CC BY
57ОСОБЕННОСТИ АРХИТЕКТУРЫ СЕТЕЙ СЛЕДУЮЩИХ ПОКОЛЕНИЙ И QoS
Алиева Э.Э.,
Магистр
Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности,
г. Баку, Азербайджан Магеррамов З.Т. к.т.н., доцент
Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности,
г. Баку, Азербайджан
ARCHITECTURE FEATURES OF NEXT GENERATION NETWORKS AND QoS
Alieva E.,
Master
Azerbaijan State University of Oil and Industry, Baku, Azerbaijan
Maharramov Z.
Ph.D., Associate Professor Azerbaijan State University of Oil and Industry, Baku, Azerbaijan
DOI: 10.5281/zenodo.7479812
АННОТАЦИЯ
Качество обслуживания (QoS) всегда определяется из конца в конец гетерогенной сети. Сегодня концепция NGN оказывает сильное влияние практически на каждый сектор и отрасль. В статье рассмотрены возможности и особенности NGN, показано эволюция от телефонной сети общего пользования и от мобильной сети общего пользования к ССП. Анализированы особенности функциональной распределенной архитектуры ССП, исследованы архитектуры таких протоколов как, IMS, SIP и Diameter при использовании различных механизмов QoS.
ABSTRACT
Quality of Service (QoS) is always defined end-to-end in a heterogeneous network. Today, the NGN concept has a strong impact on almost every sector and industry. The article discusses the capabilities and features of NGN, shows the evolution from the public telephone network and from the public mobile network to the NGN. The features of the functional distributed architecture of the SSN are analyzed, the architectures of such protocols as IMS, SIP and Diameter are investigated using various QoS mechanisms.
Ключевые слова: QoS, ССП, протокол SIP, протокол Diameter, протокол Radius, IMS, ААУ, протокол IETF, NACF, RACF.
Keywords: QoS, NGN, SIP, Diameter, Radius, IMS, АА^ IETF, NACF, RACF.
1. Введение
Качество обслуживания всегда определяется методом E2E, то есть end-to-end. Традиционный подход в мире ИКТ основан на поддержке сквозного QoS в сетях с использованием глобально признанных стандартов, таких как стандарты International Telecommunication Union, ITU — Международный союз электросвязи (МСЭ) для телефонии. Тем не менее, Интернет изменил телекоммуникационную игру, разделив сеть с одной стороны и услуги с другой стороны, что обеспечило возможность изобретать новые услуги на ходу без необходимости изменения базовой инфраструктуры телекоммуникационной сети. Это также является одной из причин того, что интернет-технологии стали основными или единственными пакетными сетями в настоящее время, включая сети фиксированного и мобильного доступа. Однако многие службы и приложения в одних и тех же IP-сетях усложняют подготовку QoS. Существуют миллионы различных приложений в разных экосистемах (например, в Google Play Store, Apple Store), поэтому теоретически невозможно гарантировать QoS для каждого отдельного приложения, которое приходит и уходит.
Однако некоторые из услуг и приложений являются устаревшими (например, те, которые передаются в Ш-среды из устаревших или традиционных телекоммуникационных сетей, таких как голосовая связь и телевидение), в то время как другие приложения и услуги могут рассматриваться как интернет-ориентированные. Однако не все из них получают огромное количество конечных пользователей, потому что на конечных пользователей (как людей) влияют различные факторы, включая тенденции, цену, принадлежность, опыт, регион, личную философию, бизнес-требования, время, в которое мы говорим об услугах, и так далее. Кроме того, помимо людей как конечных пользователей услуг (либо человек-человек, либо человек-машина), коммуникации машинного типа постоянно появляются и распространяются, также называемые концепцией Интернета вещей (IoT), которая основана и будет основана на тех же инфраструктурах №-сетей. Это также называется миром ИКТ, идущим в разные вертикали, подключая разные вещи к Интернету, ради человечества, чтобы сделать жизнь лучше и приятнее в качестве основной цели (умные дома, умные автомобили, умные города и т.д.) [1].
Существуют стандартизированные зонтичные спецификации для такого перехода телекоммуникационного мира к полностью IP-средам и к различным вертикалям; это сети следующих поколений (ССП) и будущие сети под эгидой МСЭ-Т [2].
2. Сети следующего поколения МСЭ
QoS в сетях электросвязи в начале XXI века напрямую связан со стандартизацией ССП МСЭ-Т [1]. Почему? Поскольку сквозной QoS напрямую связан с сигнализацией, а сквозная сигнализация должна быть стандартизирована глобально, чтобы быть одинаковой во всех телекоммуникационных сетях всех операторов связи, фиксированных или мобильных, в каждой стране. Например, сквозная сигнализация необходима для таких служб, как голосовая связь (чтобы найти устройство конечного пользователя для доставки вызова на него) или телевизор. Хотя сигнализация для голоса была создана IETF как SIP (Session Initiation Protocol), существовали и другие варианты, такие как стандарт H.323 от ITU-T для сигнализации вызова. Однако, если каждый поставщик и каждый оператор реализует некоторые стандартизированные протоколы и механизмы сигнализации (или другие), могут возникнуть проблемы с совместимостью сигнализации между различными сетями операторов, которые являются автономными по отношению друг к другу. Сквозная сигнализация стандартизированным образом, а также сквозная инициализация QoS стандартизированным способом (которая в значительной степени основана на сигнализации как необходимом «инструменте») осуществляются со стандартизацией NGN в глобальном масштабе. Таким образом, сети ССП, реализуемые операторами связи, обеспечивают основу для взаимодействия между сетями на основе стандартов и предлагают возможность наличия сквозного QoS для тех услуг, которые в этом нуждаются.
Что принесли ССП в телекоммуникационный мир? Они ввели концепцию Интернета (выигрышную концепцию в пакетных сетях) разделения услуг и базовых сетей (включая все типы сетей и услуг). Это обеспечивает возможность наличия различных типов сетей доступа, таких как фиксированный доступ (на основе меди или волокна), сопровождаемый доступом Ethernet или WiFi в нескольких метрах, и мобильные сети доступа (например, от 2G до 5G и далее).
ССП - это полностью IP-сети, что реализуется как конвергенция PSTN/PLMN к Интернету как единой сетевой платформе для всех типов услуг, как существующих, так и будущих. Однако можно отметить, что традиционные телекоммуникационные сети повлияли на концепцию сетей NGN, особенно для сквозных VoIP и IPTV с поддержкой QoS.
Традиционные сети электросвязи (до появления ССП) были разработаны в первую очередь для
передачи цифровой голосовой связи с коммутацией каналов с использованием унифицированного битового потока 64 кбит/с в каждом направлении для единого голосового соединения (стандарт голосового кодека ITU-T G.711). Такие сети были основаны на простых телефонных устройствах (без каких-либо вычислительных возможностей), транспортных сетях с коммутацией каналов, основанных на мультиплексировании с временным разделением (TDM) с «слотами пропускной способности» 64 кбит/с (например, транспортные сети SDH/SONET (синхронные оптические сети), сложных и дорогостоящих цифровых обмена, расположенных в сетях операторов связи, и использовании глобально унифицированной системы сигнализации No 7 (SS7, стандартизированной МСЭ-Т). Как показано на рис. 1, эволюция от телефонной сети общего пользования (ТСОП) и PLMN к ССП осуществляется путем постепенной замены транспортных систем и интерфейсов на основе TDM, узлов сети с коммутацией каналов (например, телефонных станций) и сигнализации SS7 (которая основана на пакетах, отделена от пользовательского трафика, но не основана на IP) транспортными сетями IP/MPLS, меди-ашлюзами и сигнализацией на основе IP (например, SIP), соответственно.
NGN определяет IP на сетевом уровне от начала до конца, и такое требование определяет концепцию сети all-IP. Это означает, что все сети доступа, основные (или магистральные) и транзитные сети в NGN основаны на IP. С одной стороны, IP скрывает нижние уровни протокола (т.е. OSI-1 и OSI-2) от верхних уровней, поэтому NGN может иметь одноядерную и транспортную сетевую инфраструктуру для различных фиксированных и беспроводных сетей доступа. В принципе сети all-IP соединение между сетями также осуществляется через IP-соединения, установленные между парами маршрутизаторов или контроллеров шлюза.
С другой стороны, IP скрывает сетевые интерфейсы от верхних уровней протокола (например, транспортного и прикладного уровней), обеспечивая тем самым единую сетевую абстракцию (через интерфейс сокета) для приложений, работающих в верхней части стека IP (даже в тех случаях, когда на данном хосте есть несколько сетевых интерфейсов). Таким образом, в то время как Интернет был спроектирован с разделенными транспортными и служебными частями, с IP (включая как IPv4, так и IPv6) в качестве основного протокола между ними на каждом хосте и каждом сетевом узле, подключенном к Интернету, NGN помещает это в четко определенную структуру, которая определяет функциональные возможности в данных сетевых узлах и узлах конечных пользователей.
Рис. 1. Изменение концепции сети от традиционных телекоммуникационных сетей к ССП
2.1. Транспортный и сервисный уровень ССП
Следуя интернет-философии разделения услуг/приложений и транспортных сетей, NGN предоставляет то же самое для устаревших услуг (голос, телевидение) через 1Р-сети и некоторых новых услуг (например, сервисов 1оТ) [1]. Это разделение осуществляется в ССП путем определения двух отдельных блоков функциональных возможностей (называемых уровнями), которые определяют базовую эталонную модель для ССП [3]:
• Уровень услуг NGN: он предоставляет пользовательские функции, которые связаны с передачей данных, связанных с обслуживанием (например, сигнальной и управляющей информации, связанной с голосом, видео, данными и всеми другими услугами), в сетевые сервисные функции, которые управляют сервисными ресурсами и сетевыми услугами с целью включения пользовательских приложений и услуг. Таким образом, сервисный уровень обеспечивает исходящие и завершающие вызовы/сеанс между конечными узлами (т.е. хостами, узлами сети). Обычно он состоит из серверов, баз данных и сервисных функций на различных сетевых элементах (например, маршрутизаторах, коммутаторах, шлюзах) и пользовательских устройствах.
• Транспортный уровень ССП: предоставляет функции, которые передают различные пользовательские данные. Со стороны сети транспортный
уровень предоставляет функции, которые контролируют и управляют транспортными ресурсами для сквозной передачи данных. Соответствующие передаваемые данные могут содержать информацию о пользователе, управлении и/или контроле. Этот уровень обычно включает в себя сетевые узлы, такие как маршрутизаторы и коммутаторы и каналы для их соединений, с различными наборами функций для обеспечения передачи всех видов информации (пользовательские данные, управляющие данные или данные управления).
На рис. 2 показано разделение сервисного и транспортного уровней ССП.
Разделение включает в себя все плоскости в телекоммуникационных сетях: плоскость пользователя (относится к данным, сгенерированным или полученным устройством конечного пользователя, таким как голос, видео, веб-страницы, электронные письма), плоскость управления (относится к управлению вызовами/сеансами, таким как сигнализация) и плоскость управления (относится к взаимодействию между объектами, связанными с конфигурацией, учетом, управлением сбоями, производительностью и управлением безопасностью). В целом, обе уровни состоят из разных типов функций. Основной целью функциональной архитектуры NGN являются услуги реального времени, включая разговорные мультимедиа (например, VoIP с видео или мультимедийной телефонией) и услуги доставки контента (например, IPTV). Функциональная архитектура NGN показана на рис. 3.
Рис. 2. Уровни транспорта и услуг в ССП
Центральное место в архитектуре NGN для функций управления зарезервировано для функций контроля доступа к сети (NACF). Они взаимодействуют с другими функциональными объектами в транспортном уровне (функции управления ресурсами и допуском (RCF), функции управления мобильностью (MMCF) и несколько транспортных функций), с сервисным уровнем (функции управления обслуживанием (SCF)) и с оборудованием клиента. Один NACF может использоваться для нескольких сетей доступа, подключенных к одному и тому же ядру NGN, но он не требуется в архитектуре NGN (это выбор дизайна сети).
2.2. Архитектура служб в NGN
Основная часть сервисной архитектуры в NGN ориентирована на стандартизированные системы сигнализации в качестве замены SS7 (Signaling System 7), которая была наследием в цифровых телефонных сетях (PSTN). Хотя SS7 была системой на основе пакетов, она не была IP-системой. С переходом на полностью IP-сети трафик SS7 начал туннелироваться через базовые сети на основе IP (например, в базовых сетях многих мобильных операторов в 2010-х годах). Стандартизированная сигнализация в среде all-IP для устаревших, а также для инновационных услуг основана на мультимедийной подсистеме Интернет-протокола (IMS).
«
S X
<D «
a л
с
^
s
s «
X
9
"С
Приложения
J
Уровень услуг
Вспомогательные функции приложений/сервисов
Фу нкпии управления услугами и доставки "х контента
"Л
SCF
Г V
CDF
3
г ^
(nacf
MMCF
Функции управления транспортом
Функции транспорта
Транспортный уровень
р
у
г S а
с е т
S
Средства Контроль Управление
CDF - функции доставки средств MMCF - Функции управления мобильностью NACF - Функции подключения к сети и управления RACF - Функции управления ресурсами и допуском SCF - Функции управления обслуживанием
Рис. 3. Функциональная архитектура NGN
Первоначально IMS была стандартизирована с 3GPP Release 5 в форме среды разработки приложений. 3GPP Release 7 также направил акцент на замену телефонии в IP-сетях, независимо от типа доступа (т.е. фиксированного или мобильного). Общая версия IMS была стандартизирована в 3GPP Release 8, который реализовал требования, отличные от всех других органов по стандартизации мобильных и фиксированных сетей (ITU, 3GPP2 и т.д.). Хотя IMS стандартизирована 3GPP, она включена как неотъемлемая часть уровня обслуживания NGN [4]. Кроме того, он стал устаревшим подходом для развертывания конвергенции фиксированной и подвижной связи (FMC) [5], поскольку IMS независима от доступа, что означает, что одни и те же системы могут использоваться для обоих основных типов сетей доступа, фиксированного доступа и мобильного доступа. Кроме того, 3GPP продолжает
разработку IMS и ее функциональных возможностей в дальнейших выпусках после Release 8, который определил общую версию IMS [6].
IMS использует стандартизированные протоколы IETF, из которых наиболее важным (для IMS) является SIP [3], в качестве протокола сигнализации и управления для различных услуг, включая услуги мультимедийных сеансов (например, услуги голосовой и видеотелефонии, предоставляемые операторами связи) и некоторые несессионные услуги (например, услуги обмена сообщениями, предоставляемые операторами связи). В целом, IMS использует SIP для передачи сигналов так же, как PSTN/ISDN (Integrated Services Digital Network) использовали SS7. Однако SS7 (в прошлом) и структура NGN (в настоящее время) стандартизированы МСЭ, SIP и протокол Diameter стандартизированы IETF, в то время как сама IMS является стандартом 3GPP. Таким образом, у нас есть три
различных ОРС с синергией в обеспечении общей сетевой среды IP для устаревших телекоммуникационных услуг, таких как голосовые услуги.
На практике IMS изначально использовалась для голосовых услуг в фиксированных сетях в первой половине 2010-х годов, а затем в мобильных сетях во второй половине 2010-х годов. Хотя IMS может поддерживать широкий спектр услуг, и в течение 2010-х годов крупные операторы связи предпринимали усилия по внедрению таких инноваций, похоже, что операторы связи (телекоммуникационные компании) не могут соответствовать темпам поставщиков услуг Over the Top (OTT — метод предоставления видеоуслуг через Интернет, например, Google, Facebook, Amazon) в инновациях интернет-услуг для конечных пользователей (пользователей-людей). Таким образом, хотя IMS обеспечивает среду для многих новых услуг, она появилась на рынке позже, и операторы связи обычно имеют более длительное время от инноваций до рынка (из-за разных причин, таких как законодательство в данной стране, необходимость иметь устойчивое экономическое обоснование, иметь большую корпоративную иерархию, иметь ограниченные национальные рынки и т.д.). В следующих разделах определяются основные аспекты функций IMS и двух наиболее важных сопутствующих протоколов, SIP и Diameter.
2.3. Архитектура IMS
IMS является основной системой сигнализации в NGN, но она была стандартизирована 3GPP (3G Partnership Project), а также принята другими SDO в своей «общей» версии (3GPP Release 8). В целом, IMS не зависит от доступа, поэтому одна и та же система может быть включена как для фиксированных, так и для мобильных сетей доступа. Он в первую очередь ориентирован на услуги, требующие сквозной сигнализации, включая VoIP и IPTV с поддержкой QoS.
На рис. 4 показана архитектура IMS с ее функциональными сущностями. Обратите внимание, что слова «функция» (в терминологии 3GPP) и «функциональная сущность» (в терминологии NGN) относятся к одним и тем же функциональным сущностям IMS.
Основными функциональными сущностями в архитектуре IMS являются три типа функций управления сеансами вызовов (CSCF):
• Функция управления сеансом прокси-вызова (P-CSCF). Это первая точка контакта на стороне IMS для пользовательского оборудования (например, мобильного терминала, фиксированного терминала). P-CSCF действует как прокси-узел SIP и взаимодействует с подсистемой контроля допуска для обеспечения авторизации компонентов мультимедиа, которые могут быть предоставлены с соответствующим QoS. Во многих реализациях P-CSCF также ведет себя как пользовательский агент (UA) с целью скрытия функций IMS от терминалов конечного пользователя.
Рис. 4. Архитектура IMS
• Функция управления сеансом обслуживания вызовов (S-CSCF). Это центральный узел в архитектуре IMS, который имеет функциональные возможности SIP-сервера. Основной функцией этого узла является управление сеансами/вызовами. S-CSCF ведет себя также как регистратор SIP, поскольку он принимает запросы на регистрацию, а затем делает регистрационную информацию доступной через сервер местоположения (то есть домашний сервер подписчиков (HSS)). Кроме того, он связывает публичный IP-адрес (выделенный сетевому интерфейсу оборудования конечного пользователя) с SIP-адресом. В отличие от P-CSCF, S-CSCF всегда находится в домашней сети абонента и использует протокол Diameter для доступа к базе данных HSS
с целью получения профилей пользователей. Данный оператор связи может реализовать несколько узлов S-CSCF в сети для целей балансировки нагрузки и меньшего времени кругового пути для сигнализации. Следует отметить, что S-CSCF может также вести себя как прокси-сервер SIP или пользовательский агент SIP для независимого инициирования или завершения сеансов SIP и поддержки взаимодействия с сервисными платформами.
• Функция управления сеансом опроса-вызова (I-CSCF). Это функция определения местоположения SIP, расположенная на границе сети IMS. I-CSCF является первым контактом для всех входящих сообщений из других сетей на основе IMS, по-
этому IP-адрес узла I-CSCF хранится в DNS операторского уровня, поэтому завершение вызовов / сеансов из IMS в другой сети может найти конечный IMS (где находится вызываемая сторона). Однако все SIP-запросы, получаемые I-CSCF из других сетей, направляются в S-CSCF в качестве центрального узла IMS.
Помимо трех CSCF, «основная» часть IMS включает в себя дополнительные функциональные сущности, из которых наиболее важными являются следующие:
• Функция управления шлюзом прорыва (BGCF). Он используется для обработки запросов пользователей на маршрутизацию из S-CSCF в ситуациях, когда S-CSCF определил, что он не может использовать маршрутизацию сеанса с помощью DNS.
• Функция контроллера медиашлюза (MGCF). При этом выполняется трансляция сигналов между SIP и ISUP (пользовательская часть ISDN, из системы сигнализации SS7 в ТСОП).
• Функция мультимедийных ресурсов (MRF). Он разделен на две части:
- Контроллер функции мультимедийных ресурсов (MRFC) является сигнальным узлом, который интерпретирует информацию, поступающую с сервера приложений и S-CSCF, и в дальнейшем использует такую информацию для управления ме-диапотоком в MRFP.
- Процессор функции мультимедийных ресурсов (MRFP) представляет собой узел плоскости пользователя, который обеспечивает смешивание потоков мультимедиа.
Чтобы охватить полную архитектуру, показанную на рисунке 4, следует также отметить следующие сущности IMS:
• Домашний абонентский сервер (HSS). Это основная пользовательская база данных в архитектуре IMS, которая содержит профили домашних подписчиков, информацию о подписке и сетевое расположение пользователя (т.е. IP-адрес). Кроме того, HSS обеспечивает аутентификацию и авторизацию пользователей на основе запросов от сущностей CSCF.
• Функция определения местоположения абонента (SLF). Это функция разрешения МСМ, которая предоставляет информацию о HSS, которая имеет информацию о данном пользователе IMS (например, по запросам I-CSCF, S-CSCF).
• Сервер приложений. При этом размещается и выполняется заданное обслуживание, а также используется SIP для связи с S-CSCF.
• Функция пограничного контроля (IBCF). Он используется в качестве шлюза для внешних сетей и обеспечивает функции брандмауэра и NAT (преобразования сетевых адресов) в архитектуре IMS.
IMS используется для различных служб и различных сетей доступа, которые основаны на полном IP. Он может использоваться в фиксированных сетях, таких как сети xDSL, пассивные оптические
сети (PONs), Ethernet с поддержкой QoS, кабельные сети, а также мобильные сети (например, Универсальная мобильная телекоммуникационная система (UMTS), LTE / LTE-Advanced) и беспроводные сети (например, WiMAX, Worldwide Interoperability for Microwave Access). В телекоммуникационных сетях NGN с развернутой IMS услуги операторов связи с поддержкой QoS предоставляются с использованием сигнализации через IMS, которая дополнительно связывается с RACF для резервирования ресурсов в архитектуре NGN. Однако наиболее важными протоколами сигнализации, используемыми в IMS и в целом в NGN, являются SIP и Diameter.
2.4. Протокол запуска сеанса (SIP)
SIP - это сигнальный протокол для IP-сетей, который стандартизирован IETF [6]. SIP появился во второй половине 1990-х годов (когда доминирование ИС в мире данных стало очевидным) и был завершен в начале XXI века. Хотя это уже хорошо известный и зрелый протокол, его основное влияние на телекоммуникационный мир становится более очевидным с переходом устаревших телекоммуникационных сетей к полностью IP-сетям, то есть к NGN, что уже начало происходить в фиксированных сетях и будет продолжать происходить в мобильных сетях с существующими разработками 4G и 5G.
SIP может использоваться в качестве компонента с другими стандартизированными протоколами IETF для мультимедиа, включая HTTP, Протокол потоковой передачи в реальном времени (RTSP) [7] и Протокол описания сеансов (SDP) для описания мультимедийных сеансов [8]. Для передачи мультимедиа в реальном времени (например, голоса, потокового видео) SIP обычно использует RTP [9].
SIP — это клиент-серверный протокол, основанный на SIP-запросах от клиента к серверу и ответах в обратном направлении. Например, в случае IP-телефонии операторского уровня вызывающий абонент выступает в качестве клиента, а вызываемая сторона выступает в качестве сервера. Один вызов может включать в себя несколько клиентов и серверов, и один хост может быть адресован как клиент и как сервер для данного вызова. Как правило, вызывающий абонент SIP также может напрямую связаться с вызываемой стороной, используя ее IP-адрес (ранее разрешенный из SIP-адреса), который является одноранговой связью SIP. Таким образом, SIP можно использовать как на клиент-сервере, так и в одноранговой манере.
Как правило, SIP является текстовым протоколом, похожим на HTTP (и HTTP был похож на SMTP для обмена электронной почтой). SIP использует сообщения в режиме запроса/ответа, аналогично http. Для этой цели SIP определяет шесть основных сообщений, используемых для настройки, управления и завершения сеанса, как указано в таблице 1.
Таблица 1.
Описание сообщений SIP_
Сообщение SIP Описание
INVITE Сообщение инициализации сеанса SIP
ACK Ответ-подтверждение при получении успешного сообщения запроса SIP (например, сообщения INVITE).
BYE Сообщение о завершении сеанса SIP.
CANCEL Отменить уже начатый процесс инициализации (например, используется, когда клиент посылает INVITE, а затем меняет свое решение о вызове).
REGISTER Используется агентом пользователя SIP (в пользовательском оборудовании) для регистрации своего текущего IP-адреса и универсальных кодов ресурса (URI) SIP, для которых пользователь хочет принимать вызовы.
OPTIONS Используется для запроса информации о возможностях вызывающего абонента, при этом это сообщение не настраивает сеанс сам по себе (сеанс настраивается только с сообщением INVITE).
Ответы для сообщений SIP используются в том же формате, что и ответы для HTTP (которые появились до SIP). Таким образом, подобно традиции, уже установленной IETF для его стандартизированных протоколов на прикладном уровне, SIP не изобретает велосипед, когда он не нужен (например, для кодов ответа SIP и сообщений). Все коды ответа сгруппированы в шесть групп, где каждая группа кодов обозначается первой цифрой (группы кодов ответа приведены в таблице 2).
Чтобы пригласить данную сторону на сессию, SIP использует свои схемы именования/адресации.
Имя узла в универсальном коде ресурса (URI) содержит либо полное доменное имя (FQDN), либо IP-адрес (IPv4- или ^6-адрес). При необходимости используется номер порта. Если он опущен, по умолчанию используются номера портов SIP, которые являются портами 5060 и/или 5061 (для TCP и UDP в качестве протоколов транспортного уровня). Общая форма универсального кода ресурса (URI) SIP следующая:
sip: (user[: password]@}host[: port] [; uri
— parameters] [? headers] sips: {user[: password]@}host[: port][; uri
— parameters] [? headers]
Поскольку наиболее часто используемой формой адресации в Интернете во время стандартизации SIP (т.е. в 2002 году) была форма адресов электронной почты (например, user@FullyQualifiedDomainName) и схемы URI (Uniform Resource Identifier) (например, http://www.example.com для WWW), SIP также принимает схему URI и схему адресации пользователей, основанную на общем стандартном синтаксисе (используемом для WWW и электронной почты).
Таблица 2.
Как правило, существует два типа сетевых элементов SIP, т.е. два типа пользовательских агентов (UA):
• Клиент агента пользователя (UAC). Это делает SIP-запросы и отправляет их на серверы.
• Сервер агента пользователя (UAS). Он получает запросы, обрабатывает их и возвращает ответы SIP.
Что касается SIP UA, один UA может функционировать как UAC и UAS, где роли UAC или UAS длятся только во время данной транзакции SIP. SIP UA — это логическая конечная точка в сетевой архитектуре SIP, которая используется для создания или получения SIP-сообщений, используемых для управления сеансами SIP. На стороне SIP-серверов
Группы кодов ответов
Код ответа SIP Описание
1xx Предварительный ответ, используемый SIP-серверами для указания прогресса, но не завершающий SIP-транзакцию (например, 100 попыток).
2xx Ответ успеха, который означает, что действие было успешно получено, понято и принято (например, 200 Ок).
3xx Ответ перенаправления, который указывает на необходимость дальнейших действий для завершения данного запроса (например, 302 Moved Temporarily).
4xx Ошибка клиента, которая обычно означает, что запрос содержит неправильный синтаксис или не может быть выполнен сервером (например, 404 Not Found).
5xx Ошибка сервера, которая представляет собой ошибку сервера на данный корректный запрос со стороны клиента (например, 504 Server Time-out).
6xx Глобальный отказ, который означает, что запрос не может быть выполнен ни одним сервером (например, 603 Decline).
существует несколько типов серверов, определенных IETF, которые включают сервер перенаправления (используемый для перенаправления запросов клиента SIP на соответствующие SIP-серверы), прокси-сервер (используемый для применения сетевой политики), сервер регистратора (предоставляет привязку IP-адреса клиента с одним или несколькими URI SIP) и службу определения местоположения (база данных, в которой хранится информация о местоположении пользователя), как показано на рисунке 5.
2.5. Протокол Diameter Diameter стандартизируется IETF, чтобы обогнать своего предшественника, протокол RADIUS. Он разработан как рамочный протокол для аутентификации, авторизации и учета (AAA), который работает на прикладном уровне. Diameter был принят 3GPP для IMS, а вместе с ним и в NGN.
Протокол Diameter был первоначально указан IETF в RFC 3588, но в 2012 году появилась новая
Сервер
Исходящий прокси-сервер
версия с RFC 6733 [10]. На его название повлияло название его предшественника, RADIUS — диаметр окружности в два раза больше радиуса, что указывает на идею о том, что Diameter создан для функционирования «в два раза» лучше, чем RADIUS.
Diameter — это протокол на основе сообщений (каждое такое сообщение передается в отдельном IP-пакете). Существует два типа сообщений Diameter: сообщения запроса и сообщения ответа [10]. Каждое сообщение Diameter содержит заголовок, за которым следует тело пакета, которое состоит из одной или нескольких пар атрибут-значение (AVP). AVP используется для инкапсуляции данных, специфичных для протокола, которые могут включать (но не ограничиваются) информацию QoS, информацию о трафике, информацию о маршрутизации, информацию об аутентификации, авторизации и учета (ААУ) и т.д.
Регистратор
Агент пользователя SIP (Пользователь А)
Агент пользователя SIP (Пользователь В)
DNS - система доменных имен
RTP - транспортный протокол реального времени
SIP - протокол пннцннровання сеанса
Рис.5 Архитектура сети SIP
Diameter определяется как среда для различных приложений для использования для разных целей (поэтому это расширяемый протокол с течением времени). Для различения приложений IANA выделяет идентификатор приложения (32 бита), который помещается в заголовок пакета Diameter (т.е. сообщение).
Сетевая архитектура Diameter состоит из узлов конечного хоста (клиентов и серверов) и агентов Diameter. В целом, можно выделить четыре типа агентов Diameter:
• Ретрансляторный агент. Он используется для маршрутизации сообщения на другие узлы Diameter, используя информацию о маршрутизации в сообщении (например, Destination-Realm AVP).
Этот узел не изменяет сообщение Diameter, а только объявляет свой идентификатор приложения.
• Прокси-агент. Он выполняет ту же функцию маршрутизации сообщений Diameter, что и агент ретрансляции, но этот узел также может изменять сообщения Diameter. Прокси-серверы должны поддерживать состояния своих подчиненных одноранговых узлов (т.е. устройств), в то время как применение заданных политик прокси-агентами обычно зависит от приложения.
• Агент перенаправления. Он просто отвечает на запросы ответами, без маршрутизации или пересылки сообщений Diameter на другие узлы.
• Переводчик. Он преобразует сообщения RADIUS в сообщения Diameter и наоборот.
Диаметр включает в себя ряд AVP, связанных с QoS. Например, Модель Трафика (TMOD) AVP [11] используется для описания источника трафика на основе следующих параметров: скорость токена, глубина корзины, пиковая скорость трафика, минимальный блок полиции и максимальный размер пакета.
Diameter также имеет стандартизированное приложение QoS [12], предназначенное для того, чтобы позволить сетевым объектам взаимодействовать с серверами Diameter для целей распределения ресурсов QoS в данной сети. Определены два режима работы:
• Режим вытягивания. В этом режиме сетевой элемент запрашивает авторизацию QoS от сервера Diameter, которая основана на определенной триг-герной информации (например, из протокола сигнализации QoS).
• Режим нажатия. В этом режиме сервер Diameter проактивно отправляет команду заданным сетевым элементам с целью установки состояния авторизации QoS. Триггер для этого режима может быть выполнен по протоколу передачи сигналов вне пути, где SIP является типичным примером.
Поток управления диаметром Поток данных приложения
Рис.6. Архитектура Diameter для QoSААУ
Существует набор кодов диаметра, определенных для приложения QoS, которое предназначено для поддержки режимов push и pull. Применение QoS Diameter выполняется в заданной структуре QoS, как показано на рис. 6. Приложение Diameter QoS функционирует между сетевыми элементами (например, маршрутизатором, поддерживающим QoS, который действует как клиент Diameter, который запускает информацию QoS в режиме Pull и получает информацию QoS в режиме Push) и объектом приложения (то есть сервером Diameter, который поддерживает приложение QoS и может авторизовать запросы QoS для потока или агрегата данного приложения). Облако ААУ на рис. 6 представляет собой облако серверов Diameter, которые взаимодействуют друг с другом. Сетевые элементы запрашивают авторизацию через облако ААУ на
основе входящих запросов QoS. Авторизующий орган (AE) выбирает соответствующий режим (push или pull) после получения запроса QoS. Облако ААУ (рис. 6) может также включать деловые отношения, необходимые в случаях взаимосвязей между сетевыми провайдерами или между данными сетевыми операторами и поставщиками приложений в качестве третьих лиц.
Как правило, NGN использует Diameter в качестве основного протокола для ААУ и управления подписками пользователей (т.е. это основной протокол для связи с HSS, базой данных пользователей в ССП).
Наконец, SIP и Diameter стандартизированы IETF и стали важнейшими элементами в IMS, разработанной 3GPP, и в NGN, разработанной МСЭ. Таким образом, их можно отметить в качестве примеров синергизма между ОРС, которая началась в
XXI веке и нацелена на наличие единых стандартов в глобальном масштабе, что особенно важно для плоскости управления в телекоммуникационных системах, где принадлежат SIP и Diameter. С точки зрения ССП, оба протокола относятся к сервисному пласту вместе с IMS в качестве их системного зонтика. Плоскость управления имеет решающее значение для сквозной подготовки QoS, поскольку она напрямую связана с профилями служб пользователей в системе и сигнализацией в плоскости управления относительно распределения ресурсов для данного вызова или сеанса (или просто потока, обработанного по отдельности или агрегированного с одними и теми же потоками классов).
Выводы. Сегодня концепция NGN оказывает сильное влияние практически на каждый сектор и отрасль. В этой статье мы кратко рассмотрели возможности и особенности NGN. Телекоммуникационные системы должны передавать все виды информации всем пользователям из любой точки мира в 24/7. Такими сетями являются именно сети связи, построенные согласно концепции Сети следующего поколения. ССП предоставляют различные сетевые услуги: высокоскоростная передача данных, видеотелефонные связи, комплекс IP-телевидения, IP-телефония, видеоконференции, услуги документооборота, доступ в Интернет, создание мультисервисных Intranet. В работе показано эволюция от телефонной сети общего пользования и от мобильной сети общего пользования к ССП. Центральное место в архитектуре ССП для функций управления отведено функциям управления доступом к сети. Анализированы особенности функциональной распределенной архитектуры
ССП, исследованы архитектуры таких протоколов как, IMS, SIP и Diameter при использовании различных механизмов QoS. Определены функции уровней базовой архитектуры.
Литература
1. Janevski, T. (2014). NGN Architectures, Protocols and Services. Chichester: Wiley.
2. ITU-T Recommendation Y.3001, Future Networks: Objectives and Design Goals, May 2011.
3. J. Rosenberg, H. Schulzrinne, G. Camarillo, A. Johnston, J. Peterson, R. Sparks, M. Handley, E. Schooler, SIP: Session Initiation Protocol, RFC 3261, June 2002.
4. ITU-T Recommendation Y.2021, IMS for Next Generation Networks, September 2006.
5. ITU-T Recommendation Y.2808, Fixed Mobile Convergence with a Common IMS Session Control Domain, June 2009.
6. 3GPP TS 23.228, IP Multimedia Subsystem (IMS); Stage 2 (Release 12), June 2013.
7. IETF RFC 7826, Real-Time Streaming Protocol Version 2.0, December 2016.
8. IETF RFC 4566, SDP: Session Description Protocol, July 2006.
9. IETF RFC 3550, RTP: A Transport Protocol for Real-Time Applications, July 2003.
10. IETF RFC 6733, Diameter Base Protocol, October 2012.
11. IETF RFC 5624, Quality of Service Parameters for Usage with Diameter, August 2009.
12. IETF RFC 5866, Diameter Quality-of-Service Application, May 2010.
