Инфокоммуникационные системы

Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Связь»

Е. С. Богданова

ПРОТОКОЛЫ ПАКЕТНОЙ КОММУТАЦИИ

Екатеринбург

2011

Федеральное агентство железнодорожного транспорта Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Связь»

Е. С. Богданова

ПРОТОКОЛЫ ПАКЕТНОЙ КОММУТАЦИИ

Учебный справочник для студентов

V курса всех форм обучения специальности

190402 – «Автоматика, телемеханика и связь на ж.-д. транспорте» (специализация «Системы передачи и распределения информации»)

Екатеринбург

2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

1.Мультисервисные узлы……………………………………………………… 4

2. Построение сетей на базе протокола SIP…………………………………… 6

3.Структура сообщения………………………………………………………... 8

4.Процесс установления соединения…………………………………………. 12

4.1.Установление соединения через сервер переадресации………………….. 12

4.2.Установление соединения через прокси-сервер…………………………… 14

Контрольные вопросы……………………………………………………………. 15

Контрольное задание…………………………………………………………….. 16

Литература………………………………………………………………………… 16

3

1.МУЛЬТИСЕРВИСНЫЕ УЗЛЫ

Появление телефонов привело к проблемам построения сетей . связи Принципы построения сети определяются как количественными характеристиками (плотность телефонных аппаратов или иных устройств, создающих нагрузку на сеть или трафик), так и качественными (используемыми для обслуживания нагрузки технологий).

Внедрение цифровых АТС, начавшееся в середине 80-х годов, способствовало созданию «наложенных» сетей, которое объяснялось спецификой администрирования сети на участке «аналог – цифра». Данные системы использовали способ коммутации каналов, их основу составляли цифровые коммутационные поля.

Развитие телефонии способствует созданию комбинированной системы АТС – мультисервисной системы, объединяющей коммутацию каналов и пакетов. Основываясь на теории конвергенции в АТС с комбинированной системой

коммутации, была осуществлена попытка использования единых ресурсов управления для обслуживания речевого и интернет-трафика.

При создании структуры мультисервисного узла решаются следующие проблемы конвергенции сетей:

–сопоставление систем нумерации ТфОП и интернета;

–обеспечение выхода абонентов модернизируемой АТС к услугам -ин тернет-сети (ИС);

–маршрутизация вызовов ТфОП через Интернет при перегрузке ТфОП и маршрутизация сообщений Интернета через ТфОП при перегрузке Интернета;

–создание локальных сетей с подключением к ним абонентов ТфОП, применяющих в качестве терминалов IP-телефоны.

Мультисервисный сетевой узел (МСУ) состоит из следующих элементов:

NA (Network Adapter) – сетевой адаптер; MG (Media Gateway) – транспортный шлюз;

MGC (Media Gateway Controller) – контроллер транспортного шлюза;

SG (Signallin Gateway) – сигнальный шлюз;

SSP (Service Switching Point) – пакет коммутации услуг;

СК МСУ – коммутатор сигнальных сообщений МСУ.

Основное назначение сетевых адаптеров NA – обеспечение взаимодействия МСУ с любым коммутационным оборудованием, установленным на ТфОП РФ, а также предоставление новых услуг телекоммуникаций для тех вызовов, которые их требуют. В сетевом адаптере МСУ осуществляется коммутация и преобразование сигнализации.

Кроме того, сетевые адаптеры МСУ должны обеспечивать:

–подключение к ТфОП через интерфейс типа Ethernet пользователей локальных вычислительных сетей (LAN) с оконечными устройствами в видеIPтелефонов;

–увеличение абонентской емкости АТС за счет резервов номерной емко-

сти;

4

– доступ вновь подключаемых абонентов АТС и абонентов существующих АТС ТфОП через пункт SSP к услугам ИС.

Для эффективного использования ресурсов ТфОП необходимо применять современные технологии IP-телефонии при передаче информационных потоков по протоколам MEGACO и SIGTRAN комитета IETF в части передачи сигнальных и информационных сообщений по IP-сети.

В рамках реализации функцийIP-телефонии сигнальный шлюз SG в СК МСУ служит для преобразования сигнализации, используемой в сети с коммутацией каналов, в сигнальные сообщения, передаваемые по сети с коммутацией пакетов.

IP

Eth SS7

Z

SS7 IWF

DSS-1

Внутренний

SSP

интерфейс

MGC

MG

RTP/RTCP

Рис. 1. Использование МСУ для преобразования ТфОП в интегральную мультисервисную сеть

5

Транспортные шлюзы MG в МСУ в соответствии с Рекомендацией МСЭ- Т H.323 реализует функции IP-телефонии, обеспечивая преобразование передачи голоса в сети с коммутацией каналов в передачу голосовых сообщений -па кетным способом по IP-сети. К числу основных функций MG следует отнести:

–реализацию физического интерфейса для ТфОП и IP-сети;

–детектирование и формирование сигналов линейной и/или абонентской сигнализации;

–преобразование речевых и сигнальных сообщений в форматы сообщений, действующих в ТфОП и IP-сети;

–проключение и освобождение трактов информационных потоков.

Для обеспечения требуемых показателей качества передаваемого голосового сообщения по IP-сети должны использоваться различные схемы кодирования речи. ITU-T стандартизированы и рекомендованы для применения в транспортных шлюзах кодеки:G.711 (скорость передачи 64 кбит/с), G.723.1 (6,3 и 5,3 кбит/с).

Мультисервисный узел, включающий в себя контроллер транспортных шлюзов (MGC – Media Gateway Controller), сигнальный шлюз (SG), выполняю-

щий функции транзитного пункта сигнализации ОКС7 №(STP – signalling transfer point) и одновременно функции преобразования сигнальных сообщений ТфОП в сообщения сигнализацииIP-сети, базу данных SQL, содержащих подробную статистику о соединениях, реплицированную базу данных LDAP, центральный LDAP- сервер, обеспечивающий управление, тарификацию, маршрутизацию вызовов в IP-сети, называется программным коммутатором SoftSwitch.

Число программных коммутаторов на сети может быть от одного доn. Выделяются две группы SoftSwitch, имеющие различные структурные характеристики, что связано с необходимостью маршрутизации вызовов по нескольким направлениям или отсутствии такой необходимости при наличии одногона правления.

2. ПОСТРОЕНИЕ СЕТЕЙ НА БАЗЕ ПРОТОКОЛА SIP

Вариантом построения сетей на базе программных коммутаторов является протокол SIP, разработанный группой MMUSIC (Multiparty Multimedia Session Control).

Протокол инициирования сеансов – Session Initiation Protocol (SIP) – является протоколом прикладного уровня и предназначается для организации, модификации и завершения сеансов связи: мультимедийных конференций, телефонных соединений и распределения мультимедийной информации, в основу которого заложены следующий принципы:

–персональная мобильная связь;

–масштабируемость сети;

–расширяемость протокола;

–взаимодействие с другими протоколами сигнализации.

6

При установлении соединений в сетиSIP используется адресация, подобная адресации электронной почты. Адрес состоит из двух частей: имени пользователя, зарегистрированного в домене или на узле сети(хосте); имени домена, узла или шлюза. Две части разделены знаком @. Используются четыре типа адресов:

1)имя пользователя@домен

2)имя пользователя@хост

3)номер телефона@шлюз

4)имя пользователя@IP-адрес.

При использовании трех первых типов адресов необходимо обратиться к службе доменных имен DNS (Domain Name Service) для того, чтобы определить IP-адрес, соответствующий данному имени домена, узла или шлюза. При наличии во второй частиIP-адреса связаться с сервером или терминалом сетиSIP можно напрямую.

Адрес записывается в строчку и перед ним ставится признак принадлежности к протоколу SIP.

В протоколе SIP обмен сигнальными сообщениями происходит по принципу «клиент-сервер». Клиент генерирует запросы, а сервер обрабатывает их и отвечает на них ответами. Обмен сообщениями в виде запросов и ответов получил название транзакция SIP. Понятия «клиент» и «сервер» являются относительными. В сети SIP роль клиента выполняет терминал, который передает запрос к прокси-серверу. Прокси-сервер в обратном направлении посылает ответы. Прокси-сервер может послать запрос к другому прокси-серверу, который отправляет ответ. Здесь первый прокси-сервер является клиентом, а другой прокси-сервер – сервером. Также два терминала могут напрямую обмениваться запросами и ответами, один из них будет клиентом, а второй –сервером.

Важным понятием в протоколеSIP является агент пользователя UA (User Agent) – это терминал SIP, который формирует запросы, отвечает на них при взаимодействии с другими агентами пользователей в течение сеанса связи. Взаимодействие между агентами пользователей может быть непосредственным или через промежуточный сервер, например, прокси-сервер. Программное обеспечение агента пользователя делится на две части: клиентскую UAC (User Agent Client) и серверную UAS (User Agent Server).

7

3. СТРУКТУРА СООБЩЕНИЯ

Сообщения SIP имеют одинаковую структуру, показанную на рис. 2.

Стартовая строка

Заголовки

Пустая строка

Тело

сообщения

Рис. 2. Структура сообщения протокола SIP

Первой передается стартовая строка. Если это запрос, то в стартовой строке содержится тип запроса, адрес вызываемого пользователя и номер версии протокола SIP. Если речь идет об ответе, то стартовая строка включает номер версии протокола и тип ответа.

Далее следуют заголовки, необходимые для передачи информации о вызывающем и вызываемом пользователях, пути следования сообщений и других данных. Используются заголовки разных типов, причем каждому типу присвоено имя.

После заголовков следует пустая строка, а за ней – тело сообщения. В теле сообщений может содержаться описание сеансов связи, например, по протоколу SDP (сообщения типов INVITE, ACK и OPTION). В некоторых сообщениях тела сообщения может не быть, например, в сообщении BYE.

В стартовой строке, заголовках и в теле сообщения информация записывается в виде текста с использованием набора символовISO 10646 в кодировке

UTF-8.

Заголовки протокола SIP делятся на четыре вида: общие заголовки, присутствующие в запросах и ответах; заголовки содержания, включающие в себя информацию о размере тела сообщения или об источнике запроса; заголовки запросов, передающие дополнительную информацию о запросе; заголовки ответов, передающие дополнительную информацию об ответе.

Формат заголовка начинается с его названия, далее следует двоеточие, а за ним содержание заголовка.

8

При обработке сообщений протоколSIP игнорирует заголовки с неизвестными названиями.

В протоколе SIP первоначально были заложены запросы следующих ти-

пов:

INVITE – приглашение пользователя к сеансу связи; содержит описание сеанса по протоколу SDP;

АСК – подтверждение приема последнего ответа на запрос INVITE;

BYE – окончание сеанса; передается от любого из пользователей, участвующих в сеансе;

CANCEL – прекращение обработки запросов;

REGISTER – требование на регистрацию пользователя на сервере определения местоположения;

OPTION – запрос информации о функциональных возможностях терми-

нала.

В дальнейшем были добавлены следующие запросы:

INFO – служащий для передачи дополнительной информации прикладного уровня после установления соединения в течение сеанса связи; примеры применения: обмен сигналами между шлюзами телефонной сети общего пользования или сети ОбТС во время сеанса связи; посылка сигналов DTMF в течение SIP-сеанса;

PRACK – участвует в механизме надежной доставки отдельных типов ответов;

UPDATE – служит для изменения некоторых параметров сеансов(например, кодеков) до поступления окончательного ответа на запрос INVITE;

NOTIFY – служит для переноса информации о текущем состоянии соответствующего объекта сети; может передаваться каждый раз, когда состояние объекта меняется;

SUBSCRIBE – используется для получения информации о текущем -со стоянии удаленного ресурса сети; служит для создания диалога между двумя агентами пользователей: подписчиком на предоставлении информации и держателем этой информации; информация о текущем состоянии переносится в сообщении NOTIFY;

REFER – предназначен для реализации дополнительных услуг, таких, как переадресация вызова и наведение справки;

MESSAGE – позволяет передавать текстовые сообщения между пользователями без установления соединения между ними; используется модель, подобная передаче SMS (Shot Message Service – услуга коротких сообщений) в сети мобильной связи.

9