软交换的常见协议以其作用

软交换的常见协议以其作用
北京邮电大学
一.前言
软交换的概念最早起源于美国。

受到IP PBX成功的启发，为了提高网络综合运营效益，网络的发展更加趋于合理、开放，更好的服务于用户。

业界提出了这样一种思想：将传统的交换设备部件化，分为呼叫控制与媒体处理，二者之间采用标准协议（MGCP、H248）且主要使用纯软件进行处理。

于是，软交换技术应运而生。

由于软交换既能执行与基于硬件的传统电话交换机相同的功能，又能同时处理IP通信，软交换技术降低网络成本并且使得运营商能更快地获得收入。

二.软交换的概念
软交换技术是NGN网络的核心技术，为下一代网络(NGN)具有实时性要求的业务提供呼叫控制和连接控制功能。

软交换技术独立于传送网络，主要完成呼叫控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，同时可以向用户提供现有电路交换机所能提供的所有业务，并向第三方提供可编程能力。

三. 软交换体系的结构
软交换技术是电路交换网向分组网演进的核心技术。

它的主要设计思路是：业务/控制与传递/接入分离，各实体间通过标准协议进行连接和通信。

因此广义上，软交换就是一种解决方案，是一系列采用标准协议的各网络设备的总称。

软交换网络的体系结构如下图所示。

四.软交换的常见协议极其作用
软交换所使用的协议非常多，包括H.248、SCTP、ISUP、TUP、INAP、H.323、RADIUS、SNMP、SIP、M3UA、MGCP、BICC、PRI、BRI等。

这些协议将规范整个软交换的研发工作，使产品从使用各厂家私有协议阶段进入使用业界共同标准协议阶段，各厂家之间产品互通成为可能，提供一个标准、开放的系统结构，各网络部件可独立发展。

下面对几个主要协议做简单介绍。

1. H.248协议
H.248协议，也称为Megaco协议，是MGC与MG之间的一种媒体网关控制协议，它是在早期的 MGCP协议基础上改进而成。

应用于媒体网关与软交换之间及软交换与 H．248/ Megaco 终端之间。

H.248协议引入终端和关联的概念。

终端是MG中的逻辑实体，可以发送或接收
媒体流和控制流。

终端有唯一的标志，由MG在创建终端时分配。

终端类型主要有半永久性终端和临时性终端，半永久性终端可以代表物理实体，临时性终端可以代表临时性的信息流。

关联为一组终端之间的联系。

如果一个关联中超过两个终端，那么关联就对终端之间的拓扑结构和媒体混合和交换参数进行描述。

空关联是一种特殊的关联，它包含所有那些与其它终端没有联系的终端。

关联中的最大终端数是媒体网关的一个特性。

仅支持点到点连接的媒体网关，在每个关联中仅允许两个终端存在。

支持会议呼叫的媒体网关可以允许三个或更多的终端同时存在于一个关联中。

H.248消息可给予UDP/IP传输，此外还可基于其它多种传输协议传输，如承载在IP网络上的TCP、SCTP和M3UA，承载在ATM上的MTP3-B等。

H.248协议假设其下层的传输网络是不可靠的，因此事务的状态和可靠性有协议本身实现。

H.248的协议栈结构如下图所示：
H.248
UDP/TCP/SCTP
IP
MAC
H.248协议的消息类型有两类：命令和响应。

H.248定义了8个命令，用于对协议连接模型中的逻辑实体（关联和终端）进行操作和管理，命令提供了实现对关联和终端进行完全控制的机制。

所有的H.248命令都要求接收者回送响应。

命令和响应的结构基本相同，命令和响应之间由事务ID相关联。

命令是H.248消息的主要内容，实现对关联和终端属性的控制，包括指定终端报告检测到的事件，通知终端使用什么信号和动作，以及指定关联的拓扑结构等。

H.248协议定义了八个命令：
(1)ADD : 增加一个Termination到一个Context中，当不指定Context ID时(或第一次增加一个Termination)，将生成一个Context，然后加入Termination。

(2)MODIFY : 修改一个Termination的属性、事件和信号参数。

如：修改终端的编码类型、通知终端检测摘机/挂机事件、修改终端的拓扑结构(双向/单向/隔离等)。

(3)SUBSTRACT : 从一个Context中删除一个Termination，同时返回Termination的统计状态。

如果Context中再没有其它的Termination，将删除此Context。

(4)NOTIFY : 允许MG将检测到的事件通知给MGC。

例如：MGW将检测到的摘机事件上报给MGC。

(5)MOVE : 将一个Termination从一个Context转移到另一个Context中。

(6)AUDITVALUE : 返回Termination的当前的Properties、Events、Signals、Statistics。

(7)AUDITCAPABILITIES: 返回MG中Termination特性的能力集。

(8)SERVICECHANGE : 允许MG向MGC通知一个或者多个终端将要脱离或者加入业务。

用来MG向MGC进行注册、重启通知。

MGC可以使用ServieceChange对MG进行重启。

MGC可以使用ServiceChange通知MG注销一个或一部分的Termination。

下图是H.248协议的应用
2. 媒体网关控制协议（MGCP ）
媒体网关控制协议（MGCP ）是一种 VOIP 协议，应用于分开的多媒体网关单元之间。

多媒体网关由包含“智能”呼叫控制的呼叫代理和包含媒体功能的媒体网关组成，其中的媒体功能执行诸如由 TDM 语音到 VOIP 的转化。

媒体网关包括端点，呼叫代理能够进行创建、修改和删除连接，在端点上实现建立和控制与其它多媒体端点的媒体会话过程。

媒体网关是一种网络单元，它提供电话电路上的语音信号与因特网或其它网络上的数据包之间的转换。

呼叫代理通知终点检查特定事件并生成信号。

终点自动地通告呼叫代理其服务状态下的变化。

此外，呼叫代理还可以核查终点及终点连接。

MGCP 采用的是呼叫控制结构，这里的“智能”呼叫控制处于网关外部，并由呼叫代理控制。

MGCP 设定呼叫代理之间采用同步方式发送连续命令和响应给在它们控制下的网关，但其并没有为同步呼叫代理设置专门的机制。

基本上， MGCP 是一种主从协议，由网关去执行由呼叫代理发送的命令。

MGCP 采用的连接模式，其基本构架是端点和连接。

端点是源数据和数据接收器，它们可以是物理的也可以是虚拟的。

物理终点的创建需要安装相应硬件设备，而虚拟终点的创建可由软件完成。

连接可以是点对点方式也可以是多点方式。

点对点连接即两端点之间的联系，实现端点间的数据传送的目的。

一旦两端点间建立起这样的连接，那么端点间可以传输数据。

多点连接的建立是通过连接端点和多点会话而实现的。

连接的建立可以在各种承载网络上进行。

在 MGCP 模式中，网关主要负责音频信号转换功能，呼叫代理主要处理呼叫信令和呼叫处理功能。

因此，呼叫代理实现了H.323标准信令层并充当了“H.323 关守”或 H.323 体系的一个或多个“ H.323 终点”。

下图是MGCP 协议栈结构。

MGCP 是一种文本协议。

协议消息分为两类：命令和响应，每个命令需要接收方回送响应，采用三次握手方式证实。

命令消息由命令行和若干参数行组成。

响应消息带有3
位数字的响MGCP UDP IP MAC
应码，如“200”代表“成功处理”和若干参数行。

其中事务的进行由一条命令和强制响应完成。

下面提供了8种命令：
（1）MGC—> MG
CreateConnection：创建两个终点间的连接；通过 SDP 规定终点的接收能力。

（2）MGC—> MG
ModifyConnection：更改连接的属性；与 CreateConnection 命令具有相同的参数。

（3）MGC <—> MG
DeleteConnection：终止连接，并在连接的执行过程中收集统计数据。

（4）MGC —> MG
NotificationRequest：当在终端的特定事件发生时，请求媒体网关发送相关通知。

（5）MGC <— MG
Notify：一旦观察到事件发生，就通知媒体网关控制器。

（6）MGC —> MG
AuditEndpoint：决定终点状态。

（7）MGC —> MG
AuditConnection：检索与连接相关的参数。

（8）MGC <— MG
RestartInProgress：指单个终点或终点组将进入或退出服务的信号。

下图是MGCP协议的应用
3. 会话初始协议（SIP）
SIP(Session Initiation Protocol)是一个应用层的信令控制协议。

用于创建、修改和释放一个或多个参与者的会话。

这些会话可以是Internet多媒体会议、IP电话或多媒体分发。

会话的参与者可以通过组播（multicast）、网状单播（unicast）或两者的混合体进行通信。

SIP与负责语音质量的资源预留协议(RSVP) 互操作。

它还与若干个其他协议进行协作，包括负责定位的轻型目录访问协议(LDAP)、负责身份验证的远程身份验证拨入用户服务(RADIUS) 以及负责实时传输的 RTP 等多个协议。

SIP 的一个重要特点是它不定义要建立的会话的类型，而只定义应该如何管理会话。

有了这种灵活性，也就意味着SIP可以用于众多应用和服务中，包括交互式游戏、音乐和视频点播以及语音、视频和 Web 会议。

SIP消息是基于文本的，因而易于读取和调试。

新服务的编程更加简单，对于设计人员而言更加直观。

SIP如同电子邮件客户机一样重用 MIME 类型描述，因此与会话相关的应用程序可以自动启动。

SIP 重用几个现有的比较成熟的 Internet
服务和协议，如 DNS、RTP、RSVP 等。

不必再引入新服务对 SIP 基础设施提供支持，因为基础设施很多部分已经到位或现成可用。

对 SIP 的扩充易于定义，可由服务提供商在新的应用中添加，不会损坏网络。

网络中基于 SIP 的旧设备不会妨碍基于 SIP 的新服务。

例如，如果旧 SIP 实施不支持新的 SIP 应用所用的方法或标头，则会将其忽略。

SIP 独立于传输层。

因此，底层传输可以是采用 ATM的IP。

SIP 使用用户数据报协议(UDP) 以及传输控制协议(TCP)，将独立于底层基础设施的用户灵活地连接起来。

SIP 支持多设备功能调整和协商。

如果服务或会话启动了视频和语音，则仍然可以将语音传输到不支持视频的设备，也可以使用其他设备功能，如单向视频流传输功能。

下图是SIP协议的栈结构。

在软交换系统中，SIP协议主要应用于软交换与SIP终端之间，也有的厂家将SIP协议应用于软交换与应用服务器之间，提供基于SIP协议实现的增值业务。

总的来说，SIP协议主要应用于语音和数据相结合的业务，以及多媒体业务之间的呼叫建立与释放。

特别是SIP 协议以其简单、灵活的特点，使作为移动通信标准化组织的3GPP已经决定在其基础上建立第三代移动通信的全IP网络，并要求未来的3G终端必须支持SIP协议。

下图是SIP协议的应用。

4. H.323协议
H.323是由ITU制定的通信控制协议，用于在分组交换网中提供多媒体业务。

H.323协议实际上是一个协议族，规定了IP网络在内的基于分组交换的网络上提供多媒体通信的部件､协议和规程｡协议包括用于建立呼叫的H.225.0、用于控制的H.245、用于大型会议的H.332以及用于补充业务的H.450.X。

H.323协议的组成部件有终端，用于分组网络中能提供实时、双向通信的节点设备，可以和网关、多点控制单元进行通信。

网关，用于在H.323终端和广域网上其它ITU终端之间提供实时二方通信的端点设备。

网守，用于可选组件，其功能是向H.323终端节点提供地址转换及呼叫控制服务。

多点控制单元（MCU），用于支持三个或三个以上的终端和网关之间的多点会议。

下图是H.323的标准协议族。

其中，
RAS协议是H.225.0协议中的一种，端点（终端或网守）和网守之间使用的协议，主要执行管理功能。

RAS协议的过程包括：1）网守搜寻2）端点登记3）端点定位4）呼叫接入5）呼叫退出6）带宽管理7）状态查询8）网关资源指示。

H.225.0呼叫信令协议以ISDN 的Q.931/Q.932为基础制订，其中Q.931最重要。

Q.931/Q.932协议是ITU-T制定的一种关于呼叫控制的标准，是ISDN用户网络接口第三层关于基本呼叫控制的描述。

H.245协议用于控制通信信道的建立、维护和释放。

H.245协议的过程包括：1）能力交换2）逻辑信道信令过程3）接收方关闭逻辑信道请求4）主从确定过程5）往返时延确定6）环路维护7）其它命令和指示。

下图是H.323协议的应用
5. SCTP协议
SCTP协议是由IETF提出的一种关于流控制传送协议。

主要是在无连接的网络上传送PSTN 信令信息，该协议可以在IP网上提供可靠的数据传输。

SCTP可以在确认方式下，无差错、
无重复地传送用户数据，并根据通路的MTU的限制，进行用户数据的分段；在多个流上保证用户消息的顺序递交，把多个用户的消息复制到SCTP的数据块中。

利用SCTP偶连的机制来保证网络级的部分故障自处理。

SCTP还具有避免拥塞和避免遭受泛播及匿名攻击的特点。

SCTP协议在软交换中起着控制协议的主要承载者的作用。

SCTP是一个相当新的协议，它在2000年10月份才成为一个RFC规范。

从那以后，它开始进入所有的主流操作系统，包括GNU/Linux、BSD和Solaris。

在Microsoft Windows操作系统上也有第三方的商业包可以使用。

在获得高可用性的同时，应用程序也已经开始使用SCTP作为自己的主要传输机制。

诸如FTP（File Transfer Protocol，文件传输协议）和HTTP（Hypertext Transfer Protocol，超文本传输协议）之类的传统应用程序已经在SCTP的特性基础上进行了构建。

其他一些协议也正在开始使用SCTP，例如SIP（Session Initiation Protocol，会话初始化协议）和SS7（Signaling System No.7，七号信令系统）。

在商业领域中，Cisco的IOS （Inter-Operation Specification，互操作规范）上也应用了SCTP。

随着SCTP 被吸纳到2.6版本的Linux内核中，我们可以构建并部署高可用性、高可靠性的网络应用程序。

作为一种基于IP的协议，SCTP不但可以无缝地替换TCP和UDP，而且扩展了很多新服务，例如多宿主、多流，并且对安全性也有了很大的提高。

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五.结束语
软交换技术是下一代网络的核心技术，软交换思想吸取了IP、ATM、IN和TDM等众家之长，形成分层、全开放的体系架构，作为下一代网络的发展方向，软交换不但实现了网络的融合，更重要的是实现了业务的融合。

随着通信网络技术的不断发展和软交换各种标准的制定与补充，不少厂家都推出了软交换的解决方案，各运营商也在积极进行相关实验。

目前，国内外许多电信设备制造商都在积极发展新的交换机过渡平台，提出了软交换在下一代网络中的解决方案。

相信随着软交换技术的飞速发展，标准协议会越来越规范，互通的难题终将得到解决。

六.参考文献
【1】
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【2】/art/201002/183405.htm
【3】/art/201001/178793.htm
【4】/art/201007/210141.htm。