Protokół SIP w pigułce

Transkrypt

Protokół SIP w pigułce
Marek Średniawa
SIP: Session Initiation Protocol

Protokół aplikacyjny (tekstowy):





ustanawianie, modyfikacja, likwidacja i zarządzanie
przebiegiem multimedialnych sesji komunikacyjnych
rozwinięcie HTTP i SMTP opracowane przez IETF Multiparty
Multimedia Session Control (MMUSIC) WG
RFC 3261 (wcześniej 2543bis)
stosowany do komunikacji partnerskiej (peer-to-peer)
Alternatywa dla H.323
UTE 2015- Marek Średniawa
SIP: przesłanki


Standard Internetowy

IETF - http://www.ietf.org

RFC 3261 i wiele innych powiązanych norm RFC
Wykorzystanie adresacji Internetowej



Wykorzystanie zasad kodowania HTTP


URL, DNS, proxy
Użycie bogactwa funkcjonalnego Internetu
Tekstowy protokół
Niezależność od protokołów transportowych


TCP, UDP, X.25, FR, ATM, …
Obsługa trybu multicast
Sieć wykorzystująca protokół SIP

Punkty końcowe SIP – urządzenia dołączone do
Internetu lub sieci IP obsługujące SIP l




Telefony stacjonarne i komórkowe z SIP UA
Aplikacje na PC i PDA – SIP UA
Bramy sieciowe
Serwery SIP – węzły sieci realizujące zestaw funkcji
na żądanie punktów końcowych SIP


Mogą inicjować żądania
Mogą być zlokalizowane w innej sieci
SIP - charakterystyka

Typy adresacji:

Internetowy



Telefoniczny


adres sip
adres e-mail
Numer telefoniczny E.164
Rejestracja

Użytkownik może się zarejestrować wykorzystując swój ID w
celu uzyskania dostępu do swoich danych i usług,
niezależnie od rejestracji urządzenia
SIP:architektura


Uogólnienie architektury internetowej “pajęczyny”
WWW
Prostota:





model klient-serwer
zasada żądanie-odpowiedź (Request - Response)
Serwery Proxy, Redirect, Registrar
Serwery aplikacji
Konsekwencje:

Upowszechnienie kreacji usług SIP


Wiele SIP API (SIP servlets, CPL oparty na XML, JAIN)
Rozwój narzędzi do projektowania usług (CGI)
Podstawowa architektura SIP – „trapez SIPowy”
Serwer DNS
Serwer
Lokalizacji
DNS
Serwer Proxy
SIP
Serwer Proxy
SIP
SIP
SIP
Media (RTP)
UA - Agent użytkownika A
UTE 2015Marek VON
Średniawa
[Źródło:
H.Sinnreich:
2001]
UA Agent użytkownika B
SIP: elementy architektury

User Agent Client - UAC




odbiera żądania połączeń
wysyłane przez innych
agentów
wysyła odpowiedzi w
imieniu użytkownika
User Agent - Agent
Użytkownika (typowy
terminal)

UAC + UAS
Redirect Server



reprezentuje żądanie do
innego serwera. Może
“rozwidlić” żądanie na wiele
serwerów, budując drzewo
przeszukiwania
Registrar


Przekierowuje użytkownika
na inny serwer
Proxy Server

User Agent Server - UAS


systemy końcowe
wysyłają żądania SIP (np.
żądanie ustanowienia
połączenia)

odbiera zgłoszenia
rejestracyjne UA (User
Agents)
Location Server

Baza danych o
użytkownikach
SIP: adresacja

Format zbliżony do formatu adresów e-mail
user@domain
user@host
user@IP_address
lub phone-number@gateway

SIP-URL = “sip:” [userinfo “@”] hostport urlparameters [headers]:
SIP URI (Uniform Resource Indicators)

Dwa warianty URI:

sip:[email protected]




Najpopularniejsza forma wprowadzona w RFC 2543
sips:[email protected]

(SIP URI)
(Secure SIP URI)
Nowa forma wprowadzona w RFC 3261
Wymaga TLS na TCP jako mechanizmu transportowego
zapewniającego ochronę informacji
Dwa typy SIP URI:

Address of Record (AOR) (identyfikuje użytkownika)


sip:[email protected] (wymaga rekordów DNS SRV w celu
lokalizacji serwerów SIP w domenie wcom.com)
Fully Qualified Domain Name (FQDN) lub Contact
(identyfikuje urządzenie)

sip:[email protected] lub sip:[email protected]
(nie wymaga roztrzygania przy rutingu)
Podstawowe wiadomości (metody) SIP
INVITE
Inicjowanie ustanowienia sesji
RFC 3261
BYE
Zakończenie trwającej sesji
RFC 3261
OPTIONS
Zapytanie o opcje i funkcjonalność serwera lub UA
RFC 3261
CANCEL
Anulowanie żądania w toku
RFC 3261
ACK
Potwierdzenie finalnej odpowiedzi na INVITE
RFC 3261
REGISTER
Rejestracja URI użytkownika w serwerze rejestrowym
SIP (związanie URI urządzenia z AOR)
RFC 3261
Dodatkowe wiadomości (rozszerzenia) SIP
INFO
Transport sygnalizacji w trakcie sesji
RFC 2976
PRACK
Potwierdzenie prowizorycznej odpowiedzi
RFC 3262
UPDATE
Aktualizacja informacji o stanie sesji
RFC 3311
REFER
Transfer użytkownika pod adres określony przez URI
RFC 3515
SUBSCRIBE
Żądanie zaabonowania powiadamiania o zdarzeniach
RFC 3265
PUBLISH
Przekazanie informacji o zmianie statusu do serwera
RFC 3903
NOTIFY
Transport powiadomienia o zaabonowanym zdarzeniu
RFC 3265
MESSAGE
Transport treści wiadomości natychmiastowych
RFC 3428
SIP: odpowiedzi
Opis
Kod
Przykłady
1xx
Informacyjne – żądanie odebrane, trwa
kontynuacja przetwarzania żądania.
180 Ringing
181 Call is Being Forwarded
2xx
Sukces – akcja odebrana, zrozumiana i
Zaakceptowana.
200 OK
3xx
Przekierowanie – konieczne podjęcie
dalszych działań w celu zakończenia
żądania.
300 Multiple Choices
302 Moved Temporarily
4xx
Błąd klienta – błędna postać żądania lub 401 Unauthorized
niemożność realizacji żądania przez
404 Not found
dany serwer.
408 Request Timeout
5xx
Błąd serwera – serwer nie był w stanie
zrealizować żądania.
503 Service Unavailable
505 Version Not Suported
6xx
Globalny błąd – żądanie nie do
zrealizowania przez dostępne serwery.
600 Busy Everywhere
603 Decline
Odpowiedzi (wybrane)

400
401
402
403
404
405
408
415
480
481
482

5xx – Server error

600
601
604
606

100 – Continue


180
181
182
183





–
–
–
–
Ringing
call is being forwarded
queued
session progress
200 – OK












300
301
302
305
380
–
–
–
–
–
Multiple choices
Moved permanently
Moved temporarily
use proxy
alternative service




– Bad request
– unauthorized
– payment required
– Forbidden
– not found
- method not allowed
– Request timeout
- Unsupported media type
– Temporarily not available
– Invalid Call-ID
– Loop detected
–
–
–
–
Busy
Decline
Does not exist
Not acceptable
Protokoły związane z SIP

SDP – Session Description Protocol





Tekstowa notacja służąca do opisu sesji medialnych
Dane przekazywane w treści wiadomości SIP
Wykorzystuje profile RTP/AVP dla najczęściej spotykanych typów
mediów
Zdefiniowany w normie RFC 2327
RTP – Real-time Transport Protocol


Wykorzystywany do trasportu pakietów mediów po IP
RTP dodaje nagłówek zawierający:






Nazwę źródła mediów
Stempel czasowy
Typ kodeka
Numer sekwencyjny
Zdefiniowany w RFC 1889 (H. Schulzrinne i inni)
Profile zdefiniowane w RFC 1890
Negocjacja mediów

Negocjacja mediów przy ustanawianiu sesji



Model „oferta-odpowiedź”
UA proponuje jeden lub kilka typów mediów, a drugi UA
odpowiadając akceptuje bądź odrzuca jeden lub więcej
proponowanych typów mediów
Sekwencja - INVITE/200/ACK

Dalsze negocjacje i zmiana typu mediów za pomocą
ponownego żądania INVITE w trakcie wcześniej ustanowionej
sesji

Wykorzystanie SDP do opisu mediów

Wykorzystanie protokołu SAP do organizacji multimedialnych
sesji komunikacyjnych w Internecie
Normalizacja SIP w IETF
Pożegnanie z tradycyjnym telefonem?
SIP – zasoby w Internecie




www.sipforum.com
www.cs.columbia.edu/sip
www.tech-invite.com
www.sipcenter.com
Architektura usługowa IMS
Marek Średniawa
UTE - zima 2013/2014
IMS - motywacja

Zamiar: konkurowanie z Internetem przez likwidację jego
braków




Zapewnienie QoS, bezpieczeństwa i mechanizmów taryfikacji
Zintegrowane usługi multimedialne
IMS jako uniwersalna architektura usługowa
Masowe aplikacje czy uniwersalna platforma usługowa


Kluczowy problem – elastyczne środki projektowana i
udostępniania usług
Otwartość dla niezależnych usługodawców




kontrola udostępniania usług
Integracja usług
Bezproblemowy dostęp do usług – mobilny i stacjonarny
Problem: kto zapewni globalny IMS i do kogo należą klienci ?
3GPP IP Multimedia Subsystem - IMS

IMS zdefiniowany przez 3GPP jako część UMTS Release 5 / IMT2000




ETSI TISPAN definiuje SDP dla NGN dla wszystkich sieci
wykorzystujących sieci IP
OMA (Open Mobile Alliance) definiuje usługi i mechanizmy usługowe
(enablers) IMS
IMS stanowi sieć nakładkową nad sieciami GPRS i udostępnia
uniwersalne środowisko usługowe IP dla mobilnych usług
multimedialnych


Wprowadzono rozszerzenia w Release 6 w celu pragmatycznej adaptacji
do wymagań istniejących sieci - IPv4 !
VoIP, wideotelefonia, wideokonferencje, mobilne treści multimedialne
IMS – oparty na rodzinie protokołów IP



SIP (Session Initiation Protocol) do sterowania sesjami
Diameter dla AAA (Authentication, Authorisation & Accounting)
Inne: SDP, RTP, RTCP, MEGACO/H.248, …
R 99

Definicja UTRAN


R4
R5
R6
R7
R8
Separacja płaszczyzn

Architektura IMS

Druga faza IMS
Podstawowe funkcje
sterowania i

Usługi multimedialne

Dostęp HSUPA
przewodowego dost.
usługowe 3G
użytkownika w sieci
Wiele nowych funkcji
szerokopasmowego
Podstawa dla
szkieletowej
wczesnych wdrożeń


sieci 3G
wykorzystujące IP


Dostęp HSDPA


usługowych
Uwzględnienie
Zachowanie ciagłości
Pierwsze kroki ku
realizujących w pełni
połączenia (Voice Call
oparciu działania na
założenia sieci 3G
Continuity)
IP

„Common IMS”
Usługi multimedialne
wykorzystujące IMS
12/1999
3/2001
00
01
3/2002
02
03
12/2004
04
05
06
07
08
09
Wprowadzenie IMS
12/2007
2006

Szczegółowa definicja
architektury

Podstawowe usługi

OSS, dane użytk.NGN,
kontrola przeciążeń, QoS,
bezpieczeństwo…
R1

Emulacja PSTN/ISDN

Usługi dostarczania
treści: IPTV,
strumieniowanie ,..

???
Optymalizacja
wykorzystania zasobów
R2
2009?
2007
R3
10
Rok
Od IETF SIP ….
Serwer SIP Proxy
DNS
AS - Serwer aplikacyjny SIP
Sieć IP/Internet
Żądanie
Odpowiedź
Agent użytkownika SIP - UA
Agent użytkownika SIP – UA
… do 3GPP IMS SIP
DNS
AS – serwer aplikacyjny SIP
DNS
HSS
Sieć szkieletowa IP z QoS
P-CSCF
S-CSCF
I-CSCF
Agent użytkownika SIP
Agent użytkownika SIP
Serwer aplikacji
SLF
Idea IMS: próba przejęcia kontroli nad
usługami IP
B
A
IP
B
A
Sterowanie
IMS
Serwer
aplikacyjn
y
Serwer
aplikacyjn
y
•
Sieć IP umożliwia swobodną komunikację między punktami
•
końcowymi
IMS pozwala sterować usługami w sieci IP za pomocą protokołu
SIP
IMS - sterowanie usługami IP/GPRS
IMS
Sygnalizacja SIP
Transport RTP
Sieć pakietowa GPRS
Sieć z komutacją kanałów - GSM
Motywacja IMS – „bogate” usługi, np. VoIP
Serwery aplikacyjne (AS)
Serwer
Obecnoś
Serwer IM
ci
Serwer obsługi Inne AS
sesji/połączeń
…
IMS
Sygnalizacja SIP
Transport RTP
Sieć pakietowa
Architektura 3GPP IMS
P-CSCF określa
system macierzysty;
pośredniczy przy
żądaniach
I-CSCF
HSS
Określa właściwy
Serving-CSCF
Przechowuje profil i dane
użytkownika (usługi,
mobilność, itp..)
Sieć wizytowana
przez ab. wywołującego
I-CSCF
Sieć
dostępowa
P-CSCF
• Wszystkie usługi realizowane przez system macierzysty
• usługi dodatkowe
• Brama Parlay i związane z nią usługi
• Feature Interaction and Service Brokering
• obsługa interfejsów do portali internetowych
Sieć macierzysta ab.wywołującego
HSS
Diameter
UE
Serwery Aplikacji
SIP
SIP
Diameter
Diameter
S-CSCF
AS
SGW
SIP
SIP
Płaszczyzna usługowa
ISUP/IP
BGCF
SIP
VoIP – RTP – transport strumienia mediów
Płaszczyzna sterowania
PSTN
MGCF
H.248
Sieć
Szkieletowa IP
ISUP/MTP
PCM
MGW
Płaszczyzna transportowa
HSS – Home Subscriber Server
CSCF – Call Session Control Function
BGCF – Breakout Gateway Control Function
MGCF – Media Gateway Control Function
S-CSCF
BGCF
MGCF/MGW
Koordynuje połaczenie
i usługi dla terminala
Określa najlepszy
ruting do PSTN
Sterowanie i funkcje
bramy medialnej
sterowanie
transport
Realizacja usług w IMS
IMS – aspekt usługowy

Interpersonalne usługi multimedialne

Wymiana plików dowolnego typu


Nowe usługi








Głos, dane, wideo
„Bogate” połączenia – uwzględnienie kontekstu komunikacji
Push-to-Talk, Push-to-See
IP Centrex
Strumieniowanie mediów
Zintegrowane usługi wymiany wiadomości
Współdzielenie mediów i aplikacji
Gry sieciowe
Integracja usług

Głos, dane, wideo z wbudowaną bogatą obecnością

Lokalizacja, dostępność, preferencje, …
Narzędzia IMS = uniwersalne serwery aplikacji IMS



IMS celowo nie normalizuje specyficznych aplikacji
Zdefiniowane główne interfejsy AS - IMS jako stacja dokująca
dla serwerów aplikacji
OMA (Open Mobile Alliance) normalizuje usługi IMS



Presence, Group Management, Instant Messaging (IM), Push to
Talk over Cellular (PoC)
Wypracowany zbiór wspólnych serwerów – narzędzi IMS do
wykorzystania przy realizacji złożonych usług
Główne narzędzia dla IM, PoC i wideopołączeń



XML Document Management System (XDMS) do konfigurowania
grup
Serwer obecności - Presence Server (PS)
Zarządzanie urządzeniami - Device Management (DM)
IMS – sposoby realizacji usług

Usługi SIP

Serwery aplikacji SIP





Usługi IN CS1+



IMP
PoC (Push-to-talk over Cellular) albo PTT (Push-To-Talk)
konferencja ad hoc
3PCC
CAMEL i CAP
IM SSF
Usługi dostarczane przez strony trzecie


Parlay/OSA i Parlay X API
Zewnętrzne serwery aplikacji

W sieci macierzystej, samodzielne i w sieciach zewnętrznych
Architektura usługowa IMS
AS
AS
SCIM
SIP Application
Sewer
aplikacji SIP
Server
Sh
HSS
HSS
ISC
Cx
Si
SS-CSCF
CSCF
ISC
OSA
OSAservice
service
capability
capabilityserver
server
(SCS)
(SCS)
OSA API
ISC
Mr
IM
IM - -SSF
SSF
MAP
CAP
CAMEL
Service
Camel Service
Environment
Environment
OSA
Serwer
aplikacji
application
OSA
MRFC
MRFC
Warstwy IMS: Transport, sterowanie sesjami, aplikacje
Płaszczyzna Aplikacji
SIP AS
Płaszczyzna sterowania
P-CSCF
SIP AS
Parlay AS
Parlay API
OSA GW
HSS
I-CSCF
S-CSCF
MRFC
Płaszczyzna użytkownika
SIP
H.248 / MEGACO
MRFP
Diameter
RTP
B-GW
PSTN
CAMEL
CSE
CAP API
IM SSF
Modele pracy serwera aplikacyjnego AS


S-CSCF uruchamia usługi wykorzystując tzw. Wyzwalacze
(triggers)
Tryby działania AS





Rola AS zależy od jego trybu działania




jako docelowy UA – np. serwer treści
jako inicjujący UA – np. wake up server
w roli pośrednika – np. przekazywanie połączenia
w roli B2BUA – np. w Click2Dial
Serwer proxy
3rd Party Call Control
B2B UA
Implementacja AS zależy od charakteru usługi

decyzja o modelu pracy serwera podejmowana podczas
projektowania usługi
Struktura profilu użytkownika w HSS
Wyzwalanie aplikacji - wyzwalacze

Wyzwalacze - TP - Trigger Points
3GPP TS 23.218








każda znana i nieznana metoda protokołu SIP
typ rejestracji użytkownika
rodzaj wiadomość REGISTER – pierwsza rejestracja, rerejestracja, de-rejestracja
wystąpienie lub brak któregoś z elementów nagłówka
wiadomości
treść znanego lub nieznanego elementu nagłówka
wiadomości oraz analiza adresu odbiorcy (Request-URI)
kierunek wysyłania wiadomości
Parametry opisu sesji w SDP
Wyzwalacz składa się z jednego lub więcej punktów
wyzwalania usługi SPT - Service Point Trigger

SPT - wybrany element sygnalizacji SIP, który może posłużyć
do rozpoznania usługi
Service Point Trigger
Service Points of Interest
ConditionNegated: boolean
Group: list of integer
SIP Method
Request-URI
RequestURI: string
SIPMethod: string
SIP Header
Header: string
Content: string
Session Case
SessionCase:
enumerated
Session Description
Line: string
Content: string
Identyfikacja w UMTS
Relacja między identyfikacjami użytkownika
Public User Identities
tel:+48 22 8259820
[email protected]
Abonent IMS
Private User Identity
tel:+48 602 210799
Relacja między identyfikacjami użytkownika a
profilami usługowymi użytkownika
Profil
usługowy 1
tel:+48 22 8259820
[email protected]
Public User Identities
Abonent IMS
Private User Identity
Profil użytkownika związany z Prywatną
Identyfikacja Użytkownika i zbiorem
Publicznych Identyfikacji Użytkownika.
Profil
usługowy 2
tel:+48 602 210799
Profil użytkownika
Identyfikacja w IMS



Potrzeba unikalnej identyfikacji
W IMS rozróżnia się identyfikację publiczną i
prywatną
Identyfikacja publiczna




Użytkownik IMS ma więcej niż jedną identyfikację publiczną
PUI (Public User Identity)
SIP URI lub TEL URI
sip:[email protected]; user=phone
tel:+48-22-8323546
TEL URI wymagane do połączeń IMS-PSTN
Co najmniej jeden TEL URI i jeden SIP URI na użytkownika
Public Service Identities (PSI)



Podobna do publicznej identyfikacji użytkowników,
ale przydzielana usługom (AS – serwerom aplikacji),
a nie użytkownikom
Używane do identyfikacji specyficznych serwerów
aplikacji (enablers), takich jak obecność czy serwery
komunikacji grupowej
Format SIP URI lub TEL URI



sip: [email protected], [email protected],
[email protected]
tel: +49-900-123-456
PSIs traktowane jako PUIs - łatwy ruting żądań SIP
do AS
Taryfikacja w IMS
Taryfikacja w IMS

Dwa modele:



Offline



Informacje taryfikacyjne zbierane po sesji
Użytkownik otrzymuje faktury w cyklu miesięcznym
Online



Offline
Online
Elementy IMS współpracują z systemem taryfikacji w czasie
rzeczywistym
System taryfikacji w czasie rzeczywistym prowadzi interakcję
z kontem użytkownika
3GPP TR 23.815 (Charging implications of IMS
architecture)
Ewolucja IMS
Wizja sieci NGN w ETSI



Integracja sieci mobilnych i stacjonarnych za pomocą wspólnej
platformy IMS
Uniwersalna wielousługowa, wieloprotokołowa sieć IP
Neutralność dostępowa





Dostęp bezprzewodowy i przewodowy, mobilny i stacjonarny
Zapewnienie QoS, bezpieczeństwa i niezawodności
Zapewnienie współpracy z innymi sieciami
Obsługa mobilności i nomadyczności użytkowników i urządzeń
Uniwersalny dostęp do personalnego profilu usługowego



Stały
w dowolnym miejscu
za pomocą różnych terminali
Założenia architektury TISPAN NGN

Podejście oparte o koncepcję podsystemów:



Komunikacja IP realizowana przez dwa podsystemy:



Elastyczność umożliwiająca wprowadzanie z czasem nowych
podsystemów stosownie do potrzeb i kategorii usług
Wykorzystanie dorobku innych ciał normalizacyjnych
Network Attachment Subsystem (NASS)
Resource and Admission Control Subsystem (RACS)
Pierwsze podsystemy usługowe:


3GPP IMS zaadaptowany do obsługi dostępu xDSL(wspólnie z
3GPP), do usług multimedialnych i emulacji usług PSTN/ISDN
Podsystem emulacji PSTN/ISDN umożliwiający wymianę sprzętu
TDM przy zachowaniu tradycyjnych terminali i symulacji usług
PSTN/ISDN dla terminali IP
TISPAN a architektura sieci stacjonarnej NGN

Dwa dodatkowe podsystemy:

Network Attachment Subsystem (NASS)


Wsparcie dla dostępu nomadycznego i zarządzaniu
lokalizacjami za pomocą usług IP jak w sieciach stacjonarnych z
uwzględnieniem systemów AAA
Resource Admission Control Subsystem (RACS)



Realizacja QoS
Sterowanie bramami na granicach sieci
Obsługa przejścia przez NATy zlokalizowane w sieciach u
użytkowników
Architektura TISPAN NGN
koncepcja podsystemów
Applications
Service Layer
Other
subsystems
User
profiles
Core IMS
Network
Attachment
Subsystem
Resource and
Admission Control
Subsystem
Transport Layer
Transfer Functions
Other networks
User Equipment
PSTN/ISDN
Emulation
subsystem
Charakterystyka ETSI TISPAN NGN Release 1







Wsparcie dla aplikacji SIPowych i nie SIPowych
IMS dla konwersacyjnych aplikacji SIPowych
Inne podsystemy dla innych rodzajów aplikacji
Uniwersalność dostępowa
Wsparcie dla realizacji złożonych modeli
komercyjnego świadczenia usług
Realizacja FMC w oparciu o IMS
Wykorzystanie wyników i współpraca


3GPP, DSL Forum, MultiService Forum, OMA, ITU-T NGN FG,
Parlay
Podstawa - 3GPP IMS Release 6
FG NGN – Zakres objęty Release 1
Service Stratum
Application Functions
User
Profile
Functions
Other Multimedia
Components …
Streaming Services
Service
and
Control
Functions
Other Networks
PSTN / ISDN Emulation
IP Multimedia
Component
Legacy
Terminals
Network Access
Attachment Functions
NAAF
GW
Customer
Networks
NGN
Terminals
Customer and
Terminal Functions
Access
Functions
Access Transport
Functions
Resource and Admission
Control Functions
RACF
Edge
Functions
Core transport
Functions
Transport Stratum
UNI
Aspekty QoS i sterowanie QoS
(Wymagania sygnalizację IP związaną z QoS)
Zakres architektury FG NGN Release 1
NNI
Częściowo
Charakterystyka sieci NGN wg ITU-T Y.2001

Sieć pakietowa

Realizacja usług telekomunikacyjnych

Wykorzystanie wielu technik szerokopasmowych

Uwzględnienie QoS w transporcie

Oddzielenie funkcji sterowania usługami od funkcji
transportowych

Otwarty dostęp użytkowników do sieci i konkurujących
usługodawców i oferowanych przez nich usług

Obsługa mobilności i nomadyczności
Architektura NGN ITU-T wg Y.2011
Aplikacje
ANI
Funkcje zarządzania
Funkcje wspomagania aplikacji i usług
Profile usługowe
użytkowników
Funkcje sterowania
usługami
Warstwa usługowa
NACF (Network Attachment
Control Functions)
Profile transportowe
użytkowników
Funkcje
użytk.
końcowego
RACF (Resource and
Admission
Control Functions)
Inne
sieci
Funkcje sterowania transportem
Funkcje transportowe
UNI
NNI
Warstwa transportowa (szkielet i dostęp)
Sterowanie
Media
Zarządzanie
Wspólne elementy architektury funkcjonalnej
ETSI TISPAN_NGN Release 1


Wspólne elementy – te które mogą być
wykorzystywane przez więcej niż jeden podsystem
Dwa rodzaje elementów

Występujące w 3GPP IMS




Subscription Locator Function (SLF)
Application Server Function (ASF)
Charging and Data Collection Functions
Nowe, zdefiniowane przez TISPAN





User Profile Server Function (UPSF)
Application Server Function (ASF) z interfejsem do RACS
Interconnection Border Control Function (IBCF)
Interworking Function (IWF)
Charging and Data Collection Functions z interfejsem do IBCF
SDN (Software Defined Network) i
NFV (Network Functions
Virtualization)
Konwergencja infrastruktury
Przetwarzanie
Pamięć
Sieć
Przetwarzanie
Sieci
Zarządzanie
Pamięć
Ewolucja metod przetwarzania
•
•
Architektura
wertykalna
Rozwiązania
zamknięte i
specyficzne dla
dostawców
•
•
Architektura warstwowa
Otwarte interfejsy
Co dalej? … NFV?
(Network Functions Virtualisation)
Niezależni dostawcy
oprogramowania
Session Border
Controller
WAN
Acceleration
Message
Router
CDN
Skoordynowana
automatyczna i
zdalna instalacja
Carrier
Grade NAT
DPI
Tester/QoE
monitor
Firewall
SGSN/GGSN
Generyczne wysokowydajne serwery
BRAS
PE Router
hiperwizory
Radio Network
Controller
Generyczna pamięć o dużej pojemności
Generyczne wysokowydajne przełączniki Ethernet
Podejście klasyczne
Podejście NFV - ETSI
Co to jest NFV?

Network Functions Virtualization (NFV):


Nowy paradygmat zakładający, że funkcje sieciowe:







koncepcja architektury sieciowej wykorzystująca wirtualizację
technik informatycznych służącą wirtualizacji całych kategorii
funkcji węzłów sieci jako komponentów, które mogą być
łączone lub wiązane ze sobą w celu tworzenia usług
Są realizowane przez oprogramowanie
Mogą działać na współdzielonych serwerach
Mogą być przenoszone na życzenie
Nie wymagają specjalnych rozwiązań sprzętowych
ETSI Industry Specification Group odpowiedzialna za
normalizację
SDN – źródło idei NFV
NFV i SDN komplementarne
Koncepcja NFV
Sposób na uelastycznienie i uproszczenie struktury sieci
przez uniezależnienie od ograniczeń sprzętowych
Tradycyjny model sieci:
Urządzenia fizyczne
Model z wirtualizacją funkcji
sieciowych:
Urządzenia wirtualne
v
v
DPI
GGSN/
CG-NAT
BRAS
SGSN
Firewall PE Router
DPI
BRAS
GGSN/SGSN
Wirtualne
urządzenia
Orkiestracja, automatyzacja i
zdalna instalacja
PE Router
Znormalizowane
serwery o wysokiej
wydajności
 Funkcje sieciowe realizowane przez specyficzny
 Funkcje sieciowe realizowane przez oprogramowanie
Firewall
CG-NAT
Session Border
Controller
sprzęt i oprogramowanie
 Jeden fizyczny węzeł przypisany do roli
na znormalizowanym sprzęcie
 Wiele ról realizowanych na tym samym sprzęcie
Źródło: D. Lopez Telefonica I+D, NFV
ETSI – Architektura NFV (2012)
Komponenty NFV

Network Function (NF)


Virtualized Network Function (VNF)


Połączenie między VNF, np. brama abonencka
VNF Forwarding Graph


Programowa implementacja NF, która może zostać
udostępniona w zwirtualizowanej infrastrukturze
VNF Set


Składnik funkcjonalny o precyzyjnie zdefiniowanych interfejsach
i działaniu
Powiązanie usług w sytuacji gdy kolejność połączeń sieciowych
jest istotna, np. firewall, sterowanie równoważeniem obciążeń,
NAT
NFV Infrastructure (NFVI)

Sprzęt i oprogramowanie niezbędny do udostępnienia,
zarządzania i realizacji VNF uwzględniający przetwarzanie,
komunikację sieciową i pamięć
Wirtualizowane funkcje w sieciach
mobilnych
















Centrale – MSC , Open vSwitch
Routery
Home Location Register (HLR)
Serving GPRS Support Node (SGSN),
Gateway GPRS Support Node (GGSN),
Combined GPRS Support Node (CGSN),
Radio Network Controller (RNC),
Serving Gateway (SGW),
Packet Data Network Gateway (PGW),
Residential Gateway (RGW),
Broadband Remote Access Server (BRAS),
Carrier Grade Network Address Translator (CGNAT),
Deep Packet Inspection (DPI),
Provider Edge (PE) Router,
Mobility Management Entity (MME),
Element Management System (EMS)
ETSI NFV ISG PoC Forum (Proof of
Concept)






Virtual Broadband Remote Access Server (BRAS) – British
Telecom
Virtual IP Multimedia System (IMS) - Deutsche Telekom
Virtual Evolved Packet Core (vEPC) - Orange Silicon Valley
Carrier-Grade Network Address Translator (CGNAT) Deep
Packet Inspection (DPI), Home Gateway - Telefonica
Perimeta Session Border Controller (SBC) - Metaswitch
Deep packet inspection - Procera
CC z wykorzystaniem np. OpenStack
Sieci programowane – software networks

Generyczne funkcje sieciowe zaimplementowane
jako moduły oprogramowania wykonywane przez
maszyny wirtualne:




np. vEPC, vVPN, vNAT, vIMS, …
Funkcjonalność oprogramowania pośredniczącego:
interpretacja wymagań usług i ich odwzorowanie na
parametry wykonawcze służące do dynamicznej konfiguracji
wykonywanych programów binarnych
Zarządzanie i koordynacja zasobów pomiędzy wieloma
usługami: procesory, pamięć, sieć
Zapewnienie SLA
Realizacja IMS z wykorzystaniem NFV
Motywacja użycia koncepcji NFV do IMS

Cloud Computing jako czynnik sprawczy
dla NFV






Zasada „pay-per-use” dla usług w chmurze
Elastyczność i skalowalność przydziału
zasobów na żądanie zgodnie z potrzebami
IMS – znaczna zmienność poziomu
ruchu i potrzeba zapewnienia nadmiaru
mocy przetwarzania dla szczytów ruchu
Elastyczność funkcji zarządzania siecią i
usługami
Optymalizacja wykorzystania zasobów
Opłaty za wykorzystywaną
infrastrukturę sieciową proporcjonalne
do wykorzystania
vIMS z wykorzystaniem NFV

Niezbędne różne mechanizmy
równoważenia obciążeń (LB)

DNS między:



SLF między:



I-CSCF i HSS
S-CSCF i HSS
Zestaw funkcji usługowych między:


UE i P-CSCF
P-CSCF i I-CSCF
I-CSCF i S-CSCF
Konieczność aktualizacji modułów
równoważenia obciążeń – LB (Load
Balancers) przez Orkiestrator przy
każdym wytworzeniu/usunięciu
komponentu sieciowego

Niezbędne API do dynamicznej
zmiany topologii
Realizacja IMS w modelu NFV – Wariant 1

IMSLocator:



Pula IMS VM:


przypisuje abonenta do konkretnej instancji IMS VM podczas rejestracji
i lokalizuje IMS VM w fazie odkrywania
Eksponuje interfejsy Gm i Mw
Zarządzana przez Orkiestrator, który decyduje o utworzeniu kolejnych
wystąpień IMS VM
SharedDB:


Wspólna baza danych współdzielona przez różne wystąpienia IMS VM
Przechowuje informacje o abonentach
Implementacja IMS w chmurze:
Projekt Clearwater
http://www.projectclearwater.org/
Podsumowanie
Zagrożenia dla operatorów ze strony Internetu

Mnogość dostępnych usług i aplikacji i otwartość na
nowe

VoIP, wymiana wiadomości natychmiastowych, obecność,
komunikacja głosowa i wideokomunikacja


Usługi P2P


– np. Skype i inne komunikatory
wykorzystanie protokołu SIP i innych protokołów
Operator zredukowany do roli dostawcy infrastruktury
transportowej dla strumieni bitowych


również w przypadku sieci 3G – UMTS
Problem ROI dla sieci dostępu radiowego
Czego nas nauczył Internet




Internet umożliwia realizację usług multimedialnych i
triple play już dziś!
Jakość wynikająca z techniki best effort spełnia
wymagania 80-90% wszystkich usług
Otwartość sprzyjająca innowacjom
Funkcjonalność, taniość (bezpłatny dostęp) i łatwość
posługiwania się kreuje masowe aplikacje („killer
applications”)
Wdrażanie usług IMS

Kto wdraża IMS?



IMS atrakcyjny dla operatorów i usługodawców w sieciach
stacjonarnych i mobilnych
Ponad 200 operatorów prowadzi próby lub jest na
początkowym etapie wdrażania
Przykłady:





BT - 21st Century Network – IMS i infrastruktura SIP
Telecom Italia Mobile - usługa współdzielenia wideo
BellSouth - infrastruktura SIP
KPN
TeliaSonera
Przykład usługi – Telefonica FindUs!

Aplikacja Facebook (widget), która pomaga
użytkownikowi zlokalizować swoich przyjaciół z grupy
za pomocą Google Map

Integracja różnych zasobów operatora

Kontekst użytkownika


Lokalizacja i obecność
Interakcja z użytkownikiem

IM i click-to-call
Źródło: Telefonica
Telefonica - Find Us! - implementacja
Telefonica - Find Us! - implementacja
Telekomunikacja – mapa myśli
Najpopularniejsze API –ranking
„Wszechczasów”
„Ostatnie” 2 tygodnie
Ewolucja ku NGN/4G
Szybki dostęp
Sieć
szkieletowa IP
2006
2007
2009
2008
IMS
Common
MMTel
IM&P
IMS
2010
2011
Adv
2005
R10
LTE
2004
EPC
2003
LTE
2002
HSPA
+
2001
R9
R8
R7
HSPA
UL
UMTS
2000
R6
R5
R4
HSPA
DL
R99
Usługi
konwergentne
Evolved Packet Core (EPC)

Wielodostępowa sieć szkieletowa oparta na
IP, wspólna dla sieci dost.

zaufanych 3GPP:


zaufanych nie-3GPP:


WIMAX, CDMA2000/HRPD
niezaufanych:


LTE-E-UTRAN, UMTS-UTRAN, GPRS-GERAN
WLAN
EPC
Funkcje EPC

Zapewnienie połączenia z domenami
usługowymi IP





Internet
IMS
IMS
Internet i inne (np. P2P)
NAS i bezpieczeństwo (AAA)
Mobilność i zarządzanie połączeniami
Sterowanie politykami QoS i taryfikacją (PCC)
Dostęp
3GPP
Dostęp
nie-3GPP
Zaufany
Zaufany /
niezaufany
Źródło: T.Magedanz, Fraunhofer-FOKUS
IMS – eksplozja normalizacji


IETF SIP - 950 stron !
Tylko jedna z norm 3GPP – 715 stron !



Digital cellular telecommunications system (Phase 2+);
Universal Mobile Telecommunications System (UMTS);
Signalling flows for the IP multimedia call control based on
Session Initiation Protocol (SIP) and Session Description
Protocol (SDP); Stage 3
3GPP TS 24.228 version 5.14.0 Release 5
Grupa ETSI TISPAN zajmująca się adaptacją IMS do
dostępu stacjonarnego wytworzyła ponad 2000
dokumentów roboczych w 2005 roku !
Patologia !?
Same normy RFC bez wersji roboczych (I-D) !
„Telekomunikacja 2.0” - eksplozja normalizacji
Kurczenie się obszaru kontroli operatorów
API dla IMS i EPC – ostatni „szaniec”


Sieci w pełni IP jako droga do aplikacji OTT
Brama usługowa - otwarte API: RCS , IMS, EPC
Źródło: T.Magedanz, Fraunhofer-FOKUS
Dodatek – wyjaśnienie skrótów
Skróty

















AN – Access Network
AuC – AUthentication Centre
BICC – Bearer Independent Call Control
BG – Border Gateway
BGCF – Breakout Gateway Control Function
BSC – Base Station Controller
BSS – Base Station System
BTS – Base Transceiver Station
CN – Core Network
CS – Circuit Switched
CSCF – Call Session Control Function
EIR – Equipment Identity Register
GGSN – Gateway GPRS Support Network
GMSC – Gateway Mobile Switching Centre
HLR – Home Location Register
IM – Internet protocol Multimedia
IWF – InterWorking Function
Skróty
















LA – Location Area
ME – Mobile Equipment
MEGACO
MGCF – Media Gateway Control Function
MGW – Media GateWay
MRFC – Multimedia Resource Function Controller
MRFP – Multimedia Resource Function Processor
MS – Mobile Station
MSC – Mobile Switching Centre
MTP – Message Transfer Part
PLMN – Public Land Mobile Network
PSTN – Public Switched Telephone Network
PS – Packet Switched
RA – Routing Area
RNC – Radio Network Controller
RNS – Radio Network System
Skróty









SCCP – Signalling Connection Control Part
SCTP – Stream Control Transmission Protocol
SGSN – Serving GPRS Support Network
SGW – Signalling GateWay
SLF – Subscription Locator Function
SS7 – Signalling System number 7
UE – User Equipment
USIM – User Subscriber Identity
VLR – Visitor Location Register

Protokół SIP w pigułce

Transkrypt

Podobne dokumenty

Ewolucja usług telekomunikacyjnych

Część 7: NGN/IMS, NFV i podsumowanie

Protokół SIP w pigułce

New Link 1-2/2004 - Association of Polish Engineers in Canada

IMS i IP TV

Uwarunkowania rozwoju infrastruktury telekomunikacyjnej

Turner przedstawia nową generację produkcji Cartoon Network

Podstawy dzialania DNS