bài giảng cơ sở kỹ thuật chuyển mạch - hoàng trọng minh & nguyễn thanh trà

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Bài giảng Cơ sở kỹ thuật chuyển mạch Biên soạn: Hoàng Trọng Minh, Nguyễn Thanh Trà MinhHT PTIT [Pick the date] Hà nội: 2009 LỜI NÓI ĐẦU Kỹ thuật chuyển mạch kỹ thuật mấu chốt mạng truyền thông Sự phát triển mạnh mẽ hạ tầng truyền thông số năm gần tạo cách mạng khoa học công nghệ kỹ thuật chuyển mạch phần phát triển Mục tiêu giảng cung cấp cho sinh viên chuyên ngành Viễn thông kiến thức tảng lĩnh vực chuyển mạch, hệ thống hóa kiến thức cho sinh viên tiếp cận giải pháp kỹ thuật công nghệ chuyển mạch cách tốt Từ làm tảng cho mơn học Nội dung chương gồm: Chương thứ đưa khái niệm lý thuyết tảng lĩnh vực chuyển mạch, số tốn mơ hình ứng dụng kỹ thuật chuyển mạch trình bày vắn tắt sở phát triển tính tốn cho số vấn đề đề cập chương Chương thứ hai tóm tắt vấn đề cốt lõi kỹ thuật chuyển mạch kênh bao gồm nguyên lý chuyển mạch bản, hình thái kết nối trường chuyển mạch điều khiển kết nối thông tin qua trường chuyển mạch Chương thứ ba tiếp cận kỹ thuật chuyển mạch gói từ vấn đề nguyên tắc, phương pháp xử lý gói tin mạng trường chuyển mạch tới vấn đề phức tạp kỹ thuật định tuyến, giao thức định tuyến báo hiệu đảm bảo chất lượng dịch vụ Chương đưa số vấn đề mở xu hướng phát triển kỹ thuật chuyển mạch gói Chương thứ tư tập trung vào giải pháp công nghệ chuyển mạch tiên tiến bao gồm giải pháp công nghệ mạng cố định công nghệ MPLS, GMPLS vấn đề định tuyến công nghệ Mạng không dây với tương lai ứng dụng rộng rãi tóm tắt chương với kiến thức định tuyến Tiếp cận chuyển mạch mềm với số mơ hình ứng dụng đưa chương cuối nhằm giúp Sinh viên tiếp cận tới giải pháp công nghệ thực tiễn mạng viễn thông Kỹ thuật chuyển mạch lĩnh vực rộng liên quan tới nhiều lĩnh vực khác mơi trường mạng truyền thơng Vì vậy, nhóm biên soạn mong muốn có góp ý chân thành đồng nghiệp người đọc Hà nội, ngày 25 tháng 12 năm 2009 Mục lục LỜI NÓI ĐẦU Mục lục CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH 10 1.1 NHẬP MÔN KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH 10 1.1.1 Giới thiệu chung 10 1.1.2 Một số khái niệm sở 11 1.1.3 Các mơ hình tốn học ứng dụng lĩnh vực chuyển mạch 14 1.1.4 Các lý thuyết liên quan 18 1.2 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH 22 1.2.1 Lịch sử xu hướng phát triển công nghệ mạng 22 1.2.2 Chuyển mạch mềm hướng tiếp cận máy chủ gọi CS 25 1.2.3 Hướng tiếp cận phân hệ đa phương tiện IP (IMS) 26 1.3 CÁC TỔ CHỨC TIÊU CHUẨN 27 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 30 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH KÊNH 31 2.1 CƠ SỞ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH KÊNH 31 2.2 KIẾN TRÚC TRƯỜNG CHUYỂN MẠCH KÊNH 34 2.2.1 Trường chuyển mạch không gian số 34 2.2.2 Trường chuyển mạch thời gian số 36 2.2.3 Trường chuyển mạch ghép TST 38 2.3 ĐỊNH TUYẾN TRONG CHUYỂN MẠCH KÊNH 41 2.3.1 Phân loại kỹ thuật định tuyến 41 2.3.2 Phương pháp đánh số mạng PSTN 44 2.3.3 Mạng báo hiệu PSTN 46 2.3.4 Xử lý định tuyến gọi node mạng chuyển mạch kênh 47 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 48 CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH GÓI 49 3.1 CƠ SỞ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH GÓI 49 3.1.1 Mơ hình kết nối hệ thống mở OSI 50 3.1.2 Nguyên tắc chuyển mạch gói 51 3.2 KIẾN TRÚC CỦA BỘ ĐỊNH TUYẾN 53 3.2.1 Các chức định tuyến 53 3.2.2 Tiến trình chuyển tiếp gói tin 54 3.2.3 Các thuật tốn tìm kiếm thơng tin bảng định tuyến 56 3.3 KIẾN TRÚC TRƯỜNG CHUYỂN MẠCH GÓI 62 3.3.1 Phân loại kiến trúc trường chuyển mạch gói 62 3.3.2 Chuyển mạch phân chia thời gian 62 3.3.3 Chuyển mạch phân chia không gian 65 3.4 CÁC KIỂU BỐ TRÍ HÀNG ĐỢI 70 3.4.1 Các kiểu kiểu bố trí hàng đợi 70 3.4.2 Các phương pháp xử lý hàng đợi 77 3.4.3 Mạng hàng đợi 78 3.5 KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CHUYỂN MẠCH GĨI 82 3.5.1 Các thuật tốn tìm đường ngắn 84 3.5.2 Các giao thức định tuyến điển hình 87 3.5.3 Một số giải pháp cải thiện hiệu kỹ thuật định tuyến 92 3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 96 CHƯƠNG 4: CÔNG NGHỆ CHUYỂN MẠCH TIÊN TIẾN 97 4.1 GIỚI THIỆU CHUNG 97 4.1.1 Mơ hình hội tụ cơng nghệ mạng 97 4.1.2 Các giải pháp ghép hợp công nghệ 98 4.1.3 Công nghệ MPLS/GMPLS 99 4.2 KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN TRONG MPLS/GMPLS 103 4.2.1 Giao thức định tuyến phân phối nhãn 103 4.2.2 Kỹ thuật định tuyến hỗ trợ chất lượng dịch vụ MPLS/GMPLS 106 4.3 ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG KHÔNG DÂY 110 4.3.1 Phân loại giao thức định tuyến 110 4.3.2 Kỹ thuật định tuyến xuyên lớp 113 4.4 GIẢI PHÁP CHUYỂN MẠCH MỀM 114 4.4.1 Mơ hình kiến trúc chuyển mạch mềm 115 4.4.2 Các giao thức điều khiển chuyển mạch mềm 117 4.4.3 Các ứng dụng chuyển mạch mềm 123 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 130 Tài liệu tham khảo 132 DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT 3G 3GPP AAA AAL ADM ADSL AF A-F AMG API AS AS ASG ATCA ATM AuC BAN BGCF BGP BICC Thirth Generation Thirth Generation Partnership Project Authentification, Authorization, Accounting ATM Adaptation Layer Add/Drop Multiplexing Asymetric Digital Subscriber Line Address Filter Acounting Function Access Media Gateway Application Programable Interface Autonomous System Application Server Access Signalling Gateway Advanced Telecom Computing Architecture Asynchorous Transfer Mode Authentification Centre Broadband Access Node Border Gateway Control Function Border Gateway Protocol Bearer Independent Call Control Broadband Intergrated Service Digital B-ISDN Network CA Call Agent CAP CAMEL Application Part CBR Constraint Bit Rate CCF Charging Collector Function Thế hệ thứ Dự án cho đối tác mạng hệ Nhận thực, cấp phép, tính cước Lớp tương thích dịch vụ Bộ ghép tách luồng Đường dây thuê bao số không đối xứng Bộ lọc địa Chức tính cước Cổng phương tiện truy nhập Giao diện lập trình ứng dụng Hệ thống tự trị Server ứng dụng Cổng báo hiệu truy nhập Kiến trúc tính tốn viễn thơng tiên tiến Phương thức truyền tải không đồng Trung tâm nhận thực Nút truy nhập băng rộng Chức điều khiển cổng đường biên Giao thức cổng đường biên Điều khiển cuôc gọi độc lập kênh mang CBR CBS Tốc độ bit cố định Kích thước burst cam kết Constant Bit Rate Committed Burst Size Mạng số tích hợp dịch vụ băng rộng Agent gọi Phần ứng dụng CAMEL Tốc độ bit ràng buộc Chức tập hợp thông tin cước Cell Loss Priority Ưu tiên tổn thất tế bào Common Open Policy Service Dịch vụ sách mở chung Class of Service Lớp dịch vụ Class-based Queuing Hàng đợi theo lớp Constraint-Based Routing-label Distribution Giao thức phân bổ nhãn định tuyến ràng CR-LDP Protocol buộc CS Call Server Máy chủ gọi CS (IMS) Circuit Switched Chuyển mạch kênh CSCF Call Session Control Function Chức điều khiển phiên gọi CSPF Constraint Shorted Path First Định tuyến ràng buộc tìm đường ngắn DG DataGram Dữ liệu đồ CLP COPS CoS CQ DSL DSLAM DTL DTMF DVA EGP Digital Subscriber Line Digital Subcriber Line Acess Multiplexer Designated Transit List Dual Tone Multi Frequency Distance Vector Algorithm Exterior Gateway Protocol Đường dây thuê bao số Bộ ghép kênh truy nhập DSL Danh sách đường định sẵn Đa tần âm kép Thuật toán vectơ khoảng cách Giao thức định tuyến miền ngồi ECN Explicit Congestion Notification Thơng báo tắc nghẽn FEC FIB FIFO FLC FR FTP GFC GMPLS GPRS GSM HDB3 HDLC HLR HOL HSS HTTP IAD ICMP IFMP IGP IM CN IMS IMS-CS IM-SSF IN IOT IP IPCP I-PNNI IPX ISC ISDN IS-IS ISP ISR Forward Equivelent Class Forward Information Base First In First Out Fible Line Concentrator Frame Relay File Transfer Protocol General Flow Control Generalized MultiProtocol Label Switch General Packet Radio Service Global System for Mobile Communication High-Density Bipolar High level Data Link Control protocol Home Location Registor Head Of Line Home Subscriber Server Hyper Text Transfer Protocol Integrated Access Device Internet Control Message Protocol Ipsilon Flow Management Protocol Interior Gateway Protocol IMS- Core Network IP Multimedia Subsystem IMS- Circuit Switching IMS- Service Switching Function Inteligent Network Interoperability Testing Internet Protocol IP Control Point Intergated PNNI Internetwork Packet Exchange IMS Service Control Integrated Service Digital Network Intermediate System to Intermediate System Internet Service Provider IP Switching Router Lớp chuyển tiếp tương đương Cơ sở thông tin chuyển tiếp Vào trước trước Bộ tập trung quang Chuyển tiếp khung Giao thức truyền file Điều khiển luồng chung MPLS mở rộng Dịch vụ vô tuyến gói chung Hệ thống tồn cầu cho thơng tin di động Mã lưỡng cực mật độ cao Giao thức điều khiển đường liệu mức cao Bộ đăng ký nhà Nghẽn đầu dòng Server thuê bao nhà Giao thức chuyển giao siêu văn Thiết bị truy nhập tích hợp Giao thức tin điều khiển Internet Giao thức quản trị luông Ipsilon Giao thức định tuyến miền IMS- mạng lõi Phân hệ đa phương tiện IP IMS- chuyển mạch kênh Chức chuyển mạch dịch vụ IMS Mạng thông minh Kiểm tra liên điều hành Giao thức Internet Điểm điều khiển IP PNNI tích hợp Giao thức trao đổi gói liên mạng Điều khiển dịch vụ IMS Mạng số đa dịch vụ tích hợp Giao thức định tuyến liên mạng Nhà cung cấp dịch vụ Internet Bộ định tuyến chuyển mạch IP ISUP ISDN User Part International Telecommunication Union ITU-T sector T IW-F InternetWorking Function LAN Local Area Network LDP Label Distribution Protocol LER Label Edge Router LGN Logical Group Node LOC LOcal Controler LSA Link State Algorithm LSP Label Switched Path LSR Label Switching Router M3UA MTP3 User Adaptation Layer MAP Mobile Application Part MG Media Gateway MGC Media Gateway Controler MGCP Media Gateway Control Protocol MHA Min Hop Algorithm MIRA Min Interference Routing Algorithm MMAS Multi Media Application Server MMCS Multi Media Call Server MMG Mobile Media Gateway MMPP Markov Modulete Poisson Process MNO Mobile Network Operator MoS Mean of Service MPLS MultiProtocol Label Switch MPOA MultiProtocol over ATM MRFC Media Resource Function Control MRFP MSF MTU NGN NHC NHRP NHS OMA OSA OSPF OXC PAM Media Resource Function Processor MultiService Forum Maximum Transfer Unit Next Generation Network Next Hop Client Next Hop Resolution Protocol Next Hop Server Open Mobile Alliance Open Service Architecture Open Shortest Path First Optical Cross-Connect Pulse Amplitude Modulation Phần người dùng ISDN Liên minh viễn thông quốc tế Chức kết nối liên mạng Mạng nội hạt Giao thức phân phối nhãn Bộ định tuyến biên (LSR biên) Nút đại diện nhóm logic Bộ điều khiển nội Thuật toán trạng thái đường Đường chuyển mạch nhãn Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn Lớp tương thích người dùng MTP3 Phần ứng dụng di động Cổng phương tiện Điều khiển cổng phương tiện Giao thức điều khiển cổng phương tiện Thuật toán bước nhảy tối thiểu Thuật toán định tuyến nhiễu tối thiểu Server ứng dụng đa phương tiện Server gọi đa phương tiện Cổng phương tiện cho mạng di động Tiến trình Poisson mơ Markov Nhà điều hành mạng di động Thang điểm đánh giá trung bình Chuyển mạch nhãn đa giao thức Đa giao thức qua ATM Điều khiển chức tài nguyên đa phương tiện Bộ xử lý chức tài nguyên đa phương tiện Diễn đàn đa dịch vụ Đơn vị truyền tin lớn Mạng hệ Trạm bước Giao thức giải bước Trạm chủ bước Liên minh dịch vụ di động mở Kiến trúc dịch vụ mở Giao thức đường ngắn trước tiên Bộ đấu nối chéo quang Điều biên xung PAR PCM P-CSCF PDF PDU PG PGL PLMN PM PNNI PPP PQ PSTN PT PTSE PTSP QoS RANAP RAS R-F RIP RMG RSVP RSVPTE PNNI Augmented Routing Pulse Code Modulation Proxy- CSCF Policy Decicion Function Protocol Data Unit Peer Group Peer Group Leader Public Land Mobile Network Physic Medium Private Network to Network Interface Point to Point Protocol Priority Queuing Public Switched Telephone Network Payload Type PNNI Topology State Element PNNI Topology State Packet Quality of Service Radio Access Network Application Part Registration Admistion and Status Protocol Routing Function Routed Information Protocol Remote Media Gateway Resource Reservation Protocol RSVP – Traffic Engineering RTCP RTP SAP SAR SCP SCIM SCS S-CSCF SCTP SDH SDS SG SIGTRA N SIN SIP Realtime Transport Protocol Realtime Transport Protocol Service Access Point Segmentation Reassembly Sublayer System Control Point Service Capability Interaction Management Service Capability Server Serviced-CSCF Stream Control Transport Protocol Synchronous Digital Hierarchy Space Division Switching Signalling Gateway Signalling Transport Ship - in - the - Night Session Initiation Protocol Định tuyến PNNI mở rộng Điều xung mã CSCF đại diện Chức định sách Đơn vị liệu giao thức Nhóm ngang hàng Trưởng nhóm nhóm cấp Mạng di động mặt đất Môi trường vật lý Giao diện mạng - mạng riêng Giao thức điểm tới điểm Hàng đợi ưu tiên Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng Kiểu tải tin Phần tử trạng thái cấu hình PNNI Gói tin trạng thái cấu hình PNNI Chất lượng dịch vụ Phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến Giao thức trạng thái, quản lý đăng ký Chức định tuyến Giao thức thông tin định tuyến Cổng phương tiện xa Giao thức dành trước tài nguyên RSVP cho kỹ thuật lưu lượng Giao thức truyền tải điều khiển thời gian thực Giao thức truyền tải thời gian thực Điểm truy nhập dịch vụ Phân lớp cắt mảnh tạo gói Điểm điều khiển hệ thống Quản trị tương tác khả dịch vụ Server khả phục vụ CSCF phục vụ Giao thức truyền tải điều khiển luồng Phân cấp số đồng Chuyển mạch phân chia không gian Cổng báo hiệu Giao thức truyền tải báo hiệu Chuyển hàng Giao thức khởi tạo phiên SMTP SNMP SPC SSF SPVC SUA SVC Simple Message Transfer Protocol Simple Network Management Protocol Stored Program Control Service Switching Function Soft Permanent Virtual Chanel SCCP User Adaptation layer Switched Virtual Chanel SWPA TC TCP TDM TDS TE TL TLV TMG TOS TTL TUA UA UDP UE Giao thức truyền thư đơn giản Giao thức quản trị mạng đơn giản Điều khiển theo chương trình ghi sẵn Chức chuyển mạch dịch vụ Kênh ảo cố định mềm Lớp tương thích người dùng SCCP Kênh ảo chuyển mạch Thuật tốn tìm đường rộng ngắn Hội tụ truyền dẫn Giao thức điều khiển truyền tải Ghép kênh phân chia theo thời gian Chuyển mạch phân chia thời gian Kỹ thuật lưu lượng Tổng độ dài Các tham số kiểu/độ dài/giá trị Cổng phương tiện trung kế Kiểu phục vụ Thời gian sống Lớp tương thích người dùng TCAP Lớp tương thích người dùng báo hiệu CCS Giao thức liệu người dùng Thiết bị người dùng Shortest Widest Path Algorithm Transmision Convergence Transport Control Protocol Time Division Multiplexing Time Division Switching Traffic Engineering Total Length Type/ Length/ Value Trunk Media Gateway Type Of Service Time to Live TCAP User Adaptation Layer Common Signalling User Adaptation Layer User Datagram Protocol User Equipment Universal Mobile Telecommunication UMTS System UNI User-Network Interface VBR Variable Bit Rate VC Virtual Chanel VCC Virtual Chanel Connection VCI Virtual Chanel Identifier VoIP Voice over IP VPI Virtual Path Indentifier WAP Wireless Application Protocol WCDM Wireless Code Division Multiple Access A R4 Release 4 WDM Wavelength Division Multiplexing WFQ Weighted Fair Queuing WLAN Wireless LAN WSPA Widest Shortest Path Algorithm Hệ thống viễn thơng di động tồn cầu Giao diện người dùng - mạng Tốc độ bit thay đổi Kênh ảo Kết nối kênh ảo Nhận dạng kênh ảo Thoại qua IP Nhận dạng luồng ảo Giao thức ứng dụng không dây Đa truy nhập phân chia theo mã phiên Ghép kênh phân chia theo bước sóng Hàng đợi cân trọng số Mạng nội hạt không dây Thuật tốn tìm đường ngắn rộng nhất điều khiển cổng Gatekeeper thiết bị đầu cuối chứa cổng phương tiện đơn vị điều khiển đa điểm MCU (Multipoint Control Unit) Một vùng quản lý điều khiển Gatekeeper, Gatekeeper thực nhiệm vụ biên dịch địa chỉ, điều khiển quản trị, quản lý băng thơng Hình 4.9: Kiến trúc mạng H.323 Ngồi ra, Gatekeeper cung cấp báo hiệu điều khiển gọi thông qua thành phần chịu trách nhiệm định tuyến tin gọi H.323 điểm cuối, thực nhận thực gọi Gatekepper xử lý thơng tin trì quản lý gọi hoạt động để quản lý băng thông tái định tuyến gọi tới điểm cuối khác nhằm cân tải Gatekepeer thành phần logic thiết bị đứng độc lập phần MCU cổng phương tiện mạng Nói cách khác, Gatekepper coi thành phần chuyển mạch mềm H.323 Các đầu cuối cổng đa phương tiện kiến trúc H.323 thường coi điểm cuối chúng điểm đầu cuối kết nối báo hiệu Các thiết bị đầu cuối H.323 yêu cầu hỗ trợ giao thức để thiết lập giải phóng gọi, báo hiệu đăng ký, quản lý trạng thái gọi với giao thức báo hiệu điều khiển để trao đổi khả đầu cuối tạo kênh phương tiện Các thiết bị đầu cuối H.323 hỗ trợ mã hóa giải mã audio/video, giao thức truyền liệu khả MCU Một cổng phương tiện MG sử dụng để kết nối mạng khác nhau, thường PSTN H.323 Nó cung cấp chức biên dịch giao thức điều khiển gọi H.225 /H245 báo hiệu số Cổng phương tiện MG tồn với Gakeeper và/hoặc MCU thiết bị phương diện vật lý MCU cung cấp chức hội nghị cho điểm cuối, điểm cuối tham gia phiên hội nghị phải thiết lập kết nối tới MCU MCU quản lý tài nguyên hội nghị 118 thỏa thuận điểm cuối phương pháp mã hóa sử dụng phiên MCU đứng độc lập nằm đầu cuối, cổng phương tiện gatekepper Hình 4.10: Kiến trúc chồng giao thức H.323 Ba kiểu báo hiệu mô tả chồng giao thức H.323 gồm có: Báo hiệu RAS, báo hiệu gọi báo hiệu điều khiển H.225 chịu trách nhiệm báo hiệu RAS báo hiệu gọi, H.245 chịu trách nhiệm báo hiệu điều khiển Báo hiệu RAS, báo hiệu gọi báo hiệu điều khiển chuyển kênh báo hiệu tách biệt với tuyến liệu Báo hiệu RAS cung cấp chức điều khiển trước xử lý gọi, kênh RAS thiết lập điểm cuối Gatekeeper thời điểm khởi tạo gọi, báo hiệu RAS truyền UDP gồm tiến trình hoạt động sau Phát Gatekeeper: Tiến trình phát Gatekeep sử dụng điểm cuối H.323 để xác định Gatekepeer điểm cuối phải đăng ký Tiến trình thực theo kiểu tĩnh động tùy thuộc vào điểm cuối có biết rõ địa Gtekepper hay không Đăng ký: Đăng ký tiến trình cho phép điểm cuối MCU tham gia vào vùng, thông tin tới Gatekepper địa mạng chúng Tiến trình đăng ký tiếp sau tiến trình phát Gatekeeper Định vị điểm cuối: Định vị điểm cuối tiến trình Gatekeeper biên dịch địa URL E.164 sang địa IP Tiến trình bắt đầu điểm cuối muốn truyền thông với điểm cuối cụ thể khác Quản trị: Gatekeeper trao quyền truy nhập cho điểm cuối tới mạng H.323 thông qua tác vụ chấp thuận từ chối yêu cầu 119 Giám sát trạng thái: Một Gatekepeer sử dụng RAS để trì thơng tin trạng thái từ điểm cuối Ví dụ, Gatekepeer giám sát trạng thái điểm cuối khả dụng không khả dụng Quản lý băng thông: Báo hiệu RAS thực điều khiển quản lý băng thơng q trình xử lý gọi điểm cuối yêu cầu tăng giảm băng thông Báo hiệu H.225 kiểu báo hiệu tương thích với báo hiệu Q.931 SS7 báo hiệu Q.932 thông qua kênh tin cậy dựa giao thức TCP Phần báo hiệu Q.931 H.225 gồm thủ tục tin để kết nối, trì ngắt gọi Q.932 sử dụng để cung cấp dịch vụ bổ sung Các tin H.225 trao đổi trực tiếp điểm cuối sau Gatekepeer định tuyến tới điểm cuối Báo hiệu H.245 xử lý báo hiệu điều khiển điểm cuối H.323 H.245 tạo kênh logic cho truyền dẫn đa phương tiện theo kiểu đơn hướng H.245 hỗ trợ trình xử lý trao đổi khả điểm cuối điều khiển luồng điểm cuối Trong H.323, mối quan hệ truyền thông điểm cuối mối quan hệ đồng cấp, H.245 đưa số thủ tục nhằm xác lập quan hệ chủ tớ cho điểm cuối gọi Quan hệ trì thời gian tiến hành gọi để giải xung đột điểm cuối b, Giao thức khởi tạo phiên SIP Giao thức khởi tạo phiên SIP giao thức báo hiệu để khởi tạo, quản lý kết thúc phiên đa phương tiện qua mạng IP SIP chạy giao thức lớp truyền tải Ví dụ TCP, UDP giao thức truyền tải điều khiển luồng SCTP (Stream Control Transmission Protocol) SIP giao thức kiểu chủ tớ dựa mã hóa text Hình 4.11 thành phần mạng SIP gồm kiểu thành phần: User Agent, máy chủ chuyển hướng, máy chủ proxy, Back-2-Back User Agents (B2BUAs), máy chủ đăng ký, máy chủ định vị, máy chủ diện máy chủ kiện Mỗi thành phần có chức đặc biệt đóng vai trị chủ tớ phiên truyền thông Một thiết bị vật lý gồm nhiều thành phần logic 120 Hình 4.11 : Các thành phần mạng SIP User agent đại diện cho đầu cuối gồm hai chức năng: máy chủ client Trong mạng chuyển mạch mềm, User agent thường cấu hình với địa mạng máy chủ chuyển hướng, máy chủ proxu B2BUA Máy chủ chuyển hướng chấp thuận yêu cầu SIP ánh xạ địa đầu cuối bị gọi vào địa để gửi tới User agent Ngược lại, máy chủ proxy không gửi địa biên dịch tới User agent mà sử dụng địa để định tuyến tới User agent đích Trong máy chủ proxy chứa bảng định tuyến để thực trình định tuyến tin SIP, thực chức xác nhận yêu cầu, nhận thực người dùng, phân giải địa chỉ, ghi tuyến xử lý định tuyến lặp vòng (RFC 3261) Ba kiểu máy chủ proxy SIP máy chủ proxy không trạng thái, trạng thái đầy đủ trạng thái gọi đầy đủ Máy chủ proxy không trạng thái thực nhiệm vụ chuyển tiếp tin Máy chủ proxy trạng thái đầy đủ xử lý giao dịch máy chủ client, client với Máy chủ trạng thái gọi đầy đủ thực giám sát tồn gọi thơng qua giao dịch Thông thường, nhà điều hành mạng có mạng SIP riêng Để thực báo hiệu điều khiển gọi nhà điều hành, mạng SIP phải thực trao đổi thông tin định tuyến, giao thức định tuyến thoại qua IP TRIP (Telephony Routing over IP ví dụ Trong đó, máy chủ định vị trao đổi thông tin định tuyến tới máy chủ định vị khác qua phương thức tương tự giao thức BGP Trong thực tế, TRIP hoạt động mạng H.323 121 ii, Báo hiệu điều khiển kênh mang Báo hiệu điều khiển kênh mang thiết lập chuyển mạch mềm cổng đa phương tiện MG Chuyển mạch mềm đóng vai trị điều khiển cổng đa phương tiện MGC điều khiển tới MG gắn với Báo hiệu kênh mang gọi báo hiệu điều khiển cổng phương tiện Giao thức báo hiệu điều khiển cổng phương tiện điển hình sử dụng mạng chuyển mạch mềm báo hiệu MEGACO/H.248 MEGACO/H.248 giao thức điều khiển kiểu chủ/tớ Các chuyển mạch mềm/MGC đóng vai trị chủ cổng phương tiện đóng vai trị tớ Giao thức MEGACO/H.248 khơng gắn chặt với giao thức báo hiệu điều khiển gọi liên điều hành với H.323 SIP Hình 4.12: Minh họa context cổng phương tiện MG MEGACO/H.248 sử dụng mơ hình kết nối logic để điều khiển tài ngun MG gắn với chuyển mạch mềm Hai thành phần mơ hình kết cuối context Kết cuối (Termination) nguồn tải luồng đa phương tiện, biểu diễn cho luồng liệu vào MG Kết cuối có định danh MG gán phiên gồm có hai loại: Loại tạm thời loại vĩnh viễn Loại tạm thời loại tạo có nhu cầu tồn phiên Loại vĩnh viễn tạo MG khởi tạo thường cổng MG Context mơ hình mơ tả kết nối kết cuối Context sử dụng với mục đích chia sẻ phương tiện và/hoặc gắn thông tin điều khiển kết cuối Một context tạo kết cuối khởi tạo gọi gắn vào luồng liệu kết cuối đích loại bỏ, kết cuối ln phụ thuộc context phiên kết nối Hình 4.12 minh họa việc sử dụng kết cuối context mơ hình kết nối MEGACO/H.248 Một cổng đa phương tiện hình 4.12 gồm hai context hoạt động Context C1 sử dụng cho phiên gọi điện thoại IP điện thoại PSTN, Context C2 mô tả cho 122 phiên gọi phức tạp, ví dụ gọi hội nghị đầu cuối nằm mạng IP hai đầu cuối nằm mạng PSTN Bản tin truyền thơng MEGACO/H.248 có cấu trúc phân cấp, câu lệnh điều khiển nhóm theo kiện kiện nhóm vào giao dịch Các giao dịch đơn vị độc lập đơn vị chức lớn tin 4.4.3 Các ứng dụng chuyển mạch mềm Một vấn đề quan trọng kiến trúc chuyển mạch mềm khung làm việc kiến trúc logic ánh xạ vào số cấu trúc vật lý Thực tế, chuyển mạch mềm thường sử dụng cho mạng PSTN mạng di động mặt đất PLMN (Public Landline Mobile Network) Trong mục đưa số kịch ứng dụng giải pháp ứng dụng Chuyển mạch mềm phát triển giới Việt nam Hình 4.13 : Kiến trúc chuyển mạch mềm ứng dụng mạng PSTN Ví dụ hình 4.13 hai ví dụ kiến trúc chuyển mạch mềm ứng dụng mạng PSTN Hình 4.13a kiến trúc vật lý tập trung, chuyển mạch mềm ví dụ cung cấp chức liệu gọi điều khiển kênh mang chức ứng dụng nhận dạng chủ gọi hay hỗ trợ dịch vụ chờ gọi Cổng đa phương tiện MG cổng báo hiệu SG đóng vai trị hoạt động tới mạng PSTN Hình 4.13b mơ tả kiến trúc phân tán, chức chuyển mạch mềm nằm cổng đa phương tiện chung máy chủ đặc tính Cổng phương tiện chung có chức cổng phương tiện MG cổng báo hiệu SG chuyển mạch mềm cung cấp chức chuyển đổi phương tiện, chuyển đổi báo hiệu, điều khiển gọi chức định tuyến Định tuyến mức dịch vụ cung cấp máy chủ đặc tính Để giảm tải cho cổng phương tiện 123 chung, máy chủ phương tiện (Media Server) đưa vào để cung cấp nguồn tài nguyên như: Hệ thống thoại tương tác, hội nghị, thông báo nhận dạng thoại Trong mạng di dộng mặt đất công cộng PLMN, kiến trúc chuyển mạch mềm thường tách trung tâm chuyển mạch di động MSC (Mobile Switching Center) thành hai kiểu node: Máy chủ MSC (MSC-S) một vài cổng đa phương tiện di động (M-MGs) Như hình 4.14, MSC-S đóng vai trò chuyển mạch mềm chứa báo hiệu điều khiển gọi kênh mang MSC MSC-S tương tác với mạng PLMN PSTN qua cổng báo hiệu SG Cổng phương tiện di động M-MG đảm nhiệm chức chuyển mạch cho luồng liệu đến mạng PSTN PLMN Các ứng dụng thực tế mơ tả Hình 4.14: Kiến trúc chuyển mạch mềm ứng dụng mạng PLMN i, Ứng dụng làm cổng báo hiệu SG Ứng dụng nhằm vào nhà khai thác dịch vụ thoại cạnh tranh, doanh nghiệp tìm kiếm giải pháp giá thành thấp thay cho chuyển mạch kênh truyền thống để cung cấp giao diện tốc độ sở cho nhà cung cấp dịch vụ Internet (ISP) phục vụ đường truy nhập dial-up Sự bùng nổ truy cập Internet (qua đường dialup) khuynh hướng ISP muốn kết nối Modem Server họ với luồng trung kế tốc độ sở (PRI –Primary Rate) làm cho nhà cung cấp dịch vụ nhanh chóng cạn hết cổng PRI có Bên cạnh việc làm cạn kiệt kênh PRI, lưu lượng truy cập Internet qua đường dial-up làm tải tắc nghẽn cho mạng chuyển mạch kênh Bởi chuyển mạch kênh vốn thiết kế để phục vụ gọi có độ dài trung bình khoảng phút, nên khoảng thời gian trung bình tăng thêm truy cập Internet lớn nhiều nên có xu hướng làm suy kiệt tài nguyên tổng đài, tăng số lượng gọi không thành công Và để trì chất lượng thoại cho khách hàng sử dụng dịch vụ điện thoại 124 thực sự, nhà khai thác phải chọn hai phương án: mua thêm tổng đài, cung cấp cho ISP kênh PRI có lưu lượng tải thấp; hai phương án tương đương mặt đầu tư Phần bên trái hình 4.15 minh hoạ mơ hình mạng nhà khai thác tổng đài nội hạt, cho thấy kênh PRI phục vụ thông tin thông thường phục vụ ISP Và phần lớn thuê bao Internet nằm phía thiết bị nhà khai thác cấp cao nên phần lớn lưu lượng số liệu từ modem qua kênh kết nối thiết bị nhà khai thác cấp cao nhà khai thác cạnh tranh, khơng có phân biệt lưu lượng thoại lưu lượng số liệu Internet, điều dẫn đến tình trạng chuyển mạch nhà khai thác cạnh tranh trở thành “nút cổ chai” mạng Modem phương tiện thông dụng để kết nối Internet thời gian nữa, thực tế địi hỏi nhà khai thác tìm giải pháp kinh tế cung cấp kênh PRI cho ISP chuyển kênh PRI họ dùng cho khách hàng điện thoại truyền thống Hình 4.15: Ứng dụng làm cổng báo hiệu SS7 chuyển mạch mềm Ứng dụng chuyển mạch mềm làm SG giải pháp tình Như phần bên phải hình cho thấy, MGC MG đặt trung kế liên tổng đài nhà khai thác cấp cấp nhà khai thác cạnh tranh Chuyển mạch kênh kết nối với MG giao diện TDM chuẩn cịn liên lạc với MGC thơng qua báo hiệu số Các modem server ISP chuyển sang kết nối với MG, giải phóng luồng PRI cho chuyển mạch kênh TDM truyền thống Khi gọi Internet (dial-up) hướng tới ISP từ phía tổng đài cấp cao, qua trung kế tới MG định hướng tới ISP từ phía tổng đài cấp cao, qua trung kế tới MG định hướng trực tiếp tới modem server mà không qua chuyển mạch kênh trước Các gọi thoại diễn bình thường Bên cạnh việc cung cấp kênh PRI giá thành thấp, chịu gọi thời gian trung bình lâu so với trước đây, ứng dụng SS7 PRI Gateway cịn có khả cung cấp dịch vụ VoIP 125 ii, Ứng dụng cho tổng đài tandem Ứng dụng Tandem hướng vào nhà cung cấp dịch vụ thoại truyền thống với mong muốn giảm vốn đầu tư chi phí điều hành tổng đài q giang chuyển mạch kênh nay, ngồi cịn cung cấp dịch vụ số liệu Giải pháp chuyển mạch TDM bộc lộ dần nhược điểm trước nhu cầu ngày tăng khó dự đốn lưu lượng thơng tin thoại nội hạt (phát sinh truy nhập Internet) Phần bên trái hình 4.16 cho thấy mạng tổng đài TDM cấp thấp (lớp 5, tổng đài nội hạt, MSC mạng di động…) nối với nối tới tổng đài chuyển tiếp cấp cao (lớp 3, 4) mạng lưới trung kế điểm - điểm phức tạp Khi gọi diễn hai tổng đài cấp thấp, thông tin trung kế nối trực tiếp hai tổng đài, đường nối trực tiếp sử dụng hết, gọi định tuyến thơng qua tổng đài chuyển tiếp Một số gọi (ví dụ truy nhập dịch vụ thư thoại) lại định tuyến trực tiếp tới tổng đài chuyển tiếp để sử dụng tài nguyên tập trung Kiến trúc sử dụng nhiều năm nay, cải tiến nhiều nhằm phục vụ ứng dụng thoại, nhiên có số giới hạn sau:  Chi phí điều hành bảo dưỡng cao: Trong q trình cấu hình nâng cấp mạng lưới, kiến trúc mạng phương pháp kết nối ảnh hưởng tới tồn thành phần mạng khơng thể tránh khỏi  Các trung kế điểm - điểm hoạt động với hiệu suất khơng cao chúng thiết kế để hoạt động theo vùng địa lý  Nếu có nhiều tổng đài chuyển tiếp mạng, tổng đài lại nối với nhóm tổng đài nội hạt, gọi chuyển qua nhiều tổng đài chuyển tiếp để đến nơi lưu giữ tài nguyên mạng Hình 4.16: Ứng dụng làm tổng đài Tandem 126 Chuyển mạch mềm đưa giải pháp ứng dụng thay tổng đài q giang hình 4.16, phía bên phải cho thấy Chuyển mạch mềm với MG thay chức tổng đài chuyển tiếp chuyển mạch kênh trước đây, tổng đài nội hạt kết nối tới cổng đa phương tiện giao diện chuẩn TDM thông thường với Chuyển mạch mềm qua hệ thống báo hiệu số Mơ hình mạng lại số lợi ích so với mơ hình mạng chuyển mạch kênh:  Loại bỏ lưới trung kế hoạt động hiệu suất không cao, thay chúng đường dẫn tốc độ cao mạng IP/ATM phục cụ cho gọi cần chuyển tiếp, giảm tải cho tổng đài chuyển tiếp truyền thống loại bỏ chúng hồn tồn  Giảm chi phí vận hành giảm số tổng đài chuyển tiếp, số trung kế (so với mạng lưới trước đây), tránh thiết kế mạch TDM phức tạp  Giảm số lượng cổng chuyển mạch dùng cho trung kế tổng đài nội hạt với  Truy nhập tài nguyên tập trung cách hiệu  Hợp thông tin thoại số liệu vào mạng nhất, qua giảm vốn đầu tư chi phí so với mạng riêng biệt cho thoại số liệu iii, Ứng dụng cho mạng VoIP Chuyển mạch mềm thành tố mạng VoIP, mơ hình mạng ví dụ nhằm thể rõ vai trò chuyển mạch mềm kiến trúc mạng VoIP Hình 4.17: Mơ hình kiến trúc mạng VoIP 127 a Mạng cố định với trung tâm mạng VoIP Các thực thể hình 4.17 gồm MGC, máy chủ ứng dụng AS, cổng trung kế TG, cổng truy nhập AG, cổng báo hiệu SG máy chủ phương tiện MS Thiết bị chuyển mạch mềm MSC ví dụ gồm chức MGC-F, R-F A-F MGC kết cuối tất báo hiệu bao gồm trực tiếp truyền tải qua mạng IP thực liên kết báo hiệu MGC điều khiển cổng trung kế TG cổng truy nhập AG để định nguồn tài nguyên MGC thực chức nhận thực định tuyến gọi mạng VoIP cung cấp thông tin tính cước Cuối cùng, MGC tương tác với MGC khác thông qua giao thức báo hiệu H.323, SIP BICC Máy chủ ứng dụng chứa chức logic dịch vụ ứng dụng Các gọi yêu cầu chức xử lý qua MGC tới AS để điều khiển dịch vụ máy chủ ứng dụng cung cấp thông tin yêu cầu tới MGC để xử lý Máy chủ ứng dụng điều khiển trực tiếp máy chủ phương tiện MS thông qua MGC Cổng trung kế kết cuối luồng kênh thoại từ PSTN, chuyển đổi mã truyền qua mạng IP Cổng trung kế TG điều khiển MGC Máy chủ truy nhập đóng vai trị giao diện mạng IP mạng cố định di động AG truyền tải báo hiệu qua mạng IP tới MGC MG-F máy chủ truy nhập điều khiển MGC Cổng báo hiệu kết nối báo hiệu PSTN truyền tải báo hiệu PSTN tới MGC ngược lại Máy chủ phương tiện MS thực nhiệm vụ thông báo thu thập số, MS điều khiển cổng điều khiển đa phương tiện MGC, máy chủ ứng dụng hai b Chuyển mạch giang qua mạng VoIP Mơ hình ví dụ hình 4.18 ứng dụng chuyển mạch mềm đóng vai trị chuyển mạch giang qua mạng VoIP, nhằm thay hệ thống chuyển mạch kênh lớp 4/5 truyền thống Cổng báo hiệu SG cung cấp chức chuyển đổi báo hiệu từ hệ thống báo hiệu số mạng PSTN sang giao thức báo hiệu IP truyền tải tới MGC, giao thức chuyển đổi truyền tải báo hiệu sử dụng SG giao thức SIGTRAN Cổng trung kế TG, điều khiển MGC, cung cấp kết nối giang từ PSTN qua IP tới PSTN 128 Hình 4.18: Chuyển mạch mềm thay chuyển mạch lớp qua mạng IP c Thoại truyền thống qua IP Hình 4.19 mơ hình kết nối điện thoại truyền thống tới PSTN qua mạng IP Đầu cuối điện thoại truyền thống kết nối trực tiếp tới cổng truy nhập AS Cổng truy nhập AS thực chức báo hiệu cho đường dây thuê bao chuyển thông tin báo hiệu tới MGC sử dụng giao thức MGCP MEGACO/H.248 MGC điều khiển kết nối báo hiệu tới mạng PSTN thông qua cổng báo hiệu SG AS thực số hóa đóng gói thơng tin thoại chuyển qua miền IP gói tin RTP tới PSTN qua cổng trung kế Hình 4.19: Mơ hình kết nối điện thoại truyền thống qua mạng IP d Mạng truy nhập V5/ISDN qua IP Mạng truy nhập kết nối qua IP thông qua cổng truy nhập AS (Hình 4.20) AG thực báo hiệu V5 với mạng truy nhập, chuyển tới MGC sử dụng giao thức truyền tải báo hiệu SIGTRAN Cổng truy nhập AG đóng gói chuyển luồng thoại từ mạng truy nhập qua miền IP tới TG Cổng trung kế TG chuyển đổi gói thoại thành thơng tin số để truyền kênh miền PSTN 129 Hình 4.20: Mơ hình kết nối mạng truy nhập V5/ISDN qua IP e Mạng di động qua VoIP Ví dụ hình 4.21 mơ hình kết nối mạng GSM/3G tới PSTN PLMN qua mạng VoIP Cổng truy nhập AG kết cuối báo hiệu phần ứng dụng hệ thống trạm sở BSSAP (Base Station System Application Part) GSM, phần ứng dụng mạng truy nhập vô tuyến RANAP (Radio Access Network Application Part) 3G từ mạng truy nhập vô tuyến RAN (Radio Access Network) qua giao diện E1/T1/ATM AG truyền tải tin báo hiệu tới máy chủ MSC qua giao thức SIGTRAN MSC máy chủ trung tâm chuyển mạch cổng GMSC (Gateway Mobile Switching Centre) mang chức MGC, bao gồm báo hiệu với PSTN qua SG tới PLMN qua máy chủ MGSC Các luồng lưu lượng từ RAN kết cuối AG, chuyển đổi phương tiện truyền tới cổng trung kế gói tin RTP Hình 4.21: Mơ hình kết nối mạng GSM/3G qua mạng IP 4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG Chương trình bày vấn đề liên quan tới giải pháp công nghệ phương pháp chuyển mạch tiên tiến Các mơ hình hội tụ cơng nghệ mạng tảng 130 mạng hệ trình bày phần đầu chương nhằm giới thiệu xu hướng công nghệ mạng Các kỹ thuật định tuyến chuyển mạch giải pháp công nghệ mạng thời gồm kỹ thuật định tuyến mạng cố định hạ tầng công nghệ MPLS/GMPLS Các giao thức định tuyến mạng không dây đa bước đưa nhằm giúp Sinh viên nắm bắt rõ phương pháp định tuyến hạ tầng mạng không dây Giải pháp chuyển mạch mềm ứng dụng đưa phần cuối nhằm hướng vấn đề mang tính tổng quát tiếp cận máy chủ gọi mạng thực tiễn 131 Tài liệu tham khảo TS Hồng Minh, ThS Hồng Trọng Minh, Giáo trình “Cơ sở kỹ thuật chuyển mạch”, nhà xuất thông tin truyền thông, 2009 H.Jonathan Chao, “Broadband packet switching technologies”, John Wiley &sons inc, 2002 Kun I.Pack, “QoS in Packet Network”, The MITE coporation USA, Springer 2005, ISBN: 0-387-23389-X TS.Hoàng Minh, ThS.Nguyễn Kim Quang, “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo tổng đài hệ sau đa dịch vụ chuyển mạch mềm (Softswitch) ứng dụng vào Việt Nam”, Đề tài NCKH Bộ BCVT, KC.01.22, 2006 Deepankar Medhi, Karthikeyan Ramasamy, “Network Routing: Algorithms, Protocols, and Architectures”, Morgan Kaufmann, 2007 H.Jonathan Chao and BIN LIU, “High performance switched and routers”, JohnWiley & Sons, 2007 Bruce S Davie and Adrian Farrel, “MPLS: Next Steps”, Morgan Kaufmann, 2008 G R Dattatreya, “Performance Analysis of Queuing and Computer Networks”, Chapman & Hall/CRC, 2008 132 ... gọi phụ thuộc vào kiến trúc mạng chuyển mạch kênh 48 Chương KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH GÓI 3.1 CƠ SỞ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH GĨI Kỹ thuật chuyển mạch gói dựa ngun tắc chuyển thơng tin qua mạng dạng gói... tiêu chuẩn kỹ thuật công nghệ áp dụng lĩnh vực chuyển mạch 30 Chương KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH KÊNH 2.1 CƠ SỞ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH KÊNH Kỹ thuật chuyển mạch kênh dựa nguyên tắc thiết lập kênh nối dành... 30 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH KÊNH 31 2.1 CƠ SỞ KỸ THUẬT CHUYỂN MẠCH KÊNH 31 2.2 KIẾN TRÚC TRƯỜNG CHUYỂN MẠCH KÊNH 34 2.2.1 Trường chuyển mạch không gian số