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.
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 giữa cỏc người sử dụng SCTP ngang cấp. SCTP là giao thức hướng kết nối, nú thiết lập kết nối giữa hai điểm đầu cuối (gọi là liờn hệ trong phiờn SCTP) trước khi truyền dữ liệu của người sử dụng.
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.
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.
Một số giao thức lớp thớch ứng
Lớp thớch ứng trong SIGTRAN cú một số giao thức chớnh như sau:
M2PA (Message Transfer Part 2 Peer-to-Peer Adaptation): M2PA hỗ trợ việc truyền bản tin bỏo hiệu số 7 của lớp MTP3 qua mạng IP. Signaling Gateway sử dụng giao thức thớch ứng này đúng vai trũ như một nỳt trong mạng SS7. M2PA cú chức năng tương tự như MTP2.
M2UA (MTP2 User Adaptation): M2UA cũng được sử dụng để truyền bản tin lớp MTP3 nhưng Signaling Gateway sử dụng nú khụng phải là một nỳt mạng SS7.
M3UA (MTP3 User Adaptation): M3UA dựng để truyền bản tin của người dựng lớp MTP3 (như bản tin ISUP, SCCP). Lớp này cung cấp cho ISUP và SCCP cỏc dịch vụ của MTP3 tại Signaling Gateway ở xa.
SUA (SCCP User Adaptation): SUA định nghĩa giao thức truyền bản tin bỏo hiệu của người dựng lớp SCCP (TCAP, RANAP). SUA cung cấp cho TCAP cỏc dịch vụ của lớp SCCP tại Signaling Gateway ở xa.
3.3.4 MGCP
Cỏc đặc điểm chớnh
Thiết bị MG là điểm kết nối giữa cỏc mạng ngoài và mạng NGN. Hoạt động của MG là chuyển đổi cỏc dạng thụng tin (phương tiện) dưới sự điều khiển của MGC. Việc điều khiển và kết nối MG được thực hiện thụng qua cỏc giao thức. Giao thức điều
khiển cổng phương tiện là một trong những giao thức quan trọng nhất, là nền tảng của chuyển mạch mềm trong NGN. Giao thức này quy định cỏch thức MGC điều khiển MG trong việc thiết lập kết nối khi mà cỏc chức năng điều khiển và xử lý cuộc gọi được tỏch khỏi cỏc MG.
Cỏc giao thức điều khiển MG tiờu biểu là MGCP và Megaco/H.248. MGCP (Media Gateway Control Protocol) được phỏt triển từ hai giao thức kiến nghị ban đầu là giao thức điều khiển Gateway đơn giản SGCP (Simple Gateway Control Protocol) và giao thức điều khiển thiết bị Internet IPDC (Internet Protocol Device Control).
Quan hệ giữa MGC và MG được mụ tả trờn hỡnh 3.12. MGC thực hiện bỏo hiệu cuộc gọi và điều khiển MG. Mỗi MGC cú một số nhận dạng riờng gọi là Call Agent Identifier. MGC và MG trao đổi lệnh với nhau thụng qua MGCP. Khỏc với SIP và H.323 là cỏc giao thức ngang hàng (peer-to-peer), MGCP là giao thức kiểu chủ/tớ (master/slave). MGC đúng vai trũ master, là người quyết định trong quỏ trỡnh liờn lạc với MG. MG là slave, là thực thể thụ động thực hiện mọi lệnh do MGC yờu cầu.
SIP MGCP MGCP MGC Media Gateway (MG) MGC Media Gateway (MG) Hỡnh 3.12 Vị trớ MGCP trong mạng NGN
MGCP ra đời nhằm tỏch biệt cỏc chức năng bỏo hiệu và thiết lập đường truyền. MGC sau khi nhận được yờu cầu thiết lập cuộc gọi SIP hoặc H.323 sẽ dựng giao thức MGCP để điều khiển MG thiết lập phiờn kết nối giữa 2 đầu cuối.
Cỏc lệnh MGCP
MGCP thực hiện trao đổi số liệu như là một bộ cỏc giao dịch. Cỏc giao dịch này bao gồm một lệnh và một trả lời (đỏp ứng lệnh) bắt buộc. Giao thức MGCP cú 2 nhúm lệnh như sau:
Lệnh MGC:
1. Cấu hỡnh điểm kết cuối : EndpointConfiguration
2. Tạo kết nối: CreateConnection
4. Xoỏ kết nối: DeleteConnection 5. Yờu cầu khai bỏo: NotificationRequest
6. Khai bỏo: Notify
7. Kiểm tra điểm cuối: AuditEndpoint 8. Kiểm tra kết nối: AuditConnection 9. Khởi tạo lại khi đang thực hiện: RestartInprogress Mỗi lệnh sẽ được trả lời bằng cỏc đỏp ứng lệnh tương ứng.
Lệnh MG:
10. Xoỏ kết nối: DeleteConnection
11. Khởi tạo lại khi đang thực hiện: RestartInprogress
Thiết lập cuộc gọi
Cỏc tiến trỡnh điều khiển MG cơ bản bao gồm thiết lập cuộc gọi và hủy cuộc gọi. Để thực hiện cỏc tiến trỡnh này giữa MGC và MG phải trao đổi với nhau một loạt cỏc lệnh và đỏp ứng lệnh. Mụ hỡnh hệ thống đơn giản minh họa quỏ trỡnh thiết lập cuộc gọi bằng MGCP như ở trờn hỡnh 3.13.
RTP/RTCP
MGCP MGCP
MGC
Đầu cuối A Đầu cuối B
MG A MG B
Hỡnh 3.13 Thiết lập cuộc gọi sử dụng MGCP
Một cỏch khỏi quỏt, trỡnh tự thiết lập cuộc gọi giữa hai mỏy điện thoại A và B gồm cỏc bước như sau:
Khi mỏy điện thoại A được nhấc lờn MG A gửi bản tin cho MGC;
MG A tạo õm mời quay số và nhận số bị gọi;
Số bị gọi được gửi cho MGC;
MGC xỏc định định tuyến cuộc gọi như thế nào;
MG B đổ chuụng ở mỏy B;
MGC gửi lệnh cho cỏc MG A và B để tạo phiờn kết nối RTP/RTCP.
3.3.5 Megaco/H.248 Cỏc đặc điểm chớnh
MGCP là giao thức chủ yếu được thiết kế cho việc xử lý IP, giao thức này ớt cú năng lực xử lý cho việc truyền tải cỏc gúi thoại núi chung, vớ dụ như VoATM. Việc ứng dụng MGCP trong thực tế cũng chỉ ra một số nhược điểm của giao thức này như thiếu một phương thức hữu hiệu để MGC cú thể thu thập thụng tin về khả năng xử lý của một MG nào đú. Những nhược điểm này được khắc phục bởi một giao thức mới với cỏc điểm kế thừa từ MGCP cộng thờm cỏc tớnh năng tăng cường, đú là giao thức Megaco/H.248. Megaco là do IETF đặt ra, cũn H.248 là tờn gọi của ITU-T, do đú tài liệu về Megaco và khuyến nghị về H.248 là hoàn toàn giống nhau.
Megaco là trọng tõm của việc thực hiện giải phỏp thoại qua gúi (VoIP). Giao thức Megaco cung cấp một giải phỏp toàn diện cho việc điều khiển cỏc MG. Cũng như cỏc giải phỏp điều khiển cổng truyền thụng trước đú, Megaco hoạt động dựa trờn nguyờn tắc là toàn bộ sự thụng minh trong quỏ trỡnh xử lý cuộc gọi đều thuộc về MGC. MG sẽ khụng nhớ được cỏc thụng tin của trạng thỏi cuộc gọi, nú chỉ cung cấp khả năng kết nối cho cỏc loại dũng thụng tin khỏc nhau dưới sự điều khiển của MGC.
Megaco xem mỗi đầu cuối đại diện cho một dũng phương tiện xỏc định. Một đầu cuối cú thể là thực thể vật lý cố định chẳng hạn như đường dõy tương tự hay khe thời gian trong một giao diện TDM, hoặc cú thể là thực thể logic như một dũng lưu lượng gúi VoIP. Cỏc đầu cuối logic cú thể được thiết lập hoặc giải phúng bởi cỏc lệnh của Megaco.
Cỏc kết nối chộo trong phạm vi MG được tạo ra bởi cỏc lệnh của Megaco đũi hỏi ớt nhất là hai đầu cuối được đặt trong cựng một “phạm vi”. Nếu cỏc dũng phương tiện kết hợp với cỏc đầu cuối nằm trong cựng phạm vi là những loại phương tiện khỏc nhau (vớ dụ như một đầu là khe thời gian, cũn một đầu là dũng lưu lượng gúi VoIP) thỡ MG được điều khiển để thực hiện chuyển đổi giữa cỏc loại phương tiện đú. Để hỗ trợ cho chức năng này, cỏc đầu cuối cú đầy đủ những đặc tớnh của cỏc loại phương tiện khỏc nhau (vớ dụ như đặc tớnh của cỏc mó thoại) sẽ được sử dụng.
Cỏc đầu cuối cú nhiều đặc tớnh khỏc nhau như một danh sỏch cỏc sự kiện của tớn hiệu đang được chờ đợi để khai bỏo đến MGC và một danh sỏch cỏc tớn hiệu cú khả năng truyền tải theo yờu cầu của MGC. Vớ dụ, một đầu cuối sử dụng đường dõy tương tự sẽ cú khả năng khai bỏo với MGC khi nú nhận ra sự xuất hiện tớn hiệu trả lời của người thuờ bao hoặc tớn hiệu bỏo dừng mỏy, v.v.
Megaco được thiết kế để trở thành một giao thức cú thể mở rộng. Khả năng mở rộng này đó khắc phục được nhược điểm chớnh của cỏc giao thức điều khiển cổng truyền thụng trước đõy như MGCP, vỡ nú giải quyết được những đũi hỏi của cỏc giao
thoại gúi khỏc ngoài VoIP, và bởi vỡ nú đó cung cấp phương thức thực hiện được những dịch vụ điện thoại tương tự đa dạng phụ thuộc vào từng quốc gia khỏc nhau.
Megaco là một giao thức truyền tải khụng phụ thuộc vào cỏc giao thức khỏc, mặc dự đặc tớnh kỹ thuật chứa một vài phụ lục mụ tả việc sử dụng cả TCP/IP và UDP như những tuỳ chọn để chuyển tải nhưng phần lớn cỏc hoạt động của chuyển mạch mềm đều hợp với việc sử dụng truyền tải dựa trờn cơ sở IP của Megaco.
Megaco/H.248 là giao thức điều khiển cổng phương tiện núi chung, bao gồm cổng nội hạt, trung kế trong mạng PSTN, giao diện ATM, giao diện thoại và đường dõy tương tự, điện thoại IP, cỏc loại Server,… Megaco/H.248 khụng bị ràng buộc với bất kỳ một giao thức điều khiển cuộc gọi ngang hàng nào (như SIP hay H.323) và hoàn toàn tựy thuộc vào thiết kế của người quản trị mạng. Với tớnh năng hỗ trợ rộng rói cỏc ứng dụng một cỏch mềm dẻo, đơn giản và hiệu quả ở mức chi phớ hợp lý, giao thức Megaco/H.248 sẽ là chuẩn được sử dụng rộng rói trong mạng thế hệ sau NGN.
Kiến trỳc của Megaco/H.248
Kiến trỳc của Megaco/H.248 dựa trờn 3 lớp, bao gồm lớp MGC, lớp MG và lớp giao thức điều khiển MG (hỡnh 3.14).
Hỡnh 3. 14 Kiến trỳc Megaco/H.248
Lớp MGC chứa tất cả cỏc phần mềm điều khiển và xử lý cuộc gọi. Lớp này thực hiện cỏc chức năng ở mức cuộc gọi như phỏt hiện cuộc gọi, chuyển cuộc gọi, hội thoại hay giữ cuộc gọi (hold). Lớp MGC cũng thực hiện việc giao tiếp với cỏc MGC và cỏc thực thể ngang cấp hay dưới cấp khỏc, và khi đú MGC quản lý mọi thuộc tớnh trong quỏ trỡnh giao tiếp.
Lớp MG thực hiện cỏc kết nối lưu lượng đi và đến từ cỏc mạng khỏc, tương tỏc với cỏc luồng lưu lượng này qua ứng dụng bỏo hiệu và sự kiện. Lớp MG cũng điều khiển
cỏc thuộc tớnh thiết bị của cổng phương tiện (vớ dụ như giao diện người dựng). Lớp này khụng liờn quan đến việc điều khiển cỏc thuộc tớnh cuộc gọi và hoạt động theo sự điều khiển của lớp MGC.
Lớp giao thức điều khiển MG quy định cỏch thức mà lớp MGC điều khiển lớp MG. Giao thức Megaco/H.248 định nghĩa giao diện điều khiển của MGC đối với MG và cung cấp cỏc chức năng sau:
Điều khiển cỏc loại MG khỏc nhau (TG, RG, AG, MS, …);
Hỗ trợ đàm phỏn quyết định cỏc thuộc tớnh cuộc gọi;
Cú khả năng xử lý cuộc gọi đa người dựng;
Hỗ trợ QoS và đo lường lưu lượng (cỏc thụng tin thống kờ sau mỗi kết nối);
Thụng bỏo lỗi giao thức, lỗi mạng hay cỏc thuộc tớnh cuộc gọi.
Cỏc khỏi niệm mới trong Megaco/H.248
Gateway
Trong Megaco/H.248 cỏc MG đều cú địa chỉ IP và số cổng UDP mặc định của MGC quản lý nú. Mỗi loại Gateway như TG, AG hay RG cú khả năng hỗ trợ cỏc gúi tin khỏc nhau.
Termination
MGC coi Gateway là đại diện cho một nhúm cỏc đầu cuối (Termination), trong đú mỗi đầu cuối chịu trỏch nhiệm xử lý cho một loại lưu lượng nào đú. Mỗi đầu cuối được gỏn một ID tại thời điểm tạo ra. Gateway được MGC coi như đầu cuối gốc, điều này cú ý nghĩa khi MGC muốn làm việc với chớnh Gateway.
Giao thức Megaco cú khả năng làm việc với một số lượng lớn cỏc đầu cuối do chỳng cú cỏc thuộc tớnh tựy chọn. Cỏc thuộc tớnh này được đưa vào gúi tin và MGC cú thể chỉ định đầu cuối để nú chỉ tiếp nhận những gúi nào. Tại mỗi thời điểm, đầu cuối cũng được điều khiển ở một chế độ xỏc định (chỉ nhận, chỉ gửi hoặc vừa nhận vừa gửi). Đầu cuối là nơi đi và đến của cỏc luồng lưu lượng hay thụng tin điều khiển.
Context
Là khỏi niệm mang tớnh đột phỏ của Megaco so với cỏc giao thức cựng loại trước đú. Khỏi niệm này cho phộp tạo ra cỏc phiờn liờn lạc đa điểm. Mỗi đầu cuối cú thể tham gia nhiều context khỏc nhau với cỏc loại lưu lượng khỏc nhau (vớ dụ khi đầu cuối tham gia một phiờn truyền thụng đa phương tiện). Mỗi context được MG tạo ra ban đầu chỉ cú một đầu cuối. Cỏc đầu cuối kết nối với đầu cuối đầu tiờn sẽ lần lượt được thờm vào context này. Context sẽ bị xoỏ bỏ khi đầu cuối cuối cựng được giải phúng.
Số lượng đầu cuối tối đa trong một context phụ thuộc vào khả năng của MG (những MG chỉ hỗ trợ liờn lạc điểm-điểm sẽ chỉ cú tối đa 2 đầu cuối trong một context). Context được MG gỏn một số nhận dạng ID gồm 32 bit (ID này là duy nhất đối với một MG). Tất cả cỏc đầu cuối khụng tham gia vào kết nối nào sẽ nằm trong Null Context.
Transaction
Là một giao dịch, trong đú gồm giao dịch yờu cầu (request) và giao dịch trả lời (reply). Transaction Pending được sử dụng để thụng bỏo rằng giao dịch vẫn đang được xử lý (sử dụng khi giao dịch nào đú ở trong trạng thỏi chờ – timeout). Mỗi giao dịch cú một số nhận dạng ID với giỏ trị nằm trong khoảng từ 1 tới 99999. Thụng tin trao đổi giữa MGC và MG ở dưới dạng giao dịch (chứa cỏc lệnh và bản tin thụng bỏo sự kiện, trả lời, …). Cỏc lệnh trong mỗi giao dịch sẽ được xử lý theo thứ tự đó chỉ ra.
Event
Là cỏc sự kiện của đầu cuối (như onhook, offhook, …). Những sự kiện này được MG phỏt hiện và bỏo cỏo tới MGC. MGC sẽ chỉ xem xột cỏc sự kiện mà nú quan tõm ở thời điểm đú (được chỉ ra bởi Event Descriptor).
Signal
Là tớn hiệu tạo ra cỏc õm bỏo hay hiển thị hỡnh ảnh ở đầu cuối. Thời gian tồn tại của tớn hiệu cú thể do MGC quy định hoặc tồn tại cho tới khi bị loại bỏ. Nú sẽ bị loại bỏ bất cứ khi nào một sự kiện được phỏt hiện ở đầu cuối trừ khi cú sự can thiệp của MGC.
Cỏc lệnh sử dụng trong Megaco/H.248
Giao thức Megaco/H.248 sử dụng 8 lệnh trong giao diện điều khiển giữa MGC và MG, cụ thể bao gồm:
Add: Được sử dụng để thờm một đầu cuối vào context, cũng cú thể dựng để tạo một context (nếu đú là đầu cuối đầu tiờn trong context này).
Modify: Sử dụng để thay đổi thuộc tớnh, sự kiện hay cỏc tớn hiệu ở một đầu
cuối.
Subtract: Sử dụng để xúa một đầu cuối khỏi context, cũng cú thể là xúa luụn
cả context (nếu đú là đầu cuối cuối cựng trong context này).
Move: Chuyển một đầu cuối từ một context này sang một context khỏc.
AuditValue: Trả lại trạng thỏi hiện tại của đầu cuối (bỏo hiệu, sự kiện, thuộc
tớnh, số liệu thống kờ).
Audit Capability: Trả lại tất cả cỏc giỏ trị cú thể cú của đầu cuối (bỏo hiệu, sự
kiện, thuộc tớnh, số liệu thống kờ).
Notify: MG sử dụng để bỏo cỏo cỏc sự kiện mà nú phỏt hiện được tới MGC.