Nghiên cứu cơ chế và giao thức phối hợp các phiên làm việc SIP(IMS) và

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------Đỗ Đức Anh

NGHIÊN CỨU CƠ CHẾ VÀ GIAO THỨC PHỐI HỢP
CÁC PHIÊN LÀM VIỆC SIP(IMS) VÀ XML(SOA)

Chuyên ngành: Kỹ thuật truyền thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Kỹ thuật truyền thông

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
Ts. Nguyễn Tài Hưng

Hà Nội – Năm 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan luận văn do tôi viết và tổng hợp dựa trên kiến thức được học và quá
trình nghiên cứu làm việc. Các số liệu đưa ra trong luận văn và kết quả đạt được là
trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ các công trình khác.

Tác giả luận văn

Đỗ Đức Anh

i


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
MỤC LỤC .................................................................................................................. ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU .............................................................v
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................... vii
DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................................... viii
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................x
1

CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU GIAO THỨC SIP VÀ ĐIỀU KHIỂN PHIÊN

TRONG IMS ...............................................................................................................1
1.1

Kiến trúc tổng thể của IMS ...........................................................................1

1.2

Điều khiển phiên trong IMS ..........................................................................2

1.2.1

Khối chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF-Call Session Control

Functions) ............................................................................................................2
1.2.2

Chức năng điều khiển cổng truyền thông (MGCF-Media Gateway

Control Function MGCF) ....................................................................................8
1.2.3

Chức năng điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF- Breakout Gateway

Control Function) ................................................................................................8
1.2.4

Khối chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF-Media Resource

Function) .............................................................................................................9
1.3

Các giao thức báo hiệu sử dụng trong IMS ...................................................9

1.4

Giao thức SIP ...............................................................................................11

1.4.1

Vai trò của SIP trên mạng viễn thông ...................................................11

1.4.2

Lịch sử phát triển ..................................................................................12

1.4.3

Các thành phần của SIP ........................................................................12

1.4.4

Cấu trúc bản tin SIP ..............................................................................14
ii


2

CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU về XML và MÔ HÌNH SOA ............................18
2.1

2.1.1

Lịch sử phát triển và ý nghĩa của XML ................................................18

2.1.2

Quy tắc văn bản XML ..........................................................................21

2.1.3

Không gian tên – Namespaces ..............................................................26

2.2

3

Kiến trúc hướng dịch vụ SOA – Service Oriented Architecture .................28

2.2.1

Khái niệm Kiến trúc hướng dịch vụ SOA ............................................28

2.2.2

Bốn nguyên tắc chính của hệ thống SOA .............................................29

2.2.3

Các tính chất của một hệ thống SOA....................................................30

2.2.4

Lợi ích của SOA ...................................................................................37

CHƯƠNG 3. nghiên cứu cơ chế phối hợp giao thức sip và xml ......................42
3.1

4

XML ............................................................................................................18

Cơ chế quản lý phiên SIP ............................................................................42

3.1.1

SIP dialog ..............................................................................................42

3.1.2

SIP transaction ......................................................................................43

3.2

XML trong Web service ..............................................................................43

3.3

Phân tích khả năng phối hợp giữa SIP và XML trong Game tương tác ......44

3.3.1

Giao diện của Game AS đến IMS........................................................46

3.3.2

Giao diện từ Game AS tới các Game server .........................................48

3.3.3

Module phối hợp chuyển đổi SIP và XML...........................................49

CHƯƠNG 4. Xây dựng hệ thống thử nghiệm cơ chế phối hợp giữa SIP và XML
57
4.1

Mô tả dịch vụ Game cờ caro .......................................................................57

4.2

Thiết kế giải pháp cung cấp dịch vụ ............................................................58

4.2.1

Thiết kế chức năng của Game AS ........................................................58
iii


4.2.2

Thiết kế chi tiết chức năng của Game AS ............................................59

4.3

Nền tảng hỗ trợ xây dựng dịch vụ ...............................................................65

4.4

Cấu hình thử nghiệm thực tế .......................................................................65

4.5

Thử nghiệm dịch vụ .....................................................................................66

4.5.1

Mô hình thử nghiệm .............................................................................66

4.5.2

Đo kiểm thử nghiệm .............................................................................66

4.6

Nhận xét .......................................................................................................69

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ...........................................................................71
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................72

iv


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
Từ viết Từ đầy đủ

Nghĩa tiếng việt

tắt
API

Application Programing Interface

BGCF

Breakout

Gateway

Giao diện lập trình ứng dụng

Control Chức năng điều khiển cổng

Function

chuyển mạng

CGI

Common Gateway Interface

Giao diện cổng chung

C-S

Client-Server

CSCF

Call Session Control Functions

Chức năng điều khiển phiên cuộc
gọi

HSS

Home Subscriber Service

Máy chủ quản lý thuê bao

HTTP

Hypertext Transfer Protocol

Giao thức truyền tải siêu văn bản

I-CSCF

Interrogation-CSCF

Chức năng bảo vệ cho CSCF

IBS

Internet Based Services

Dịch vụ internet cơ bản

IMS

IP Multimedia Subsystem

Hệ thống quản lý truyền thông đa
phương tiện trên IP

MGCF

Media Gateway Control Function

Chức năng điều khiển cổng truyền
thông

MGW

Media Gateway

Cổng truyền thông

MRF

Management Resource Function

Chức năng tài nguyên đa phương
tiện

MRFC

Management Resource Function Điều khiển chức năng tài nguyên
Control

đa phương tiện

NGN

Next Generation Network

Mạng thế hệ mới

P-CSCF

Proxy-CSCF

Điểm truy cập vào CSCF

P-P

Peer to Peer

Ngang hàng

S-CSCF

Serving-CSCF

Cổng nhận thực của CSCF

SGW

Signaling Gateway

Cổng báo hiệu
v


SIP

Session Innital Protocol

Giao thức khởi tạo phiên

SLF

Subscriber Location Function

Chức năng định vị người dùng

VoIP

Voice over Internet Protocol

Giao thức thoại trên internet

vi


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1 Các giao diện chuẩn sử dụng trong IMS .....................................................9

vii


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1 Kiến trúc tổng thể IMS ...............................................................................2
Hình 1-2 Khối điều khiển trong IMS .........................................................................3
Hình 1-3 Vai trò của SIP trên mạng viễn thông .......................................................11
Hình 2-1 địa chỉ HTML ...........................................................................................20
Hình 2-2 Kiến trúc tổng thể SOA ............................................................................28
Hình 2-3 Tính chất loose-coupling ..........................................................................31
Hình 2-4 Các đối tượng fine-grained .......................................................................34
Hình 2-5 Các đối tượng coarse-grained ...................................................................34
Hình 2-6 Các mức độ granularity.............................................................................35
Hình 3-1 Một Dialod của phiên SIP .........................................................................42

Hình 3-2 Mô hình phát triển game tương tác dựa trên nền IMS..............................45
Hình 3-3 Giao diện Game AS kết nối đến IMS .......................................................46
Hình 3-4 Giao diện Game AS kết nối đến các Game Server ...................................48
Hình 3-5 Mô hình kiến trúc cung cấp dịch vụ Game tương tác ...............................49
Hình 3-6 thủ tục đăng nhập của Game Client đến Game Server .............................51
Hình 3-7 Header của bản tin REGISTER gửi đến Game AS ..................................51
Hình 3-8 Header của bản tin http gửi từ Game AS đến Game server......................52
Hình 3-9 thủ tục khởi tạo mới một phiên game .......................................................53
Hình 3-10 Dữ liệu tạo phiên chơi Game mới từ IMS gửi đến Game AS ................53
Hình 3-11 Dữ liệu tạo phiên chơi Game mới...........................................................54
Hình 3-12 Thủ tục thay đổi dữ liệu trong một phiên Game .....................................54
Hình 3-13 Dữ liệu về vị trí của lượt chơi Game trên bản tin SIP ............................55
Hình 3-14 Dữ liệu về vị trí của lượt chơi Game định dạng XML ...........................55
Hình 3-15 Thủ tục kết thúc một phiên Game...........................................................56
Hình 4-1 biểu đồ Usercase của Game AS ................................................................58
Hình 4-2 Biểu đồ tuần tự chức năng đăng nhập hệ thống ........................................59
Hình 4-3 Biểu đồ tuần tự chức năng đăng xuất khỏi hệ thống ................................61
Hình 4-4 Biểu đồ tuần tự chức năng cấu hình Game ...............................................63
viii


Hình 4-5 Biểu đồ tuần tự chức năng khởi tạo Game ...............................................63
Hình 4-6 Biểu đồ tuần tự chức năng thay đổi dữ liệu Game ...................................64
Hình 4-7 Biểu đồ tuần tự chức năng kết thúc Game ................................................64
Hình 4-8 Mô hình thử nghiệm và các điểm đo kiểm ...............................................66
Hình 4-9 Giao diện Game Client trên máy tính .......................................................67
Hình 4-10 Bản tin SIP trao đổi giữa IMS và GAME AS .........................................68
Hình 4-11 Bản tin HTTP trao đổi giữa Game AS và GAME Server ......................69

ix

LỜI NÓI ĐẦU
IMS đang dần trở thành tiêu chuẩn chung để xây dựng thế hệ mạng tiếp theo (NGN),
và mô hình kiến trúc hướng dịch vụ SOA đã và đang phát triển hết sức mạnh mẽ góp
phần trợ giúp các nhà mạng thuận lợi hơn trong việc xây dựng và cung cấp các dịch
vụ mới phong phú hơn, mang lại nhiều lợi ích cho người dùng.
Nhằm tạo ra sự liên thông, tương tác giữa IMS và SOA trong việc tạp ra các dịch vụ
thông minh, việc phối hợp giữa các giao thức báo hiệu và điều khiển kết nối của IMS
(SIP) và SOA (XML) là cần thiết, thu hút được sự quan tâm nghiên cứu.
Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan về IMS, giao thức SIP, kiến trúc hướng dịch vụ
SOA, ngôn ngữ XML, tác giả đã xây dựng được module phối hợp giữa SIP và XML.
Tác giả đề xuất thử nghiệm module trong Game AS nhằm cung cấp dịch vụ Game cờ
caro trên nền IMS.
Học viên xin cảm ơn giảng viên TS. Nguyễn Tài Hưng đã hướng dẫn và giúp đỡ học
viên rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài này.
Học viên cũng gửi lời cảm ơn tới Ths. Trần Thị Hạnh đã hỗ trợ phát triển client game
cờ caro, phục vụ cho việc thử nghiệm mô hình dịch vụ game client-server cờ caro.
Cuối cùng học viên xin gửi lời cảm ơn đến người thân trong gia đình, đồng nghiệp
và bạn bè – những người đã động viên tinh thần và giúp đỡ trong quá trình hoàn thành
luận văn tốt nghiệp.

x


Nghiên cứu cơ chế và giao thức phối hợp các phiên làm việc SIP và XML

1 CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU GIAO THỨC SIP VÀ ĐIỀU
KHIỂN PHIÊN TRONG IMS
Nhiều ứng dụng trên internet đòi hỏi việc trao đổi dữ liệu thông qua việc tạo và quản

lý một phiên làm việc, khi đó IMS đã chứng tỏ được khả năng vượt trội hơn so với
mô hình sử dụng Softswitch về nhiều mặt. IMS dần trở thành tiêu chuẩn chung để
xây dựng mạng hội tụ NGN ngày nay.
Chương 1 trình bày về kiến trúc IMS và lớp điều khiển phiên trong hệ thống IMS.
Trình bày về giao thức SIP, lịch sử phát triển, vai trò của giao thức SIP trên mạng
viễn thông và cấu trúc của bản tin SIP.

1.1 Kiến trúc tổng thể của IMS
IMS, thuật ngữ viết tắt của IP Multimedia Subsystem, là một kiến trúc mạng lõi dựa
trên nền IP được xây dựng với mục đích phân phối các dịch vụ đa phương tiện, hội
tụ di động – cố định và kết nối với nhiều loại mạng truy nhập khác nhau (mạng di
động 2G/3G, WiFi, WiMAX, mạng cố định,...).
Kiến trúc của IMS là sự tổ hợp của các chức năng được gắn kết với nhau thông qua
các giao tiếp đã được chuẩn hóa.
IMS có cấu trúc phân lớp ngang gồm 3 lớp như sau:
 Lớp ứng dụng: Bao gồm máy chủ ứng dụng AS(Application Server)
 Lớp điều khiển: Gồm mạng lõi IMS.
 Lớp truyền tải: Bao gồm thiết bị người dùng (User Equipment-UE), các giao
tiếp kết nối vào mạng lõi IP.

Đỗ Đức Anh – CB120650 – KTTT1 2012B

1


Nghiên cứu cơ chế và giao thức phối hợp các phiên làm việc SIP và XML

HÌNH 1-1 KIẾN TRÚC TỔNG THỂ IMS

1.2 Điều khiển phiên trong IMS

1.2.1 Khối chức năng điều khiển phiên cuộc gọi (CSCF-Call Session Control
Functions)
Trung tâm và là trái tim của IMS là dựa trên chức năng này. Điều khiển cuộc gọi là
chức năng cơ bản của lõi mạng. Chức năng này thực tế được phân tán xuyên suốt
mạng nhằm làm cho mạng hiệu quả hơn và có khả năng mở rộng hơn thay vì việc hỗ
trợ chức năng này thông qua một mô hình tập trung. Mặc dù CSCF không sử dụng
giao thức SIP nhưng nó lại là phần tử chính của SIP.
CSCF được chia làm 3 khối chức năng chính, chịu trách nhiệm điều khiển phiên cuộc
gọi:

Đỗ Đức Anh – CB120650 – KTTT1 2012B

2


Nghiên cứu cơ chế và giao thức phối hợp các phiên làm việc SIP và XML
 P-CSCF: Proxy Call Session Control Function.
 I-CSCF: Interrogating Call Session Control Function.
 S-CSCF: Serving Call Session Control Function.

HÌNH 1-2 KHỐI ĐIỀU KHIỂN TRONG IMS
Proxy-CSCF
Điểm truy cập đầu tiên vào IMS là P-CSCF. P-CSCF hoạt động như một điểm truy
nhập đến miền SIP từ khía cạnh điều khiển phiên. Nó là điểm tiếp xúc đầu tiên của
thiết bị đầu cuối IMS (nghĩa là các phiên thiết lập được thực hiện đầu tiên thông quaPCSCF). P-CSCF có thể được đặt ở trong miền nội mạng hoặc ngoại mạng (đều thuộc
miền IMS).

Đỗ Đức Anh – CB120650 – KTTT1 2012B

3

Nghiên cứu cơ chế và giao thức phối hợp các phiên làm việc SIP và XML
P-CSCF có nhiệm vụ xác định làm thế nào để định tuyến các bản tin SIP đến và đi từ
thiết bị thuê bao. Chẳng hạn, khi P-CSCF nhận một bản tin INVITE, nó sẽ phải quyết
định xem bản tin này được gửi đến đâu. Tiếp đó, I-CSCF sẽ là thực thể cung cấp định
tuyến tiếp theo đến S-CSCF thích hợp dựa trên các thủ tục đăng ký.
Nhằm phục vụ cho việc định tuyến và tính cước, P-CSCF sẽ tạo ra các CDR (Call
Detail Record – Bản ghi cước cuộc gọi) cho tất cả các phiên truyền thông đi qua nó.
P-CSCF sẽ bổ sung thêm các tiêu đề đến bản tin yêu cầu hoặc bản tin đáp ứng trước
khi chuyển tiếp đến CSCF kế tiếp. Ngoài ra, P-CSCF cũng tạo ra số nhận dạng tính
cước IMS (IMS Charging Identifier) được sử dụng trong các thủ tục tính cước liên
quan đến phiên truyền thông vì P-CSCF là một điểm truy cập trong IMS. Các tiêu đề
được bổ sung để các thực thể có thể trao đổi dữ liệu tính cước trong chính bản tin SIP
mà không cần có sự hỗ trợ của các giao diện khác cho việc tính cước. Các tiêu đề sử
dụng cho tính cước sẽ không được chia sẻ với các mạng khác. P-CSCF chỉ chuyển
tiếp các tiêu đề cùng một miền mạng, điều này ngăn chặn các nhà cung cấp dịch vụ
khác biết về thuê bao và nội dung sử dụng dịch vụ của các thuê bao đó.
Từ khía cạnh bảo mật, P-CSCF sẽ quyết định trong việc ngăn chặn truy nhập trái phép
vào mạng. Vì P-CSCF là điểm truy nhập đầu tiên vào IMS, P-CSCF có thể được dùng
để giám sát truy nhập của bất kỳ thiết bị nào vào mạng IMS. Tuy nhiên, P-CSCF lại
không thực thi nhận thực trong IMS, S-CSCF mới chịu trách nhiệm cho việc nhận
thực các thiết bị khi chúng cố gắng thiết lập một phiên mà chúng chưa đăng ký hay
khi đang cố gắng đăng ký.
Chức năng quyết định chính sách có thể đặt trong P-CSCF và được sử dụng để thiết
lập các chính sách truy nhập, điều khiển băng thông, … Nó cho phép nhà khai thác
mềm dẻo hơn trong việc điều khiển QoS thông qua việc sử dụng các tài nguyên đa
phương tiện.
P-CSCF cũng có thể kiểm tra tuyến bằng việc xác minh rằng tuyến nhận được trong
SIP request / SIP response (nhận dạng trong tiêu đề route) trùng với truyến được nhận

Đỗ Đức Anh – CB120650 – KTTT1 2012B

4


Nghiên cứu cơ chế và giao thức phối hợp các phiên làm việc SIP và XML
dạng khi một thiết bị đăng ký với miền mạng. Nếu các tiêu đề tuyến đó không có địa
chỉ phù hợp với địa chỉ được lưu bởi P-CSCF
Nếu một thiết bị mất liên kết trong mạng IP, P-CSCF sẽ cảnh báo và giải phóng tất
cả các phiên trong IMS bằng việc gửi một bản tin CANCEL đến các thực thể tham
gia vào phiên. Vì P-CSCF là điểm tiếp xúc đầu tiên của tất cả thiết bị trong IMS, PCSCF sẽ nhận biết tất cả phiên được tạo ra qua nó. Trong nhiều trường hợp, P-CSCF
có thể đóng vai trò như một SIP UA khi đăng ký cảnh báo sự kiện hay một số đăng
ký không liên quan đến phiên truyền thông. Điều này xảy ra trong trường hợp PCSCF khởi tạo các yêu cầu về phía Server ứng dụng (AS) hay S-CSCF.
Ngoài ra, P-CSCF cũng cho phép nén và giải nén các bản tin SIP sử dụng SigComp
để giảm thiểu thời gian xử lý qua các liên kết vô tuyến băng thông thấp.
Như vậy, có thể xem P-CSCF như cổng để truy nhập vào mạng IMS. Nó chịu trách
nhiệm đảm bảo rằng thiết bị đang truy nhập mạng đã được đăng ký và được phép truy
nhập vào mạng IMS, nhưng nó không thực thi nhận thực và cấp quyền. P-CSCF xác
định làm thế nào để định tuyến các bản tin SIP đến đích hợp lý, cho phép nhà khai
thác duy trì một số mức chính sách theo yêu cầu riêng của mạng. Nó được gán cho
đến mỗi thiết bị đầu cuối IMS trong quá trình đăng ký và không thay đổi trong suốt
quá trình tồn tại của đăng ký này.
Interrogating I-CSCF
I-CSCF là một thực thể SIP khác phục vụ như một gateway cho mỗi miền IMS tự trị
riêng. I-CSCF được sử dụng để ẩn đi các chi tiết mạng từ các nhà khai khác và xác
định tuyến trong miền tin cậy. I-CSCF giúp bảo vệ S-CSCF và HSS từ các truy nhập
không được phép bởi các mạng khác. Khi S-CSCF chuyển tiếp một yêu cầu hay một
đáp ứng đến một mạng khác, bản tin sẽ được chuyển tiếp đến I-CSCF và sau đó được
chuyển tiếp đến mạng đích. I-CSCF trong mạng khác sau đó có nhiệm vụ nhận dạng

vị trí của thuê bao đã được trỏ đến thông qua chức năng định vị thuê bao (định vị
nghĩa là nhận dạng S-CSCF được gán cho người dùng cũng như HSS mà tại đó dữ
liệu đăng ký của người dùng được lưu trữ).
Đỗ Đức Anh – CB120650 – KTTT1 2012B

5


Nghiên cứu cơ chế và giao thức phối hợp các phiên làm việc SIP và XML
Một chức năng quan trọng khác của I-CSCF là việc gán S-CSCF. Có hai tùy chọn để
thực hiện điều này. Một phương pháp là gán S-CSCF theo dịch vụ cần được hỗ trợ.
Chẳng hạn, nếu một hội nghị truyền hình được thiết lập, S-CSCF mà cung cấp truy
nhập đến tài nguyên video sẽ được gán. Nghĩa là máy chủ video có thể được đặt trong
một trung tâm dữ liệu (datacenter) với một S-CSCF hỗ trợ dịch vụ video. Tất cả thuê
bao cho dịch vụ video khi đó sẽ được gán đến S-CSCF ở vị trí đó. Một phương pháp
tiếp cận khác là gán mỗi S-CSCF theo vị trí địa lý (nghĩa là các thuê bao sẽ được gán
tài nguyên theo vị trí thường trú của họ.
S-CSCF được gán bởi I-CSCF khi một thuê bao đăng ký với mạng. I-CSCF sau đó
lưu thông tin này (cùng với thông tin định tuyến) trong suốt thời gian tồn tại của đăng
ký. Khi một I-CSCF nhận một chuỗi các yêu cầu/đáp ứng, nó chuyển tiếp chúng đến
S-CSCF được gán trên cơ sở thông tin này. Một đăng ký tiếp tục kéo dài cho đến khi
thuê bao còn trong vùng dịch vụ. Tuy nhiên, ngay khi thuê bao di chuyển đến cell
khác, đăng ký sẽ bị thay đổi (bởi vì địa chỉ điểm cell đã bị thay đổi). Còn trong mô
hình mạng dùng dây, cho đến khi thiết bị thuê bao còn duy trì địa chỉ IP, đăng ký vẫn
còn có giá trị. Khi thuê bao đó được gán một địa chỉ IP mới, thiết bị thuê bao sẽ phải
đăng ký địa chỉ mới của nó. Dĩ nhiên, mỗi đăng ký sẽ có một bộ định thời liên quan
đến nó. Nghĩa là mỗi đăng ký có một thời hạn, và khi đăng ký hết thời hạn, S-CSCF
và HSS sẽ xóa đăng ký đó ra khỏi cơ sở dữ liệu. Điều này ngăn chặn việc một thiết
bị thuê bao đăng ký với mạng và sau đó ngắt kết nối mà không loại bỏ đăng ký. Khi
đó, hacker sẽ có cơ hội xâm nhập và lấy đi các tính năng của đăng ký.

Để ngăn chặn việc lộ diện cấu hình mạng (số các S-CSCF, địa chỉ của các thực thể,…)
đến các mạng không tin cậy, I-CSCF cung cấp chức năng giấu cấu hình mạng. Giấu
cấu hình dẫn đến việc loại bỏ đi một số các tiêu đề SIP nào đó để bảo vệ các thành
phần mạng trong đó. Chẳng hạn, tiêu đề route gồm địa chỉ của tất cả thực thể IMS
được sử dụng để định tuyến gói tin. Chúng có thể được sử dụng để nhận dạng số bước
nhảy đến S-CSCF cũng như thông tin thuộc tính mạng mà nhà khai thác mạng không
muốn chia sẻ với các mạng khác. Nếu một hacker có thể bắt giữ tất cả các bản tin sử
dụng một bộ phân tích giao thức, hacker sẽ sử dụng thông tin đó để xác định RTT
Đỗ Đức Anh – CB120650 – KTTT1 2012B

6


Nghiên cứu cơ chế và giao thức phối hợp các phiên làm việc SIP và XML
(Round-Trip Time) trong mạng và tính toán các tham số khác để được sử dụng trong
tấn công từ chối dịch vụ.
Tóm lại, I-CSCF có thể xem là tường lửa để tiến vào mạng IMS, định tuyến giữa các
mạng khác nhau, và bảo vệ các mạng khác truy nhập mạng IMS. Chức năng của ICSCF vì thế đóng vai trò quan trọng trong vấn đề bảo mật cho IMS.
Serving CSCF
S-CSCF đóng vai trò trung tâm của IMS, nó điều khiển tất cả các khía cạnh dịch vụ
của một thuê bao, duy trì trạng thái của mỗi phiên do thuê bao đó khởi tạo. Từ khía
cạnh SIP, S-CSCF là một registrar, chịu trách nhiệm nhận thực tất cả các thuê bao,
những người dùng muốn đăng ký vị trí của họ với mạng. Khi được lệnh, S-CSCF sẽ
bắt buộc thiết bị thuê bao gửi bản tin REGISTER mang khoá nhận thực và các chứng
từ thích hợp để trao quyền truy nhập dịch vụ.
Sau khi một thiết bị thực hiện đăng ký, S-CSCF sẽ lưu trữ những thông tin bao gồm:
 Địa chỉ HSS
 Dữ liệu người dùng
 Địa chỉ P-CSCF (điểm truy nhập trong quá trình đăng ký)
 Miền P-CSCF ( trong trường hợp thiết bị truy nhập vào mạng từ mạng khác)

 Nhận dạng người dùng công cộng
 Nhận dạng người dùng cá nhân
 Địa chỉ IP của thiết bị
S-CSCF cũng chịu trách nhiệm kích hoạt dịch vụ bằng việc cung cấp truy nhập đến
các server ứng dụng (AS) khác nhau trong mạng. Chẳng hạn, nếu một thiết bị thuê
bao đang cố gắng kết nối đến một hội nghị truyền hình, S-CSCF sẽ cung cấp kết nối
đến các AS thích hợp theo đăng ký thuê bao (được định nghĩa trong HSS) và các yêu
cầu phương tiện được định nghĩa trong giao thức mô tả phiên (SDP).
S-CSCF cũng đóng vai trò trong việc chuyển đổi địa chỉ. Vì SIP định tuyến dựa trên
SIP URI, bất kỳ TEL URI nào cũng đều phải chuyển đổi thành SIP URI. Điều này
Đỗ Đức Anh – CB120650 – KTTT1 2012B

7


Nghiên cứu cơ chế và giao thức phối hợp các phiên làm việc SIP và XML
cũng đúng khi định tuyến từ IMS sang PSTN. S-CSCF sẽ chịu trách nhiệm truy nhập
vào một ứng dụng ENUM/DNS để thực hiện chuyển đổi các địa chỉ đó thành SIP
URI và sau đó chuyển tiếp bản tin đến đích của chúng.
S-CSCF hoạt động như một proxy và luôn phải duy trì trạng thái của tất cả các đăng
ký và các phiên dưới quyền điều khiển của nó. Vì S-CSCF biết trạng thái của phiên
và đăng ký, nó có thể cập nhật thông tin cho các thực thể đã đăng ký dịch vụ thông
báo sự kiện sử dụng phương thức SIP SUBCRIBE. Bất kỳ khi nào trạng thái của một
thiết bị thuê bao thay đổi, S-CSCF sẽ cảnh báo tới tất cả thực thể liên quan về thông
tin thay đổi trạng thái này.
Tóm lại, S-CSCF là hạt nhân của IMS, là lõi của mạng, cung cấp điểm điều khiển,
cho phép nhà vận hành điều khiển tất cả các dịch vụ và phiên truyền thông trong
mạng. S-CSCF được triển khai trong mạng theo số lượng thuê bao và loại dịch vụ
được hỗ trợ và điều khiển bởi S-CSCF.
1.2.2 Chức năng điều khiển cổng truyền thông (MGCF-Media Gateway

Control Function MGCF)
MGCF là điểm kết cuối PSTN cho một mạng xác định. Chức năng chính:
 Điều khiển trạng thái cuộc gọi,kết nối cho các kênh phương tiện.
 Truyền thông với CSCF.
 Thực hiện chuyển đổi giao thức giữa mạng kế thừa.
 Điều khiển các MGW qua giao tiếp Mn
1.2.3 Chức năng điều khiển cổng chuyển mạng (BGCF- Breakout Gateway
Control Function)
BGCF: Chức năng là quyết định cái mà MGCF sẽ xử lý trong một phiên riêng. Nếu
nó quyết định có một MGCF trong một vùng miền khác có thể xử lý các phiên làm
việc này thì nó sẽ chuyển bản tin SIP nó đã nhận được đến BGCF ở vùng miền đó.

Đỗ Đức Anh – CB120650 – KTTT1 2012B

8


Nghiên cứu cơ chế và giao thức phối hợp các phiên làm việc SIP và XML
1.2.4 Khối chức năng tài nguyên đa phương tiện (MRF-Media Resource
Function)
MRF cung cấp tài nguyên truyền thông cho mạng chủ và được chia làm hai bộ:
 Bộ điều khiển chức năng tài nguyên đa phương tiện (Media Resource Function
Controller): Là một nút phương tiện có chức năng điều khiển tài nguyên
phương tiện trong MRFP và dịch thông tin đến từ AS và S-CSCF đề điều khiển
MRFP cho phù hợp.
 Bộ xử lý chức năng tài nguyên đa phương tiện (Media Resource Function
Processor): Là nút báo hiệu có chức năng điều khiển phần mạng giữa MRFP
và GGSN(Gateway GPRS Support Node), cung cấp tài nguyên để MRFC điều
khiển, trộn các luồng phương tiện đầu vào và xử lí luồng phương tiện.

1.3 Các giao thức báo hiệu sử dụng trong IMS
Trong kiến trúc IMS các giao diện chuẩn được định nghĩa và ở mỗi giao diện sẽ sử
dụng các giao thức báo hiệu tương ứng như bảng dưới đây:
BẢNG 1-1 CÁC GIAO DIỆN CHUẨN SỬ DỤNG TRONG IMS
Giao

Phần tử

Mô tả

Giao thức

UE, P-CSCF

Sử dụng để trao đổi bản tin giữa UE và SIP

diện
Gm

CSCF
Mw

P-CSCF,

I- Sử dụng để trao đổi bản tin giữa các SIP

CSCF, S- CSCF
ISC

S-CSCF,

CSCF, AS

Cx

I-CSCF,
CSCF, HSS

CSCF

I- Sử dụng để trao đổi bản tin giữa CSCF SIP
và AS
S- Sử dụng để trao đổi bản tin giữa I- DIAMETER
CSCF/S-CSCF và HSS

Đỗ Đức Anh – CB120650 – KTTT1 2012B

9


Nghiên cứu cơ chế và giao thức phối hợp các phiên làm việc SIP và XML

Dx

S- Được I-CSCF / S-CSCF sử dụng để tìm DIAMETER

I-CSCF,

HSS trong môi trường đa HSS

CSCF, SLF

Sh

SIP AS, OSA Được sử dụng để trao đổi bản tin giữa DIAMETER
SCS, HSS

Dh

AS/OSA SCS và HSS

SIP AS, OSA, Được AS sử dụng để tìm HSS trong môi DIAMETER
SCF,

IM-SSF, trường đa HSS

HSS
Mg

MGCF

I- MGCF chuyển đổi báo hiệu ISUP thành SIP

->

CSCF

báo hiệu SIP và chuyển tiếp báo hiệu
SIP tới I-CSCF

Mi

-> Sử dụng để trao đổi bản tin giữa CSCF SIP

S-CSCF
BGCF

Mj

và BGCF

BGCF -> MGCF Sử dụng để trao đổi bản tin giữa BGCF SIP
và MGCF trong cùng IMS

Mk

BGCF -> BGCF

Sử dụng để trao đổi các bản tin giữa các SIP
BGCF trong các mạng IMS khác nhau

Mr

S-CSCF, MRFC

Sử dụng để trao đổi các bản tin giữa S- SIP
CSCF và MRFC

Mp

MRFC, MRFP

Sử dụng để trao đổi thông tin giữa H.248
MRFC và MRFP

Mn

Gq

MGCF,

IM- Cho phép điều khiển các tài nguyên mặt H.248

MGW

phẳng người dùng

P-CSCF, PDF

Sử dụng để trao đổi thông tin liên quan DIAMETER
tới việc giải quyết chính sách giữa PCSCF và PDF

Đỗ Đức Anh – CB120650 – KTTT1 2012B

10


Nghiên cứu cơ chế và giao thức phối hợp các phiên làm việc SIP và XML

1.4 Giao thức SIP
SIP - viết tắt của Session Initiation Protocol (Giao thức khởi tạo phiên) là giao thức
báo hiệu điều khiển lớp ứng dụng , được sử dụng để thiết lập, duy trì và kết thúc các

phiên truyền thông đa phương tiện trong các cuộc gọi điện thoại IP. SIP
sử dụng các bản tin mời ( INVITE ) để thiết lập các phiên và để mang các thông tin
mô tả phiên truyền dẫn . SIP hỗ trợ các phiên đơn bá ( unicast ) và quảng bá ( multicast
) tương ứng các cuộc gọi điểm tới điểm và cuộc gọi đa điểm. SIP là một phần của
kiến trúc đa phương tiện, bao gồm dịch vụ thoại, video, nhắn tin, gaming, các dịch
vụ điều khiển cuộc gọi, các dịch vụ presence và vẫn đang được chuẩn hóa bởi Internet
Engineering Task Force (IETF).
1.4.1 Vai trò của SIP trên mạng viễn thông
Là giao thức báo hiệu mở, mềm dẻo và có khả năng mở rộng, SIP khai thác tối đa
công cụ Internet để tạo ra nhiều dịch vụ mới trong mạng NGN. Sơ đồ giao thức báo
hiệu SIP trong NGN được thể hiện trong hình.

HÌNH 1-3 VAI TRÒ CỦA SIP TRÊN MẠNG VIỄN THÔNG
Đỗ Đức Anh – CB120650 – KTTT1 2012B

11


Nghiên cứu cơ chế và giao thức phối hợp các phiên làm việc SIP và XML
Giao thức khởi tạo phiên SIP thâm nhập vào thiết kế SW không chỉ như một giao
thức báo hiệu cuộc gọi mà còn đóng vai trò của một cơ cấu vận chuyển cho các giao
thức khác và cho báo hiệu của thiết bị SW đến các server ứng dụng và cho các 20 hệ
thống đáp ứng thoại tương tác hai chiều. SIP được dùng phổ biến cho Voice Over IP.
Hiện nay, SIP đang trở thành lựa chọn thay thế H.323 để trở thành giao thức điểm nối
điểm (end-to-end protocol) trong công nghệ SW.
1.4.2 Lịch sử phát triển
Khái niệm về giao thức báo hiệu phiên trên IP có từ những năm 1992 khi multicast
conferencing mới chỉ là ý tưởng. SIP xuất hiện vào cuối năm 1996 như là một thành
phần của IETF Mbone (multicast backbone), một mạng multicast thực nghiệm đầu
tiên trên internet công cộng. IETF đã sử dụng nó cho các nội dung đa phương tiện

bao gồm các cuộc họp, hội thảo và hội nghị.
Do tính đơn giản và khả năng mở rộng, SIP trở thành giao thức báo hiệu cho Voice
Over Internet Protocol (VoIP) và cuối cùng được IETF đề xuất chuẩn hóa vào năm
1999 trong RFC 2543.
SIP được thiết kế lại hiệu quả hơn, có nhiều tính năng mới, đưa thêm các vấn đề về
khả năng tương tác của tài khoản người dùng và tương thích ngược được với RFC
2543. Các tài liệu thực tế cũng được viết lại cho rõ ràng và được đề xuất chuẩn hóa
trong RFC 3261 vào năm 2002, làm cho RFC 2543 trở nên lỗi thời.
1.4.3 Các thành phần của SIP
Thành phần của SIP : bao gồm SIP User Agent ( UA ) và SIP server
SIP User Agent:
SIP UA hoặc thiết bị đầu cuối là điểm cuối của dialog : SIP UA gửi và nhận các yêu
cầu và trả lời của SIP , nó là điểm cuối của luồng đa phương tiện và nó luôn là Người
dùng Equiment ( UE ) – bao gồm ứng dụng trong thiết bị đầu cuối hoặc ứng dụng
phần cứng chuyên dụng . UA gồm hai phần :

Đỗ Đức Anh – CB120650 – KTTT1 2012B

12


Nghiên cứu cơ chế và giao thức phối hợp các phiên làm việc SIP và XML
 Người dùng Agent Client ( UAC ) : ứng dụng của người gọi – khởi tạo request
.
 Người dùng Agent Server ( UAS ) : chấp nhận , gửi lại , từ chối request và gửi
trả lời cho request đến thay mặt cho người sử dụng .
UA là thực thể SIP mà tương tác với với người sử dụng . Nó thường xuyên sử dụng
giao diện với người sử dụng .
Tuy nhiên , một vài hệ thống sử dụng SIP không trực tiếp kết nối với người sử dụng.
Ví dụ : B có thể gửi lại tất cả lời mời vào phiên được nhận từ nửa đếm đến 7 giờ sáng

đến máy trả lời SIP của B > máy này tự động thiết lập phiên trong thông điệp bản ghi.
Nó cũng chứa UA – mà không nhất thiết lập duy trì tương tác với người sử dụng ,
nhưng vẫn trả lời mời hoặc chuyển lời mời trên dại diện của B .
SIP Server:
Cần phân biệt SIP Server và UA server cũng như mô hình client - server. Ở đây , SIP
server là một thực thể luận lý , một SIP server có thể có chức năng của nhiều loại
server hay nói cách khác một SIP Server có thể hoạt động như các server khác nhau
trong các trường hợp khác nhau . Trong SIP Server có các thành phần quan trọng
như: Proxy Server, Redirect Server, Location Server, Registrar Server , …
 Proxy Sever: Có thể xem các Proxy Server như các router thiết bị đầu cuối SIP
mà chuyển tiếp các yêu cầu và trả lời. Tuy nhiên các Proxy SIP sử dụng nguyên
tắc định tuyến phức tạp hơn là chỉ tự động chuyển tiếp bản tin dựa vào bảng
định tuyến. Chuẩn về SIP cho phép các Proxy thực hiện các hoạt động chẳng
hạn như xác định tính hợp lệ của bản tin, xác thực người sử dụng, phân nhánh
các request, phân giải địa chỉ, hủy bỏ các cuộc gọi đang chờ. Sự linh hoạt của
các proxy SIP cho phép các nhà khai thác và quản trị mạng sử dụng các proxy
cho các mục đích khác nhau và trong các vị trí khác nhau trong mạng (chẳng
hạn như Proxy biên, Proxy lõi, và Proxy của các doanh nghiệp).

Đỗ Đức Anh – CB120650 – KTTT1 2012B

13


Nghiên cứu cơ chế và giao thức phối hợp các phiên làm việc SIP và XML
Một Proxy Server được thiết kế trong suốt với các UA. Các Proxy Server được
phép thay đổi các bản tin chỉ theo một số cách cụ thể và hạn chế. Ví dụ, một
proxy không được phép thay đổi phần thân bản tin SDP của bản tin INVITE.
 Forking proxy: SIP proxy server định tuyến thông điệp đến nhiều hơn một đích
được gọi là proxy phân nhánh. Forking Proxy có thể định tuyến thông điệp

song song hoặc theo thứ tự. Ví dụ của Forking Proxy song song là việc rung
chuông đồng thời của tất cả các điện thoại trong nhà. Forking Proxy theo thứ
tự chứa proxy thử rung chuông lần lượt các vị trí khác nhau, có thể rung
chuông trong một chu kỳ thời gian nhất định nếu người dùng không nhấc máy
thì thử UA mới.
 Redirect Server: Truy nhập dữ liệu và dịch vụ định vị để tìm địa chỉ của user
và gửi trả về bản tin lớp 300 để thông báo thiết bị chuyển hướng bản tin tới
địa chỉ khác – tự liên lạc thông qua địa chỉ trả về .
 Registrar Sever : là sever nhận bản tin SIP REGISTER yêu cầu và cập nhật
thông tin từ bản tin request vào “ location database “ nằm trong Location
Sever.
 Location Sever: Lưu thông tin trạng thái hiện tại của người dùng trong mạng
SIP.
1.4.4 Cấu trúc bản tin SIP
SIP là giao thức dạng text-based, dựa trên việc sử dụng các ký tự UTF-8 (theo RFC
2279). Bản tin SIP có thể là bản tin yêu cầu từ phía client gửi đến một server, hoặc là
bản tin đáp ứng từ server gửi đến client.
Cả hai loại bản tin yêu cầu và đáp ứng đều sử dụng định dạng cơ bản của RFC 2811,
mặc dù có thể khác nhau trong bộ ký tự và các cú pháp cụ thể. Cả hai loại bản tin đều
chứa start-line, một hoặc nhiều trường message-header, và có thể có hoặc không có
message-body.
generic-message = start-line

Đỗ Đức Anh – CB120650 – KTTT1 2012B

14