User Agent là thiết bị đầu cuối trong mạng SIP, cú thể là một mỏy điện thoại SIP hay mỏy tớnh chạy phần mềm đầu cuối SIP.
Proxy Server là phần mềm trung gian hoạt động cả như Server và Client để thực hiện cỏc yờu cầu thay mặt cỏc đầu cuối khỏc. Tất cả cỏc yờu cầu được xử lý tại chỗ bởi Proxy Server nếu cú thể, hoặc được chuyển cho cỏc mỏy chủ khỏc. Trong trường hợp Proxy Server khụng trực tiếp đỏp ứng cỏc yờu cầu này thỡ nú sẽ thực hiện khõu chuyển đổi hoặc dịch sang khuụn dạng thớch hợp trước khi chuyển đi.
Location Server là phần mềm định vị thuờ bao, cung cấp thụng tin về những vị trớ cú thể của phớa bị gọi cho cỏc phần mềm Proxy Server và Redirect Server.
Redirect Server là phần mềm nhận yờu cầu SIP và chuyển đổi địa chỉ SIP sang một số địa chỉ khỏc và gửi lại cho đầu cuối. Khụng giống như Proxy Server, Redirect Server khụng bao giờ hoạt động như một đầu cuối, tức là khụng gửi đi bất cứ yờu cầu nào. Redirect Server cũng khụng nhận hoặc huỷ cuộc gọi.
Registrar Server là phần mềm nhận cỏc yờu cầu đăng ký REGISTER. Trong nhiều trường hợp Registrar Server đảm nhiệm luụn một số chức năng an ninh như xỏc nhận người sử dụng. Thụng thường Registrar Server được cài đặt cựng với Proxy hoặc Redirect Server hoặc cung cấp dịch vụ định vị thuờ bao. Mỗi lần đầu cuối được bật lờn
Gateway SIP Components PSTN Redirect Server Proxy Server Location Server User Agent Registrar Server Proxy Server
(mỏy điện thoại hoặc phần mềm SIP) thỡ đầu cuối lại đăng ký với Server. Nếu đầu cuối cần thụng bỏo cho Server về địa điểm của mỡnh thỡ bản tin REGISTER cũng được gửi đi. Núi chung cỏc đầu cuối đều thực hiện việc đăng ký lại một cỏch định kỳ.
Cỏc chức năng của SIP
SIP hỗ trợ cỏc chức năng sau đõy:
Xỏc định vị trớ của người sử dụng (user location) hay cũn gọi là dịch tờn (name translation), dựng để xỏc định người được gọi và đảm bảo cuộc gọi đến được người nhận dự họ ở đõu.
Xỏc định khả năng của người sử dụng hay cũn gọi là chức năng thương lượng đặc tớnh cuộc gọi (feature negotiation), dựng để xỏc định loại thụng tin và cỏc thụng số liờn quan đến thụng tin sẽ được sử dụng.
Xỏc định sự sẵn sàng của người sử dụng, dựng để xỏc định người được gọi cú muốn tham gia vào kết nối hay khụng.
Thiết lập cuộc gọi, thực hiện việc rung chuụng và thiết lập cỏc thụng số cuộc gọi của cỏc bờn tham gia kết nối.
Xử lý cuộc gọi, bao gồm cả chuyển và kết thỳc cuộc gọi, quản lý những người tham gia cuộc gọi hay thay đổi đặc tớnh cuộc gọi.
Cỏc bản tin SIP
SIP cú cỏc bản tin như sau:
1. INVITE: Thiết lập cuộc gọi bằng cỏch gửi bản tin mời đầu cuối khỏc tham gia. 2. ACK: Khẳng định Client đó nhận được bản tin trả lời bản tin INVITE.
3. BYE: Kết thỳc cuộc gọi.
4. CANCEL: Huỷ yờu cầu đang nằm trong hàng đợi.
5. REGISTER: Sử dụng bởi đầu cuối SIP để đăng ký với Registrar Server. 6. OPTIONS: Sử dụng để xỏc định năng lực của Server.
7. INFO: Sử dụng để tải cỏc thụng tin như õm DTMF. Cỏc bản tin đỏp ứng của SIP gồm cú:
1. 1xx : Cho biết yờu cầu đó được nhận và đang xử lý.
2. 2xx : Thành cụng. Hành động đó được nhận thành cụng và được chấp nhận. 3. 3xx : Xỏc định lại. Một số hành động cần thực hiện thờm để hoàn tất yờu cầu. 4. 4xx : Cú lỗi ở Client. Trong yờu cầu cú lỗi cỳ phỏp hay Server khụng thể thi
hành yờu cầu.
5. 5xx : Cú lỗi ở Server. Cú thể do Server bị quỏ tải để thi hành hay đưa ra yờu cầu.
6. 6xx : Lỗi toàn cục. Xảy ra sự cố trờn toàn mạng và yờu cầu khụng thể thi hành ở bất cứ Server nào.
Cỏc bản tin SIP đều cú khuụn dạng text, tương tự như HTTP. Mào đầu của bản tin SIP cũng tương tự như HTTP và cú hỗ trợ MIME.
Thiết lập và huỷ cuộc gọi SIP
Trong mạng SIP quỏ trỡnh thiết lập và huỷ một phiờn kết nối thường gồm cú 6 bước như sau:
1.Đăng ký, khởi tạo và định vị đầu cuối
2.Xỏc định media của cuộc gọi, tức là mụ tả phiờn mà đầu cuối được mời tham dự 3.Xỏc định mong muốn của đầu cuối bị gọi, trả lời hay khụng. Phớa bị gọi phải gửi
bản tin xỏc nhận chấp thuận cuộc gọi hoặc từ chối. 4.Thiết lập cuộc gọi.
5.Thay đổi hay điều khiển cuộc gọi (thớ dụ như chuyển cuộc gọi). 6.Huỷ cuộc gọi.
3.3.3 SIGTRAN Cỏc đặc điểm chớnh
Cỏc nhà khai thỏc mạng đang muốn chuyển dần mạng viễn thụng sang kiến trỳc IP. Tuy nhiờn, trong khi chưa thể chuyển ngay lờn kiến trỳc mạng toàn IP thỡ cả mạng IP và cỏc mạng chuyển mạch kờnh truyền thống đang song song tồn tại cần phải được kết hợp lại vào cơ sở hạ tầng mạng thống nhất. Chắc chắn rằng mạng 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 mà 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 là một nhúm làm việc trực thuộc IETF, được hỡnh thành vào năm 1999 với nhiệm vụ thiết lập một kiến trỳc dựng để truyền tải cỏc dữ liệu bỏo hiệu thời gian thực qua mạng IP. Nhiệm vụ chủ yếu của nú khụng chỉ về mặt kiến trỳc mà cũn bao gồm cả việc định nghĩa một bộ giao thức dựng cho việc truyền tải cỏc bản tin bỏo hiệu SS7 và ISDN qua mạng IP. Nhúm làm việc đó đưa ra mụ hỡnh kiến trỳc của SIGTRAN như trờn hỡnh 3.10. Adaptation Protocol (xPA, xUA) Common Signaling Transport (SCTP) Standard Internet Protocol (IP) Hỡnh 3.10 Mụ hỡnh kiến trỳc SIGTRAN
Kiến trỳc SIGTRAN gồm ba thành phần sau:
Giao thức Internet chuẩn hoỏ (IP).
Giao thức truyền bỏo hiệu chung. Giao thức này hỗ trợ một tập cỏc chức năng truyền tải bỏo hiệu tin cậy, trong đú đặc biệt phải kể đến giao thức truyền tải điều khiển luồng SCTP (Stream Control Transmission Protocol) là một giao thức truyền tải mới được IETF định nghĩa.
Lớp con tương thớch: hỗ trợ cỏc chỉ thị quản lý, yờu cầu bởi một giao thức bỏo hiệu ứng dụng đặc biệt. Cỏc giao thức lớp con tương thớch mới được định nghĩa bởi IETF gồm: M2PA (MTP2-User peer-to-peer adaptation), M2UA (MTP2-User adaptation), M3UA (MTP3-User adaptation), SUA (SCCP-User adaptation) và IUA (ISDN User adaptation). Chỳ ý rằng tại một thời điểm chỉ cú duy nhất một giao thức được thực hiện.
Theo thuật ngữ của chuyển mạch mềm, chức năng chớnh của SIGTRAN là truyền bản tin bỏo hiệu số 7 giữa SG và MGC qua mạng IP. Để làm điều này, SIGTRAN sử dụng một loạt cỏc giao thức thành phần và cỏc module tương thớch. Ngăn xếp giao thức SIGTRAN được minh họa như trờn hỡnh 3.11.
ISUP SCCP MTP3 TCAP
M3UA M2UA SUA IUA
SCTP IP
Ethernet IP over ATM
Hỡnh 3.11 Ngăn xếp giao thức SIGTRAN
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