ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM “TỔNG QUAN VỀ CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN TRONG MẠNG NGN” CHƯƠNG 3 pps

ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM “TỔNG QUAN
VỀ CÁC GIAO THỨC BÁO HIỆU VÀ ĐIỀU KHIỂN
TRONG MẠNG NGN”

Chương 3.
TRUYỀN TẢI BÁO HIỆU SỐ 7 QUA MẠNG IP – SIGTRAN

3.1. GIỚI THIỆU CHUNG
Công nghiệp truyền thông đang trải qua một giai đoạn bùng nổ theo hướng
hội tụ của các dịch vụ. Dữ liệu đã trở nên có ý nghĩa hơn trong toàn bộ lưu lượng
truyền tải trên mạng so với lưu lượng thoại. Các nhà khai thác đang tìm cách kết
hợp giữa lưu lượng thoại và lưu lượng dữ liệu, giữa các mạng lõi và các dịch vụ.
Trong số các giải pháp công nghệ được lựa chọn, công nghệ IP hiện đang được
quan tâm với tư cách là giải pháp hứa hẹn cho hỗ trợ đa phương tiện để xây dựng
các dịch vụ tích hợp mới. Hiện nay đang diễn ra sự tích hợp giữa mạng chuyển
mạch kênh truyền thống với mạng IP mới. Các nhà khai thác đang thay thế các
mạng điện thoại cố định và di động theo kiến trúc toàn IP và có cả hỗ trợ giao thức
báo hiệu số 7. Công nhệ IP cho phép các nhà khai thác mạng có thể mở rộng mạng
và xây dựng các dịch vụ mới một cách có hiệu quả. Thành phần các dịch vụ bổ
sung thông dụng như SMS, … góp phần vào sự phát triển nhanh chóng của các
mạng báo hiệu.

Hình 3.1 Truyền tải báo hiệu đơn giản qua môi trường IP
Mạng IP có các ưu điểm nổi bật so với mạng trên cơ sở TDM như sau:
 Dễ triển khai: Với việc sử dụng gateway báo hiệu sẽ không cần gỡ bỏ
mạng SS7 hiện có và các tính năng nâng cao trong tương lai là “trong
suốt”.
 Giá thành thiết bị thấp hơn: Không cần đầu tư nhiều đối với các phần tử
báo hiệu hiện có.
 Hiệu quả tốt hơn: Sử dụng SIGTRAN qua IP không yêu cầu các luồng vật
lý E1/T1 qua mạng truyền tải SDH. Sử dụng công nghệ truyền tải IP qua

SDH, IP qua cáp quang, … có thể đạt thông lượng cao hơn nhiều.
 Băng thông cao hơn: Thông tin SIGTRAN qua IP không buộc phải có liên
kết như trong SS7 và mạng IP linh động hơn rất nhiều so với mạng TDM.
 Các dịch vụ nâng cao: Triển khai mạng lõi IP tạo điều kiện dễ dàng cho sự
phát triển hàng loạt các giải pháp mới và các dịch vụ giá trị gia tăng phong
phú.
Các nhà khai thác mạng đang muốn chuyển dần mạng viễn thông tiến đến
kiến trúc mạng IP. Trong khi chưa thể chuyển ngay lên kiến trúc mạng toàn IP thì
cả mạng IP và các mạng chuyển mạch kênh truyền thống đều song song tồn tại và
cần phải được kết hợp lại vào cơ sở hạ tầng mạng thống nhất. Chắc chắn rằng
mạch chuyển mạch kênh sẽ còn tồn tại trong nhiều năm nữa cùng với các dịch vụ
IP. Kiến trúc kết hợp có thể là giải pháp tốt nhất cho hầu hết các nhà khai thác vì
nó đảm bảo mức độ rủi ro thấp trong quá trình phát triển mạng hiện tại trong khi
vẫn cho phép đáp ứng được các dịch vụ mới. Đây là mục đích của nhiều nhóm
nghiên cứu chuẩn hóa mà SIGTRAN của IETF là một trong số đó. SIGTRAN đưa
ra mô hình kiến trúc cho phép mạng phát triển tiến đến mạng toàn IP. Mô hình
kiến trúc này gồm hai thành phần mới: SCTP và một số các giao thức tầng thích
ứng người sử dụng (như M2UA, M2PA, M3UA, SUA) – cho phép đáp ứng các
phương thức yêu cầu để hội tụ hai mạng này.

Hình 3.2. Kiến trúc mạng sử dụng SIGTRAN
3.2. GIỚI THIỆU VỀ SIGTRAN
Sigtran là một nhóm công tác thuộc tổ chức chuẩn hóa quốc tế cho lĩnh vực
Internet – IETF. Mục đích chính của nhóm là đưa ra giải pháp truyền tải báo hiệu
dạng gói trên mạng PSTN qua mạng IP, đảm bảo được các yêu cầu về chức năng
và hiệu năng của báo hiệu PSTN. Nhằm phối hợp được với PSTN, các mạng IP
cần truyền tải các bản tin báo hiệu như báo hiệu đường ISDN (Q.931) hay SS7
(như ISUP, SCCP, …) giữa các nút IP như gateway báo hiệu (SG), bộ điều khiển
cổng phương tiện (MGC) và cổng phương tiện (MG) hoặc cơ sở dữ liệu IP. Nhóm
công tác Sigtran xác định mục tiêu là:

 Các yêu cầu về chức năng và hiệu năng: Nhóm đưa ra một số các luận
điểm (trong các RFC) xác định các yêu cầu tính năng và hiệu năng để hỗ
trợ báo hiệu qua các mạng IP. Các bản tin báo hiệu (nhất là SS7) có yêu
cầu về độ trễ và mất gói rất cao phải được đảm bảo như trong mạng điện
thoại hiện tại.
 Các vấn đề về truyền tải: Nhóm công tác đã đưa ra RFC định nghĩa các
giao thức truyền tải báo hiệu được sử dụng và định nghĩa mới các giao
thức truyền tải trên cơ sở các yêu cầu xác định ở trên.

Hình 3.3. Mô hình chồng giao thức SIGTRAN
SIGTRAN là một tập các tiêu chuẩn mới do IETF đưa ra nhằm cung cấp một
mô hình kiến trúc để truyền tải báo hiệu số 7 qua mạng IP. Kiến trúc giao thức
SIGTRAN được định nghĩa gồm ba thành phần chính (Hình 3.3):
 Chuẩn IP.
 Giao thức truyền tải báo hiệu chung SCTP: Giao thức hỗ trợ một tập chung
các tính năng truyền tải tin cậy cho việc truyền tải báo hiệu. Đặc biệt,
SCTP là một giao thức truyền tải mới do IETF đưa ra.
 Các phân lớp thích ứng: Hỗ trợ các hàm nguyên thủy xác định được yêu
cầu bởi một giao thức ứng dụng báo hiệu riêng. Một vài giao thức phân lớp
thích ứng mới được định nghĩa bởi IETF như: M2UA, M2PA, M3UA,
SUA.
3.3. ĐỘNG LỰC PHÁT TRIỂN GIAO THỨC TRUYỀN TẢI MỚI
Như chúng ta đã biết, giao thức truyền tải dữ liệu tin cậy chính đi kèm giao
thức IP thường là TCP. Tuy nhiên, do TCP ra đời đã khá lâu và được thiết kế theo
kiểu giao thức hướng gói nên TCP cũng gặp một số hạn chế khi sử dụng cho
những ứng dụng mới. Với số lượng ứng dụng mới đang tăng lên ngày càng nhiều
hiện nay đã cho thấy TCP có quá nhiều hạn chế. Các vấn đề giới hạn của TCP thể
hiện gồm:
 Cơ chế tin cậy: TCP cung cấp cả hai kiểu chuyển giao dữ liệu là cơ chế hỏi
đáp và cơ chế tuần tự. Một vài ứng dụng yêu cầu chuyển giao thông tin tin

cậy mà không cần duy trì thứ tự gói tin, trong khi một số khác lại yêu cầu
đáp ứng cả về thứ tự của gói dữ liệu. Đối với TCP, cả hai trường hợp này
đều gặp phải hiện tượng “nghẽn đầu dòng” gây nên các trễ không cần thiết.
 Vấn đề thời gian thực: Cơ chế hỏi đáp trong TCP yêu cầu có một độ trễ để
xác nhận gói tin, điều này làm cho TCP không đáp ứng được các ứng dụng
thời gian thực.
 Các vấn đề bảo mật: TCP rất dễ bị tấn công do cơ chế bảo mật trong TCP
không cao.
Những giới hạn đề cập trên đây của TCP là rất đáng phải quan tâm khi muốn
truyền báo hiệu số 7 qua mạng IP và do đó, đây là một động lực trực tiếp cho sự ra
đời của giao thức SCTP – một giao thức truyền tải mới của SIGTRAN. SCTP
không chỉ giải quyết được vấn đề truyền tải báo hiệu trong SIGTRAN mà còn có
khả năng đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác.
3.4. GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN LUỒNG TRUYỀN TẢI – SCTP
SCTP là một giao thức truyền tải qua IP mới, tồn tại đồng mức với TCP và
UDP. SCTP hiện cung cấp các chức năng tầng truyền tải cho nhiều ứng dụng trên
cơ sở Internet. SCTP được IETF đưa ra và đặc tả trong RFC 2960.
3.4.1. Tổng quan về kiến trúc của SCTP
Về kiến trúc, SCTP nằm giữa tầng tương thích người dùng SCTP và tầng
mạng chuyển gói phi kết nối như IP, … Dịch vụ cơ bản của SCTP là chuyển giao
tin cậy các bản tin của người dùng giữa các người dùng SCTP đồng mức. SCTP là
giao thức hướng kết nối vì vậy, SCTP thiết lập kết nối giữa hai điểm đầu cuối (gọi
là liên hệ trong phiên SCTP) trước khi truyền dữ liệu người dùng của nó.
3.4.2. Tổng quan về chức năng của SCTP
Dịch vụ truyền tải SCTP có thể được phân thành một số chức năng. Các chức
năng này được mô tả như sau (Hình 3.5):
 Thiết lập và hủy bỏ liên kết: Một liên hệ được tạo ra bởi một yêu cầu từ
người dùng SCTP. Cơ chế cookie được dùng trong quá trình khởi tạo để
cung cấp sự hỗ trợ bảo vệ chống lại sự tấn công.
 Phân phối tuần tự theo các luồng: Người dùng SCTP có thể xác định số

lượng các luồng được hỗ trợ trong liên hệ tại thời điểm thiết lập liên hệ đó.
 Phân mảnh dữ liệu người dùng: SCTP hỗ trợ phân mảnh và tái hợp các bản
tin dữ liệu người dùng để đảm bảo cho các gói tin SCTP truyền xuống các
tầng thấp hơn phù hợp với MTU.
 Phát hiện và tránh tắc nghẽn: SCTP gán cho mỗi bản tin dữ liệu người
dùng (được phân mảnh hoặc không) một số tuần tự truyền dẫn (TSN). Đầu
cuối thu sẽ xác nhận toàn bộ các TSN và ngắt đoạn (nếu có) thu được.
 Chunk bundling: Gói tin SCTP được phân phối đến tầng thấp hơn bao gồm
hai thành phần là tiêu đề chung và theo sau là một hoặc nhiều chunk. Hình
vẽ sau đây mô tả kiến trúc chung của một gói SCTP:

Hình 3.4. Cấu trúc gói SCTP
 Hợp thức hóa gói tin: Trường Tag là bắt buộc và 32 bit của trường
CheckSum nằm trong tiêu đề của SCTP.
 Quản lý tuyến: Chức năng quản lý tuyến SCTP chọn địa chỉ truyền tải đích
cho mỗi gói tin SCTP đầu ra trên cơ sở chỉ dẫn của người dùng SCTP và
trạng thái hiện thời của các địa chỉ đích hiện tại.

Hình 3.5. Các chức năng SCTP
3.4.3. Khuôn dạng tiêu đề chung của SCTP
Hình vẽ sau đây mô tả khuôn dạng chung của tiêu đề gói tin SCTP:

Hình 3.6. Khuôn dạng tiêu đề SCTP
 Trường số thứ tự cổng nguồn/đích: 16 bít. Chỉ thị số thứ tự cổng của SCTP
gửi/nhận.
 Trường Tag: 32 bít. Phía thu sử dụng trường này để xác nhận với phía gửi
về gói tin SCTP này.
 Trường CheckSum: 32 bit. Chứa tổng kiểm tra của gói tin SCTP. SCTP sử
dụng thuật toán Adler-32 để tính toán tổng kiểm tra.
3.5. M2PA

M2PA định nghĩa giao thức hỗ trợ truyền tải các bản tin MTP3 của SS7 qua
IP sử dụng các dịch vụ của SCTP. M2PA cho phép quản lý các bản tin MTP3 và
khả năng quản lý mạng giữa hai nút SS7 bất kỳ truyền thông với nhau thông qua
mạng IP. M2PA hỗ trợ:
 Hoạt động của các thực thể giao thức MTP3 đồng mức qua kết nối mạng
IP.
 Ranh giới giao tiếp MTP2/MTP3, quản lý các liên hệ truyền tải SCTP và
lưu lượng liên kết MTP2.
 Thông báo không đồng bộ để quản lý sự thay đổi trạng thái.
Đặc tả MTP yêu cầu mỗi nút có tầng MTP3 phải có một mã điểm SS7. Vì
vậy, mỗi điểm báo hiệu IP cũng cần phải có mã điểm SS7 của nó.

Hình 3.7. Vai trò và vị trí của M2PA

Hình 3.8. Vai trò và vị trí M2PA trong mạng toàn IP
Hình 3.7 mô tả một điểm báo hiệu SS7 kết nối thông qua một SG, được trang
bị hỗ trợ cho cả mạng SS7 và IP, kết nối đến một điểm báo hiệu IP. Hình 3.8 là
một ví dụ khác, trong đó MTP3 được thích ứng với lớp SCTP nhờ sử dụng M2PA
trong kiến trúc toàn IP.
Ở đây, các điểm báo hiệu IP MTP3 sử dụng lớp M2PA bên dưới nó thay cho
MTP2. Giao tiếp giữa hai lớp – MTP3 hoặc M2PA được định nghĩa bởi cùng các
hàm nguyên thuỷ như trong giao tiếp MTP3/MTP2. M2PA thực hiện các chức
năng tương tự như MTP2.
3.6. M2UA
M2UA định nghĩa một giao thức để truyền tải các bản tin báo hiệu của ứng
dụng MTP2 SS7 (ví dụ MTP3) qua IP sử dụng SCTP. Chỉ có ứng dụng của MTP2
là MTP3. M2UA cung cấp sự hỗ trợ cho:
 Ranh giới giao tiếp giữa MTP2/MTP3.
 Truyền thông giữa các modul quản lý tầng.
 Hỗ trợ cho quản lý các association tích cực.

Hình 3.9. Vai trò và vị trí của M2UA
SG mong muốn nhận được báo hiệu SS7 qua một thiết bị kết cuối mạng SS7
chuẩn, sử dụng MTP SS7 để cung cấp truyền tải các bản tin báo hiệu SS7 đến và từ
một điểm dầu cuối báo hiệu SS7. Sau đó, SG cung cấp sự phối hợp hoạt động giữa
các chức năng truyền tải với IP SIGTRAN nhằm truyền tải các bản tin báo hiệu
MTP3 đến điểm báo hiệu IP của MTP3 sử dụng MTP2 của SG với tư cách là tầng
thấp hơn của
nó để sử dụng các hàm nguyên thủy tương ứng được định nghĩa giữa các tầng.
Truyền thông MTP3/MTP2 được định nghĩa là các bản tin M2UA và gửi qua kết
nối IP.
3.7. SO SÁNH M2PA VÀ M2UA
Hình 3.7 và 3.9 minh họa một kiến trúc để mô tả sự khác nhau giữa hai giao
thức.
Bảng 2.1. So sánh M2PA và M2UA
Đặc điểm so sánh M2PA M2UA
Bản tin dữ liệu
MTP3
Truyền tải bản tin MTP3
Giao tiếp với
MTP3
Đưa ra giao diện phía trên với MTP3
Các hàm nguyên
thủy
Điểm báo hiệu IP xử lý
các hàm nguyên thủy
MTP3 đến MTP2
Điểm báo hiệu IP truyền tải
các hàm nguyên thủy MTP3
đến MTP2 đến SG của

MTP2 để xử lý (thông qua
chức năng phối hợp hoạt
động)
Kiểu liên kết
Kết nối điểm báo hiệu
IP với SG là liên kết
Kết nối điểm báo hiệu IP và
SG không phải là kết nối
báo hi
ệu SS7

báo hi
ệu

s
ố 7. Nó l
à m
ở
rộng của MTP2 đến một
node từ xa.
Mã điểm
SG là một node SS7 và
có mã điểm
SG không phải là một node
SS7 và không có mã điểm
Các tầng cao hơn
SG có các tầng SS7 cao
hơn như SCCP,…
SG không có tầng SS7 cao
hơn vì nó không có MTP3

Quản lý
Các thủ tục quản lý dựa
vào MTP3
Sử dụng các thủ tục quản lý
của M2UA

3.8. M3UA
M3UA định nghĩa giao thức hỗ trợ truyền tải báo hiệu người dùng MTP3 (ví
dụ như các bản tin ISUP/SCCP,…) qua IP sử dụng các dịch vụ của SCTP. Giao
thức này thường được dùng giữa một SG và một MGC hoặc cơ sở dữ liệu thường
trú IP. M3UA thích hợp với việc chuyển giao các bản tin của bất kỳ phần người
dùng MTP3 nào. Danh sách các giao thức này là không giới hạn và bao gồm ISUP,
SCCP và TUP. Chú ý rằng các bản tin của giao thức TCAP và RANAP được
M3UA truyền tải trong suốt dưới dạng tải SCCP bởi vì đó là các giao thức người
dùng của SCCP.
Tầng M3UA cung cấp một tập các hàm nguyên thủy tương đương tại tầng trên
của nó đến các người dùng MTP3 giống như MTP3 cung cấp cho các người dùng
của nó tại các đầu cuối báo hiệu số 7. Theo cách này, tầng ISUP và/hoặc SCCP
không biết được rằng các dịch vụ MTP3 yêu cầu được cung cấp từ xa bởi tầng
MTP3 ở SG hay là bởi chính tầng MTP3 dưới nó. Tầng MTP3 tại một SG cũng có
thể không biết được rằng người dùng của nó thực ra là người dùng trên nó hay là
thành phần người dùng từ xa qua M3UA. Thực tế thì M3UA mở rộng truy nhập
đến các dịch vụ MTP3 thành ứng dụng trên cơ sở IP từ xa.

Hình 3.10. Vai trò và vị trí của M3UA
ASP – MGC, IP SCP hay IP HLR
Ví dụ, hình 3.10 mô tả một SG chứa một thực thể của tầng giao thức SS7
SCCP thực hiện chức năng biên dịch tiêu đề toàn cục SCCP (GTT) đối với các bản
tin đánh địa chỉ đến SG SCCP. Nếu kết quả của GTT cho một mã điểm SS7 đích
(DPC) hoặc DPC/địa chỉ số phân hệ (SSN) của một SCCP đồng mức đặt trong

miền IP, kết quả là yêu cầu gửi đến M3UA để định tuyến ra ngoài đến IP đích sử
dụng các dịch vụ của tầng SCTP/IP.
Hình 3.11 là ví dụ trong mạng toàn IP, các bản tin SCCP được trao đổi trực
tiếp giữa hai điểm báo hiệu IP bằng các thực thể giao thức người dùng SCCP như
RANAP hoặc TCAP. Ở đây không có kết nối với mạng SS7 do đó không quan tâm
đến thông tin quản lý trạng thái mạng MTP3 cho SCCP và các giao thức người
dùng SCCP.


Hình 3.11. Vai trò và vị trí của M3UA trong kiến trúc toàn IP
3.9. SUA

Hình 3.12. Vai trò và vị trí của SUA
SUA định nghĩa giao thức truyền tải báo hiệu người dùng SCCP SS7 (ví dụ
như RANAP, TCAP,…) qua mạng IP sử dụng các dịch vụ của SCTP. Giao thức
này được thiết kế dạng modul hóa và đối xứng nên cho phép làm việc được trong
các kiến trúc khác nhau như kiến trúc một SG đến điểm báo hiệu IP cũng như kiến
trúc điểm đầu cuối báo hiệu IP đồng mức. SUA hỗ trợ các chức năng sau:
 Chuyển giao các bản tin phần người dùng SCCP (TCAP, RANAP,…).
 Dịch vụ phi kết nối SCCP.
 Dịch vụ hướng kết nối SCCP.
 Quản lý các liên hệ truyền tải SCTP giữa các SG và một hay nhiều nút báo
hiệu IP.
 Các nút báo hiệu IP phân tán.
 Thông báo không đồng bộ để quản lý sự thay đổi trạng thái.
ASP-MGC, IP SCP hoặc IP HLR
Trong kiến trúc này, các tầng SUA và SCCP giao tiếp trong SG. Nhu cầu của
chúng là phối hợp giữa các tầng SCCP và SUA để cung cấp ranh giới chuyển giao
các bản tin người dùng và bản tin quản lý. Đối với bản tin đến ASP, có hai trường
hợp:

 SG là điểm đầu cuối: Trong trường hợp này, các bản tin SCCP phi kết nối
được định tuyến theo mã điểm và SSN. Phân hệ xác định bởi SSN và phía
ngoài mạng SS7 được xem như thuộc SG. Điều này nghĩa là nhìn từ điểm
SS7, người dùng SCCP được đặt tại SG.
 SG là điểm chuyển tiếp: Một GTT phải được thực hiện tại SG trước khi có
thể xác định được đích của bản tin. Vị trí thực tế của người dùng SCCP
không liên quan đến mạng SS7.
Trong kiến trúc toàn IP có thể dùng cho một giao thức sử dụng các dịch vụ
truyền tải của SCCP trong một mạng toàn IP. Điều này cho phép các mạng phát
triển linh động hơn, đặc biệt là khi không cần tương tác giữa các báo hiệu hiện
thời. Hình 3.13 mô tả trường hợp này.

Hình 3.13. Vai trò và vị trí của SUA trong kiến trúc toàn IP

3.10. SO SÁNH M3UA VÀ SUA
Nhìn chung, chồng giao thức sử dụng SUA là không phức tạp và hiệu quả hơn
so với chồng giao thức sử dụng SCCP và M3UA. Bởi vậy, SUA có thể nâng cao
hiệu quả của mạng lõi và có thể cung cấp các phương tiện để triển khai dễ dàng
hơn.
Bảng 2.2. So sánh giữa M3UA và SUA
M3UA SUA
SCCP
Yêu cầu điểm báo hiệu để
hỗ trợ cho các ứng dụng
Vấn đề là không được hỗ
trợ khi dùng SUA.
khác nhau c
ủa SCCP khi
phải phối hợp với các hệ
thống quốc gia khác nhau.

Độ phức tạp
trong triển
khai
M3UA cần các dịch vụ
SCCP.
Ít nhất có một giao thức
tầng trên. Giảm độ phức tạp
của nút mạng (trong triển
khai cũng như trong quản
lý), do đó, giảm chi phí.
Về mặt định
tuyến
Trong M3UA, các bản tin
được điều khiển từ mà
điểm đến mã điểm.
SUA cho phép mạng IP
định tuyến bản tin theo
thông tin trường tiêu đề
toàn cục.
Về mặt địa
chỉ
Để sử dụng M3UA, mỗi
nút IP cần được gán cả mã
điểm và địa chỉ IP.
Sử dụng SUA, mỗi nút IP
không cần có mã điểm.
Các dịch vụ
ISUP
Có hỗ trợ. Không thể hỗ trợ được.