3.1.4.1 Truyền tải các giao thức báo hiệu chuyển mạch kênh
SIGTRAN cho phép truyền tải các bản tin giao thức chuyển mạch kênh gốc qua một mạng chuyển mạch gói.
SIGTRAN sẽ:
1) Truyền tải một loạt các kiểu giao thức chuyển mạch kênh, chẳng hạn nh các ứng dụng và phần ngời sử dụng của SS7 (bao gồm MTP mức 3, ISUP, SCCP, TCAP, MAP, INAP, ).…
2) Cung cấp một phơng tiện để xác định các giao thức chuyển mạch kênh riêng biệt đợc truyền.
3) Cung cấp một giao thức gốc chung định nghĩa khuôn dạng header, các thủ tục để truyền tải báo hiệu, và hỗ trợ mở rộng nếu cần để thêm vào các giao thức chuyển mạch kênh khi có yêu cầu.
4) Khi kết hợp với giao thức mạng bên dới (IP), cung cấp các chức năng tơng ứng đợc định nghĩa bởi các lớp thấp hơn phù hợp của chuyển mạch kênh. Tuỳ thuộc vào giao thức đợc truyền, các chức năng tơng ứng đó có thể bao gồm:
-Điều khiển luồng.
-Phân phối tuần tự các bản tin trong một luồng điều khiển.
-Xác định về mặt logic các thực thể mà gửi đi hay kết cuối các bản tin báo hiệu.
-Xác định về mặt logic các giao diện vật lý đợc điều khiển bởi các bản tin báo hiệu.
-Xác định lỗi.
-Khôi phục sau lỗi của thiết bị trên tuyến truyền dẫn. -Truyền lại và các phơng thức sửa lỗi khác.
-Xác định sự không khả dụng của các thực thể ngang hàng.
5) Hỗ trợ khả năng để kết hợp một số phiên chuyển mạch kênh lớp cao hơn trong một phiên truyền tải báo hiệu bên dới. Điều này cho phép, ví dụ nh thực hiện một số phiên DSS1 kênh D trong một phiên truyền tải báo hiệu. Nhìn chung, thờng yêu cầu phân phát tuần tự các bản tin trong một luồng điều khiển, nhng lại không cần thiết đối với các bản tin thuộc các luồng điều khiển khác nhau. Nếu có thể thì giao thức phải tận dụng u điểm này để tránh nghẽn phân phối bản tin trong một luồng điều khiển gây ra bởi các lỗi liên tiếp trong các luồng điều khiển khác. Giao thức cũng cho phép SG gửi các luồng điều khiển khác nhau tới các cổng đích khác nhau nếu muốn.
6) Có khả năng truyền tải các bản tin báo hiệu có độ dài lớn hơn giới hạn phân mảnh và tạo gói của các lớp thấp hơn chuyển mạch kênh. Ví dụ, SIGTRAN phải không đợc bị hạn chế bởi độ dài hạn chế xác định bởi giao thức SS7 lớp thấp hơn (272 bytes trong trờng hợp SS7 băng hẹp) nhng phải có khả năng mang các bản tin dài hơn mà không cần phân đoạn.
7) Cho phép một số các phơng án đảm bảo an ninh tin cậy và hợp lý để bảo vệ thông tin báo hiệu đợc truyền trên mạng. Ví dụ, SIGTRAN phải hoạt động qua một số phiên có proxy và có khả năng đợc truyền qua các tờng lửa.
8) Cho phép tránh tắc nghẽn trên Internet bằng cách hỗ trợ điều khiển thích hợp tại quá trình tạo lu lợng báo hiệu và phản ứng đối với việc nghẽn mạng.
3.1.4.2 Hiệu năng của các giao thức báo hiệu chuyển mạch kênh (các giao thức trên cơ sở gói)
Các yêu cầu MTP SS7
Các yêu cầu hiệu năng dới đây đợc xác định cho việc truyền các bản tin quản lý mạng MTP mức 3. Những yêu cầu đa ra ở đây chỉ đợc áp dụng nếu tất cả các bản tin MTP mức 3 đợc truyền qua mạng IP.
- Độ trễ gói: các thủ tục ngang hàng MTP mức 3 yêu cầu đợc đáp ứng trong khoảng 500ms đến 1200ms, bao gồm cả thời gian toàn trình và thời gian xử lý tại các điểm đầu cuối.
Các yêu cầu SS7 MTP mức 3
Các yêu cầu về hiệu năng dới đây đợc xác định cho truyền tải các bản tin phần ngời sử dụng MTP mức 3:
- Mất gói: không quá 1 trên 107 bản tin
- Lỗi thứ tự: không quá 1 trên 107 bản tin bị phân phát không đúng thứ tự (gồm cả các bản tin bị lặp).
- Bản tin lỗi: không quá 1 trên 107 bản tin có lỗi mà không bị phát hiện bởi giao thức truyền tải.
- Độ khả dụng: độ khả dụng của một tập các tuyến báo hiệu là 99,9998% hay cao hơn, có nghĩa là thời gian không khả dụng là 10 phút/1năm hay ít hơn. Một tập các tuyến báo hiệu là một tập đầy đủ của các tuyến đợc phép từ một điểm báo hiệu đến một điểm xác định.
- Độ dài bản tin (tải tin đợc chấp nhận bởi phần ngời sử dụng SS7): 272 bytes cho SS7 băng hẹp và 4091 bytes cho SS7 băng rộng.
3.1.4.3 Các yêu cầu ngời sử dụng SS7
- Trễ bản tin ISUP – yêu cầu về thời gian giao thức: yêu cầu một tone đợc tạo ra tại phía gửi phải quay trở lại từ phía nhận trong vòng 2 giây khi gửi đi một bản tin IAM chỉ thị kiểm tra tính liên tục. Điều này có nghĩa là truyền tải bản tin báo hiệu một chiều, bao gồm các chức năng node kèm theo phải đợc hoàn thành trong 2 giây.
- Trễ bản tin ISUP – yêu cầu đầu cuối đến đầu cuối: yêu cầu về trễ thiết lập cuộc gọi đầu cuối đến đầu cuối là các bản tin đáp ứng phải đợc nhận trong vòng 20 -30 giây gửi bản tin IAM.
- Các yêu cầu về trễ đối với TCAP: cha đợc xác định.
3.1.5 Các yêu cầu về bảo mật trong SIGTRAN
Nếu các bản tin báo hiệu đợc truyền trong các mạng nội bộ, các tiêu chuẩn về bảo mật có thể đợc áp dụng nh là tuỳ theo yêu cầu của ngời điều hành. Tuy nhiên đối với các bản tin báo hiệu đợc truyền trên mạng Internet công cộng thì các tiêu chuẩn về bảo mật lại là bắt buộc. Hiện nay có một số cơ chế bảo mật đợc sử dụng trong mạng IP. Để truyền thông tin báo hiệu qua mạng Internet, SIGTRAN khuyến nghị sử dụng IPSec (IP Security – RFC 2401). IPSec cung cấp các dịch vụ bảo mật sau:
- Nhận thực: để đảm bảo thông tin đợc truyền đi/nhận đợc từ một đối tác tin tởng và xác định.
- Tính nguyên vẹn: để đảm bảo thông tin báo hiệu không bị sửa đổi trong quá trình truyền.
- Tính bảo mật: để đảm bảo thông tin đợc truyền thì đợc mã hoá để tránh sự sử dụng không hợp pháp hay vi phạm luật bản quyền.
- Độ khả dụng: để đảm bảo các điểm đầu cuối thông tin vẫn duy trì đợc dịch vụ cho ngời sử dụng hợp pháp.
3.2 Giao thức truyền dẫn điều khiển luồng SCTP
3.2.1 Khái niệm SCTP
SCTP – Giao thức truyền dẫn điều khiển luồng: là một giao thức truyền tải báo hiệu mới đợc IETF định nghĩa trong RFC 2960. SCTP đợc thiết kế để truyền tải các bản tin báo hiệu PSTN qua mạng IP, nhng nó có khả năng phục vụ nhiều ứng dụng hơn.
SCTP là một giao thức truyền tải tin cậy hoạt động bên trên một mạng gói không kết nối, chẳng hạn nh IP. Nó cung cấp các dịch vụ sau cho ngời sử dụng:
- Truyền dẫn không lặp không có lỗi và có xác nhận dữ liệu ngời dùng. - Phân mảnh dữ liệu để phù hợp với kích thớc của các MTU.
- Phân phát có thứ tự các bản tin ngời sử dụng trong nhiều luồng, với sự lựa chọn cho phân phát đến có thứ tự các bản tin ngời sử dụng riêng biệt.
- Lựa chọn ghép nhiều bản tin ngời sử dụng vào một gói tin SCTP đơn.
- Khả năng chấp nhận lỗi mức mạng thông qua việc hỗ trợ multi-homing tại cả hai phía của liên kết.
3.2.2 Động lực thúc đẩy để phát triển SCTP
3.2.2.1 Nhợc điểm của các giao thức UDP và TCP
Gần đây, việc trao đổi thông tin báo hiệu trong mạng IP thờng đợc thực hiện bởi việc sử dụng TCP hay UDP. Cả hai giao thức này đều không đáp ứng đợc đầy đủ các yêu cầu đối với giao thức truyền tải báo hiệu trong mạng viễn thông.
UDP là giao thức truyền tải trên cơ sở bản tin và hỗ trợ các dịch vụ không kết nối. Điều này khiến nó phù hợp để truyền các bản tin báo hiệu nhạy trễ. Tuy nhiên, UDP chỉ cung cấp một dịch vụ truyền gói tin datagram không tin cậy. Các phơng thức điều khiển lỗi, ví dụ nh truyền thứ tự bản tin, phát hiện lặp bản tin và truyền lại bản tin bị mất, thì phải đợc thực hiện bởi ứng dụng.
Ngợc lại, giao thức TCP cho phép điều khiển lỗi và điều khiển luồng nhng lại có những nhợc điểm sau:
- TCP là giao thức truyền tải theo kiểu luồng byte. Điều này có nghĩa là việc phân định giới hạn bản tin phải đợc thực hiện bởi ứng dụng và điểm kết thúc của bản tin cần phải đợc báo cho TCP bằng cách sử dụng cơ chế đẩy để truyền bắt buộc các octet phụ thuộc.
- Rất nhiều ứng dụng chỉ yêu cầu truyền có thứ tự một phần các bản tin báo hiệu, ví dụ nh các bản tin thuộc về cùng một cuộc gọi hay cùng một phiên.
Tuy nhiên TCP phân phát dữ liệu theo một thứ tự chặt chẽ. Điều này có thể dẫn đến hiện tợng nghẽn đầu dòng một cách không cần thiết và do đó làm tăng độ trễ của bản tin.
- Một kết nối TCP đợc xác định trực tiếp bằng một đôi địa chỉ truyền dẫn (địa chỉ IP và địa chỉ cổng). Điều này ngăn cản việc thực hiện hỗ trợ multi-homed host.
- Một sự triển khai TCP tiêu biểu không cho phép điều khiển xác định ứng dụng các thông số giao thức. Tuy nhiên, một số ứng dụng báo hiệu xác định lại yêu cầu phải có điều này để tơng thích với giao thức.
3.2.2.2 Sự phát triển của SCTP
Chính những hạn chế nh đã mô tả ở trên của UDP và TCP là động thực thúc đẩy trực tiếp cho sự phát triển của SCTP. SCTP đã đợc IETF thông qua nh là một chuẩn khuyến nghị và đợc miêu tả trong RFC 2960.
SCTP tồn tại ở lớp ngang bằng với TCP và UDP, cung cấp các chức năng lớp truyền tải cho rất nhiều ứng dụng IP. Dịch vụ cơ bản cung cấp bởi SCTP là truyền dẫn tin cậy bản tin ngời dùng giữa những ngời sử dụng SCTP.
SCTP là một giao thức hớng kết nối. Nó thiết lập một kết nối giữa hai điểm đầu cuối SCTP. Kết nối này đợc gọi là liên kết SCTP (SCTP association). Tuy nhiên, khái niệm liên kết SCTP rộng hơn khái niệm kết nối TCP. Mỗi một điểm đầu cuối SCTP cung cấp một địa chỉ cổng SCTP và một danh sách điạ chỉ IP cho đầu cuối kia của liên kết. Do đó, mỗi liên kết đợc xác định bằng hai địa chỉ cổng SCTP và hai danh sách địa chỉ IP.
Trong một liên kết, điều khiển tắc nghẽn đợc thực hiện theo cách tơng tự nh cơ chế điều khiển tắc nghẽn của TCP. Việc truyền tải dữ liệu ngời sử dụng không lặp và không lỗi có xác nhận đợc hỗ trợ bằng các thông báo đều đặn và việc truyền dẫn lại có lựa chọn.
• Là giao thức hớng kết nối (liên kết SCTP).
• Sử dụng dịch vụ mạng gói không tin cậy (IP).
• Cho phép truyền dẫn không lặp không lỗi có xác nhận dữ liệu ngời sử dụng tơng tự nh có chế điều khiển luông và điều khiển lỗi trong TCP.
• Không bảo đảm trễ:
- Dữ liệu có thể đợc xếp hàng đợi trong bộ đệm truyền dẫn (đặc biệt là trong trờng hợp nghẽn mạng)
- Các gói tin IP bị mất đợc truyền lại.
Hỗ trợ datagram
• SCTP là giao thức truyền datagram
• Thực hiện phân mảnh và tạo gói đối với các datagram lớn.
• Có thể kết hợp nhiều gói tin datagram nhỏ vào trong một gói IP (bunding)
3.2.3 Mô hình chức năng của SCTP
Các dịch vụ truyền tải SCTP có thể đợc chia thành một số các chức năng nh đợc mô tả trong hình sau:
A ss o ci a tio n S ta rt u p a n d te a rd o w n Sequenced dilivery within streams User data fragmentation
Acknowledgement and Congestion Avoidance Chunk Bundling Packet Validation Path Management SCTP User Adaptaion Hình 3.6Các chức năng của SCTP
3.2.3.1 Thiết lập và huỷ bỏ một liên kết
Một liên kết đợc khởi tạo bằng một yêu cầu từ ngời sử dụng SCTP. Cơ chế Cookie đợc sử dụng trong quá trình khởi tạo để bảo vệ liên kết khỏi các nguy cơ về bảo mật. Cơ chế Cookie sử dụng một thủ tục bắt tay bốn bớc, hai bớc cuối cho phép mang dữ liệu ngời sử dụng để thiết lập nhanh.
SCTP cho phép đóng (shutdown) một liên kết đang kích hoạt một cách an toàn theo yêu cầu của ngời sử dụng. SCTP cũng cho phép huỷ bỏ (abort) một liên kết theo yêu cầu của ngời sử dụng hay là kết quả của điều kiện lỗi xác định đợc trong lớp SCTP.
SCTP không hỗ trợ trạng thái half-open nh TCP. ở trạng thái này một phía của kết nối có thể tiếp tục gửi dữ liệu trong khi phía kia đã đợc đóng. ở liên kết SCTP, khi một đầu cuối thực hiện shutdown, liên kết của đầu cuối đó sẽ không tiếp nhận dữ liệu mới từ ngời sử dụng của nó nữa và chỉ phân phát dữ liệu trong hàng đợi tại thời điểm đóng kết nối.
3.2.3.2 Phân phát tuần tự trong luồng
Khái niệm "luồng" (stream) đợc sử dụng trong SCTP cho một chuỗi các bản tin ngời sử dụng mà có thể đợc phân phát tới giao thức lớp cao hơn theo thứ tự phù hợp với các bản tin khác trong luồng. Điều này trái ngợc với sử dụng khái niệm này trong TCP, khi mà nó đợc dùng để chỉ một chuỗi các byte.
Ngời sử dụng SCTP có thể xác định tại thời gian thiết lập liên kết số các luồng có thể đợc hỗ trợ bởi liên kết. Số lợng này đợc thoả thuận với đầu cuối xa. Bản tin ngời sử dụng đợc kết hợp với số luồng. SCTP tự nó gán một số thứ tự luồng cho mỗi bản tin đ- ợc truyền tới nó từ ngời sử dụng SCTP. ở phía nhận, SCTP đảm bảo rằng các bản tin đ- ợc phân phát tới ngời sử dụng SCTP theo thứ tự trong luồng định trớc. Tuy nhiên, trong khi một luồng có thể bị nghẽn và chờ bản tin ngời sử dụng theo thứ tự tiếp theo thì việc phân phát bản tin ở các luồng khác vẫn đợc tiếp tục.
SCTP cung cấp một cơ chế cho chuyển tiếp dịch vụ phân phát tuần tự. Bản tin ng- ời sử dụng đợc gửi bằng cơ chế này đợc phân phát tới ngời sử dụng SCTP ngay sau khi chúng đợc nhận.
3.2.3.3 Phân mảnh dữ liệu ngời sử dụng
Khi cần thiết, SCTP phân mảnh các bản tin ngời sử dụng để đảm bảo rằng các gói tin SCTP đợc truyền đến lớp thấp hơn phù hợp với đờng MTU. ở phía thu, các mảnh đ- ợc kết hợp lại thành bản tin hoàn chỉnh trớc khi đợc chuyển đến ngời sử dụng SCTP.
3.2.3.4 Công nhận và tránh tắc nghẽn
SCTP gán một Số thứ tự truyền dẫn (TSN) cho mỗi mảnh dữ liệu ngời sử dụng hay bản tin không bị phân mảnh. TSN độc lập với số thứ tự luồng đợc gán cho luồng. Phía thu công nhận tất cả các TSN đợc nhận, ngay cả khi có các khoảng trống trong luồng. Theo cách này, việc phân phát tin cậy đợc giữ về mặt chức năng tách biệt khỏi việc phân phát luồng có tuần tự.
Chức năng công nhận và tránh tắc nghẽn chịu trách nhiệm truyền lại gói tin khi không nhận đợc sự công nhận đúng lúc. Việc truyền lại gói tin đợc điều chỉnh bằng các thủ tục tránh tắc nghẽn tơng tự nh trong TCP.
3.2.3.5 Chunk bunding
Gói tin SCTP khi đợc phát tới lớp thấp hơn bao gồm một tiêu đề chung theo sau bởi một hay nhiều chunk. Mỗi chunk có thể chứa dữ liệu ngời sử dụng hay thông tin điều khiển SCTP. Ngời sử dụng SCTP có thể lựa chọn để yêu cầu kết hợp một hay nhiều gói tin vào một gói tin SCTP. Chức năng này đợc gọi là bundling và chịu trách nhiệm tập hợp thành gói tin SCTP hoàn chỉnh và phân tách tại phía thu.
Trong thời gian tắc nghẽn, SCTP có thể vẫn thực hiện chức năng bundling ngay