TIỂU LUẬN báo HIỆU điều KHIỂN và kết nối đề tài “GIAO THỨC KHỞI tạo PHIÊN SIP TRONG IMS

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG I - - TIỂU LUẬN CUỐI KỲ BÁO HIỆU ĐIỀU KHIỂN VÀ KẾT NỐI Đề tài: “GIAO THỨC KHỞI TẠO PHIÊN SIP TRONG IMS” Giảng viên hướng dẫn: TS.Phạm Anh Thư Nhóm sinh viên thực Nguyễn Khắc Anh - B18DCVT017 Nguyễn Văn Lộc - B18DCVT275 Nguyễn Minh Tuấn - B18DCVT381 Nguyễn Ngọc Thi - B18DCVT411 Hà Nội - 2022 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC KHỞI TẠO PHIÊN SIP 1.1 Định nghĩa thành phần SIP 1.1.1 Định nghĩa 1.1.2 Các thành phần SIP 1.2 Các tính SIP 1.3 Bản tin SIP 10 1.3.1 Các loại tin Requests 10 1.3.2 Bản tin Responses 13 1.3.3 Cấu trúc tin SIP 14 1.4 Thiết lập hủy gọi SIP 15 CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ KIẾN TRÚC IMS 17 2.1 Định nghĩa mơ hình kiến trúc IMS 17 2.1.1 Định nghĩa 17 2.1.2 Mơ hình kiến trúc 17 2.2 Các thành phần chức 18 2.2.1 Chức điều khiển phiên gọi (CSCF) 19 2.2.2 HSS SLF 21 2.2.3 Máy chủ ứng dụng (AS) 21 2.2.4 Chức điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF) 22 2.2.5 Chức điều khiển cổng phương tiện (MGCF) 22 2.2.6 Chức quản lý tài nguyên phương tiện (MRF) 22 2.3 Các giao thức IMS 23 CHƯƠNG III HOẠT ĐỘNG CỦA SIP TRONG IMS 26 3.1 Thủ tục báo hiệu SIP IMS 26 3.1.1 Thủ tục đăng ký 26 3.1.2 Thủ tục thiết lập phiên 27 3.1.3 Thủ tục giải phóng phiên 29 3.2 Hoạt động SIP IMS Ipv6 30 BÀI TẬP 34 KẾT LUẬN 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Ví dụ quy trình đăng ký SIP Hình 2: Ví dụ End-to-End Hop-by-Hop 11 Hình 3: Cuộc gọi SIP qua Proxy Server 16 Hình 1: Mơ hình kiến trúc IMS 18 Hình 1: Luồng tin báo hiệu đăng ký 26 Hình 2: Thủ tục thiết lập phiên 28 Hình 3: Thủ tục giải phóng phiên 29 Hình 4: Kết nối IMS dựa IPv6 mạng IPv4 VoIP 30 Hình 5: Luồng tin SIP với Naptd-TrGW 32 DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Mô tả giao diện 25 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt AAA Tên đầy đủ Nghĩa tiếng Việt Authentication Authorization Accounting Xác thực, Ủy quyền Tính cước ACK AOR AS Acknowledgement Address of Record Application Server Sự báo nhận Bản ghi địa Máy chủ ứng dụng BGCF Breakout Function CAMEL Customized Applications for Ứng dụng tùy chỉnh cho mạng di động Mobile network Enhanced Logic Logic nâng cao COPS Common Open Policy Service Dịch vụ sách mở chung CSCF DNS Call Session Control Function Domain Name System Chức điều khiển phiên gọi Hệ thống tên miền Control Chức điều khiển cổng Gateway Global System for Mobile communications GSMCSF GSM Service Control Function Hệ thống thơng tin di động tồn cầu HLR HSS Home Location Register Home Subscriber Server Đăng ký vị trí thường trú Máy chủ thuê bao nhà HTTP IMS Hyper Text Transfer Protocol IP Multimedia Subsystem Giao thức truyền tải siêu văn Hệ thống đa phương tiện IP IP ISUP MGC MGCF Internet Protocol ISDN User Part Media Gateway Controller Media Gateway Control Function Giao thức Internet Phần người sử dụng cho mạng ISDN Bộ điều khiển cổng đa phương tiện MGW MRF Media Gateway Media Resource Function OSA OSP Open Service Access Chức quản lý tài nguyên phương tiện Truy nhập dịch vụ mở Opne Settlement Protocol Giao thức thỏa thuận mở PDF PSTN Policy Decision Function Chức định sách RSVP Resource Reservation Protocol GSM Public Switched Network Chức điều khiển dịch vụ GSM Chức điều khiển cổng phương tiện Cổng phương tiện Telephone Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng Giao thức dành trước tài nguyên mạng RTCP RTP RTSP SCS SDP Real-time Transport Control Protocol Real time Transfer Protocol Giao thức điều khiển truyền tải thời gian thực Real Time Streaming Protocol Giao thức tạo luồng thời gian thực Giao thức truyền tải thời gian thực Service capability Server SIP Session Description Protocol Session Initiation Protocol Giao thức mô tả phiên kết nối Giao thức khởi tạo phiên SLF SMTP Subscriber Location Function Simple Mail Transfer Protocol Chức định vị thuê bao Giao thức truyền tải thư tín đơn giản SS7 Signaling System # Giao thức báo hiệu số SSF Service Switching Function Chức chuyển mạch dich vụ TCP TLS Transmission Control Protocol Transport Layer Security Giao thức điều khiển truyền dẫn Bảo mật lớp truyền tải UA UDP UE URL VoIP User Agent User Datagram Protocol User Equipment Uniform Resource Locator Voice over Internet Protocol Đại lý người dùng Giao thức liệu người dùng Thiết bị người dùng Định vị tài nguyên đồng Truyền thoại theo giao thức internet LỜI NÓI ĐẦU Trong năm qua, với phát triển xã hội, nhu cầu trao đổi thông tin người ngày tăng đặt thách thức lớn Song song xu hướng hội tụ mạng Internet, mạng di dộng vấn đề quan tâm hàng đầu lĩnh vực thông tin liên lạc Vì số giao thức kiến trúc mạng cần nâng cấp phát triển mạng mẽ IP Multimedia Subsystem (IMS) kiến trúc mạng mang lại nhiều lợi ích cho người dùng lẫn nhà cung cấp dịch vụ, tạo thuận tiện cho việc phát triển phân phối dịch vụ đa phương tiện đến người dùng IMS tập trung nghiên cứu thu hút quan tâm lớn giới công nghiệp Giao thức khởi tạo phiên SIP giao thức sử dụng rộng rãi đáp ứng vai trò quan trọng SIP trở thành giao thức báo hiệu 3GPP trở thành thành phần cấu trúc IMS SIP có đặc điểm đơn giản, dễ dàng triển khai tương thích với giao thức IP có trước Để hiểu rõ SIP IMS cách thức hoạt động SIP IMS nội dung tiểu luận nhóm chia thành chương: Chương I: Tổng quan giao thức khởi tạo phiên SIP Chương II: Tổng quan kiến trúc IMS Chương III: Ứng dụng hoạt động SIP IMS Do kiến thức chun mơn cịn hạn chế, q trình làm tiểu luận khơng thể tránh khỏi thiếu sót, nhóm mong đóng góp ý kiến để nhóm hiểu rõ vấn đề tiểu luận hoàn thiện Xin chân thành cảm ơn cô CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ GIAO THỨC KHỞI TẠO PHIÊN SIP 1.1 Định nghĩa thành phần SIP 1.1.1 Định nghĩa SIP (Session Initiation Protocol) - giao thức khởi tạo phiên, giao thức phổ biến sử dụng công nghệ VoIP SIP giao thức lớp ứng dụng hoạt động giao thức lớp ứng dụng khác để điều khiển phiên truyền thông đa phương tiện qua Internet Một số đặc điểm SIP:  SIP giao thức báo hiệu sử dụng để tạo, sửa đổi, giải phóng phiên đa phương tiện thơng qua giao thức Internet Mỗi phiên gọi đơn giản hai điểm đầu cuối Điểm đầu cuối smartphone, laptop thiết bị gửi nhận nội dung đa phương tiện qua Internet  SIP thể kiến trúc client-server, sử dụng URL URI từ HTTP, mã hóa văn kiểu tiêu đề từ SMTP  SIP sử dụng giao thức mô tả phiên SDP để mô tả phiên giao thức truyền tải thời gian thực RTP để phân phối thoại video qua mạng IP  SIP sử dụng cho phiên hai bên (unicast) nhiều bên (multicast)  Các ứng dụng SIP khác bao gồm truyền tệp, nhắn tin tức thời, họp trực tuyến, trò chơi trực tuyến phân phối đa phương tiện hấp dẫn Về SIP giao thức lớp ứng dụng Nó giao thức báo hiệu mạng đơn giản cho tạo giải phóng phiên với nhiều người tham gia Giao thức SIP thiết kế để độc lập với giao thức truyền tải bản, ứng dụng SIP chạy TCP, UDP giao thức mạng lớp thấp 1.1.2 Các thành phần SIP Trong SIP, phần tử mạng xác định SIP URI (Mã định danh tài nguyên đồng nhất) giống địa Các thành phần SIP bao gồm: User Agent - Đầu cuối SIP (User Agent Client/User Agent Server); Proxy Server; Registrar Server; Redirect Server; Location Server  User Agent (UA) Là phần tử mạng quan trọng mạng SIP Là thiết bị đầu cuối, điện thoại máy tính chạy phần mềm đầu cuối SIP Các điện thoại (điện thoại SIP điện thoại VoIP) cho phép thực gọi việc sử dụng công nghệ VoIP giao thức truyền giọng nói qua Internter User Agent khởi tạo, thay đổi giải phóng phiên User Agent gồm loại: - User Agent Client (UAC): thực việc khởi tạo gọi - User Agent Server (UAS): thực việc nhận gọi SIP dựa kiến trúc client-server, điện thoại người gọi hoạt động client bắt đầu gọi điện thoại người gọi hoạt động server trả lời gọi  Proxy Server Là thực thể trung gian giúp User Agent định tuyến quản lý việc User Agent truy nhập vào tài nguyên mạng việc xác thực cấp phép Nếu Proxy Server không trực tiếp đáp ứng yêu cầu User Agent thực khâu chuyển đổi dịch sang khn dạng thích hợp trước chuyển Có hai loại Proxy server: - Stateless Proxy Server: Là proxy khơng trì trạng thái giao dịch client server trình xử lý yêu cầu Loại máy chủ không lưu trữ thông tin gọi giao dịch - Stateful Proxy Server: Là proxy trì trạng thái giao dịch client server trình xử lý u cầu Nó truyền lại u cầu khơng có phản hồi từ phía bên kịp thời  Registrar Server Là phần mềm nhận yêu cầu đăng ký từ User Agent để cập nhật thơng tin vị trí chúng, đảm nhiệm số chức an ninh xác nhận người sử dụng Registrar Server thường cài đặt với Proxy Redirect Server Registrar Server cung cấp dịch vụ định vị thuê bao Ví dụ sau cho thấy quy trình đăng ký SIP TMC Phone/Client Registrar REGISTER 200 OK Hình 1: Ví dụ quy trình đăng ký SIP  Redirect Server Là phần mềm nhận yêu cầu SIP chuyển đổi địa SIP sang địa khác gửi lại địa SIP cho đầu cuối Redirect Server trả nhiều địa tùy thuộc vào yêu cầu từ client (UA Proxy) Nó khơng khởi tạo yêu cầu nào, không hoạt động đầu cuối, không thực việc chấp nhận hay huỷ gọi Chỉ thực chức đáp trả client cung cấp địa để chuyển hướng gọi Redirect Server sử dụng sở liệu để lấy thơng tin vị trí phản hồi với 3xx (chuyển tiếp yêu cầu) tới người dùng  Location Server: phần mềm định vị thuê bao cung cấp thơng tin vị trí phía bị gọi (có thể lấy từ registrar server) cho phần mềm Proxy Server Redirect Server 1.2 Các tính SIP Đầu tiên, SIP kích thích phát triển mơ hình ứng dụng dịch vụ dựa Web, điều kiện thuân lợi nhà cung cấp dịch vụ việc sử dụng nguồn tài nguyên dồi cơng cụ có sẵn thuận lợi người dùng Web nơi quen thuộc dễ sử dụng Tích hợp với giao thức có: SIP dễ dàng hoạt động với nhiều giao thức: Resource Reservation Protocol (RSVP), Real-time Transport Protocol (RTP), Real Time Streaming Protocol (RTSP), Session Description Protocol (SDP), Hypertext Transfer Protocol (HTTP), Common Open Policy Service (COPS), Opne Settlement Protocol (OSP) dụng để định vị HSS phục vụ thuê bao Giao diện Dx nằm I-CSCF S-CSCF SLF Giao diện Sh sử dụng AS (Máy chủ ứng dụng) OSA / Cổng phân vùng để liên lạc với HSS Giao diện Sh hoạt động hai chế độ: Xử lý liệu đăng ký/ thơng báo Nó sử dụng để tải xuống liệu người dùng từ HSS lưu trữ liệu người dùng vào HSS Nó cho phép máy chủ máy khách yêu cầu gửi thông báo thay đổi liệu người dùng Tên giao diện Gm Mw Các thực thể IMS UE, P-CSCF Giao thức SIP Mg P-CSCF, I-CSCF, SIP S-CSCF S-CSCF, I-CSCF, SIP AS MGCF → I-CSCF SIP Mi S-CSCF → BGCF SIP Mj BGCF → MGCF SIP Mk BGCF → BGCF SIP Mr S-CSCF, MRFC SIP Cx I-CSCF, S-CSCF, Diameter HSS I-CSCF, S-CSCF, Diameter SLF ISC Dx Sh SIP AS, OSA, SCS, Diameter HSS Dh SIP AS, OSA, SCF, Diameter IM-SSF, HSS PDF, GGSN Diameter (Rel6+) Go 24 Mô tả Được sử dụng để trao đổi tin UE CSCF Được sử dụng để trao đổi tin hai CSCF Được sử dụng để trao đổi tin CSCF AS MGCF chuyển đổi tín hiệu ISUP sang tín hiệu SIP chuyển tiếp tín hiệu SIP tới I-CSCF Được sử dụng để trao đổi tin S-CSCF BGCF Được sử dụng để trao đổi tin BGCF MGCF IMS Được sử dụng để trao đổi tin BGCF mạng khác Được sử dụng để trao đổi tin S-CSCF MRFC Được sử dụng để giao tiếp ICSCF/S-CSCF HSS Được sử dụng I-CSCF/S-CSCF để tìm HSS xác môi trường nhiều HSS Dùng để trao đổi thông tin SIP AS/OSA SCS HSS Được AS sử dụng để tìm HSS xác mơi trường nhiều HSS Cho phép nhà khai thác kiểm soát QoS bình diện người dùng trao đổi thơng tin tương quan tính phí IMS mạng GPRS Gq P-CSCF, PDF Diameter Được sử dụng để trao đổi thông tin liên quan đến định sách PCSCF PDF Bảng 1: Mơ tả giao diện Ngồi cịn có số giao thức khác như:  COPS (Common Open Policy Service, RFC 2748): có chức truyền sách điểm định sách PDP PEP COPS có số đặc điểm gồm: - Giao thức sử dụng mơ hình client/server PEP gửi yêu cầu, cập nhật xóa tới PDP từ xa PDP trả lại định cho PEP - Sử dụng TCP làm giao thức truyền tải để trao đổi thông điệp đáng tin cậy sách client server Do đó, khơng có chế bổ sung cần thiết để giao tiếp client server - Giao thức mở rộng chỗ thiết kế để tận dụng đối tượng tự nhận dạng hỗ trợ thơng tin đa dạng khách hàng cụ thể mà không yêu cầu sửa đổi giao thức COPS Giao thức tạo để quản lý, cấu hình thực thi sách chung - COPS cung cấp bảo mật để xác thực, bảo vệ phát lại tính tồn vẹn tin COPS sử dụng lại giao thức có để bảo mật IPSEC TLS để xác thực bảo mật kênh PEP PDP - Giao thức có trạng thái hai khía cạnh chính: (1) Trạng thái yêu cầu/quyết định (Request/Decision) chia sẻ client server (2) Trạng thái từ kiện khác (Request/Decision pairs) liên kết với  MEGACO/H248 có chức điều khiển node mặt phương tiện, cung cấp giải pháp toàn diện cho việc điều khiển MG, hỗ trợ việc mã hoá text binary thêm vào việc mở rộng định nghĩa cho gói tin  RTP (Real-Time Transport Protocol) RTCP (Real-time Transport Control Protocol) dùng để truyền phương tiện thời gian thực hình ảnh âm 25 CHƯƠNG III HOẠT ĐỘNG CỦA SIP TRONG IMS Báo hiệu SIP đầu cuối đầu cuối người sử dụng IP di động cố định Các Internet IP cung cấp dịch vụ giá trị tăng cho người sử dụng di động SIP thiết kế giao thức IP thích hợp tốt với giao thức IP dịch vụ khác SIP đơn giản tương đối dễ thực 3.1 Thủ tục báo hiệu SIP IMS 3.1.1 Thủ tục đăng ký Khi người dùng kích hoạt tài khoản điều thiết lập hợp đồng dịch vụ IMS đăng ký người dùng cuối nhà cung cấp dịch vụ IMS để người dùng cuối ủy quyền đăng ký, thực gọi thực dịch vụ khác Mạng khách Mạng nhà UE P-CSCF 1.SIP: đăng ký I-CSCF S-CSCF HSS 3.Diameter:UAR, UAA 4.SIP: đăng ký 6.SIP: 401 7.SIP: đăng ký 5.Diameter:MAR, MAA 8.Diameter:UAR, UAA 9.SIP: đăng ký 10.Diameter:SAR, SAA Điều khiển dịch vụ qua AS 11.SIP: 200 OK Yều cầu/Trả lời Yêu cầu Trả lời Hình 1: Luồng tin báo hiệu đăng ký 26 Thủ tục đăng ký gồm bước sau: Đầu tiên, người dùng (UE) gửi yêu cầu SIP REGISTER đến P-CSCF Yêu cầu chứa nhận dạng cần đăng ký tên miền thường trú (hoặc địa I-CSCF) P-CSCF xử lý yêu cầu REGISTER định địa I-CSCF mạng nhà người dùng cách sử dụng tên miền mạng nhà người dùng chuyển tin REGISTER tới I-CSCF I-CSCF liên lạc với HSS để tìm S-CSCF, HSS trả lại địa khả thi S-CSCF I-CSCF lựa chọn S-CSCF chuyển tin REGISTER Trong lúc xác nhận đăng ký, S-CSCF yêu cầu vector xác thực từ HSS thông qua giao thức Diameter đáp ứng nhận thực đa phương tiện MAR MAA Sau S-CSCF gửi lại cho người dùng thông qua I-CSCF P-CSCF tin SIP 401 không nhận thực chứa chứa RAND (chuỗi số ngẫu nhiên), AUTN (network authentication token), IK (integrity key) CK (ciphering key) Sau tính tốn đáp ứng nhận thực, UE phản hồi cách gửi yêu cầu REGISTER khác đến S-CSCF thông qua P-CSCF I-CSCF S-CSCF xác nhận lại đáp ứng, chấp nhận đăng ký I-CSCF chuyển tin đăng ký đến S-CSCF 10 S-CSCF tải xuống thuộc tính thuê bao từ HSS, đồng thời thơng báo với HSS nhận thực thông qua giao thức Diameter tin SAR SAA 11 Cuối cùng, S-CSCF phản hồi lại cho người dùng tin 200 OK Khi người dùng đăng ký thành cơng, họ khởi tạo nhận phiên Trong thủ tục đăng ký, người dùng P-CSCF xem xét S-CSCF mạng phục vụ người dùng, họ đưa phản ánh để trì đăng ký 3.1.2 Thủ tục thiết lập phiên Dưới đặc tả luồng báo hiệu thủ tục thiết lập phiên thuê bao A B miền mạng khác nhau: 27 Mạng nhà User A Mạng nhà User B HSS Find S-CSCF S-CSCF 2.INVITE 5.INVITE 3.INVITE I-CSCF S-CSCF 11 183 10 183 12 183 6.INVITE 183 1.INVITE TB A P-CSCF TB B 7.INVITE 13 183 P-CSCF 183 Hình 2: Thủ tục thiết lập phiên User A gửi tin invite đến P-CSCF đến mạng nhà yêu cầu thiết lập phiên (yêu cầu kết nối đến thuê bao B) Trong tin invite phải có thơng tin th bao B + tên miền mạng P-CSCF gửi tin invite đến S-CSCF để kết nối mạng B, S-CSCF phải tìm I-CSCF miền mạng B chuyển tiếp tin invite sang ICSCF mạng nhà thuê bao B I-CSCF chưa biết địa S-CSCF B phải trung vấn đến HSS (bản tin LIR trả LIA, LIA sau trả chứa thông tin S-CSCF) I-CSCF biết địa S-CSCF thực chuyển tiếp tin invite đến S-CSCF mạng B, S-CSCF chuyển tiếp tin invite đến P-CSCF, P-CSCF chuyển tiếp tin invite đến thuê bao B B chờ nhấc máy có tin Ringing thơng báo ngược trở lại phía th bao A Sau B nhấc máy có tin 200 OK kết nối thành công Các tin trả ngược lại (Bản tin trả lời cho tin invite) tin 183-Session Progress (phát chuyển tiếp) thực thiết lập phiên P-CSCF chuyển tiếp tin 183-processing 183-processing đến P-CSCF 10 S-CSCF chuyển tiếp tin 183-processing đến I-CSCF 11 I-CSCF chuyển tiếp tin 183-processing đến S-CSCF mạng A 28 12 S-CSCF chuyển tiếp tin 183-processing đến P-CSCF 13 P-CSCF chuyển tiếp tin 183-processing đến User B Như vậy, bên chủ gọi gửi tin INVITE qua P-CSCF tới S-CSCF mà nhận trình đăng ký Bản tin sau gửi tới I-CSCF, điểm liên lạc mạng nhà bên bị gọi báo hiệu mạng cho gọi đến Sau tin định tuyến tới CSCF phục vụ Sau đó, thiết lập người dùng bị gọi thơng báo Khi người trả lời gọi, tin OK định tuyến qua CSCF sử dụng Bên chủ gọi xác nhận với bên bị gọi việc thiết lập gọi hoàn thành 3.1.3 Thủ tục giải phóng phiên Q trình kết thúc phiên thuê bao A và thuê bao B miền mạng khác diễn sau: BYE Mạng nhà User A Mạng nhà User B HSS S-CSCF BYE I-CSCF 200 OK BYE TB A BYE BYE S-CSCF 200 OK 200 OK BYE 200 OK BYE P-CSCF TB B 200 OK P-CSCF 200 OK Hình 3: Thủ tục giải phóng phiên Khi đầu cuối di động cúp máy, tin yêu cầu SIP BYE tạo từ Thuê bao A gửi tới P-CSCF P-CSCF gửi yêu cầu SIP BYE tới S-CSCF để chuyển tiếp thông báo cúp máy tới thuê bao B S-CSCF thực thủ tục điều khiển dịch vụ phù hợp để kết thúc phiên S - CSCF phải tìm I-CSCF miền mạng B chuyển tiếp tin 29 BYE sang I-CSCF mạng nhà thuê bao B (điều khiển dịch vụ phù hợp để kết thúc phiên) I-CSCF biết địa S-CSCF User B trước truy vấn qua HSS ICSCF chuyển tiếp tin BYE đến S-CSCF mạng B, S-CSCF chuyển đến PCSCF, P-CSCF chuyển đến thuê bao B User B nhận tin chuyển tiếp xác nhận kết thúc phiên (đặt máy) User thông báo lại cho P-CSCF tin 200-OK Các tin trả ngược lại (Bản tin trả lời cho tin BYE) tin 200 OK phát chuyển xác nhận kết thúc phiên chuyển ngược lại từ User B tới User A qua Open IMS Core ( P-CSCF,I-CSCF, HSS, S-CSCF) 3.2 Hoạt động SIP IMS Ipv6 Giao thức IPv6 dự án 3GPP thông qua để giải vấn đề lưu trữ địa cung cấp tính (ví dụ: tính di động) cho IMS Tuy nhiên, giai đoạn đầu triển khai IPv6, Voice-over-IP (VoIP) có mạng hỗ trợ IPv4 Trước đó, IMSApplication Level Gateway (IMS-ALG) Transition Gateway (TrGW) đề xuất để cung cấp dịch IPv4 – IPv6 IMS dựa IPv6 mạng VoIP dựa giao thức khởi tạo (SIP) dựa IPv4 Một ví dụ liên kết IMS dựa IPv6 mạng VoIP IPv4: UE Radio Access Network IMS-ALG CSCF IPv4 SIP server IPv4 network GPRS Network TrGW SIP UA Router IMS IPv4 SIP Network IPv4 IPv6 Hình 4: Kết nối IMS dựa IPv6 mạng IPv4 VoIP Trong hình 3.4, Thiết bị người dùng UE kết nối với mạng truy cập vô tuyến RAN dịch vụ gói vơ tuyến chung GPRS IMS nằm mạng GPRS mạng liệu gói (cụ thể mạng IP) Trong IMS, Chức điều khiển phiên gọi CSCF xem máy chủ SIP, chịu trách nhiệm kiểm soát gọi 30 Mạng IPv4 SIP chứa máy chủ SIP SIP UA Chức đăng ký SIP máy chủ SIP lưu trữ thông tin liên hệ SIP UA Chức proxy máy chủ SIP chuyển tiếp tin SIP tới SIP UA theo sách định tuyến thông tin lưu trữ sở liệu đăng ký Thơng qua SIP, hai UA trao đổi codec thông tin phiên để thiết lập phiên Giao thức truyền tải thời gian thực (RTP) Trong IMS dựa IPv6, UE sử dụng riêng IPv6 để truy cập dịch vụ IMS Nếu IMS dựa IPv6 kết nối với mạng IPv4, yêu cầu dịch IPv4 – IPv6 cho ứng dụng SIP IMS-ALG TrGW thực dịch IPv4 – IPv6 tương ứng cho gói SIP RTP Ví dụ: UE gửi tin IPv6 SIP (ví dụ: tin INVITE) đến SIP UA, tin qua RAN, mạng GPRS, CSCF, IMS-ALG, máy chủ IPv4 SIP SIP UA , IMS-ALG chịu trách nhiệm dịch tin IPv6 SIP thành IPv4 Sau phiên RTP thiết lập UE SIP UA, gói IPv6 RTP gửi từ UE đến SIP UA qua RAN, mạng GPRS, TrGW SIP UA TrGW chịu trách nhiệm dịch gói IPv6 RTP thành IPv4 Naptd-TrGW Portaone-TrGW hai giải pháp tiếng có mà người đọc lấy từ Internet Giải pháp Naptd phát triển dựa Dịch giao thức địa mạng (NAT-PT) Giải pháp Portaone triển khai dạng proxy RTP triển khai mã nguồn mở có Portaone-TrGW Giả định IMS-ALG lưu trữ địa IPv4 tên miền (sip.ipv4.nctu.edu.tw) IPv4 SIP server SIP UA đăng ký với máy chủ IPv4 SIP Do đó, SIP UA có Mã định danh tài nguyên đồng SIP (URI): ua@sip.ipv4.nctu.edu.tw Luồng tin mô tả sau Naptd-TrGW 31 Hình 5: Luồng tin SIP với Naptd-TrGW UE gửi tin IPv6 INVITE tới IMS-ALG Trong thông báo này, RequestURI sip: ua@sip.ipv4.nctu.edu.tw Thông tin RTP UE cung cấp trường c m giao thức mô tả phiên (SDP) Cụ thể, địa IPv6 (2001: f18: 113 :: 4) UE cung cấp trường c = IN IP6 2001: f18: 113 :: số cổng 9002 UE định trường m = audio 9002 RTP/AVP Khi IMS-ALG nhận thông báo IPv6 INVITE, truy xuất địa IPv6 UE từ trường tiêu đề Contact biết UE nằm mạng IPv6 IMS-ALG lấy tên miền (sip.ipv4.nctu.edu.tw) từ Request-URI lấy địa IPv4 máy chủ SIP Bằng cách so sánh phiên IP, IMS-ALG xác định thông báo INVITE nên dịch từ IPv6 sang IPv4 IMS-ALG sau truy xuất địa IPv6 số cổng UE từ trường c/m gửi thông tin đến TrGW TrGW định địa IPv4 (140.113.131.13) số cổng, ví dụ: 1052, tới UE tạo mục nhập (140.113.131.13:1052, [2001: f18: 113 :: 4]: 9002) bảng ánh xạ IPv4 – IPv6 Sau đó, TrGW trả địa IPv4 ánh xạ số cổng cho IMS-ALG IMS-ALG tạo thông báo IPv4 INVITE điền địa IPv4 số cổng (140.113.131.13:1052) vào trường c / m thông báo IPv4 INVITE RequetsURI thông báo IPv4 INVITE chép từ thông báo IPv6 INVITE 32 IMS-ALG sau gửi thơng báo IPv4 INVITE đến máy chủ IPv4 SIP theo địa IPv4 máy chủ IPv4 SIP thu bước Khi nhận thông báo IPv4 INVITE, máy chủ IPv4 SIP truy xuất địa IPv4 SIP UA (140.113.13.11) từ sở liệu đăng ký sửa đổi RequestURI sip: ua@140.113.131.11 Sau đó, máy chủ IPv4 SIP chuyển tiếp tin IPv4 INVITE tới SIP UA Khi người dùng gọi nhấc máy, SIP UA gửi tin nhắn IPv4 200 OK tới IMS-ALG Thông báo định địa IPv4 số cổng SIP UA (140.113.131.11:9000) trường c / m Khi IMS-ALG nhận thông báo IPv4 200 OK, nối tiền tố NAT-PT 2000: ffff ::/96 với địa IPv4 140.113.131.11 trường c để tạo địa IPv6 2000: ffff :: 140.113.131.11 Sau đó, IMS-ALG tạo thơng báo IPv6 200 OK điền địa IPv6 vào trường c thông báo IPv6 200 OK Sau đó, thơng báo gửi đến UE Khi nhận thông báo IPv6 200 OK, UE gửi thông báo IPv6 ACK đến SIP UA biết UE nhận thông báo IPv6 200 OK Việc sửa đổi Request-URI thông báo ACK tương tự thông báo INVITE Phiên RTP thiết lập UE SIP UA thông qua TrGW 33 BÀI TẬP  Yêu cầu Trình bày chức giao thức SIP Minh họa thủ tục thiết lập gọi máy điện thoại analog kết nối vào AGW điện thoại SIP Tính tốn băng thông cho báo hiệu SIP cần để trao đổi với MGC với giả thiết gọi AGW theo kịch Biết: - Gateway có dung lượng thuê bao 2000 thuê bao; - Lưu lượng thuê bao 0.1 Erl; - Thời gian trung bình gọi 250 giây; - Mỗi tin SIP trung bình dài 300 bytes;  Trả lời  Các chức giao thức SIP  Tích hợp với giao thức có: SIP dễ dàng hoạt động với nhiều giao thức: RSVP, RTP, RTSP, SDP, HTTP, COPS, OSP  SIP đơn giản khả mở rộng: có tính phân bố cao giao thức báo hiệu đồng cấp, khác với giao thức báo hiệu số (SS7) có tính xử lý tập trung cao Các phần tử SIP phân tán đến tận biên mạng tới điểm đầu cuối Có thể sử dụng phiên kết nối phức tạp hội nghị, khắc phục nhiều nhược điểm nhiều giao thức trước đơn giản, gọn nhẹ, dựa khn dạng văn khơng có chức thừa  SIP giao thức độc lập ứng dụng, có tính mềm dẻo khả áp dụng cho nhiều môi trường khác nhau, cung cấp dịch vụ cách đa dạng  Dễ dàng tạo tính dịch vụ mới: sử dụng số công cụ Ngôn ngữ xử lý gọi (Call Processing Language) Giao diện cổng kết nối chung (Common Gateway Interface) để thực Hỗ trợ dịch vụ thoại chờ gọi, chuyển tiếp hay khóa gọi,  SIP hỗ trợ chức điều khiển phiên: Định vị người dung (User Location); Người dùng khả dụng (User Availability); Năng lực người dùng (User Capability); Thiết lập phiên (Session setup); Quản lí phiên (Session management) 34  Thủ tục thiết lập gọi máy điện thoại analog kết nối vào AGW điện thoại SIP Các bước thực sau: Khi muốn kết nối với điện thoại SIP, điện thoại Analog nhấc máy (điện thoại Analog thuộc AGW) Sự kiện nhấc máy AGW báo cáo tới MGC lệnh Notify MGC gửi lệnh Modify tới AGW, gồm đặc tả: signal descriptor sử dụng để gửi âm mời quay số tới Analog phone, digitmap descriptor chứa mơ hình mẫu số quay theo kế hoạch đánh số, event descriptor liệt kê gói DTMF, gói tin hồn thành quay số gói tin giám sát trạng thái onhook đầu cuối 35 RGW1 tiến hành xử lý descriptor theo thứ tự signal, digitmap, event descriptor Đầu tiên âm mời quay số gửi tới termination A thuộc AGW, sau digitmap cập nhật vào sở liệu AGW, digitmap kích hoạt AGW thu kiện hoàn thành quay số Termination A sau nhận âm mời quay số tiến hành quay số điện thoại SIP AGW gửi tới MGC lệnh Notify thu thập đầy đủ số MGC gửi tới SIP proxy lệnh Invite để yêu cầu thiết lập gọi SIP proxy tìm kiếm địa điện thoại SIP gửi tin Invite đến cho điện thoại SIP Điện thoại SIP Sau đó, tin 180 Ringing (âm báo chuông) điện thoại SIP tạo gửi tới cho MGC qua SIP proxy Khi nhận chuông, MGC phản hồi tới AGW lệnh Motify 10 Âm báo hồi âm chuông gửi từ AGW đến điện thoại Analog 11 Phản hồi 200 OK tạo từ điện thoại SIP qua SIP proxy đến MGC 12 MGC gửi cho AGW lệnh Add để tạo context thêm termination A vào 13 AGW trả lời lệnh reply 14 MGC gửi xác nhận ACK tới điện thoại SIP 15 Lúc hai đầu cuối điện thoại Analog điện thoại Sip trao đổi lưu lượng giao thức RTP/RCTP  Tính tốn băng thơng cho báo hiệu SIP cần để trao đổi với MGC - Số bit tiêu đề = tiêu đề UDP + tiêu đề IP + tiêu đề Ethernet = + 20 + 26 = 54 byte = 432 bit - Tổng lưu lượng AGW = Tổng số thuê bao × lưu lượng thuê bao = 2000 × 0.1 = 200 Erl - Số gọi trung bình AGW 1s là: 200/250 = 8.0 (cuộc gọi) - Băng thông cho báo hiệu SIP cần để trao đổi với MGC = Số gọi trung bình 1s × Số tin cần thiết để hồn thành gọi × (Số bit tin + Số bit tiêu đề) = 0.8 × × (300 × 8+432)= 9062.4 (bps) = 9.0624 (kbps) 36 KẾT LUẬN Thông qua báo cáo tiểu luận, nhóm tìm hiểu thành phần, vai trò tầm quan trọng giao thức SIP, đặc biệt hoạt động ứng dụng SIP IMS Nắm rõ kiến trúc phân hệ IMS, vai trò phần tử kiến trúc IMS Tìm hiểu giao thức sử dụng mạng, phân tích bước hoạt động phân hệ IMS việc thiết lập điều khiển phiên dịch vụ IMS hoạt động SIP IMS thay đổi IPv6 so với IPv4 Khảo sát mạng viễn thông Việt Nam năm gần việc triển khai IMS VNPT 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO TS GVC Hoàng Trọng Minh, Bài Giảng Báo Hiệu Và Điều Khiển Kết Nối – 4/2013 Session Initiation Protocol Tutorial, website:https://www.tutorialspoint.com/session_initiation_protocol/session_initi ation_protocol_messaging.htm OpenIMS and Interoperability with Asterisk/Sip Express VOIP Enterprise Solutions by Fei Yao Li Zhang; Agder University College, Faculty of Engineering and Science (May 2007) IPv4/IPv6 Inter-working in IMS by using Session Border Controller by Cao Xinzhou , National Key Laboratory of Switching and Networking, Beijing University of Posts and Telecommunications 38 ... phần mạng báo hiệu phân phối lớp dịch vụ lớp điều khiển Hình 1: Mơ hình kiến trúc IMS Một điểm ưu việt hệ thống IMS mục tiêu kết nối chế kết nối điều khiển nhờ hai giao thức báo hiệu SIP Diameter... giao thức IMS IMS ưu việt nhờ giao thức báo hiệu SIP Diameter, IMS số giao thức khác Phần lớn giao thức báo hiệu điều khiển IMS mang tính kế thừa đơn giản tích hợp hệ thống 3GPP lựa chọn giao thức. .. giao thức IP có trước Để hiểu rõ SIP IMS cách thức hoạt động SIP IMS nội dung tiểu luận nhóm chia thành chương: Chương I: Tổng quan giao thức khởi tạo phiên SIP Chương II: Tổng quan kiến trúc IMS