Hoạt động của TCAP là sự trao đổi thụng tin giữa cỏc thực thể trong lớp TCAP này hoặc là phục vụ sự trao đổi thụng tin của lớp trờn nhằm cung cấp cỏc dịch vụ thụng minh.
Quỏ trỡnh trao đổi thụng tin được khởi đầu khi một quỏ trỡnh ứng dụng gửi đến TCAP một hàm nguyờn thủy (primitive) và nú kết thỳc do một quỏ trỡnh ứng dụng gửi đến TCAP một hàm nguyờn thủy khỏc. Trong một quỏ trỡnh trao đổi cú thể cú nhiều hơn một hoạt động xảy ra. Trong mỗi hoạt động cú thể cú một hoặc nhiều thành phần. Cỏc thành phần đú là: yờu cầu, bỏo cỏo kết quả, bỏo lỗi và hủy bỏ.
Một số quỏ trỡnh trao đổi cú thể cú một hoặc nhiều bản tin phục vụ cho nú. Bản tin ở đõy là đơn vị chuyển giao của lớp dưới. Cỏc bản tin trong cựng một quỏ trỡnh trao đổi cú cựng tham số ID trao đổi (Transaction ID). Tham số này để phõn biệt với cỏc bản tin của quỏ trỡnh trao đổi khỏc đang đồng thời hoạt động.
Cú 2 phương thức trao đổi thụng tin: phương thức 1 chiều và phương thức 2 chiều. Việc lựa chọn phương thức trao đổi thụng tin nào là do quỏ trỡnh ứng dụng lựa chọn khi nú khởi đầu một quỏ trỡnh trao đổi.
Chương 3.
TRUYỀN TẢI BÁO HIỆU SỐ 7 QUA MẠNG IP – SIGTRAN 3.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Cụng nghiệp truyền thụng đang trải qua một giai đoạn bựng nổ theo hướng hội tụ của cỏc dịch vụ. Dữ liệu đó trở nờn cú ý nghĩa hơn trong toàn bộ lưu lượng truyền tải trờn mạng so với lưu lượng thoại. Cỏc nhà khai thỏc đang tỡm cỏch kết hợp giữa lưu lượng thoại và lưu lượng dữ liệu, giữa cỏc mạng lừi và cỏc dịch vụ. Trong số cỏc giải phỏp cụng nghệ được lựa chọn, cụng nghệ IP hiện đang được quan tõm với tư cỏch là giải phỏp hứa hẹn cho hỗ trợ đa phương tiện để xõy dựng cỏc dịch vụ tớch hợp mới. Hiện nay đang diễn ra sự tớch hợp giữa mạng chuyển mạch kờnh truyền thống với mạng IP mới. Cỏc nhà khai thỏc đang thay thế cỏc mạng điện thoại cố định và di động theo kiến trỳc toàn IP và cú cả hỗ trợ giao thức bỏo hiệu số 7. Cụng nhệ IP cho phộp cỏc nhà khai thỏc mạng cú thể mở rộng mạng và xõy dựng cỏc dịch vụ mới một cỏch cú hiệu quả. Thành phần cỏc dịch vụ bổ sung thụng dụng như SMS, … gúp phần vào sự phỏt triển nhanh chúng của cỏc mạng bỏo hiệu.
Hỡnh 3.1 Truyền tải bỏo hiệu đơn giản qua mụi trường IP
Mạng IP cú cỏc ưu điểm nổi bật so với mạng trờn cơ sở TDM như sau:
Dễ triển khai: Với việc sử dụng gateway bỏo hiệu sẽ khụng cần gỡ bỏ mạng SS7 hiện cú và cỏc tớnh năng nõng cao trong tương lai là “trong suốt”.
Giỏ thành thiết bị thấp hơn: Khụng cần đầu tư nhiều đối với cỏc phần tử bỏo hiệu hiện cú.
Hiệu quả tốt hơn: Sử dụng SIGTRAN qua IP khụng yờu cầu cỏc luồng vật lý E1/T1 qua mạng truyền tải SDH. Sử dụng cụng nghệ truyền tải IP qua SDH, IP qua cỏp quang, … cú thể đạt thụng lượng cao hơn nhiều.
Băng thụng cao hơn: Thụng tin SIGTRAN qua IP khụng buộc phải cú liờn kết như trong SS7 và mạng IP linh động hơn rất nhiều so với mạng TDM.
Cỏc dịch vụ nõng cao: Triển khai mạng lừi IP tạo điều kiện dễ dàng cho sự phỏt triển hàng loạt cỏc giải phỏp mới và cỏc dịch vụ giỏ trị gia tăng phong phỳ. Cỏc nhà khai thỏc mạng đang muốn chuyển dần mạng viễn thụng tiến đến kiến trỳc mạng IP. Trong khi chưa thể chuyển ngay lờn kiến trỳc mạng toàn IP thỡ cả mạng IP và cỏc mạng chuyển mạch kờnh truyền thống đều song song tồn tại và cần phải được kết hợp lại vào cơ sở hạ tầng mạng thống nhất. Chắc chắn rằng mạch chuyển mạch kờnh sẽ cũn tồn tại trong nhiều năm nữa cựng với cỏc dịch vụ IP. Kiến trỳc kết hợp cú thể là giải phỏp tốt nhất cho hầu hết cỏc nhà khai thỏc vỡ nú đảm bảo mức độ rủi ro thấp trong quỏ trỡnh phỏt triển mạng hiện tại trong khi vẫn cho phộp đỏp ứng được cỏc dịch vụ mới. Đõy là mục đớch của nhiều nhúm nghiờn cứu chuẩn húa mà SIGTRAN của IETF là một trong số đú. SIGTRAN đưa ra mụ hỡnh kiến trỳc cho phộp mạng phỏt triển tiến đến mạng toàn IP. Mụ hỡnh kiến trỳc này gồm hai thành phần mới: SCTP và một số cỏc giao thức tầng thớch ứng người sử dụng (như M2UA, M2PA, M3UA, SUA) – cho phộp đỏp ứng cỏc phương thức yờu cầu để hội tụ hai mạng này.
3.2. GIỚI THIỆU VỀ SIGTRAN
Sigtran là một nhúm cụng tỏc thuộc tổ chức chuẩn húa quốc tế cho lĩnh vực Internet – IETF. Mục đớch chớnh của nhúm là đưa ra giải phỏp truyền tải bỏo hiệu dạng gúi trờn mạng PSTN qua mạng IP, đảm bảo được cỏc yờu cầu về chức năng và hiệu năng của bỏo hiệu PSTN. Nhằm phối hợp được với PSTN, cỏc mạng IP cần truyền tải cỏc bản tin bỏo hiệu như bỏo hiệu đường ISDN (Q.931) hay SS7 (như ISUP, SCCP, …) giữa cỏc nỳt IP như gateway bỏo hiệu (SG), bộ điều khiển cổng phương tiện (MGC) và cổng phương tiện (MG) hoặc cơ sở dữ liệu IP. Nhúm cụng tỏc Sigtran xỏc định mục tiờu là:
Cỏc yờu cầu về chức năng và hiệu năng: Nhúm đưa ra một số cỏc luận điểm (trong cỏc RFC) xỏc định cỏc yờu cầu tớnh năng và hiệu năng để hỗ trợ bỏo hiệu qua cỏc mạng IP. Cỏc bản tin bỏo hiệu (nhất là SS7) cú yờu cầu về độ trễ và mất gúi rất cao phải được đảm bảo như trong mạng điện thoại hiện tại.
Cỏc vấn đề về truyền tải: Nhúm cụng tỏc đó đưa ra RFC định nghĩa cỏc giao thức truyền tải bỏo hiệu được sử dụng và định nghĩa mới cỏc giao thức truyền tải trờn cơ sở cỏc yờu cầu xỏc định ở trờn.
Hỡnh 3.3. Mụ hỡnh chồng giao thức SIGTRAN
SIGTRAN là một tập cỏc tiờu chuẩn mới do IETF đưa ra nhằm cung cấp một mụ hỡnh kiến trỳc để truyền tải bỏo hiệu số 7 qua mạng IP. Kiến trỳc giao thức SIGTRAN được định nghĩa gồm ba thành phần chớnh (Hỡnh 3.3):
Chuẩn IP.
Giao thức truyền tải bỏo hiệu chung SCTP: Giao thức hỗ trợ một tập chung cỏc tớnh năng truyền tải tin cậy cho việc truyền tải bỏo hiệu. Đặc biệt, SCTP là một giao thức truyền tải mới do IETF đưa ra.
Cỏc phõn lớp thớch ứng: Hỗ trợ cỏc hàm nguyờn thủy xỏc định được yờu cầu bởi một giao thức ứng dụng bỏo hiệu riờng. Một vài giao thức phõn lớp thớch ứng mới được định nghĩa bởi IETF như: M2UA, M2PA, M3UA, SUA.
3.3. ĐỘNG LỰC PHÁT TRIỂN GIAO THỨC TRUYỀN TẢI MỚI
Như chỳng ta đó biết, giao thức truyền tải dữ liệu tin cậy chớnh đi kốm giao thức IP thường là TCP. Tuy nhiờn, do TCP ra đời đó khỏ lõu và được thiết kế theo kiểu giao thức hướng gúi nờn TCP cũng gặp một số hạn chế khi sử dụng cho những ứng dụng mới. Với số lượng ứng dụng mới đang tăng lờn ngày càng nhiều hiện nay đó cho thấy TCP cú quỏ nhiều hạn chế. Cỏc vấn đề giới hạn của TCP thể hiện gồm:
Cơ chế tin cậy: TCP cung cấp cả hai kiểu chuyển giao dữ liệu là cơ chế hỏi đỏp và cơ chế tuần tự. Một vài ứng dụng yờu cầu chuyển giao thụng tin tin cậy mà khụng cần duy trỡ thứ tự gúi tin, trong khi một số khỏc lại yờu cầu đỏp ứng cả về thứ tự của gúi dữ liệu. Đối với TCP, cả hai trường hợp này đều gặp phải hiện tượng “nghẽn đầu dũng” gõy nờn cỏc trễ khụng cần thiết.
Vấn đề thời gian thực: Cơ chế hỏi đỏp trong TCP yờu cầu cú một độ trễ để xỏc nhận gúi tin, điều này làm cho TCP khụng đỏp ứng được cỏc ứng dụng thời gian thực.
Cỏc vấn đề bảo mật: TCP rất dễ bị tấn cụng do cơ chế bảo mật trong TCP
khụng cao.
Những giới hạn đề cập trờn đõy của TCP là rất đỏng phải quan tõm khi muốn truyền bỏo hiệu số 7 qua mạng IP và do đú, đõy là một động lực trực tiếp cho sự ra đời của giao thức SCTP – một giao thức truyền tải mới của SIGTRAN. SCTP khụng chỉ giải quyết được vấn đề truyền tải bỏo hiệu trong SIGTRAN mà cũn cú khả năng đỏp ứng cho nhiều ứng dụng khỏc.
3.4. GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN LUỒNG TRUYỀN TẢI – SCTP
SCTP là một giao thức truyền tải qua IP mới, tồn tại đồng mức với TCP và UDP. SCTP hiện cung cấp cỏc chức năng tầng truyền tải cho nhiều ứng dụng trờn cơ sở Internet. SCTP được IETF đưa ra và đặc tả trong RFC 2960.
3.4.1. Tổng quan về kiến trỳc của SCTP
Về kiến trỳc, SCTP nằm giữa tầng tương thớch người dựng SCTP và tầng mạng chuyển gúi phi kết nối như IP, … Dịch vụ cơ bản của SCTP là chuyển giao tin cậy cỏc bản tin của người dựng giữa cỏc người dựng SCTP đồng mức. SCTP là giao thức hướng
kết nối vỡ vậy, SCTP thiết lập kết nối giữa hai điểm đầu cuối (gọi là liờn hệ trong phiờn SCTP) trước khi truyền dữ liệu người dựng của nú.
3.4.2. Tổng quan về chức năng của SCTP
Dịch vụ truyền tải SCTP cú thể được phõn thành một số chức năng. Cỏc chức năng này được mụ tả như sau (Hỡnh 3.5):
Thiết lập và hủy bỏ liờn kết: Một liờn hệ được tạo ra bởi một yờu cầu từ người dựng SCTP. Cơ chế cookie được dựng trong quỏ trỡnh khởi tạo để cung cấp sự hỗ trợ bảo vệ chống lại sự tấn cụng.
Phõn phối tuần tự theo cỏc luồng: Người dựng SCTP cú thể xỏc định số lượng cỏc luồng được hỗ trợ trong liờn hệ tại thời điểm thiết lập liờn hệ đú.
Phõn mảnh dữ liệu người dựng: SCTP hỗ trợ phõn mảnh và tỏi hợp cỏc bản tin dữ liệu người dựng để đảm bảo cho cỏc gúi tin SCTP truyền xuống cỏc tầng thấp hơn phự hợp với MTU.
Phỏt hiện và trỏnh tắc nghẽn: SCTP gỏn cho mỗi bản tin dữ liệu người dựng (được phõn mảnh hoặc khụng) một số tuần tự truyền dẫn (TSN). Đầu cuối thu sẽ xỏc nhận toàn bộ cỏc TSN và ngắt đoạn (nếu cú) thu được.
Chunk bundling: Gúi tin SCTP được phõn phối đến tầng thấp hơn bao gồm hai thành phần là tiờu đề chung và theo sau là một hoặc nhiều chunk. Hỡnh vẽ sau đõy mụ tả kiến trỳc chung của một gúi SCTP:
Hỡnh 3.4. Cấu trỳc gúi SCTP
Hợp thức húa gúi tin: Trường Tag là bắt buộc và 32 bit của trường CheckSum nằm trong tiờu đề của SCTP.
Quản lý tuyến: Chức năng quản lý tuyến SCTP chọn địa chỉ truyền tải đớch cho mỗi gúi tin SCTP đầu ra trờn cơ sở chỉ dẫn của người dựng SCTP và trạng thỏi hiện thời của cỏc địa chỉ đớch hiện tại.
Hỡnh 3.5. Cỏc chức năng SCTP
3.4.3. Khuụn dạng tiờu đề chung của SCTP
Hỡnh vẽ sau đõy mụ tả khuụn dạng chung của tiờu đề gúi tin SCTP:
Hỡnh 3.6. Khuụn dạng tiờu đề SCTP
Trường số thứ tự cổng nguồn/đớch: 16 bớt. Chỉ thị số thứ tự cổng của SCTP gửi/nhận.
Trường Tag: 32 bớt. Phớa thu sử dụng trường này để xỏc nhận với phớa gửi về gúi tin SCTP này.
Trường CheckSum: 32 bit. Chứa tổng kiểm tra của gúi tin SCTP. SCTP sử
3.5. M2PA
M2PA định nghĩa giao thức hỗ trợ truyền tải cỏc bản tin MTP3 của SS7 qua IP sử dụng cỏc dịch vụ của SCTP. M2PA cho phộp quản lý cỏc bản tin MTP3 và khả năng quản lý mạng giữa hai nỳt SS7 bất kỳ truyền thụng với nhau thụng qua mạng IP. M2PA hỗ trợ:
Hoạt động của cỏc thực thể giao thức MTP3 đồng mức qua kết nối mạng IP. Ranh giới giao tiếp MTP2/MTP3, quản lý cỏc liờn hệ truyền tải SCTP và lưu
lượng liờn kết MTP2.
Thụng bỏo khụng đồng bộ để quản lý sự thay đổi trạng thỏi.
Đặc tả MTP yờu cầu mỗi nỳt cú tầng MTP3 phải cú một mó điểm SS7. Vỡ vậy, mỗi điểm bỏo hiệu IP cũng cần phải cú mó điểm SS7 của nú.
Hỡnh 3.7. Vai trũ và vị trớ của M2PA
Hỡnh 3.7 mụ tả một điểm bỏo hiệu SS7 kết nối thụng qua một SG, được trang bị hỗ trợ cho cả mạng SS7 và IP, kết nối đến một điểm bỏo hiệu IP. Hỡnh 3.8 là một vớ dụ khỏc, trong đú MTP3 được thớch ứng với lớp SCTP nhờ sử dụng M2PA trong kiến trỳc toàn IP.
Ở đõy, cỏc điểm bỏo hiệu IP MTP3 sử dụng lớp M2PA bờn dưới nú thay cho MTP2. Giao tiếp giữa hai lớp – MTP3 hoặc M2PA được định nghĩa bởi cựng cỏc hàm nguyờn thuỷ như trong giao tiếp MTP3/MTP2. M2PA thực hiện cỏc chức năng tương tự như MTP2.
3.6. M2UA
M2UA định nghĩa một giao thức để truyền tải cỏc bản tin bỏo hiệu của ứng dụng MTP2 SS7 (vớ dụ MTP3) qua IP sử dụng SCTP. Chỉ cú ứng dụng của MTP2 là MTP3. M2UA cung cấp sự hỗ trợ cho:
Ranh giới giao tiếp giữa MTP2/MTP3.
Truyền thụng giữa cỏc modul quản lý tầng. Hỗ trợ cho quản lý cỏc association tớch cực.
Hỡnh 3.9. Vai trũ và vị trớ của M2UA
SG mong muốn nhận được bỏo hiệu SS7 qua một thiết bị kết cuối mạng SS7 chuẩn, sử dụng MTP SS7 để cung cấp truyền tải cỏc bản tin bỏo hiệu SS7 đến và từ một điểm dầu cuối bỏo hiệu SS7. Sau đú, SG cung cấp sự phối hợp hoạt động giữa cỏc chức năng truyền tải với IP SIGTRAN nhằm truyền tải cỏc bản tin bỏo hiệu MTP3 đến điểm bỏo hiệu IP của MTP3 sử dụng MTP2 của SG với tư cỏch là tầng thấp hơn của nú để sử
dụng cỏc hàm nguyờn thủy tương ứng được định nghĩa giữa cỏc tầng. Truyền thụng MTP3/MTP2 được định nghĩa là cỏc bản tin M2UA và gửi qua kết nối IP.
3.7. SO SÁNH M2PA VÀ M2UA
Hỡnh 3.7 và 3.9 minh họa một kiến trỳc để mụ tả sự khỏc nhau giữa hai giao thức.
Bảng 2.1. So sỏnh M2PA và M2UA
Đặc điểm so sỏnh M2PA M2UA Bản tin dữ liệu MTP3 Truyền tải bản tin MTP3
Giao tiếp với MTP3 Đưa ra giao diện phớa trờn với MTP3
Cỏc hàm nguyờn thủy
Điểm bỏo hiệu IP xử lý cỏc hàm nguyờn thủy MTP3 đến MTP2
Điểm bỏo hiệu IP truyền tải cỏc hàm nguyờn thủy MTP3 đến MTP2 đến SG của MTP2 để xử lý (thụng qua chức năng phối hợp hoạt động)
Kiểu liờn kết
Kết nối điểm bỏo hiệu IP với SG là liờn kết bỏo hiệu SS7
Kết nối điểm bỏo hiệu IP và SG khụng phải là kết nối bỏo hiệu số 7. Nú là mở rộng của MTP2 đến một node từ xa. Mó điểm SG là một node SS7 và cú mó điểm SG khụng phải là một node SS7 và khụng cú mó điểm
Cỏc tầng cao hơn SG cú cỏc tầng SS7 cao hơn
như SCCP,…
SG khụng cú tầng SS7 cao hơn vỡ nú khụng cú MTP3
Quản lý Cỏc thủ tục quản lý dựa vào
MTP3
Sử dụng cỏc thủ tục quản lý của M2UA
3.8. M3UA
M3UA định nghĩa giao thức hỗ trợ truyền tải bỏo hiệu người dựng MTP3 (vớ dụ như cỏc bản tin ISUP/SCCP,…) qua IP sử dụng cỏc dịch vụ của SCTP. Giao thức này thường được dựng giữa một SG và một MGC hoặc cơ sở dữ liệu thường trỳ IP. M3UA thớch hợp với việc chuyển giao cỏc bản tin của bất kỳ phần người dựng MTP3 nào. Danh sỏch cỏc giao thức này là khụng giới hạn và bao gồm ISUP, SCCP và TUP. Chỳ ý rằng cỏc bản tin của giao thức TCAP và RANAP được M3UA truyền tải trong suốt dưới dạng tải SCCP bởi vỡ đú là cỏc giao thức người dựng của SCCP.
Tầng M3UA cung cấp một tập cỏc hàm nguyờn thủy tương đương tại tầng trờn của nú đến cỏc người dựng MTP3 giống như MTP3 cung cấp cho cỏc người dựng của nú tại
cỏc đầu cuối bỏo hiệu số 7. Theo cỏch này, tầng ISUP và/hoặc SCCP khụng biết được rằng cỏc dịch vụ MTP3 yờu cầu được cung cấp từ xa bởi tầng MTP3 ở SG hay là bởi chớnh tầng MTP3 dưới nú. Tầng MTP3 tại một SG cũng cú thể khụng biết được rằng