Giao thức điều khiển luồng truyền tải – SCTP

Chương 9: GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN LUỒNG TRUYỀN TẢI – SCTP SCTP là một giao thức truyền tải qua IP mới, tồn tại đồng mức với TCP và UDP. SCTP hiện cung cấp các chức năng tầng truyền tải cho nhiều ứng dụng trên cơ sở Internet. SCTP được IETF đưa ra và đặc tả trong RFC 2960. 3.4.1. Tổng quan về kiến trúc của SCTP Về kiến trúc, SCTP nằm giữa tầng tương thích người dùng SCTP và tầng mạng chuyển gói phi kết nối như IP, … Dịch vụ cơ bản của SCTP là chuyển giao tin cậy các bản tin của người dùng giữa các người dùng SCTP đồng mức. SCTP là giao thức hướng kết nối vì vậy, SCTP thiết lập kết nối giữa hai điểm đầu cuối (gọi là liên hệ trong phiên SCTP) trước khi truyền dữ liệu người dùng của nó. 3.4.2. Tổng quan về chức năng của SCTP Dịch vụ truyền tải SCTP có thể được phân thành một số chức năng. Các chức năng này được mô tả như sau (Hình 3.5):  Thiết lập và hủy bỏ liên kết: Một liên hệ được tạo ra bởi một yêu cầu từ người dùng SCTP. Cơ chế cookie được dùng trong quá trình khởi tạo để cung cấp sự hỗ trợ bảo vệ chống lại sự tấn công.  Phân phối tuần tự theo các luồng: Người dùng SCTP có thể xác định số lượng các luồng được hỗ trợ trong liên hệ tại thời điểm thiết lập liên hệ đó.  Phân mảnh dữ liệu người dùng: SCTP hỗ trợ phân mảnh và tái hợp các bản tin dữ liệu người dùng để đảm bảo cho các gói tin SCTP truyền xuống các tầng thấp hơn phù hợp với MTU.  Phát hiện và tránh tắc nghẽn: SCTP gán cho mỗi bản tin dữ liệu người dùng (được phân mảnh hoặc không) một số tuần tự truyền dẫn (TSN). Đầu cuối thu sẽ xác nhận toàn bộ các TSN và ngắt đoạn (nếu có) thu được.  Chunk bundling: Gói tin SCTP được phân phối đến tầng thấp hơn bao gồm hai thành phần là tiêu đề chung và theo sau là một hoặc nhiều chunk. Hình vẽ sau đây mô tả kiến trúc chung của một gói SCTP: Hình 3.4. Cấu trúc gói SCTP  Hợp thức hóa gói tin: Trường Tag là bắt buộc và 32 bit của trường CheckSum nằm trong tiêu đề của SCTP.  Quản lý tuyến: Chức năng quản lý tuyến SCTP chọn địa chỉ truyền tải đích cho mỗi gói tin SCTP đầu ra trên cơ sở chỉ dẫn của người dùng SCTP và trạng thái hiện thời của các địa chỉ đích hiện tại. Hình 3.5. Các chức năng SCTP 3.4.3. Khuôn dạng tiêu đề chung của SCTP Hình vẽ sau đây mô tả khuôn dạng chung của tiêu đề gói tin SCTP: Hình 3.6. Khuôn dạng tiêu đề SCTP  Trường số thứ tự cổng nguồn/đích: 16 bít. Chỉ thị số thứ tự cổng của SCTP gửi/nhận.  Trường Tag: 32 bít. Phía thu sử dụng trường này để xác nhận với phía gửi về gói tin SCTP này.  Trường CheckSum: 32 bit. Chứa tổng kiểm tra của gói tin SCTP. SCTP sử dụng thuật toán Adler-32 để tính toán tổng kiểm tra. 3.5. M2PA M2PA định nghĩa giao thức hỗ trợ truyền tải các bản tin MTP3 của SS7 qua IP sử dụng các dịch vụ của SCTP. M2PA cho phép quản lý các bản tin MTP3 và khả năng quản lý mạng giữa hai nút SS7 bất kỳ truyền thông với nhau thông qua mạng IP. M2PA hỗ trợ:  Hoạt động của các thực thể giao thức MTP3 đồng mức qua kết nối mạng IP.  Ranh giới giao tiếp MTP2/MTP3, quản lý các liên hệ truyền tải SCTP và lưu lượng liên kết MTP2.  Thông báo không đồng bộ để quản lý sự thay đổi trạng thái. Đặc tả MTP yêu cầu mỗi nút có tầng MTP3 phải có một mã điểm SS7. Vì vậy, mỗi điểm báo hiệu IP cũng cần phải có mã điểm SS7 của nó. Hình 3.7. Vai trò và vị trí của M2PA Hình 3.8. Vai trò và vị trí M2PA trong mạng toàn IP Hình 3.7 mô tả một điểm báo hiệu SS7 kết nối thông qua một SG, được trang bị hỗ trợ cho cả mạng SS7 và IP, kết nối đến một điểm báo hiệu IP. Hình 3.8 là một ví dụ khác, trong đó MTP3 được thích ứng với lớp SCTP nhờ sử dụng M2PA trong kiến trúc toàn IP. Ở đây, các điểm báo hiệu IP MTP3 sử dụng lớp M2PA bên dưới nó thay cho MTP2. Giao tiếp giữa hai lớp – MTP3 hoặc M2PA được định nghĩa bởi cùng các hàm nguyên thuỷ như trong giao tiếp MTP3/MTP2. M2PA thực hiện các chức năng tương tự như MTP2. 3.6. M2UA M2UA định nghĩa một giao thức để truyền tải các bản tin báo hiệu của ứng dụng MTP2 SS7 (ví dụ MTP3) qua IP sử dụng SCTP. Chỉ có ứng dụng của MTP2 là MTP3. M2UA cung cấp sự hỗ trợ cho:  Ranh giới giao tiếp giữa MTP2/MTP3.  Truyền thông giữa các modul quản lý tầng.  Hỗ trợ cho quản lý các association tích cực. Hình 3.9. Vai trò và vị trí của M2UA SG mong muốn nhận được báo hiệu SS7 qua một thiết bị kết cuối mạng SS7 chuẩn, sử dụng MTP SS7 để cung cấp truyền tải các bản tin báo hiệu SS7 đến và từ một điểm dầu cuối báo hiệu SS7. Sau đó, SG cung cấp sự phối hợp hoạt động giữa các chức năng truyền tải với IP SIGTRAN nhằm truyền tải các bản tin báo hiệu MTP3 đến điểm báo hiệu IP của MTP3 sử dụng MTP2 của SG với tư cách là tầng thấp hơn của nó để sử dụng các hàm nguyên thủy tương ứng được định nghĩa giữa các tầng. Truyền thông MTP3/MTP2 được định nghĩa là các bản tin M2UA và gửi qua kết nối IP. 3.7. SO SÁNH M2PA VÀ M2UA Hình 3.7 và 3.9 minh họa một kiến trúc để mô tả sự khác nhau giữa hai giao thức. Bảng 2.1. So sánh M2PA và M2UA Đặc điểm so sánh M2PA M2UA Bản tin dữ liệu MTP3 Truyền tải bản tin MTP3 Giao tiếp với MTP3 Đưa ra giao diện phía trên với MTP3 Các hàm nguyên thủy Điểm báo hiệu IP xử lý các hàm nguyên thủy MTP3 đến MTP2 Điểm báo hiệu IP truyền tải các hàm nguyên thủy MTP3 đến MTP2 đến SG của MTP2 để xử lý (thông qua chức năng phối hợp hoạt động) Kiểu liên kết Kết nối điểm báo hiệu IP với SG là liên kết báo hiệu SS7 Kết nối điểm báo hiệu IP và SG không phải là kết nối báo hiệu số 7. Nó là mở rộng của MTP2 đến một node từ xa. Mã điểm SG là một node SS7 và có mã điểm SG không phải là một node SS7 và không có mã điểm Các tầng cao hơn SG có các tầng SS7 cao hơn như SCCP,… SG không có tầng SS7 cao hơn vì nó không có MTP3 Quản lý Các thủ tục quản lý dựa vào MTP3 Sử dụng các thủ tục quản lý của M2UA 3.8. M3UA M3UA định nghĩa giao thức hỗ trợ truyền tải báo hiệu người dùng MTP3 (ví dụ như các bản tin ISUP/SCCP,…) qua IP sử dụng các dịch vụ của SCTP. Giao thức này thường được dùng giữa một SG và một MGC hoặc cơ sở dữ liệu thường trú IP. M3UA thích hợp với việc chuyển giao các bản tin của bất kỳ phần người dùng MTP3 nào. Danh sách các giao thức này là không giới hạn và bao gồm ISUP, SCCP và TUP. Chú ý rằng các bản tin của giao thức TCAP và RANAP được M3UA truyền tải trong suốt dưới dạng tải SCCP bởi vì đó là các giao thức người dùng của SCCP. Tầng M3UA cung cấp một tập các hàm nguyên thủy tương đương tại tầng trên của nó đến các người dùng MTP3 giống như MTP3 cung cấp cho các người dùng của nó tại các đầu cuối báo hiệu số 7. Theo cách này, tầng ISUP và/hoặc SCCP không biết được rằng các dịch vụ MTP3 yêu cầu được cung cấp từ xa bởi tầng MTP3 ở SG hay là bởi chính tầng MTP3 dưới nó. Tầng MTP3 tại một SG cũng có thể không biết được rằng người dùng của nó thực ra là người dùng trên nó hay là thành phần người dùng từ xa qua M3UA. Thực tế thì M3UA mở rộng truy nhập đến các dịch vụ MTP3 thành ứng dụng trên cơ sở IP từ xa. Hình 3.10. Vai trò và vị trí của M3UA ASP – MGC, IP SCP hay IP HLR Ví dụ, hình 3.10 mô tả một SG chứa một thực thể của tầng giao thức SS7 SCCP thực hiện chức năng biên dịch tiêu đề toàn cục SCCP (GTT) đối với các bản tin đánh địa chỉ đến SG SCCP. Nếu kết quả của GTT cho một mã điểm SS7 đích (DPC) hoặc DPC/địa chỉ số phân hệ (SSN) của một SCCP đồng mức đặt trong miền IP, kết quả là yêu cầu gửi đến M3UA để định tuyến ra ngoài đến IP đích sử dụng các dịch vụ của tầng SCTP/IP. Hình 3.11 là ví dụ trong mạng toàn IP, các bản tin SCCP được trao đổi trực tiếp giữa hai điểm báo hiệu IP bằng các thực thể giao thức người dùng SCCP như RANAP hoặc TCAP. Ở đây không có kết nối với mạng SS7 do đó không quan tâm đến thông tin quản lý trạng thái mạng MTP3 cho SCCP và các giao thức người dùng SCCP. Hình 3.11. Vai trò và vị trí của M3UA trong kiến trúc toàn IP 3.9. SUA Hình 3.12. Vai trò và vị trí của SUA SUA định nghĩa giao thức truyền tải báo hiệu người dùng SCCP SS7 (ví dụ như RANAP, TCAP,…) qua mạng IP sử dụng các dịch vụ của SCTP. Giao thức này được thiết kế dạng modul hóa và đối xứng nên cho phép làm việc được trong các kiến trúc khác nhau như kiến trúc một SG đến điểm báo hiệu IP cũng như kiến trúc điểm đầu cuối báo hiệu IP đồng mức. SUA hỗ trợ các chức năng sau:  Chuyển giao các bản tin phần người dùng SCCP (TCAP, RANAP,…).  Dịch vụ phi kết nối SCCP.  Dịch vụ hướng kết nối SCCP.  Quản lý các liên hệ truyền tải SCTP giữa các SG và một hay nhiều nút báo hiệu IP.  Các nút báo hiệu IP phân tán.  Thông báo không đồng bộ để quản lý sự thay đổi trạng thái. ASP-MGC, IP SCP hoặc IP HLR Trong kiến trúc này, các tầng SUA và SCCP giao tiếp trong SG. Nhu cầu của chúng là phối hợp giữa các tầng SCCP và SUA để cung cấp ranh giới chuyển giao các bản tin người dùng và bản tin quản lý. Đối với bản tin đến ASP, có hai trường hợp:  SG là điểm đầu cuối: Trong trường hợp này, các bản tin SCCP phi kết nối được định tuyến theo mã điểm và SSN. Phân hệ xác định bởi SSN và phía ngoài mạng SS7 được xem như thuộc SG. Điều này nghĩa là nhìn từ điểm SS7, người dùng SCCP được đặt tại SG.  SG là điểm chuyển tiếp: Một GTT phải được thực hiện tại SG trước khi có thể xác định được đích của bản tin. Vị trí thực tế của người dùng SCCP không liên quan đến mạng SS7. Trong kiến trúc toàn IP có thể dùng cho một giao thức sử dụng các dịch vụ truyền tải của SCCP trong một mạng toàn IP. Điều này cho phép các mạng phát triển linh động hơn, đặc biệt là khi không cần tương tác giữa các báo hiệu hiện thời. Hình 3.13 mô tả trường hợp này. Hình 3.13. Vai trò và vị trí của SUA trong kiến trúc toàn IP 3.10. SO SÁNH M3UA VÀ SUA Nhìn chung, chồng giao thức sử dụng SUA là không phức tạp và hiệu quả hơn so với chồng giao thức sử dụng SCCP và M3UA. Bởi vậy, SUA có thể nâng cao hiệu quả của mạng lõi và có thể cung cấp các phương tiện để triển khai dễ dàng hơn. Bảng 2.2. So sánh giữa M3UA và SUA M3UA SUA SCCP Yêu cầu điểm báo hiệu để hỗ trợ cho các ứng dụng khác nhau của SCCP khi phải phối hợp với các hệ thống quốc gia khác nhau. Vấn đề là không được hỗ trợ khi dùng SUA. Độ phức tạp trong triển khai M3UA cần các dịch vụ SCCP. Ít nhất có một giao thức tầng trên. Giảm độ phức tạp của nút mạng (trong triển khai cũng như trong quản lý), do đó, giảm chi phí. Về mặt định tuyến Trong M3UA, các bản tin được điều khiển từ mà điểm đến mã điểm. SUA cho phép mạng IP định tuyến bản tin theo thông tin trường tiêu đề toàn cục. Về mặt địa chỉ Để sử dụng M3UA, mỗi nút IP cần được gán cả mã điểm và địa chỉ IP. Sử dụng SUA, mỗi nút IP không cần có mã điểm. Các dịch vụ ISUP Có hỗ trợ. Không thể hỗ trợ được.