NGN协议先容

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NGN协议先容  
作　者：  王卫军  





一、概述

　　NGN的目标是建设一个能够提供话音、数据、多媒体等多种业务的，集通信、信息、电子商务、娱乐于一体，满足自由通信的分组融合网络。为了实现这一目标，IETF、ITU-T制定并完善了一系列标准协议：H.248/Megaco、SIP、BICC、SIGTRAN、H.323。

H.248/Megaco：IETF、ITU-T制定的媒体网关控制协议，用于媒体网关控制器和媒体网关之间的通信；
SIP：IETF制定的会话初始协议，用于多方多媒体通信；
H.323：ITU-T制定的IP电话和多媒体通信协议，提供VoIP和多媒体应用；
BICC：ITU-T制定的与承载无关的呼叫控制协议，可使呼叫控制与承载控制分离；
SIGTRAN：由IETF SIGTRAN组织制定的在IP网上传送PSTN/ISDN的信令协议。
二、协议体系

　1、协议分类



图1 NGN的各种协议及其分布（点击放大）

　　NGN协议包含非对等和对等两类协议。非对等协议主要指媒体网关控制协议H.248/Megaco；对等协议包括SIP、H.323、BICC等，SIGTRAN为信令传送协议。由于历史原因，NGN系列协议有些相互补充，有些则相互竞争。H.248/Megaco是一个非对等主从协议，与其它协议配合可完成各种NGN业务。SIP、H.323均为对等协议，存在竞争关系，由于SIP具有简单、通用、易于扩展等特性，逐渐发展成为主流协议。图1和图2分别为各协议之间的关系/分布与其体系结构。



图2 NGN协议体系结构（点击放大）

　2、 协议应用和发展

　　NGN是一个融合网络，包括PSTN/ISDN、H.323、ATM/IP等网络，网络互通是NGN成功的必要条件。NGN网络主要包括软交换、媒体网关、信令网关、智能终端和各种数据库/服务器等。SIP协议是NGN多媒体通信协议，用于软交换、SIP服务器和SIP终端之间的通信控制和信息交互，扩展的SIP-T可使SIP消息携带ISUP信令；在需要媒体转换的地方可设置媒体网关，H.248/Megaco为媒体网关控制器（MGC），用于控制媒体网关，完成媒体转换功能，它并不负责呼叫控制功能；H.323也是多媒体通信协议，它比SIP、H.248/Megaco的发展历史更长，是一项复杂的协议，升级和扩展性不是很好，SIP+H.248/Megaco可取代H.323，为了与H.323网络互通，NGN必须支撑该项协议；SIGTRAN用于解决IP网络承载七号信令的问题，它允许七号信令穿过IP网络到达目的地；BICC可使ISUP协议在不同承载网络（ATM、IP、PSTN）上传送。

　　随着网络、应用和需求的发展以及团体协作的进展，各种标准不断完善、升级。目前，NGN网络信令有两大阵营：第一种持纯IP观点，重点关注SIP（会话初始协议）、TRIP （通过IP的电话路由）和ENUM （IETF提议的电子编码）；第二种强调NGN与PSTN的结合，关注ITU信令传输协议SIGTRAN。

三、主要协议概况

　1、H.248/Megaco

　　H.248/Megaco协议是网关分离概念的产物。网关分离的核心是业务和控制分离，控制和承载分离。这样使业务、控制和承载可独立发展，运营商在充分利用新技术的同时，还可提供丰富多彩的业务，通过不断创新的业务提升网络价值。
　　H.248/Megaco是在MGCP协议（RFC2705定义）的基础上，结合其它媒体网关控制协议特点发展而成的一种协议，它提供控制媒体的建立、修改和释放机制，同时也可携带某些随路呼叫信令，支撑传统网络终端的呼叫。该协议在构建开放和多网融合的NGN中，发挥着重要作用。

　【基本概念】

终端（Termination）
　　终端是H.248/Megaco协议的两个主要抽象概念之一，是MG逻辑实体，能够发送和/或接收一种或多种媒体，如模拟用户接入网关中的电话线、中继网关中的中继电路，一个终端在任一时刻属于且只能属于一个上下文。
上下文（Context）
　　上下文也是H.248/Megaco协议的两个主要抽象概念之一，它是一些终端之间的联系，是描述终端间拓扑关系和媒体混合/交换的参数，可通过Add命令进行创建，通过Subtract 、Move命令进行删除。
协议先容
　　H.248/Megaco协议的一条消息包含着一个或多个事务处理，每个事务处理包含一个或多个上下文，每个上下文包含一个或多个命令，每个命令包含一个或多个描述符。
　　H.248/Megaco包含八条命令：Add、Subtract、Move、Modify、Audit Value、Audit Capabilities、Notify、Service Change，各种命令通过其携带的参数实现各种业务。
　【典型呼叫过程】

主叫摘机，MG检测到后通过Notify命令将事件（Off-Hook）报告给MGC；
MGC通过Add命令让MG将主叫端口加入一个Context，并向主叫送拨号音；
用户拨号，MG将收到的号码通过Notify命令报告给MGC；
MGC分析被叫号码，找出被叫端口，命令MG将被叫端口加入一个Context；
MGC命令MG向主叫送回铃音，向被叫送振铃音；
被叫摘机，MGC命令MG连接主被叫；
主/被叫挂机，MGC命令MG释放主被叫连接，将主/被叫端口放空Context。
　2、SIP 协议

　　会话发起协议SIP（Session Initiation Protocol）是IETF制定的多媒体通信系统框架协议之一，它是一个基于文本的应用层控制协议，独立于底层协议，用于建立、修改和终止IP网上的双方或多方多媒体会话。SIP协议借鉴了HTTP、SMTP等协议，支撑代理、重定向、登记定位用户等功能，支撑用户移动，与RTP/RTCP、SDP、RTSP、DNS等协议配合，支撑Voice、Video、Data、Email、Presence、IM、Chat、Game......等。

　【基本思想】

采用Client/Server和HTTP协议模型，每一个请求触发服务器的操作方法；
请求和响应构成一个事务，事务之间相互独立，一个完整的呼叫包含多个事务；
独立于底层传输协议UDP/TCP/SCTP，消息中可携带任意类型的消息体。
　【基本功能】

SIP终端用户定位：SIP-URL+DNS；
会话属性协商：SDP Message Body；
发起会话：INVITE；
改变会话：re-INVITE；
结束会话：BYE + CANCEL
　【协议特点】

　1）简单
　　只包括六个主要请求，六类响应；
　　基于文本编码，易实现、易调试，便于跟踪和手工操作；
　2）扩展性和伸缩性
　　具有灵活的扩展机制和强大的能力协商机制；
　　新的方法、消息头和功能添加，无须改动协议，网络简单，智能边缘；
　　分布式体系结构提高了系统的灵活性和可靠性；
　3）安全性和可靠性
　　逐跳加密和认证：Ipsec、SSL；
　　代理认证：Proxy-Authentication；
　　端到端HTTP认证：基本方式和摘要方式，端到端加密PGP、S/MIME；
　　每次呼叫包含一个时间/空间唯一的Call-ID，每次请求都有一个Cseq，用于复制包检测，请求之后有应答，INVITE应答后有ACK确认，没有收到回应则重传；
　4）互通性
　　简单、轻型协议，基于文本编码方式，容易描述和分析；
　　应用层协议与底层传输无关。

　【基本内容】

　　消息基于文本方式，共有36种消息头，六种请求方法和一系列响应，请求消息结构如图3所示。



图3 SIP 协议的请求消息结构（点击放大）

　1）六种请求方法及其响应

INVITE 发起呼叫 1XX--进展指示
ACK 响应应答 2XX--成功
REGISTER 用户登记 3XX--重定向
OPTIONS 能力询问 4XX--客户端错误
CANCEL 取消呼叫 5XX--服务器错误
BYE 终止呼叫 6XX--全局错误
　2）SIP体系实体

User Agent Client：发起请求的逻辑实体；
User Agent Server：接收请求的逻辑实体；
Proxy Server：代表客户端转发请求或响应的网络逻辑实体，包括路由、呼叫控制、业务提供、计费认证授权…等；
Redirect Server：将请求中的地址映射为零个或多个新的地址返回给客户端，完成路由功能；
Register Server：接收注册请求，提供定位服务。
　【典型呼叫流程】

　　图4为SIP用户cz@cs.tu-berlin.de呼叫SIP用户henning@cs.columbia.edu的过程。



图4 SIP用户之间的呼叫过程（点击放大）

　3、BICC 协议
　　随着数据网络和语音网络的集成，融合的业务越来越多，PSTN 64Kbit/s、N* 64K bit/s的承载能力局限性太大，分组承载网络除IP网络外还有ATM网络，但IP分组网不具备运营级质量，为了在扩展的承载网络上实现PSTN、ISDN业务，ITU-T SG11小组制定了BICC（Bearer independent call control protocol）协议。
BICC协议解决了呼叫控制和承载控制分离的问题，使呼叫控制信令可在各种网络上承载，包括MTP SS7网络、ATM网络、IP网络。BICC协议由ISUP演变而来，是传统电信网络向综合多业务网络演进的重要支撑工具。
目前BICC协议由CS1（能力集1）向CS2、CS3发展。CS1支撑呼叫控制信令在MTP SS7、ATM上的承载，CS2增加了在IP网上的承载，CS3则关注MPLS、IP QoS等承载应用质量以及与SIP的互通问题。

　4、SIGTRAN协议
　　SIGTRAN是IETF的一个工作组，其任务是建立一套在IP网络上传送PSTN信令的协议，SIGTRAN协议包括SCTP、M2UA、M3UA，提供了和SS7 MTP同样的功能，协议栈如图5所示。



图5 SIGTRAN协议栈结构（点击放大）

　　SCTP：流控制传送协议，用于在IP网络上可靠地传输PSTN信令，可替代TCP、UDP协议；SCTP在实时性和信息传输方面更可靠，更安全；TCP为单向流，且不提供多个IP连接，安全方面也受到限制；UDP不可靠，不提供顺序控制和连接确认；
　　M2UA：MTP2用户适配，支撑MTP3互通和链路状态维护，提供与MTP2同样的功能；
　　M3UA： MTP3用户适配，支撑MTP3用户部分互通，提供信令点编码和IP地址的转换；
　　SUA：信令用户适配，支撑SCCP用户互通，相当于TCAP over IP；
　　M2PA：MTP2用户对等适配层协议，支撑MTP3互通，支撑本地MTP3功能，支撑M2PA SG（信令网关），可以作为STP。

　5、H.323协议
　　H.323是一套在分组网上提供实时音频、视频和数据通信的标准，是ITU-T制定的在各种网络上提供多媒体通信的系列协议H.32x的一部分。

　【基本概念】

终端：发起呼叫或被呼叫，产生或终止信息流；
网守：为H.323终端、网关和多点控制单元提供地址翻译，控制网络访问；
网关：在分组网H.323终端和电路网其它终端之间，或H.323网关之间提供实时双向业务；
多点控制单元：用于控制多点会议。
　名词说明：

　　SIP：Session Initiation Protocol( 会话发起协议)是IETF制定的多媒体通信系统框架协议之一，它是一个基于文本的应用层控制协议，独立于底层协议，用于建立、修改和终止IP网上的双方或多方多媒体会话。
　　BICC：Bearer Independent Call Control protocol, BICC协议解决了呼叫控制和承载控制分离的问题，使呼叫控制信令可在各种网络上承载，包括MTP SS7网络、ATM网络、IP网络。BICC协议由ISUP演变而来，是传统电信网络向综合多业务网络演进的重要支撑工具。
　　H.248/Megaco ：Media Gataway Control Protocal,IETF、ITU-T制定的媒体网关控制协议，用于媒体网关控制器和媒体网关之间的通信；H.248协议又称为MeGaCo/H.248。
　　SIGTRAN：SIGTRAN是IETF的一个工作组，其任务是建立一套在IP网络上传送PSTN信令的协议，SIGTRAN协议包括SCTP、M2UA、M3UA，提供了和SS7 MTP同样的功能
　　H.323：H.323是一套在分组网上提供实时音频、视频和数据通信的标准，是ITU-T制定的在各种网络上提供多媒体通信的系列协议H.32x的一部分。