Подсистема Эксплуатации Технического Обслуживания и Администрирования (OMAP). Прикладной Сервисный Элемент (ASE).

OMAP и ASE - области для будущих разработок. Вскоре, OMAP можно будет использовать для проверки маршрутизации к сетевым базам данных и диагностики проблем связи.

В настоящее время большинство мобильных и стационарных сетей общего пользования построены на базе технологии TDM с коммутацией каналов. В этих сетях для установления соединений и предоставления дополнительных услуг используется система общеканальной сигнализации № 7 (ОКС7), передающая информацию по выделенному каналу сигнализации. Для передачи сигнальных сообщений внутри выделенного канала ОКС7 применяется метод коммутации пакетов.

Совершенствование IP-технологий в последнее время позволило усомниться в преимуществах традиционных сетей с коммутацией каналов, что подтверждается, в частности, появлением сетей VoIP операторского класса. Несмотря на то, что в этих сетях применяются свои протоколы, возникает потребность в передаче сигнализации ОКС7 через IP. Это связано как с необходимостью стыковки сетей VoIP и TDM, так и с теми преимуществами, которые дает использование IP-инфраструктуры для связи традиционных пунктов сигнализации.

Стандартизацией протоколов для передачи сообщений различных существующих систем сигнализации (ОКС7, Q.931, DPNSS, V5.2 и др.) через IP занимается рабочая группа IETF SIGTRAN. Для передачи сигнальных единиц ОКС7 через IP используются преимущественно три протокола или, иначе говоря, три уровня адаптации: M2PA (MTP2 Peer-to-peer Adaptation), M3UA (MTP3 User Adaptation) и SUA (SCCP User Adaptation). Каждый из них предназначен для решения своего круга задач.

В данной статье рассматриваются архитектура протоколов M2PA, M3UA и SUA, их функциональное назначение и различия. Для понимания принципов функционирования протоколов передачи ОКС7 через IP рассмотрим сначала традиционную архитектуру ОКС7.

Традиционная архитектура ОКС7

Функционально система ОКС7 разделена на несколько уровней: внизу — общая подсистема передачи сообщений (MTP1, MTP2, MTP3), выполняющая функции 1-го, 2-го и частично 3-го уровней модели OSI, а выше — подсистемы различных пользователей (рис. 1).

Уровни MTP1 и MTP2 ОКС7 соответствуют физическому и канальному уровням модели OSI. На уровне MTP1 определены физические, электрические и функциональные характеристики звена данных сигнализации и средства доступа к нему, а на уровне MTP2 — функции и процедуры, связанные с передачей сигнальных сообщений по отдельному звену сигнализации.

Уровень MTP3 ОКС7 не полностью соответствует сетевому уровню модели OSI, поддерживая лишь ограниченные возможности адресации. На этом уровне определены функции и процедуры сети сигнализации по маршрутизации сообщений, а также другие действия, требуемые для сохранения или восстановления способности передачи сигнальных единиц в случае сбоев в сети сигнализации. В дальнейшем для соответствия сетевому уровню в стек ОКС7 была добавлена подсистема управления соединениями сигнализации (SCCP), которая предусматривала расширение адресации при помощи функции трансляции глобальных заголовков (GTT).

Основным отличием протоколов M2PA, M3UA и SUA друг от друга является функциональный уровень, на котором в шлюзе сигнализации завершается (терминируется) традиционный протокол ОКС7 (а через IP передаются сообщения более высоких уровней). Так, протокол M2PA предусматривает завершение на сигнальном шлюзе уровня MTP2, протокол M3UA — уровня MTP3, а при использовании SUA терминируется протокол SCCP.

Протокол SCTP

Все протоколы передачи ОКС7 через IP, разрабатываемые группой SIGTRAN, используют в качестве транспорта протокол SCTP (Stream Control Transmission Protocol) с его широкими возможностями по обеспечению отказоустойчивости. Функционально протокол SCTP заменяет уровни MTP1 и MTP2 в традиционной архитектуре ОКС7.

Протокол SCTP можно рассматривать как дальнейшее логическое развитие протокола TCP. Аналогом TCP-соединения для SCTP является понятие ассоциации, которая устанавливается между двумя оконечными устройствами. При этом одно устройство может быть определено несколькими IP-адресами, список которых передается при установлении ассоциации. Для передачи данных через ассоциацию используются все возможные комбинации адресов пары оконечных устройств.

Отказоустойчивость в таком случае обеспечивается за счет того, что разные IP-адреса присваиваются разным интерфейсам устройств, и трафик между ними передается по разным маршрутам. В случае отказа какого-либо оборудования в сети и недоступности одного или нескольких IP-адресов трафик продолжает передаваться меж-ду оставшимися адресами, и разрыва SCTP-ассоциации не происходит.

Вышеописанный механизм работы SCTP-ассоциации носит название SCTP multi-homing. К другим ключевым функциям протокола SCTP относятся:

• группировка различных сигнальных сообщений в одном пакете с одним SCTP/IP-заголовком (chunk bundling), что повышает эффективность использования полосы пропускания;

• последовательная доставка сообщений внутри различных потоков, что позволяет избежать ситуации, встречающейся при использовании протокола TCP, когда в случае потери одного пакета остальные задерживаются в буфере до успешной его перепосылки (head-of-line blocking);

• использование контрольных сумм для обеспечения безошибочной передачи пакетов, а также для защиты от атак.

Уровень адаптации M2PA

Протокол M2PA (рис. 2) был разработан для прозрачного “с точки зрения” протокола MTP3 транзита сигнальных единиц через IP, т. е., другими словами, для сети сигнализации ОКС7 звено M2PA не отличается от традиционного. Неизменной остается вся функциональность сетевого уровня ОКС7: балансировка нагрузки между звеньями внутри пучка с помощью поля выбора звена сигнализации (SLS), обнаружение неисправностей, процедуры переключения на альтернативный маршрут (change-over) и возврата на первоначальный (change-back), контроль перегрузки звена через механизм задания порогов и т. д. Это ключевая особенность протокола M2PA; протоколы M3UA и SUA служат для доставки сигнальных единиц до оконечных устройств, и с их помощью транзит ОКС7 через IP организовать невозможно.

При использовании протокола M2PA сигнальные шлюзы выполняют функции обыкновенных транзитных пунктов сигнализации (STP), способных работать как с традиционными MTP2-звеньями ОКС7, так и с M2PA-звеньями на основе инфраструктуры IP. При этом благодаря использованию протокола SCTP поверх IP M2PA-звенья обеспечивают ту же степень надежности, что и TDM-звенья ОКС7, требуя, однако, существенно меньше сетевых ресурсов.

Внедрение M2PA-звеньев в существующую сеть ОКС7 можно рассматривать не только как способ повышения эффективности использования пропускной полосы, но и как один из шагов на пути построения сети следующего поколения (NGN), предусматривающей наличие единой транспортной инфраструктуры для всех видов услуг.

Уровень адаптации M3UA

Для установления разговорных соединений в ТфОП используется протокол ISUP. При взаимодействии ТфОП с VoIP-сетями сигнальные единицы этого протокола частично должны проходить по традиционной сети ОКС7, а частично — через сеть IP до программного коммутатора (softswitch). Для IP-участка архитектурой сетей NGN предусматривается использование уровня адаптации M3UA (рис. 3). Поверх M3UA может также работать не только протокол ISUP, но и другие протоколы ОКС7, использующие SCCP (MAP, INAP и пр.).

Основное преимущество применения протокола M3UA заключается в возможности стыковки IP-устройств с сетью ОКС7 без необходимости установки на этих устройствах интерфейсов Е1 и без поддержки ими уровней MTP ОКС7, что существенно упрощает и снижает их стоимость.

M3UA является протоколом типа клиент—сервер. В роли клиента выступает сигнальный шлюз, функции которого заключаются в завершении уровней MTP ОКС7 и дальнейшей передаче сигнальных единиц пользовательских подсистем на сервер. Сервером, или, согласно терминологии SIGTRAN, сервером приложений (Application Server — AS) называется логический объект, соответствующий некоторому ключу маршрутизации (Routing Key — RK) на сигнальном шлюзе, т. е. объект, для которого предназначаются сигнальные единицы, определяемые своим ключом RK. Примером AS могут являться некоторый распределенный программный коммутатор, некоторая виртуальная распределенная база данных, сервер услуг и др.

Соответственно ключом маршрутизации (RK) называется набор параметров ОКС7, определяющих тот сигнальный трафик, который будет обрабатываться конкретным AS. Примерами параметров RK являются DPC (код пункта назначения), OPC (код пункта отправления), SI (индикатор сервиса), диапазон информационных каналов.

Каждый AS разбивается на несколько логических составляющих — процессов сервера приложений (Application Server Process — ASP), которые занимаются обработкой сигнальных единиц и исполнением логики приложения. Под понятием AS обычно подразумевают некоторый виртуальный или распределенный сетевой элемент, в то время как термин ASP предусматривает наличие конкретного IP-устройства.

Существует два режима работы ASP внутри AS: разделения нагрузки и приоритетный. В режиме разделения нагрузки весь трафик равномерно распределяется между всеми доступными ASP-процессами в пределах AS. В приоритетном режиме выделяется активный ASP, на который направляется весь сигнальный трафик. Остальные ASP работают в режиме готовности, и в случае выхода из строя активного ASP среди них выбирается новый активный процесс.

Очевидно, что за счет разбиения AS на несколько ASP достигается увеличение производительности (работа ASP в режиме разделения нагрузки) и отказоустойчивости (приоритетный режим работы ASP) виртуального M3UA-сервера.

Уровень адаптации SUA

При использовании уровня адаптации SUA взаимодействие с сетью ОКС7 осуществляется еще на более высоком уровне (по сравнению с M3UA). В этом случае на сигнальном шлюзе терминируются протоколы MTP и SCCP, а до ASP передается лишь полезное содержимое сообщений SCCP (рис. 4).

За счет терминирования дополнительного протокола на сигнальном шлюзе достигается более эффективное использование полосы пропускания IP-сети. Вместе с тем по этой же причине теряется возможность передачи протокола ISUP через SUA, так как для адресации он использует уровень MTP3 ОКС7. В остальном протоколы SUA и M3UA практически идентичны.

Протокол M3UA обычно применяется для стыка с сетью ОКС7, если в качестве AS выступает программный коммутатор. Во всех остальных случаях, как правило, используется протокол SUA.