1 trình bày hai thành phần chính của SIP: User Agent và SIP server User Agent là một điểm cuối giao tiếp với người dùng và hoạt động đại diện cho người dùng User Agent bao gồm hai phần chính: một giao thức client được biết như là UAC và một giao thức server được biết như là UAS UAC khởi tạo cuộc gọi và UAS trả lời cuộc gọi Do User Agent chứa cả UAC và UAS nên SIP có thể hoạt động ngang hàng khi sử dụng mô hình client/server

Server SIP có hai loại: Proxy server và Redirect Server

• Proxy server nhận một yêu cầu từ client và quyết định server kế tiếp mà yêu cầu sẽ đi đến Proxy này có thể gửi yêu cầu đến một server khác, một