МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ИСПОЛНЕНИЯ НАКАЗАНИЙ ФЕДЕРАЛЬНОЕ КАЗЁННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОРОНЕЖСКИЙ ИНСТИТУТ ФСИН РОССИИ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ ___________________________________________________________ (наименование кафедры) КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА Сети связи Вариант № 10 Выполнил: слушатель Из 1-18 уч. уч. группы, заочная форма обучения Гавриков А.А. Проверил: должность, ученая степень, ученое звание ФИО Воронеж 2022 1.Базовые положения концепции NGN? – NGN сеть пакетной передачи, способная обеспечить телекоммуникационные сервисы и использовать многие широкополосные, поддерживающие QoS транспортные технологии, в которых сервисные функции независимы от этих базовых транспортных технологий. Она дает свободный доступ к сетям и конкурентным сервис-провайдерам и/или сервисам по своему выбору. Она поддерживает обобщенную мобильность, которая позволит последовательно и повсеместно обеспечить сервис пользователям. Общие подходы к построению мультисервисных сетей связи нашли отражение в концепции перспективных сетей связи следующего поколения - NGN. Базовым принципом концепции NGN является отделение друг от друга функций переноса и коммутации, функций управления вызовом и функций управления услугами Функциональная модель сетей NGN, в общем случае, может быть представлена тремя уровнями: транспортный уровень; уровень управления коммутацией и передачей информации; уровень управления услугами. Задачей транспортного уровня является коммутация и прозрачная передача информации пользователя. Задачей уровня управления коммутацией и передачей является обработка информации сигнализации, маршрутизация вызовов и управление потоками. Уровень управления услугами содержит функции управления логикой услуг и приложений и представляет собой распределенную вычислительную среду, обеспечивающую: предоставление инфокоммуникационных услуг; управление услугами; создание и внедрение новых услуг; взаимодействие различных услуг. Уровень управления услугами позволяет реализовать специфику услуг, и применять одну и ту же программу логики услуги вне зависимости от типа транспортной сети (IP, АТМ, FR и т.п.) и способа доступа. Наличие этого уровня позволяет также вводить на сети любые новые услуги без вмешательства в функционирование других уровней. Уровень управления услугами может включать множество независимых подсистем ("сетей услуг"), базирующихся на различных технологиях, имеющих своих абонентов и использующих свои, внутренние системы адресации. Архитектура сети связи, построенной в соответствии с концепцией NGN, представлена на рис. 1 Рис. 1 Архитектура сети NGN Основу сети NGN составляет универсальная транспортная сеть, реализующая функции транспортного уровня и уровня управления коммутацией и передачей. В состав транспортной сети NGN могут входить: транзитные узлы, выполняющие функции переноса и коммутации; оконечные (граничные) узлы, обеспечивающие доступ абонентов к мультисервисной сети; контроллеры сигнализации, выполняющие функции обработки информации сигнализации, управления вызовами и соединениями; шлюзы, позволяющие осуществить подключение традиционных сетей связи (ТФОП, СПД, СПС). Контроллеры сигнализации могут быть вынесены в отдельные устройства, предназначенные для обслуживания нескольких узлов коммутации. Использование общих контроллеров позволяет рассматривать их как единую систему коммутации, распределенную по сети. Такое решение не только упрощает алгоритмы установления соединений, но и является наиболее экономичным для операторов и поставщиков услуг, так как позволяет заменить дорогостоящие системы коммутации большой емкости небольшими, гибкими и доступными по стоимости даже мелким поставщикам услуг. Назначением транспортной сети является предоставление услуг переноса. Реализация инфокоммуникационных услуг осуществляется на базе узлов служб (SN) и/или узлов управления услугами SCP. SN является оборудованием поставщиков услуг и может рассматриваться в качестве сервера приложений для инфокоммуникационных услуг, клиентская часть которых реализуется оконечным оборудованием пользователя. SCP является элементом распределённой платформы ИСС и выполняет функции управления логикой и атрибутами услуг. Совокупность нескольких узлов служб или узлов управления услугами, задействованных для предоставления одной и той же услуги, образуют платформу управления услугами. В состав платформы также могут входить узлы административного управления услугами и серверы различных приложений. Оконечные/оконечно-транзитные узлы транспортной сети могут выполнять функции узлов служб, т.е. состав функций граничных узлов может быть расширен за счет добавления функций предоставления услуг. Для построения таких узлов может использоваться технология гибкой коммутации (Softswitch). Концепция NGN во многом опирается на технические решения, уже разработанные международными организациями стандартизации. Так, взаимодействие серверов в процессе предоставления услуг предполагается осуществлять на базе протоколов, специфицированных IETF (MEGACO), ETSI (TIPHON), Форумом 3GPP2 и т.д. Для управления услугами будут использованы протоколы H.323, SIP и подходы, применяемые в интеллектуальных сетях связи. В качестве технологической основы построения транспортного уровня мультисервисных сетей рассматриваются АТМ и IP с возможным применением в будущем оптической коммутации. Организация доступа к услугам NGN Для доступа абонентов к услугам NGN используются: интегрированные сети доступа, подключенные к оконечным узлам мультисервисной сети и обеспечивающие подключение пользователей как к мультисервисной сети, так и к сетям традиционным (например ТФОП); традиционные сети (ТФОП, СДОП, СПС), абоненты которых получают доступ к мультисервисной сети через узлы, подключенные к шлюзам (Media Gateway). На ТФОП для доступа используется абонентский участок, для увеличения пропускной способности которого может использоваться технология хDSL, а на сетях подвижной связи - 3G. 2.Общие вопросы организации управления NGN? Система управления NGN должна представлять собой набор решений, обеспечивающих управление сетями, реализованными на базе различных технологий (фиксированные и мобильные телефонные сети, сети передачи данных, сигнализации и т.д.), предоставляющих различные услуги и построенных на оборудовании различных производителей. Система управления будет строиться с использованием объектно-ориентированной распределенной структуры, при этом ее интерфейсы должны быть открытыми - отличительными чертами подобных интерфейсов являются: - стандартизированные протоколы (например, IIOP, CMIP, SNMP, FTP, FTAM и др.); - использование формальных языков для описания стандартизированных интерфейсов (например, CORBA IDL, JAVA, GDMO, ASN 1. и др.); - стабильность, которая позволяет вносить только те изменения, которые будут обратно совместимы. Например, для посылки аварийных сообщений могут использоваться протоколы CMIP, SNMP или CORBA с использованием объектной модели, определенной в рекомендации Х.733; для организации услуг могут использоваться интерфейсы CORBA; для пересылки данных о рабочих характеристиках может применяться протокол FTP. Основные требования, предъявляемые к системам управления NGN: - подготовленное решение на практике должно реализовываться в сжатые сроки; - структуры открытых систем должны обеспечивать гибкость реализации и совместимость с другими решениями, высокую надежность, и как результат качество обслуживания; - оператор должен иметь возможность модифицировать программное обеспечение для реализации специфических функций и вводить новые услуги через изменение конфигурации; - компонентные решения упростят возможности оператора по введению новых пользователей и функций; - масштабируемость и гибкость, позволяющие легко адаптироваться к быстро появляющимся новым технологиям и продуктам, а также к изменяющимся потребностям пользователей. Для упрощения управления целесообразно иметь отдельные подсистемы управления различных областей транспортной сети (WDM, SDH, ATM и др.), передачи данных и речи. Для организации управления мультисервисными сетями необходимо взаимодействие систем управления, принадлежащих различным операторам и поставщикам услуг, посредством вышестоящей системы мониторинга над подсистемами управления. Задачи конфигурации, контроля качества и аварийного надзора в пределах сети одного оператора будут внутренними, а задачи предоставления и обеспечения качества услуг из конца в конец будут решаться совместно операторами различных сетей. Особенностями NGN, с точки зрения управления, является то, что эти сети будут состоять из большего числа разнотипных компонентов, а не из сравнительно небольшого количества менее разнообразных крупных коммутационных устройств, как сейчас. Кроме того, в NGN будет поддерживаться большее число интерфейсов, чем в существующих сетях, и более высокая пропускная способность. Все это ведет к необходимости пересмотра принципов и подходов к сетевому управлению для NGN. Система управления NGN должна представлять собой набор решений, обеспечивающих управление сетями, реализованными на базе различных технологий (фиксированные и мобильные телефонные сети, сети передачи данных, сигнализации и т.д.), предоставляющих различные услуги и построенных на оборудовании различных производителей. Система управления будет строиться с использованием объектно-ориентированной распределенной структуры. Одной из главных особенностей систем управления NGN является открытая модульная архитектура, позволяющая разрабатывать и внедрять новые модули, работать с существующими приложениями и модернизировать существующие модули. Для реализации интегрированного управления системами и сетями независимо от их производителя и технологии могут использоваться разнообразные стандарты и протоколы, такие как, SNMP, OSI, ASCII, CORBA. В частности, стандартом управления де-факто в сетях ПД является протокол SNMP. В модели TMN предполагалось использование протоколов OSI. Однако практическая реализация систем управления на базе TMN оказалась сложной, медленной и дорогостоящей, в ней недостаточно проработаны вопросы управления услугами. В последнее время активно развиваются и реализуются решения по организации управления на базе архитектуры CORBA, которая является весьма перспективной, особенно на верхних уровнях управления. В сетях NGN системы управления будут в первую очередь нацелены на решение конкретных задач операторов, уровневая архитектура TMN уже не будет иметь первостепенного значения и отойдет на второй план. Большую значимость приобретают вопросы управления услугами. Интерфейсы систем управления должны быть открытыми. Отличительными чертами подобных интерфейсов являются: стандартизированные протоколы (CMIP, SNMP, FTP, FTAM и др.), использование формальных языков для описания стандартизированных интерфейсов (например, CORBA IDL, JAVA, GDMO, ASN 1. и др.), стабильность, которая позволяет вносить только те изменения, которые будут обратно совместимы. Основными требованиями, предъявляемыми к системам управления NGN, являются: подготовленное решение на практике должно реализовываться в краткие сроки; структуры открытых систем должны обеспечивать гибкость реализации и совместимость с другими решениями, высокую надежность, и как результат – качество обслуживания; оператор должен иметь возможность модифицировать программное обеспечение для реализации специфических функций и вводить новые услуги через изменение конфигурации; компонентные решения упростят возможности оператора по введению новых пользователей и функций. Гибкость и масштабируемость позволят легко адаптироваться к быстро появляющимся новым технологиям и продуктам, а также к изменяющимся потребностям пользователей. Одной из главных особенностей систем управления NGN является открытая модульная архитектура, позволяющая разрабатывать и внедрять новые модули, работать с существующими приложениями и модернизировать существующие модули. С точки зрения управления и мониторинга, сети NGN будут состоять из большего числа разнотипных компонентов, а не из сравнительно небольшого количества менее разнообразных крупных коммутационных устройств, как сейчас. Кроме того, для реализации интегрированного управления системами и сетями независимо от их производителя и технологии в NGN будет поддерживаться большее число интерфейсов, чем в существующих сетях (могут использоваться разнообразные стандарты и протоколы, такие как, SNMP, OSI, ASCII, CORBA), и более высокая пропускная способность. Все это ведет к необходимости пересмотра принципов и подходов к сетевому управлению для NGN. 3.Обобщенная структура сети на основе Softswitch? С развитием телефонии и телефонных сетей возникло множество технологий, различающихся между собой по реализации, но служащих для тождественных задач, по передаче голосовой и мультимедийной информации между абонентами. Различные технологии предполагали различные стандарты передачи данных, различные типы сигнализации и коммутации. С появлением пакетной передачи данных и сети Интернет появилась возможность стандартизации всех протоколов телефонии для создания программных коммутаторов, позволяющих работать с любой из существующих сетей. Таким образом была создана концепция NGN — (Next Generation Network) — создание мультисервисной сети, в которой любые передаваемые данные инкапсулировались бы в пакеты IP. Предшественником NGN была технология ISDN (Integrated Service Digital Network) рассчитанная на создание единой цифровой телефонной сети, на базе существующих аналоговых сетей. Но ISDN не смогла обеспечить возрастающие потребности пользователей в скорости передачи данных и требовала дорогостоящего оборудования для управления и коммутации. Сеть с пакетной передачей данных позволяет осуществлять доставку контента намного быстрее, используя в качестве транспорта протокол IP и позволяет производить коммутацию пакетов программными средствами. Именно таким средством коммутации и является технология Softswitch. Softswitch является программным обеспечением, производящим как маршрутизацию каналов VoIP-телефонии, так и являющимся самостоятельным VoIP-сервером. Данное ПО может использоваться как специализированном устройстве, так и на отдельном сервере либо кластере. Наиболее известными реализациями данной технологии являются такие программные продукты как Asterisk, Yate, FreeSWITCH, Kamailio. Рис. 1 - Пример использования технологии Softswich Большим преимуществом технологии Softswitch по сравнению с аппаратными решениями является масштабируемость и гибкость в настройке. Также возможности программных коммутаторов расширяются за счет создания необходимых модулей и плагинов, что в принципе невозможно в концепции аппаратных решений. Помимо этого, архитектура Softswitch позволяет использовать возможности различных по типу, телефонных сетей, воедино. Softswitch — это общая конструкция телекоммуникационной отрасли. Не существует специальных отраслевых спецификаций, регулирующих реализацию программного коммутатора. На рисунке ниже показана общая архитектура системы программного коммутатора. Рис. 2 -Схема компонентов программного коммутатора В типичной реализации программного коммутатора уровень управления отделен от транспортного уровня. Система разбита на три отдельных функциональных элемента: сигнальный шлюз, медиа-шлюз и контроллер медиашлюза. Шлюз сигнализации обеспечивает взаимодействие протоколов сигнализации IP, таких как SIP (протокол инициирования сеанса) и H.323, с традиционными протоколами SS7 (ОКС7), используемыми для передачи цифровых сигналов по аналоговым телефонным сетям. Медиа-шлюз обрабатывает каналы с мультиплексированием по времени (TDM) и инкапсулирует их в пакеты для передачи IP, используя протоколы, такие как RTP (транспортный протокол в реальном времени) или SRTP (безопасный RTP). Контроллер медиа-шлюза выполняет функции коммутации и передает параметры маршрутизации в медиа-шлюз, медиа-серверы и серверы приложений дабы устанавливать и прерывать вызовы, воспроизводить записанные сообщения и выполнять функции приложения, такие как переадресация вызова или ожидание вызова. Вся логика обработки звонков выполняется именно этим элементом системы. Контроллер медиа-шлюза также может называться программным переключателем, агентом вызова или контроллером вызова . Рис. 3 - Схема контроллера медиашлюза Дополнительно, программный коммутатор может оснащаться пограничными контроллерами сеансов (гейткиперами, SBC). Данные модули используются для защиты и управления коммуникационными потоками: пограничные контроллеры сеансов управляют сигнализацией IP-коммуникаций и потоками мультимедиа для защиты от атак типа «отказ в обслуживании» (DoS) и других угроз безопасности, также для смягчения проблем совместимости с несколькими поставщиками. Логическая модель Softswitch является стандартизированной (она определена специальным консорциумом о продвижении стандартов Softswitch — IPCC) и включает в себя четыре уровня для реализации различных логических задач в различных функциональных областях. Ниже перечислены уровни (иногда их называют еще функциональные плоскости) логической модели программного коммутатора: Транспортный уровень — включает в себя меда-шлюзы, шлюзы сигнализации, коммутаторы и маршрутизаторы. Обеспечивает взаимодействие с сетями VoIP и ОКС7. Уровень сигнализации — включает контроллеры шлюзов сигнализации и контроллеры сеансов (гейткиперы). Обеспечивает поддержку протоколов SIP/SIPT, H.323. Уровень приложения — включает в себя контроллеры медиа-шлюзов. Обеспечивает логику работы коммутатора. Уровень обслуживания — отдельный уровень, обрабатывающий абонентские данные и обеспечивающий поддержку биллинговых операций. Рис. 4 - Логическая модель архитектуры Softswitch Стоить отметить, что данная логическая модель является эталонной, предложенной IPCC, но не все разработчики поддерживают ее реализацию. Рассмотрим подробнее каждый из уровней данной модели. Транспортный уровень — отвечает за транспортировку сообщений по каналам связи. Это могут быть как управляющие сообщения (сигнализации, маршрутизации), так и непосредственно сообщения, содержащие мультимедийную информацию (голос, видео). Данный уровень может использовать любую технологию для передачи данных, которая обеспечивает требуемую пропускную способность. Также транспортный уровень обеспечивает взаимодействие сети IPтелефонии с другими сетями. Уровень сигнализации — вышестоящий уровень, базирующийся над транспортным и управляющий его основными элементами. Элементы данного уровня производят управление вызовами на основе сигнальных сообщений, поступающих от транспортного уровня. Производят создание и разрыв сессий передачи пользовательских данных. Уровень приложения — следующий уровень логической модели Softswitch. Компоненты уровня приложений обеспечивают маршрутизацию вызовов и управляют специализированными модулями обработки пользовательской информации, такими как интерактивные меню, временные группы и т.п. Уровень обслуживания (уровень эксплуатации) — обеспечивает взаимодействие между абонентами и самим коммутатором. Уровень обслуживания реализует активацию абонентов, возможности биллинга, активацию услуг, предоставляемых конечным абонентам. Отличие данного уровня заключается в том, что он может взаимодействовать с другими слоями логической модели как посредством внешних протоколов (например SNMP), так и средствами внутреннего API. На сегодняшний день существует несколько классов программных реализаций технологии Softswich, из которых наиболее известны Softswitch Class 4 и Softswitch Class 5. Рассмотрим подробнее, в чем различие между этими классами программных продуктов. Отметим сразу, что четкой границы между данными классификациями нет, так как любая из реализаций программного свитча является масштабируемой. Существуют также универсальные решения, называемые Softswitch Class 4/5 Но все же круг задач, для которых используется та или иная версия коммутатора отличаются. Рис. 5 - Взаимодействие различных классов программных коммутаторов в сети NGN Программные коммутаторы 5-го класса предназначены для совместной работы непосредственно с абонентскими терминалами. В их круг задач входят такие функции как: аутентификация абонентов; осуществление звонков; маршрутизация звонков; переадресация; удержание звонков; обработка пользовательской информации (IVR и прочие приложения); поддержка кодеков, транскодирование медиа. Из существующих реализаций к Softswitch Class 5 можно отнести такие продукты, как Asterisk, VoxSwitch, CallWeawer. Софтсвичи 4 класса являются программными продуктами, предназначенными для операторов связи, оперирующих магистральными сетями и обеспечивающие распределение и балансинг транзитного трафика. Они используются для следующих задач: поддержка и конвертация различных протоколов передачи данных; транскодирование; интеллектуальная маршрутизация и распределение звонков; предоставление различного рода статистики; услуги биллинга; услуги по обеспечению безопасности звонков. К Softswitch Class 4 можно отнести FreeSwitch, U-SYS, ПРОТЕЙ.
