ЛР 1 БС
.docx
МИНИСТЕРСТВО ЦИФРОВОГО РАЗВИТИЯ, СВЯЗИ И МАССОВЫХ КОММУНИКАЦИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное
государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Московский технический университет
связи и информатики»
────────────────────────────────────
Факультет «Сети и Системы Связи»
Кафедра «Сети связи и системы коммутации»
Дисциплина «Будущие сети» Отчет по лабораторной работе № 1 «ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОТОКОЛОВ MEGACO, DIAMETER»
Выполнил:
Проверил:
Москва 2025
Цели работы:
Ознакомиться и разобраться с общими понятиями и видами сигнализации, которые используются в современных телекоммуникационных сетях.
Уяснить возможности и основы архитектуры протоколов основных видов сигнализации: ОКС №7, SIP, H.248/Megaco, Diameter, OpenFlow.
Ознакомиться с основными принципами и особенностями построения сетей сигнализации.
Получить практические навыки исследования основных архитектурных решений, параметров, сообщений на примере протокола H.248/Megaco.
Технические средства обучения:
Интерактивный лабораторно-учебный класс телекоммуникационных протоколов и технологий СОТСБИ-У.
Теоретическая часть
Лабораторная работа посвящена изучению эволюции и современных принципов сигнализации в телекоммуникациях. Сигнализация является технологической подсистемой, обеспечивающей управление сеансами связи.
1. Классификация и эволюция: Сигнализация подразделяется на абонентскую, внутристанционную и межстанционную. Исторически развилась от систем с сопряженной сигнализацией (по тем же каналам, что и голос) к общеканальной системе ОКС №7, которая стала основой для цифровых сетей с коммутацией каналов. Её ключевые преимущества — высокая скорость, производительность, надежность и гибкость за счет разделения трактов передачи голоса и сигнальных сообщений.
2. ОКС №7: Архитектура протокола ОКС №7 включает подсистему передачи сообщений (MTP), подсистему управления соединениями (SCCP) и множество пользовательских частей (ISUP, MAP, INAP и др.), что делает её универсальной платформой для телефонии, мобильной связи и интеллектуальных сетей.
3. Протоколы IMS: С переходом к IP-сетям и сервисам следующего поколения (NGN) ключевыми протоколами стали:
· SIP (Session Initiation Protocol): Протокол прикладного уровня для установления, модификации и завершения мультимедийных сеансов. Отличается простотой, расширяемостью и сходством с web-протоколами.
· MEGACO/H.248: Протокол управления медиашлюзами, разделяющий функции управления (Контроллер медиашлюзов, MGC) и преобразования медиа (Медиашлюз, MG). Его основными концепциями являются Терминации (источники/приемники потоков) и Контексты (ассоциации терминаций). Протокол обеспечивает гибкое управление соединениями, что иллюстрируется сценариями реализации услуг типа "Уведомление о входящем вызове".
· Diameter: Является развитием протокола RADIUS и предназначен для AAA (Authentication, Authorization, Accounting). Он отличается большей надежностью (использует TCP/SCTP), безопасностью (TLS, IPsec) и расширяемостью. Архитектура Diameter включает клиентов, серверы и различные агенты (Relay, Proxy, Redirect), обеспечивающие масштабируемость и гибкость.
4. Программно-конфигурируемые сети (SDN): Протокол OpenFlow представляет собой современный подход к управлению сетями, где контрольный плоскость (контроллер) отделена от плоскость передачи данных (коммутатор). OpenFlow управляет потоками трафика, а не отдельными пакетами, используя три типа сообщений: "контроллер-коммутатор", асинхронные и синхронные.
Результаты моделирования
Формат сообщения MEGAGO
Рисунок 1. Результат теста
Рисунок 2.
Рисунок 3.
Рисунок 4.
Рисунок 5.
Рисунок 6.
Рисунок 7.
Рисунок 8.
Рисунок 9.
Рисунок 9.
Рисунок 10. Результат 1 моделирования
Типы сообщений MEGAGO
Рисунок 11.
Рисунок 12.
Рисунок 13.
Рисунок 14.
Рисунок 15.
Рисунок 16.
Рисунок 17.
Рисунок 18.
Рисунок 19.
Рисунок 20.
Рисунок 21. Результат 2 моделирования
Дескрипторы сообщений MEGAGO
Рисунок 22.
Рисунок 23.
Рисунок 24.
Рисунок 25.
Рисунок 26.
Рисунок 27.
Рисунок 28.
Рисунок 29.
Рисунок 30.
Рисунок 31.
Рисунок 32.
Рисунок 33.
Рисунок 34. Результат 3 моделирования
Взаимодействие MEGAGO с другими протоколами
Рисунок 35.
Рисунок 36.
Рисунок 37.
Рисунок 38.
Рисунок 39.
Рисунок 40.
Рисунок
41.
Рисунок 42.
Рисунок 46.
Рисунок 47.
Рисунок
48.
Рисунок 49.
Рисунок 50.
Рисунок 51.
Рисунок 52.
Рисунок 53.
Рисунок 54. Результат 4 моделирования
Вывод:
1. В ходе работы была достигнута основная цель — проведено комплексное исследование протоколов сигнализации MEGACO/H.248 и Diameter, а также рассмотрена их роль в экосистеме современных телекоммуникационных сетей наряду с ОКС №7, SIP и OpenFlow.
2. Было установлено, что протокол MEGACO/H.248 является критически важным элементом архитектур NGN и IMS, обеспечивая гибкое и мощное управление медиашлюзами. Его модель на основе контекстов и терминаций эффективна для реализации сложных сценариев связи и дополнительных услуг.
3. Diameter подтвердил свою роль как надежного и расширяемого протокола AAA, превосходящего RADIUS по функциональности и безопасности, что делает его стандартом для управления доступом и учетом в крупных и сложных сетях, включая IMS.
4. Изучение эволюции от ОКС №7 к SIP, H.248 и Diameter демонстрирует общую тенденцию перехода к IP-ориентированным, более гибким, модульным и расширяемым протоколам, которые соответствуют требованиям конвергентных сетей и сервисов.
5. Знакомство с OpenFlow показало перспективность подхода SDN для создания программируемых, гибких и легко управляемых сетей будущего.
6. Таким образом, полученные теоретические знания и (в рамках практической части) навыки моделирования закладывают основу для понимания принципов построения и функционирования современных и перспективных телекоммуникационных систем.
Анализ архитектуры сети IP‑ATM и протокола H.248
В рамках сетей следующего поколения (NGN) на базе архитектуры IP‑ATM реализуется принцип декомпозиции шлюза: функции управления и коммутации разделяются между двумя ключевыми элементами. Контроллер медиашлюзов (MGC) берёт на себя интеллектуальную часть — логику управления вызовами, обработку сигнализации и маршрутизацию. Медиашлюз (MG) выполняет низкоуровневые задачи — коммутацию и транспортировку медиапотоков. Связующим звеном между ними выступает протокол H.248 (Megaco), стандартизованный ITU‑T (рекомендации H.248.1–H.248.88) и закреплённый как базовый для IMS наряду с SIP и Diameter.
Роль и место H.248 в стеке протоколов
H.248 обеспечивает централизованное управление медиашлюзами, транслируя сигнальные команды MGC в низкоуровневые настройки портов и потоков MG. Протокол поддерживает:
гибкую конфигурацию терминаций (физических и виртуальных портов);
управление контекстами (логическими соединениями между портами);
интеграцию с разнородными сетями (ISDN, ОКС‑7, IP).
Для транспортировки сигнальных сообщений H.248 могут использоваться UDP (обязательный), TCP, SCTP или ATM.
Классификация сетевых элементов
Шлюз доступа (AGW‑A) — подключает абонентов (например, ISDN), преобразуя местную сигнализацию (Q.931) в команды H.248 для MGC.
Контроллер медиашлюзов (MGC) — координирует работу шлюзов, обрабатывает вызовы, взаимодействует с подсистемами сигнализации (SCCP, SIGTRAN).
Транспортный шлюз (TGW‑B) — обеспечивает стыковку с ТфОП/ОКС‑7, выполняет конвертацию сигнализации (например, M3UA ↔ ОКС‑7) и медиапотоков (кодеки G.711, G.248).
Процедуры подключения и регистрации
При подключении нового медиашлюза (MG) к MGC выполняются:
установление транспортного соединения (TCP/IP или SIP);
аутентификация (на основе ключей/сертификатов);
обмен возможностями через команды AuditCapabilities (определение поддерживаемых дескрипторов и терминаций).
Терминации (Terminations) — логические порты/ресурсы шлюза (например, FF0014, FF0001), идентифицируемые уникальными TID (TID1, TID2). Они могут быть физическими (аналоговые/цифровые интерфейсы) или виртуальными (RTP‑порты). Контексты (Contexts) — логические соединения между терминациями, описывающие медиасессию. Каждый контекст имеет уникальный ContextID; нулевой контекст содержит несвязанные терминации.
Типы и структура сообщений H.248
Основные команды протокола:
Add — создание терминации в контексте;
Modify — изменение параметров терминации;
Subtract — удаление терминации из контекста;
Move — перенос терминации между контекстами;
Notify — уведомление MGC о событии (например, снятие трубки);
AuditValue/AuditCapabilities — запрос текущих параметров или возможностей шлюза;
ServiceChange — сообщение о изменении состояния сервиса.
Дескрипторы H.248
Дескрипторы группируют свойства терминаций и контекстов:
Modem/Mux — определяют тип терминации (аналоговый, цифровой, мультиплексированный);
Media — задаёт параметры медиапотока (кодек, IP‑адреса, порты RTP);
Signals/Events — управляют генерацией сигналов (тон набора) и отслеживанием событий;
ObservedEvents — передают MGC информацию о произошедших событиях;
Stream — описывают направление и параметры медиапотоков (вход/выход, QoS).
Взаимодействие с другими подсистемами
MGC ↔ SCCP (ОКС‑7) — MGC использует SCCP для маршрутизации сигнальных сообщений в ТфОП.
AGW‑A ↔ ISDN — преобразует сигнализацию ISDN в команды H.248.
TGW‑B ↔ SIGTRAN/ОКС‑7 — конвертирует M3UA‑сообщения от MGC в ОКС‑7‑сигналы и обратно, а также кодирует/декодирует медиапотоки.
Сценарий установления и завершения вызова
Инициация вызова (абонент ISDN → AGW‑A):
AGW‑A отправляет Notify (событие «снятие трубки») на MGC.
Установка соединения:
MGC посылает Add в AGW‑A (создание терминации TID1 для абонента ISDN);
MGC направляет Add в TGW‑B (создание терминации TID2 для абонента ОКС‑7);
MGC формирует контекст, связывая TID1 и TID2.
Передача сигналов:
MGC использует Signals для генерации тона «ответ станции» в AGW‑A.
Завершение вызова:
При разрыве MGC отправляет Subtract для TID1 и TID2, удаляет контекст.
Контрольные вопросы:
1. Система сигнализации как технологическая подсистема
Система сигнализации представляет собой специализированную технологическую подсистему системы электросвязи, которая обеспечивает:
Обмен служебной информацией между элементами сети
Установление, поддержание и завершение соединений
Управление сетевыми ресурсами
Передачу информации о состоянии сети и оборудовании
Поддержку дополнительных услуг
2. Назначение видов телефонной сигнализации
Абонентская сигнализация:
Обмен сигналами между телефонным аппаратом и АТС
Сигналы "снятие трубки", "набор номера", "занято"
Внутристанционная сигнализация:
Взаимодействие между блоками одной АТС
Координация работы процессоров, коммутаторов, регистров
Межстанционная сигнализация:
Обмен сигналами между различными АТС
Установление межстанционных соединений
3. Функциональное назначение групп сигналов
Линейные сигналы:
Контроль состояния линии
Захват и освобождение соединительных путей
Управляющие (регистровые) сигналы:
Передача информации о номере вызываемого абонента
Управление процессом установления соединения
Информационные (акустические) сигналы:
Информирование абонента о состоянии вызова
"Ответ станции", "занято", "контроль посылки вызова"
4. Преимущества ОКС №7
Высокая скорость передачи сигнальной информации
Отдельный канал для сигнализации (64 кбит/с)
Поддержка интеллектуальных сетей (IN)
Глобальная стандартизация
Надежность и отказоустойчивость
Эффективное использование сетевых ресурсов
5. Основные функции MTP
Подсистема передачи сообщений (MTP) обеспечивает:
Транспортировку сигнальных сообщений
Маршрутизацию между сигнальными пунктами
Контроль ошибок передачи
Восстановление после сбоев
Управление потоком данных
6. Назначение SCCP
SCCP расширяет функции MTP, обеспечивая:
Глобальную адресацию (GT - Global Title)
Установление логических соединений
Услуги с установлением и без установления соединения
Совместную работу с TCAP
7. Назначение TCAP
TCAP предоставляет возможности для:
Обработки транзакций "запрос-ответ"
Поддержки приложений интеллектуальной сети
Взаимодействия с базами данных
Выполнения удаленных операций
8. Назначения пользовательских подсистем
MAP - мобильная связь (роуминг, хэндовер) INAP - интеллектуальные сети (дополнительные услуги) OMAP - эксплуатация и техническое обслуживание ISUP - установление и управление соединениями ISDN
9. Функции звена сигнализации
Передача сигнальных сообщений
Обнаружение и коррекция ошибок
Контроль последовательности сообщений
Управление потоком данных
Мониторинг качества соединения
10. Функции сети сигнализации
Маршрутизация сигнальных сообщений
Резервирование и восстановление путей
Управление нагрузкой
Поддержка различных протоколов прикладного уровня
Обеспечение безопасности передачи
11. Режимы функционирования ОКС №7
Связанный режим:
Сигнальная точка и канал непосредственно связаны с обслуживаемыми каналами речи
Прямая маршрутизация
Квазисвязанный режим:
Сигнальные сообщения передаются через промежуточные пункты
Непрямая маршрутизация через STP
12. Основные возможности SIP
Установление сеансов связи
Изменение параметров сеанса
Приглашение участников в существующий сеанс
Передача мгновенных сообщений
Подписка на события и уведомления
13. Архитектура SIP-сети
14. Запросы и ответы SIP
Основные запросы:
INVITE - установление сеанса
ACK - подтверждение
BYE - завершение сеанса
CANCEL - отмена запроса
REGISTER - регистрация местоположения
Классы ответов:
1xx - информационные
2xx - успешное выполнение
3xx - перенаправление
4xx - ошибка клиента
5xx - ошибка сервера
6xx - глобальный сбой
15. Основные возможности MEGACO/H.248
Управление медиа-шлюзами
Создание и модификация контекстов
Управление терминациями
Поддержка различных типов медиа
Масштабируемость и надежность
16. Логические объекты MEGACO/H.248
Физические порты - реальные интерфейсы (TDM, Ethernet) Виртуальные порты - логические соединения (RTP потоки) Контекст - группа взаимодействующих терминаций Дескрипторы шлюзов - параметры и характеристики терминаций
17. Основные возможности Diameter
Аутентификация, авторизация и учет
Поддержка мобильных сетей
Роуминг и мобильность
Безопасность передачи данных
Расширяемость протокола
18. Типы сообщений OpenFlow
Controller-to-Switch - управление от контроллера
Asynchronous - асинхронные уведомления от коммутатора
Symmetric - симметричные сообщения (поддержание соединения)
19. Функции сообщений контроллер-коммутатор
Настройка параметров коммутатора
Управление потоковыми таблицами
Запрос статистики и состояния
Модификация потоков данных
Управление портами
20. Функции асинхронных и синхронных сообщений
Асинхронные сообщения:
Уведомления о событиях (пакет-in, изменение порта)
Статистика в реальном времени
Сообщения об ошибках
Синхронные сообщения:
Ответы на запросы контроллера
Подтверждение выполнения команд
Передача запрошенной информации