Принципы построения сети сигнализации ОКС №7

Элементами сети сигнализации являются звенья сигнализации и пункты сигнализации (Рис. 5.9).

Рис. 5.8. Структура байта служебной информации

 

Пункты сигнализации делятся на:

- оконечные пункты сигнализации (ПС);

             - транзитные пункты сигнализации (ТПС);

             - оконечно-транзитные пункты сигнализации (ПС/ТПС);

             - пункты обработки сообщений SCCP (SPR).

Последовательность звеньев сигнализации между двумя оконечными пунктами сигнализации называется маршрутом сигнализации. Для обеспечения надежной передачи сигнальных сообщений между двумя пунктами сигнализации используется, как правило, два маршрута сигнализации (основной и резервный).

На схеме рис. 5.9 из каждого оконечного пункта сигнализации ПС имеется два сигнальных канала к транзитным пунктам сигнализации. Все ТПС связаны по полносвязной схеме для повышения надежности связи. 

Функционирование сети сигнализации может осуществляться в связанном и квазисвязанном режимах. В связанном режиме маршрут речевых каналов совпадает с маршрутом сигнализации, а в квазисвязанном режиме эти маршруты могут не совпадать (рис.5.10).

 

Оба режима сигнализации обладают достоинствами и недостатками. При связанном режиме сигнализации нет необходимости в использовании транзитных пунктов сигнализации, а отказ сигнального канала в большинстве случаев происходит одновременно с отказом группы речевых каналов. Однако, при связанном режиме может быть низкое использование и разговорных, и сигнальных каналов.

Квазисвязанный режим позволяет организовать сеть сигнализации более рационально, но при этом необходимо наличие функций транзитного пункта сигнализации на сети и возможны ситуации работоспособности пучка речевых каналов и невозможности их использования из-за отказа сигнального канала. Выбор режима сигнализации должен осуществляться в соответствии с конкретными особенностями сети связи.

Стек протоколов SIGTRAN

Стек протоколов SIGTRAN (SIGnaling TRANsport) предназначен для транспортировки сигнальных сообщений ОКС № 7 по сети IP. Транспортным протоколом в этом стеке является SCTP (Stream Control Transmission Protocol – протокол передачи с управлением потоком). Протокол разработан в 2000 г. группой IETF (Internet Engineering Tack Force). Этот протокол описывает RFC 4960, а техническое вступление к нему содержит RFC 3286.

Протоколы ОКС №7	V.5.2	МТР3	МТР3	ISUP	TSAP SCCP	DSS1	TSAP
Протоколы SIGTRAN	V5UA	M2UA	M2PA	M3UA		IUA	SUA
Протоколы компьютерной сети	Транспортный уровень SCTP
	Сетевой уровень IP

                               

                                Рис. 5.11. Стек протоколов SIGTRAN

 Протокол V5UA (V5 User Adaptation, RFC 3807) используется для передачи сигнальных сообщений, которые управляют вызовами ЦСИС (ISDN) и ТфОП. Кроме того, сигнализация используется для передачи сообщений интерфейса V5.2 между транкинговым шлюзом и программным коммутатором. Протокол V5UA поддерживает интерфейсы пользователя с базовым (BRA) и первичным (PRA) доступом.

   Протокол M 2 UA (Message Transfer Part 2 User Adaptation Layer, RFC 3331) обеспечивает возможность транспортировки сообщений интерфейса между уровнями MTP2 и MTP3 по IP-протоколу между программным коммутатором и шлюзом сигнализации.

  Протокол M2PA (Message Transfer Part 2 User Peer-to-Peer Adaptation Layer, RFC 4165)находится между уровнями MTP3 и MTP2. Он обеспечивает передачу сообщений MTP3 (ISUP SCCP) через IP-сеть. Протокол подобен M2UA, но при этом медиашлюз и программный коммутатор имеют код пункта сигнализации.

  Протокол M 3 UA (Message Transfer Part 3 UserAdaptation Layer, RFC 4666)поддерживает передачу любой пользовательской сигнализации MTP3 через IP-сеть. При этом используются услуги протокола передачи с управлением потока (SCTP) и коды пунктов сигнализации ОКС № 7 переводятся в IP-адреса. Сигнализация используется для коммуникации между шлюзом сигнализации, медиа-шлюзом и программным коммутатором.

Протокол IUA (ISDN UserAdaptation, RFC 5133) обеспечивает передачу цифровой абонентской сигнализации EDSS1 и QSIG из сети с коммутацией каналов через медиа-шлюз в IP-сеть. IUA поддерживает основной (BRA) и первичный (PRA) доступ. Для надёжной и своевременной передачи абонентской сигнализации через IP-сеть протокол IUA использует услуги протокола передачи с управлением потока (SCTP).

Протокол SUA (Signaling Connection Control Part User Adaptation, RFC 3868) используется для передачи сообщений пользователей подсистемы SCCP через IP-сеть. SUA дублирует услуги SCCP, обеспечивая надёжную пересылку сообщений пользователей SCCP.

 

Протокол SCTP

Функциональные возможности. Для передачи функциональных сигналов по IP-сети на транспортном уровне ЭМВОС используется протокол SCTP (Stream Control Transmission Protocol – протокол передачи с управлением потоком). Протокол разработан IETF в 2000 году, его описание содержится в RFC 4960.

Протокол SCTP ориентирован на соединение и обеспечивает высший уровень надёжности: для выявления ошибок используется контрольная сумма и порядковые номера в последовательности, для устранения ошибок используется механизм селективного повтора передачи, обеспечивается безопасное установление соединения при помощи механизма четырёхэтапного подтверждения (квитирования) пакетов, в рамках одного соединения возможна передача нескольких независимых потоков.

Безопасное установление соединения. Протокол TCP имеет потенциальную уязвимость при установлении соединения. Нарушитель, устанавливая фальшивые IP-адреса отправителя, может послать серверу множество пакетов SYN (Synchronize). Обработка множества пакетов SYN может затребовать все ресурсы сервера и сделает невозможность обработки новых запросов. Такой вид атак называется «SYN-флуд» (SYN flood).

По протоколу SCTP процедура установления соединения начинается с

  посылки пакета INIT (Initialization – инициализация). В ответ сервер посылает пакет INIT-AСK (Aсknowledgement – подтверждение), который содержит маркер (уникальный ключ, идентифицирующий новое соединение).

Маркер хранится на компьютере клиента и посылается на сервер при запросе. Клиент отвечает посылкой пакетаCOOKIE-ECHO, в котором содержится маркер, полученный от сервера (Рис. 12). Только после этого сервер выделяет свои ресурсы новому подключению и подтверждает это отправкой клиенту пакета COOKIE-ACK.

Клиент                    Сервер              Клиент                         Сервер

               SYN                                                      INIT

 

          SYN-ACK                                              INIT-ASK

 

                                                                               COOKIE-ECHO

                      ASK

                                                                            COOKIE-ASK 

 

     Процедура установления                                            Процедура установления

  соединения в протоколе TCP                                соединения в протоколе SCTP

 

Рис. 5.12. Установление соединений в протоколах TCP и SCTP

 

Формирование кадров сообщения. Протокол TCP обрабатывает неструктурированный поток байт. В противоположность ему протокол SCTP обеспечивает формирование кадров при передаче данных. Если клиент посылает серверу 100 байт, за которым следует 50 байт, то сервер с помощью протокола SCTP воспринимает 100 байт и 50 байт за две операции чтения.

Структура пакета. SCTP-пакеты имеют более простую структуру чем пакеты TCP. Каждый пакет состоит из двух основных   разделов (Рис. 5.13): 

- общий заголовок, который занимает первые 12 байт и заканчивается

 контрольной суммой;

 - блоки данных.

Поле длины блока занимает 2 байта, следовательно, максимальная длина, которая может содержаться в данном поле, равна 65 535 байтам.

Завершение передачи данных. Впротоколе TCP возможна ситуация частичного закрытия соединения, когда один узел закончил передачу данных (выполнил посылку пакета FIN), но продолжает принимать данные по этому соединению.

 

Биты	Биты 0-7	8-15	16-23	24-31
+0	Порт источника		Порт назначения
32	Метка-идентификатор проверки
64	Контрольная сумма
96	Тип 1 блока	Флаги 1 блока	Длина 1 блока
128	Данные 1 блока
...	...
...	Тип N блока	Флаги N блока	Длина N блока
...	Данные N блока

Рис. 5.13. Структура пакета SCTP

Другой узел может продолжать передавать данные до тех пор, пока сам не проведёт закрытие соединения на своей стороне. В протоколе SCTP заменено частичное закрытие последовательностью сигналов для разрыва существующего сообщения (Рис. 5.14). Когда узел посылает сообщение SHUTDOWN – выключение, оба корреспондента должны прекратить передачу данных, при этом разрешается лишь обмен пакетами ранее отправленных данных.

 

Корреспондент   Корреспондент       Корреспондент      Корреспондент

                   FIN                                                SHUTDOWN

                                      

                 ACK                                                SHUTDOWN-ACK

                  FIN

                    ACK                                             SHUTDOWN -

                                                                          COMPLETION

  Последовательность разрыва              Последовательность разрыва                     

  cоединения в протоколе TCP              соединения в протоколе SCTP

         

Рис.5.14.  Разрыв соединений в протоколах TCP и SCTP

Задание

Уметь ответить на контрольные вопросы.

 

Контрольные вопросы.

1. Сколько уровней имеет стек протоколов ОКС № 7?

2. Назовите подсистемы прикладного уровня стека протоколов ОКС № 7.

3. Назовите функции трёх уровней подсистемы передачи сообщений MTP.

4. С какой скоростью передаются сигнальные единицы в ОКС № 7?

5. Перечислите основные функции звена сигнализации (уровень 2 ОКС № 7).

6. Перечислите основные функции сети сигнализации (уровень 3 ОКС № 7).

7. Поясните процедуру деления сигнальных сообщений на сигнальные единицы.

8. Каким образом в ОКС № 7 предотвращается имитация флагов?

9. Поясните назначение подсистемы управления сквозными сигнальными

соединениями (SCCP).

10. Поясните назначение подсистемы транзакций (TCAP).

11. Назовите максимальное число байт в поле сигнальной информации

сигнальной единицы ОКС № 7.

12. Назовите функцию проверочных бит в сигнальной единице ОКС № 7.

13. Поясните процедуру коррекции ошибок с помощью прямых и обратных

порядковых номеров.

14. Поясните сущность основного метода коррекции ошибок в ОКС № 7.

15. В каких случаях для коррекции ошибок в ОКС № 7 применяется метод 

превентивной циклической повторной передачи?

16. По каким признакам пункт сигнализации на приёме различает значащие

сигнальные единицы (СЕ), заполняющие СЕ и СЕ состояния звена?

17. Назовите назначение байта служебной информации в сигнальной единице.

18. Поясните сущность связанного и квазисвязанного режимов

функционирования сети сигнализации.

19. Поясните назначение стека протоколов SIGTRAN.

20. На каком уровне ЭМВОС функционирует протокол SIGTRAN?

21. Поясните, каким образом обеспечивается защита от перегрузки при 

установлении соединения по протоколу SIGTRAN?

22. Поясните отличие в процедурах завершения передачи данных в SCTP и

TCP.

23. Назовите достоинства и недостатки протокола SCTP.

Литература

1. Гольдштейн Б.С., Соколов Н.А., Яновский Г.Г. Сети связи: Учебник для

    ВУЗов. СПб.: БХВ-Петербург, 2014., 400 с.                   

2. ОКС № 7: архитектура, протоколы, применение. – М.: Эко-Трендз, 2008.–

      320 с.

3. Рекомендации МСЭ-Т серии Q.700 – Q.787; Q.1051 – Q.1400   

    http://www.itu.org.

                                              

Занятие № 6