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[交换网技术] NGN协议先容 [复制链接]

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发表于 2004-12-7 23:11:00 |显示全部楼层
NGN协议先容  
作 者:  王卫军  





一、概述

  NGN的目标是建设一个能够提供话音、数据、多媒体等多种业务的,集通信、信息、电子商务、娱乐于一体,满足自由通信的分组融合网络。为了实现这一目标,IETF、ITU-T制定并完善了一系列标准协议:H.248/Megaco、SIP、BICC、SIGTRAN、H.323。

H.248/Megaco:IETF、ITU-T制定的媒体网关控制协议,用于媒体网关控制器和媒体网关之间的通信;
SIP:IETF制定的会话初始协议,用于多方多媒体通信;
H.323:ITU-T制定的IP电话和多媒体通信协议,提供VoIP和多媒体应用;
BICC:ITU-T制定的与承载无关的呼叫控制协议,可使呼叫控制与承载控制分离;
SIGTRAN:由IETF SIGTRAN组织制定的在IP网上传送PSTN/ISDN的信令协议。
二、协议体系

 1、协议分类



图1 NGN的各种协议及其分布(点击放大)

  NGN协议包含非对等和对等两类协议。非对等协议主要指媒体网关控制协议H.248/Megaco;对等协议包括SIP、H.323、BICC等,SIGTRAN为信令传送协议。由于历史原因,NGN系列协议有些相互补充,有些则相互竞争。H.248/Megaco是一个非对等主从协议,与其它协议配合可完成各种NGN业务。SIP、H.323均为对等协议,存在竞争关系,由于SIP具有简单、通用、易于扩展等特性,逐渐发展成为主流协议。图1和图2分别为各协议之间的关系/分布与其体系结构。



图2 NGN协议体系结构(点击放大)

 2、 协议应用和发展

  NGN是一个融合网络,包括PSTN/ISDN、H.323、ATM/IP等网络,网络互通是NGN成功的必要条件。NGN网络主要包括软交换、媒体网关、信令网关、智能终端和各种数据库/服务器等。SIP协议是NGN多媒体通信协议,用于软交换、SIP服务器和SIP终端之间的通信控制和信息交互,扩展的SIP-T可使SIP消息携带ISUP信令;在需要媒体转换的地方可设置媒体网关,H.248/Megaco为媒体网关控制器(MGC),用于控制媒体网关,完成媒体转换功能,它并不负责呼叫控制功能;H.323也是多媒体通信协议,它比SIP、H.248/Megaco的发展历史更长,是一项复杂的协议,升级和扩展性不是很好,SIP+H.248/Megaco可取代H.323,为了与H.323网络互通,NGN必须支撑该项协议;SIGTRAN用于解决IP网络承载七号信令的问题,它允许七号信令穿过IP网络到达目的地;BICC可使ISUP协议在不同承载网络(ATM、IP、PSTN)上传送。

  随着网络、应用和需求的发展以及团体协作的进展,各种标准不断完善、升级。目前,NGN网络信令有两大阵营:第一种持纯IP观点,重点关注SIP(会话初始协议)、TRIP (通过IP的电话路由)和ENUM (IETF提议的电子编码);第二种强调NGN与PSTN的结合,关注ITU信令传输协议SIGTRAN。

三、主要协议概况

 1、H.248/Megaco

  H.248/Megaco协议是网关分离概念的产物。网关分离的核心是业务和控制分离,控制和承载分离。这样使业务、控制和承载可独立发展,运营商在充分利用新技术的同时,还可提供丰富多彩的业务,通过不断创新的业务提升网络价值。
  H.248/Megaco是在MGCP协议(RFC2705定义)的基础上,结合其它媒体网关控制协议特点发展而成的一种协议,它提供控制媒体的建立、修改和释放机制,同时也可携带某些随路呼叫信令,支撑传统网络终端的呼叫。该协议在构建开放和多网融合的NGN中,发挥着重要作用。

 【基本概念】

终端(Termination)
  终端是H.248/Megaco协议的两个主要抽象概念之一,是MG逻辑实体,能够发送和/或接收一种或多种媒体,如模拟用户接入网关中的电话线、中继网关中的中继电路,一个终端在任一时刻属于且只能属于一个上下文。
上下文(Context)
  上下文也是H.248/Megaco协议的两个主要抽象概念之一,它是一些终端之间的联系,是描述终端间拓扑关系和媒体混合/交换的参数,可通过Add命令进行创建,通过Subtract 、Move命令进行删除。
协议先容
  H.248/Megaco协议的一条消息包含着一个或多个事务处理,每个事务处理包含一个或多个上下文,每个上下文包含一个或多个命令,每个命令包含一个或多个描述符。
  H.248/Megaco包含八条命令:Add、Subtract、Move、Modify、Audit Value、Audit Capabilities、Notify、Service Change,各种命令通过其携带的参数实现各种业务。
 【典型呼叫过程】

主叫摘机,MG检测到后通过Notify命令将事件(Off-Hook)报告给MGC;
MGC通过Add命令让MG将主叫端口加入一个Context,并向主叫送拨号音;
用户拨号,MG将收到的号码通过Notify命令报告给MGC;
MGC分析被叫号码,找出被叫端口,命令MG将被叫端口加入一个Context;
MGC命令MG向主叫送回铃音,向被叫送振铃音;
被叫摘机,MGC命令MG连接主被叫;
主/被叫挂机,MGC命令MG释放主被叫连接,将主/被叫端口放空Context。
 2、SIP 协议

  会话发起协议SIP(Session Initiation Protocol)是IETF制定的多媒体通信系统框架协议之一,它是一个基于文本的应用层控制协议,独立于底层协议,用于建立、修改和终止IP网上的双方或多方多媒体会话。SIP协议借鉴了HTTP、SMTP等协议,支撑代理、重定向、登记定位用户等功能,支撑用户移动,与RTP/RTCP、SDP、RTSP、DNS等协议配合,支撑Voice、Video、Data、Email、Presence、IM、Chat、Game......等。

 【基本思想】

采用Client/Server和HTTP协议模型,每一个请求触发服务器的操作方法;
请求和响应构成一个事务,事务之间相互独立,一个完整的呼叫包含多个事务;
独立于底层传输协议UDP/TCP/SCTP,消息中可携带任意类型的消息体。
 【基本功能】

SIP终端用户定位:SIP-URL+DNS;
会话属性协商:SDP Message Body;
发起会话:INVITE;
改变会话:re-INVITE;
结束会话:BYE + CANCEL
 【协议特点】

 1)简单
  只包括六个主要请求,六类响应;
  基于文本编码,易实现、易调试,便于跟踪和手工操作;
 2)扩展性和伸缩性
  具有灵活的扩展机制和强大的能力协商机制;
  新的方法、消息头和功能添加,无须改动协议,网络简单,智能边缘;
  分布式体系结构提高了系统的灵活性和可靠性;
 3)安全性和可靠性
  逐跳加密和认证:Ipsec、SSL;
  代理认证:Proxy-Authentication;
  端到端HTTP认证:基本方式和摘要方式,端到端加密PGP、S/MIME;
  每次呼叫包含一个时间/空间唯一的Call-ID,每次请求都有一个Cseq,用于复制包检测,请求之后有应答,INVITE应答后有ACK确认,没有收到回应则重传;
 4)互通性
  简单、轻型协议,基于文本编码方式,容易描述和分析;
  应用层协议与底层传输无关。

 【基本内容】

  消息基于文本方式,共有36种消息头,六种请求方法和一系列响应,请求消息结构如图3所示。



图3 SIP 协议的请求消息结构(点击放大)

 1)六种请求方法及其响应

INVITE 发起呼叫 1XX--进展指示
ACK 响应应答 2XX--成功
REGISTER 用户登记 3XX--重定向
OPTIONS 能力询问 4XX--客户端错误
CANCEL 取消呼叫 5XX--服务器错误
BYE 终止呼叫 6XX--全局错误
 2)SIP体系实体

User Agent Client:发起请求的逻辑实体;
User Agent Server:接收请求的逻辑实体;
Proxy Server:代表客户端转发请求或响应的网络逻辑实体,包括路由、呼叫控制、业务提供、计费认证授权…等;
Redirect Server:将请求中的地址映射为零个或多个新的地址返回给客户端,完成路由功能;
Register Server:接收注册请求,提供定位服务。
 【典型呼叫流程】

  图4为SIP用户cz@cs.tu-berlin.de呼叫SIP用户henning@cs.columbia.edu的过程。



图4 SIP用户之间的呼叫过程(点击放大)

 3、BICC 协议
  随着数据网络和语音网络的集成,融合的业务越来越多,PSTN 64Kbit/s、N* 64K bit/s的承载能力局限性太大,分组承载网络除IP网络外还有ATM网络,但IP分组网不具备运营级质量,为了在扩展的承载网络上实现PSTN、ISDN业务,ITU-T SG11小组制定了BICC(Bearer independent call control protocol)协议。
BICC协议解决了呼叫控制和承载控制分离的问题,使呼叫控制信令可在各种网络上承载,包括MTP SS7网络、ATM网络、IP网络。BICC协议由ISUP演变而来,是传统电信网络向综合多业务网络演进的重要支撑工具。
目前BICC协议由CS1(能力集1)向CS2、CS3发展。CS1支撑呼叫控制信令在MTP SS7、ATM上的承载,CS2增加了在IP网上的承载,CS3则关注MPLS、IP QoS等承载应用质量以及与SIP的互通问题。

 4、SIGTRAN协议
  SIGTRAN是IETF的一个工作组,其任务是建立一套在IP网络上传送PSTN信令的协议,SIGTRAN协议包括SCTP、M2UA、M3UA,提供了和SS7 MTP同样的功能,协议栈如图5所示。



图5 SIGTRAN协议栈结构(点击放大)

  SCTP:流控制传送协议,用于在IP网络上可靠地传输PSTN信令,可替代TCP、UDP协议;SCTP在实时性和信息传输方面更可靠,更安全;TCP为单向流,且不提供多个IP连接,安全方面也受到限制;UDP不可靠,不提供顺序控制和连接确认;
  M2UA:MTP2用户适配,支撑MTP3互通和链路状态维护,提供与MTP2同样的功能;
  M3UA: MTP3用户适配,支撑MTP3用户部分互通,提供信令点编码和IP地址的转换;
  SUA:信令用户适配,支撑SCCP用户互通,相当于TCAP over IP;
  M2PA:MTP2用户对等适配层协议,支撑MTP3互通,支撑本地MTP3功能,支撑M2PA SG(信令网关),可以作为STP。

 5、H.323协议
  H.323是一套在分组网上提供实时音频、视频和数据通信的标准,是ITU-T制定的在各种网络上提供多媒体通信的系列协议H.32x的一部分。

 【基本概念】

终端:发起呼叫或被呼叫,产生或终止信息流;
网守:为H.323终端、网关和多点控制单元提供地址翻译,控制网络访问;
网关:在分组网H.323终端和电路网其它终端之间,或H.323网关之间提供实时双向业务;
多点控制单元:用于控制多点会议。
 名词说明:

  SIP:Session Initiation Protocol( 会话发起协议)是IETF制定的多媒体通信系统框架协议之一,它是一个基于文本的应用层控制协议,独立于底层协议,用于建立、修改和终止IP网上的双方或多方多媒体会话。
  BICC:Bearer Independent Call Control protocol, BICC协议解决了呼叫控制和承载控制分离的问题,使呼叫控制信令可在各种网络上承载,包括MTP SS7网络、ATM网络、IP网络。BICC协议由ISUP演变而来,是传统电信网络向综合多业务网络演进的重要支撑工具。
  H.248/Megaco :Media Gataway Control Protocal,IETF、ITU-T制定的媒体网关控制协议,用于媒体网关控制器和媒体网关之间的通信;H.248协议又称为MeGaCo/H.248。
  SIGTRAN:SIGTRAN是IETF的一个工作组,其任务是建立一套在IP网络上传送PSTN信令的协议,SIGTRAN协议包括SCTP、M2UA、M3UA,提供了和SS7 MTP同样的功能
  H.323:H.323是一套在分组网上提供实时音频、视频和数据通信的标准,是ITU-T制定的在各种网络上提供多媒体通信的系列协议H.32x的一部分。

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