Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение 
УФИМСКИЙ КОЛЛЕДЖ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ, ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И БЕЗОПАСНОСТИ

	УТВЕРЖДАЮ
Зам. директора
_____________ Л.Р. Туктарова
«_____» ______________2015 г.	

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ (ЛАБОРАТОРНЫХ) РАБОТ И  контрольнЫХ ЗАДАНИЙ
ДЛЯ СТУДЕНТОВ ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ
ПО  ДИСЦИПЛИНЕ  «МДК 03.02 Технология монтажа и обслуживания телекоммуникационных систем с коммутацией пакетов»

специальность 210723 «Сети связи и системы коммутации»

 	РАЗРАБОТЧИК
__________ И.З. Шарафутдинова

РАССМОТРЕНО
на заседании кафедры «Телекоммуникаций» 
_____________ Н.С.Слесарева
«_____» ______________2015 г.

	

Уфа 2015 г.

Порядок выполнения отчета по лабораторной (практической) работе
1.	Ознакомиться с теоретическим материалом по практической работе.
2.	Записать краткий конспект теоретической части.
3.	Выполнить предложенное задание согласно варианту по списку группы.
4.	Продемонстрировать результаты выполнения предложенных заданий преподавателю.
5.	Записать код программы в отчет.
6.	Ответить на контрольные вопросы.
7.	Записать выводы о проделанной работе.

Лабораторная работа № 1-2

   Тема: «Работа с протоколом доступа компьютерных сетей SIP»

Цель: Изучить основные принципы работы с протоколом SIP

Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения.
Студент должен:
уметь:
    - работать с протоколами доступа компьютерных сетей (IP/MPLS, SIP, H-323, SIP-T)
знать:
      - протоколы применяемые в сетях NGN:H-323, SIP, SIP-T

    Краткие теоретические и учебно-методические материалы по лабораторной работе
 
В последнее время наблюдается повышенный интерес к технологиям IP-телефонии, использование которой позволяет в значительной мере снизить стоимость телефонной связи. При этом становится возможным использование сети Интернет, что позволяет сразу достичь "глобальных масштабов", а необходимость прокладки магистральных коммуникаций попросту отпадает.
Целью данной статьи является поверхностное рассмотрение возможностей IP-телефонии, использующей протокол SIP, для ознакомления с общими принципами ее работы.
Протокол SIP (Session Initiat Protocol, протокол установки соединения) не является первопроходцем в области IP-телефонии. Протокол H.323 уже давно используется для целей IP-телефонии, однако изначально он не разрабатывался для IP-сетей, что снижает "оптимальность" их совместной работы. За годы работы с протоколом H.323 накоплен большой опыт использования, который позволил выявить как его положительные черты, так и недостатки, которые были учтены при разработке протокола SIP.
Протокол H.323 использует двоичный формат. Одним из следствий этого является необходимость стандартизации всех возможностей данного протокола, так как в случае если определенная возможность не поддерживается устройством, то такие устройства из-за двоичного формата не смогут работать друг с другом. SIP-протокол использует текстовый формат сообщений, если одному из устройств не знаком определенный тип сообщения или заголовка, то оно просто игнорируется (как и в HTTP, который по своему формату очень похож формат протокола SIP). К тому же сам протокол SIP значительно проще H.323.
Возможности протокола SIP
Основные преимущества протокола SIP:
1. Масштабируемость — возможность увеличения количества клиентов при расширении сети.
2. Мобильность — возможность получения сервиса вне зависимости от местоположения (как например электронная почта), а каждому пользователю выдается персональный идентификатор, по которому он может быть найден.
3. Расширяемость — возможность дополнения протокола новыми функциями (за счет введения новых заголовков и сообщений). Как уже говорилось выше, если устройству встречается неизвестное ему расширение протокола, оно попросту игнорируется. Так как протокол H.323 использует сообщения двоичного формата, то неизвестные функции могут привести к невозможности предоставления сервиса.
Протокол SIP разрабатывался с расчетом на возможность использования любых транспортов, но, тем не менее, наиболее предпочтительным является использование UDP-пакетов (это позволяет повысить производительность по сравнению с использованием протокола TCP, но требует использования дополнительных механизмов проверки доставки сигнальных сообщений).
Так как телефония с использованием протокола SIP позволяет использовать большое количество разнообразных сервисов (помимо передачи голоса, возможна передача видео, текстовых сообщений, факсов и др.), необходим механизм обмена информацией о том, какие сервисы может использовать вызываемая\вызывающая стороны. Для этой цели используется протокол SDP (Session Description Protocol) — протокол описания сессии. Данный протокол позволяет определить какие звуковые (видео и другие) кодеки и иные возможности может использовать удаленная сторона.
Собственно сама передача голоса осуществляется благодаря использованию протокола RTP (Real-time Transport Protocol, протокол транспортировки в реальном времени). Сам протокол SIP непосредственного участия в передаче голосовых, видео и других данных не принимает, он отвечает только за установление связи (по протоколам SDP, RTP и др.), поэтому под SIP-телефонией понимается не передача голоса по протоколу SIP, а передача голоса с использованием протокола SIP. Использование протокола SIP предоставляет новые возможности установления соединений (а также возможность беспроблемного расширения данных возможностей), а не непосредственной передачи голосового и других видов трафика.
Формат адресов используемых протоколом SIP напоминает формат E-Mail-адреса: имя@идентификатор_хоста. В начале адреса ствится приставка "sip:" (пример: sip:user@host.com). В качестве идентификатора хоста может служить его IP-адрес, домен или имя хоста (IP-адрес определяется с использованием DNS, так что в итоге все равно получается обращение по адресу sip: имя@IP-адрес).
Архитектура SIP-сети
http://www.pbxlib.com.ua/images/sip.gif
Стандартными элементами в SIP-сети являются:
1. User Agent: по протоколу SIP устанавливаются соединения "клиент-сервер". Клиент устанавливает соединения, а сервер принимает вызовы, но так обычно телефонный аппарат (или программный телефон) может как устанавливать так и принимать звонки, то получается что он одновременно играет роль и клиента и сервера (хотя в реализации протокола это не является обязательным критерием) — в этом случае его называют User Agent (UA) или терминал.
2. Прокси-сервер: прокси сервер принимает запросы и производит с ним некоторые действия (например определяет местоположение клиента, производит переадресацию или перенаправление вызова и др.). Он также может устанавливать собственные соединения. Зачастую прокси-сервер совмещают с сервером определения местоположения (Register-сервер), в таком случае его называют Registrar-сервером.
3. Сервер опредления местоположения или сервер регистрации (Register): данный вид сервера служит для регистрации пользователей. Регистрация пользователя производится для определения его текущего IP-адреса, для того чтобы можно было произвести вызов user@IP-адрес. В случае если пользователь переместится в другое место и/или не имеет определенного IP-адреса, его текущий адрес можно будет определить после того, как он зарегистрируется на сервере регистрации. Таким образом клиент останется доступен по одному и тому же SIP-адресу вне зависимости от того, где на самом деле находится.
4. Сервер переадресации: обращается к серверу регистрации для определения текущего IP-адреса пользователя, но в отличие от прокси сервера только "переадресует" клиента, а не устанавливает собственные соединения.
Прокси-серверы в SIP-сети также могут вносить изменения в передаваемые сообщения — это позволяет беспрепятственно преодолевать NAT в случае если прокси-сервер стоит на NAT-маршрутизаторе (также возможна настройка прокси сервера, находящегося за NAT в случае если на последнем невозможно установить прокси сервер — для этого потребуется задать параметры переадресации так, чтобы получился прокси-сервер стал "виртуальным сервером"). Помимо этого прокси-серверы можно объединять в "цепочки", которые позволяют использовать телефонию, даже если конечная точка (UA) находится сразу за несколькими NAT-шлюзами.
Сообщения SIP
Сообщения SIP-протокола имеют следующую структуру:
•	Стартовая строка (start-line)
•	Заголовки сообщения (*message-header)
•	Пустая строка (CRLF)
•	Тело сообщения
Стартовая строка различается в зависимости от того является ли сообщение запросом или ответом (в случае запроса — в ней сообщается тип запроса, адресат и номер версии протокола, а в случае ответа — номер версии протокола, статус и текстовую расшифровку статуса).
В заголовках содержатся сведения об источнике, адресате, пути следования сообщения и др. Этих заголовков может быть достаточно много и это количество может меняться на пути следования пакетов.
В протоколе SIP версии 2.0 существует 6 типов запросов (тип запроса задается в стартовой строке):
•	INVITE — вызывает адресата для установления связи. С помощью этого сообщения адресату передаются виды поддерживаемых сервисов (которые могут быть использованы инициатором сеанса), а также виды сервисов, которые желает передавать инициатор связи
•	ACK — сообщение подтверждающее согласие адресата установить соединения. В этом сообщении могут быть переданы окончательные параметры сеанса связи (окончательно выбираются виды сервисов и их параметры которые будут использованы)
•	Cancel — отмена ранее переданных запросов (используется в случае если необходимости в них больше нет)
•	BYE — запрос завершения соединения
•	Register — данным запросом пользователь идентифицирует свое текущее местоположение
•	OPTIONS — запрос информации о функциональных возможностях терминала (применяется в случае, если эти данные нужно получить до установления соединения, то есть до фактического обмена данной информацией с помощью запросов INVITE и ACK)
На каждый запрос, отправителю направляется ответ, содержащий код результата выполнения запроса. Формат этих ответов унаследован от протокола HTTP. Ответы кодируются 3-хзначным числом, первая цифра которого указывает на класс ответов, а остальные две — идентифицируют конкретный ответ в каждом классе. Устройство может не знать, что означает код ответа, но должно обязательно знать класс ответа. Всего существует 6 классов ответов:
•	1?? — информационные ответы
•	2?? — успешное окончание запроса
•	3?? — информация об изменения местоположения вызываемого абонента
•	4?? — информация об ошибке
•	5?? — информация об ошибке сервера
•	6?? — информация о невозможности вызова абонента (пользователя с таким адресом не существует, или пользователь отказывается принять вызов)
Информационные ответы сообщают о стадии выполнения запроса, они не являются завершением запроса. Остальные же классы ответов завершают выполнение запроса.
http://www.pbxlib.com.ua/images/sip.gif
Сценарий соединения по протоколу SIP
Пример
Рассмотрим пример процесса установления соединения с использованием SIP-протокола (пример взят из RFC 3261). Данный пример отражает работу базовых функций телефонии и соответственно не затрагивает такие возможности как видеосвязь передача текстовых сообщений и др. — общий принцип работы протокола остается неизменным.
http://www.ixbt.com/comm/protocols/sip/1.png
Пользователь Alice (sip:alice@atlanta.com) вызывает пользователя Bob (sip:bob@biloxi.com).
1. Пользователь Alice посылает сообщение INVITE прокси-серверу по умолчанию (atlanta.com) Если бы пользователю Alice был известен IP-адрес пользователя Bob и он мог к нему обратиться напрямую, то запрос INVITE в этом случае мог быть послан непосредственно вызываемому пользователю.
2. Прокси-сервер посылает запрос INVITE серверу вызываемого абонента (biloxi.com).
3. Далее прокси-сервер пользователя Bob при необходимости определяет его текущий IP-адрес и посылает ему сообщение INVITE — у пользователя начинает звонить телефон, о чем сообщается в ответе 180 (Ringing).
4. Если вызываемый пользователь ответил на звонок, то на запрос INVITE высылается ответ 200 (OK).
5. Вызывающий пользователь отправляет сообщение ACK, сообщающее вызываемому о том, что он получил ответ на свой запрос INVITE, им задаются окончательные параметры соединения. На этом этапе все готово к установлению соединения по протоколу RTP (Real-time Transport Protocol).
6. Устанавливается RTP-соединение с заранее согласованными параметрами.
7. Для завершения соединения, завершающим пользователем (кладет трубку) высылается запрос BYE, на которое высылается ответ 200 (OK)
Пока сообщения установления соединения (INVITE) ходят между прокси-серверами и неизвестно доступен ли вызываемый пользователь, в ответ на INVITE посылается ответ 100 (Trying), сообщающий о попытке установления соединения.
Так как прокси-сервер может устанавливать собственные соединения, его использование позволяет вызовам без проблем преодолевать NAT. Также возможно построение нескольких прокси-серверов в одну цепочку, что позволяет преодолевать сразу несколько NAT.
Кодеки
Для передачи звука и видео используются различные алгоритмы сжатия и кодирования данных. Эти алгоритмы называются кодеками. Различные кодеки используют различную ширину полосы пропускания, а также вносят различные задержки и обеспечивают различное качество сервиса. Для звуковых кодеков обычно ширина полосы пропускания составляет от 4-х до 64 кбит/с.
Методика тестирования
Основное направления тестирования SIP-телефонии заключается в рассмотрении качества передачи голоса при ограничении ширины полосы пропускания. Также будет рассматриваться качество передачи голоса при динамическом изменении числа сеансов IP-телефонии и изменении загруженности канала связи. При тестировании IP-маршрутизаторов будет также рассматриваться поведение потоков трафика при установлении сеансов IP-телефонии.
Более четкая методика будет разрабатываться по мере нарастания основательной базы результатов тестирования SIP-оборудования различных производителей.
По прогнозам производителей оборудования IP-телефонии, популярность SIP-телефонии будет расти и темпы этого роста будут превосходить темпы роста IP-телефонии в целом, поэтому сами производители возлагают на SIP большие надежды

Задание для лабораторного занятия:
- Ознакомиться с описанием протокола SIP (краткие теоретические сведения)

Работа в лаборатории:
- Выполнить установление соединения с использованием SIP протокола.

Лабораторная работа № 3-4

Тема: «Построение сети с Softswitch»

Цель: - Изучить принципы построения сетей с Softswitch.
            
Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения.
Студент должен:
уметь:
    - работать с протоколами доступа компьютерных сетей (IP/MPLS, SIP, H-323, SIP-T)
знать:
            - программные коммутаторы  в IP-сетях
- принципы построения сетей NGN, 3G;
- протоколы применяемые в сетях NGN:H-323, SIP, SIP-T

Краткие теоретические и учебно-методические материалы по лабораторной работе

Softswitch  должен  быть  устройством  управления  и  дляТфОП,  и  для  сети  с  коммутацией  пакетов.  Однако  каждая  из  этих  сетей  будет воспринимать Softswitch  по-своему. Для  телефонной  сети  общего  пользования  он  будет одновременно и пунктом сигнализации ОКС7 (SP или STP), и транзитным коммутатором, поддерживающим другие системы сигнализации ТфОП (E-DSS1, 2ВСК, R2), а для сети с коммутацией пакетов -  устройством  управления  транспортными  шлюзами (Media Gateway Controller)  и/или  контроллером  сигнализации (SignalingController). 
Проблема наличия стандартного и эффективного протокола при создании мультисервисной  сети  на  основе  устройств Softswitch  остается,  но,  в  первую  очередь, - для  взаимодействия  между  собой  именно  этих устройств.  Сегодня,  в  основном, предлагается использовать для взаимодействия между устройствами Softswitch протоколы SIP/SIP-T,  а  для  взаимодействия Softswitch  с  подчиненными  им  коммутационными устройствами - протоколы стандарта MGCP/ MEGACO/H.248. И те, и другие протоколы разрабатывались организацией IETF и поэтому изначально ориентированы на IP-сети. Это говорит о том, что они легко интегрируемы в стек существующих протоколов Интернет.    
Поскольку  сегодня  вариант MGCP/MEGACO/H.248  широко  используется  при построении сетей IP-телефонии (SIP пока менее универсален и менее распространен), то на нем мы остановимся чуть более подробно. 
   В  основе  работы  протоколов  стандарта MGCP/MEGACO/H.248  лежит  принцип декомпозиции  шлюзов,  предусматривающий,  что  комплекс  устройств  разбивается  на отдельные  функциональные  блоки,  которые  можно  обобщенно  описать  следующим образом:
•  транспортный  шлюз - Media Gateway (MG), -  который  выполняет  преобразование речевой информации, поступающей со стороны ТфОП с постоянной скоростью, в вид, пригодный  для  передачи  по  сетям  с  маршрутизацией  пакетов IP:  кодирование  и упаковку  речевой  информации  в  пакеты RTP/UDP/IP,  а  также  обратное преобразование;
•  устройство  управления - Media Gateway Controller (MGC), -  выполняющее функции управления шлюзом и контролирующее процессы установления и разрыва соединения между MG;
   В  соответствии  с  этими  рекомендациями (H.248, MGCP)  весь интеллект обработки вызовов  находится  в  контроллере MGC,  а  транспортные  шлюзы  просто  исполняют поступающие  от  него  команды. При  этом  транспортный шлюз  выполняет  все  функции преобразования  разнотипных  потоков  и сигнальных  сообщений  и передает  контроллеру всю  сигнальную  информацию,  обработав  которую,  тот  выдает  команду,  определяющую дальнейшие действия транспортного шлюза.   
Чтобы  управлять  работой  транспортных  шлюзов,  контроллеры MGC  должны получать  и  обрабатывать  сигнальную  информацию  как  от  пакетных  сетей,  так  и  от телефонных  сетей,  основанных  на  коммутации  каналов.  В  пакетных  сетях  сигнальная информация  в  большинстве  случаев  переносится по  протоколу SIP  или  на  основе рекомендации  Н.323.  Эти  протоколы  работают  поверх IP-транспорта,  а  поскольку контроллер MGC тоже  имеет  выход  в  пакетную  сеть (IP-сеть)  для  взаимодействия  с транспортными шлюзами, то достаточно иметь в MGC соответствующие интерфейсы для получения сигнальной информации разных стандартов (например, SIP и Н.323). В то же время,  сигнализация  телефонной сети - общеканальная (ОКС7, PRI ISDN)  или  по выделенным  сигнальным  каналам (ВСК) óпереносится,  как  правило,  в  среде  с коммутацией каналов, а большинство контроллеров MGC не имеют прямого выхода в эту среду,  поэтому  для  доставки  классической телефонной  сигнализации  ее  необходимо упаковывать (инкапсулировать) в пакетный (IP) транспорт. 
Помимо вышеупомянутых протоколов, в системах Softswitch реализуются протокол BICC передачи по IP-сети сигналов ОКС7 и протокол IPDC передачи по IP-сети сигналов DSS1 ISDN.
   Bearer Independent Call Control (BICC)  разрабатывается  Сектором  стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи (МСЭ) с 1999 года и ориентирован на использование  для  соединения  двух  сетей ОКС7  через  сеть  пакетной  коммутации.         Этот протокол  можно  рассматривать  как  еще одну  подсистему-пользователя  существующего набора  протоколов  сигнализации  ОКС7.  В  самом  деле,  сообщения  управления соединениями  протокола BICC  могут  транспортироваться  подсистемой  переноса сообщений (MTP).  Но  его  же  можно  рассматривать  и как  полностью  новый  протокол. Сообщения BICC  могут  также  транспортироваться  через  другие  пакетные  сети.  
Смысл здесь  такой: зачем  сохранять  и  обслуживать  выделенную  пакетную  сеть  сигнализации, если  вы  создаете  другую пакетную  сеть  для  транспортировки потоков пользовательской информации?  Эта  мультитранспортная  способность  протокола BICC  достигается  путем удаления из него тех относящихся к транспортировке процедур, которые существовали в ISUP,  и  размещения  их  в  так  называемом  конвертере  транспортировки сигнализации (signaling transport converter).  При  этом  протокол BICC  становится  не  зависящим  от способа передачи сигнальной информации. 
    Протокол IPDC используется разными производителями оборудования IP-телефонии для  управления  шлюзами  и  для  организации  транспортных  потоков  внутри  пакетных сетей  при  передаче  речи. Кроме  того,  протокол IPDC  служит  для  переноса  по IP-сетям сигнальной  информации  ТфОП/ISDN (например, в  одной  из  реализаций Softswitch сообщения DSS1  преобразуются  в  сообщения IPDC).  
Архитектура  сети,  построенной  с использованием  протокола IPDC,  так  же,  как  и  сети  на  основе рекомендации Н.248, базируется на идее декомпозиции шлюзов.
 http://zvmpt.ru/IP_NGN/lekcii_IP/IP_tel_8.files/image010.jpg
   Из  сказанного  выше  ясно,  что Softswitch  должен  уметь  работать  с  протоколами сигнализации,  имеющими  совершенно  разную  архитектуру,  и  взаимодействовать  с транспортными  шлюзами,  основанными  на  разных  технологиях.  
Решение  связанных  с этим  задач  в Softswitch  может  базироваться, например,  на  отделении  функций взаимодействия  со  специализированными  протоколами,  от  функций  обработки  и маршрутизации вызовов между аппаратной частью и программным ядром устройства. 
Все сообщения  протоколов  сигнализации  и  управления  устройствами  приводятся  к  единому виду, удобному для представления в единой программной модели обработки вызовов. 
 
Варианты реализации Softswitch 
 Как  и  любое  устройство, Softswitch  имеет  аппаратную  и  программную  часть. Про протоколы управления и взаимодействия, т.е. про “софт” устройства Softswitch (извините за тавтологию), уже было сказано, поэтому чуть подробнее остановимся на “железе”. Один  из  вариантов  построения  аппаратной  части Softswitch  заключается  в разделении  ее  на  два  сервера -  сервер  устройств (Device Server),  отвечающий  за взаимодействие с внешними устройствами, и сервер обслуживания вызовов (Call Server), выполняющий все функции установления, контроля и разрыва соединения. Такой вариант предложила  компания Lucent. В  других  реализациях  эти функции не  разделяются. Пока трудно  судить,  насколько  решение  компании Lucent  удачно,  все  же  она  была  первой. 
    Принципы работы устройств Softswitch разных производителей тоже различаются. В варианте Lucent все выглядит примерно так: сервер устройств работает с транспортными шлюзами (коммутаторами АТМ, шлюзами IP-телефонии) и отвечает за взаимодействие с протоколами сигнализации ОКС7 (MTP, ISUP) и SIP. А в сервере обслуживания вызовов принимается решение о маршрутизации вызова и производится разрешение адресов.
    Чрезвычайно  успешна  реализация Softswitch  в  программе  компании Ericsson  с многозначительным  названием Engine.  Устройства Softswitch,  именуемые  в  этой программе телефонными серверами, взаимодействуют между собой по вышеупомянутому протоколу BICC. Еще одной особенностью Softswitch Ericsson является поддержка в нем интерфейса  сети  доступа V5.2,  однако  обсуждение  этого  решения  выходит  далеко  за рамки данной статьи.
    Разработчики Alcatel  предложили  не  менее  интересную  реализацию. Их Softswitch также  является  общим  устройством  управления, “интеллектом”  сети  с  распределенной коммутацией/маршрутизацией. Для преобразования исходного способа передачи трафика в  способ,  применяемый  в  сетях  данных,  используются  шлюзы.  Обе  модели Softswitch
Alcatel - A5000  и A5020 -  реализуют функции  управления  передачей  речи  через  сеть  с коммутацией  пакетов,  а  также  управления трафиком  всех  видов,  включая  речь,  данные сигнализацию,  видео  и  музыку. 
   Основные  функции Softswitch  А5020 - это  функции интегрированного узла услуг, шлюза сигнализации и сервера управления обслуживанием вызова. A5020 имеет встроенные интерфейсы с Интеллектуальной сетью и с платформой  TMN,  благодаря  чему  обеспечивается  поддержка уже  реализованных  там  услуг  для пользователей и для нужд эксплуатационного управления.
   Реализация Softswitch  есть  и  у  компании Nortel.  Как  раз  в  этой  реализации  для взаимодействия устройств Softswitch между собой используется протокол SIP-T. Хотелось бы упомянуть еще одну замечательную разработку Nortel. Хотя там и нет «Softswitch», но зато есть универсальная система BCM, которая может одновременно выполнять функции учрежденческой  АТС,  шлюза IP-телефонии,  маршрутизатора  и  устройства  доступа  к территориально  распределенной  вычислительной  сети (WAN).  Систему BCM,  конечно, нельзя назвать центральным устройством управления мультисервисной сети; это, скорее, “младший брат” Softswitch, работающий на уровне корпоративной IP-сети.      Softswitch  является  также  ключевым  элементом  в  программе SURPASS  компании Siemens. 
   Другая  известная  компания - Cisco Systems -  поставляет  коммутаторы- маршрутизаторы,  в  которых  программные  коммутаторы  встроены  непосредственно  в кассеты маршрутизаторов. Это решение используется в целом ряде изделий Cisco. А  совсем  недавно  на  рынке  появился Softswitch  компании NetCentrex.  Так  что технология действительно развивается и довольно активно.
    И, конечно же, нельзя забывать об отечественных разработках.  Российская  компания Tario.Net  разработала  свою,  правда,  усеченную версиюSoftswitch.  В  отличие  от  вышеупомянутых  устройств  этого  типа,  продукт  компании Tario.Net работает только с наборами протоколов H.323/SIP, что значительно уменьшило его  стоимость.
   Первоначально  в Softswitch Tario Net  были реализованы  только функции конвертера  сигнализации  Н.323/SIP.  Затем  специалисты  этой  компании научили"  свой Softswitch  работать  с  множеством  диалектов стека  протоколов  Н.323.  Поэтому  в настоящее  время  обеспечивается  его  полная  совместимость  с  Н.323-системами  любых производителей.
    В ином направлении двигается разработка платформы ПРОТЕЙ - она начиналась с протоколов ОКС7, 2ВСК, 1ВСК, DSS1 PRI ISDN, QSIG, Н.323 и только потом "добралась" до SIP. 
 Построение сети IP-телефонии с устройствами Softswitch.
   Разобрав,  конечно,  весьма  поверхностно,  принцип  работы  устройства Softswitch, перейдем  к  рассмотрению  процесса  установления  соединения  в  сети IP-телефонии, построенной на базе Softswitch. В книге [1] Б.С.Гольдштейна, А.В.Пинчука, А.Л.Суховицкого ´IP-телефония` (М.: Радио и связь, 2001) описаны три основных сценария соединений в сети IP-телефонии: 
1.Телефон - телефон;
2.Телефон - компьютер;
3.Компьютер - компьютер.
   Первый  сценарий  чаще  всего  встречается  при  транзите  через IP-сеть  телефонного междугороднего/международного  трафика.  Предположим,  что  используется  система сигнализации  ОКС7 .  Тогда Softswitch  взаимодействует  с  телефонными коммутаторами, работающими в сети ОКС7, и выполняет функции пункта сигнализации SP  этой сети.
   При  запросе одной из телефонных станций соединения этот  запрос в виде сообщения IAM,  передаваемого  по  выделенной  сети  ОКС7,  попадает  на Softswitch, который  производит  разборку  полученной  сигнальной  единицы,  выделяет  из  нее сигнальную информацию и на основе обработки этой информации принимает решение о маршрутизации  вызова и о начале обмена сигнальной информацией с АТС.
После  этого формируется сигнальное сообщение IAM в сторону вызываемой станции, которая может находиться  в  зоне  действия  другого Softswitch,  и  тогда  сначала  сообщениями  будут обмениваться сами устройства Softswitch, а уже от них сообщения будут транслироваться к обеим  АТС.  В нашем примере     выбран   именно   такой   вариант,   а   протоколом   взаимодействия  между   разными Softswitch   является SIP.   Итак,  происходит   обмен   стандартными сообщениями ОКС7  с  вызывающей  и  вызываемой  станциями  через IP-сеть. Получив  от вызываемой станции  сообщение ANM  об  ответе  вызываемого  абонента, Softswitch транслирует  это  сообщение  в  сторону  вызывающей  станции.  Затем соответствующим транспортным  шлюзам  дается  команда  установить  соединение,  для  чего  может  быть использован, например, интерфейс Н.248 или IPDC (в случае H.248 команда предписывает переместить определенные виртуальные и физические порты шлюза из нулевого во вновь созданный контент). После этого происходит формирование речевого соединения по сети IP (RTP/RTCP).  Таким  образом, устанавливается  соединение  двух  пользователей  ТфОП (или сети подвижной свзи) через IP-сеть.
http://zvmpt.ru/IP_NGN/lekcii_IP/IP_tel_8.files/image012.jpg
    При  транзите  телефонного  трафика  через IP-сеть  с  использованием  сигнализации
ISDN, поток от вызывающей станции пройдет через транспортный шлюз, где сигнальная
информация сначала будет преобразована в сообщения IPDC, а после этого - передана к
устройству Softswitch. 
http://zvmpt.ru/IP_NGN/lekcii_IP/IP_tel_8.files/image014.jpg
   Во втором сценарии начало установления соединения остается прежним, но дальше Softswitch не взаимодействует с вызываемой АТС (её просто нет), а устанавливает прямое соединение входного транспортного шлюза (к которому поступает поток от вызывающей станции) с терминалом вызываемого абонента через сеть IP-телефонии.  
http://zvmpt.ru/IP_NGN/lekcii_IP/IP_tel_8.files/image016.jpg
Softswitch может также выступать как устройство, обеспечивающее взаимодействие между сетями IP-телефонии, которые построены с использованием различных протоколов SIP, Н.323. В  третьем  сценарии  абоненты могут   находиться   как   в   одной   и   той же   сети, построенной   на   одном   стандарте,   так и   в  разных   сетях IP-телефонии.   Тогда Softswitch будет   с   одной   стороны   взаимодействовать,  например,  с  клиентом SIP,   а    с    другой - с терминалом    Н.323.   В   этом   случае   работа Softswitch   будет   больше   похожа   на   работу  конвертера   сигнализации,   но,   тем   не   менее,   все  функции   управления   будет   выполнять именно он.

Задание для лабораторного занятия:
- Ознакомиться с принципами построения сетей с Softswitch

Работа в лаборатории:
- Выполнить конспект кратких теоретических сведений

Лабораторная работа № 5-6

Тема: «Работа с протоколом доступа компьютерных сетей H.323»

Цель: Изучить основные принципы работы с протоколом H.323

          Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения.
Студент должен:
уметь:
    - работать с протоколами доступа компьютерных сетей (IP/MPLS, SIP, H-323, SIP-T)
знать:
- протоколы применяемые в сетях NGN:H-323, SIP, SIP-T

Краткие теоретические и учебно-методические материалы по лабораторной работе
Рекомендации ITU-T, входящие в стандарт H.323, обеспечивают проведение мультимедийных конференций в пакетных сетях, главным образом ЛВС Ethernet. Они определяют порядок функционирования абонентских терминалов в сетях с разделяемым ресурсом, не гарантирующих качества обслуживания (QoS).
Стандарт H.323 не связан с протоколом IP, однако, большинство реализаций основано на этом протоколе. Набор рекомендаций определяет сетевые компоненты, протоколы и процедуры, позволяющие организовать мультимедиа-связь в пакетных сетях.
H.323 следует рассматривать как объединение различных, уже известных спецификаций. Это пять стандартов на аудио, 2 - на видеокодеки, один - на мультиплексирование данных, 3 стандарта сигнализации, а также версия протокола передачи в режиме реального времени (RTP) речевых и видеопакетов.
http://kunegin.com/ref3/voip/images/h323f.jpg 
При том, что он сам включает множество стандартов, H.323 входит в еще более крупную серию коммуникационных стандартов на видеоконференции для сетей разных типов. Известная как H.32x, эта серия включает стандарт H.320 для видеоконференций по сетям ISDN, и аналогичные стандарты H.321 для B-ISDN и ATM, и H.324 для телефонных сетей общего пользования. Таким образом, достигается взаимодействие сетей мультимедиа различных типов. 
Компоненты
Стандарт H.323 определяет четыре основных компонента, которые вместе с сетевой структурой позволяют проводить двусторонние (точка-точка) и многосторонние (точка - много точек) мультимедиа-конференции.
http://kunegin.com/ref3/voip/images/h323.jpg 
Терминал может представлять собой ПК или автономное устройство, способное выполнять мультимедиа-приложение. Он обязан обеспечивать звуковую связь и может дополнительно поддерживать передачу видео или данных. Вследствие того, что основной функцией терминала является передача звука, он играет ключевую роль в предоставлении сервиса IP- телефонии.
H.323 терминал должен поддерживать следующие протоколы:
•	H.245 - для согласования параметров соединения 
•	Q.931 - для установления и контроля соединения 
•	RAS - для взаимодействия с привратником 
•	RTP/RTCP - для оптимизации доставки потокового аудио (видео) 
•	семейство протоколов H.450 - для поддержки обязательных в H.323 дополнительных видов обслуживания (ДВО) аудиокодек G.711. Дополнительными компонентами могут быть другие аудиокодеки и видеокодеки H.261 и H.263. поддержка T.120 для совместной работы над документами необязательна.
Примерами терминала H.323 могут служить компьютер с H.323 совместимым программным обеспечением (к примеру, NetMeeting) и IP телефон.
Шлюз (gateway) не входит в число обязательных компонентов сети H.323. Он необходим только в случае, когда требуется установить соединение с терминалом другого стандарта. Эта связь обеспечивается трансляцией протоколов установки и разрыва соединений, а также форматов передачи данных. Шлюзы H.323 сетей широко применяются в IP телефонии для сопряжения IP сетей и цифровых или аналоговых коммутируемых телефон-ных сетей.
Примеры:
•	маршрутизаторы Cisco 
•	маршрутизаторы Motorola серии Vanguard 
•	коммутаторы Cisco 
•	Avaya Argent Branch
Привратник (gatekeeper) выступает в качестве центра обработки вызовов внутри своей зоны и выполняет важнейшие функции управления вызовами. (Зона определяется как совокупность всех терминалов, шлюзов и MCU под юрисдикцией данного привратника.) Привратник - необязательный компонент сети H.323, однако, если он присутствует в сети, то терминалы и шлюзы должны использовать его услуги. Определены основные и дополнительные функции контроллера зоны:
Таблица 1 Функции контроллера зоны.
Функции	Описание	
Основные	
Трансляция адресов	Преобразование внутренних адресов ЛВС и телефонных номеров формата E.164 в адреса протоколов IP/IPX	
Управление доступом	Авторизация доступа в H.323 сеть	
Управление полосой пропускания	Разрешение или запрещение запрашиваемой терминалом полосы пропускания	
Дополнительные	
Управление процессом установления соединения	При двусторонней конференции привратник способен обрабатывать служебные сообщения протокола сигнализации Q.931, а также может служить ретранслятором таких сообщений от конечных точек.	
Авторизация соединения	Допускается отклонение привратником запроса на установление соединения. Основания - ограничение прав или времени доступа, и иные, лежащие вне рамок H.323	
Управление вызовами	Привратник может отслеживать состояние всех активных соединений, что позволяет управлять вызовами, обеспечивая выделение необходимой полосы пропускания и баланс загрузки сетевых ресурсов за счёт переадресации вызовов на другие терминалы и шлюзы.	
Примеры:
•	IOS маршрутизаторов Cisco 
•	Cisco Call Manager 
•	Avaya Argent Branch.
Сервер многосторонней конференции (MCU) обеспечивает связь трёх или более H.323 терминалов. Все терминалы, участвующие в конференции, устанавливают соединение с MCU. Сервер управляет ресурсами конференции, согласовывает возможности терминалов по обработке звука и видео, определяет аудио и видеопотоки, которые необходимо направлять по многим адресам.
Пример:
•	Avaya Argent Branch 
•	Cisco Call Manager
Значение H.323
В последнее время ведется много разговоров вокруг технологии передачи мультимедийной информации по IP сетям. Многие фирмы выпустили большое количество оборудования, обеспечивающего передачу голоса и видео через IP сети. Однако большинство из этих разработок использовали не стандартизованные решения и были не совместимы между собой. После появления стандарта H.323, описывающего механизмы взаимодействия устройств обеспечивающих передачу голоса по IP сетям, появилась возможность объединять устройства от разных производителей. 
Сферы применения:
ЛВС телефония
Технология VoIP находит своё применение в области ЛВС-телефонии. С помощью H.323 локальная сеть может предоставлять услуги передачи речи. Включенные в ЛВС IP-телефоны или пользовательские ПК с H.323-совместимым программным обеспечением могут устанавливать соединение друг с другом либо по телефонному номеру, либо по IP-адресу.
Компонентом соединяющим, например, ТфОП и пользователей ЛВС является шлюз. Шлюз может быть реализован на базе модульного маршрутизатора, интерфейсные карты которого:
•	позволяют использовать существующее аналоговое абонентское оконечное оборудование - телефонные аппараты и G3-факсы;
•	поддерживают всевозможные интерфейсы с телефонными сетями (E&M, BRI, PRI, FXO и.т.д.)
•	поддерживают интерфейсы с WAN-сетями
http://kunegin.com/ref3/voip/images/oficpstn.jpg 
Для установления соединения с устройствами, не являющимися H.323 совместимыми (к примеру, аналоговыми телефонными аппаратами), шлюз принимает вызовы из телефонной сети или от телефонных аппаратов, подключенных к голосовым модулям, преобразует речевые сигналы в пакеты данных и отправляет их по известному ему IP адресу к месту назначения. В случае поступления вызова из локальной сети, шлюз H.323 выполняет обратное преобразование пакетов в аналоговые сигналы, в зависимости от набранных цифр выбирает маршрут и устанавливает соединение либо с абонентом ТфОП, либо с местным телефоном, подключенном к голосовой карте шлюза.
Введение с систему телефонного сервера (например, Cisco Call Manager) позволит создать полноценную расширяемую (вплоть до 2000 номеров) УАТС с широким набором дополнительных видов обслуживания, эффективной маршрутизацией и обработкой вызовов. Однако, если целью ставится телефонизация небольшого офиса, то достаточным будет использование шлюза, построенного на базе маршрутизатора или коммутатора.
Схема также может быть расширена подключаемыми к ЛВС:
•	устройством, предназначенным для организации конференц-связи между абонентами, так называемым конференц - мостом. Примером такого устройства может служить Avaya Argent Branch
•	сервером голосовой почты - задачей которого является перенаправление поступающего сообщения в голосовой ящик, связанный либо с абонентом, либо с приложением. Чаще всего сервер голосовой почты базируется на Windows NT c специализированным программным обеспечением (например, Cisco Unity). Тем не менее, возможно применение пользователями ЛВС аппаратных серверов голосовой почты (например, Oktel 100), поставляемых с УАТС.
Очевидно, что на практике возможны различные комбинации компонентов (маршрутизаторов, серверов, программного обеспечения и т.п.) в зависимости от конфигурации сети и производителя. 
    В настоящее время на рынке предлагаются интегрированные коммуникационные системы (ИКС), объединяющие в одном модульном или стековом техническом решении функциональность нескольких устройств: концентратора ЛВС, маршрутизатора и АТС. Такие системы выглядят как обычные коммутаторы ЛВС и позволяют наиболее простым способом развернуть ЛВС телефонию. Интегрировав множество традиционных технологий, разработчики ИКС предлагают предприятиям малого бизнеса экономически очень привлекательные решения (например, Avaya Argent Branch).
ЛВС-телефония предназначена, главным образом, для создания центров об-работки вызовов, где тесная интеграция ПК и телефона просто необходима.
Однако ЛВС-телефонию можно также порекомендовать как альтернативу УАТС предприятиям:
•	не имеющим крупных вложений в традиционную телефонию и решивших создавать ЛВС;
•	расширяющих функциональность существующей УАТС и/или ЛВС
•	только начинающим создавать собственную информационную инфра-структуру.
Интегрированный доступ на базе IP
Использование H.323 протокола не ограничивается ЛВС. Реализация этого стандарта на IP позволяет предоставить клиенту по одному физическому каналу услуги телефонии и Интернет.
http://kunegin.com/ref3/voip/images/officeip.jpg 
У заказчика устанавливается маршрутизатор с голосовыми модулями (вариант а), к которым подключаются телефонные аппараты (или офисная АТС). Голосовые модули выполняют функции шлюза между IP - сетью и аналоговыми телефонными аппаратами, преобразуя голос в IP пакеты. Наряду с подключением телефонных аппаратов к голосовым портам маршрутизатора возможно использование IP-телефонов (вариант б). В таком случае оцифровка речи и упаковка её в пакеты происходит непосредственно в IP-телефоне.
Количество телефонов и скорость доступа в Интернет для пользователей в ЛВС зависят от пропускной способности линии связи. При использовании G.729 кодека необходимая пропускная способность для каждого голосового соединения составит 12 кбит/с. При отсутствии телефонных разговоров вся ёмкость канала используется для доступа в Интернет. Подключение осуществляется по выделенному каналу или по каналу Frame Relay к территориально-распределённой сети поставщика услуг Интернет и IP телефонии.
Такая схема даёт возможность клиенту подключить удалённый офис к территориально - распределённой сети (ТРС) предоставления интегрированных услуг Интернет и IP-телефонии. Естественно, что такой вариант подключения возможен лишь в случае нахождения офиса в пределах территории обслуживания:
•	поставщика услуг Интернет и IP-телефонии
•	узла предоставления интегрированной услуги корпоративной сети (в случае подключения к корпоративной IP сети)
Достоинство такого способа подключения в том, что имея одну линию связи клиент может получить выделенный доступ в Интернет и даже прямые городские телефонные номера. 
Предоставление интегрированных услуг IP-телефонии и Интернет
Предложенная схема иллюстрирует возможность предоставления абонентам интегрированных услуг телефонии и передачи данных, используя всего одну линию связи к абоненту.
http://kunegin.com/ref3/voip/images/ip3.jpg 
На узле устанавливается маршрутизатор для IP-трафика и голосовой шлюз, соединяющийся с центральной АТС. Центральная АТС в свою очередь имеет выход в ТфОП.
У клиента устанавливается маршрутизатор, выполняющий также функции шлюза - преобразования голоса в IP пакеты. К маршрутизатору через интерфейсные модули подключены телефонные аппараты или офисная АТС, а через Ethernet порт - ЛВС.
Клиентский шлюз, удовлетворяющий рекомендациям H.323, принимает вызовы от АТС или от оконечного абонентского оборудования, преобразует речевые сигналы в пакеты данных и отправляет их по глобальному IP соединению к месту назначения, устанавливая сессию RTP между шлюзами. Там, в свою очередь, центральный шлюз H.323 выполняет обратное преобразование пакетов в аналоговые сигналы, которые поступают в телефонную сеть центральной АТС, а затем - к абонентам. Очевидно, что процедура вызова клиента аналогична вышеизложенной.
С другой стороны, описываемая схема также позволяет принимать вызовы из ТфОП и перенаправлять их в сеть передачи данных осуществляя услугу Интернет-телефонии.
При использовании G.729 кодека необходимая пропускная способность для каждого голосового соединения составит 12 кбит/с. При отсутствии телефонных разговоров вся ёмкость канала используется для доступа в Интернет.
Сети с интеграцией услуг на основе IP строятся:
•	операторами услуг Интернет и телефонии;
•	корпорациями, как для предоставления услуг, так и для объединения филиалов в единую сеть передачи данных и голоса
Объединение корпоративных УАТС через сеть передачи данных
Раньше при организации корпоративной телефонной сети, необходимо было создавать инфраструктуру корпоративных межстанционных соединительных линий или арендовать их у операторов связи. Нередко параллельно с телефонной сетью создавалась сеть передачи данных. Таким образом, предприятие имело две различных сети для передачи данных и собственно телефонии.
VoIP позволяет объединить передачу голоса и данных в сетях передачи данных (СПД) как корпоративных, так и публичных. Ключевым компонентом в этом объединении играют шлюзы.
http://kunegin.com/ref3/voip/images/pbx.jpg 
Обеспечивая связь удалённых УАТС через сеть IP, шлюзы сохраняют прозрачность телефонных функций, поскольку передают также и телефонную сигнализацию (например, Q.SIG), в том числе и фирменную (например, ABC у Alcatel или DCS у Avaya). То есть, при использованию шлюзов по IP передаётся и речь, и сигнализация. Таким образом, относительно сервиса ситуация почти не отличается от классической, когда УАТС связывались выделенными каналами.
Производители УАТС выпускают IP-шлюзы в виде плат/модулей, устанав-ливаемых в стативы УАТС. Также доступны шлюзы третьих производителей, например, на базе маршрутизаторов Cisco или Motorola. Помимо обычной импульсно-кодовой модуляции G.711 (64Кбит/с) шлюз способен осуществить G.723 (5,3/6,3 Кбит/с) и G.729 (8 Кбит/с) кодирование, обеспечивая существенное сжатие сигнала и экономию полосы пропускания.
Достоинствами такого подхода при организации корпоративной сети являются:
•	снижение расходов на междугородние звонки между филиалами и центральными офисами для корпоративной сети с интеграцией услуг;
•	более полное использование существующей инфраструктуры сети передачи данных, так как голосовой трафик и данные передаются по сети IP
Описанная технология предназначена для предприятий:
•	имеющих собственную структуру СПД и желающих более полно её использовать;
•	только начинающих объединять УАТС в единую корпоративную сеть. В этом случае у предприятия есть выбор:
1.	строить собственную транспортную сеть (для целей телефонии или передачи данных)
2.	выбрать в качестве опорной сеть Интернет-провайдера

Задание для лабораторного занятия:
- Ознакомиться с описанием протокола H.323 (краткие теоретические сведения)

Работа в лаборатории:
- Выполнить установление соединения между терминалами H.323.

Лабораторная работа № 7-8

Тема: «Работа с протоколами доступа компьютерных сетей IP/MPLS»

Цель: Изучить работу с протоколами доступа компьютерных сетей IP/MPLS

Образовательные результаты, заявленные во ФГОС третьего поколения.
Студент должен:
уметь:
    - работать с протоколами доступа компьютерных сетей (IP/MPLS, SIP, H-323, SIP-T)
знать:
- протоколы применяемые в сетях NGN:H-323, SIP, SIP-T;
           - принципы построения сетей NGN.

Краткие теоретические и учебно-методические материалы по лабораторной работе
MPLS (MultiProtocol Label Switching) — это технология быстрой коммутации пакетов в многопротокольных сетях, основанная на использовании меток. MPLS разрабатывается и позиционируется как способ построения высокоскоростных IP-магистралей, однако область ее применения не ограничивается протоколом IP, а распространяется на трафик любого маршрутизируемого сетевого протокола.
Традиционно главными требованиями, предъявляемыми к технологии магистральной сети, были высокая пропускная способность, малое значение задержки и хорошая масштабируемость. Однако современное состояние рынка диктует новые правила игры. Теперь поставщику услуг недостаточно просто предоставлять доступ к своей IP-магистрали. Изменившиеся потребности пользователей включают в себя и доступ к интегрированным сервисам сети, и организацию виртуальных частных сетей (VPN), и ряд других интеллектуальных услуг. Растущий спрос на дополнительные услуги, реализуемые поверх простого IP-доступа, обещает принести Internet-провайдерам огромные доходы.
Для решения возникающих задач и разрабатывается архитектура MPLS, которая обеспечивает построение магистральных сетей, имеющих практически неограниченные возможности масштабирования, повышенную скорость обработки трафика и беспрецедентную гибкость с точки зрения организации дополнительных сервисов. Кроме того, технология MPLS позволяет интегрировать сети IP и ATM, за счет чего поставщики услуг смогут не только сохранить средства, инвестированные в оборудование асинхронной передачи, но и извлечь дополнительную выгоду из совместного использования этих протоколов.
За развитие архитектуры MPLS отвечает рабочая группа с одноименным названием, входящая в секцию по маршрутизации консорциума IETF. В деятельности группы принимают активное участие представители крупнейших поставщиков сетевых решений и оборудования. Эта архитектура выросла из системы Tag Switching, предложенной Cisco Systems, однако некоторые идеи были заимствованы у конкурирующей технологии IP-коммутации, созданной компанией Ipsilon, и проекта ARIS корпорации IBM. В архитектуре MPLS собраны наиболее удачные элементы всех упомянутых разработок, и вскоре она должна превратиться в стандарт Internet благодаря усилиям IETF и компаний, заинтересованных в скорейшем продвижении данной технологии на рынок.
Принцип коммутации
В основе MPLS лежит принцип обмена меток. Любой передаваемый пакет ассоциируется с тем или иным классом сетевого уровня (Forwarding Equivalence Class, FEC), каждый из которых идентифицируется определенной меткой. Значение метки уникально лишь для участка пути между соседними узлами сети MPLS, которые называются также маршрутизаторами, коммутирующими по меткам (Label Switching Router, LSR). Метка передается в составе любого пакета, причем способ ее привязки к пакету зависит от используемой технологии канального уровня.
Маршрутизатор LSR получает топологическую информацию о сети, участвуя в работе алгоритма маршрутизации — OSPF, BGP, IS-IS. Затем он начинает взаимодействовать с соседними маршрутизаторами, распределяя метки, которые в дальнейшем будут применяться для коммутации. Обмен метками может производиться с помощью как специального протокола распределения меток (Label Distribution Protocol, LDP), так и модифицированных версий других протоколов сигнализации в сети (например, незначительно видоизмененных протоколов маршрутизации, резервирования ресурсов RSVP и др.).
Распределение меток между LSR приводит к установлению внутри домена MPLS путей с коммутацией по меткам (Label Switching Path, LSP). Каждый маршрутизатор LSR содержит таблицу, которая ставит в соответствие паре «входной интерфейс, входная метка» тройку «префикс адреса получателя, выходной интерфейс, выходная метка». Получая пакет, LSR по номеру интерфейса, на который пришел пакет, и по значению привязанной к пакету метки определяет для него выходной интерфейс. (Значение префикса применяется лишь для построения таблицы и в самом процессе коммутации не используется.) Старое значение метки заменяется новым, содержавшимся в поле «выходная метка» таблицы, и пакет отправляется к следующему устройству на пути LSP.
Вся операция требует лишь одноразовой идентификации значений полей в одной строке таблицы. Это занимает гораздо меньше времени, чем сравнение IP-адреса отправителя с наиболее длинным адресным префиксом в таблице маршрутизации, которое используется при традиционной маршрутизации.
http://www.osp.ru/data/515/504/1234/21.jpg
Сеть MPLS делится на две функционально различные области — ядро и граничную область. Ядро образуют устройства, минимальным требованием к которым является поддержка MPLS и участие в процессе маршрутизации трафика для того протокола, который коммутируется с помощью MPLS. Маршрутизаторы ядра занимаются только коммутацией. Все функции классификации пакетов по различным FEC, а также реализацию таких дополнительных сервисов, как фильтрация, явная маршрутизация, выравнивание нагрузки и управление трафиком, берут на себя граничные LSR. В результате интенсивные вычисления приходятся на граничную область, а высокопроизводительная коммутация выполняется в ядре, что позволяет оптимизировать конфигурацию устройств MPLS в зависимости от их местоположения в сети.
Таким образом, главная особенность MPLS — отделение процесса коммутации пакета от анализа IP-адресов в его заголовке, что открывает ряд привлекательных возможностей. Очевидным следствием описанного подхода является тот факт, что очередной сегмент LSP может не совпадать с очередным сегментом маршрута, который был бы выбран при традиционной маршрутизации.
Поскольку на установление соответствия пакетов определенным классам FEC могут влиять не только IP-адреса, но и другие параметры, нетрудно реализовать, например, назначение различных LSP пакетам, относящимся к различным потокам RSVP или имеющим разные приоритеты обслуживания. Конечно, подобный сценарий удается осуществить и в обычных маршрутизируемых сетях, но решение на базе MPLS оказывается проще и к тому же гораздо лучше масштабируется.
Каждый из классов FEC обрабатывается отдельно от остальных — не только потому, что для него строится свой путь LSP, но и в смысле доступа к общим ресурсам (полосе пропускания канала и буферному пространству). В результате технология MPLS позволяет очень эффективно поддерживать требуемое качество обслуживания, не нарушая предоставленных пользователю гарантий. Применение в LSR таких механизмов управления буферизацией и очередями, как WRED, WFQ или CBWFQ, дает возможность оператору сети MPLS контролировать распределение ресурсов и изолировать трафик отдельных пользователей.
Использование явно задаваемого маршрута в сети MPLS свободно от недостатков стандартной IP-маршрутизации от источника, поскольку вся информация о маршруте содержится в метке и пакету не требуется нести адреса промежуточных узлов, что улучшает управление распределением нагрузки в сети.
Элементы архитектуры
Метки и способы маркировки
Метка — это короткий идентификатор фиксированной длины, который определяет класс FEC. По значению метки пакета определяется его принадлежность к определенному классу на каждом из участков коммутируемого маршрута.
Как уже отмечалось, метка должна быть уникальной лишь в пределах соединения между каждой парой логически соседних LSR. Поэтому одно и то же ее значение может использоваться LSR для связи с различными соседними маршрутизаторами, если только имеется возможность определить, от какого из них пришел пакет с данной меткой. Другими словами, в соединениях «точка—точка» допускается применять один набор меток на интерфейс, а для сред с множественным доступом необходим один набор меток на модуль или все устройство. В реальных условиях угроза исчерпания пространства меток очень маловероятна.
Перед включением в состав пакета метка определенным образом кодируется. В случае использования протокола IP она помещается в специальный «тонкий» заголовок пакета, инкапсулирующего IP. В других ситуациях метка записывается в заголовок протокола канального уровня или кодируется в виде определенного значения VPI/VCI (в сети АТМ). Для пакетов протокола IPv6 метку можно разместить в поле идентификатора потока.
Стек меток
В рамках архитектуры MPLS вместе с пакетом разрешено передавать не одну метку, а целый их стек. Операции добавления/изъятия метки определены как операции на стеке (push/pop). Результат коммутации задает лишь верхняя метка стека, нижние же передаются прозрачно до операции изъятия верхней. Такой подход позволяет создавать иерархию потоков в сети MPLS и организовывать туннельные передачи. Стек состоит из произвольного числа элементов, каждый из которых имеет длину 32 бита: 20 бит составляют собственно метку, 8 отводятся под счетчик времени жизни пакета, один указывает на нижний предел стека, а три не используются. Метка может принимать любое значение, кроме нескольких зарезервированных.
Компоненты коммутируемого маршрута
http://www.osp.ru/data/513/504/1234/22.jpg
Коммутируемый путь (LSP) одного уровня состоит из последовательного набора участков, коммутация на которых происходит с помощью метки данного уровня. Например, LSP нулевого уровня проходит через устройства LSR 0, LSR 1, LSR 3, LSR 4 и LSR 5. При этом LSR 0 и LSR 5 являются, соответственно, входным (ingress) и выходным (egress) маршрутизаторами для пути нулевого уровня. LSR 1 и LSR 3 играют ту же роль для LSP первого уровня; первый из них производит операцию добавления метки в стек, а второй — ее изъятия. С точки зрения трафика нулевого уровня, LSP первого уровня является прозрачным туннелем. В любом сегменте LSP можно выделить верхний и нижний LSR по отношению к трафику. Например, для сегмента «LSR 4 — LSR 5» четвертый маршрутизатор будет верхним, а пятый — нижним.
Привязка и распределение меток
Под привязкой понимают соответствие между определенным классом FEC и значением метки для данного сегмента LSP. Привязку всегда осуществляет «нижний» маршрутизатор LSR, поэтому и информация о ней распространяется только в направлении от нижнего LSR к верхнему. Вместе с этими сведениями могут предаваться атрибуты привязки.
Обмен информацией о привязке меток и атрибутах осуществляется между соседними LSR с помощью протокола распределения меток. Архитектура MPLS не зависит от конкретного протокола, поэтому в сети могут применяться разные протоколы сетевой сигнализации. Очень перспективно в данном отношении — использование RSVP для совмещения резервирования ресурсов и организации LSP для различных потоков.
Существуют два режима распределения меток: независимый и упорядоченный. Первый предусматривает возможность уведомления верхнего узла о привязке до того, как конкретный LSR получит информацию о привязке для данного класса от своего нижнего соседа. Второй режим разрешает высылать подобное уведомление только после получения таких сведений от нижнего LSR, за исключением случая, когда маршрутизатор LSR является выходным для этого FEC.
Распространение информации о привязке может быть инициировано запросом от верхнего устройства LSR (downstream on-demand) либо осуществляться спонтанно (unsolicited downstream).
Построение коммутируемого маршрута
Рассмотрим, как система MPLS автоматически создает путь LSP в простейшем случае — с помощью протокола LDP. Архитектура MPLS не требует обязательного применения LDP, однако, в отличие от других возможных вариантов, он наиболее близок к окончательной стандартизации.
Сначала посредством многоадресной рассылки сообщений UDP коммутирующие маршрутизаторы определяют свое «соседство» (adjacency) в рамках протокола LDP. Кроме близости на канальном уровне, LDP может устанавливать связь между «логически соседними» LSR, не принадлежащими к одному каналу. Это необходимо для реализации туннельной передачи. После того как соседство установлено, LDP открывает транспортное соединение между участниками сеанса поверх ТСР. По этому соединению передаются запросы на установку привязки и сама информация о привязке. Кроме того, участники сеанса периодически проверяют работоспособность друг друга, отправляя тестовые сообщения (keepalive message).
http://www.osp.ru/data/519/504/1234/23.jpg
Построение коммутируемого пути по протоколу LDP
Рассмотрим на примере, как происходит заполнение таблиц меток по протоколу LDP. Предположим, что выбран упорядоченный режим распределения меток LSP со спонтанным распространением сведений о привязке.
На стадии A каждое из устройств сети MPLS строит базу топологической информации, задействуя любой из современных протоколов маршрутизации (на схеме — OSPF). На стадии B маршрутизаторы LSR применяют процедуру нахождения соседних устройств и устанавливают с ними сеансы LDP.
Далее (стадия С ) LSR 2 на основе анализа собственных таблиц маршрутизации обнаруживает, что он является выходным LSR для пути, ведущего к IP-сети 193.233.48.0. Тогда LSR 2 ассоциирует класс FEC с пакетами, адрес получателя которых соответствует префиксу данной сети, и присваивает этому классу случайное значение метки — в нашем случае 18. Получив привязку, протокол LDP уведомляет верхний маршрутизатор LSR (LSR 1) о том, что потоку, адресованному сети с префиксом 193.233.48, присвоена метка 18. LSR 1 помещает это значение в поле выходной метки своей таблицы.
На стадии D устройство LSR 1, которому известно значение метки для потока, адресованного на префикс 193.233.48, присваивает собственное значение метки данному FEC и уведомляет верхнего соседа (LSR 0) об этой привязке. Теперь LSR 0 записывает полученную информацию в свою таблицу. После завершения данного процесса все готово для передачи пакетов из сети «клиента» в сеть с адресом 193.233.48.0, т.е. по выбранному пути LSP.
Спецификация класса FEC может содержать несколько компонентов, каждый из которых определяет набор пакетов, соответствующих данному классу. На сегодняшний день определены два компонента FEC: адрес узла (host address) и адресный префикс (address prefix). Пакет классифицируется как принадлежащий к данному классу FEC, если адрес получателя точно совпадает с компонентом адреса узла либо имеет максимальное совпадение с адресным префиксом. В нашем примере узел LSR 0 выполняет в процессе передачи классификацию пакетов, поступающих к нему из сети клиента, и (если адрес получателя в них совпадает с префиксом 193.233.48), присвоив пакету метку 33, отправляет его через интерфейс 2.
В настоящее время существуют два основных способа создания магистральных IP-сетей: с помощью IP-маршрутизаторов, соединенных каналами «точка—точка», либо на базе транспортной сети АТМ, поверх которой работают IP-маршрутизаторы. Применение MPLS оказывается выгодным в обоих случаях. В магистральной сети АТМ оно дает возможность одновременно предоставлять клиентам как стандартные сервисы ATM, так и широкий спектр услуг IP-сетей вместе с дополнительными услугами. Такой подход существенно расширяет пакет услуг провайдера, заметно повышая его конкурентоспособность. Тандем IP и ATM, соединенных посредством MPLS, способствует еще большему распространению этих технологий и создает основу для построения крупномасштабных сетей с интеграцией сервисов.
Технология MPLS очень близка к тому, чтобы стать стандартом. И хотя работа в данном направлении еще не завершена, многие крупные компании, такие как Cisco Systems, Nortel Networks и Ascend (подразделение Lucent), уже сейчас предлагают решения на базе MPLS, а поставщики услуг вроде AT&T, Hongkong Telecom, vBNS и Swisscom объявили о начале эксплуатации сетей MPLS.
Преимущества технологии MPLS
•	Отделение выбора маршрута от анализа IP-адреса (дает возможность предоставлять широкий спектр дополнительных сервисов при сохранении масштабируемости сети)
•	Ускоренная коммутация (сокращает время поиска в таблицах)
•	Гибкая поддержка QoS, интегрированных сервисов и виртуальных частных сетей
•	Эффективное использование явного маршрута
•	Сохранение инвестиций в установленное ATM-оборудование
Разделение функциональности между ядром и граничной областью сети

Задание для лабораторного занятия:
- Ознакомиться с описанием протокола IP/MPLS (краткие теоретические сведения)

Работа в лаборатории:
- Выполнить построение коммутируемого маршрута.

   Образец  1 оформления титульного листа

УФИМСКИЙ КОЛЛЕДЖ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ, ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И БЕЗОПАСНОСТИ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 

по дисциплине ___________________________________
________________________________________________

Вариант________________

                                                Выполнил студент (ка)  _______________
                                              __________________________________________
                                                                                     (Ф.И.О. студента)
                                                 «_______» _______________________ 20____ г.  
	                                                                     (дата сдачи)

                                               Проверил: _________________________________
                                                                             (Ф.И.О. преподавателя)
                                                 «_______» _______________________ 20____ г.  
                                                                                          (дата проверки)

Уфа 2015

Контрольные задания

Задание 1.
Составьте рекомендации по инсталляции и настройке компьютерных платформ для организации услуг связи 

Задание 2.
Изучите и опишите контроль доступа мультисервисных сетей 

Задание 3.
Изучите и опишите настройку интеллектуальных параметров оборудования технологических мультисервисных сетей (VLAN, STP, RSTP, MSTP, ограничение доступа, параметры QoS)

Задание  4.
Составьте рекомендации по техническому обслуживанию оборудования инфокоммуникационных сетей
Задание 5. 
Сравните с протоколом доступа компьютерных сетей SIP и SIP-T,  опишите работу с протоколом SIP-T.

Литература 

1.	Учебно-методическая литература:
•	А.В, Росляков, М.Ю. Самсонов, И.В. Шибаева, IP-телефония, М.:Эко-Трендз, 2001-250 с.;
•	Гольдштейн Б. C., Пинчук А. В., Cyxoвицкий А.Л. IP -телефония. - M .: Радио и связь, 2001-336 с.;
•	Ю.В.Семенов Проектирование сетей связи следующего поколения.-СПб.: Наука и Техника, 2005.-240с;
•	Джефф Хьюит, Ли Доайберг Система сигнализации №7 (SS7/ОКС7). Протоколы, структура и применение: Cisco Press, 2006-752 с.;
•	Гаранин М.В. Системы и сети передачи информации.-М.:Радио и связь, 2001.-336с.;
•	Б. С. Гольдштейн, Протоколы сети доступа. Том 2,  БХВ-Петербург, 2005.- 288 с.

2.	Справочная литература:
- Справочник по технологиям и средствам связи. М. «Мир» 2000