Protokół SIP w pigułce. Marek Średniawa

Transkrypt

1 Protokół SIP w pigułce Marek Średniawa

2 SIP: Session Initiation Protocol Protokół aplikacyjny (tekstowy): ustanawianie, modyfikacja, likwidacja i zarządzanie przebiegiem multimedialnych sesji komunikacyjnych rozwinięcie HTTP i SMTP opracowane przez IETF Multiparty Multimedia Session Control (MMUSIC) WG RFC 3261 (wcześniej 2543bis) stosowany do komunikacji partnerskiej (peer-to-peer) Alternatywa dla H.323

3 SIP: przesłanki Standard Internetowy IETF - RFC 3261 i wiele innych powiązanych norm RFC Wykorzystanie adresacji Internetowej URL, DNS, proxy Użycie bogactwa funkcjonalnego Internetu Wykorzystanie zasad kodowania HTTP Tekstowy protokół Niezależność od protokołów transportowych TCP, UDP, X.25, FR, ATM, Obsługa trybu multicast

4 Sieć wykorzystująca protokół SIP Punkty końcowe SIP urządzenia dołączone do Internetu lub sieci IP obsługujące SIP l Telefony stacjonarne i komórkowe z SIP UA Aplikacje na PC i PDA SIP UA Bramy sieciowe Serwery SIP węzły sieci realizujące zestaw funkcji na żądanie punktów końcowych SIP Mogą inicjować żądania Mogą być zlokalizowane w innej sieci

5 SIP - charakterystyka Typy adresacji: Internetowy adres sip adres Telefoniczny Numer telefoniczny E.164 Rejestracja Użytkownik może się zarejestrować wykorzystując swój ID w celu uzyskania dostępu do swoich danych i usług, niezależnie od rejestracji urządzenia

6 SIP:architektura Uogólnienie architektury internetowej pajęczyny WWW Prostota: model klient-serwer zasada żądanie-odpowiedź (Request - Response) Serwery Proxy, Redirect, Registrar Serwery aplikacji Konsekwencje: Upowszechnienie kreacji usług SIP Wiele SIP API (SIP servlets, CPL oparty na XML, JAIN) Rozwój narzędzi do projektowania usług (CGI)

7 Podstawowa architektura SIP trapez SIPowy Serwer DNS Serwer Lokalizacji DNS Serwer Proxy SIP Serwer Proxy SIP SIP SIP UA - Agent użytkownika A Media (RTP) UA Agent użytkownika B [Źródło: H.Sinnreich: VON 2001]

8 SIP: elementy architektury User Agent Client - UAC systemy końcowe wysyłają żądania SIP (np. żądanie ustanowienia połączenia) User Agent Server - UAS odbiera żądania połączeń wysyłane przez innych agentów wysyła odpowiedzi w imieniu użytkownika User Agent - Agent Użytkownika (typowy terminal) UAC + UAS Redirect Server Przekierowuje użytkownika na inny serwer Proxy Server reprezentuje żądanie do innego serwera. Może rozwidlić żądanie na wiele serwerów, budując drzewo przeszukiwania Registrar odbiera zgłoszenia rejestracyjne UA (User Agents) Location Server Baza danych o użytkownikach

9 SIP: adresacja Format zbliżony do formatu adresów lub SIP-URL = sip: ] hostport urlparameters [headers]:

10 SIP URI (Uniform Resource Indicators) Dwa warianty URI: (SIP URI) Najpopularniejsza forma wprowadzona w RFC 2543 sips:henry@siptest.wcom.com (Secure SIP URI) Nowa forma wprowadzona w RFC 3261 Wymaga TLS na TCP jako mechanizmu transportowego zapewniającego ochronę informacji Dwa typy SIP URI: Address of Record (AOR) (identyfikuje użytkownika) sip:henry@wcom.com (wymaga rekordów DNS SRV w celu lokalizacji serwerów SIP w domenie wcom.com) Fully Qualified Domain Name (FQDN) lub Contact (identyfikuje urządzenie) sip:henry@ lub sip:henry@cube43.lab.wcom.com (nie wymaga roztrzygania przy rutingu)

11 Podstawowe wiadomości (metody) SIP INVITE BYE OPTIONS CANCEL ACK Inicjowanie ustanowienia sesji Zakończenie trwającej sesji Zapytanie o opcje i funkcjonalność serwera lub UA Anulowanie żądania w toku Potwierdzenie finalnej odpowiedzi na INVITE RFC 3261 RFC 3261 RFC 3261 RFC 3261 RFC 3261 REGISTER Rejestracja URI użytkownika w serwerze rejestrowym SIP (związanie URI urządzenia z AOR) RFC 3261

12 Dodatkowe wiadomości (rozszerzenia) SIP INFO PRACK UPDATE REFER SUBSCRIBE PUBLISH NOTIFY MESSAGE Transport sygnalizacji w trakcie sesji Potwierdzenie prowizorycznej odpowiedzi Aktualizacja informacji o stanie sesji Transfer użytkownika pod adres określony przez URI Żądanie zaabonowania powiadamiania o zdarzeniach Przekazanie informacji o zmianie statusu do serwera Transport powiadomienia o zaabonowanym zdarzeniu Transport treści wiadomości natychmiastowych RFC 2976 RFC 3262 RFC 3311 RFC 3515 RFC 3265 RFC 3903 RFC 3265 RFC 3428

13 SIP: odpowiedzi Kod Opis Przykłady 1xx 2xx 3xx 4xx 5xx 6xx Informacyjne żądanie odebrane, trwa kontynuacja przetwarzania żądania. Sukces akcja odebrana, zrozumiana i Zaakceptowana. Przekierowanie konieczne podjęcie dalszych działań w celu zakończenia żądania. Błąd klienta błędna postać żądania lub niemożność realizacji żądania przez dany serwer. Błąd serwera serwer nie był w stanie zrealizować żądania. Globalny błąd żądanie nie do zrealizowania przez dostępne serwery. 180 Ringing 181 Call is Being Forwarded 200 OK 300 Multiple Choices 302 Moved Temporarily 401 Unauthorized 404 Not found 408 Request Timeout 503 Service Unavailable 505 Version Not Suported 600 Busy Everywhere 603 Decline

14 Odpowiedzi (wybrane) 100 Continue 180 Ringing 181 call is being forwarded 182 queued 183 session progress 200 OK 300 Multiple choices 301 Moved permanently 302 Moved temporarily 305 use proxy 380 alternative service 400 Bad request 401 unauthorized 402 payment required 403 Forbidden 404 not found method not allowed 408 Request timeout Unsupported media type 480 Temporarily not available 481 Invalid Call-ID 482 Loop detected 5xx Server error 600 Busy 601 Decline 604 Does not exist 606 Not acceptable

15 Protokoły związane z SIP SDP Session Description Protocol Tekstowa notacja służąca do opisu sesji medialnych Dane przekazywane w treści wiadomości SIP Wykorzystuje profile RTP/AVP dla najczęściej spotykanych typów mediów Zdefiniowany w normie RFC 2327 RTP Real-time Transport Protocol Wykorzystywany do trasportu pakietów mediów po IP RTP dodaje nagłówek zawierający: Nazwę źródła mediów Stempel czasowy Typ kodeka Numer sekwencyjny Zdefiniowany w RFC 1889 (H. Schulzrinne i inni) Profile zdefiniowane w RFC 1890

16 Negocjacja mediów Negocjacja mediów przy ustanawianiu sesji Model oferta-odpowiedź UA proponuje jeden lub kilka typów mediów, a drugi UA odpowiadając akceptuje bądź odrzuca jeden lub więcej proponowanych typów mediów Sekwencja - INVITE/200/ACK Dalsze negocjacje i zmiana typu mediów za pomocą ponownego żądania INVITE w trakcie wcześniej ustanowionej sesji Wykorzystanie SDP do opisu mediów Wykorzystanie protokołu SAP do organizacji multimedialnych sesji komunikacyjnych w Internecie

17 Normalizacja SIP w IETF

18 Pożegnanie z tradycyjnym telefonem?

19 SIP zasoby w Internecie

20 Architektura usługowa IMS Marek Średniawa UTE - zima 2013/2014

21 IMS - motywacja Zamiar: konkurowanie z Internetem przez likwidację jego braków Zapewnienie QoS, bezpieczeństwa i mechanizmów taryfikacji Zintegrowane usługi multimedialne IMS jako uniwersalna architektura usługowa Masowe aplikacje czy uniwersalna platforma usługowa Kluczowy problem elastyczne środki projektowana i udostępniania usług Otwartość dla niezależnych usługodawców kontrola udostępniania usług Integracja usług Bezproblemowy dostęp do usług mobilny i stacjonarny Problem: kto zapewni globalny IMS i do kogo należą klienci?

22 3GPP IP Multimedia Subsystem - IMS IMS zdefiniowany przez 3GPP jako część UMTS Release 5 / IMT2000 Wprowadzono rozszerzenia w Release 6 w celu pragmatycznej adaptacji do wymagań istniejących sieci - IPv4! ETSI TISPAN definiuje SDP dla NGN dla wszystkich sieci wykorzystujących sieci IP OMA (Open Mobile Alliance) definiuje usługi i mechanizmy usługowe (enablers) IMS IMS stanowi sieć nakładkową nad sieciami GPRS i udostępnia uniwersalne środowisko usługowe IP dla mobilnych usług multimedialnych VoIP, wideotelefonia, wideokonferencje, mobilne treści multimedialne IMS oparty na rodzinie protokołów IP SIP (Session Initiation Protocol) do sterowania sesjami Diameter dla AAA (Authentication, Authorisation & Accounting) Inne: SDP, RTP, RTCP, MEGACO/H.248,

23 R 99 R 4 R 5 R 6 R 7 R 8 Definicja UTRAN Separacja płaszczyzn Architektura IMS Druga faza IMS Uwzględnienie Podstawowe funkcje usługowe 3G Podstawa dla sterowania i użytkownika w sieci szkieletowej Usługi multimedialne wykorzystujące IP Dostęp HSDPA Dostęp HSUPA Wiele nowych funkcji usługowych przewodowego dost. szerokopasmowego Zachowanie ciagłości Common IMS wczesnych wdrożeń Pierwsze kroki ku realizujących w pełni połączenia (Voice Call sieci 3G oparciu działania na założenia sieci 3G Continuity) IP Usługi multimedialne wykorzystujące IMS 12/1999 3/2001 3/ / ? Rok Wprowadzenie IMS Szczegółowa definicja architektury Podstawowe usługi R OSS, dane użytk.ngn, kontrola przeciążeń, QoS, bezpieczeństwo R 2 12/2007 Emulacja PSTN/ISDN Usługi dostarczania treści: IPTV, strumieniowanie,.. Optymalizacja wykorzystania zasobów??? R 3

24 Od IETF SIP. Serwer SIP Proxy DNS AS - Serwer aplikacyjny SIP Żądanie Sieć IP/Internet Odpowiedź Agent użytkownika SIP - UA Agent użytkownika SIP - UA Agent użytkownika SIP UA Agent użytkownika SIP - UA

25 do 3GPP IMS SIP DNS AS serwer aplikacyjny SIP DNS HSS P-CSCF Sieć szkieletowa IP z QoS I-CSCF S-CSCF Agent użytkownika SIP Agent użytkownika SIP Serwer aplikacji SLF

26 Idea IMS: próba przejęcia kontroli nad usługami IP A B A B IP Sterowanie IMS Serwer aplikacyjn y Serwer aplikacyjn y Sieć IP umożliwia swobodną komunikację między punktami końcowymi IMS pozwala sterować usługami w sieci IP za pomocą protokołu SIP

27 IMS - sterowanie usługami IP/GPRS IMS Sygnalizacja SIP Transport RTP Sieć pakietowa GPRS Sieć z komutacją kanałów - GSM

28 Motywacja IMS bogate usługi, np. VoIP Serwery aplikacyjne (AS) Serwer IM Serwer Obecnoś ci Serwer obsługi sesji/połączeń Inne AS IMS Sygnalizacja SIP Transport RTP Sieć pakietowa

29 Architektura 3GPP IMS P-CSCF określa system macierzysty; pośredniczy przy żądaniach I-CSCF Określa właściwy Serving-CSCF HSS Przechowuje profil i dane użytkownika (usługi, mobilność, itp..) Serwery Aplikacji Wszystkie usługi realizowane przez system macierzysty usługi dodatkowe Brama Parlay i związane z nią usługi Feature Interaction and Service Brokering obsługa interfejsów do portali internetowych UE Sieć wizytowana przez ab. wywołującego Sieć dostępowa P-CSCF SIP Sieć macierzysta ab.wywołującego Diameter HSS AS Diameter SIP Diameter I-CSCF SIP ISUP/IP SGW S-CSCF SIP BGCF SIP MGCF Płaszczyzna usługowa ISUP/MTP Płaszczyzna sterowania PSTN H.248 PCM Sieć Szkieletowa IP VoIP RTP transport strumienia mediów MGW Płaszczyzna transportowa HSS Home Subscriber Server CSCF Call Session Control Function BGCF Breakout Gateway Control Function MGCF Media Gateway Control Function S-CSCF Koordynuje połaczenie i usługi dla terminala BGCF Określa najlepszy ruting do PSTN MGCF/MGW Sterowanie i funkcje bramy medialnej sterowanie transport

30 Realizacja usług w IMS

31 IMS aspekt usługowy Interpersonalne usługi multimedialne Wymiana plików dowolnego typu Głos, dane, wideo Nowe usługi Bogate połączenia uwzględnienie kontekstu komunikacji Push-to-Talk, Push-to-See IP Centrex Strumieniowanie mediów Zintegrowane usługi wymiany wiadomości Współdzielenie mediów i aplikacji Gry sieciowe Integracja usług Głos, dane, wideo z wbudowaną bogatą obecnością Lokalizacja, dostępność, preferencje,

32 Narzędzia IMS = uniwersalne serwery aplikacji IMS IMS celowo nie normalizuje specyficznych aplikacji Zdefiniowane główne interfejsy AS - IMS jako stacja dokująca dla serwerów aplikacji OMA (Open Mobile Alliance) normalizuje usługi IMS Presence, Group Management, Instant Messaging (IM), Push to Talk over Cellular (PoC) Wypracowany zbiór wspólnych serwerów narzędzi IMS do wykorzystania przy realizacji złożonych usług Główne narzędzia dla IM, PoC i wideopołączeń XML Document Management System (XDMS) do konfigurowania grup Serwer obecności - Presence Server (PS) Zarządzanie urządzeniami - Device Management (DM)

33 IMS sposoby realizacji usług Usługi SIP Serwery aplikacji SIP IMP PoC (Push-to-talk over Cellular) albo PTT (Push-To-Talk) konferencja ad hoc 3PCC Usługi IN CS1+ CAMEL i CAP IM SSF Usługi dostarczane przez strony trzecie Parlay/OSA i Parlay X API Zewnętrzne serwery aplikacji W sieci macierzystej, samodzielne i w sieciach zewnętrznych

34 Architektura usługowa IMS AS AS SCIM Sh Sewer SIP Application aplikacji SIP Server ISC HSS HSS Cx S- S-CSCF ISC OSA OSA service service capability capability server server (SCS) (SCS) Serwer OSA aplikacji application OSA Si ISC Mr OSA API MAP IM IM --SSF SSF CAP MRFC MRFC CAMEL Camel Service Environment Environment

35 Warstwy IMS: Transport, sterowanie sesjami, aplikacje Płaszczyzna Aplikacji SIP AS SIP AS Parlay AS Parlay API OSA GW CAMEL CSE CAP API IM SSF Płaszczyzna sterowania HSS P-CSCF I-CSCF S-CSCF MRFC Płaszczyzna użytkownika MRFP B-GW SIP Diameter PSTN H.248 / MEGACO RTP

36 Modele pracy serwera aplikacyjnego AS S-CSCF uruchamia usługi wykorzystując tzw. Wyzwalacze (triggers) Tryby działania AS jako docelowy UA np. serwer treści jako inicjujący UA np. wake up server w roli pośrednika np. przekazywanie połączenia w roli B2BUA np. w Click2Dial Rola AS zależy od jego trybu działania Serwer proxy 3rd Party Call Control B2B UA Implementacja AS zależy od charakteru usługi decyzja o modelu pracy serwera podejmowana podczas projektowania usługi

37 Struktura profilu użytkownika w HSS

38 3GPP TS Wyzwalanie aplikacji - wyzwalacze Wyzwalacze - TP - Trigger Points każda znana i nieznana metoda protokołu SIP typ rejestracji użytkownika rodzaj wiadomość REGISTER pierwsza rejestracja, rerejestracja, de-rejestracja wystąpienie lub brak któregoś z elementów nagłówka wiadomości treść znanego lub nieznanego elementu nagłówka wiadomości oraz analiza adresu odbiorcy (Request-URI) kierunek wysyłania wiadomości Parametry opisu sesji w SDP Wyzwalacz składa się z jednego lub więcej punktów wyzwalania usługi SPT - Service Point Trigger SPT - wybrany element sygnalizacji SIP, który może posłużyć do rozpoznania usługi

39 Service Point Trigger Service Points of Interest ConditionNegated: boolean Group: list of integer Request-URI SIP Method SIP Header Session Case Session Description RequestURI: string SIPMethod: string Header: string Content: string SessionCase: enumerated Line: string Content: string

40 Identyfikacja w UMTS

41 Relacja między identyfikacjami użytkownika Public User Identities tel: Abonent IMS Private User Identity tel:

42 Relacja między identyfikacjami użytkownika a profilami usługowymi użytkownika sip:marek@mydomain.com Profil usługowy 1 Abonent IMS ms@mobile.com Private User Identity tel: Public User Identities sip:ms@pw.com Profil użytkownika związany z Prywatną Identyfikacja Użytkownika i zbiorem Publicznych Identyfikacji Użytkownika. tel: Profil usługowy 2 Profil użytkownika

43 Identyfikacja w IMS Potrzeba unikalnej identyfikacji W IMS rozróżnia się identyfikację publiczną i prywatną Identyfikacja publiczna Użytkownik IMS ma więcej niż jedną identyfikację publiczną PUI (Public User Identity) SIP URI lub TEL URI sip: @telekom.pl; user=phone tel: TEL URI wymagane do połączeń IMS-PSTN Co najmniej jeden TEL URI i jeden SIP URI na użytkownika

44 Public Service Identities (PSI) Podobna do publicznej identyfikacji użytkowników, ale przydzielana usługom (AS serwerom aplikacji), a nie użytkownikom Używane do identyfikacji specyficznych serwerów aplikacji (enablers), takich jak obecność czy serwery komunikacji grupowej Format SIP URI lub TEL URI sip: songdownload@t-online.de, presence@t-online.de, chat@partner.de tel: PSIs traktowane jako PUIs - łatwy ruting żądań SIP do AS

45 Taryfikacja w IMS

46 Taryfikacja w IMS Dwa modele: Offline Online Offline Informacje taryfikacyjne zbierane po sesji Użytkownik otrzymuje faktury w cyklu miesięcznym Online Elementy IMS współpracują z systemem taryfikacji w czasie rzeczywistym System taryfikacji w czasie rzeczywistym prowadzi interakcję z kontem użytkownika 3GPP TR (Charging implications of IMS architecture)

47 Ewolucja IMS

48 Wizja sieci NGN w ETSI Integracja sieci mobilnych i stacjonarnych za pomocą wspólnej platformy IMS Uniwersalna wielousługowa, wieloprotokołowa sieć IP Neutralność dostępowa Dostęp bezprzewodowy i przewodowy, mobilny i stacjonarny Zapewnienie QoS, bezpieczeństwa i niezawodności Zapewnienie współpracy z innymi sieciami Obsługa mobilności i nomadyczności użytkowników i urządzeń Uniwersalny dostęp do personalnego profilu usługowego Stały w dowolnym miejscu za pomocą różnych terminali

49 Założenia architektury TISPAN NGN Podejście oparte o koncepcję podsystemów: Elastyczność umożliwiająca wprowadzanie z czasem nowych podsystemów stosownie do potrzeb i kategorii usług Wykorzystanie dorobku innych ciał normalizacyjnych Komunikacja IP realizowana przez dwa podsystemy: Network Attachment Subsystem (NASS) Resource and Admission Control Subsystem (RACS) Pierwsze podsystemy usługowe: 3GPP IMS zaadaptowany do obsługi dostępu xdsl(wspólnie z 3GPP), do usług multimedialnych i emulacji usług PSTN/ISDN Podsystem emulacji PSTN/ISDN umożliwiający wymianę sprzętu TDM przy zachowaniu tradycyjnych terminali i symulacji usług PSTN/ISDN dla terminali IP

50 TISPAN a architektura sieci stacjonarnej NGN Dwa dodatkowe podsystemy: Network Attachment Subsystem (NASS) Wsparcie dla dostępu nomadycznego i zarządzaniu lokalizacjami za pomocą usług IP jak w sieciach stacjonarnych z uwzględnieniem systemów AAA Resource Admission Control Subsystem (RACS) Realizacja QoS Sterowanie bramami na granicach sieci Obsługa przejścia przez NATy zlokalizowane w sieciach u użytkowników

51 Architektura TISPAN NGN koncepcja podsystemów Applications Service Layer User profiles Core IMS Other subsystems User Equipment Network Attachment Subsystem Transport Layer Resource and Admission Control Subsystem PSTN/ISDN Emulation subsystem Other networks Transfer Functions

52 Charakterystyka ETSI TISPAN NGN Release 1 Wsparcie dla aplikacji SIPowych i nie SIPowych IMS dla konwersacyjnych aplikacji SIPowych Inne podsystemy dla innych rodzajów aplikacji Uniwersalność dostępowa Wsparcie dla realizacji złożonych modeli komercyjnego świadczenia usług Realizacja FMC w oparciu o IMS Wykorzystanie wyników i współpraca 3GPP, DSL Forum, MultiService Forum, OMA, ITU-T NGN FG, Parlay Podstawa - 3GPP IMS Release 6

53 FG NGN Zakres objęty Release 1 Service Stratum User Profile Functions Application Functions Other Multimedia Components Streaming Services Service and Control Functions Legacy Terminals GW Network Access Attachment Functions NAAF PSTN / ISDN Emulation IP Multimedia Component Resource and Admission Control Functions RACF Other Networks Customer Networks NGN Terminals Customer and Terminal Functions UNI Access Functions Access Transport Functions Edge Functions Core transport Functions Aspekty QoS i sterowanie QoS (Wymagania sygnalizację IP związaną z QoS) Transport Stratum Zakres architektury FG NGN Release 1 NNI Częściowo

54 Charakterystyka sieci NGN wg ITU-T Y.2001 Sieć pakietowa Realizacja usług telekomunikacyjnych Wykorzystanie wielu technik szerokopasmowych Uwzględnienie QoS w transporcie Oddzielenie funkcji sterowania usługami od funkcji transportowych Otwarty dostęp użytkowników do sieci i konkurujących usługodawców i oferowanych przez nich usług Obsługa mobilności i nomadyczności

55 Funkcje zarządzania Architektura NGN ITU-T wg Y.2011 Aplikacje ANI Funkcje wspomagania aplikacji i usług Profile usługowe użytkowników Warstwa usługowa Funkcje sterowania usługami Funkcje użytk. końcowego UNI NACF (Network Attachment Control Functions) Profile transportowe użytkowników Funkcje sterowania transportem Warstwa transportowa (szkielet i dostęp) RACF (Resource and Admission Control Functions) Funkcje transportowe NNI Inne sieci Sterowanie Media Zarządzanie

56 Wspólne elementy architektury funkcjonalnej ETSI TISPAN_NGN Release 1 Wspólne elementy te które mogą być wykorzystywane przez więcej niż jeden podsystem Dwa rodzaje elementów Występujące w 3GPP IMS Subscription Locator Function (SLF) Application Server Function (ASF) Charging and Data Collection Functions Nowe, zdefiniowane przez TISPAN User Profile Server Function (UPSF) Application Server Function (ASF) z interfejsem do RACS Interconnection Border Control Function (IBCF) Interworking Function (IWF) Charging and Data Collection Functions z interfejsem do IBCF

57 SDN (Software Defined Network) i NFV (Network Functions Virtualization)

58 Konwergencja infrastruktury Przetwarzanie Pamięć Sieć Przetwarzanie Zarządzanie Sieci Pamięć

59 Ewolucja metod przetwarzania Architektura wertykalna Rozwiązania zamknięte i specyficzne dla dostawców Architektura warstwowa Otwarte interfejsy

60 Co dalej? NFV? (Network Functions Virtualisation) Niezależni dostawcy oprogramowania Message Router CDN Session Border Controller WAN Acceleration DPI Carrier Grade NAT Skoordynowana automatyczna i zdalna instalacja Firewall Tester/QoE monitor hiperwizory SGSN/GGSN PE Router BRAS Radio Network Controller Generyczne wysokowydajne serwery Generyczna pamięć o dużej pojemności Generyczne wysokowydajne przełączniki Ethernet Podejście klasyczne Podejście NFV - ETSI

61 Co to jest NFV? Network Functions Virtualization (NFV): koncepcja architektury sieciowej wykorzystująca wirtualizację technik informatycznych służącą wirtualizacji całych kategorii funkcji węzłów sieci jako komponentów, które mogą być łączone lub wiązane ze sobą w celu tworzenia usług Nowy paradygmat zakładający, że funkcje sieciowe: Są realizowane przez oprogramowanie Mogą działać na współdzielonych serwerach Mogą być przenoszone na życzenie Nie wymagają specjalnych rozwiązań sprzętowych ETSI Industry Specification Group odpowiedzialna za normalizację SDN źródło idei NFV NFV i SDN komplementarne

62 Koncepcja NFV Sposób na uelastycznienie i uproszczenie struktury sieci przez uniezależnienie od ograniczeń sprzętowych Tradycyjny model sieci: Urządzenia fizyczne v Model z wirtualizacją v funkcji sieciowych: Urządzenia wirtualne DPI BRAS GGSN/SGSN DPI CG-NAT GGSN/ BRAS SGSN Firewall PE Router Wirtualne urządzenia Orkiestracja, automatyzacja i zdalna instalacja Firewall CG-NAT Session Border Controller PE Router Funkcje sieciowe realizowane przez specyficzny sprzęt i oprogramowanie Jeden fizyczny węzeł przypisany do roli Znormalizowane serwery o wysokiej wydajności Funkcje sieciowe realizowane przez oprogramowanie na znormalizowanym sprzęcie Wiele ról realizowanych na tym samym sprzęcie Źródło: D. Lopez Telefonica I+D, NFV

63 ETSI Architektura NFV (2012)

64 Komponenty NFV Network Function (NF) Składnik funkcjonalny o precyzyjnie zdefiniowanych interfejsach i działaniu Virtualized Network Function (VNF) Programowa implementacja NF, która może zostać udostępniona w zwirtualizowanej infrastrukturze VNF Set Połączenie między VNF, np. brama abonencka VNF Forwarding Graph Powiązanie usług w sytuacji gdy kolejność połączeń sieciowych jest istotna, np. firewall, sterowanie równoważeniem obciążeń, NAT NFV Infrastructure (NFVI) Sprzęt i oprogramowanie niezbędny do udostępnienia, zarządzania i realizacji VNF uwzględniający przetwarzanie, komunikację sieciową i pamięć

65 Wirtualizowane funkcje w sieciach mobilnych Centrale MSC, Open vswitch Routery Home Location Register (HLR) Serving GPRS Support Node (SGSN), Gateway GPRS Support Node (GGSN), Combined GPRS Support Node (CGSN), Radio Network Controller (RNC), Serving Gateway (SGW), Packet Data Network Gateway (PGW), Residential Gateway (RGW), Broadband Remote Access Server (BRAS), Carrier Grade Network Address Translator (CGNAT), Deep Packet Inspection (DPI), Provider Edge (PE) Router, Mobility Management Entity (MME), Element Management System (EMS)

66 ETSI NFV ISG PoC Forum (Proof of Concept) Virtual Broadband Remote Access Server (BRAS) British Telecom Virtual IP Multimedia System (IMS) - Deutsche Telekom Virtual Evolved Packet Core (vepc) - Orange Silicon Valley Carrier-Grade Network Address Translator (CGNAT) Deep Packet Inspection (DPI), Home Gateway - Telefonica Perimeta Session Border Controller (SBC) - Metaswitch Deep packet inspection - Procera CC z wykorzystaniem np. OpenStack

67 Sieci programowane software networks Generyczne funkcje sieciowe zaimplementowane jako moduły oprogramowania wykonywane przez maszyny wirtualne: np. vepc, vvpn, vnat, vims, Funkcjonalność oprogramowania pośredniczącego: interpretacja wymagań usług i ich odwzorowanie na parametry wykonawcze służące do dynamicznej konfiguracji wykonywanych programów binarnych Zarządzanie i koordynacja zasobów pomiędzy wieloma usługami: procesory, pamięć, sieć Zapewnienie SLA

68 Realizacja IMS z wykorzystaniem NFV

69 Motywacja użycia koncepcji NFV do IMS Cloud Computing jako czynnik sprawczy dla NFV Zasada pay-per-use dla usług w chmurze Elastyczność i skalowalność przydziału zasobów na żądanie zgodnie z potrzebami IMS znaczna zmienność poziomu ruchu i potrzeba zapewnienia nadmiaru mocy przetwarzania dla szczytów ruchu Elastyczność funkcji zarządzania siecią i usługami Optymalizacja wykorzystania zasobów Opłaty za wykorzystywaną infrastrukturę sieciową proporcjonalne do wykorzystania

70 vims z wykorzystaniem NFV Niezbędne różne mechanizmy równoważenia obciążeń (LB) DNS między: UE i P-CSCF P-CSCF i I-CSCF SLF między: I-CSCF i HSS S-CSCF i HSS Zestaw funkcji usługowych między: I-CSCF i S-CSCF Konieczność aktualizacji modułów równoważenia obciążeń LB (Load Balancers) przez Orkiestrator przy każdym wytworzeniu/usunięciu komponentu sieciowego Niezbędne API do dynamicznej zmiany topologii

71 Realizacja IMS w modelu NFV Wariant 1 IMSLocator: przypisuje abonenta do konkretnej instancji IMS VM podczas rejestracji i lokalizuje IMS VM w fazie odkrywania Eksponuje interfejsy Gm i Mw Pula IMS VM: Zarządzana przez Orkiestrator, który decyduje o utworzeniu kolejnych wystąpień IMS VM SharedDB: Wspólna baza danych współdzielona przez różne wystąpienia IMS VM Przechowuje informacje o abonentach

72 Implementacja IMS w chmurze: Projekt Clearwater

73 Podsumowanie

74 Zagrożenia dla operatorów ze strony Internetu Mnogość dostępnych usług i aplikacji i otwartość na nowe VoIP, wymiana wiadomości natychmiastowych, obecność, komunikacja głosowa i wideokomunikacja np. Skype i inne komunikatory Usługi P2P wykorzystanie protokołu SIP i innych protokołów Operator zredukowany do roli dostawcy infrastruktury transportowej dla strumieni bitowych również w przypadku sieci 3G UMTS Problem ROI dla sieci dostępu radiowego

75 Czego nas nauczył Internet Internet umożliwia realizację usług multimedialnych i triple play już dziś! Jakość wynikająca z techniki best effort spełnia wymagania 80-90% wszystkich usług Otwartość sprzyjająca innowacjom Funkcjonalność, taniość (bezpłatny dostęp) i łatwość posługiwania się kreuje masowe aplikacje ( killer applications )

76 Wdrażanie usług IMS Kto wdraża IMS? IMS atrakcyjny dla operatorów i usługodawców w sieciach stacjonarnych i mobilnych Ponad 200 operatorów prowadzi próby lub jest na początkowym etapie wdrażania Przykłady: BT - 21st Century Network IMS i infrastruktura SIP Telecom Italia Mobile - usługa współdzielenia wideo BellSouth - infrastruktura SIP KPN TeliaSonera

77 Przykład usługi Telefonica FindUs! Aplikacja Facebook (widget), która pomaga użytkownikowi zlokalizować swoich przyjaciół z grupy za pomocą Google Map Integracja różnych zasobów operatora Kontekst użytkownika Lokalizacja i obecność Interakcja z użytkownikiem IM i click-to-call Źródło: Telefonica

78 Telefonica - Find Us! - implementacja Źródło: Telefonica

79 Telefonica - Find Us! - implementacja Źródło: Telefonica

80 Telekomunikacja mapa myśli

81 Najpopularniejsze API ranking Wszechczasów Ostatnie 2 tygodnie

82 IMS IM&P MMTel Common IMS EPC UMTS HSPA DL HSPA UL HSPA + LTE LTE Adv Ewolucja ku NGN/4G Szybki dostęp Sieć szkieletowa IP Usługi konwergentne R99 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R

83 Evolved Packet Core (EPC) Wielodostępowa sieć szkieletowa oparta na IP, wspólna dla sieci dost. zaufanych 3GPP: LTE-E-UTRAN, UMTS-UTRAN, GPRS-GERAN zaufanych nie-3gpp: WIMAX, CDMA2000/HRPD niezaufanych: WLAN Funkcje EPC Zapewnienie połączenia z domenami usługowymi IP IMS Internet i inne (np. P2P) NAS i bezpieczeństwo (AAA) Mobilność i zarządzanie połączeniami Sterowanie politykami QoS i taryfikacją (PCC) IMS Dostęp 3GPP EPC Internet Dostęp nie-3gpp Zaufany Zaufany / niezaufany Źródło: T.Magedanz, Fraunhofer-FOKUS

84 IMS eksplozja normalizacji IETF SIP stron! Tylko jedna z norm 3GPP 715 stron! Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); Universal Mobile Telecommunications System (UMTS); Signalling flows for the IP multimedia call control based on Session Initiation Protocol (SIP) and Session Description Protocol (SDP); Stage 3 3GPP TS version Release 5 Grupa ETSI TISPAN zajmująca się adaptacją IMS do dostępu stacjonarnego wytworzyła ponad 2000 dokumentów roboczych w 2005 roku! Patologia!?

85 Same normy RFC bez wersji roboczych (I-D)! Telekomunikacja eksplozja normalizacji

86 Kurczenie się obszaru kontroli operatorów API dla IMS i EPC ostatni szaniec Sieci w pełni IP jako droga do aplikacji OTT Brama usługowa - otwarte API: RCS, IMS, EPC Źródło: T.Magedanz, Fraunhofer-FOKUS

87 Dodatek wyjaśnienie skrótów

88 Skróty AN Access Network AuC AUthentication Centre BICC Bearer Independent Call Control BG Border Gateway BGCF Breakout Gateway Control Function BSC Base Station Controller BSS Base Station System BTS Base Transceiver Station CN Core Network CS Circuit Switched CSCF Call Session Control Function EIR Equipment Identity Register GGSN Gateway GPRS Support Network GMSC Gateway Mobile Switching Centre HLR Home Location Register IM Internet protocol Multimedia IWF InterWorking Function

89 Skróty LA Location Area ME Mobile Equipment MEGACO MGCF Media Gateway Control Function MGW Media GateWay MRFC Multimedia Resource Function Controller MRFP Multimedia Resource Function Processor MS Mobile Station MSC Mobile Switching Centre MTP Message Transfer Part PLMN Public Land Mobile Network PSTN Public Switched Telephone Network PS Packet Switched RA Routing Area RNC Radio Network Controller RNS Radio Network System

90 Skróty SCCP Signalling Connection Control Part SCTP Stream Control Transmission Protocol SGSN Serving GPRS Support Network SGW Signalling GateWay SLF Subscription Locator Function SS7 Signalling System number 7 UE User Equipment USIM User Subscriber Identity VLR Visitor Location Register