Tổng quan mạng 3G.doc

Tổng quan mạng 3G

Chơng I: Tổng quan về mạng 3G.

I.1 Lịch sử phát triển của mạng thông tin di động.

Khi con ngời có hệ thống thông tin cố định thông qua các máy để bàn, họ mong -ớc có một hệ thống di động để có thể trao đổi thông tin mọi lúc mọi nơi Để đáp ứng yêu cầu đó, mạng thông tin di động ra đời, trải qua nhiều giai đoạn phát triển từ hệ thống t-ơng tự sử dụng kỹ thuật FDMA đến các hệ thống số TDMA và CDMA Căn cứ vào các kỹ thuật sử dụng cho hệ thống, các dịch vụ mà hệ thống có thể đáp ứng đợc ta chia lịch sử phát triển của hệ thống thông tin di động thành các thế hệ đợc biểu diễn theo bảng

Đề tài này nghiên cứu về thông tin di động thế hệ 3 trong khi đó các hệ thống trên thế giới đang sử dụng chủ yếu là thông tin di động thế hệ 2 vì vậy sau đây ta nghiên cứu hai quá trình phát triển lên 3G

h1.1: Tổng kết quá trình phát triển của thông tin di động từ thế hệ 1 đến thế hệ 3

I.1.1 Lộ trình phát triển từ hệ thống IS-95 thế hệ 2 đến cdma2000 thế hệ 3.

Mạng IS-95 (cdmaOne) không phải là mạng đầu tiên trên thế giới cung cấp truy nhập số liệu nhng đây lại là mạng đợc thiết kế duy nhất để truyền số liệu Chúng xử lý truyền dẫn số liệu và tiếng theo cách rất giống nhau Khả năng truyền dẫn tốc độ thay đổi có sẵn ở trong cdmaOne cho phép quyết định lợng thông tin cần phát, vì thế cho phép chỉ sử dụng tiềm năng mạng theo nhu cầu Vì các hệ thống cdmaOne sử dụng truyền tiếng đóng gói trên đờng trục ( ví dụ từ BTS đến MSC) nên khả năng truyền dẫn số liệu gói đã có sẵn trong các thiết bị Công nghệ truyền dẫn số liệu gói của cdmaOne sử dụng ngăn xếp giao thức số liệu gói tổ ong (CDPD : Cellular Digital Packet Data) phù hợp với giao thức TCP/IP.

Bổ sung truyền số liệu vào mạng cdma 2000 sẽ cho phép nhà khai thác mạng tiếp tục sử dụng các phơng tiện truyền dẫn, các phơng tiện vô tuyến, cơ sở hạ tầng và các máy cầm tay sẵn có chỉ cần phải nâng cấp phần mềm cho chức năng tơng tác Nâng cấp IS-95B cho phép tăng tốc độ kênh để cung cấp tốc độ số liệu 64-115 kbps và đồng thời cải thiện chuyển giao mềm và chuyển giao cứng giữa các tần số Các nhà sản xuất đã công bố các khả năng số liệu gói, số liệu kênh, Fax số trên các thiết bị cdmaOne của họ

IP di động (giao thức internet cho di động) là sự cải thiện các dịch vụ số liệu gói IP di động cho phép ngời sử dụng duy trì kết nối số liệu liên tục và nhận đợc một địa chỉ ID khi di động giữa các bộ điều khiển trạm gốc (BSC) hay chuyển đến các mạng CDMA khác.

Một trong các mục tiêu quan trọng của ITU IMT-2000 là tạo ra các tiêu chuẩn khuyến khích sử dụng một băng tần trên toàn cầu nhằm thúc đẩy ở mức độ cao việc nhiều ngời thiết kế và hỗ trợ các dịch vụ cao IMT-2000 sẽ sử dụng các đầu cuối bỏ túi kích cỡ nhỏ, mở rộng nhiều phơng tiện khai thác và triển khai cấu trúc mở cho phép đa ra các công nghệ mới Ngoài ra các hệ thống 3G hứa hẹn đem lại các dịch vụ tiếng vô tuyến có các mức chất lợng hữu tuyến đồng thời tốc độ và dung lợng cần thiết để hỗ trợ đa phơng tiện và các ứng dụng tốc độ cao.

Sự phát triển của các hệ thống 3G sẽ mở cánh cửa cho mạch vòng thuê bao vô tuyến đối với PSTN và truy cập mạng số liệu công cộng, đồng thời cũng đảm bảo các điều kiện thuận lợi hơn các ứng dụng và các tiềm năng mạng Nó cũng sẽ đảm bảo chuyển mạng toàn cầu, di động dịch vụ, ID trên cơ sở vùng, tính cớc và truy nhập th mục toàn cầu thậm chí có thể hy vọng công nghệ 3G cho phép nối mạng vệ tinh một cách liên tục.

Một trong các yêu cầu kỹ thuật của cdma2000 là tơng thích với hệ thống cũ cdmaOne về: các dịch vụ tiếng, các bộ mã hoá tiếng, các cấu trúc báo hiệu và các khả năng bảo mật.

Giai đoạn một của cdma2000 sẽ sử dụng độ rộng băng tần 1,25 Mbps và truyền số liệu tốc độ đỉnh 144 kbps cho các ứng dụng cố định hay di động Giai đoạn hai của cdma200 sẽ sử dụng động rộng băng tần 5Mhz và có thể cung cấp tốc độ số liệu 144kbps cho các dịch vụ số liệu và xe cộ, 2Mbps cho các dịch vụ cố định Các nhà công nghiệp tiên đoán rằng giai đoạn cdma200 3x sẽ dần tiến đến tốc độ 1Mhz cho từng kênh lu lợng Bằng cách hợp nhất hay bó hai kênh ngời sử dụng sẽ đạt đợc tốc độ đỉnh 2Mbps là tốc độ đích của IMT-2000.

Sự khác nhau căn bản giữa giai đoạn một và hai của cdma2000 là độ rộng băng tần và tốc độ băng thông tổng hay khả năng tốc độ số liệu đỉnh Giai đoạn hai sẽ đa các khả năng tốc độ tiên tiến và đặt nền móng cho các dịch vụ tiếng 3G phổ biến, sử dụng VoIP Vì các tiêu chuẩn cdma2000 1x và cdma2000 3x phần lớn sử dụng chung các dịch vụ vô tuyến băng gốc nên các nhà khai thác có thể sử dụng một bớc tiến căn bản đến các khả năng đầy đủ của 3G bằng cách thực hiện cdma2000 1x Cdma2000 giai đoạn hai sẽ bao gồm mô tả chi tiết các giao thức báo hiệu, quản lý số liệu và các yêu cầu mở rộng từ vô tuyến 5Mhz đến 10 Mhz và 15 Mhz trong tơng lai.

Bằng cách chuyển từ công nghệ giao diện vô tuyến IS-95 hiện nay sang IS-2000 1x của tiêu chuẩn cdma2000, các nhà khai thác đạt đợc tăng dung lợng vô tuyến gấp đôi và có khả năng xử lý số liệu gói đến 144kbps Khả năng của cdma2000 giai đoạn một bao gồm lớp vật lý mới cho các cỡ kênh 1x1,25 Mhz và 3x1,25 Mhz, hỗ trợ các tuỳ chọn đờng xuống trải phổ trực tiếp và đa sóng mang 3x và các định nghĩa cho 1x và 3x Các nhà khai thác cũng sẽ đợc hởng sự cải thiện dịch vụ tiếng với dung lợng tăng 2 lần.

Cùng với sự ra đời của cdma2000 1x các dịch vụ số liệu cũng sẽ đợc cải thiện Giai đoạn hai cũng sẽ hoàn thành cơ cấu MAC (Medium Access Control: điều khiển truy

nhập môi trờng) và định nghĩa giao thức đoạn nối vô tuyến (RLP: Radio Link Protocol) cho số liệu gói để hỗ trợ các tốc độ số liệu gói ít nhất là 144 kbps.

Thực hiện giai đoạn hai của cdma2000 sẽ mang lại rất nhiều khả năng mới và tăng cờng dịch vụ Giai đoạn hai sẽ tăng cờng tất cả các kích cỡ kênh (6x, 9x, 12x) cơ cấu cho các dịch vụ tiếng, bộ mã hoá tiếng cho cdma2000 bao gồm VoIP Với giai đoạn hai các dịch vụ đa phơng tiện thực sự sẽ đợc cung cấp và sẽ mạng lại các cơ hội lợi nhuận bổ sung cho các nhà khai thác Các dịch vụ đa phơng tiện sẽ có thể thực hiện đợc thông qua MAC số liệu gói, hỗ trợ đầy đủ cho dịch vụ số liệu gói đến 2Mbps, RLP hỗ trợ tất cả các tốc độ số liệu đến 2Mbps và mô hình gọi đa phơng tiện tiên tiến.

ở lĩnh vực các dịch vụ và báo hiệu, giai đoạn hai cdma2000 sẽ đem đến cấu trúc báo hiệu 3G cdma2000 tự sinh đối với điều khiển truy nhập đoạn nối (LAC : Link Access Control) và cấu trúc báo hiệu lớp cao Các cấu trúc này đảm bảo hỗ trợ để tăng c-ờng tính riêng t, nhận thực và chức năng mật mã Cấu trúc và thiết bị mạng hiện có của nhà khai thác sẽ ảnh hởng đến sự chuyển đổi này Một mạng đợc xây dựng trên cấu trúc mở tiên tiến với lộ trình chuyển đổi rõ ràng có thể nhận đợc các khả năng của IS-2000 1x bằng cách chuyển đổi modul đơn giản Các mạng có cấu trúc ít linh hoạt hơn có thể đòi hỏi các bớc chuyển đổi tốn kém để thay thế toàn bộ hệ thống thu phát gốc BTS Để đạt đợc tốc độ đỉnh nhà khai thác có thể nâng cấp phần mềm cho mạng và các trạm gốc để hỗ trợ giao thức số liệu của IS-2000 1x.

Sẽ phải có điểm phục vụ số liệu gói (PDSN : Packet Data Service Node) để hỗ trợ kết nối số liệu cho Internet Nhiều nhà cung cấp các thiết bị đã đa ra các giải pháp tích hợp điểm phục vụ số liệu vì thế mở ra lộ trình liên tục tiến tới các công nghệ 3G Hình vẽ sau cho thấy quá trình phát triển của IS-95.

h1.2: Lộ trình phát triển từ cdmaOne đến cdma2000

Các nhà khai thác cdmaOne có khả năng nâng cấp lên hệ thống 3G mà không cần thêm phổ, cũng không phải đầu t thêm đáng kể Thiết kế cdma2000 cho phép triển khai các tăng cờng của 3G trong khi vẫn duy trì hỗ trợ 2G cho cdmaOne hiện có ở dải phổ mà

Cả cdma2000 giai đoạn một và hai đều có thể hoà trộn với cdmaOne để sử dụng hiệu quả phổ tần tuỳ theo nhu cầu của khách hàng Chẳng hạn một nhà khai thác có nhu cầu lớn về dịch vụ số liệu tốc độ cao có thể chọn triển khai giai đoạn một cdma2000 và cdmaOne với sử dụng nhiều kênh hơn cho cdmaOne ở một thị trờng khác, ngời sử dụng có thể cha cần nhanh chóng sử dụng các dịch vụ tốc độ số liệu cao thì số kênh sẽ đợc tập trung chủ yếu cho cdmaOne Vì các khả năng cdma2000 giai đoạn hai đã sẵn sàng, nhà khai thác thậm chí có nhiều cách lựa chọn hơn trong việc sử dụng phổ để hỗ trợ các dịch vụ mới.

I.1.2 Lộ trình phát triển từ GSM lên 3G W-CDMA

Để đảm bảo đáp ứng đợc các dịch vụ mới về truyền thông máy tính và hình ảnh đồng thời đảm bảo tính kinh tế, tính hệ thống, thông tin di động thế hệ hai sẽ đợc chuyển đổi từng bớc sang thế hệ ba Tổng quát quá trình chuyển đổi này nh hình vẽ

h1.3: Lộ trình phát triển từ GSM đến W-CDMA.

Giai đoạn đầu của quá trình phát triển GSM là phải đảm bảo dịch vụ số liệu tốt hơn Tồn tại hai chế độ dịch vụ số liệu trong cùng một mạng là chuyển mạch kênh (CS: Circuit Switching) và chuyển mạch gói (PS:Packet Switching) nh sau:

Các dịch vụ số liệu chế độ chuyển mạch kênh đảm bảo: - Dịch vụ bản tin ngắn (SMS :Short Message Service) - Số liệu dị bộ cho tốc độ 14,4 kbps.

- Fax băng tiếng cho tốc độ 14,4 kbps Các dịch vụ số liệu chuyển mạch gói đảm bảo: - Chứa cả chế độ dịch vụ kênh.

- Dịch vụ Internet, email

- Sử dụng chức năng IWF/PDSN.

Để thực hiện kết nối vào mạng IP, ở giai đoạn này có thể sử dụng giao thức ứng dụng vô tuyến (WAP : Wireless Application Protocol) Giai đoạn tiếp theo để tăng tốc độ số liệu có thể sử dụng công nghệ số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD, dịch vụ gói vô tuyến chung GPRS và tốc độ số liệu tăng cờng để phát triển EDGE Các bớc trung gian này gọi là thế hệ 2,5.

a, Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD

Số liệu chuyển mạch kênh tốc độ cao HSCSD là một dịch vụ cho phép tăng tốc độ dịch vụ số liệu chuyển mạch kênh hiện nay 9,6 kbps (hay cải tiến 14,4kbps) của GSM Để tăng tốc độ số liệu ngời sử dụng có thể đợc cấp nhiều khe thời gian một lúc hơn Có

thể kết hợp linh hoạt từ 1 đến 8 khe thời gian để đạt đợc tốc độ số liệu cực đại là 64kbps cho một ngời sử dụng Giao diện vô tuyến của HSCSD thậm chí còn hỗ trợ tốc độ lên đến 8x14.4 kbps và nh vậy có thể đạt đợc tốc độ trên 100 kbps.

Một tính năng đặc biệt của HSCSD là nó hỗ trợ cả kết nối đối xứng và không đối xứng (nh hình h1.4) Từ hình h1.4 ta thấy ở chế độ HSCSD đối xứng, số khe phát từ BTS đến MS bằng số khe thời gian theo chiều ngợc lại ở chế độ bất đối xứng, số khe theo đ-ờng xuống lớn hơn số khe của đđ-ờng lên Chế độ phát không đối xứng đợc sử dụng khi ngời dùng muốn truy nhập mạng internet, thông thờng dữ liệu tải về lớn hơn rất nhiều dữ

h1.4: Biểu đồ thời gian cho HSCSD đối xứng và không đối xứng

b, Dịch vụ gói vô tuyến chung GPRS.

EIR = Equipment Identity Register HLR = Home Location Register SMS = Short Message Sevice.

SGSN = Serving GPRS Support Node GGSN = Gateway GPRS Support Node MT = Mobile Terminal.

TE = Terminal Equipment.

PLMN= Public Land Mobile Network PDN = Public Data Network.

BSS = Base Station System IWMSC InterWorking MSC.

GMSC= Geteway Mobile Services Switching Center.

Dịch vụ GPRS hỗ trợ dịch vụ số liệu gói tốc độ cao cho GSM GPRS khác với HSCSD ở chỗ là nhiều ngời sử dụng có thể dùng chung một tài nguyên vô tuyến vì thế hiệu suất sử dụng tài nguyên vô tuyến sẽ rất cao Một MS ở chế độ GPRS chỉ dành đợc tài nguyên vô tuyến khi nó thực sự có dữ liệu cần phát và ở thời điểm khác, ngời sử dụng khác có thể sử dụng chung tài nguyên vô tuyến này Nhờ vậy băng tần đợc sử dụng rất hiệu quả Cấu trúc của một mạng GPRS nh trên hình h1.5.

Một ngời sử dụng GPRS có thể sử dụng đến 8 khe thời gian để đạt đợc tốc độ trên 100 kbps Tuy nhiên đây chỉ là tốc độ đỉnh và nếu đồng thời có nhiều ngời sử dụng dịch vụ thì tốc độ sẽ thấp hơn nhiều.

c, Tốc độ số liệu tăng cờng để phát triển GSM (EDGE)

Nói chung cấu trúc EDGE giống nh GPRS tuy nhiên ở đây sử dụng kỹ thuật điều chế nhiều trạng thái hơn (8-PSK) vì thế nâng cao đợc tốc độ truyền dẫn.

I.2 Mạng 3G

Nh chúng ta đã theo dõi lịch sử phát triển của mạng thông tin di động Để tiến tới một hệ thống thông tin di động 3G chúng ta có hai cách phát triển tuỳ theo hiện trạng mạng sẵn có sử dụng công nghệ GSM hay công nghệ cdmaOne Trên thế giới hiện nay đã có một số nớc xây dựng hoàn chỉnh hệ thống thông tin di động 3G nh ở Hàn Quốc và Nhật Bản và với u điểm về tốc độ và dịch vụ, 3G sẽ là xu thế tất yếu mà mỗi nhà khai thác cần phải hớng tới.

Mạng thông tin di động 3G giai đoạn đầu sẽ là mạng kết hợp giữa các vùng chuyển mạch gói (PS) và các vùng chuyển mạch kênh (CS) để truyền số liệu gói và tiếng Các trung tâm chuyển mạch gói sẽ là các chuyển mạch ứng dụng công nghệ ATM Trên đờng phát triển đến mạng toàn IP chuyển mạch kênh sẽ dần đợc thay thế bằng chuyển mạch gói Các dịch vụ kể cả số liệu thời gian thực (nh tiếng và video) cuối cùng cũng sẽ đợc truyền trên cùng một môi trờng IP bằng các chuyển mạch gói Hình h1.6 cho thấy thí dụ về một kiến trúc tổng quát của thông tin di động 3G Đầu cuối số liệu

Đầu cuối tiếng

I.2.1 M« h×nh tham kh¶o m¹ng cdma2000

H×nh h1.7 cho thÊy m« h×nh tham kh¶o cña m¹ng cho cdma2000

h1.7: M« h×nh tham kh¶o m¹ng cdma2000

AAA :Authentication Authorization Accounting :NhËn thùc trao quyÒn vµ thanh to¸n.

AC : Authentication Center : Trung t©m nhËn thùc BS : Base Station : Tr¹m gèc.

BSC : Base Station Controller: §iÒu khiÓn tr¹m gèc BTS : Base Transceiver Station : Tr¹m thu ph¸t gèc.

CDCP : Call Data Collection Point : §iÓm thu thËp sè liÖu cuéc gäi CDGP : Call Data Generation Point: §iÓm t¹o d÷ liÖu cuéc gäi.

CDIS : Call Data Information Source: Nguån th«ng tin d÷ liÖu cuéc gäi CDRP : Call Data Rating Point : §iÓm tÝnh cíc sè liÖu cuéc gäi.

CF : Collection Funtion: Chøc n¨ng thu thËp.

CSC : Customer Service Center: Trung t©m phôc vô kh¸ch hµng DCE : Data Circuit Equipment: ThiÕt bÞ m¹ch sè liÖu.

DF : Delivery Function: Chức năng chuyển.

EIR : Equipment Identity Register : Bộ ghi nhận dạng thiết bị.

ISDN : Intergrated Service Didital Network: Mạng số liệu liên kết đa dịch vụ IP : Intelligent Peripheral : Ngoại vi thông minh.

IAP : Intercept Access Point : Điểm truy cập mạng bị chặn IWF : InterWorking Function: Chức năng liên kết mạng MWNE : Manager Wireless Network: Mạng quản lý vô tuyến MS : Mobile Station: Trạm gốc.

MC : Message Center : Trung tâm tin nhắn.

MSC : Main Switching Center: Trung tâm chuyển mạch chính MT : Mobile Terminal : Đầu cuối di động.

NPDB : Number Portability Database: Cơ sở dữ liệu lu số máy cầm tay OSF : Operation System Function: Chức năng khai thác hệ thống OTAF : Over The Air Service Function: Chức năng dịch vụ không gian PDN : Public Data Network : Mạng số liệu công cộng.

PDSN : Packet Data Serving Node : Node phục vụ số liệu gói SCP : Service Control Point : Điểm điều khiển dịch vụ SN : Service Node : Node dịch vụ.

SME : Short Message Entity :Thực thể bản tin ngắn TA : Terminal Adapter :Tơng thích đầu cuối TE :Terminal Equipment :Thiết bị đầu cuối.

UIM : User Identity Mudule : Modul nhận dạng thuê bao VLR : Visitor Location Register : Bộ ghi vị trí thờng trú WNE : Wireless Network Entity: Thực thể mạng vô tuyến.

Mô hình tham khảo bao gồm: Các thực thể mạng và các điểm tham khảo Dới đây ta xét một số thực thể mạng đặc biệt trên hình và cha đợc xét ở phần trớc.

1 AAA là một thực thể đảm bảo hoạt động giao thức Internet để hỗ trợ nhận thực trao quyền và thanh toán Các chức năng IP đợc định nghĩa trong tài liệu của IETF AAA tơng tác với PSDN để thực hiện ba chức năng AAA trong việc hỗ trợ PSDN cho các trạm di động yêu cầu AAA tơng tác với các thực thể AAA khác để thực hiện các chức năng khi AAA tại nhà nằm ngoài mạng di động đang phục vụ.

2 AC là thực thể quản lý thông tin nhận thực liên quan đến MS AC có thể hoặc không đặt bên trong HLR Một AC có thể phục vụ nhiều HLR.

3 BS là thực thể cung cấp các phơng tiện để MS truy nhập mạng bằng đờng vô tuyến MS bao gồm BTS và BSC.

4 BSC là thực thể đảm bảo điều khiển và quản lý với nhiều BTS BSC trao đổi bản tin với cả BTS và MSC Lu lợng và báo hiệu liên quan với điều khiển cuộc gọi, quản lý tính di động và quản lý MS có thể đợc truyền trong suốt qua BSC.

5 BTS là tực thể đảm bảo truyền dẫn qua điểm tham khảo U ( hay môi trờng vô tuyến).

6 CDCP Là thực thể thu nhận thông tin chi tiết về cuộc gọi.

7 CDGP là thực thể cung cấp các thông tin chi tiết về cuộc gọi cho CDCP ở khuôn dạng IS-124.

8 CDIS là thực thể có thể là nguồn thông tin chi tiết về cuộc gọi Thông tin này có thể ở một khuôn dạng riêng không nhất thiết phải ở dạng IS-124.

9 CDRP là thực thể nhận thông tin chi tiết cuộc gọi khuôn dạng IS-124, không tính cớc và cung cấp thông tin liên quan đến cớc phí Thông tin này đợc bổ sung bằng cách sử dụng IS-124.

!0 CF là thực thể chịu trách nhiệm thu thập thông tin bị chặn cho các cơ quan thi hành pháp luật.

11 CSC là thực thể mà tại đó các nhà cung cấp dịch vụ có thể nhận các cuộc gọi điện thoại từ khách hàng muốn đăng ký cho việc cho việc bắt đầu dịch vụ vô tuyến hoặc

15 HLR là bộ ghi định vị để ghi lại số nhận dạng của ngời sử dụng.

16 IP (ngoại vi thông minh) là thực thể thực hiện chức năng tài nguyên đặc biệt nh: thông báo bằng lời (từ băng), thu thập các chữ số, thực hiện việc chuyển đổi tiếng thành văn bản hoặc văn bản thành tiếng, ghi và lu các bản tin tiếng, các dịch vụ Fax, các dịch vụ số liệu

17 IAP đảm bảo việc truy nhập đến các cuộc thông tin đến hoặc từ thiết bị, các phơng tiện hay các dịch vụ của một đối tợng bị chặn.

18 IWF là một thực thể đảm bảo việc biến đổi thông tin cho một hay nhiều WNE Một IWF có thể có giao diện đến một WNE để đảm bảo các dịch vụ biến đổi IWF có thể làm tăng thêm một giao diện đợc nhận dạng giữa hai WNE để cung cấp các dịch vụ biến đổi cho cả hai WNE.

19 MWNE là thực thể vô tuyến bên trong thực thể tập thể hay một thực thể mạng đặc thù bất kỳ cần quản lý vô tuyến của OS bao hàm cả OS khác.

20 MC là thực thể làm nhiệm vụ lu và phát các bản tin ngắn MC cũng có thể đảm bảo các dịch vụ bổ sung cho dịch vụ bản tin ngắn (SMS).

21 MS là đầu cuối đợc thuê bao sử dụng để truy nhập mạng ở giao diện vô tuyến MS có thể là thiết bị cầm tay, đặt trong xe hoặc đặt cố định MS là thiết bị vô tuyến đợc dùng để kết cuối đờng truyền vô tuyến tại thuê bao.

22 MSC là thực thể chuyển mạch lu lợng đợc khởi xớng hoặc kết cuối ở MS Thông thờng một MSC đợc kết nối với ít nhất một BS Nó cũng có thể đóng vai trò cổng khi kết nối với một mạng khác.

23 MT0 là kết cuối MS có khả năng tự truyền số liệu mà không hỗ trợ giao diện ngoài.

24 MT1 là kết cuối MS cung cấp giao diện ngời sử dụng ISDN và mạng.

25 MT2 là kết cuối MS cung cấp giao diện kết nối không phải là giao diện ngời sử dụng ISDN và mạng.

26 NPDB là một thực thể cung cấp thông tin về tính cầm tay cho các số danh bạ cầm tay.

27 OSF đợc định nghĩa bởi OSF của TMN (mạng quản lý viễn thông) Các chức năng này bao hàm cả chức năng lớp quản lý phần tử, lớp quản lý mạng, lớp quản lý dịch vụ và lớp quản lý kinh doanh phân bố ở tất cả các chức năng của hệ điều hành.

28.OTAF là thực thể giao diện theo chuẩn riêng đến CSC để hỗ trợ các hoạt động trang bị dịch vụ.

29 PDSN là thực thể cung cấp các chức năng giao thức Internet cho mạng di động PDSN thiết lập, duy trì và kết nối các phiên của lớp đoạn nốivới MS PDSN định tuyến các datagram IP đến PDN PDSN có thể hoạt động nh một tác nhân MIP ngoài nhà trong mạng di động PDSN tơng tác với AAA để hỗ trợ việc nhận thực, trao quyền, và tính cớc PDSN có thể giao tiếp với một hay nhiều mạng IP để đảm bảo truy nhập mạng Internet.

30 PDN đảm bảo cơ chế truyền tải số liệu gói giữa các thực thể mạng và thực hiện xử lý các khả năng sử dụng các dịch vụ này.

31 SCP là thực thể hoạt động nh một cơ sở dữ liệu thời gian thực và hệ thống xử lý thao tác để đảm bảo chức năng điều khiển dịch vụ và số liệu dịch vụ.

32 SN là thực thể đảm bảo điều khiển dịch vụ, số liệu dịch vụ các tài nguyên đặc biệt và các chức năng điều khiển cuộc gọi để hỗ trợ các dịch vụ liên quan đến vật mang.

33 SME là thực thể sắp xếp và giải sắp xếp các bản tin ngắn SME có thể hoặc không đợc sắp xếp bên trong HRL, MC, VLR hay MSC.

34 TA là thực thể chuyển đổi báo hiệu và số liệu của ngời sử dụng giữa giao diện không phải là ISDN và giao diện ISDN.

35 TAm (bộ thích ứng m) là thực thể biến đổi báo hiệu và số liệu của ngời sử dụng giữa giao diện không phải là ISDN và ISDN.

36 TE1 là đầu cuối số liệu đảm bảo giao diện ngời sử dụng ISDN và mạng.

37 TE2 là đầu cuối số liệu đảm bảo giao diện giữa ngời sử dụng không phải ISDN và mạng.

38 UIM chứa thông tin về thuê bao và có thể chứa thông tin đặc thù thuê bao UIM có thể hoặc đợc kết hợp bên trong đầu cuối di động hoặc có thể rút ra đợc.

39 VRL là bộ ghi định vị khác với HLR, nó đợc MSC sử dụng để thu nhận thông tin cho việc xử lý cuộc gọi đến hoặc từ thuê bao khác

h1.8: Kiến trúc chung của hệ thống cdma2000

I.2.2 Mô hình tham khảo mạng W-CDMA

Hình h.1.9 cho thấy cấu trúc mạng cơ sở của W-CDMA phiên bản 3.

Mạng lõi gồm các trung tâm chuyển mạch di động (MSC) và các node hỗ trợ chuyển mạch gói phục vụ (SGSN) Các kênh thoại và chuyển mạch gói đợc kết nối với các mạng ngoài thông qua các trung tâm chuyển mạch kênh và các node chuyển mạch gói cổng: GMSC và GGSN Để kết nối trung tâm chuyển mạch kênh với mạng ngoài cần có thêm phần tử làm chức năng tơng tác mạng (IWF) Ngoài các trung tâm chuyển mạch kênh và các node chuyển mạch gói, mạng lõi còn chứa các cơ sở dữ liệu cần thiết cho mạng di động nh HLR, AUC và EIR.

Mạng truy nhập vô tuyến có các phần tử sau:

- RNC: Radio Network Controller : Bộ điều khiển mạng vô tuyến, đóng vai trò nh BSC ở mạng thế hệ hai.

- Node B: đóng vai trò nh các BTS ở các mạng thông tin di động - UE :User Equipment : thiết bị ngời sử dụng.

h.1.9: Kiến trúc chung của mạng 3G phát hành R3

UE bao gồm thiết bị di động ME và modul nhận dạng thuê bao UMTS (USIM) USIM là vi mạch chứa một số thông tin liên quan đến thuê bao cùng với khoá bảo an (giống nh SIM ở GSM) Giao diện giữ UE và mạng gọi là giao diện Uu Trong các quy định của 3GPP trạm gốc đợc gọi là node B Node B đợc nối đến một bộ điều khiển mạng

vô tuyến RNC RNC điều khiển các tài nguyên vô tuyến của các node B đợc nối với nó RNC đóng vai trò giống nh BSC ở GSM RNC kết hợp với các node B nối với nó đợc gọi là hệ thống con mạng vô tuyến RNS (Radio Network Subsystem) Giao diện giữa node B và RNC đợc gọi là giao diện Iub Khác với giao diện Abis tơng ứng ở GSM, giao diện này đợc tiêu chuẩn hoá hoàn toàn và để mở vì thế có thể kết nối node B của nhà sản xuất này với RNC của nhà sản xuất khác.

Khác với GSM các BSC trong mạng W-CDMA không nối với nhau, trong mạng truy nhập vô tuyến của UMTS (UTRAN) có cả giao diện giữa các RNC Giao diện này gọi là Iur có tác dụng hỗ trợ tính di động của thuê bao giữa các RNC và chuyển giao gữa các node B ở biên RNS Báo hiệu Iur hỗ trợ chuyển giao.

UTRAN đợc nối đến mạng lõi thông qua giao diện Iu Giao diện Iu có hai phần tử khác nhau: Iu-CS và Iu-PS để chuyên trách các loại kết nối chuyển mạch kênh và chuyển mạch gói Thông tin chuyển mạch kênh thông qua giao diện Iu-CS để đến MSC/VLR còn thông tin gói sẽ đợc chuyển qua giao diện Iu-PS đến SGSN.

Trong thực tế tiêu chuẩn UMTS cho phép hỗ trợ chuyển giao cứng từ UMTS đến GSM và ngợc lại Đây là một yêu cầu rất quan trọng vì cần phải có thời gian để triển khai rộng khắp UMTS nên sẽ có khoảng trống trong vùng phủ của UMTS vì thế các thuê bao UMTS có khả năng nhận đợc dịch vụ của GSM cũ Nếu UTRAN và GSM BSS đợc nối đến các MSC khác nhau chuyển giao giữa các hệ thống đạt đợc bằng cách chuyển giao giữa các MSC Nếu giả thiết rằng nhiều chức năng của MSC/VLR giống nhau đối với UMTS và GSM thì các MSC cần phải có khả năng hỗ trợ đồng thời kết nối Iu-PS đến

Trong hầu hết sản phẩm của các nhà sản xuất, nhiều phần tử mạng đang đợc nâng cấp để hỗ trợ đồng thời GSM/GPRS và UMTS Các phần tử mạng này gồm có MSC/VLR, HLR và SGSN, GGSN Đối với nhiều nhà sản xuất, các trạm gốc đợc triển khai cho GSM/GPRS đã đợc thiết kế để có thể nâng cấp chúng hỗ trợ cả GSM và UMTS Phiên bản mạng 3G R3 đảm bảo cho quá trình chuyển giao từ GSM lên UMTS vì nó mang tính kế thừa và phát triển Để xem xét mức cao hơn của mạng 3G ta xem xét phiên bản 4.

Hình h1.10 cho thấy kiến trúc cơ sở của 3GPP phát hành R4 Sự khác nhau cơ bản của phiên bản này so với phiên bản trớc là mạng lõi lúc này là mạng phân bố Thay cho việc có các MSC chuyển mạch kênh truyền thống nh ở các kiến trúc trớc, kiến trúc chuyển mạch phân bố đợc đa vào.

Về căn bản các MSC đợc chia thành MSC server và cổng đa phơng tiện MGW MSC server chứa tất cả các phần mềm điều khiển cuộc gọi, quản lý di động nh một MSC tiêu chuẩn nhng nó lại không chứa ma trận chuyển mạch Ma trận chuyển mạch nằm trong MGW và nó có thể đặt xa MSC server Báo hiệu điều khiển các cuộc gọi đợc thực thiện giữa RNC và MSC server Thông thờng các MGW nhận các cuộc gọi từ RNC và định tuyến các cuộc gọi này đến nơi nhận trên các đờng trục gói Trong nhiều trờng hợp đờng trục gói sử dụng giao thức truyền tải thời gian thực (RTP: Real Time Protocol) dựa trên giao thức internet.

Bớc phát triển tiếp theo của UMTS là kiến trúc mạng đa phơng tiện IP Chúng đợc đa ra với tên gọi R5 ở phiên bản này trong mạng sẽ không còn phần chuyển mạch kênh và tất cả là chuyển mạch gói từ đầu cuối đến đầu cuối Điều này mở ra khả năng chúng ta xây dựng một mạng toàn IP Có thể coi kiến trúc mạng này là sự hội tụ toàn diện của

I.3 MIP

IP di động (MIP : Mobile IP) là một vấn đề quan trọng trong các hệ thống thông tin di động 3G vì mục tiêu cuối cùng của hệ thống này là tiến tới một mạng toàn IP Vấn đề thách thức đối với IP di động là phải chuyển các ứng dụng IP đến các kết cuối di động thậm chí về mặt truyền thống các giao thức IP đợc thiết kế với giả thiết là các kết cuối cố định Có nhiều giải pháp cho di động IP, trong phần này chúng ta xét tổng quan IP di động là giải pháp đợc lựa chọn cho di động IP trong các hệ thống thông tin di động 3G.

I.3.1 Tổng quan về MIP

Đề xuất tốt nhất để xử lý chuyển giao di động vĩ mô là MIP MIP đã đợc phát triển nhiều năm bởi IETF, đầu tiên cho phiên bản 4 và hiện nay cho phiên bản 6 Mặc dù đã tồn tại nhiều năm và đợc coi là một giải pháp ngắn hạn nó vẫn chỉ đợc triển khai th-ơng mại hạn chế Đã có các sản phẩm của MIP từ Nextel và IpUnplugged.

Trong MIP, không phụ thuộc vào điểm nối mạng hiện thời, máy di động luôn luôn đợc nhận dạng bằng địa chỉ thờng trú của nó Khi ra khỏi mạng nhà máy di động nhận đợc một địa chỉ khác gọi là CoA (Care of Address ) liên quan đến vị trí hiện thời của máy di động MIP giải quyết vấn đề lu động bằng cách lu giữ một chuyển động giữa nhận dạng cố định và CoA của máy di động CoA hoạt động nh một định vị tạm thời.

Phần tử then chốt của MIP là tác nhân nhà HA (Home Agent) là một bộ định tuyến đặc biệt lu giữ chuyển đổi giữa địa chỉ nhà và CoA của máy di động Mỗi lần máy di động (viết tắt là MH: Mobile Host hay MN: Mobile Node) chuyển đến một mạng con mới thông thờng là một bộ định tuyến truy nhập mới, nó nhận đợc một CoA mới và đăng ký CoA này với tác nhân nhà MIP đảm bảo là máy đối tác (viết tắt là CH: Correspondent Host) có thể luôn luôn gửi các gói đến một máy di động theo địa chỉ nhà của máy di động, các gói đợc định tuyến theo đờng truyền của mạng nhà đến HA Sau khi HA nhận đợc các gói này thì nó thực hiện đóng bao chúng theo kiểu IP trong IP (IP in IP encapsulation) rồi gửi xuyên đờng hầm (ta gọi là truyền tunnel) đến CoA của máy di động (nói một cách khác HA tạo lập các gói mới với tiêu đề mới chứa CoA và phần số liệu mới chứa toàn bộ gói ban đầu và phần tiêu đề gốc) Tại đầu kia của tunnel, gói gốc đợc khôi phục bằng cách bỏ đi tiêu đề IP ngoài, quá trình này gọi là quá trình mở bao.

Lu ý rằng MIP chỉ liên quan đến lu lợng tới máy di động, ở phơng ngợc lại các gói đợc gửi trực tiếp đến máy đối tác (ở phơng này máy di động đợc coi nh ở mạng nhà).

Sau đây là một số tính năng của MIP:

- Trong suốt đối với các ứng dụng Các ứng dụng vẫn có thể tiếp tục sử dụng cùng địa chỉ IP, vì HA chuyển chúng trong suốt đến CoA.

- Trong suốt đối với mạng Giao thức định tuyến mạng tiêu chuẩn vẫn đợc tiếp tục sử dụng Chỉ có các máy di động và các tác nhân nhà ( các tác nhân ngoài đợc xét sau) là biết đợc việc đa vào MIP Các bộ định tuyến khác coi đó chỉ là các gói IP thông thờng.

MIP chỉ thực hiện truyền dẫn và sử lý phần bổ sung tại phía từ HA đến máy di động.

Vị trí tại nhà của máy di động MH

Mạng (mạng con) nhà

Đóng bao IP trong IP

Máy di động MHMạng con khách

Bó số liệu từ máy di động được truyền trực tiếpcác máy đối tác, định tuyến IP bình thường.

I.3.2 MIPv4

Các giao thức MIPv4 đợc thiết kế đảm bảo hỗ trợ di động bên trong mạng IPv4 Ngoài HA, MIPv4 còn đa ra khái niệm một bộ định tuyến đặc thù khác là FA (Foreign Agent : tác nhân ngoài) Thí dụ mọi bộ định tuyến truy nhập là FA Máy di động MN luôn nghe ngóng các quảng cáo tác nhân (Agent Advertisement) đợc phát quảng bá định kỳ từ các FA để nhận biết nó đang ở FA nào Quảng cáo bao gồm tiền tố mạng của FA Khi MN chuyển dịch vào một mạng ngoài mới và nghe thấy quảng cáo của FA, MN gửi bản tin yêu cầu đăng ký Thay cho việc đợi các quảng cáo định kỳ MN có thể phát bản tin khẩn nài (Solicitation) đến FA để yêu cầu nó phát quảng cáo ngay lập tức.

Có hai phơng án MIP v4 phụ thuộc vào dạng CoA Phơng án tứ nhất MN sử dụng địa chỉ FA nh CoA của mình và FA đăng ký FA-CoA (Foreign Agent Care of Address: Chăm sóc địa chỉ của tác nhân ngoài) cho HA Lúc này các gói gửi theo tunnel từ HA đến FA, FA mở gói và chuyển gói gốc trực tiếp đến MN Trong phơng án hai MN nhận đợc một CoA cho chính mình chẳng hạn thông qua DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) và đăng ký CoA đồng vị trí này (CCoA: Co-Allocate CoA) hoặc trực tiếp với HA hoặc thông qua FA Các gói đợc gửi tunnel từ HA đợc MN tự mình mở bao.

Ưu điểm chính của việc sử dụng FA-CoA là ta cần ít hơn địa chỉ IPv4 toàn cầu (IP global) vì nhiều MN có thể đăng ký tại cùng một FA Hiện nay các địa chỉ IPv4 đang rất khan hiếm nên cách này đợc a dùng Phơng pháp này cũng loại bỏ phần bổ sung cho đóng bao trên đoạn nối vô tuyến mặc dù trong thực tế có thể sử dụng nén tiêu đề trong các phơng án FA-CoA và CCoA

Dới đây ta sẽ xét một số hạn chế mà MIPv4 thờng gặp phải:

Định tuyến tam giác và tối u định tuyến

Trong MIPv4 cơ sở nói trên tất cả các gói từ máy đối tác CN đều đi qua HA đến MN Định tuyến tam giác hiệu suất kém thí dụ một du khách từ úc đến Anh muốn liên lạc với một ngời trong cùng một toà nhà Một mở rộng tuỳ chọn cho MIP đợc gọi là tối u định tuyến cho phép CH gửi trực tiếp đến MN HA gửi một ràng buộc (binding) đến CN để phúc đáp các thông báo trớc của máy di động hoặc yêu cầu của CN Tuy nhiên tối u định tuyến yêu cầu cập nhật cho ngăn xếp giao thức của CN (để nó tàng trữ CoA của MN và đóng bao) và trong một số trờng hợp nó không hiệu quả (chẳng hạn MN đã thoả thuận với rất nhiều server để lấy thông tin)

Truyền tunnel ngợc

MIPv4 gặp trở ngại với các tờng lửa (hay nói một cách tổng quát hơn với một bức tờng lửa lọc đầu vào) MN sử dụng địa chỉ tại nhà của nó nh địa chỉ nguồn nhng tờng lửa muốn tất cả các gói trong mạng của nó sử dụng địa chỉ nguồn theo cấu hình topo (nghĩa là sử dụng cùng tiền tố của mạng) và vì thế loại bỏ các gói đến tù MN Để giải quyết vấn đề này một mở rộng của bổ sung đó là truyền tunnel ngợc Nó thiết lập một tunnel ngợc từ CoA đến HA Khi này các gói gửi từ MN đợc mở bao tại HA và đợc truyền đến CN theo địa chỉ IP nguồn.

Truyền ngang NAT

MIPv4 gặp khó khăn với bộ phiên dịch địa chỉ mạng (NAT: Network Address Translator) NAT đợc sử dụng rất phổ biến trong các mạng IPv4 do thiếu các địa chỉ IP NAT cho phép nhiều MN sử dụng chung một số ít các địa chỉ IP global trong đó nhiều nút IP sử dụng chung một địa chỉ với các port khác nhau Điều này rất bất lợi cho MIP: HA hay CN truyền tunnel bằng bao IP trong IP đến địa chỉ CoA định tuyến công cộng của MN, khi các gói này đến NAT, NAT phải phiên dịch địa chỉ này vào CoA riêng của MN nhng nếu nhiều MN chung một địa chỉ nó không làm đợc điều này Một giải pháp đ-ợc đề xuất là sử dụng đóng bao IP trong UDP (IP in UDP encapsulation) : Tiêu đề UDP mang thêm nhiều thông tin về số của port cho phép NAT nhận dạng đợc MN cần thiết.

Thiếu hụt địa chỉ

Ngay cả khi sử dụng FA-CoA, MN vẫn cần địa chỉ thờng trú Sự thiếu hụt các địa chỉ IPv4 thể hiện ở chỗ ISP hay nhà khai thác mạng phải gán cho mỗi ngời sử dụng một địa chỉ IP động thông qua giao thức DHCP.

Các tác nhân ngoài

Việc triển khai các FA là lý do cản trở việc triển khai MIPv4: nhà khai thác mạng phải mua bổ sung các thiết bị, MN mất dịch vụ khi chuyển đến một mạng mới không có FA, đảm bảo an ninh khó hơn vì tác nhân nhà kiểm tra các FA và không thực hiện nguyên tắc thiết kế đầu cuối - đầu cuối của IP vì trong mạng có các điểm thay đổi gói.

Để khắc phục các nhợc điểm này cần thiết cho ra đời phiên bản mới MIPv6

I.3.3 MIPv6

MIPv6 đợc thiết kế để đảm bảo hỗ trợ di động trong mạng IPv6 Nó rất giống MIPv4 nhng sử dụng rất nhiều tính năng đợc cải thiện của IP v6 để giải quyết các vấn đề của MIPv4.

- Chỉ sử dụng CCoA vì số địa chỉ của IPv6 đợc tăng thêm

- Không có FA Nhờ các tính năng tăng cờng của IPv6 nh phát hiện nút lân cận, lập cấu hình tự động địa chỉ và khả năng mọi bộ định tuyến phát quảng cáo bộ định tuyến.

- Không cần truyền tunnel ngợc Gói chứa địa chỉ nhà của MN trong phần tuỳ chọn nơi nhận địa chỉ nhà (tiêu đề của gói IP thông thờng đợc mở rộng bằng một trờng tuỳ chọn) Điều này cho phép MN sử dụng CoA của mình nh là địa chỉ nguồn trong tiêu đề IP của gói mà nó gửi đi vì thế các gói này có thể truyền bình thờng qua tờng lửa.

- Không cần đóng bao vì CoA của MN đợc mang trong tuỳ chọn tiêu đề định tuyến đợc bổ sung cho gói gốc (trong thực tế các gói đợc gửi qua HA trớc khi định tuyến tối u không thể sử dụng tiêu đề định tuyến mà không an toàn vì HA phải truyền tunnel các gói này đến CoA của MN) Vì thế ít tốn kém các phần bổ sung hơn và có thể đơn giản QoS.

Không cần tách riêng gói điều khiển vì tuỳ chọn nơi nhận cho phép gộp các gói này trên mọi gói IP.

I.4 Tóm tắt chơng

Trong chơng này chúng ta làm quen với khái niệm mạng 3G, quá trình phát triển lên mạng 3G và một số mô hình hệ thống mạng đã đợc phát hành Chơng này chúng ta chú ý đến hai xu hớng phát triển mạng thông tin di động lên 3G xuất phát từ hai kỹ thuật mạng đang sử dụng trong hệ thống mạng hiện nay là mạng GSM và mạng CDMA Cuối chơng chúng ta xem xét một kỹ thuật quan trọng xử lý tính di động của thuê bao.

Chơng II Mạng IP

II.1 Giới thiệu về mạng IP

Ngày nay chúng ta thấy rõ tầm quan trọng cũng nh tính u việt của mạng internet toàn cầu Đây là kho thông tin vô tận đáp ứng toàn diện mọi nhu cầu của con ngời Về mặt kỹ thuật, internet là mạng sử dụng chồng giao thức TCP/IP đó là một hệ thống mạng mở có thể kết nối các loại mạng con sử dụng IP Với xu hớng chung của thế giới là xây dựng một hệ thống mạng IP chung nên tất cả các mạng ban đầu nằm độc lập với mạng internet nh PSTN, PLMN đều có xu hớng IP hoá để có thể trao đổi qua lại thông tin dễ dàng với mạng internet Mạng 3G là một bớc phát triển của mạng PLMN nên nó cũng không nằm ngoài xu thế này Chính vì vậy chơng này chúng ta sẽ tìm hiểu về mạng internet để tiến tới xây dựng một mạng IP cho 3G Trớc hết ta tìm hiểu các thành phần cấu hình lên mạng internet dựa trên mô hình chuẩn OSI.

II.1.1 Cấu hình (topology)

Cấu hình định nghĩa cấu trúc của một mạng Có hai loại cấu hình đợc xét đến là cấu hình vật lý và cấu hình luận lý.

Cấu hình vật lý là biểu hiện thực của dây dẫn (môi trờng truyền dẫn) Các cấu hình vật lý đợc sử dụng một cách phổ biến là bus, star, extended star, ring, hierarchical Chúng đợc thể hiện thông qua hình vẽ dới đây.

Extended Star TopologyHirarchical TopologyMesh Topology

h 2.1: Các cấu hình vật lý

Cấu hình luận lý của mạng là cách thức các host truyền tin qua mỗi môi trờng Có hai cấu hình luận lý phổ biến là Broadcast và Tokenpassing.

Kỹ thuật Broadcast có ý nghĩa đơn giản là mỗi host gửi dữ liệu của nó đến tất cả các host khác trên môi trờng Không có sự đăng ký các trạm kế tiếp sử dụng môi trờng

thay vì thế dữ liệu đến trớc sẽ đợc phục vụ trớc Đây chính là cách thức làm việc của ethernet

Loại thứ hai là Tokenpassing điều khiển việc truy xuất mạng bằng cách chuyển một token tuần tự đến mỗi host Khi host này nhận đợc token nghĩa là nó đợc phép truyền dữ liệu trên mạng Nếu host không có dữ liệu để chuyển token sẽ đợc chuyển đến host tiếp theo.

II.1.2 Các thiết bị LAN trong một cấu hình

Các thiết bị nối trực tiếp vào trong một segment mạng đợc gọi là một host Các host bao gồm có máy tính, cả server và client, các máy in, máy scaner Các thiết bị giúp ngời dùng thực hiện kết nối vào trong mạng, qua đó ngời dùng có thể chia xẻ môi trờng, tạo ra và tiếp nhận thông tin.

Thiết bị host không phải là phần của bất cứ lớp nào Chúng có một kết nối vật lý đến môi trờng mạng bằng cách sở hữu một card giao tiếp mạng (NIC) và các lớp OSI khác đợc thực hiện bằng phần mềm bên trong host Điều này nói lên rằng chúng hoạt động tại tất cả bảy lớp.

II.1.3 Các card mạng NIC (Network Interface Card)

Cho đến lúc này chúng ta có thể lặp lại các khái niệm và các thiết bị lớp 1 Khi bắt đầu với các card NIC thì chủ đề thảo luận là nằm ở lớp 2 trong mô hình OSI Trong thuật ngữ miêu tả, NIC là một bản mạch in cắm vào trong một khe mở rộng (expansion slot) của bus trên mainboard của máy tính hay thiết bị ngoại vi Các NIC đợc xem nh thiết bị lớp 2 và mỗi NIC là duy nhất, nó sở hữu một địa chỉ duy nhất gọi là địa chỉ MAC Địa chỉ này dùng để điều khiển truyền số liệu của các host trên mạng Địa chỉ MAC dùng cho các giao thức ARP kết hợp với địa chỉ IP để tìm ra nguồn nhận tin.

II.1.4 Môi trờng.

Ký hiệu về môi trờng có thể thay đổi Các ký hiệu cơ bản đợc sử dụng nh sau:

Các chức năng cơ bản của môi trờng là mang thông tin dới dạng các bit và byte xuyên qua LAN Chúng ta có thể thiết lập các mạng máy tính với nhiều loại môi trờng

khác nhau Mỗi môi trờng có những u điểm và khuyết điểm nhất định Một vài đặc tính đợc xét đến trong đánh giá một môi trờng là :

Nh chúng ta đã thảo luận về môi trờng: có nhiều loại môi trờng dùng để truyền tải thông tin, và có một yếu tố ảnh hởng đến việc truyền tin chính là chiều dài cáp Ví dụ cáp UTP trong mạng là 100m Nếu chúng ta cần mở rộng mạng thì chúng ta phải dùng

Physical: lớp vật lý Data link: Lớp liên kết dữ liệu

Application: Lớp ứng dụng

Repeater đợc liệt vào các thiết bị lớp 1 của mô hình OSI vì chúng hoạt động ở mức bit và không có thông tin nào khác hơn.

II.1.6 Hub

Mục đích của hub là tái sinh và định thời lại tín hiệu mạng Định nghĩa của hub cũng giống nh của repeater, chính vì vậy chúng ta có thể coi hub là một repeater đa port Điểm khác biệt là số lợng cáp nối vào thiết bị Chúng ta thờng sử dụng hub để tạo ra điểm kết nối tập trung cho môi trờng dây dẫn và tạo độ tin cậy cho mạng Độ tin cậy của mạng gia tăng khi cho phép bất cứ một cáp đơn nào bị hỏng mà không ảnh hởng đến toàn mạng Hub đợc xem nh thiết bị lớp 1 vì nó chỉ thực hiện tái sinh tín hiệu và truyền ra tất cả các port còn lại.

Bridge (cầu) là một thiết bị lớp 2 đợc thiết kế để nối các segment LAN với nhau Mục đích của bridge là lọc các tải mạng, giữ lại các tải cục bộ và đồng thời cho phép các tải trao đổi thông tin giữa hai mạng Điều này thực hiện đợc là nhờ địa chỉ lớp 2 (MAC) của các thiết bị trong mạng Mỗi thiết bị trong mạng có một địa chỉ MAC duy nhất trên NIC, bridge theo dõi các địa chỉ này để quyết định việc truyền tải.

Switch là một thiết bị lớp 2 giống nh bridge Thực sự thì switch là một bridge đa port giống nh hub là một repeater đa port Khác nhau giữa hub và switch là đa ra quyết định dựa trên địa chỉ MAC Do vậy switch sẽ làm giảm vùng đụng độ trong mạng và sẽ làm các LAN hoạt động hiệu quả hơn Hoạt động của chúng chỉ đa dữ liệu ra đúng các port thích hợp để truyền đến các host thực sự cần Ngợc lại hub sẽ truyền dữ liệu ra các port làm cho tất cả các host có thể thấy và xử lý dữ liệu Cả switch và hub đều có nhiều

port kết nối vì một phần chức năng của chúng là kết nối tập trung Hình biểu diễn switch đợc biểu diễn nh trong hình vẽ.

Router là thiết bị đầu tiên mà chúng ta đề cập đến với vai trò là thiết bị lớp 3 của mô hình OSI Làm việc ở lớp 3 cho phép router thực hiện các quyết định dựa vào nhóm địa chỉ lớp mạng, ngợc lại với các địa chỉ MAC duy nhất ở lớp 2 Router cũng có thể kết nối các kỹ thuật khác nhau thuộc lớp 2 nh ethernet, token ring, FDDI Tuy nhiên vì khả năng định tuyến các gói dựa vào thông tin lớp 3 nên router trở thành một backbone của mạng internet chạy giao thức IP.

Mục đích cua router là kiểm tra các gói tin đến( dữ liệu lớp 3), chọn đờng dẫn tốt nhất để cho chúng xuyên qua mạng, sau đó chuyển chúng đến các port thích hợp Các

router là các thiết bị điều khiển tải quan trọng nhất trong một mạng lớn, chúng cho phép bất kỳ thiết bị nào muốn liên lạc với một thiết bị khác ở bất kỳ đâu trên thế giới mà cùng tham gia mạng chung.

II.1.10 Mây (cloud)

Ký hiệu mây ám chỉ một mạng khác có thể là toàn bộ mạng internet Nó nhắc bạn một con đờng để nối đến mạng khác nhng không trình bày mọi chi tiết của kết nối hay

Thuật ngữ segment mạng có nhiều ý nghĩa trong lập mạng và định nghĩa chính xác phụ thuộc vào tình huống trong đó đợc dùng Ta có thể định nghĩa một segment nhận dạng một môi trờng lớp 1 là đờng dẫn chung cho truyền dữ liệu trong một LAN Nh đã đề cập trớc đây, có giới hạn chiều dài truyền số liệu cho mỗi loại môi trờng Mỗi lần một thiết bị điện đợc sử dụng để mở rộng chiều dài và quản lý dữ liệu trên môi trờng thì một segment mới đợc tạo ra

Định nghĩa khác của segment đợc Cisco định nghĩa nh sau: mỗi segment là một miền đụng độ Định nghĩa này giống với định nghĩa trớc chỉ khác là nó đi sâu vào bản chất sự việc Ta hiểu sự đụng độ là thế nào? Sau đây ta sẽ tìm hiểu vấn đề này và hiểu cách truyền của ethernet hay token.

Sự đụng độ xảy ra khi hai bit từ hai máy tính truyền khác nhau chạy trên một môi trờng chia sẻ tại một thời điểm Rõ ràng sự kết hợp của hai bit dới dạng tín hiệu sẽ phát sinh nhiều hiện tợng nh giao thoa, chồng chập là nguyên nhân gây mất bit Cả hai bit đều mất Chính vì vậy chúng ta cần có các quy tắc chia sẻ môi trờng truyền dẫn chung nhằm tránh sự đụng độ và dẫn đến sự ra đời của ethernet, token

II.2 Chồng giao thức TCP/IP

Trớc hết ta tìm hiểu một số khái niệm:

Giao thức là một tập hợp các quy tắc, quy ớc để truyền tín hiệu trên mạng

Chồng giao thức là tập hợp các giao thức cùng kết hợp với nhau để tạo thành quá trình trao đổi thông tin hoàn chỉnh.

Chồng giao thức TCP/IP là sự kết hợp của các qui tắc khác nhau ở các lớp khác nhau không chỉ có các giao thức TCP, IP.

Mô hình chồng giao thức TCP/IP cho phép các loại máy tính có kích cỡ cũng nh đợc sản xuất bởi các hãng khác nhau và các hệ thống vận hành khác nhau có thể truyền thông đợc với nhau.

TCP/IP là giao thức phân cấp từ các khối tơng tác, mỗi khối cung cấp chức năng riêng nhng các khối không nhất thiết phải phụ thuộc lẫn nhau TCP/IP chứa các giao thức khá độc lập với nhau, chúng có thể trộn lẫn và phối hợp với nhau tuỳ theo nhu cầu hệ thống Thuật ngữ phân cấp có nghĩa là mỗi giao thức lớp trên đợc một hay nhiều giao thức lớp dới hỗ trợ.

Mô hình phân lớp TCP/IP:

Lớp 1: Network Access Layer: Lớp truy cập mạng Lớp này cung cấp các giao tiếp vật lý thông thờng là các driver thiết bị trong hệ thống điều hành và các card giao diện mạng tơng ứng trong máy tính Lớp này thực hiện nhiệm vụ điều khiển tất cả các chi tiết phần cứng hoặc thực hiện giao tiếp vật lý với môi trờng truyền dẫn Cung cấp kiểm soát lỗi phân bố trên mạng vật lý, cung cấp các địa chỉ vật lý cho thiết bị Lớp này không định nghĩa một giao thức riêng nào cả, nó hỗ trợ tất cả các giao thức chuẩn và độc quyền nh ethernet, Token Ring, FDDO, X25, wireless,ATM

Lớp 2: Internet Layer: Lớp mạng : Cung cấp chức năng đánh địa chỉ độc lập phần cứng mà nhờ đó dữ liệu có thể di chuyển qua các mạng con có kiến trúc vật lý khác nhau Lớp này điều khiển việc chuyển gói qua mạng, định tuyến gói.Hỗ trợ giao thức liên mạng IP.

Lớp 3: Transport Layer: Lớp chuyển tiếp : Chịu trách nhiệm truyền thông điệp từ một tiến trình này đang chạy sang một tiến trình khác Lớp này có hai giao thức quan trọng là giao thức điều khiển truyền dẫn TCP và giao thức dữ liệu đồ ngời sử dụng UDP.

Lớp 4: Application layer:Lớp ứng dụng : Lớp này điều khiển chi tiết từng ứng dụng cụ thể Nó tơng ứng với các lớp ứng dụng, trình diễn, phiên trong mô hình OSI Nó gồm các giao thức mức cao, mã hoá, điều khiển hội thoại Hiện nay có hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn các giao thức lớp này.

II.3.1 Khái niệm

Mọi thiết bị muốn tham gia mạng internet cần phải có một địa chỉ IP Địa chỉ IP đợc xác định ở lớp mạng của mô hình TCP/IP Địa chỉ này đợc phân theo vùng và nó có vai trò quan trọng trong việc định tuyến Địa chỉ IP rất quan trọng bởi nó quyết định một thiết bị có đợc tham gia mạng hay không Bên cạnh đó nó còn giải quyết vấn đề liên lạc giữa các thiết bị tham gia mạng với nhau: một thiết bị muốn liên lạc với thiết bị khác thì nó cần phải biết địa chỉ IP của đối tác Chính vì vậy IP là một tài nguyên quan trọng của mạng Sau đây ta xét đến địa chỉ IPv4.

a Đánh địa chỉ IP

Địa chỉ IP đợc biểu diễn bởi một số nhị phân gồm 32 bit 0,1 Nh vậy theo lý thuyết sẽ có 232 địa chỉ 32 bit này đợc chia nhỏ ra thành 4 cụm 8 bit, mỗi cụm này gọi là một octet Sở dĩ ngời ta lại chia thành các octet nhàm mục đích chuyển đổi từ số nhị phân sang số thập phân cho gần gũi với giao tiếp của con ngời Mỗi octet có giá trị tối đa là 255 Mỗi địa chỉ IP đợc chuyển thành kiểu nhị phân sẽ gồm 4 số cách nhau bởi một

Trong một địa chỉ IP đợc chia thành các phần định danh mạng và host

32 bit

Số bit dùng làm thành phần host hay mạng tuỳ thuộc từng vùng trên thế giới Ghi nhớ rằng địa chỉ đầu tiên trong mỗi mạng đợc dành riêng cho các địa chỉ mạng thực sự (hay chỉ số mạng) và địa chỉ cuối cùng trong mỗi mạng đợc dùng làm địa chỉ broadcast.

Lớp A : bao gồm các địa chỉ bắt đầu bằng bit 0 Nh vậy trong lớp A sẽ chiếm một nửa số địa chỉ IP hiện có Lớp A sử dụng 8 bit đầu làm thành phần mạng và 24 bit sau dùng cho host Vậy với 24 bit làm địa chỉ host lớp A sẽ có hơn 16 triệu host trên một mạng Các địa chỉ lớp A đợc dùng ở Mỹ.

Lớp B : bao gồm các địa chỉ bắt đầu bằng 10 Lớp B sử dụng 16 bit đầu làm thành phần mạng, nh vậy có 214 mạng, 16 bit sau làm thành phần host Mỗi mạng sẽ có tối đa 65000 host Địa chỉ lớp B do các nớc Châu Âu sử dụng.

Lớp C : bao gồm các địa chỉ bắt đầu bằng 110 Lớp C sử dụng 24 bit đầu làm thành phần mạng, chỉ dùng 8 bit cho host Các địa chỉ lớp C đợc chia cho các nớc còn lại.

Lớp D,E sử dụng cho các multicast và anycast hay cho một số tổ chức quốc tế Tuy với 32 bit có thể cung cấp địa chỉ IP cho khoảng 4 tỷ máy, và với số máy tính truy cập mạng trên thế giới chỉ cỡ hàng trăm triệu thì con số 4 tỷ là rất thừa tuy nhiên do cách phân bố địa chỉ IP không đều dẫn đến một số vùng miền thừa địa chỉ IP trong khi đó các vùng khác lại thiếu trầm trọng Thêm vào đó xu hớng hợp nhất các mạng thông tin thành một mạng chung duy nhất đòi hỏi ngày càng nhiều địa chỉ IP, do vậy đã dẫn đến sự ra đời của IPv6 với vùng địa chỉ đợc sử dụng lên đến 128 bit.

d Địa chỉ IP global và địa chỉ IP private:

Để giải quyết tình trạng thiếu địa chỉ IP hiện nay, ngời ta đa ra khái niệm địa chỉ IP global và địa chỉ IP private.

IP private: Trong mỗi lớp địa chỉ A,B,C ngời ta dành ra một vùng địa chỉ không cấp phát cụ thể cho một quốc gia nào để làm địa chỉ IP private Nh vậy đây là lớp địa chỉ chung mà bất cứ máy tính nào cũng có thể nhận Một mạng có thể có cùng lúc rất nhiều máy có cùng địa chỉ IP private nhng các địa chỉ này không tham gia quá trình định tuyến trên mạng chung mà quá trình tham gia mạng thông qua địa chỉ IP global.

IP global: Các địa chỉ nằm ngoài dải địa chỉ IP private là các địa chỉ IP global Trong mạng tại một thời điểm chỉ có duy nhất một địa chỉ IP global và địa chỉ này tham

Ngời ta đa ra khái niệm IP global và IP private nhằm mục đích để tăng số địa chỉ qua đó có thể sử dụng hiệu quả tài nguyên này Ta xét ví dụ sau: Một trung tâm có một mạng LAN gồm 500 máy tính muốn tham gia mạng internet chung Nếu chúng ta cấp 500 máy tính này 500 địa chỉ IP toàn cầu thì rất khó đáp ứng vì số lợng các địa chỉ IP là có hạn Giải pháp đa ra là ta có thể sử dụng dải địa chỉ IP private để đặt cho các máy tính Chỉ những máy nối trực tiếp với mạng ta sử dụng các địa chỉ IP global Yêu cầu đặt ra cho các máy này là phải sử dụng chức năng NAT- chức năng nhằm phân chia các port đảm bảo các máy tính khác trong mạng liên lạc đợc với bên ngoài Khi đó mạng LAN này chỉ sử dụng một số ít địa chỉ IP và nh vậy chúng ta đã tiết kiệm đợc rất nhiều địa chỉ IP Ngày nay địa chỉ IP đang ngày càng trở lên khan hiếm, thì giải pháp sử dụng địa chỉ

IP private ngày càng đợc chú trọng Tuy nhiên chắc chắn rằng nếu nhiều máy tính cùng sử dụng một địa chỉ IP thông qua chức năng NAT phân phối đờng truyền chung thì tốc độ của dữ liệu đối với riêng các máy sẽ bị giảm sút.

II.3.2 Subnet, subnet mask và kỹ thuật subnetting

Các nhà quản trị mạng đôi khi cần chia các mạng đặc biệt là các mạng lớn thành các mạng nhỏ hơn Các phần chia nhỏ hơn đợc gọi là các mạng con (subnet) và đợc thực hiện đánh địa chỉ khá linh hoạt Lý do chính cần dùng các mạng con là để giảm kích th-ớc vùng quảng bá Hoạt động quảng bá là gửi thông tin đến tất cả các host nằm trên một mạng hay mạng con Khi tải dùng cho quảng bá chiếm quá nhiều băng thông, các nhà quản trị mạng sẽ nghĩ đến việc phân mạng thành các mạng con Các mạng con này đợc phân ra từ các host gốc Nh vậy phần địa chỉ IP đợc phân ra làm 3 phần: Network, Subnet và host nh hình vẽ

32 bit

h2.10: Các thành phần của địa chỉ IP

Quá trình phân các host gốc thành phần mạng con và phần host đợc gọi là quá trình subnetting Để phân ra thành phần của địa chỉ IP ngời ta dùng subnet mask Một subnet mask có chiều dài 32 bit hay 4 octet giống nh địa chỉ IP, subnet mask sẽ chứa các bit 1 cho phần mạng và mạng con, còn bit 0 cho phần host Nh vậy nếu xét lớp B sẽ có subnet mask là 11111111.11111111.00000000.00000000 hay đổi ra dạng thập phân là 255.255.0.0 Trong thực tế chúng ta thờng bắt gặp một ký hiệu IP address/N ví dụ 10.0.0.0/16 chẳng hạn, điều này có nghĩa là ta có một dải địa chỉ IP với subnet mask là 255.255.0.0 (16 số 1 ) Dải địa chỉ này bắt đầu từ 10.0.0.0 đến 10.0.255.255.

Sau đây ta tìm hiểu về quá trình subnetting:

Ta có một dải IP/N cần cấp cho một mạng, mạng này đợc phân thành các mạng con.

Bớc 1: Ta đếm số mạng con trên sơ đồ mạng (căn cứ vào số router)- giả sử có x mạng và tính số host tối đa có trong một mạng y Chọn n (số bit mợn) thoả mãn :

2n >= x và 232-N-n –2 > y.

thông thờng ngời ta thờng chọn n nhỏ nhất thoả mãn điều kiện trên.

Bớc 2: Xác định subnet mask mới sẽ bao gồm N+n số 1 đứng dầu và 32-(N+n) số 0 Phần subnet mask mới này thờng đợc gọi là segment mạng.

Bớc 3: Xác định các subnet ID – là địa chỉ đầu tiên của dải địa chỉ phân cho các mạng con, và địa chỉ quảng bá (broadcast) là địa chỉ cuối cùng trong dải địa chỉ này.

Bớc 4: Đánh địa chỉ cho các thiết bị, xác định default gateway cho phần segment mạng

Ta định nghĩa default gateway là địa chỉ IP của giao tiếp trên router kết nối đến segment mạng mà host nguồn đang toạ lạc Để hiểu rõ hơn ta xét một ví dụ cụ thể nh sau: Ta có dải địa chỉ IP 10.0.0.0/24 muốn cấp cho một mạng có sơ đồ nh (h 2.11):

Bảng 2: đánh địa chỉ mạng và địa chỉ broadcast.

10.0.0.96 255.255.255.224 10.0.0.127 ok

Tiếp tục ta xác định địa chỉ của từng host và các giao diện:

Bảng 3: Địa chỉ Host và giao diện:

Tên host Giao diện Địa chỉ IP Subnet mask Default gateway

II.4 SIP ( Section initization Protocol)

Mục đích của chúng ta là xây dựng nên một mạng IP hoàn chỉnh cho 3G, chúng ta sẽ nghiên cứu giao thức SIP vì đây là giao thức đợc lựa chọn cho việc thiết kế VoIP hayquản lý các thiết bị trong mạng 3G Trớc khi IETF cho ra đời giao thức SIP, ITU-T đã hoàn thành chuẩn H323 để điều hành hệ thống VoIP song SIP vẫn tồn tại và ngày càng phát triển với những u điểm về sự đơn giản, đảm bảo các khả năng mở rộng, khả năng mở rộng thêm mới những tính năng mà H323 không có đợc Thêm vào đó nhiều công nghệ mới nh mạng 3G, NGN cũng đợc chuẩn hoá bởi IETF do vậy các dịch vụ VoIP th-ờng đợc xây dựng dựa trên SIP.

SIP là một phần trong bộ giao thức chuẩn cho việc truyền tin đa phơng tiện do IETF khuyến nghị nh RSVP (giao thức giữ trớc tài nguyên), RTP (giao thức truyền tải thời gian thực) RTSP (giao thức dòng tin đa phơng thức), SAP (giao thức thông báo phiên) SDP (giao thức mô tả phiên) Tuy nhiên SIP hoạt động độc lập với các giao thức trên.

SIP có thể kết hợp với các giao thức báo hiệu và thiết lập cuộc gọi khác Theo cách đó một hệ thống đầu cuối dùng SIP để xác định địa chỉ hợp lệ của một hệ thống và giao thức từ một địa chỉ gửi đến là giao thức độc lập.

SIP là giao thức chuẩn do IETF đa ra nhằm mục đích thực hiện một hệ thống có khả năng truyền qua môi trờng mạng IP SIP dựa trên ý tởng của SMTP và HTTP Nó đ-ợc định nghĩa nh một client-server trong đó các yêu cầu đđ-ợc bên gọi (client) đa ra và bên bị gọi (server) trả lời nhằm đáp ứng yêu cầu của bên gọi SIP sử dụng một số kiểu bản tin và trờng khởi đầu giống HTTP Về cơ bản SIP là một giao thức hớng văn bản và gần giống với giao thức HTTP nhng nó không phải là một sự mở rộng của HTTP.

II.4.1 Mô hình tham chiếu SIP

h.2.12: Mô hình tham chiếu của giao thức SIP

SIP là giao thức thuộc lớp ứng dụng, nằm ngay trên lớp TCP/UDP trong mô hình chồng giao thức TCP/IP SIP hỗ trợ 5 dịch vụ sau:

• Định vị ngời dùng: xác định vị trí của ngời dùng tiến hành hội thoại.

• Năng lực ngời dùng: Xác định các phơng thức và các tham số tơng ứng trong hội thoại.

• Xác định những ngời sẵn sàng tham gia hội thoại.

• Thiết lập các tham số cần thiết cho ngời tham gia cuộc gọi.

• Điều khiển cuộc gọi.

II.4.2 Kiến trúc mạng của hệ thống SIP

Một hệ thống thiết kế VoIP dựa trên SIP là một phần của mạng internet Ta phải hiểu nh thế bởi trong cách biểu diễn mạng sau đây ta không thấy sự xuất hiện của các phần tử mạng Đơn giản vì SIP đợc xây dựng ở lớp ứng dụng và theo cơ chế client-server, các server đợc lắp đặt trên mạng internet với những địa chỉ cố định còn các client sau khi đã đăng ký tham gia mạng sẽ thiết lập các kết nối đến các server để thực hiện dịch vụ Sơ đồ kiến trúc SIP nh hình vẽ:

Mạng đợc chia làm ba phần: SIP terminal, SIP server, SIP gateway Trong đó SIP terminal thực hiện giao tiếp ngời dùng với hệ thống SIP đó có thể là SIP phone, phần mềm SIP SIP server thực hiện các chức năng của hệ thống SIP trong mạng nh điều khiển cuộc gọi, quản lý cuộc gọi, trạng thái ngời dùng SIP gateway thực hiện chức năng internetworking với các mạng khác.

h2.13: Các thành phần của hệ thống SIP

Sau đây ta sẽ xét các thiết bị trong SIP:

1 User Agent (UA):

Là thiết bị đầu cuối trong mạng SIP, nó có thể là một máy điện thoại SIP hay có thể là một máy tính chạy phần mềm SIP Các thành phần chính trong thiết bị UA:

- UAC ( User Agent Client) là một ứng dụng chủ gọi, nó khởi đầu và gửi bản tin yêu cầu SIP.

- UAS ( User Agent Server) nó nhận và trả lời các yêu cầu SIP, nhân danh các server, chấp nhận, chuyển hoặc từ chối cuộc gọi.

- UAC và UAS đều có thể kết thúc cuộc gọi.

2 Proxy server:

Là phần mềm trung gian hoạt động cả nh server và client để thực hiện các yêu cầu thay mặt đầu cuối khác Tất cả các yêu cầu đợc xử lý tại chỗ bởi proxy server nếu có thể, hoặc đợc chuyển cho các máy tính chủ khác Trong trờng hợp proxy server không thực hiên đợc các yêu cầu này nó sẽ thực hiện việc chuyển đổi hoặc dịch sang các khuôn dạng thích hợp trớc khi chuyển đi.

3 Location server:

Là phần mềm định vị thuê bao, cung cấp thông tin về những vị trí có thể của phía bị gọi cho các phần mềm Proxy server hay Redirect server.

4 Redirect server:

Là phần mềm thu nhận yêu cầu SIP và chuyển đổi địa chỉ SIP sang một số địa chỉ khác và gửi lại cho đầu cuối Không giống nh Proxy server, Redirect server không bao

giờ hoạt động nh một đầu cuối, tức là không gửi đi bất kỳ yêu cầu nào Redirect server cũng không nhận hay huỷ cuộc gọi.

5 Registral server:

Là phần mềm chứa cơ sở dữ liệu tiếp nhận các đăng ký REGISTER Trong nhiều trờng hợp Registral server đảm nhiệm luôn một số chức năng an ninh nh xác nhận ngời sử dụng Thông thờng Registral server đợc cài đặt cùng với proxy server và Redirect server để cung cấp các dịch vụ định vị thuê bao Mỗi lần đầu cuối có yêu cầu dịch vụ thì nó lại đăng ký với server Nếu đầu cuối muốn thông báo về địa chỉ của mình thì bản tin REGISTER đợc gửi đi Nói chung các đầu cuối thực hiện việc đăng ký lại một cách định kỳ.

6 Gateway:

Các thành phần của gateway bao gồm SG (Signalling Gateway) để thực hiện các liên kết báo hiệu và MG (Media Gateway) là một cổng đa phơng tiện.

h2.14: SIP gateway với Media Gateway(MG) và Signalling Gateway(SG)

II.4.3 Các phơng thức hoạt động của SIP

Trong phần này chúng ta sẽ nghiên cứu các bản tin sử dụng trong SIP SIP sử dụng các bản tin cơ bản sau:

1 INVITE:

Chỉ thị INVITE thông báo cho ngời dùng đợc tham gia vào một phiên hội thoại Một server sẽ tự động trả lời một lời mời tham gia hội thoại nếu ngời dùng đã sẵn sàng tham gia bằng cách đáp ứng 200 OK-Respone Bản tin này chứa mô tả về phiên, dùng SDP và kiểu phơng tiện đợc dùng trong cuộc gọi, cũng nh địa chỉ chủ gọi và bị gọi, định vị ngời dùng, các đặc tính của ngời gọi và những yêu cầu mong muốn đợc đáp ứng.

2 ACK

ACK xác nhận rằng khách hàng đã nhận đợc đáp ứng cuối cùng cho yêu cầu INVITE (ACK chỉ sử dụng cho yêu cầu INVITE) Khi UAC chấp nhận đáp ứng 2xx, tất cả các đáp ứng cuối cùng khác của proxy server đầu tiên (proxy server quản lý UAC hiện tại) của UAC đều đợc trả lời Khi proxy server này nhận bản tin ACK sau khi gửi đi các đáp ứng 3xx, 4xx, 5xx hay 6xx thì nó phải quyết định xem ACK là của nó hay dành cho proxy server khác (chứa thuê bao chủ gọi) Quyết định đó dựa vào việc xem xét thẻ địa chỉ trong trờng “To” Chỉ thị này có thể đợc đa ra bởi UA, client, proxy, redirect hay registral server.

3 OPTION

Chỉ thị OPTION dùng để hỏi về khả năng của SIP server Nếu một server có khả năng liên lạc với ngời dùng và ngời dùng này có khả năng đáp ứng lại yêu cầu OPTION bằng một tập hợp các chức năng của nó Chỉ thị này có thể đợc đa ra bởi UA, client, proxy, redirect hay registral server.

4 BYE

UAC sử dụng chỉ thị BYE để thông báo cho server rằng nó muốn kết thúc cuộc gọi Yêu cầu BYE cũng có thể đợc đa ra bởi proxy server.

5 CANCEL

Yêu cầu CANCEL đợc dùng để huỷ bỏ một yêu cầu sắp đợc thực hiện cùng với giá trị trong các trờng “Call-ID”, ”From”, “TO” và “Cseq” của yêu cầu đó UAC, proxy server hay client có thể phát ra yêu cầu này tại mọi thời điểm

6 REGISTER

Đây là một chức năng đảm bảo tính di động cho thuê bao, rất cần thiết trong việc xây dựng mạng 3G Chỉ thị REGISTER đợc dùng để đăng ký danh sách địa chỉ của ngời dùng trong trờng mào đầu “To” với SIP server UA có thể đăng ký với một Local server lúc khởi động bằng cách gửi đi một yêu cầu REGISTER tới SIP server quảng bá có địa chỉ multicast ví dụ “SIP.mcasr.net”.

II.4.3 Các chức năng của SIP

1 Chức năng đăng ký (Registration)

Mỗi thuê bao sử dụng dịch vụ SIP có một SIP URL giống nh địa chỉ email theo định dạng sip:username@domainname Trong đó username là tên đăng ký của thuê bao còn domainname là tên miền của vùng đăng ký (của nhà cung cấp dịch vụ ISP) hoặc cũng có thể là một nhà cung cấp dịch vụ SIP độc lập.

Để xác định đợc vị trí hiện tại của thuê bao bị gọi, mạng phải sử dụng dịch vụ định vị Trong đó phải sử dụng cơ sở dữ liệu chứa các liên kết địa chỉ cho phép ánh xạ

một địa chỉ SIP hay SIP URL ở đầu vào nh sip: B@biloxy.com chẳng hạn, với một hay nhiều URL gần hơn với user đích, ví dụ nh sip: B@engineering.biloxy.com, ở đầu ra Cứ nh thế sẽ xác định đợc vị trí của hiện tại của thuê bao đang c trú

2 Cơ chế hoạt động trong SIP

SIP hoạt động theo cơ chế trao đổi các yêu cầu và đáp ứng (request/respond ) Ta sẽ xem xét thủ tục báo hiệu trong SIP thông qua một số ví dụ trao đổi thông tin giữa hai ngời A và B sử dụng hệ thống SIP Trong ví dụ này, cuộc giao dịch bắt đầu từ phía ngời sử dụng A.

Đầu tiên A gọi B bằng cách sử dụng địa chỉ SIP của anh ta Địa chỉ này gọi là SIP URI (Uniform Resourse Identifier) Địa chỉ này tơng tự nh một địa chỉ email bao gồm hai phần username và phần hostname Ví dụ URI của A là sip:A@atlanta.com, URI của B là sip:B@biloxy.com.

A gọi cho B theo địa chỉ SIP mà A đã biết trớc nhng thực tế A không thể định tuyến gói tin đến B để tiến hành liên lạc ngay lập tức đợc bởi nó không hề biết về vị trí máy B cũng nh máy chủ SIP phục vụ miền biloxy.com nên nó gửi bản tin INVITE tới máy chủ SIP phục vụ miền của A, đó là atlanta.com Địa chỉ của server này có thể đợc cấu hình trớc hay sử dụng theo cấu hình DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) để xác định.

Máy chủ SIP tại Atlanta là một proxy server Nó nhận yêu cầu INVITE sẽ gửi trở lại máy tính của A một đáp ứng 100 (Trying) để chỉ thị rằng INVITE đã đợc chấp nhận và nó đang đại diện cho thiết bị A để định tuyến bản tin INVITE tới đích cuộc gọi Đáp ứng này mạng cùng giá trị TO, FROM, Call-ID, Csec và các tham số con khác trong mục “Via” của bản tin INVITE Điều đó cho phép các phần mềm xử lý của A có thể hiểu đợc đây là đáp ứng của bản tin INVITE mà nó đã gửi đi trớc đó Tiếp đến máy chủ ở Atlanta sẽ tìm máy chủ quản lý tên miền biloxi.com để gửi bản tin INVITE đến đó Khi máy chủ tại Biloxi nhận đợc bản tin INVITE, nó gửi trả lại một bản tin 100 để trả lời cho máy chủ tại Atlanta biết nó đã nhận đợc yêu cầu và đang xử lý yêu cầu này Tiếp đến nó truy vấn cơ sở dữ liệu và các dịch vụ định vị để xác định địa chỉ IP hiện tại của B Tại các điểm trung gian trớc khi đợc chuyển đi, bản tin INVITE sẽ đợc bổ sung thêm vào đầu trờng “Via” để lu lại các điểm chuyển tiếp sử dụng sau này.

Máy điện thoại của B sau khi nhận đợc bản tin INVITE nó sẽ tạo chuông để báo cho B biết rằng có một cuộc thoại đến, B có thể quyết định xem mình có nên trả lời cuộc gọi không Đồng thời máy điện thoại B cũng gửi trả lại hai proxy server các bản tin 180 để thông báo rằng cuộc gọi đã đợc định tuyến đến đích Hình vẽ sau đây trình bày quá trình thông tin sử dụng giao thức SIP: