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淺談網(wǎng)絡(luò)媒體網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)
網(wǎng)關(guān)(Gateway)曾經(jīng)是很容易理解的概念。在早期的因特網(wǎng)中，術(shù)語網(wǎng)關(guān)即指路由器。路由器是網(wǎng)絡(luò)中超越本地網(wǎng)絡(luò)的標記， 這個走向未知的“大門”曾經(jīng)、現(xiàn)在仍然用于計算路由并把分組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到源始網(wǎng)絡(luò)之外的部分，因此， 它被認為是通向因特網(wǎng)的大門。隨著時間的推移，路由器不再神奇，公共的基于IP的廣域網(wǎng)的出現(xiàn)和成熟促進了路由器的成長。 現(xiàn)在路由功能也能由主機和交換集線器來行使，網(wǎng)關(guān)不再是神秘的概念。那接下來由小編給大家?guī)砻襟w網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)。
一、引言
下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)是一個以分組網(wǎng)絡(luò)為承載，提供固定移動話音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)等多種業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)融合網(wǎng)絡(luò)。NGN網(wǎng)絡(luò)的基本特征是控制、承載和業(yè)務(wù)的分離，因此，NGN網(wǎng)絡(luò)的最大優(yōu)勢是網(wǎng)絡(luò)的開放性。這種開放性主要體現(xiàn)在以下幾個方面各個功能實體之間采用標準的接口協(xié)議進行通信;承載網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)革新發(fā)展不會影響到高層業(yè)務(wù)的提供;引入應(yīng)用服務(wù)器和第三方應(yīng)用接口可以快速部署增值業(yè)務(wù)和第三方業(yè)務(wù)。NGN網(wǎng)絡(luò)中控制和承載分離需求直接導(dǎo)致了媒體網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)的發(fā)展。目前，ITU-T制定的H.248協(xié)議系列標準和IETF制定的MGCP協(xié)議是兩種主流的，也是應(yīng)用最為廣泛的媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議的典型代表。媒體網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)的發(fā)展改變了傳統(tǒng)固定話音和早期IP話音(主要是H.323)中呼叫信令控制和媒體承載集成在一個功能實體中實現(xiàn)的發(fā)展思路，使得下一代網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)提供與承載網(wǎng)絡(luò)發(fā)展相對獨立，為下一代網(wǎng)絡(luò)承載網(wǎng)演進免除后顧之憂。
二、媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議在下一代網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
1.軟交換網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
軟交換技術(shù)是控制、承載和業(yè)務(wù)三者分離的典型技術(shù)，NGN網(wǎng)絡(luò)采用軟交換技術(shù)來提供語音、多媒體以及移動等多種業(yè)務(wù)，軟交換網(wǎng)絡(luò)的分層模型如圖1所示。媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議是軟交換網(wǎng)絡(luò)中控制層的軟交換設(shè)備和接入層中各種媒體網(wǎng)關(guān)的標準接口協(xié)議。媒體網(wǎng)關(guān)的主要功能是將不同類型的接入方式轉(zhuǎn)化為適合在IP網(wǎng)絡(luò)上傳送的RTP/RTCP流。目前媒體網(wǎng)關(guān)類型主要包括中繼媒體網(wǎng)關(guān)(TG)、綜合接入媒體網(wǎng)關(guān)(AG)、多媒體網(wǎng)關(guān)(MMG)、綜合接入設(shè)備(IAD)、媒體服務(wù)器。根據(jù)各種媒體網(wǎng)關(guān)的業(yè)務(wù)功能需求不同，H.248和MGCP協(xié)議分別適用于不同的媒體網(wǎng)關(guān)類型以及不同的場景。國內(nèi)行業(yè)標準規(guī)定，AG和TG是作為運營商網(wǎng)絡(luò)中的局方設(shè)備，從設(shè)備可靠性和安全性考慮，必選支持H.248協(xié)議，可選支持MGCP協(xié)議;IAD、媒體服務(wù)器和智能終端可選用H.248或MGCP協(xié)議的任意一種。多媒體網(wǎng)關(guān)(MMG)的主要功能是完成PSTN，ISDN或GSM網(wǎng)絡(luò)中的窄帶可視電話終端適配功能，并實現(xiàn)與IP網(wǎng)絡(luò)中H.323和SIP等多媒體終端互通。由于H.248協(xié)議支持與窄帶H.324可視終端互通功能，因此，目前MMG只能使用H.248協(xié)議作為其接口協(xié)議。
此外，控制和承載的分離發(fā)展思路導(dǎo)致了H.323視訊會議中MCU的分離，即分離成MC和MP。MC實現(xiàn)會議控制和管理功能的實體，MP則實現(xiàn)混音和視頻混合等多媒體會議媒體處理功能。MC和MP之間采用H.248協(xié)議作為其接口協(xié)議，H.248.19中定義的若干協(xié)議擴展包用于實現(xiàn)豐富的視訊會議控制功能。
2.下一代移動網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用
軟交換技術(shù)的另一個應(yīng)用范疇是下一代移動網(wǎng)絡(luò)。下一代移動網(wǎng)絡(luò)作為NGN網(wǎng)絡(luò)的組成部分，其發(fā)展也是沿襲控制、承載和業(yè)務(wù)三者分離的思路。以3G網(wǎng)絡(luò)中UMTS Release5為例，其核心網(wǎng)也是采用全IP承載網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)提供業(yè)務(wù)功能的不同，核心網(wǎng)可分為電路域(CS)、分組域(PS)和多媒體子域(IM)，分別處理語音電路、數(shù)據(jù)分組和IP多媒體業(yè)務(wù)(見圖2)。其中，CS域和IM域是按照控制和承載分離原則進行構(gòu)造的。CS域中媒體網(wǎng)關(guān)(MGW)作為承載層設(shè)備，主要完成媒體流轉(zhuǎn)換和承載通道的適配：MSC Server作為控制層設(shè)備，主要完成呼叫控制和移動控制功能。MGCF和MGW是實現(xiàn)多媒體子域與PSTN/ISDN/PLMN互通的功能實體。MGCF完成呼叫控制功能。3GPP規(guī)定MGW和MSC Server之間以及MGCF和MGW之間的接口協(xié)議采用H.248協(xié)議。根據(jù)移動網(wǎng)絡(luò)的需求，3GPP還對H.248協(xié)議進行了擴展，有關(guān)UMST的H.248擴展包可參見3GPP 29.232。
三、H.248協(xié)議和MGCP協(xié)議比較
隨著NGN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深入研究以及軟交換實驗網(wǎng)的開展，H.248協(xié)議和MGCP協(xié)議的應(yīng)用也越來越多。然而，在實際應(yīng)用中，運營商經(jīng)常會遇到類似H.248協(xié)議和MGCP協(xié)議選擇的困惑，主要表現(xiàn)在TG，AG或媒體資源服務(wù)器在選擇H.248還是MGCP協(xié)議上存在不少爭議。尤其是由于MGCP協(xié)議發(fā)展歷史較早，市場上已經(jīng)存在不少MGCP協(xié)議相關(guān)網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品。因此，如何對H.248協(xié)議和MGCP協(xié)議進行正確的定位，對于運營商規(guī)劃軟交換網(wǎng)絡(luò)至關(guān)重要。H.248協(xié)議和MGCP協(xié)議從協(xié)議功能、適用范圍、可擴展性和互通性等幾個方面的不同主要有：
(1)從本質(zhì)上說，H.248和MGCP協(xié)議都是用于媒體網(wǎng)關(guān)控制的接口協(xié)議，H.248協(xié)議是對MGCP協(xié)議的繼承和發(fā)展。H.248和MGCP協(xié)議有很多相似之處，也有很多不同，主要表現(xiàn)在H.248協(xié)議具有比MGCP協(xié)議更完善的協(xié)議功能，更廣泛的適用范圍和更強的可擴展性。
(2)從協(xié)議功能說，除IP語音業(yè)務(wù)、與PSTN語音互通、與ISDN語音互通業(yè)務(wù)等H.248協(xié)議和MGCP協(xié)議都能提供的基本業(yè)務(wù)外，H.248協(xié)議具備比MGCP協(xié)議更多的多媒體業(yè)務(wù)支持功能和更強的控制功能(如QoS控制、雙歸屬技術(shù)等)。例如，在多媒體業(yè)務(wù)支持方面，H.248協(xié)議通過復(fù)用描述符(Mux)來描述窄帶復(fù)用承載能力(如H.221和H.223等)，來實現(xiàn)與窄帶多媒體系統(tǒng)(如H.320和H.324系統(tǒng))互通，而MGCP協(xié)議并不支持與窄帶多媒體系統(tǒng)的互通。H.248協(xié)議具有MGCP協(xié)議不支持的多媒體視訊會議功能。H.248協(xié)議制定了專用于H.323視訊會議的協(xié)議擴展包。在控制功能方面，H.248協(xié)議定義了更完善的MG重啟動和注銷機制。H.248協(xié)議在業(yè)務(wù)改變方法定義中除保留了MGCP協(xié)議中定義的正常注銷(graceful)、強制注銷(forced)、重啟動(restart)、連接丟失(disconnected)四個屬性之外，還增加了被動倒換(handoff)和主動倒換(failover)兩個屬性，從而使得H.248協(xié)議可以方便實現(xiàn)主備用MGC機制，為實際運營提供可靠的雙歸屬機制。H.248協(xié)議定義了更豐富的IP網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，MGCP僅選用UDP作為網(wǎng)絡(luò)承載協(xié)議，而H.248協(xié)議可選使用UDP，TCP或SCTP協(xié)議進行承載。在實際運營中，H.248協(xié)議可根據(jù)安全性和可靠性要求的不同選用不同的傳輸協(xié)議。此外H.248協(xié)議還增加了比MGCP協(xié)議更強的MGC對MG進行資源控制和QoS控制等增強控制功能。
(3)從可擴展性來說，MGCP協(xié)議和H.248協(xié)議都是采用擴展包的形式來實現(xiàn)協(xié)議的可擴展性。MGCP協(xié)議由ETF制定，因此，MGCP協(xié)議更關(guān)注于IP業(yè)務(wù)應(yīng)用。H.248講議是由ITU-T和MGCP共同制定，除IP業(yè)務(wù)應(yīng)用外，H.248協(xié)議考慮了更多與現(xiàn)有傳統(tǒng)PSTN/ISDN以及V5.2接入網(wǎng)業(yè)務(wù)兼容能力，以及更豐富的業(yè)務(wù)實現(xiàn)功能需求。僅從協(xié)議擴展包的數(shù)量來看，MGCP制定了大約13個擴展包，ITU-T已經(jīng)批準的H.248協(xié)議基本包13個、協(xié)議擴展包少有108個，3GPP正式批準的用于UMTS的H.248擴展包有9個，ETSI正式批準的H.248擴展包有4個。多個標準化組織正在加快H.248協(xié)議及其應(yīng)用的研究進程，不斷*出新的擴展包，使得H.248協(xié)議可滿足實際運營中復(fù)雜和日益豐富的業(yè)務(wù)需求。以V5.2接入網(wǎng)為例，H.248協(xié)議正在考慮制定相關(guān)擴展包用于采用V5.2實現(xiàn)PSTN的接入。H.248協(xié)議還制定了適用于更完善的語音服務(wù)器擴展包用實現(xiàn)資源服務(wù)器的增強語音播放功能。
(4)從適用范圍來說，由于H.248協(xié)議具備比MGCP協(xié)議更完善的功能和數(shù)量更多的協(xié)議擴展包，因此，H.248協(xié)議具有比MGCP協(xié)議更廣泛的適用范圍。MGCP協(xié)議一般僅適用IAD設(shè)備、TG設(shè)備和具有模擬線接入的AG設(shè)備以及具有簡單語音播放功能的媒體服務(wù)器設(shè)備。H.248協(xié)議不僅可以適用于IAD設(shè)備、TG設(shè)備等基本網(wǎng)關(guān)類型，還可適用于具備V5.2接入的AG設(shè)備、媒體資源服務(wù)器、多點控制器(MC)、多點處理器(MP)等其他設(shè)備。由于H.248協(xié)議具有比MGCP更多的優(yōu)勢，國內(nèi)行標中也是把H.248協(xié)議作為TG設(shè)備、AG設(shè)備等設(shè)備必選協(xié)議，而把MGCP協(xié)議作為可選協(xié)議。IAD設(shè)備則根據(jù)需求，可選用H.248或MGCP協(xié)議的任意一種。
(5)從協(xié)議互通性來說.由于MGCP協(xié)議研究相對較早，其在1999年就已經(jīng)推出了第一個正式版本RFC2705，到2003年形成第二個版本RFC3435。國內(nèi)外已現(xiàn)存不少支持MGCP協(xié)議的產(chǎn)品，并已在國外運營網(wǎng)絡(luò)獲得了廣泛應(yīng)用，MGCP協(xié)議產(chǎn)品之間的互通性基本可以保證。然而，H.248協(xié)議直到2000年才推出第一版本，且協(xié)議仍處于不斷完善和發(fā)展的階段，到目前為止，ITU-T已經(jīng)批準或待批批準的H.248相關(guān)文檔有34個。目前市場上支持H.248協(xié)議的產(chǎn)品較少，尤其是由于缺乏足夠的實際運營經(jīng)驗，導(dǎo)致H.248協(xié)議產(chǎn)品之間的互通性難以完全保障。在國內(nèi)軟交換試驗中進一步對H.248協(xié)議相關(guān)產(chǎn)品進行廣泛試驗和相關(guān)測試，不僅可以完善H.248協(xié)議，而且可以有助于互通性問題的解決。隨著H.248協(xié)議的不斷完善以及隨著國內(nèi)軟交換實驗的深入開展，H.248協(xié)議互通性問題最終將得以解決。
四、媒體網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)問題分析
盡管媒體網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)有諸多優(yōu)勢，然而控制和承載分離所帶來的一個突出問題是網(wǎng)關(guān)不受控和網(wǎng)關(guān)接入安全風險，降低了NGN網(wǎng)絡(luò)運營的可靠性和安全性。
1.網(wǎng)關(guān)不授控
造成網(wǎng)關(guān)不受控的一個主要因素是軟交換設(shè)備負責完成呼叫控制和呼叫計費功能，媒體流交互在媒體網(wǎng)關(guān)之間直通，如果網(wǎng)關(guān)和軟交換發(fā)生連接丟失，軟交換將難以順利完成所有呼叫計費功能。盡管H.248或MGCP等網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議可以上報媒體資源使用狀況，然而卻無法滿足對網(wǎng)關(guān)的實時監(jiān)控功能。最為突出的是軟交換設(shè)備被動獲知網(wǎng)關(guān)中用戶通話開始和結(jié)束時刻，該信息需由網(wǎng)關(guān)上報。當軟交換與媒體網(wǎng)關(guān)之間的網(wǎng)絡(luò)連接出現(xiàn)異常中斷時，軟交換將難以獲知網(wǎng)關(guān)的工作狀態(tài)，即軟交換與網(wǎng)關(guān)通信狀態(tài)不同步，可能導(dǎo)致軟交換設(shè)備無法正確執(zhí)行呼叫計費功能，降低計費準確性，難以達到實際運營的計費精度要求。目前，H.248協(xié)議使用AuditValue或AuditCapablities消息，MGCP協(xié)議使用AuditEndpoint或AuditConnection消息作為心跳消息來檢測網(wǎng)關(guān)或用戶存活狀態(tài)可以解決以上問題。如果部分非法終端生成一個通話中止的虛假消息來觸發(fā)軟交換提前中止呼叫計費，將給運營商造成不可預(yù)見的經(jīng)濟損失。如何避免非法用戶的通信資源盜用和保障計費準確率是NGN網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)開展所面臨的一個難題。當前，在承載接入層面增加接入控制設(shè)備實現(xiàn)對網(wǎng)關(guān)用戶媒體連接的實時監(jiān)控，可以降低以上問題所帶來的運營風險問題。
2.網(wǎng)關(guān)接入安全風險
在NGN網(wǎng)絡(luò)中，保證終端接入的安全性和用戶服務(wù)的認證至關(guān)重要，因為這是對NGN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個可運營和可管理的安全業(yè)務(wù)體系的最基本要求。由于下一代網(wǎng)絡(luò)的開放性，H.248協(xié)議和MGCP協(xié)議的網(wǎng)關(guān)用戶可通過窄帶Modem接入，ADSL，以太網(wǎng)接入和CABLE等多種接入方式接入到IP城域網(wǎng)，網(wǎng)關(guān)可通過端點偽裝和IP地址盜用等行為非法接入軟交換設(shè)備。也就是說，網(wǎng)關(guān)接入的安全性是媒體網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)所面臨的問題。在H.248協(xié)議和MGCP協(xié)議中，推薦使用協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)承載采用IPsec機制實現(xiàn)協(xié)議的安全傳送，可以保證網(wǎng)關(guān)和端點之間建立可靠的信任關(guān)系。然而，由于IPsec機制比較復(fù)雜，有可能帶來新的互通性問題，IPsec機制保證H.248協(xié)議和MGCP協(xié)議的安全性并未得到廣泛的應(yīng)用。此外，H.248協(xié)議和MGCP協(xié)議未對MG和MGC之間的相互安全鑒權(quán)機制進行規(guī)定�；谝陨习踩钥紤]，國內(nèi)行業(yè)標準借鑒H.235中安全機制的經(jīng)驗，正在制定了一套MGC和MG之間的安全鑒權(quán)機制，通過密鑰交換以及對IP地址和端點標識等關(guān)鍵參數(shù)進行加密傳送，實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)的安全接入認證。
由于IPv4地址的缺乏，實際應(yīng)用中MG通常配置IPv4私有地址，而在網(wǎng)絡(luò)出口配置NAT/FW實現(xiàn)地址和端口轉(zhuǎn)換。從安全性考慮，軟交換設(shè)備或MGC也可能放置自NAT或FW之后。由于H.248協(xié)議和MGCP協(xié)議在協(xié)議設(shè)計時未考慮NAT/FW穿越問題，在這種網(wǎng)絡(luò)部署下NAT/FW廣泛存在，H.248和MGCP協(xié)議都面臨著端到端連接性被破壞的問題。目前，實現(xiàn)H.248協(xié)議和MGCP協(xié)議的NAT/FW穿越普遍采用輔助機制，如ALG，MIDCOM，代理等。盡管輔助機制可以幫助實現(xiàn)穿越，然而其可擴展性可避免受到原有輔助機制和種類繁多的NAT和防火墻的限制。因此，H.248協(xié)議和MGCP協(xié)議是否可以借鑒其他多媒體協(xié)議如SIP協(xié)議的經(jīng)驗，采用協(xié)議擴展方式實現(xiàn)協(xié)議自身的穿越NAT/FW是下一步需要關(guān)注的問題。
五、結(jié)束語
由于H.248協(xié)議具備更強的協(xié)議功能、更豐富的業(yè)務(wù)支持能力，尤其是在多媒體業(yè)務(wù)方面，以及更優(yōu)越的擴展性，H.248協(xié)議將是未來幾年內(nèi)媒體網(wǎng)關(guān)控制技術(shù)領(lǐng)越的發(fā)展趨勢和主流。同時，由于MGCP協(xié)議已在網(wǎng)絡(luò)中廣泛應(yīng)用，MGCP協(xié)議將在一定范圍繼續(xù)繼續(xù)使用。因此，網(wǎng)絡(luò)運營商在進行網(wǎng)絡(luò)部署時應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)狀況和業(yè)務(wù)需求進行分析，正確選擇H.248或MGCP協(xié)議，在條件允許的情況下，盡可能優(yōu)先考慮采用H.248協(xié)議，以保證業(yè)務(wù)提供的前向和后向兼容性。標準化組織、設(shè)備制造商應(yīng)和網(wǎng)絡(luò)運營商應(yīng)協(xié)同完善H.248協(xié)議和MGCP協(xié)議，解決H.248協(xié)議和MGCP協(xié)議目前存在的網(wǎng)關(guān)不受控和網(wǎng)關(guān)接入風險等突出問題，并對協(xié)議所面臨的NAT/FW穿越問題進行研究。只有解決了以上問題，才能為構(gòu)造一個可運營、可管理和安全的下一代網(wǎng)絡(luò)提供最基本的技術(shù)保障和理論可能性。
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