Управляющие комплексы электросвязи

При построении СУ используется платформенный подход. Платформа СУ выполняет для менеджеров роль ОС для обычных приложений и обеспечивает разработчика менеджеров набором системных вызовов общего для любой СУ независимо от её назначения.

Существуют два семейства стандартов СУ: СУ на основе SNMP, и международные стандарты, опирающиеся на протокол CMIP. SNMP специфицирует минимум аспектов и элементов CУ, а ISO/ITU-T - максимум.

СУ SNMP основаны на следующих концепциях, ориентированных на минимальную загрузку управляемых устройств:

- агент выполняет самые простые функции и работает в основном по инициативе менеджера;

- СУ состоит из одного менеджера, который периодически опрашивает всех агентов;

- SNMP использует транспортный протокол UDP и два основных типа команд - get для получения данных от агента и set для передачи управляющих воздействий агенту;

- агент может послать данные менеджеру по своей инициативе с помощью команды trap, но число ситуаций, в которых он применяет эту команду, невелико.

Базы управляющей информации MIВ в SNMP состоят из дерева атрибутов, называемых объектами и группами объектов. Первые MIВ были ориентированы на управление маршрутизаторами:

- MIB-I - только контроль;

- MIB-II - контроль и управление.

Разработка RMON MIB направлена на создание интеллектуальных агентов, контролирующих нижний уровень, - интерфейсы Ethernet и Token Ring. Имена объектов стандартных MIB Internet зарегистрированы в дереве регистрации имён стандартов ISO.

Стандарты ISO/ITU-T используют объектно-ориентированный подход. Определено несколько суперклассов обобщённых управляемых объектов, на основании которых путём наследования свойств создаются более специфические классы объектов.

Для описания управляемых объектов OSI разработаны правила GDMO, основанные на формах определённой структуры, заполняемых с помощью языка ASN.1. Для представления знаний об УО, агентах и менеджерах СУ в OSI используется три древовидные базы данных: дерево наследования, дерево включения и дерево имён.

CMIP позволяет с помощью одной команды воздействовать сразу на группу агентов, применив такие опции, как обзор и фильтрация.

Вопросы:

1. Сравнение протоколов SNMP и CMIP.

2. СУ SNMP основаны на следующих концепциях, ориентированных на минимальную загрузку управляемых устройств.

3. Первые MIВ были ориентированы на управление маршрутизаторами.

3.5 Сети NGN

В концепции NGN расширено представление о возможностях сетей связи общего пользования с точки зрения оказания услуг, в первую очередь, за счёт реализации базовой услуги передачи голосовой информации пакетным способом VoIP (Voice over IP). Также сформулированы новые задачи создания сетей NGN, важнейшей из которых является обеспечение единообразного предоставления услуги в различных сетях связи, не зависящего от технологии ее оказания.

Идеология построения NGN предполагает передачу любой информации в единой форме представления - IP-пакете. Традиционные сети не могут поддерживать обмен трафиком в формате "аll over IP". Поэтому необходима реконструкции всей архитектуры сети: транспортной инфраструктуры, уровня доступа и сетевой иерархии.

NGN - это мультисервисная сеть, способная обеспечить обслуживание за счет использования оборудования передачи и коммутации, основанного на пакетных технологиях. Одна из существенных особенностей NGN - разделение функций передачи IP-пакетов и функций управления этим процессом. Передача информации осуществляется коммутаторами пакетов (КП). В качестве устройств управления (УУ) используются аппаратно-программные средства - оборудование Softswitch. Пользователи имеют терминалы двух типов: телефонный аппарат - для передачи речи и персональный компьютер - для обмена данными и получения видеоинформации.

В первую очередь Softswitch управляет обслуживанием вызовов, т.е. установлением и разрушением соединений. Также Softswitch осуществляет координацию обмена сигнальными сообщениями между различными сетями. Т.е. Softswitch координирует действия, обеспечивающие соединение с логическими объектами в разных сетях и преобразует информацию в сообщениях таким образом, чтобы они были поняты на обеих сторонах разнородных сетей.

Основные типы сигнализации, которые использует Softswitch:

- сигнализация для управления соединениями;

- сигнализация для взаимодействия различных Softswitch между собой;

- сигнализация для управления транспортными шлюзами.

Основными протоколами сигнализации для управления соединениями сегодня являются SIP, ОКС-7, H.323. Также опционально используются:

- абонентская сигнализация E-DDS-1 первичного доступа ЦСИС (цифровая сеть с интеграцией служб, ISDN);

- протокол абонентского доступа через интерфейс V5;

- российская версия сигнализаций R1, R2 - R1,5.

Рисунок 1 - Взаимодействие Softswitch с остальным оборудованием

Основными протоколами сигнализации управления транспортными шлюзами являются MGCP и MEGACO/Н.248, а основными протоколами сигнализации взаимодействия между Softswitch - SIPТ и BICC (рисунок 1).

Протоколы RTP, RTCP, UDP. Основным транспортным протоколом для мультимедийных приложений стал протокол реального времени RTP (Real Time Protocol), предназначенный для организации передачи пакетов с кодированными речевыми сигналами по пакетной сети. Передача пакетов RTP ведется поверх протокола UDP, работающего, в свою очередь, поверх IP (рисунок 2).

Рисунок 2 - Уровни протоколов RTP/UDP/IP

Характерные для IP-сетей временные задержки и вариация задержки пакетов (джиттер) могут серьезно исказить информацию, чувствительную к задержке, например, речь и видеоинформацию, сделав ее абсолютно непригодной для восприятия. Вариация задержки (джиттер) пакетов сильнее влияет на субъективную оценку качества передачи, чем абсолютное значение задержки.

Протокол RTP позволяет компенсировать негативное влияние джиттера на качество речевой и видеоинформации, но в то же время он не имеет собственных механизмов, гарантирующих своевременную доставку пакетов или другие параметры качества услуг, - это осуществляют нижележащие протоколы. Он даже не обеспечивает все те функции, которые обычно предоставляют транспортные протоколы, в частности функции исправления ошибок и управления потоком. Обычно протокол RTP базируется на протоколе UDP и использует его функции, но может работать и поверх других транспортных протоколов.

Протокол TCP плохо подходит для передачи чувствительной к задержкам информации. Во-первых, это алгоритм надежной доставки пакетов. Пока отправитель повторно передаст пропавший пакет, получатель будет ждать, результатом чего может быть недопустимое увеличение задержки. Во-вторых, алгоритм управления при перегрузке в протоколе TCP не оптимален для передачи речи и видеоинформации. При обнаружении потерь пакетов протокол TCP уменьшает размер окна, а затем будет его медленно увеличивать, тогда как разумнее было бы изменить метод кодирования или размер видеоизображения.

Протокол RTP предусматривает индикацию типа полезной нагрузки и порядкового номера пакета в потоке, а также применение временных меток. Отправитель помечает каждый RTP-пакет временной меткой, получатель извлекает ее и вычисляет суммарную задержку. Разница в задержке разных пакетов позволяет определить джиттер и смягчить его влияние - все пакеты будут выдаваться приложению с одинаковой задержкой. Доставка RTP-пакетов контролируется специальным протоколом RTCP (Real Time Control Protocol).

Основной функцией протокола RTCP является организация обратной связи приемника с отправителем информации для отчета о качестве получаемых данных. Протокол RTCP передает сведения (как от приемника, так и от отправителя) о числе переданных и потерянных пакетов, значении джиттера, задержке и т.д. Эта информация может быть использована отправителем для изменения параметров передачи, например, для уменьшения коэффициента сжатия информации с целью улучшения качества ее передачи.

Протокол передачи пользовательских дейтаграмм - User Datagram Protocol (UDP) - обеспечивает негарантированную доставку данных, т.е. не требует подтверждения их получения; кроме того, данный протокол не требует установления соединения между источником и приемником информации.

Протокол Н.323. Для построения сетей IP-телефонии первой стала рекомендация H.323 МСЭ-Т, которая является также первой спецификацией систем мультимедийной связи для работы в сетях с коммутацией пакетов, не обеспечивающих гарантированное качество обслуживания (рисунок 3).

Сети, построенные на базе протоколов H.323, ориентированы на интеграцию с телефонными сетями и могут рассматриваться как сети ЦСИС (цифровая служба с интеграцией служб), наложенные на сети передачи данных. В частности, процедура установления соединения в таких сетях IP-телефонии базируется на рекомендации МСЭ-Т Q.931 и практически идентична той же процедуре в сетях ЦСИС. При этом рекомендация H.323 предусматривает применение разнообразных алгоритмов сжатия речевой информации, что позволяет использовать полосу пропускания ресурсов передачи гораздо более эффективно, чем в сетях с коммутацией каналов.

Рисунок 3 - Структура сети Н.323

Основными устройствами сети являются: терминал, шлюз, привратник. В отличие от устройств ТфОП, устройства Н.323 не имеют жестко закрепленного места в сети, а подключаются к любой точке IP-сети. Однако при этом сеть Н.323 разбивается на зоны, а каждой зоной управляет привратник.

Терминал H.323 - оконечное устройство сети IP-телефонии, обеспечивающее 2-стороннюю речевую или мультимедийную связь с другим терминалом, шлюзом или устройством управления конференциями.

Шлюз является соединяющим мостом между ТфОП и IP. Основная функция шлюза - преобразование речевой (мультимедийной) информации, поступающей со стороны ТФОП с постоянной скоростью, в вид, пригодный для передачи по IP-сетям, т. е. кодирование информации, подавление пауз в разговоре, упаковка информации в пакеты RTP/UDP/IP, а также обратное преобразование. Кроме того, шлюз должен преобразовывать аналоговую абонентскую сигнализацию, сигнализацию по 2ВСК и сообщения систем сигнализации DSS1 и OKC7 в сигнальные сообщения Н.323. При отсутствии в сети привратника должна быть реализована еще одна функция шлюза: преобразование номера ТфОП в транспортный адрес IP-сети.

Привратник выполняет функции управления зоной сети IP-телефонии, в которую входят терминалы и шлюзы, зарегистрированные у данного привратника. Разные участки зоны сети H.323 могут быть территориально разнесены, но соединяться друг с другом через маршрутизаторы (рисунок 4).

В число наиболее важных функций, выполняемых привратником, входят:

- преобразование alias-адреса (имени абонента, телефонного номера, адреса электронной почты и др.) в транспортный адрес сетей с маршрутизацией пакетов IP (IP-адрес и номер порта RTP);

- контроль доступа пользователей системы к услугам IP-телефонии при помощи сигнализации RAS (Registration, Admission and Status);

- контроль, управление и резервирование пропускной способности сети;

- маршрутизация сигнальных сообщений между терминалами, расположенными в одной зоне.

Рисунок 4 - Зоновая архитектура сети H.323

Привратник также обеспечивает для пользователя возможность получить доступ к услугам любого терминала в любом месте сети и способность сети идентифицировать пользователей при их перемещении из одного места в другое.

Протокол SIP. Вторым вариантом построения сетей стал протокол SIP, разработанный комитетом IETF (Internet Engineering Task Force); спецификации протокола представлены в документе RFC 2543.

Протокол инициирования сеансов - Session Initiation Protocol (SIP) - является протоколом прикладного уровня и предназначается для организации, модификации и завершения сеансов связи: мультимедийных конференций, телефонных соединений и распределения мультимедийной информации, в основу которого заложены следующие принципы:

- персональная мобильность пользователей. Пользователю присваивается уникальный идентификатор, а сеть предоставляет ему услуги связи вне зависимости от того, где он находится;

- масштабируемость сети (характеризуется в первую очередь возможностью увеличения количества элементов сети при ее расширении);

- расширяемость протокола характеризуется возможностью дополнения протокола новыми функциями при введении новых услуг и его адаптации к работе с различными приложениями.

Протокол SIP может быть использован совместно с протоколом H.323. Возможно также взаимодействие протокола SIP с системами сигнализации ТфОП - DSS1 и ОКС 7. Одной из важнейших особенностей протокола SIP является его независимость от транспортных технологий. В качестве транспорта могут применяться протоколы Х.25, Frame Relay, AAL5, IPX и др. Структура сообщений SIP не зависит от выбранной транспортной технологии. Но в то же время предпочтение отдается технологии маршрутизации пакетов IP и протоколу UDP.

Сеть SIP содержит следующие основные элементы:

- агент пользователя (User Agent или SIP client) является приложением терминального оборудования и включает в себя две составляющие: клиент агента пользователя (User Agent Client - UAC) и сервер агента пользователя (User Agent Server - UAS), иначе называемые клиент и сервер. Клиент UAC инициирует SIP-запросы, т.е. выступает в качестве вызывающей стороны. Сервер UAS принимает запросы и отвечает на них, т.е. выступает в качестве вызываемой стороны. Запросы могут передаваться не прямо адресату, а на некоторый промежуточный узел (прокси-сервер и сервер переадресации). Прокси-сервер (proxy server) принимает запросы, обрабатывает их и отправляет дальше на следующий сервер, который может быть как другим прокси-сервером, так и последним UAS. Таким образом, прокси-сервер принимает и отправляет запросы и клиента, и сервера. Приняв запрос от UAC, прокси-сервер действует от имени этого UAC;

- сервер переадресации (redirect server) передает клиенту в ответе на запрос адрес следующего сервера или клиента, с которым первый клиент связывается затем непосредственно. Он не может инициировать собственные запросы. Адрес сообщается первому клиенту в поле Contact сообщений SIP. Таким образом, этот сервер просто выполняет функции поиска текущего адреса пользователя;

- сервер местоположения (location server) - база адресов, доступ к которой имеют SIP-серверы, пользующиеся ее услугами для получения информации о возможном местоположении вызываемого пользователя. Приняв запрос, сервер SIP обращается к серверу местоположения, чтобы узнать адрес, по которому можно найти пользователя. В ответ тот сообщает либо список возможных адресов, либо информирует о невозможности найти их.

Пример построения сети SIP представлен на рисунке 5.

Рисунок 5 - Пример построения SIP-сети

Протокол MGCP. Рабочая группа MEGACO комитета IETF разработала протокол управления шлюзами - Media Gateway Control Protocol (MGCP). При разработке протокола управления шлюзами рабочая группа MEGACO опиралась на принцип декомпозиции, согласно которому шлюз разбивается на отдельные функциональные блоки (рисунок 6):

- транспортный шлюз - Media Gateway, который выполняет функции преобразования речевой информации, поступающей со стороны ТфОП с постоянной скоростью, в вид, пригодный для передачи по сетям с маршрутизацией пакетов IP: кодирование и упаковку речевой информации в пакеты RTP/UDP/IP, а также обратное преобразование;

- устройство управления - Call Agent, выполняющее функции управления шлюзом;

- шлюз сигнализации - Signaling Gateway, который обеспечивает доставку сигнальной информации, поступающей со стороны ТфОП, к устройству управления шлюзом и перенос сигнальной информации в обратном направлении.

Рисунок 6 - Архитектура сети, базирующейся на протоколе MGCP

Таким образом, весь интеллект функционально распределенного шлюза размещается в устройстве управления, функции которого в свою очередь могут быть распределены между несколькими компьютерными платформами. Шлюз сигнализации выполняет функции STP - транзитного пункта системы сигнализации по общему каналу - ОКС 7. Транспортные шлюзы выполняют только функции преобразования речевой информации. Одно устройство управления обслуживает одновременно несколько шлюзов. В сети может присутствовать несколько устройств управления. Предполагается, что эти устройства синхронизованы между собой и согласованно управляют шлюзами, участвующими в соединении. Для синхронизации работы устройств управления предлагается использовать протоколы H.323, SIP или ISUP/IP. Перенос сообщений протокола MGCP обеспечивает протокол UDP.

Одно из основных требований, предъявляемых к протоколу MGCP, состоит в том, что устройства, реализующие этот протокол, должны работать в режиме без сохранения информации о последовательности транзакций между устройством управления и транспортным шлюзом, т.е. в устройствах не требуется реализации конечного автомата для описания этой последовательности.

Протокол MGCP является внутренним протоколом, поддерживающим обмен информацией между функциональными блоками распределенного шлюза. Протокол MGCP использует принцип master/slave (ведущий/ведомый), причем устройство управления шлюзами является ведущим, а транспортный шлюз - ведомым устройством, которое выполняет команды, поступающие от устройства управления. Такое решение обеспечивает масштабируемость сети и простоту эксплуатационного управления ею через устройство управления шлюзами. Неинтеллектуальные шлюзы требуют меньшей производительности процессоров и, поэтому, оказываются менее дорогими. Кроме того, обеспечивается возможность быстро добавлять новые протоколы сигнализации и новые дополнительные услуги, так как нужные для этого изменения затрагивают только устройство управления шлюзами, а не сами шлюзы.

Рабочей группой MEGACO предложена следующая классификация транспортных шлюзов (Media Gateways):

- Trunking Gateway - шлюз между ТфОП и сетью с маршрутизацией пакетов IP, ориентированный на подключение к телефонной сети посредством большого количества цифровых трактов (от 10 до нескольких тыс.яч) с использованием системы сигнализации ОКС 7;

- Voice over ATM Gateway - шлюз между ТфОП и АТМ-сетью, который также подключается к телефонной сети посредством большого количества цифровых трактов (от 10 до нескольких тыс.яч);

- Residential Gateway - шлюз, подключающий к IP-сети аналоговые, кабельные модемы, линии xDSL и широкополосные устройства беспроводного доступа;

- Access Gateway - шлюз для подключения к сети IP-телефонии небольшой учрежденческой АТС через аналоговый или цифровой интерфейс;

- Business Gateway - шлюз с цифровым интерфейсом для подключения к сети с маршрутизацией IP-пакетов учрежденческой АТС при использовании, например, системы сигнализации DSS1;

- Network Access Server - сервер доступа к IP-сети для передачи данных;

- Circuit switch или packet switch - коммутационные устройства с интерфейсом для управления от внешнего устройства.

Протокол MEGACO/H.248. Рабочая группа MEGACO комитета IETF, продолжая исследования, направленные на усовершенствование протокола управления шлюзами, создала более функциональный (по сравнению с протоколом MGCP) протокол MEGACO. Но разработкой протоколов управления транспортными шлюзами, кроме комитета IETF, занималась еще и исследовательская группа SG 16 Международного союза электросвязи. Спецификации адаптированного протокола приведены в рекомендации ITU-T H.248 (протокол MEGACO/ H.248).

Для переноса сигнальных сообщений MEGACO/H.248 могут использоваться протоколы UDP, TCP, SCTP или транспортная технология ATM. Поддержка для этих целей протокола UDP - одно из обязательных требований к контроллеру шлюзов. Протокол TCP должен поддерживаться и контроллером, и транспортным шлюзом, а поддержка протокола SCTP, так же как и технологии ATM, является необязательной.

При описании алгоритма установления соединения с использованием протокола MEGACO комитет IETF опирается на специальную модель процесса обслуживания вызова, отличную от модели MGCP. Протокол MEGACO оперирует с двумя логическими объектами внутри транспортного шлюза: порт (termination) и контекст (context), которыми может управлять контроллер шлюза (рисунок 7).

Порты являются источниками и приемниками речевой информации. Определено два вида портов: физические и виртуальные. Физические порты, существующие постоянно с момента конфигурации шлюза, - это аналоговые телефонные интерфейсы оборудования, поддерживающие одно телефонное соединение, или цифровые каналы, также поддерживающие одно телефонное соединение и сгруппированные по принципу временного разделения каналов в тракт Е 1. Виртуальные порты, существующие только в течение разговорной сессии, являются портами со стороны IP-сети (RTP-порты), через которые ведутся передача и прием пакетов RTP.

Контекст - это отображение связи между несколькими портами, то есть абстрактное представление соединения двух или более портов одного шлюза. В любой момент времени порт может относиться только к одному контексту, который имеет свой уникальный идентификатор. Существует особый вид контекста - нулевой. Все порты, входящие в нулевой контекст, не связаны ни между собой, ни с другими портами. Например, абстрактным представлением свободного (незанятого) канала в модели процесса обслуживания вызова является порт в нулевом контексте.

Рисунок 7 - Примеры модели процесса обслуживания вызова

Порт имеет уникальный идентификатор (TerminationID), который назначается шлюзом при конфигурации порта. Например, идентификатором порта может служить номер тракта Е 1 и номер временного канала внутри тракта. При помощи протокола MEGACO контроллер может изменять свойства портов шлюза. Свойства портов группируются в дескрипторы, которые включаются в команды управления портами.

Основные характеристики протоколов IP-телефонии сведены в таблицу 1.

Сравнение протоколов MEGACO/H.248 и MGCP. Протокол MEGACO имеет более общую модель обслуживания вызовов, что позволяет ему лучше работать с такими соединениями как TDM-TDM, TDM-ATM, и TDM-IP, а также более гибко управлять конференциями. Еще одно различие касается транзакций. MEGACO в транзакциях содержит команды раздельно друг от друга, в то время как МGCP позволяет использовать вложенные команды, что усложняет процесс поиска команды.

MEGACO может применять в целях обеспечения безопасности заголовки аутентификации, которых нет у MGCP. Что касается мультимедиа, MEGACO позволяет микшировать аудио/видеоданные и таким образом поддерживает мультимедийный трафик, а MGCP ориентирован только на поддержку аудиоинформации. Если шлюз обнаруживает аварию на управляющем им Softswitch при помощи команд, протокол MEGACO позволяет назначить новый управляющий Softswitch. В MGCP это делается более сложным способом.

Сравнение протоколов MEGACO/H.248 и SIP. MEGACO/H.248 и SIP не соперничают друг с другом, т.к. MEGACO - это протокол, предназначенный для взаимодействия Softswitch и медиашлюзов, а SIP - это протокол взаимодействия одноранговых устройств (Softswitch или SIP-телефон). Взаимодействие транспортных шлюзов ограничено областью одного домена, т.к. они контролируются одним Softswitch. Таким образом, MEGACO не определяет систему связи в целом, ему нужен протокол для взаимодействия Softswitch, которым может быть SIP.

Сравнение протоколов MEGACO/H.248 и H.323. Как и SIP, протокол H.323 может дополнять MEGACO/H.248, поскольку тоже является протоколом, обеспечивающим взаимодействие одноранговых устройств. В этом случае MEGACO/H.248 позволит Н.323 избавиться от присущих ему проблем с масштабируемостью, доступностью и возможностью взаимодействовать с ОКС 7. В этих условиях Н.323 будет протоколом терминалов для взаимодействия друг с другом и с сетью, а MEGACO будет использоваться привратниками для управления большими шлюзами, обеспечивающими взаимодействие IP-сети, построенной согласно Н.323 с сетью ТфОП.

Протокол BICC. Для взаимодействия Softswitch между собой теоретически должен применяться протокол BICC (Bearer Independent Call Control), разработанный МСЭ. На практике более популярным становится второй протокол - SIP (SIP-T), разработанный IETF. В некоторых решениях (например, в решениях Ericsoon) используется протокол BICC. При разработке данного протокола обязательным требованием являлась поддержка сигнальных сообщений ISUP, поскольку протокол должен был обеспечить взаимодействие новой мультисервисной сети с существующими сетями ISDN. Фактически протокол BICC рассматривался как еще одна прикладная подсистема сигнализации ОКС 7, обеспечивающая экономичный переход к мультисервисной сети с сохранением большей части сигнального оборудования ISUP сетей с временным разделением каналов TDM. В свое время данный протокол позволил операторам, не желавшим вкладывать инвестиции в дальнейшее развитие TDM-сетей, предоставлять уже существующие услуги ТфОП/ISDN в пакетных сетях, а также поддерживать взаимодействие имеющихся узлов коммутации TDM узлами пакетной сети и взаимодействие узлов коммутации TDM через пакетную сеть.

Архитектура BICC предусматривает, что вызовы будут входить в сеть и выходить из нее с поддержкой BICC через интерфейсы узлы обслуживания - Interface Serving Nodes (ISN), - предоставляющие сигнальные интерфейсы между узкополосной ISUP (сетью ТфОП/ISDN с коммутацией каналов) и одноранговым узлом ISN (находящимся в пакетной сети).

В протоколе также определены:

- транзитный узел обслуживания (Transit Serving Node (TSN)) - этот тип узла обеспечивает транзитные возможности в пределах одной сети. Служит для обеспечения возможности предоставления услуги ТфОП/ISDN внутри своей сети;

- пограничный узел обслуживания (Gateway Serving Node (GSN)) - этот тип узла обеспечивает выполнение функций межсетевого шлюза для информации вызова и транспортировки, используя BICC-протокол. Обеспечивает соединение двух областей BICC, принадлежащих двум разным операторам, и это соединение состоит из двух узлов GSN, непосредственно связанных друг с другом.

На рисунке 8 представлены узлы всех рассмотренных типов.

Рисунок 8 - Протокол BICC

Имеются также промежуточные коммутаторы, через которые тракт проключается при помощи сетевой сигнализации. Эти коммутаторы характерны для сетей АТМ и в терминах BICC называются узлами ретрансляции носителя - Bearer Relay Nodes (BRN) или коммутирующими узлами - Switching Nodes (SWN), но не все сетевые технологии требуют их наличия.

Вопросы:

1. NGN - это?

2. Основные типы сигнализации, которые использует Softswitch.

3. Основной транспортный протокол для мультимедийных приложений?

4. Основной функцией протокола RTCP является?

5. Основная функция шлюза?

6. В число наиболее важных функций, выполняемых привратником, входят.

7. Сеть SIP содержит следующие основные элементы.

8. Рабочей группой MEGACO предложена следующая классификация транспортных шлюзов (Media Gateways).

10. Контекст - это?

3.6 Транспортировка информации сигнализации SIGTRAN

Транспортировка информации сигнализации по технологии SIGTRAN (рисунок 9) предназначена для передачи сообщений протокола сигнализации сети с коммутацией каналов через сеть с коммутацией пакетов и должна обеспечивать:

- передачу сообщений разнообразных протоколов сигнализации, обслуживающих соединения сетей с коммутацией каналов (CSN), например, протоколов прикладных и пользовательских подсистем ОКС 7, включая уровень 3 МТР, ISUP, SCCP, TCAP, MAP, INAP и т. д.), а также сообщений уровня 3 протоколов DSS1/PSS1 (т. е. Q.931 и QSIG);

- средства идентификации конкретного транспортируемого протокола сигнализации сети с коммутацией каналов;

- общий базовый протокол, определяющий форматы заголовков, расширения в целях информационной безопасности и процедуры для транспортировки сигнальной информации, а также (при необходимости) расширения для введения конкретных индивидуальных протоколов сигнализации сети с коммутацией каналов;

- функциональные возможности (с участием нижележащего сетевого протокола, например, IP), соответствующие нижнему уровню конкретной сети с коммутацией каналов.

Рисунок 9 - Архитектура протоколов SIGTRAN

При транспортировке сигнальной информации через инфраструктуру сети Интернет используемым промежуточным средством считается протокол передачи информации управления потоком (Stream Control Transmission Protocol - SCTP).

Протокол передачи информации управления потоком (SCTP). Протокол передачи информации управления потоком (SCTP) обеспечивает транспортировку сообщений сигнализации через сеть IP между двумя оконечными пунктами, с избыточностью доставки информации и повышенной степенью надежности. Для этого применяется стандартизованный метод, отличающийся встраиванием в протокол повышенной надежности доставки в реальном времени информации от нескольких источников по нескольким информационным потокам.

Также обеспечивается самоотключение в случае перегрузки соединения Интернет, по которому функционирует этот протокол. Интерфейс между SCTP и его сигнальными приложениями управляется через адаптационные уровни, которые образуют промежуточный уровень таким образом, чтобы сигнальные протоколы высших уровней конкретной архитектуры стека протоколов не меняли свой интерфейс с транспортной средой и внутренние функциональные возможности, когда начинают использовать SCTP вместо другого транспортного протокола. Поддерживаемая архитектура стека протоколов согласована с архитектурой Интернет.

Вопросы:

1. Транспортировка информации сигнализации по технологии SIGTRAN (рисунок 9) предназначена для передачи сообщений протокола сигнализации сети с коммутацией каналов через сеть с коммутацией пакетов и должна обеспечивать.

2. Через чего управляется интерфейс между SCTP и его сигнальными приложениями?

3. Что обеспечивает протокол передачи информации управления потоком (SCTP).

3.7 Пользовательские уровни адаптации

Пользовательский уровень адаптации ISDN (IUA). Существует необходимость доставки сообщений сигнальных протоколов сети с коммутацией каналов от сигнального шлюза (SG) ISDN к контроллеру шлюза среды передачи (MGC). Механизм доставки должен поддерживать:

- транспортировку пограничных примитивов Q.921/Q.931;

- связь между модулями управления уровнями SG и MGC;

- управление активными связями между SG и MGC.

Данным уровнем предусматривается поддержка первичного и базового доступов ISDN (PRA и BRA) как для режима "точка-точка", так и для разветвленного режима "точка - много точек". Процедуры уровня адаптации QSIG не отличаются от аналогичных процедур Q.931.

Пользовательский уровень адаптации МТР уровня 2 (M2UA - MTP2 - User Adaptation Layer). Пользовательский уровень адаптации МТР уровня 2 обеспечивает эмуляцию одного звена МТР между двумя узлами ОКС 7. Избыточность звеньев достигается посредством многоточечного подключения в пределах SCTP. В направлении к DPC (Destination Point Code - код пункта назначения ОКС 7) может иметься несколько звеньев. Избыточность приложений поддерживается на пользовательских уровнях адаптации посредством переключения с одного соединения на другое при необходимости.

При необходимости доставки сообщений сигнальных протоколов сети КК от сигнального шлюза (SG) к контроллеру шлюза среды передачи (MGC) или пункту сигнализации IP (IPSP) механизм доставки должен поддерживать:

- интерфейс на границе МТР уровня 2 и МТР уровня 3;

- связь между модулями управления уровнями SG и MGC;

- управление активными связями между SG и MGC.

Функции M2UA представлены на рисунке 10.

Таким образом, SG будет иметь возможность транспортировать сообщения МТР уровня 3 к MGC или IPSP. В случае доставки от SG к IPSP, SG и IPSP функционируют как традиционные узлы ОКС 7, используя сеть IP в качестве нового типа звена ОКС 7. Этим обеспечивается полномасштабная обработка сообщений МТР уровня 3 и соответствующие возможности управления сетью.

Рисунок 10 - Функции M2UA в Softswitch

Пользовательский уровень адаптации М 2РА. Пользовательский уровень адаптации М 2РА (MTP2 Peer-to-Peer Adaptation Layer) также обеспечивает адаптацию SCTP к МТР 3, но уже в другой области. Аналогично случаю с M2UA, уровень МТР 3 в узле сети IP (Softswitch, в частности) обменивается информацией с М 2РА, как если бы он был обычным МТР 2. Различия между М 2UA и М 2РА определяются их ролями в сетевой архитектуре: если Softswitch соединяется с сетью ОКС 7 просто на правах терминала сигнализации ОКС 7, то достаточно применения М 2UA. Шлюз SG, который использует М 2РА, сам фактически является транзитным пунктом сигнализации STP на базе IP, у него есть собственный код пункта сигнализации (DCP), он может также выполнять функции сигнализации верхнего уровня, такие как функции SCCP.

Пользовательский уровень адаптации МТР уровня 3 (M3UA). Обеспечивает интерфейс между SCTP и теми протоколами ОКС 7, которые используют услуги МТР 3, например, ISUP и SCCP. Благодаря M3UA эти протоколы не ощущают, что вместо типичной транспортировки МТР 3 применяется транспортировка SCTP поверх IP. Однако M3UA - просто адаптационный уровень между протоколами верхнего уровня и SCTP, он не является полной копией МТР 3 в IP-сети и не реализует некоторые стандартные управляющие сообщения сетевой сигнализации МТР 3 (рисунок 11).

Рисунок 11 - Протокол M3UA

Для выхода на нужный сервер приложений (Application Server - AS) в SG должна осуществляться строгая процедура присвоения. Уровень M3UA должен обслуживать несколько соединений SCTP (или хотя бы одно). Выбор соединения SCTP может производиться по одной или нескольким частям полей DPC (код пункта назначения ОКС 7).

Пользовательский уровень адаптации SCCP (SUA). Средствами сети IP возможна доставка сообщений подсистем пользователей SCCP. Архитектура такой доставки может представлять собой связь от SG OKC7 к сигнальному узлу IP (например, резидентной базе данных IP) или связь между двумя оконечными точками, расположенными в пределах сети IP (рисунок 12). Механизм доставки должен поддерживать:

- передачу сообщений пользователей SCCP;

- услугу SCCP, не ориентированную на соединение;

- услугу SCCP. ориентированную на соединение;

- взаимодействие равноуровневых объектов пользователей SCCP в полном объеме;

- управление транспортными связями SCTP между SG и одним или несколькими сигнальными узлами IP;

- функционирование сигнальных узлов IP с распределенной структурой;

- в целях управления - выдачу отчетов об изменении состояний конфигурации в асинхронном режиме.

Рисунок 12 - Протокол SUA

SCTP для MEGACO. Направленные на достижение высокой пропускной способности и доступности, реализации протокола MEGACO могут особенно эффективно использоваться в сочетании с теми возможностями образования информационных потоков, избыточности сетевой поддержки, исключения перегрузок и обеспечения высоких характеристик информационной безопасности, которые предоставляются протоколом SCTP.

Реализациями MEGACO могут применяться следующие предоставляемые SCTP возможности:

- транспортировка, основанная на передаче дейтаграмм;

- надежность доставки информации: как транспортный протокол повышенной надежности, SCTP обеспечивает механизмы восстановления пакетов информации при ее потере или дублировании. Указанное свойство позволяет упростить разработку уровня приложений;

- надежность доставки сообщений при обеспечении очередности и без таковой: при необходимости ускоренного обслуживания приложения для каждого сообщения может устанавливаться высший по сравнению с не нуждающимися в обеспечении очередности приоритет транзакций;

- передача потоков информации: SCTP в состоянии обеспечить до 65536 однонаправленных потоков в каждом направлении связи MGC-MG. SCTP передает сообщения и обрабатывает принимаемые сообщения одного потока независимо от порядка или статуса сообщений других потоков. Приложение имеет возможность эффективно избегать возникновения блокировок линии посредством передачи информации независимых друг от друга транзакций по разным потокам;

- защита против столкновений сообщений: встроенный в SCTP механизм шифрования обеспечивает защиту на узле MGC или MG;

- управление сетевыми перегрузками: средствами SCTP для обнаружения и обработки случаев перегрузки сети обеспечены эффективные средства;

- управление резервным маршрутом: для крупного MG на сетевом уровне может требоваться наличие с MGC связи, имеющей повышенную устойчивость к отказам.

В целях предоставления резервных маршрутов SCTP поддерживает функционирование нескольких находящихся в разных местах (multi-homed) узлов IP. SCTP обеспечивает проверку доступности, функции ускоренного переключения в аварийных ситуациях (switch-over/fail-over) и (потенциально) балансирование нагрузки между резервными маршрутами.

Вопросы:

1. При необходимости доставки сообщений сигнальных протоколов сети КК от сигнального шлюза (SG) к контроллеру шлюза среды передачи (MGC) или пункту сигнализации IP (IPSP) механизм доставки должен поддерживать.

2. Реализациями MEGACO могут применяться следующие предоставляемые SCTP возможности.

3. Что обеспечивает SCTP?

3.8 Концепция качества обслуживания

Концепция качества обслуживания в области телекоммуникаций и связи в настоящее время связана с понятием QoS (Quality of Service - качество обслуживания пользователя).

Качество - это совокупность характеристик объекта, относящихся к его способности удовлетворять установленные или предполагаемые потребности человека и включает три элемента - объект, потребности и характеристики.

Объект - совокупность компонентов, ответственных за средства и процессы, которые способны обеспечить качество услуги. Окружение - компоненты, ответственные за средства и процессы определения и потребления услуги необходимого качества. Количественной характеристикой качества объекта и услуги служит показатель качества. Так как имеется множество свойств объекта или услуги, то следует различать различные показатели качества, которые идентифицируются наименованием и значением, выраженным в соответствующих единицах или в безразмерном виде. Формой выражения необходимых окружению свойств объекта или услуги (показателей качества) являются требования, область допустимых значений которых регламентируется соответствующими положениями государственных стандартов - нормами.

Систематическое определение способности объекта выполнять установленные требования или степень соответствия их выполнения заданной норме является оценкой качества. Такая оценка производится путем контроля качества, включающего получение информации о фактическом состоянии объекта и/или услуги и последующее сопоставление этой информации с заранее установленными требованиями.

Общая черта видов контроля - наличие процедур измерения, анализа, тестирования и мониторинга, предназначенных для определения численных значений величин, установлению их состава, взаимосвязи и структуры, выявления зависимости характеристик от внешних и внутренних факторов и осуществления данных процедур в распределенном режиме.

В телекоммуникациях и электросвязи удовлетворение потребностей человека - это получение или передача информации в нужное время и в необходимой форме. Структура, методы описания и пути реализации качества обслуживания пользователя отражены QoS и имеют свою специфику.

Информационные и функциональные аспекты QoS включают: характеристики, показатели, параметры, контекст, семантику, категории, требования, фазы и функции управления, базовые механизмы реализации, политику управления.

QoS определяется для услуги в широком смысле, включая возможности обеспечения функций хранения и обработки информации с помощью объектов, приложений, прикладных процессов и т.д. Пользователи услуг, запрашиваемых с помощью требований QoS, представляют собой окружение для объекта, предоставляющего эти услуги непосредственно, либо через третью сторону, которая может использовать эти или иные услуги объекта.

Характеристики и показатели QoS. Характеристика QoS выражает одну из особенностей качества, которую можно выделить явно и представить количественно при отражении не реального (наблюдаемого) поведения объекта, приближенно определяемого с помощью измерений, а истинного поведения. Характеристики услуг, определяемые окружением, могут служить только формированию требований к услуге, а характеристики услуг, определяемые объектом, применяться для описания его свойств и управления этими свойствами с позиций QoS предоставляемой услуги.

Показатель QoS может рассматриваться как одна из измеряемых величин, вводимых по модели объекта (службы) при соответствующей идеализации их свойств. Показатель QoS количественно выражает фактические возможности предоставления того же аспекта качества услуги и может быть подвергнут контролю и изменению.

Параметры, контекст и семантика QoS. Характеристики, использующиеся при передаче требований от окружения к объекту, определяются параметрами характеристик QoS, а при сохранении требований в окружении и объекте - их контекстом. При этом требования QoS определяются несколькими характеристиками QoS (отражая и компромиссы между ними) и относятся или к одному отдельному сеансу взаимодействия в рамках предоставления услуги, или к нескольким сеансам, имеющим место в конкретный период времени.

Учитывая разнообразие параметров, определяющих характеристику QoS, для формирования требований QoS используют семантическую модель представления этих требований (рисунок 1).

Такая модель включает одно или более значений параметров характеристик QoS и учитывает влияние данных значений на установление QoS. Это обеспечивается введением: рабочего уровня; максимального и минимального допустимых уровней; верхнего и нижнего граничного значения; действий, определяемых при достижении граничного значения.

"Рабочий уровень" - это соглашение сторон об уровне качества услуги (QoS), отражает "нормальное" значение характеристики в процессе предоставления услуги; не должно опускаться ниже минимального допустимого уровня (LQA) и превышать максимальный допустимый (CHQ).

Рисунок 1 - Семантическая модель

Граничные значения представляют собой точки, находящиеся в диапазоне между LQA и CHQ. Обычно граничное значение задается верхним и нижнем уровнями. Для установления соответствия требований и возможностей QoS необходимо обеспечить их согласованное выражение.

Соответствие достигается введением QoS-отношений, обеспечивающих согласование сформулированных окружением требований QoS с возможностями QoS объекта в виде:

- ожидаемого поведения объекта при его участии во взаимодействии;

- ожидаемого нештатного поведения объекта и т.д.

Возможности объекта по обеспечению QoS могут включать формулировку необходимого поведения окружения, определяемую с помощью QoS-отношений, выражающих возможности системы в виде требуемого:

- поведения объекта при пользовании услугами;

- нештатного поведения объекта при использовании услуги и т.д.

Таким образом, отношение QoS определяет взаимные обязательства между объектом и его окружением и представляет собой способ выражения взаимосвязи требований и возможностей системы по обеспечению QoS:

С другой стороны, это позволяет определить QoS объекта с позиций предоставления услуги из QoS-отношения, означающего, что обязательства по QoS будут выполняться объектом до тех пор, пока окружение выполняет свои обязательства или не изменит требований к ожидаемому QoS, т.е.:

Так как при выполнении требований (ожиданий) следует реализация возможностей (обязательств), отношения QoS могут сочетаться.

Для гарантии выполнения объектом всех обязательств, связанных с предоставляемыми окружению услугами, вводятся понятия:

- предложение QoS, отражающее устанавливаемые в зависимости от характеристик компонентов и конфигурации объекта возможности по обеспечению QoS;

- контракт на QoS, включающий соглашения с учетом требований QoS, выраженных набором отношений QoS из подмножества возможностей обеспечения QoS.

Контракт заключается на основе соглашения об уровне обслуживания (SLA - Service Level Agreements), состоящего из требований окружения к QoS, предложений объекта по обеспечению QoS и их взаимных обязательств.

Существует еще другой вид контракта, базирующегося на задачах уровня обслуживания (SLO - Service Level Objectives), характеризующих лишь намерения сетевой службы решить связанные с QoS проблемы. В отличие от SLA, SLO не предполагает предоставления никаких компенсаций, т.е. SLA фактически отражает гарантии сетевой службы, полученные на основе ее возможностей по QoS. Включение в соглашение большого числа показателей увеличивает число путей повышения QoS.

Стороны, вовлеченные в обеспечение QoS, имеют неполное представление о действительно достигнутых соглашениях, поскольку существующие стандарты не требуют информирования всех сторон о полном наборе согласованных значений. Поэтому для нахождения характеристик, наиболее точно отражающих близкие по соответствующему критерию качества услуги, используется понятие категорий QoS, определяющее как общие, так и специфические характеристики потребностей окружения.

Понятие "мониторинг" означает определение параметров объектов и процессов, которые должны сохраняться в заданных пределах, то есть мониторинг - это распределенное в пространстве или во времени тестирование, анализ и измерение параметров системы с централизованным получением результатов.

Понятия диагностика и контроль неэквивалентны понятиям тестирование и мониторинг. Диагностике и контролю подвергаются объекты или параметры процесса, результат которого - качественная характеристика (она формируется в виде вывода о нахождении объекта или процесса в или вне нормы, т.е. исправен или неисправен, соответствует или не соответствует области пространства состояний, выраженной физической величиной определенных размеров или размера). Процедуры диагностики и контроля по своей информационной сущности близки и включают ряд общих процедур - измерение, анализ, тестирование.

Удалённый мониторинг. Удалённый мониторинг можно организовать по IP-сети. Основным протоколом, по которому организован мониторинг, является сетевой протокол TCP/IP. Различают локальную и глобальную информационные сети.

Локальные вычислительные сети (LAN) отличаются от других сетей тем, что они обычно ограничены умеренной географической областью (одна комната, одно здание, один район). Существует два типа компьютерных сетей: одно-ранговые сети и сети с выделенным сервером. Одно-ранговые сети не предусматривают выделение специальных компьютеров, организующих работу сети. Каждый пользователь, подключаясь к сети, выделяет в сеть какие-либо ресурсы (дисковое пространство, принтеры) и подключается к ресурсам, предоставленным в сеть другими пользователями. Такие сети просты в установке, налаживании; они существенно дешевле сетей с выделенным сервером. Сети с выделенным сервером, несмотря на сложность настройки и относительную дороговизну, позволяют осуществлять централизованное управление.

Для обеспечения совместимости программ Международная Организация по Стандартизации (ISO - International Standards Organization) разработала модель сетевой архитектуры (OSI-модель), представленную на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема модели OSI

Модель взаимодействия открытых систем (Open Systems Interconnect) описывает структуру сетевых уровней. Модель OSI содержит семь дискретных уровней, каждый из которых обеспечивает выполнение определенной части сетевых функций при обмене данными между компьютерами сети:

- физический уровень;

- канальный уровень;

- сетевой уровень;

- транспортный уровень;

- сеансовый уровень;

- представительный уровень;

- прикладной уровень.

Протокол управления передачей TCP/IP ("протокол контроля передачи"/"протокол межсетевого взаимодействия") - это установка протоколов, используемых для связи компьютерных сетей и маршрутизации движения информации между большим количеством различных компьютеров. Протоколы стандартизированы описанными допустимыми форматами, обработкой ошибок, передачей сообщений и стандартами связи.

Компьютерные системы, которые подчиняются протоколам связи, таким как TCP/IP, могут использовать общий язык. Это позволяет им передавать сообщения безошибочно к нужным получателям, несмотря на большие различия в аппаратуре и программном обеспечении различных машин. Любая машина сети может взаимодействовать с любой другой. Машины в сети называются "hosts"(главные ЭВМ) или "nodes"(узловые ЭВМ). TCP/IP обеспечивает базу для многих полезных средств, включая электронную почту, передачу файлов и дистанционную регистрацию.

Электронная почта предназначена для передачи коротких текстовых файлов. Прикладные программы для передачи файлов могут передавать очень большие файлы, содержащие программы и данные. Они также могут выполнять контрольные проверки правильности передачи данных. Дистанционная регистрация позволяет пользователям одного компьютера зарегистрироваться на удаленной машине и продолжать интерактивный сеанс связи с этой машиной.

Протокол межсетевого взаимодействия (IP) определяет несвязанную пакетную доставку. Эта доставка связывает одну или более пакетно-управляемые сети в глобальную сеть (термин "несвязанная" означает, что получающая и посылающая машины не связаны между собой непосредственным контуром; индивидуальные пакеты данных (дейтаграммы) маршрутизируются через различные машины глобальной сети к локальной сети - получателю и получающей машине; сообщения разбиваются на несколько дейтаграмм, которые посылаются отдельно; несвязанная пакетная доставка ненадежна). Отдельные дейтаграммы могут быть получены или не получены и с большой вероятностью могут быть получены не в том порядке, в котором они были посланы. TCP увеличивает надежность.

Дейтаграмма состоит из заголовка, информации и области данных. Заголовок используется для маршрутизации и процесса дейтаграммы. Дейтаграмма может быть разбита на малые части в зависимости от физических возможностей локальной сети, по которой она передается. Когда шлюз посылает дейтаграмму к локальной сети, которая не может разместить дейтаграмму как единый пакет, она должна быть разбита на части, которые достаточно малы для передачи по этой сети. Заголовки фрагментов дейтаграммы содержат информацию, необходимую для сбора фрагментов в законченную дейтаграмму. Фрагменты необязательно прибывают по порядку, в котором они были посланы. Программный модуль, выполняющий IP протокол на получающей машине, должен собирать фрагменты в исходную дейтаграмму. Если какие-либо фрагменты утеряны, полная дейтаграмма сбрасывается.

Протокол контроля передачи (TCP) работает совместно с IP для обеспечения надежной доставки. Он предлагает средства обеспечения надежности того, что различные дейтаграммы, составляющие сообщения, собираются в правильном порядке на принимающей машине и что некоторые пропущенные дейтаграммы будут посланы снова, пока они не будут приняты правильно. Первая цель TCP - это обеспечение надежности, безопасности и сервиса виртуального контура связи между парами связанных процессов на уровне ненадежных внутрисетевых пакетов, где могут случиться потери, уничтожение, дублирование, задержка или потеря упорядоченности пакетов.

...