2.5.1. Các dịch vụ của SCCP
Phiên dịch, đánh địa chỉ của SCCP. Dịch vụ phi kết nối.
Dịch vụ hướng kết nối.
2.5.2. Cấu trúc chức năng của SCCP
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2. Tổng quan về hệ thống CCS7
Điều khiển hướng kết nối SCCP (SCOC): cung cấp các thủ tục cho thiết lập, chuyển giao và giải phóng 1 đấu nối báo hiệu tạm thời. Nó cũng điều khiển công việc truyền số liệu trên các đấu nối này.
Điều khiển phi kết nối SCCP (SCLC): cung cấp các thủ tục chuyển giao số liệu phi kết nối giữa các người dùng; phân phối và tiếp nhận các bản tin quản trị. Định tuyến SCCP (SCR): là chức năng dựa vào MTP để tạo tuyến vật lý từ
điểm báo hiệu này đến điểm báo hiệu khác.
Quản trị SCCP (SCM): cung cấp các thủ tục đảm bảo duy trì sự hoạt động của mạng bằng phương pháp định tuyến dự phòng hoặc điều chỉnh lại lưu lượng nếu xảy ra sự cố, tắc nghẽn,…
Hình 2.6. Cấu trúc chức năng của SCCP
2.5.3. Các thủ tục báo hiệu
a. Các thủ tục hướng kết nối – Giao thức mức 2 và 3
Các thủ tục hướng kết nối bao gồm các pha: thiết lập kết nối, truyền số liệu và giải phóng đấu nối (Hình 2.7).
Thiết lập kết nối: bao gồm các chức năng yêu cầu thiết lập kết nối báo hiệu tạm thời giữa 2 người sử dụng SCCP. Thủ tục này được người sử dụng SCCP khởi tạo bằng cách đưa ra yêu cầu kết nối (N – CONNECT REQUEST). Trước tiên, SCCP gốc phát đi bản tin CR yêu cầu kết nối. Bản tin này chứa một con số thứ
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2. Tổng quan về hệ thống CCS7
tự (do SCCP gốc chọn), mức giao thức và địa chỉ của SCCP nhận. Bản tin CR có thể chứa những thông tin địa chỉ của SCCP phát và dữ liệu của người sử dụng.
Khi nhận được bản tin CR, SCCP nhận trả lời bằng một bản tin xác nhận CC. Bản tin này mang con số thứ tự đã được chọn bởi SCCP phát, một con số thứ tự khác và mức giao thức được chọn bởi SCCP nhận. Khi SCCP phát nhận được bản tin CC, đường kết nối báo hiệu được thiết lập.
Truyền số liệu: số liệu được chuyển đi trong các bản tin số liệu DT1 hoặc DT2. Giải phóng kết nối: đường kết nối báo hiệu được giải phóng bằng các bản tin
giải phóng RLSD và giải phóng hoàn toàn RLC. b. Các thủ tục phi kết nối – Giao thức mức 0 và 1
Hình 2.7. Thủ tục hướng kết nối SCCP
Các thủ tục phi kết nối cho phép người sử dụng SCCP yêu cầu truyền dẫn số liệu mà không cần thiết lập đường đấu nối.
Yêu cầu N – UNIT DATA được người sử dụng SCCP đưa ra để yêu cầu thực hiện chức năng truyền số liệu. Yêu cầu này cũng được SCCP thu sử dụng để phân phát các bản tin số liệu tới những người sử dụng cuối cùng. Số liệu được truyền đi trong các bản tin UDT.
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2. Tổng quan về hệ thống CCS7
2.6. PHẦN ỨNG DỤNG KHẢ NĂNG GIAO DỊCH – TCAP
CCITT đã định nghĩa khái niệm khả năng giao dịch, viết tắt là TC để cung cấp một số lượng lớn các dịch vụ khác nhau mà trong đó các ứng dụng không bị ràng buộc lẫn nhau. TCAP là thủ tục ứng dụng của hệ thống báo hiệu số 7. TCAP cung cấp khả năng chuyển giao thông tin không liên quan đến kênh trung kế và các dịch vụ của lớp ứng dụng.
Các dịch vụ của TCAP dựa trên nền dịch vụ không đấu nối. Hiện nay lớp phiên, lớp trình bày, lớp vận chuyển chưa cung cấp một dịch vụ nào.TCAP giao tiếp trực tiếp với SCCP để tạo khả năng sử dụng dịch vụ không đấu nối của SCCP để chuyển thông tin giữa các TCAP (Hình 2.8).
Hình 2.8. Vị trí của TCAP trong hệ thống báo hiệu số 7
2.6.1. Cấu trúc của TCAP
TCAP được chia thành 2 phân lớp: Phân lớp giao dịch và phân lớp thành phần (Hình 2.9).
Phân lớp thành phần có nhiệm vụ nhận các thành phần từ các người sử dụng TC và phân chia các thành phần này đến các người sử dụng TC phía đối phương.
Phân lớp giao dịch có nhiệm vụ quản trị sự trao đổi các bản tin gồm các thành phần giữa các thực thể của 2 TCAP. Sự trao đổi này của các phần tử để thực hiện một ứng dụng được gọi là hội thoại.
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2. Tổng quan về hệ thống CCS7
Hình 2.9. Cấu trúc của TCAP a. Phân lớp thành phần (Component Sublayer – CSL)
Phân lớp thành phần cung cấp cho TC – user khả năng gửi các yêu cầu thực hiện cho phía đối phương và nhận trả lời. Phân lớp thành phần lại được chia thành 2 chức năng nhỏ là: Chức năng xử lý hội thoại (DHA) và chức năng xử lý thành phần (CHA). Hai chức năng này liên lạc với TC – user bằng cách gửi và nhận các bản tin, được gọi là các thành phần và hội thoại nguyên thủy.
Hình 2.10. Các phân lớp của TCAP
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2. Tổng quan về hệ thống CCS7
Phân lớp giao dịch cung cấp khả năng gửi các bản tin giữa các TCAP. Các bản tin này có thể chứa các thành phần từ phân lớp thành phần. Phân lớp này sử dụng các dịch vụ phi kết nối được cung cấp bởi NSP. TSL xử lý một phần của bản tin TCAP được gọi là phần giao dịch (TP). Khi phát hiện ra lỗi trong thành phần, bản tin sẽ bị loại bỏ và nếu gặp quá nhiều lỗi thì quá trình giao dịch sẽ bị loại bỏ.
2.6.2. Các hoạt động của TCAP
Hoạt động của TCAP là sự trao đổi thông tin giữa các thực thể trong lớp TCAP này hoặc là phục vụ sự trao đổi thông tin của lớp trên nhằm cung cấp các dịch vụ thông minh.
Quá trình trao đổi thông tin được khởi đầu khi một quá trình ứng dụng gửi đến TCAP một hàm nguyên thủy (primitive) và nó kết thúc do một quá trình ứng dụng gửi đến TCAP một hàm nguyên thủy khác. Trong một quá trình trao đổi có thể có nhiều hơn một hoạt động xảy ra. Trong mỗi hoạt động có thể có một hoặc nhiều thành phần. Các thành phần đó là: yêu cầu, báo cáo kết quả, báo lỗi và hủy bỏ.
Một số quá trình trao đổi có thể có một hoặc nhiều bản tin phục vụ cho nó. Bản tin ở đây là đơn vị chuyển giao của lớp dưới. Các bản tin trong cùng một quá trình trao đổi có cùng tham số ID trao đổi (Transaction ID). Tham số này để phân biệt với các bản tin của quá trình trao đổi khác đang đồng thời hoạt động.
Có 2 phương thức trao đổi thông tin: phương thức 1 chiều và phương thức 2 chiều. Việc lựa chọn phương thức trao đổi thông tin nào là do quá trình ứng dụng lựa chọn khi nó khởi đầu một quá trình trao đổi.
Chương 3.
TRUYỀN TẢI BÁO HIỆU SỐ 7 QUA MẠNG IP – SIGTRAN 3.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Công nghiệp truyền thông đang trải qua một giai đoạn bùng nổ theo hướng hội tụ của các dịch vụ. Dữ liệu đã trở nên có ý nghĩa hơn trong toàn bộ lưu lượng truyền tải trên mạng so với lưu lượng thoại. Các nhà khai thác đang tìm cách kết hợp giữa lưu lượng thoại và lưu lượng dữ liệu, giữa các mạng lõi và các dịch vụ. Trong số các giải pháp công nghệ được lựa chọn, công nghệ IP hiện đang được quan tâm với tư cách là giải pháp hứa hẹn cho hỗ trợ đa phương tiện để xây dựng các dịch vụ tích hợp mới. Hiện nay đang diễn ra sự tích hợp giữa mạng chuyển mạch kênh truyền thống với mạng IP mới. Các nhà khai thác đang thay thế các mạng điện thoại cố định và di động theo kiến trúc toàn IP và có cả hỗ trợ giao thức báo hiệu số 7. Công nhệ IP cho phép các nhà khai thác mạng có thể mở rộng mạng và xây dựng các dịch vụ mới một cách có hiệu quả. Thành phần các dịch vụ bổ sung thông dụng như SMS, … góp phần vào sự phát triển nhanh chóng của các mạng báo hiệu.
Hình 3.1 Truyền tải báo hiệu đơn giản qua môi trường IP
Mạng IP có các ưu điểm nổi bật so với mạng trên cơ sở TDM như sau:
Dễ triển khai: Với việc sử dụng gateway báo hiệu sẽ không cần gỡ bỏ mạng SS7 hiện có và các tính năng nâng cao trong tương lai là “trong suốt”.
Giá thành thiết bị thấp hơn: Không cần đầu tư nhiều đối với các phần tử báo hiệu hiện có.
Hiệu quả tốt hơn: Sử dụng SIGTRAN qua IP không yêu cầu các luồng vật lý E1/T1 qua mạng truyền tải SDH. Sử dụng công nghệ truyền tải IP qua SDH, IP qua cáp quang, … có thể đạt thông lượng cao hơn nhiều.
Băng thông cao hơn: Thông tin SIGTRAN qua IP không buộc phải có liên kết như trong SS7 và mạng IP linh động hơn rất nhiều so với mạng TDM.
Các dịch vụ nâng cao: Triển khai mạng lõi IP tạo điều kiện dễ dàng cho sự phát triển hàng loạt các giải pháp mới và các dịch vụ giá trị gia tăng phong phú. Các nhà khai thác mạng đang muốn chuyển dần mạng viễn thông tiến đến kiến trúc mạng IP. Trong khi chưa thể chuyển ngay lên kiến trúc mạng toàn IP thì cả mạng IP và các mạng chuyển mạch kênh 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 kênh sẽ còn tồn tại trong nhiều năm nữa cùng với các dịch vụ IP. Kiến trúc kết hợp có thể là giải pháp tốt nhất cho hầu hết các nhà khai thác vì nó đảm bảo mức độ rủi ro thấp trong quá trình phát triển mạng hiện tại trong khi vẫn cho phép đáp ứng được các dịch vụ mới. Đây là mục đích của nhiều nhóm nghiên cứu chuẩn hóa mà SIGTRAN của IETF là một trong số đó. SIGTRAN đưa ra mô hình kiến trúc cho phép mạng phát triển tiến đến mạng toàn IP. Mô hình kiến trúc này gồm hai thành phần mới: SCTP và một số các giao thức tầng thích ứng người sử dụng (như M2UA, M2PA, M3UA, SUA) – cho phép đáp ứng các phương thức yêu cầu để hội tụ hai mạng này.
3.2. GIỚI THIỆU VỀ SIGTRAN
Sigtran là một nhóm công tác thuộc tổ chức chuẩn hóa quốc tế cho lĩnh vực Internet – IETF. Mục đích chính của nhóm là đưa ra giải pháp truyền tải báo hiệu dạng gói trên mạng PSTN qua mạng IP, đảm bảo được các yêu cầu về chức năng và hiệu năng của báo hiệu PSTN. Nhằm phối hợp được với PSTN, các mạng IP cần truyền tải các bản tin báo hiệu như báo hiệu đường ISDN (Q.931) hay SS7 (như ISUP, SCCP, …) giữa các nút IP như gateway báo hiệu (SG), bộ điều khiển cổng phương tiện (MGC) và cổng phương tiện (MG) hoặc cơ sở dữ liệu IP. Nhóm công tác Sigtran xác định mục tiêu là:
Các yêu cầu về chức năng và hiệu năng: Nhóm đưa ra một số các luận điểm (trong các RFC) xác định các yêu cầu tính năng và hiệu năng để hỗ trợ báo hiệu qua các mạng IP. Các bản tin báo hiệu (nhất là SS7) có yêu cầu về độ trễ và mất gói rất cao phải được đảm bảo như trong mạng điện thoại hiện tại.
Các vấn đề về truyền tải: Nhóm công tác đã đưa ra RFC định nghĩa các giao thức truyền tải báo hiệu được sử dụng và định nghĩa mới các giao thức truyền tải trên cơ sở các yêu cầu xác định ở trên.
Hình 3.3. Mô hình chồng giao thức SIGTRAN
SIGTRAN là một tập các tiêu chuẩn mới do IETF đưa ra nhằm cung cấp một mô hình kiến trúc để truyền tải báo hiệu số 7 qua mạng IP. Kiến trúc giao thức SIGTRAN được định nghĩa gồm ba thành phần chính (Hình 3.3):
Chuẩn IP.
Giao thức truyền tải báo hiệu chung SCTP: Giao thức hỗ trợ một tập chung các tính năng truyền tải tin cậy cho việc truyền tải báo hiệu. Đặc biệt, SCTP là một giao thức truyền tải mới do IETF đưa ra.
Các phân lớp thích ứng: Hỗ trợ các hàm nguyên thủy xác định được yêu cầu bởi một giao thức ứng dụng báo hiệu riêng. Một vài giao thức phân lớp thích ứng mới được định nghĩa bởi IETF như: M2UA, M2PA, M3UA, SUA.
3.3. ĐỘNG LỰC PHÁT TRIỂN GIAO THỨC TRUYỀN TẢI MỚI
Như chúng ta đã biết, giao thức truyền tải dữ liệu tin cậy chính đi kèm giao thức IP thường là TCP. Tuy nhiên, do TCP ra đời đã khá lâu và được thiết kế theo kiểu giao thức hướng gói nên TCP cũng gặp một số hạn chế khi sử dụng cho những ứng dụng mới. Với số lượng ứng dụng mới đang tăng lên ngày càng nhiều hiện nay đã cho thấy TCP có quá nhiều hạn chế. Các 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 đáp và cơ chế tuần tự. Một vài ứng dụng yêu cầu chuyển giao thông tin tin cậy mà không cần duy trì thứ tự gói tin, trong khi một số khác lại yêu cầu đáp ứng cả về thứ tự của gói dữ liệu. Đối với TCP, cả hai trường hợp này đều gặp phải hiện tượng “nghẽn đầu dòng” gây nên các trễ không cần thiết.
Vấn đề thời gian thực: Cơ chế hỏi đáp trong TCP yêu cầu có một độ trễ để xác nhận gói tin, điều này làm cho TCP không đáp ứng được các ứng dụng thời gian thực.
Các vấn đề bảo mật: TCP rất dễ bị tấn công do cơ chế bảo mật trong TCP không cao.
Những giới hạn đề cập trên đây của TCP là rất đáng phải quan tâm khi muốn truyền báo hiệu số 7 qua mạng IP và do đó, đây là một động lực trực tiếp cho sự ra đời của giao thức SCTP – một giao thức truyền tải mới của SIGTRAN. SCTP không chỉ giải quyết được vấn đề truyền tải báo hiệu trong SIGTRAN mà còn có khả năng đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác.
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 các chức năng tầng truyền tải cho nhiều ứng dụng trên cơ sở Internet. SCTP được IETF đưa ra và đặc tả trong RFC 2960.
3.4.1. Tổng quan về kiến trúc của SCTP
Về kiến trúc, SCTP nằm giữa tầng tương thích người dùng SCTP và tầng mạng chuyển gói phi kết nối như IP, … Dịch vụ cơ bản của SCTP là chuyển giao tin cậy các bản tin của người dùng giữa các người dùng SCTP đồng mức. SCTP là giao thức hướng
kết nối vì vậy, SCTP thiết lập kết nối giữa hai điểm đầu cuối (gọi là liên hệ trong phiên SCTP) trước khi truyền dữ liệu người dùng của nó.
3.4.2. Tổng quan về chức năng của SCTP
Dịch vụ truyền tải SCTP có thể được phân thành một số chức năng. Các chức năng này được mô tả như sau (Hình 3.5):
Thiết lập và hủy bỏ liên kết: Một liên hệ được tạo ra bởi một yêu cầu từ người dùng SCTP. Cơ chế cookie được dùng trong quá trình khởi tạo để cung cấp sự hỗ trợ bảo vệ chống lại sự tấn công.
Phân phối tuần tự theo các luồng: Người dùng SCTP có thể xác định số lượng các luồng được hỗ trợ trong liên hệ tại thời điểm thiết lập liên hệ đó.
Phân mảnh dữ liệu người dùng: SCTP hỗ trợ phân mảnh và tái hợp các bản tin dữ liệu người dùng để đảm bảo cho các gói tin SCTP truyền xuống các tầng thấp hơn phù hợp với MTU.
Phát hiện và tránh tắc nghẽn: SCTP gán cho mỗi bản tin dữ liệu người dùng (được phân mảnh hoặc không) một số tuần tự truyền dẫn (TSN). Đầu cuối thu sẽ xác nhận toàn bộ các TSN và ngắt đoạn (nếu có) thu được.
Chunk bundling: Gói tin SCTP được phân phối đến tầng thấp hơn bao gồm hai thành phần là tiêu đề chung và theo sau là một hoặc nhiều chunk. Hình vẽ sau đây mô tả kiến trúc chung của một gói SCTP:
Hình 3.4. Cấu trúc gói SCTP