Tiểu luận môn Nền tảng cung cấp dịch vụ cho mạng thế hệ mới Giao thức SIP, bản tin SIP, định tuyến bản tin SIP, SIP trong IMS

Tiểu luận môn Nền tảng cung cấp dịch vụ cho mạng thế hệ mới Giao thức SIP, bản tin SIP, định tuyến bản tin SIP, SIP trong IMS 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.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

BÀI TẬP MÔN HỌC Nền tảng cung cấp dịch vụ cho mạng thế hệ mới

ĐỀ TÀI 8:

Giao thức SIP, bản tin SIP, định tuyến bản tin SIP, SIP trong IMS…

Hà Nội, tháng 6/2012

PHẠM LÊ MINH-CB110881

Mở đầu

Giao thức khởi tạo phiên (SIP) là một giao thức báo hiệu mới xuất hiện thực hiện điềukhiển phiên cho các kết nối đa dịch vụ Về cơ bản, hoạt động điều khiển bao gồm khởitạo, thay đổi và kết thúc một phiên có liên quan đến các phần tử đa phương tiện nhưvideo, 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 triểncủa các mô hình ứng dụng và dịch vụ dựa trên web Đây là một điều hết sức thuật lợi chonhà 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 ngàynay 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 tínhphân bố cao Khác với các giao thức báo hiệu truyền thống thường có tính xử lý tập trungcao, điển hình là SS7, trong đó hoạt động của nó tập trung tại một số điểm báo hiệu trongmột cấu trúc mạng báo hiệu phức tạp; các phần tử của SIP phân tán đến tận biên củamạng 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 đặcđiểm của hai giao thức Internet đã được phát triển rất phổ biến: đó là Hyper TextTransport 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 môitrường 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 cácgiao thức IP đã có

1. Giao thức SIP

SIP là một giao thức báo hiệu thường được sử dụng để thiết lập, chỉnh sửa, và kết thúcmột phiên giữa hai điểm đầu cuối SIP có thể được sử dụng để thiết lập một cuộc gọigiữa hai bên, một cuộc gọi nhiều bên, hoặc một phiên multicast cho các cuộc gọiInternet, các cuộc gọi đa phương tiện và phân phối đa phương tiện

Một cách đơn giản để mô tả SIP là xem xét một mô hình sử dụng Giả sử một ngườidùng có định danh là A muốn thiết lập cuộc gọi với người dùng có định danh là B.Trong viễn thông, người dùng A và người dùng B có thể giao tiếp thông qua một thiết

bị được gọi là tác nhân người dùng (User Agent) Một ví dụ về User Agent là mộtsoft phone, một chương trình phần mềm sử dụng để thiết lập cuộc gọi điện thoại quaInternet Một ví dụ khác là VoIP Phone, một loại điện thoại cho phép sử dụng VoIP(Voice over IP) Dưới đây là các bước cần thiết để thiết lập một cuộc gọi:

• A mời B bắt đầu cuộc hội thoại Như một phần của lời mời, A sẽ chỉ

ra loại media nào sẽ được hỗ trợ

• B nhận lời mời, gửi đáp ứng trung gian tới người dùng A, và sau đó đánhgiá lời mời

• Khi B sẵn sàng chấp nhận lời mời, nó gửi một xác nhận lại cho ngườidùng A Như một phần của xác nhận, B cũng chỉ ra loại media mà nó hỗtrợ

• A kiểm tra xác nhận mà nó nhận được từ B và quyết định xem liệu media hỗtrợ bởi A và B có giống nhau không Nếu A và B hỗ trợ cùng một loại media, cuộcgọi sẽ được thiết lập giữa A và B

SIP cung cấp một phương thức chuẩn để thực hiện các bước này Nó thực hiện việcnày bằng cách định nghĩa ra các phương thức yêu cầu (request), đáp ứng (response),

mã đáp ứng (response code) và các trường điều khiển đặc trưng cho báo hiệu vàđiều khiển cuộc gọi Giao thức này được chuẩn hóa bởi IETF (Internet EngineeringTask Force) theo RFC 3261 và hiện nay nó được chấp nhận rộng rãi như mộtchuẩn báo hiệu cho 3GPP (3rd Generation Partnership Project) và như là mộtthành phần không thể thiếu trong kiến trúc IMS

1.1. SIP liên hệ với HTTP như thế nào

Như đã nói ở trên, SIP kế thừa các đặc tính quan trọng của HTTP Nó chia sẻ nhiều đặcđiểm quan trọng với HTTP và cũng chính vì vậy nhiều người thường thắc mắcliệu SIP có sử dụng HTTP như một giao thức nền? Câu trả lời là không SIP là mộtgiao thức hoạt động ở cùng một tầng UDP, SCTP như là các giao thức nền của lớpdưới Tuy nhiên SIP có rất nhiều điểm giống với HTTP Ví dụ, tương tự nhưHTTP, SIP cũng là một giao thức dựa trên văn bản (text-based) và người dùng có khảnăng đọc được Cũng giống như HTTP, SIP sử dụng cơ chế yêu cầu – đáp ứng

(request – response mechanism) với các phương thức đặc trưng, mã đáp ứng vàcác trường điều khiển Tuy nhiên, một điểm khác biệt quan trọng giữa HTTP và SIP là

cơ chế yêu cầu – đáp ứng trong SIP là không đồng bộ một yêu cầu không nhất thiếttheo sau nó là một đáp ứng tương ứng Thực tế, yêu cầu SIP thường có thể gây ra mộtvài yêu cầu khác được tạo ra

SIP là một giao thức ngang hàng (peer-to-peer protocol) Điều này có nghĩa là ngườidùng cuối (User Agent) có thể hoạt động như một Server cũng như có thể hoạt độngnhư một Client Đây là một điểm khác biệt giữa SIP và HTTP Trong HTTP, máyclient thì sẽ luôn luôn là máy client, máy chủ sẽ luôn luôn là máy chủ

SIP hỗ trợ các phương thức yêu cầu và mã đáp ứng sau:

• REGISTER: sử dụng bởi client để đăng ký địa chỉ với máy chủ ứng dụng

• INVITE: chỉ ra rằng người dùng hay dịch vụ đang được mời tham giavào một phiên Phần thân của bản tin này bao gồm một mô tả phiên màngười dùng dịch vụ đang được mời

• ACK: xác nhận rằng client nhận được đáp ứng cuối cùng của một bản tininvite Phương thức này chỉ được sử dụng với yêu cầu invite

• CANCEL: sử dụng để bỏ qua một yêu cầu đang chờ xử lý

• BYE: gửi một user client agent để chỉ định với máy chủ là nó muốn kếtthuc cuộc gọi

Mã hồi đáp:

• 1xx: thăm dò Một ACK chỉ định một hành động đã được nhận thành công,

được hiểu và được chấp nhận.

• 3xx: chuyển hướng Yêu cầu thêm các hành động khác để xử lý yêu cầu

• 4xx: lỗi client Yêu cầu có chứa cú pháp sai và không thể hoàn thành

Giao thức mô tả phiên (SDP) là một định dạng cho việc mô tả định dạng media

và loại media được dùng trong một phiên SIP sử dụng SDP như là một phần tảitrong bản tin của nó để thực hiện chức năng trao đổi khả năng giữa các người dùng

Ví dụ, nội dung của SDP có thể chỉ ra loại mã hóa hỗ trợ bởi user agent và giao thức

sử dụng trao đổi thời gian thực (RTP)

1.2. Bản tin SIP

Cấu trúc của bản tin SIP:

Hình 3-20 : Cấu trúc bản tin SIP

Hình trên chỉ ra cấu trúc thành phần của một bản tin SIP Có 3 thành phần quan trọng:

• Dòng yêu cầu: chỉ ra phương thức yêu cầu, địa chỉ và phiên bản SIP

• Trường điều khiển: chỉ ra dữ liệu về phiên hay cuộc gọi được thiết lập haykết thúc

• Phần thân bản tin: cung cấp payload, SDP mô tả media của phiên

1.3. Phiên giao dịch (Transaction)

Mặc dù nói các bản tin SIP được gửi đi một cách độc lập qua mạng nhưng thực tếchúng thường được sắp xếp vào các transaction (giao dịch) bởi các user agent và một

số kiểu proxy server nào đó Do đó có thể nói giao thức SIP là một giao thức hỗ trợtransaction.

Một transaction là một luồng các bản tin SIP được truyền đi một cách tuần tự giữa cácphần tử mạng Một transaction là một luồng bản tin SIP được truyền đi một cách tuần tựgiữa các phần tử mạng Một transaction chứa thông tin yêu cầu và tất cả các thông tinphản hồi cho thông tin yêu cầu đó hoặc thậm chí nhiều hơn các thông tin phản hồi cuối(final response)

Nếu một transaction được khởi tạo bởi bản tin yêu cầu INVITE thì transaction

đó cũng bao gồm cả bản tin ACK nếu như phản hồi cuối không phải là kiểu 2xx.Nếu như phản hồi cuối là kiểu 2xx thì bản tin ACK sẽ không được xem là mộtthành phần trong transaction

Nếu như vậy chúng ta có thể thấy rằng ở đây có sự cư sử không được công bằng – ACKđược coi là một thành phần trong transaction với một lời từ chối ở phản hồi cuối, trongkhi nó lại không phải là một thành phần transaction khi được chấp nhận ở phản hồi cuối

Lý do cho sự phân biệt này là sự quan trọng của tất cả các bản tin 200 OK Không những

nó thiết lập một phiên mà bản tin 200 OK còn được sinh ra bởi các thực thể khimột proxy server chuyển hướng yêu cầu và tất cả các proxy server đó phải chuyển bảntin 200OK về đến user agent Do đó, trong trường hợp này user agent phải lãnhtrách nhiệm và truyền lại bản tin 200 OK cho đến khi chúng nhận được bản tin ACK.Một lưu ý khác nữa là chỉ có bản tin INVITE là được truyền lại

Các thực thể SIP có khái niệm về transaction được gọi là stateful Các thực thể nàytạo một trạng thái kết nối với một transaction được lưu trong bộ nhớ trong suốt khoảngthời gian diễn ra transaction Khi có thông tin yêu cầu hay phản hồi đến, một thực thểstateful sẽ cố gắng kết nối yêu cầu (hoặc phản hồi) đó tới một transaction đã tồn tạisẵn Để có khả năng làm được điều đó, nó phải lấy thông tin xác định tính duy nhất củatransaction (gọi là identifier)

Hình 3-21 : Transaction

1.4. Hội thoại (dialog)

Ở trên chúng ta đã biết đến transaction, đó là một transaction bao gồm bản tin INVITE

và các bản tin phải hồi, một transaction khác bao gồm bản tin BYE và thông tin phảnhồi (200 OK) khi một phiên làm việc kết thúc Nhưng chúng ta có thể thấy rằng

cả hai transaction này có liên quan đến nhau và cùng thuộc một hội thoại (dialog).Một dialog đặc trưng cho mối quan hệ SIP ngang hàng giữa hai user agent Mộtdialog tồn tại trong một khoảng thời gian và nó là một khái niệm rất quan trọngđối với các user agent Dialog thích hợp dễ dàng với việc sắp xếp tuần tự và địnhtuyến cho các bản tin SIP giữa các thiết bị cuối

Dialog được xác định bằng call-id, thẻ from và thẻ to Các bản tin mà có cùng 3identifier trên thì thuộc về cùng một dialog Trường điều khiển Cseq được dùng để sắpxếp thứ tự các bản tin trong cùng một dialog không các user agent sẽ xử lý nó như làcác yêu cầu không được sắp xếp hoặc là sẽ gửi lại bản tin đó Trong thực tế, số Cseq

xác định một transaction bên trong một dialog bởi chúng ta đã nói ở trên là các yêu cầu

và các thông tin được phản hồi của nó được gọi là một transaction Điều đó có nghĩa làchỉ có duy nhất một transaction hoạt động tại một thời điểm trong dialog Do đó cũng cóthể gọi dialog là một tập tuần tự của các transaction Hình vẽ dưới đây minh họa cácbản tin truyền đi bên trong một dialog

Hình 3-22 : Luồng cuộc gọi trong một hội thoại SIP

Một vài bản tin dùng để thiết lập ra một dialog Nó cho phép biểu diễn rõ ràng, chitiết mối quan hệ giữa các bản tin và còn dùng để gửi bản tin mà không liên quan đếncác bản tin khác đến các bản tin nằm ngoài một dialog Điều đó được thực hiện mộtcách dễ dàng bởi user agent không lưu trạng thái của dialog

Lấy ví dụ, bản tin INVITE thiết lập một dialog, bởi sau đó sẽ có bản tin yêu cầu BYEdùng để kết thúc dialog tạo ra bởi bản tin INVITE ở trên Bản tin BYE này được gửibên trong dialog được thiết lập bởi bản tin INVITE

Nhưng nếu user agent gửi một bản tin yêu cầu message, đó là một yêu cầu không thiếtlập bất cứ dialog nào Khi đó bất cứ các bản tin theo sau bản tin đó (kể cả bản tinmessage) cũng được gửi đi một cách độc lập với bản tin trước đó.

1.5. Trường điều khiển Record-Route, Route và Contact

Hình 3-9 mô tả luồng bản tin nơi proxy tại domain.com giữ nguyên đường dẫn cho tất

cả các yêu cầu gửi tới bên trong dialog Các yêu cầu proxy để giữ nguyên đường dẫnbằng cách thêm một trường điều khiển Record-Route vào yêu cầu INVITE (2) Tham

số lr xuất hiện ở phần cuối của URI chỉ ra rằng proxy này là phù hợp với RFC 3261(các proxy cũ hơn được sử dụng với một cơ chế định tuyến khác)

Alice nhận được trường điều khiển Record-Route cùng với URI của proxy trong bảntin yêu cầu INVITE (2), và Bob nhận được nó trong bản tin hồi đáp 200 OK (4)

Từ thời điểm này, cả Bob và Alice sẽ chèn trường điều khiển Route vào trong cácbản tin yêu cầu của họ, để chỉ ra rằng proxy tại domain.com cần được đi qua Bản tinhồi đáp ACK (5) và (6) là một ví dụ về một yêu cầu với trường điều khiển Route đượcgửi từ Bob tới Alice Bản tin BYE (7) và (8) cho thấy các yêu cầu trong các hướngngược nhau (ví dụ từ Alice tới Bob) sử dụng cùng cơ chế Route

2. Máy chủ ứng dụng

Máy chủ ứng dụng (Application Server) là một dụng cụ (engine) phần mềm thực hiệncác ứng dụng cho các máy tính hoặc các thiết bị client thông qua Internet và sửdụng HTTP Máy chủ trong IMS bên cạnh những đặc điểm chung như vậy còn cónhững đặc điểm riêng Trong chương này, chúng ta sẽ đi vào tìm hiểu kỹ hơn về kháiniệm, vai trò, các chế độ hoạt động cũng như tương tác của máy chủ ứng dụng IMS vớicác thành phần khác trong hệ thống

2.1. Tổng quan về máy chủ ứng dụng

Trong một mạng, luôn có nhiều hơn một máy chủ ứng dụng Điển hình, có một vàimáy chủ chuyên mà mỗi loại chuyên cung cấp một dịch vụ riêng biệt Một vài máy chủứng dụng sẽ triển khai một vài công nghệ, như công nghệ Java, SIP serlvets, hoặcSIP CGI (Common Gateway Interface) Tất cả các loại máy chủ ứng dụng này

được miêu tả bằng cách triển khai một giao diện SIP kết nối tới S-CSCF Giao diệnđược định nghĩa giữa S-CSCF và máy chủ được biết đến là giao diện điều khiểndịch vụ IMS (ISC – IMS Service Control).

Máy chủ có thể được đặt tại mạng nhà hoặc đặt tại mạng của nhà cung cấp dịch vụthứ ba Nhưng S-CSCF có nhiệm vụ phải quyết định có kết nối với một máy chủ ứngdụng nào trong cài đặt phiên hay không Một điểm nữa, bất kể một máy chủ ứng dụngnào có thể triển khai trên các giao thức khác nhau như HTTP (Hypertext TransferProtocol, mô tả ở RFC 2616 [101]) hay WAP (Wireless Application Protocol [233]),mặc dù lựa chọn này không được mô tả trong các tiêu chuẩn của IMS

2.2. Chức năng của máy chủ ứng dụng trong mô hình IMS

Cần luôn nhớ rằng, máy chủ ứng dụng không phải là các thực thể IMS thuần

Hình 4-24 : Hướng tiếp cận dịch vụ trong kiến trúc IMS

Tuy nhiên, máy chủ ứng dụng được mô tả ở đây như là một phần chức năngcủa IMS vì máy chủ ứng dụng là các thực thể cung cấp các dịch vụ đa phương

tiện trong kiến trúc IMS, như Presence và Push to talk trong mạng tế bào.Chức năng của máy chủ ứng dụng là:

• Khả năng xử lý và tác động đến các phiên SIP nhận được từ IMS

• Khả năng khởi tạo các yêu cầu SIP

• Khả năng gửi các thông tin thanh toán để thực hiện các chức năng tính cước

Giá trị chính của IMS trong lĩnh vực dịch vụ là sự kết hợp tiềm năng của cácdịch vụ trên Internet với các dịch vụ truyền thông truyền thống và dịch vụMultimedia mới IMS cho phép cung cấp sự truy nhập ở mọi nơi vào tất cả cácdịch vụ này nhưng có sự cung cấp các giá trị mới tương ứng, như bảo mật vàchất lượng dịch vụ (QoS) trên các máy chủ ứng dụng Các máy chủ ứng dụngnày có thể được đưa vào kiến trúc IMS bằng cách định nghĩa các giao diệntính cước, quản lý và điều khiển chuyên dụng Một máy chủ là phục vụ cho mộtdịch vụ và một người dùng, cũng có thể có nhiều hơn một dịch vụ, và như vậy rất

có thể sẽ có một hay một vài máy chủ ứng dụng cung cấp cho một thuê bao.Thêm vào đó, cũng có thể có một hay một vài máy chủ ứng dụng liên quan tớimột phiên Ví dụ như, một nhà cung cấp có thể có một máy chủ ứng dụng đểđiều khiển việc kết thúc lưu lượng tới các người dùng dựa trên sở thích củangười dùng đó (ví dụ như chuyển hướng tất cả các phiên multimedia tới máy trảlời tự động trong khoảng từ 5 p.m đến 7 a.m) và một máy chủ ứng dụng khác đểlàm thích nghi nội dung của tin nhắn tùy theo năng lực của thiết bị người dùng(kích thước màn hình, độ phân giải…)

SIP AS (SIP Application Server) là phần liên quan đến dịch vụ trong IMS.Các giao diện lập trình ứng dụng – API (Application Programming Interface) đã