MARCOS TAVARES DA ROSA O PADRÃO SS7 E O SIGTRAN NAS REDES DE TELECOMUNICAÇÕES

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1 MARCOS TAVARES DA ROSA O PADRÃO SS7 E O SIGTRAN NAS REDES DE TELECOMUNICAÇÕES CANOAS, 2011

2 2 MARCOS TAVARES DA ROSA O PADRÃO SS7 E O SIGTRAN NAS REDES DE TELECOMUNICAÇÕES Trabalho de Conclusão apresentado ao Curso de Engenharia de Telecomunicações do Centro Universitário La Salle Unilasalle, como exigência parcial para a obtenção do grau de Bacharel em Engenharia de Telecomunicações Orientador: Prof. Me. Artur Cardoso Severo CANOAS, 2011

3 3 MARCOS TAVARES DA ROSA O PADRÃO SS7 E O SIGTRAN NAS REDES DE TELECOMUNICAÇÕES Trabalho de conclusão aprovado como requisito parcial para obtenção do grau de Bacharel em Engenharia de Telecomunicações pelo Centro Universitário La Salle Unilasalle. Aprovado pela banca examinadora em 10 de dezembro de BANCA EXAMINADORA: Prof. Alexandre Haupt Unilasalle Prof. Artur Cardoso Severo Unilasalle Prof. Diogo Scolari Unilasalle

4 4 Aos meus pais, José e Ivone, eternos e incansáveis incentivadores, pelo que sou e realizo, simplesmente. E acima de tudo agradeço a Deus, origem, razão e fim de todas as coisas, por ter me dado forças, sabedoria e um destino a ser cumprido.

5 5 AGRADECIMENTOS Agradeço a todos que colaboram de forma direta ou indireta para que este trabalho pudesse ser concluído, em especial ao meu amigo Luciano Batista, pela compreensão e dedicação e a professora Elaine Schmitz pela revisão e correção deste trabalho.

6 6...Procure ser uma pessoa de valor, em vez de ser uma pessoa de sucesso. O sucesso é conseqüência... Albert Einstein

7 7 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Rede de sinalização SS Figura 2 Troca de sinalização SS Figura 3 - Comparativo modelo de referência OSI versus estrutura do SS Figura 4 Principais funções de camada da pilha SS Figura 5 Diagrama funcional da MTP Figura 6 Formato de mensagens SS Figura 7 Formatos de MSU Figura 8 Estabelecimento de uma conexão SS7 usando SCCP Figura 9 Estrutura de uma MSU/SCCP Figura 10 Estabelecimento de uma chamada - ISUP Figura 11 Pilha de protocolos SIGTRAN Figura 12 SS7 com a pilha do protocolo SIGTRAN Figura 13 Media Gateway (MG) Figura 14 Pilha de protocolo M2UA Figura 15 Visão lógica mostrando a associação de um link SS7 para um ASP Figura 16 Pilha de protocolo M3UA Figura 17 Pilha de protocolo IUA Figura 18 Associações entre os servidores de aplicação (ASs) e processos dos servidores de aplicação (ASPs) Figura 19 Estabelecimento de uma conexão na camada SUA Figura 20 Algoritmo de planejamento de uma rede de sinalização SS Figura 21 Fluxograma para a criação de uma tabela de roteamento da MTP Figura 22 Uma rede de sinalização SS7 com seis nós Figura 23 Gráfico de roteamento tendo o nó B como referência na rede de sinalização da Figura Figura 24 Modelo funcional SIGTRAN Figura 25 Arquitetura SIGTRAN Figura 26 SIGTRAN em redes móveis Figura 27 Esquema funcional da transmissão de sinalização de mensagens sobre IP, usando M3UA Figura 28 Fila de serviço de larga escala do SCTP... 71

8 8 Figura 29 - Média de atraso nos links de saída para mensagens de sinalização SIGTRAN sobre IP, conforme estudo de (Chukarin, Pershakov e Samouylov, 2007)... 73

9 9 LISTA DE QUADROS Quadro 1 - Serviços de usuário da rede de sinalização SS Quadro 2 - Significado mensagens de sinalização SS Quadro 3 - Classes de Mensagens suportadas pelo SIGTRAN Quadro 4 - Recursos para chamadas locais e nacionais (DDD) Quadro 5 - Tabela de roteamento de uma rede de sinalização... 61

10 10 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO FUNDAMENTOS DE TELEFONIA Sinalização telefônica SINALIZAÇÃO POR CANAL COMUM Nº. 7 (SS7) Rede de sinalização Distribuição de tráfego nas redes de sinalização Serviços Providos pela Sinalização nº Mensagens de sinalização Níveis e Camadas de uma Rede SS Nível 1 Nível físico Nível 2: enlace de dados Nível 3: rede Nível 4: user parts Signaling connection control part(sccp) Application Service Part (ASP) Transaction Capabilities Application Part (TCAP) ISDN User Part (ISUP) Broadband ISDN User Part (BISUP) SIGTRAN SIGNALING TRANSPORT Gateway de Sinalização (SG) Media Gateway (MG) Controlador de Media Gateway (MGC) Camadas e Protocolos Camada Adaptação do Usuário MTP2 (M2UA) Camada Adaptação do Usuário MTP3 (M3UA) Camada de Adaptação do Usuário ISDN (IUA) Camada Adaptação do Usuário SCCP (SUA) Gerenciamento de rede e roteamento de mensagens SCTP IMPLEMENTAÇÃO DE REDES SS7 & SIGTRAN Arquitetura de uma rede SS

11 Definindo a topologia e estrutura de uma rede SS Tabelas de roateamento Dimensionamento, rotas, links e matrizes de tráfego Arquitetura de uma rede SIGTRAN Esquema funcional do SCTP CONCLUSÃO REFERÊNCIAS... 79

12 12 RESUMO Atualmente, o protocolo de Sinalização Número 7 define toda a sinalização dos serviços telefônicos. Ele é o sistema de sinalização telefônica mais importante e poderoso do mundo, sendo seu propósito prover uma rede de sinalização de padrão internacional. Hoje em dia, a operação completa da rede telefônica baseia-se em SS7, e todos os novos serviços de transporte e processamento de dados são implementados através dele. Com a evolução das aplicações, o avanço das redes IPs e o surgimento das Redes Inteligentes, surgiu a necessidade de uma nova estrutura de sinalização, muito mais robusta e que suporta as crescentes necessidades de sinalização, e também, novas aplicações futuras. Essa estrutura de sinalização chama-se SIGTRAN - Signalling Transport. Neste trabalho é feita uma análise de cada um dos protocolos, mostrando os principais elementos que compõem cada um, seu funcionamento e características. Palavras-Chave: Sinalização. SIGTRAN. Redes.

13 13 ABSTRACT Nowadays, the Signaling System #7 protocol defines all the telephone signaling services. It s the most important and powerful signaling system in the world, whose purpose is to provide an international standard signaling network. Today, the complete operation of a telephone network is based on SS7, and all the new transport services and data processing are implemented through it. With the evolution of the application, the advancement of IP networks and the emergence of Intelligent Networks, came the necessity of a new signaling structure, which is much more robust and supports the growing need for signaling, as well as the new future applications. This signaling structure is called SIGTRAN - Signaling Transport. This paper is an analysis of each of the protocols, showing the main elements that compose each one, its functions and characteristics. Keywords: Signalling. SIGTRAN. Networks.

14 14 1 INTRODUÇÃO As redes de telecomunicações dependem da integração homem-máquina para poderem desempenhar todas as suas funções. Desta forma, foram desenvolvidos, ao longo dos anos, vários tipos de sinalizações: sinalizações utilizadas pelos usuários e sinalizações entre as centrais, sendo estas as que mais evoluíram. Sinalização telefônica é basicamente uma troca de informações de controle, supervisão e gerenciamento entre as centrais telefônicas e os demais componentes das redes de telecomunicações, como por exemplo, o Serviço de Caixa Postal. Em virtude da evolução tecnológica nas áreas da informática e das telecomunicações, tem ocorrido uma grande expansão de aplicações sobre as redes de telecomunicação e conseqüentemente a modernização dos sistemas de sinalização. Tal necessidade levou à especificação de um padrão internacional de sinalização, o qual visa prover uma moderna rede digital de controle e transporte de dados, conhecido como Sistema de Sinalização por Canal Comum nº 7 (SS7). O SS7 é um subsistema da rede de telecomunicações, o qual faz a comunicação entre os diversos elementos que compõem esta rede, definido nas normas de recomendação de organizações internacionais de normatização. A evolução tecnológica nos campos da informática e telecomunicações é muito rápida e isso causa uma verdadeira revolução nas aplicações telefônicas. Por um lado, há o avanço na tecnologia e na aplicação da computação em rede e do processamento distribuído. Do outro, tem-se a crescente utilização de sistemas computacionais (hardware e software) controlando todo tipo de funções nas centrais telefônicas, sejam elas de telefonia fixa ou celular. Somando-se a isso, temos o advento da digitalização dos sinais, bem como do áudio e da voz transportados através das centrais telefônicas. Esses fatores produzem cada vez mais possibilidades para as aplicações telefônicas, promovendo uma demanda por novas facilidades e serviços. São exemplos de serviços que exigem a modernização dos sistemas de sinalização: portabilidade numérica, caixa postal, conferência, chamada em espera, etc. Esses exemplos ilustram a importância e a versatilidade de um bom sistema de sinalização. Devemos ressaltar ainda que uma característica de um bom sistema de sinalização é que ele seja flexível e adaptável de forma a permitir o desenvolvimento de novas aplicações.

15 15 A evolução das aplicações, o avanço das redes Internet Protocol (IP s), o surgimento das Redes Inteligentes Intelligent Network (IN), levaram ao surgimento de uma nova estrutura de sinalização, muito mais poderosa, que suporte as crescentes necessidades para a sinalização e novas aplicações futuras. Com este objetivo, formou-se em 1999 um grupo de trabalho do Internet Engineering Task Force (IETF), o qual criou o Signaling Transport (SIGTRAN) Protocolo de telefonia IP para transportar sinalização SS7 sobre redes IP. Para muitos especialistas no assunto, o SS7 sobre IP é a convergência natural da rede de telecomunicações, pois há novas tecnologias e serviços sendo desenvolvidos. Comunicação sem fio (wireless), o sistema de telefonia VoIP (Voz sobre IP) são exemplos do uso do SIGTRAN. Do ponto de vista das operadoras, o SS7 sobre IP é usado na sinalização entre centrais telefônicas e demais elementos, permitindo dessa forma, a economia de grandes quantidades de meios de transmissão usados no SS7 padrão, o qual realiza comutação por circuitos. Os métodos para a elaboração deste trabalho são de estudo de caso e pesquisa exploratória, que envolve levantamento bibliográfico, publicações, artigos, jornal, revistas e entrevista com pessoas que se envolveram com a sinalização SS7 e SIGTRAN.

16 16 2 FUNDAMENTOS DE TELEFONIA Antes de detalhar a Sinalização por Canal Comum nº 7 e SIGTRAN, é importante introduzir e formalizar alguns conceitos fundamentais da telefonia e de sinalização telefônica. Telefonia é a comunicação de voz e sons à distância usando redes telefônicas, as quais podem ser fixas ou móveis. Podemos dizer que o princípio operacional da transmissão telefônica surgiu com a invenção do telefone em 1876, por Alexander Graham Bell. O telefone é o aparelho que permite estabelecer uma conexão ou chamada telefônica bidirecional entre um ou mais usuários,os quais são chamados de assinantes. Cada assinante é possuidor de um terminal telefônico ou terminal de assinante. Assim é necessário definir um meio de conexão entre eles, de forma que cada assinante possa estabelecer uma chamada telefônica com qualquer um dos demais assinantes. Uma maneira seria conectá-los diretamente. Porém isso é tecnicamente inviável, pois exigiria uma grande extensão de linhas, e a inserção de um novo assinante seria muito difícil, pois este deve ser ligado a todos os demais assinantes. Outro fator a ser observado é o financeiro, pois a maioria das telefônicas fica ociosa a maior parte do tempo, considerando que cada assinante geralmente faz ligações a intervalos aleatórios, para assinantes variados, e estabelece conexão com apenas um outro assinante por vez. Surge então a necessidade de um elemento que faça o controle de toda esta estrutura, o qual seja responsável por estabelecer, tarifar e gerenciar a conexão entre cada dois pontos que desejem se conectar. Este elemento é a central telefônica. A operação de estabelecimento de interligações entre assinantes é chamada de comutação. As centrais telefônicas também são chamadas centrais de comutação. No início, as centrais telefônicas eram manuais, uma telefonista fazia manualmente (fisicamente) a conexão dos assinantes. Depois evoluíram para centrais mecânicas, eletromecânicas, até chegarem à comutação digital. Chamamos de rede telefônica o conjunto de terminais de assinantes, centrais telefônicas e suas interconexões por meios de transmissão telefônica, dispostos de forma que cada

17 17 assinante possa se conectar a qualquer outro dentro da rede. Existem dois tipos de interconexão telefônica: a) o canal entre um assinante e a central telefônica que o serve, denominada linha de assinante ou simplesmente linha e; b) as conexões entre uma central telefônica e outra, que são denominadas troncos. A partir desta estrutura derivaram-se as duas principais áreas da engenharia de telecomunicações: a transmissão, a qual trata do transporte dos sinais nas interconexões, e a comutação, cuja tarefa básica é o estabelecimento de chamada entre os assinantes. Hoje em dia, estas áreas estão cada vez mais integradas. 2.1 Sinalização telefônica Dentro de uma rede telefônica, existem informações que precisam ser trocadas entre o assinante e a central, bem como entre as centrais. Tais informações são necessárias para que possa haver o estabelecimento de chamadas telefônicas, controle de tarifação, supervisão, gerenciamento de rede e gerência do sistema telefônico como um todo. Os protocolos utilizados para esta troca de informações são conhecidos como sistemas de sinalização telefônica. Ao longo dos anos, várias gerações de tecnologia foram criadas, aumentando a diversidade na área de padronização, com um grande número de variações locais. Atualmente, caminha-se para a padronização internacional. Os fatores que contribuem para essa padronização, pode-se dizer, são: o desejo das operadoras de telefonia poderem escolher entre vários fornecedores, a necessidade de reduzir o time-to-market e, por último, a cooperação que precisa haver entre vários setores de todas operadoras, como por exemplo, a interconexão. De um modo geral, a sinalização evoluiu se tornando uma comunicação entre os processadores dos elementos de rede que interagem. A sinalização entre o assinante e sua central é chamada de sinalização do assinante, e a que interliga as centrais é definida como sinalização intercentrais. Os primeiros sistemas de sinalização utilizados nas centrais automatizadas se valeram da codificação de informações simples em sinais (pulsos) elétricos, sinalização Ear&Mouth (E&M) e depois em combinações de tons audíveis,

18 18 sinalização Multi Freqüência Compelida (MFC). Ambas são transportadas pelo próprio canal de voz, isto é, pelo mesmo caminho da conversação. Sinalização do Assinante são os sinais que o assinante usa para informar à central a qual está conectado de sua intenção de iniciar ou finalizar uma ligação com outro assinante. Basicamente, compreende os sinais gerados pelo telefone, como fone fora do gancho, fone no gancho e os dígitos discados identificando o assinante desejado. Sinalização Acústica são os sinais audíveis emitidos da central para o assinante, referentes ao estado da conexão. Consiste na corrente de toque de chamada de telefone e tons de: discar, controle de chamada, ocupado e número inacessível. Sinalização intercentrais ocorre quando mais de uma central está envolvida no estabelecimento de uma chamada telefônica, sendo que estas precisam se comunicar, trocar informações. Existem algumas centenas de sistemas de sinalização intercentrais. A maioria deles é desenvolvida para uso nacional, porém, há uns poucos que foram aceitos e definidos pelo ITU-T como sistemas de sinalização padronizados. Muitos dos sistemas para sinalização intercentrais são baseados no princípio de Channel Associated Signaling (CAS) (Sinalização por Canal Associado), como, por exemplo, o sistema de sinalização N.º5, R1 e R2. Além da sinalização CAS, hoje em dia há um sistema mais moderno que é a sinalização baseada em comutação de circuito Common Channel Signaling (CCS) (Sinalização por Canal Comum). O sistema de sinalização número #7 pertence a essa categoria e é predominante. Canal Associado é a sinalização de linha que faz o controle do canal e de registro, a qual permite estabelecer o caminho da chamada na central. Está diretamente associado ao canal que transporta a informação, ou seja, a voz trafega pelos mesmos canais onde trafega a sinalização. A divisão da sinalização CAS em sinalização de linha e registradores gera funções distintas dentro da central. A sinalização de linha trata a troca de informação, mostrando o estado da linha dos troncos entre duas centrais, como por exemplo, linha tomada para comunicação, resposta em andamento, entre outros. Essa informação de rotina é usada da mesma maneira para todas as conexões.

19 19 Já a sinalização entre registradores trata da troca de informações de roteamento, como número de B, categoria de A, status de B, etc. Tais informações são únicas para cada chamada. Canal Comum: a sinalização de todos os canais trafega por um único canal específico, pré-determinado, dentre os disponíveis. Vários canais de informação se combinam com os de sinalização dentro de um meio de transmissão comum, para os quais, distintos sinais se codificam na transmissão e são decodificados na recepção, recuperando o sinal original. No sistema de sinalização por canal associado, a sinalização viaja junto com a voz enquanto que na sinalização por canal comum os sinais têm seu próprio caminho, constituindo assim uma rede de sinalização que transporta a informação entre as centrais. A sinalização por canal comum, cujo exemplo mais significativo é o Sistema de Sinalização número 7, apresenta muitas vantagens, como por exemplo, a possibilidade de compartilhar um dispositivo de sinalização comum com capacidade de atender milhares de chamadas, economizando-se em equipamentos. Desta forma permite transmitir muito mais informações e de maneira mais rápida do que com uma sinalização multifreqüêncial no mesmo canal de tráfego de voz, por exemplo. Além da velocidade com que os sinais são transmitidos e da maior quantidade de informação, a sinalização CCS apresenta uma outra vantagem. Como ela exige uma rede de sinalização separada, isso permite que a rede de sinalização seja acessada por outros usuários como a rede de telefonia pública comutada Public Switched Telephone Network (PSTN). Além da PSTN, existem outros usuários como a rede digital de serviços integrados e a rede pública de telefonia móvel.

20 20 3 SINALIZAÇÃO POR CANAL COMUM Nº. 7 (SS7) Sinalização por canal comum significa que as informações de sinalização possuem um trajeto próprio, distinto do das informações de usuário. A transportadora do sinal, nesse caso, é a própria rede (HELLMAN, 1997). A rede de sinalização tem a tarefa de transferir a informação de sinalização entre as diversas centrais que compõem o sistema telefônico. Pode-se dizer que as centrais são assinantes da rede de sinalização. Isso porque os processadores das centrais estão sempre se intercomunicando, enviando mensagens digitais de dados, ao passo que a função de sinalização pertence ao domínio de comunicação de dados. O canal comum pertence à rede de dados bem como os processadores. Várias são as vantagens que a sinalização por canal comum oferece além daquela relacionada à capacidade. O tempo total de sinalização para cada chamada telefônica é muito curto. Essa é a razão pela qual um único canal comum de sinalização pode tratar toda a sinalização entre duas centrais para aproximadamente duas mil janelas de tempo de voz, o que representa cerca de 60 enlaces (Pulce Code Modulation - PCM) (JESZENSKY, 2004). Outro fator importante é que a sinalização por canal comum suporta os serviços da PSTN, Integrated Services Digital Network (ISDN) e Public Land Mobile Network (PLMN), os quais tem uma gama extensa de sinais para n tarefas. Resumidamente, as características da sinalização por canal comum são: flexibilidade, confiabilidade, alta capacidade, alta velocidade e excelente relação custo-benefício. 3.1 Rede de sinalização Esta é uma idéia, um conceito que só é usado na sinalização por canal comum, pois é a única sinalização que tem sua própria rede para sinalizar entre as centrais do sistema telefônico. Como a capacidade de transmissão do SS7 é muito alta, nem todas as centrais da rede precisam estar interconectadas com enlaces de sinalização. Pode-se fazer roteamento da sinalização por outra central.

21 21 Uma rede de sinalização SS7, conforme pode ser vista na Figura 1, é composta por enlaces de sinalização e centrais, as quais são denominadas pontos de sinalização, (PS). Numa rede de sinalização, o tráfego consiste do fluxo de mensagens transportado entre os pontos de sinalização e os pontos de transferência de sinalização, (PTS). Figura 1 - Rede de sinalização SS7 Fonte: RUSSEL, O PS faz a comutação da voz, pois este nada mais é do que uma central telefônica O PTS atua na rede de sinalização como uma espécie de central de comutação, garantindo que as mensagens de sinalização cheguem ao destino correto, isto é, faz o roteamento da sinalização SS7 entre os SSPs e os SCPs, os quais formam a base de dados de assinantes. O PTS não interfere na mensagem de sinalização, ele apenas lê os endereços dos pontos de sinalização de origem e destino e encaminha as mensagens através da rede de sinalização.

22 22 Os PTS podem ser integrados ou stand-alone. Um PTS integrado além de encaminhar as mensagens através da rede de sinalização, pode ser também o transmissor e receptor de mensagens de sinalização, enquanto que o PTS stand-alone é apenas um nó na rede, transferindo as mensagens de sinalização entre os diversos pontos de sinalização. Sua maior vantagem é o processamento muito mais rápido das mensagens de sinalização, pois seu processador é dedicado a essa função. Cada ponto de sinalização pode originar e receber mensagens e se esse ponto de sinalização tiver a função PTS, poderá também transferir mensagens. Os modos de sinalização são definidos de acordo com o caminho seguido por uma relação de sinalização (PS/PS) e pelo caminho seguido pelas mensagens de sinalização referentes à relação de sinalização (SANTOS, 2000). Os modos de sinalização são o associado, não associado e o quase associado. No inicio, quando as operadoras começaram a usar a Sinalização Nº. 7, os três modos eram usados. Entretanto nos dias de hoje é usado somente o modo associado, no qual um canal de um E1 é atribuído para trocar as mensagens de sinalização entre dois pontos de sinalização. 3.2 Distribuição de tráfego nas redes de sinalização O roteamento das mensagens entre um PS ou PTS não é feito de maneira aleatória, mas conforme indicado pelo endereço de seus pontos de sinalização em direção ao grupo de enlaces de sinalização conectados ao nó receptor correto. Essa escolha do enlace de sinalização é feita de maneira programada com o intuito de distribuir a carga entre os enlaces, evitando, dessa forma, sobrecargas de um determinado enlace. Devido à elevada capacidade de transmissão, é possível concentrar todo o tráfego em cima de poucos enlaces, uma vez que as centrais necessitam apenas de um enlace para se comunicar. Entretanto, por razões de confiabilidade, isso não é feito na prática, pois se esse enlace for interrompido, a central a qual ele conecta ficaria isolada. As operadoras costumam implementar pelo menos dois enlaces separados, ligados preferencialmente a dois PTS diferentes. Outra questão a ser observada na distribuição do tráfego é a hierarquia na rede de sinalização. Em teoria, temos n estruturas diferentes de rede que podem atender

23 23 aos requisitos de sinalização entre os pontos de sinalização conectados. Os modelos usados são: malha e estrela. No modelo malha todos os pontos de sinalização tem função de PTS, enquanto no modelo estrela há poucos pontos de sinalização fazendo a função de PTS para a sinalização do tráfego entre os conjuntos de pontos de sinalização conectados. Na prática é usada uma combinação dos dois modelos. Normalmente, a rede de sinalização é divida em três áreas de sinalização as quais são servidas por um par de PTS. Assim a sinalização destinada a centrais em outras áreas de sinalização é transportada por uma rede de sinalização hierárquica composta de três níveis de PTS: PTS nacional, PTS regional e pontos terminais de sinalização, PS. 3.3 Serviços Providos pela Sinalização nº 7 De acordo com Hellmann (1997) e Russel (2006) a rede SS7 é uma rede de comutação de pacotes não orientada a conexões, o que significa que todos os pacotes (datagramas) são individuais, uma vez que independem de outros pacotes. A rede SS7 transporta pacotes com mensagens de sinalização, denominados unidades de sinais de mensagens MSU (Message Signaling Units), entre processadores da rede de telecomunicações. Os protocolos para comunicação dos processadores são chamados user parts (UP) e application parts (AP). Um nó na rede de sinalização é chamado de ponto de transferência de sinalização, o qual processa o tráfego de pacotes na PSTN, na rede digital de serviços integrados de faixa estreita (Narrowband Integrated Services Digital Network N- ISDN), na rede pública de serviços móveis (Public Land Mobile Network PLMN) e nas redes privativas virtuais (Virtual Private Networks VPN), além de direcionar o tráfego de e para os nós da rede inteligente (Intelligent Network IN), notadamente nos pontos de controle de serviço (Service Control Points SCP). O quadro 1 mostra os serviços de usuário da rede de sinalização SS7.

24 24 Quadro 1 - Serviços de usuário da rede de sinalização SS7 User part / Aplication Part Aplicação Telephony user part TUP Sinalização na PSTN ISDN user part ISUP Sinalização na N-ISDN e na PSTN Mobile application part Sinalização e comunicação com base de MPART dados na PLMN Transaction cababilities part TCAP Suporte para comunicação com bases de dados da IN e para sinalização na PLMN Intelligent network application Comunicação com base de dados da IN part INAP Operation and maintenance Comunicação nas redes de gerenciamento application part OMAP Fonte: JESZENSKY, As informações de usuários como o estabelecimento e liberação de conexões de voz e de dados são tratadas pela User part e application parts, assim como os serviços suplementares, isto é, os serviços IN. Os enlaces mais usados em uma rede SS7 são de 64kbits/s na rede de transporte. Algumas centrais mais novas já possuem enlaces de 2Mbits/s devido ao aumento de comunicação entre os processadores, velocidade e capacidade aumentada destes e também porque os UPs e APs exigem que todas as mensagens sejam transmitidas de maneira segura, isto é, nenhuma mensagem pode ser perdida ou duplicada. Na rede SS7 qualquer mensagem com erro é corrigida antes de ser repassada e há também uma ordem de entrega das mensagens ao destinatário Mensagens de sinalização É o pacote com as mensagens trocadas entre duas ou mais centrais, permitindo o estabelecimento de uma chamada. A Figura 2 mostra um exemplo de troca de sinalização entre duas centrais.

25 25 Figura 2 Troca de sinalização SS7 Fonte: SILVA, O quadro 2, abaixo, lista o significado das mensagens de sinalização SS7, usadas no exemplo acima. Quadro 2 - Significado mensagens de sinalização SS7 MENSAGEM SIGNIFICADO CONTEÚDO IAI Mensagem inicial de endereçamento com informações adicionais Número de A,Número de B e Categoria do assinante A ACM Mensagem de endereçamento completo Informação do estado de B ANC Mensagem de atendimento Com tarifação ANN Mensagem de atendimento Sem tarifação CLF Mensagem de desligar Pra frente CBK Mensagem de desligar Pra trás RLG Mensagem de confirmação de desconexão Fonte: SILVA,1997.

26 Níveis e Camadas de uma Rede SS7 Para os protocolos SS7, utiliza-se o termo nível para designar o que é chamado de camada na terminologia Open Systems Interconnection (OSI). De uma maneira geral, as camadas 1 a 3 do modelo OSI correspondem aos níveis MTP 1 a 3, incluindo o SCCP e a. MTP que é a sigla de Message Transfer Part e SCCP indica Signaling Connection Control Part. As camadas 4 a 7 do modelo OSI correspondem aos Ups e APs. A Figura 3 ilustra o comparativo entre os dois modelos.(jeszensky, 2004) Figura 3 - Comparativo modelo de referência OSI versus estrutura do SS7 Fonte:RUSSEL, 2006 As camadas 1,2 e 3 do modelo OSI, são chamadas de Network Service Part (NSP) e as camadas 4,5,6 e 7 correspondem ao nível 4 na estrutura do SS Nível 1 Nível físico Nível do enlace de dados de sinalização define os requisitos a serem obedecidos pelo circuito físico, em geral um enlace PCM de 64 kbits em modo full duplex Nível 2: enlace de dados Executa as funções de enlace de sinalização, permitindo estabelecer, manter e desconectar conexões de enlaces de dados na rede. Permite a transferência

27 27 confiável de mensagens sobre um circuito físico, fazendo a separação de mensagens, detecção e correção de erros Nível 3: rede Essa camada executa as funções de manuseio da mensagem da sinalização, ou seja, faz a separação, distribuição e roteamento.informa às camadas superiores sobre notificação de erro, controle de fluxo, qualidade da transmissão e outras informações importantes para permitir o gerenciamento de rede. Todas estas funções são feitas pelo Signaling Connection Control Part (SCCP), cujo funcionamento será detalhado mais adiante Nível 4: user parts Este nível consiste de diferentes protocolos chamados de user parts e application parts. UPs e APs, os quais, respectivamente, manuseiam os protocolos de comunicação dos usuários conectados, pois o SS7 permite que vários usuários enviem sinais na mesma rede de sinalização. Figura 4 Principais funções de camada da pilha SS7 Fonte: JESZENSKY, 2004

28 Network Services Part (NSP) O NSP corresponde às três primeiras camadas do modelo de referência OSI (física,enlace e rede). É formado pela Message Transfer Part (MTP) e pelo Signaling Connection Control Part (SCCP). A Figura 4 mostra como está relacionado a MTP e o SCCP dentro da estrutura do SS7. A MTP consiste dos níveis 1 a 3 do protocolo SS7, os quais são chamados sinalização de enlace de dados, sinalização de rede, e funções de sinalização de rede. A principal função da MTP é garantir uma transferência confiável, entregando as mensagens de sinalização em toda a rede. A Figura 5 mostra o diagrama funcional da MTP. Possui a capacidade de reagir e tomar as medidas necessárias em resposta às falhas que por ventura venham ocorrer na rede com o objetivo de sempre manter uma confiável transferência das mensagens de sinalização. Figura 5 Diagrama funcional da MTP Fonte: Modaressi e Ronald,1990 As funções do enlace de sinalização gerem o tráfego no enlace de sinalização assegurando a transferência confiável de mensagens no enlace. Tais mensagens são chamadas Message Signal Units ( MSU). No enlace de sinalização não são enviadas somente as mensagens úteis de sinalização as MSUs, mas também as mensagens do tipo Fill-In Signal Units (FISU), cuja, a principal função é de manter o sincronismo da rede de sinalização. Também há um terceiro tipo de mensagem, Link Status Signal Unit (LSSU). Esta mensagem é trocada logo após um link ter entrado em operação em seqüência a uma falha qualquer ou ainda para a transmissão de informação de controle. A Figura 6 mostra que uma mensagem é divida em campos, os quais servem como um pacote para facilitar uma transmissão livre de erros.

29 29 Figura 6 Formato de mensagens SS7 Fonte: JESZENSKY 2004 As funções de enlace sinalização (funções da camada 2) estão representadas pelos campos escuros da Figura 7. Abaixo, aparecem listadas as funções dos campos da camada 2. Flag (F) indica o início e o fim da mensagem. O flag de abertura usualmente serve como flag de fechamento da mensagem anterior. (Padrão de bits do flag = ) Corr: error correction, inicia a retransmissão pelo lado transmissor quando um erro de transmissão foi detectado pelo lado receptor. Lengh Indicator (LI), indica o número de octetos que vêm após o campo LI e até o campo CK, assim indicando qual dos três tipos básicos de mensagem está sendo transmitido. O LI consiste em um valor binário entre 0 e 63; 63 indica 63 octetos ou mais. LI = 0: FISU LI = 1 ou 2: LSSU LI > 2: MSU Service information octet (SIO), que é encontrado apenas nas MSUs, é dividido em duas partes: o service indicator (SI) e o subservice Field (SSF). O SSF é composto por quarto bits,sendo os dois mais significativos denominados network indicators NI. O SSF indica a rede envolvida, mostrando, por exemplo, se um TUP pertence à rede nacional ou internacional. O SI indica o tipo de usuário, como, por exemplo, TUP.

30 30 CK: checksum, é usado para detectar erros de bit durante a transmissão. SF: status field, é uma mensagem LSSU, indica o estado que um enlace de sinalização assume após uma mudança, como, por exemplo, de enlace com falha para enlace em teste. Um SF é composto por 1 ou 2 octetctos. (JESZENSKY, 2004) As funções de sinalização de rede são importantes para que possa ser feito o roteamento das mensagens para o ponto de sinalização e usuário corretos na rede. Conforme Jeszensky (2004), as funções de sinalização distribuem-se em duas categorias: manuseio de mensagens de sinalização e gerenciamento da rede de sinalização. Manuseio de mensagens de sinalização significa assegurar que os dados de usuário das MSUs recebidas cheguem ao usuário correto (UP ou AP, via SCCP) em um ponto de sinalização terminal ou encaminhada ao próximo ponto de sinalização. Este roteamento é feito de acordo com as instruções do gerenciamento da rede de sinalização. Assim, o manuseio de mensagens de sinalização significa que uma MSU é distribuída, discriminada e roteada para um enlace de sinalização o qual faz parte de um conjunto de enlaces de sinalização. A seleção do conjunto de enlaces de sinalização baseia-se no código do ponto de destino da MSU, isto é, o Destination Point Code (DPC) (JESZENSKY, 2004). O gerenciamento da rede de sinalização faz uma contínua supervisão da rede, para detectar erros, falhas em links ou qualquer situação anormal. Para tanto podese fazer uso de funções de controle manual ou automáticas, garantindo um perfeito uso dos recursos de sinalização. Desta forma, se uma rede apresenta um desempenho afetado por algum ponto de sinalização ou enlace com falha, o tráfego de sinalização pode ser re-roteado para rotas alternativas. E se o re-roteamento não for possível o tráfego de mensagens de sinalização deve ser interrompido ou limitado na fonte. Há três formatos de MSUs, cada uma com seu conteúdo específico, conforme Figura 7: (JESZENSKY, 2004): a) MSUs com informação de sinalização de e para usuários, como, por exemplo, TUPs; b) MSUs com informação de sinalização para o gerenciamento da rede de sinalização, Signaling Network Management (SNM);

31 31 c) MSUs com informação de sinalização para o teste e manutenção da rede de sinalização, Signaling Network Testing (SNT). Figura 7 Formatos de MSU Fonte: JESZENSKY, 2004 Signaling Information Field (SIF) contém um rótulo, um cabeçalho (UP ou AP) e dados. O SIF, que é encontrado somente nas MSUs, é transmitido para o usuário (UP ou AP) nas camadas 4-7. O SIF na MSU-SNM ou MSU-SNT é enviado ao gerenciamento da rede de sinalização na camada 3. Numa rede de sinalização, o rótulo é a parte mais importante porque contém informações do número do assinante originador (número de A), assinante destinatário (número de B). Destination Point Code (DPC) identifica o destino, isto é, o nó da rede de sinalização para o qual a mensagem é endereçada. Essa é uma informação chave para o roteamento. Originating Point Code (OPC) identifica o transmissor, isto é, o nó da rede de sinalização do qual a mensagem é enviada. Circuit Identification Code (CIC) informa a seleção do enlace de sinalização, Signaling Link Selection (SLS). Signaling Link Code (SLC) é o número do enlace de sinalização ao qual uma MSU-SNM ou uma MSU-SNT está relacionada. H0,H1: esses dois cabeçalhos juntos formam os códigos que indicam o tipo de informação no SIF, tal como uma mensagem de endereço inicial, Initial Address Message (IAM).

32 32 Data: a informação transportada no SIF pode ter até 256 octetos. Essa informação destina-se a usuários, gerenciamento ou teste. (JESZENSKY, 2004) Signaling connection control part(sccp) A função SCCP realiza as seguintes principais tarefas de acordo com Jeszensky (2004). São elas: a) controle SCCP orientado à conexão; b) controle SCCP não orientado à conexão; c) roteamento SCCP; d) gerenciamento de rede SCCP. As três primeiras funções podem ser adicionadas à funcionalidade MTP. Quando isso é feito gera um poderoso manuseio de mensagem de sinalização na rede SS7, o qual pode ser feito de maneira independente da parte do trafego. Os encaminhamentos do SCPP e MTP são diferentes. Quando a TUP envia mensagens, por exemplo, uma chamada telefônica, usa pra tal o encaminhamento MTP. Desta forma, todas as mensagens seguirão pelo mesmo caminho, passando por todas as centrais de comutação entre central de origem e de destino. Porém se a central de destino solicitar a identidade do assinante originador, será enviada uma mensagem pedindo tal informação, a qual chegará a central de origem. Este caminho percorrido por essa mensagem pode não ser o mesmo das outras mensagens, pois a informação solicitada encontra-se na central de origem. Em uma rede SS7 com PTS interligando as centrais, a mensagem com o número do assinante originador pode pegar um atalho, através de um PTS. O atalho acima citado é uma forma de encaminhamento que o SCCP oferece aos usuários. Essa possibilidade de encaminhamento é feita somente através da rede de sinalização. Assim uma rede de sinalização é criada distintamente da rede de comutação. O SCCP tem uma importante função de roteamento que é a de determinar o DPC. Na aplicação SCCP, os valores de DPC compreendem todos os valores dos nós de inteligência da rede, como por exemplo, SCP, HLR, entre outros.

33 33 Por exemplo, podem-se combinar aplicações PLMN e IN. O destino completo consistirá numa plataforma e numa aplicação de rede específicas. Para aplicação de rede, o SCCP tem um número de subsistema, Subsystem Number ( SSN), o qual, para o HLR, é 6 ou o octeto A aplicação de rede pode ser representada por uma UP ou AP (MAP, OMAP, TUP, ISUP) ou por uma função (HLR, VLR, MSC, EIR, AUC). (JESZENSKY, 2004) O SCCP consegue determinar um DPC, usando um título global, Global Title GT, como informação de entrada, o qual pode ser um número discado na PSTN, ISDN, ou o número de um assinante móvel em roaming. O SCCP tem toda a informação de roteamento e de rede para analisar um título global e traduzi-lo em um ponteiro que fornece um valor de DPC para toda ou parte da conexão de sinalização a ser estabelecida. (JESZENSKY, 2004) A Figura 8 mostra o estabelecimento de uma conexão SS7 por meio do SCCP e a Figura 9 apresenta a estrutura da MSU/SCP. Figura 8 Estabelecimento de uma conexão SS7 usando SCCP Fonte: JESZENSKY, 2004

34 34 Figura 9 Estrutura de uma MSU/SCCP Fonte: JESZENSKY, Application Service Part (ASP) O ASP consiste das camadas acima do SCCP e abaixo da TCAP. Provê as funções das camadas 4 a 6 do modelo de referência OSI. Estas funções, atualmente, não são mais implementadas nas redes SS7. Entretanto o ITU-T e a ANSI referem-se a estas funções como viáveis. A falta de serviços com conexão orientada nas redes de hoje explica o motivo do ASP não ser mais implementado. Entretanto à medida que as redes amadurecem e novas tecnologias surgem, os serviços com conexão orientada se tornarão uma realidade para certas aplicações. Isto certamente forçará a necessidade das funções das camadas intermediárias Transaction Capabilities Application Part (TCAP) A TCAP prove funções e protocolos para uma vasta variedade de aplicações distribuídas em centrais. Representa as camadas 4 a 7 do modelo de referência OSI

35 35 e é composta pelo subsistema de serviços intermediários ISP e pelo subsistema de aplicação de capacitação de transação (TCAP) ISDN User Part (ISUP) É um subsistema usado em redes telefônicas, o qual substituiu o subsistema TUP. O ISUP tem todas as funções executadas pelo subsistema TUP. A função básica da ISDN no sistema SS7 é controlar a configuração, conexão e desligamento dos circuitos comutados de rede entre o assinante e a central, incluindo voz, serviços de dados e serviços suplementares. As mensagens ISUP têm parâmetros mandatórios e outros opcionais, os quais são incluídos quando necessário. O número de parâmetros opcionais e mensagens que podem ser incluídas são muito maiores que em TUP. Isso dá as mensagens ISUPs muito mais flexibilidade, permitindo acomodar os requerimentos da sinalização ISDN. A Figura 10 mostra o estabelecimento de uma chamada ISUP. O rótulo usado pela ISUP é mesmo que foi apresentado no MTP. Tem-se DPC 14 bits, OPC 14 bits e SLS 4bits. O próximo campo tem o código de identificação de circuito CIC 12 bits. Em seguida vem o campo titulo de mensagem 8 bits, o qual contém a mensagem que será transmitida.(russel, 2006) Figura 10 Estabelecimento de uma chamada - ISUP Fonte: HARTE, Broadband ISDN User Part (BISUP) Para suportar a banda larga ISDN e a arquitetura ATM, o protocolo ISUO foi modificado. A nova versão de ISUP prevê parâmetros e mensagens adicionais, os

36 36 quais suportam as redes de banda larga. O endereçamento neste protocolo de rede é muito diferente do padrão telefônico, impondo mudança para estabelecer conexões destas novas facilidades. A mais importante diferença entre o ISUP e o BISUP está nos procedimentos de atribuição de circuitos e nos tipos de circuito suportado. Os circuitos ATM e BISUP são circuitos virtuais ao invés de circuitos físicos. As redes de banda larga também suportam também suportam alocação de largura de banda dinâmica por chamada. Agora quando uma chamada de dados é estabelecida, a largura de banda disponível para esta chamada é negociada entre as centrais de origem e de destino. (RUSSEL, 2006)

37 37 4 SIGTRAN SIGNALING TRANSPORT A evolução das aplicações, o avanço das redes IPs, o surgimento das Redes Inteligentes (Redes IN Intelligent Network) levaram ao surgimento de uma nova estrutura de sinalização, muito mais poderosa, que suporte as crescentes necessidades para a sinalização e novas aplicações futuras. Tornou-se uma necessidade primordial transportar a ISDN e a TCAP sobre redes TCP/IP. Assim com este objetivo formou-se em 1999 um grupo de trabalho o Internet Engineering Task Force (IETF), que criou o Signaling Transport (SIGTRAN) Protocolo de telefonia IP para transportar sinalização SS7 sobre IP. O IETF começou a trabalhar em um substituto para a MTP, que funciona bem em um ambiente com multiplexação por divisão de tempo, mas não é adequado para redes TCP / IP. A principal diferença entre a MTP e o SIGTRAN reside nos procedimentos e gerenciamento de conexão. Além disso, o protocolo SIGTRAN fornece um nível adicional de segurança não encontrado no transporte IP existente. A Figura 11 mostra a pilha de protocolos SIGTRAN. Figura 11 Pilha de protocolos SIGTRAN Fonte: HARTE et al, 2003 As operadoras de redes fixas e móveis cada vez mais adotam arquiteturas all-

38 38 IP. Com esta adoção, emerge a necessidade de inter-operação das redes que utilizam sinalização SS7 para o estabelecimento de chamadas, ou seja, as redes IPs precisam funcionar como uma rede de comutação de circuitos, transportando mensagens de sinalização entre elementos de rede como o Signaling Gateways(SG) e a Media Gateway Controller (MGC) sem perdas e com atraso mínimo. De uma maneira resumida, o principal objetivo é permitir o transporte de mensagens de sinalização com a rede SS7, considerando todos os requisitos funcionais e de desempenho das redes de comutação de circuitos. Em redes VoIP, o SIGTRAN faz a interface entre a PSTN através do signaling gateway e Media Gateway Controller (MGC). O signaling gateway converte as mensagens ISUP e cria as mensagens equivalentes usadas na rede VoIP, as chamadas mensagens SIP, Session Initiation Protocol (SIP). No Subsistema de Multimídia IP (IP Multimedia Subsystem IMS), o SIGTRAN desempenha um papel como interface para a rede PSTN, da mesma forma como tem sido implementado para VoIP. Na verdade os elementos de uma rede VoIP são usados para converter voz em pacotes, fazendo uma interface entre o mundo IP e a PSTN O ITU-T impõe especificações de segurança e qualidade de serviço nos sistemas de sinalização. Os blocos de funcionalidades equivalentes nas redes IP Transmission Control Protocol( TCP) e User Datagram Protocol (UDP) não atendiam tais especificações, por isso novos blocos foram criados. Segundo Russell (2006), o TCP tem limitações na segurança, pois é vulnerável a fraude e mecanismos de seqüenciamento de pacotes empregados em alto tráfego. O TCP possui um mecanismo de transferência confiável de dados, mas este é inviável para aplicações em tempo real. Desta necessidade, surgiram os novos blocos funcionais, os quais foram chamados de SIGTRAN. São eles, Streaming Control Transmission Protocol SCTP, IP Signaling Point ( IPSP) e os Protocolos xua, xpa. A arquitetura SIGTRAN define um conjunto de protocolos que visam adaptar as mensagens nativas do SS7, como por exemplo, MTP2, MTP3, SCCP, entre outras, adequando estas mensagens para as características de tráfego na rede de pacotes IP. A proposta do SIGTRAN prevê o encapsulamento destas mensagens adaptadas no protocolo SCTP que, por sua vez, será encapsulado em um datagrama IP.

39 39 Olhando a Figura 12, vemos que o SIGTRAN é usado no lugar das camadas MTP, quando o transporte físico é IP. Deve-se notar aqui que nem todos os protocolos SIGTRAN são usados. O uso de qualquer um dos protocolos SIGTRAN depende dos serviços prestados no transporte IP. Quando se conecta uma MGC e gateway de sinalização com o domínio SS7, a MTP2 é substituída pela M2UA. O protocolo M2UA fornece os serviços encontrados na MTP2 os quais seriam executados por um PTS na rede SS7. Entretanto, quando se conecta um Home Location Register(HLR) usando uma interface IP, M2UA não é usado e nem é necessário. Neste caso, são usados a M3UA e SUA junto com o Stream Control Transmission Protocol( SCTP) no lugar da MTP3 e do Signaling Connection Control Part ( SCCP). Figura 12 SS7 com a pilha do protocolo SIGTRAN Fonte: RUSSEL, 2006

40 40 Esta é também a razão pela qual vemos algumas mensagens replicadas entre os protocolos. Embora pareçam ser as mesmas, há na maioria dos casos sutis diferenças entre os conjuntos de parâmetros que compõem qualquer mensagem dentro dos protocolos SIGTRAN. É por isso que estas mensagens, ainda que fiquem com o mesmo nome, são definidas em cada seção do protocolo. A Quadro 3 mostra todas as classes de mensagens que são suportadas dentro do SIGTRAN e quais os protocolos SIGTRAN que usam cada classe dessas mensagens. Em toda a documentação SIGTRAN, a associação do termo é usado para se referir a uma conexão lógica entre duas entidades. Uma associação é uma conexão lógica entre duas entidades no domínio IP. Em cada associação, pode haver muitas filas. As filas podem ser consideradas os diálogos reais entre as duas entidades. Tanto a associação e as filas são identificadas para cada mensagem enviada. Quadro 3 - Classes de Mensagens suportadas pelo SIGTRAN Classe de Mensagem Descrição IUA M2UA M3UA SUA 0 Gerenciamento de mensagens (MGMT) X X X X 1 Mensagens de transferências X 2 Mensagens para gerenciar a rede de sinalização SS7 (SSNM) X X 3 Mensagens para gerenciar os estados do ASP (ASPSM) X X X X 4 Mensagens para gerenciar o tráfego nos ASP (ASPTM) X X X X 5 Q.921/Q.931 Boundary Primitives Transport (QPTM) X 6 Mensagens da MTP2 User Adaptation (MAUP) X 7 Mensagens não-orientada à conexão X 8 Mensagens orientada à conexão X

41 41 Mensagens de gerenciamento do 9 roteamento principal (RKM) Mensagens de gerenciamento do 10 identificador de interface (IIM) 11 a 127 Reservado IETF 128 a 255 Reservado IETF Fonte: RUSSEL, 2006 X X O SIGTRAN também faz referência a outra duas entidades, o gateway de sinalização e o servidor de aplicativos. O gateway de sinalização funciona como um link terminal o qual encerra o circuito SS7 e todo o tráfego baseado em circuitos com destino a rede IP. Evidentemente, o SG também funciona no sentido inverso, ou seja, permite o encaminhamento do domínio IP para a rede SS7. Um servidor de aplicativos pode ser qualquer entidade física incluindo um HLR baseado em IP ou uma MGC. Cada servidor de aplicação tem um ou mais processos de aplicação que tratam o tráfego proveniente do gateway de sinalização. As mensagens no SIGTRAN começam com um cabeçalho comum, seguido da mensagem real. Cada mensagem tem também seu próprio cabeçalho, composto por uma tag (com um identificador único para a mensagem), o comprimento (em octetos) de toda a mensagem, e o valor de mensagem que consistem de um ou mais parâmetros. Esses parâmetros também começam com uma tag e seu comprimento é seguido pelo valor real do parâmetro. Isto é conhecido como o tag, comprimento e formato de valor (TLV). (RUSSEL, 2006) 4. 1 Gateway de Sinalização (SG) O gateway de sinalização (SG) é usado como uma interface de um sistema de controle de sinalização (por exemplo, como SS7) e um dispositivo de rede (por exemplo, um ponto de transferência, banco de dados, ou outro tipo de sistema de sinalização). O gateway de sinalização pode converter formatos de mensagem, traduzir endereços e permite, também, que diferentes tipos de protocolos de sinalização possam interagir.

42 Media Gateway (MG) A media gateway (MG) faz a interface da PSTN com os sistemas de comunicação multimídia de dados, como os protocolos SIP e MGCP, ou seja, ela é responsável por fazer a interface dos diferentes tipos de formatos de mídia entre as redes pública e de dados. A Figura 13 mostra a estrutura funcional de uma media gateway. Este diagrama mostra que este gateway é uma interface entre uma conexão de rede pública telefônica (analógica) com uma rede de pacotes de dados. O funcionamento global do gateway de voz é controlado por um controlador de media gateway (MGC.) A MGC recebe e insere mensagens de controle e de sinalização na entrada (linha telefônica) e na saída (porta de dados). A MGC pode, ainda, utilizar canais de comunicação separados (out-of-band) para gerenciar a conexão-desconexão de chamada. Figura 13 Media Gateway (MG) Fonte: HARTE et al, 2003

43 43 Os sinais da rede telefônica pública passam através do cartão de linha que adapta as informações para uso dentro da media gateway. O cartão de linha separa (extrai) e combina (insere) sinais de controle da linha no sinal de áudio de entrada. Como o sinal de áudio tem formato analógico (outra opção poderia ser uma conexão de uma linha digital ISDN), a media gateway converte o sinal de áudio para o formato digital usando um conversor analógico-digital. O sinal de áudio digital passa por uma compressão de dados (codificação de fala), dispositivo que reduz a taxa de dados, permitindo assim, uma comunicação mais eficiente. A Figura 13 também mostra que existem várias opções de codificador de voz que podem ser selecionadas. A seleção do codificador de voz é negociada na configuração de chamada com base nas preferências e capacidade de comunicação das medias gateway de origem e de destino. Após o sinal de voz ser comprimido, o sinal digital é formatado pelo protocolo usado para comunicação de dados (IP packet). A Figura 13 mostra ainda, que a seção de processamento de chamadas da media gateway não faz parte do gateway. É um controlador separado que comanda a porta de entrada para inserir mensagens no fluxo de mídia, ou também, pode se comunicar com o outro gateway por meio do controlador de media gateway (MGC). (HARTE, 2003) 4. 3 Controlador de Media Gateway (MGC) O controlador da media gateway faz processamento de chamadas vindas da PSTN, o qual atua como um sistema que gerencia as chamadas. A MGC controla o gateway de sinalização e a media gateway (MG). Os protocolos entre a MGC e MG incluem o protocolo de controle da media gateway (MGCP), o protocolo IETF/ITU Media Gateway Control (MEGACO)/H.248 e o protocolo H.323 do ITU. A MGC atua como um agente de chamada coordenando as sessões entre dispositivos. A sinalização entre as MGCs (agentes) podem usar os protocolos SIP ou H.323. (HARTE, 2003) 4. 4 Camadas e Protocolos As camadas de adaptação de usuário são nomeadas de acordo com os serviços que estas estão substituindo. As camadas adaptadas pelo SIGTRAN servem aos propósitos de transportar os protocolos de sinalização de camadas

44 44 superiores sobre uma rede confiável baseada em transporte IP, prover a mesma classe de serviço oferecida pela rede SS7, como, por exemplo, o M3UA deve parecer e se comportar como o MTP3, para seus usuários, em termos de serviços e de forma transparente. Ou seja, o usuário do serviço não deve perceber, no comportamento do seu serviço, se houve alguma substituição de algum protocolo original Camada Adaptação do Usuário MTP2 (M2UA) A pilha de protocolo M2UA, a qual mostrada na Figura 14, é usada como uma interface entre a MGC e com o gateway de sinalização utilizando os serviços de SCTP e M2UA. É importante, notar que quando há ligação entre dois PTSs usando IP,a M2UA não é usada. Esta é substituída pelo usuário MTP2 Peer-to-Peer protocolo (M2PA). M2UA é definida na RFC (RUSSEL, 2006) A M2UA é responsável pelo roteamento das mensagens. Uma das tarefas mais importantes da M2UA é manter o mapeamento entre as associações SCTP e interfaces físicas ou portas do domínio SS7. Como os links SS7 terminam no gateway de sinalização, as mensagens, entrante da rede SS7, são mapeadas pela M2UA para associações SCTP e streams apropriados. Isto é feito através do uso de um identificador de interface. Figura 14 Pilha de protocolo M2UA Fonte: HARTE et al, 2003

45 45 O identificador de interface (IID) é atribuído quando um processo de servidor de aplicativos (ASP) envia a parte do usuário (UP) uma mensagem para o gateway de sinalização, o que significa que este está agora ativo, e é capaz de iniciar o processamento de tráfego para o seu servidor de aplicativo associado (AS). Como o estado de um ASP pode ser dinâmico, o gateway de sinalização também é responsável por manter o estado de cada um dos ASPs registrados e gerenciar o fluxo de tráfego com base nesses estados. A Figura 15 descreve a associação de um link SS7 para um ASP. Figura 15 Visão lógica mostrando a associação de um link SS7 para um ASP Fonte: RUSSEL, 2006 O gerenciamento do tráfego é outra função da M2UA.Esta faz a gestão do tráfego entre a rede SS7 e a MGC ou ASP. Isso significa gerir o tráfego entre a interface SS7 e os fluxos de dados do SCTP. Para fazer isso,a M2UA precisa conhecer o estado de todos os ASPs e MGCs, e também ser capaz de gerenciar o tráfego que flui para essas entidades. Por exemplo, se o gateway de sinalização mostra dois ASPs disponíveis, e o modo de tipo de tráfego é ativo manual, então M2UA é responsável por determinar qual ASP será o ativo e qual ficará em standby. Não existe nenhuma função que informe o ASP sobre qual é o ativo ou standby, simplesmente, a M2UA determina qual ASP irá rotear o tráfego. (RUSSEL, 2006) A M2UA também pode gerenciar o controle de fluxo entre os domínios IP e SS7. Existem dispositivos para permitir que a M2UA receba o status de congestionamento IP do SCTP e use esta informação para informar as entidades dentro do domínio SS7, e assim,invocar o controle de fluxo na nos links

46 46 SS7.Entretanto isso, ainda está em fase de especificação e ainda não foi definido em RFC. (RUSSEL, 2006) Apenas cinco classes de mensagens são usadas pela M2UA, as quais são Mensagens da MTP2 User Adaptation (MAUP), Mensagens para gerenciar os estados do ASP (ASPSM),Mensagens para gerenciar o tráfego nos ASP (ASPTM), Gerenciamento de mensagens (MGMT) e Mensagens de gerenciamento do identificador de interface (IIM). Cada mensagem possui um cabeçalho identificando a classe e o tipo da mensagem, seguido do conteúdo específico da mensagem Camada Adaptação do Usuário MTP3 (M3UA) A camada Adaptação do Usuário MTP3 (M3UA) (RFC-3332) é usada entre o gateway de sinalização e a MGC ou quando se deseja conectar um gateway de sinalização com um servidor de aplicativos baseado em IP dentro do domínio IP. É utilizada para o transporte de ISUP, SCCP ou TUP. A pilha de protocolo M3UA, a qual é mostrada na Figura 16, fornece o mesmo conjunto de primitivas para as camadas superiores, exatamente como a MTP3 faz. Portanto, ISUP e SCCP, são transparentes para M3UA. Até porque essas camadas não têm visibilidade uma vez que eles realmente estão sendo enviados no domínio IP. A M3UA é usada para estender alguns serviços de MTP3 para entidades dentro do domínio IP, mas a intenção não é transportar MTP3 usando M3UA. Em outras palavras, a informação real do MTP3 é entregue, bem como algumas das mensagens de gerenciamento de rede da MTP3, mas não toda a mensagem MTP3. O gateway de sinalização tem a responsabilidade de interpretar essas mensagens e determinar se uma mensagem da M3UA equivalente deve ser gerada. É também a critério do gateway de sinalização determinar como interagir com a camada MTP3 do lado SS7 e quais mensagens equivalentes devem ou não ser comunicadas no lado da rede IP.

47 47 Figura 16 Pilha de protocolo M3UA Fonte: HARTE et al, 2003 A camada M3UA também é diferente de sua contraparte MTP3 em muitos aspectos. Uma diferença chave é que M3UA não está vinculada pela mesma limitação de 252 octetos de comprimento encontrada no SS7. No entanto, quando há interligação com uma rede SS7, a M3UA tem que manter o tamanho da mensagem em 272 octetos para impedir que estas mensagens sejam fragmentadas. Quando os links de banda larga são usados no domínio SS7, esta limitação de "fronteira" entre as duas redes pode ser relaxada desde que a rede suporte mensagens com tamanhos maiores. Em uma rede totalmente IP (all IP), não há essa limitação. Para que haja um roteamento básico dentro do domínio IP, dois fatores devem ser levados em conta. A identificação da rede é um número atribuído pelo gateway de sinalização e os ASP que, quando, usado juntamente com o código do ponto de sinalização, identifica um nó SS7 no domínio SS7. Isto é usado quando um gateway de sinalização está conectado a várias redes, e essas redes estão em países diferentes, por exemplo. Quando isso ocorre, os códigos de pontos SS7 atribuídos podem estar duplicados. Por exemplo, um nó

48 48 pode ter a mesma identificação na França e também no Reino Unido, portanto duplicados. Isso ocorre porque códigos de pontos nacionais não têm importância local.por esta razão, muitos PTSs usam a função código de pontos múltiplos, o que lhes permite ter mais de um código de ponto atribuído. Também suportam códigos de ponto de duplicados, permitindo a co-existência de uma rede multinacional. A função de código de ponto duplicado leva em conta o tráfego recebido nos links de sinalização. (RUSSEL, 2006) No caso do gateway de sinalização, uma vez que este é uma entidade lógica, ele pode facilmente ter múltiplos códigos de pontos representando várias redes, especialmente quando se trata-se de uma rede multinacional. Esses códigos de ponto correm o risco de serem duplicados.para evitar esse problema, o gateway de sinalização usa uma combinação de identificação de rede com um roteamento chave, criando assim, uma única identificação para cada rede.a identificação da rede, informa o protocolo, sua versão(isto é, ANSI.ITU), enquanto o roteamento chave identifica o nó em si. A chave de roteamento descreve um conjunto de parâmetros SS7 e seus respectivos valores,os quais são usados para identificar o que é sinalização de tráfego a ser enviada para um servidor de aplicação específico.é um conjunto de parâmetros utilizados para filtrar as mensagens SS7 entrantes para fins de roteamento. O roteamento chave pode ser feito utilizando diferentes combinações, todas com implementação específica. Tais combinações podem ser OPC e DPC, DPC e SSN, ou até mesmo OPC/DPC/ISUP CIC. Assim, cria-se uma chave de roteamento, a qual pode ser vista como um índice, cujo tamanho é de um número inteiro de 4 bytes Para auxiliar no encaminhamento de mensagens de gerenciamento, a M3UA usa um ponto de gerenciamento de sinalização em cluster (SPMC) que identifica os servidores de aplicativos associados. Isto alivia a exigência de ter que atribuir endereços individuais para cada um dos servidores e ajuda a eliminar mensagens de gerenciamento múltiplo ao se comunicar com a rede SS7. Por exemplo, a M3UA pode usar o mecanismo do SPMC para o envio de status de disponibilidade, congestionamento e informações de estado para um conjunto de servidores de aplicativos em vez de enviar várias mensagens individuais para cada um dos servidores.

49 Camada de Adaptação do Usuário ISDN (IUA) A camada de adaptação do usuário ISDN (IUA) é usada para transportar sinalização do usuário ISDN (Q.931) sobre IP, entre dois pontos de sinalização. O uso do protocolo IUA elimina o uso do protocolo MTP em um sistema de sinalização. A Figura 17 mostra o funcionamento básico do protocolo de adaptação do usuário ISDN (IUA). O diagrama mostra que o protocolo IUA permite que aplicações de sinalização da camada superior, comuniquem-se diretamente com o protocolo de transporte de sinalização baseado em IP, o SCTP. Mostra, também, que o protocolo SCTP mantém o controle de conexão através da rede, enquanto o protocolo SUA mapeia o canal de comunicação da aplicação da camada superior para o canal de transporte através da rede IP. Figura 17 Pilha de protocolo IUA Fonte: HARTE et al, 2003

50 Camada Adaptação do Usuário SCCP (SUA) SUA é o protocolo usado para entregar SS7 CCPC ou ISUP em uma rede IP. Embora a sua utilização com o ISUP não foi implementada, ele é amplamente utilizado hoje para interligar servidores com aplicativos baseados em IP para atender o legado da rede SS7. A

51 51 Figura 18 mostra que a camada SUA é usada para entregar mensagens para o ASP, o que, por sua vez, gerencia as conexões entre os ASs e outros elementos da rede. Em geral múltiplos ASPs são associados a qualquer AS, como mostrado na figura, de modo a aumentar a redundância e também a disponibilidade do aplicativo. Da mesma forma, um ASP pode ser conectado a múltiplos gateways de sinalização, aumentando a diversidade da rede. Isto permite múltiplas rotas para um único destino qualquer, como é praticado na rede SS7. Como no SCCP, a camada SUA suporta chamadas orientadas e nãoorientadas à conexão. Na verdade, muitos dos processos e procedimentos definidos nas especificações do SCCP são encontrados também na camada SUA. A camada SUA suporta quatro classes de serviços: a) Classe 0 - transferência não-ordenada de mensagens do SCCP em modo sem conexão; b) Classe 1 - entrega seqüenciada em modo sem conexão; c) Classe 2 - transferência bidirecional do SCCP através de uma conexão temporária ou permanente (conexão orientada); d) Classe 3 - transferência bidirecional do SCCP através de uma conexão temporária ou permanente, com controle de fluxo (conexão orientada).

52 52 Figura 18 Associações entre os servidores de aplicação (ASs) e processos dos servidores de aplicação (ASPs). Fonte: RUSSEL, 2006 Dois métodos podem ser usados para fazer a interface com a rede SS7. Para o serviço de conexão orientada com um gateway de sinalização como um ponto final, o SCCP e SUA contam com o gateway de sinalização para agir como uma interface entre os dois protocolos. O gateway de sinalização é um ponto de terminação da rede SS7, o que significa que a rede SS7 não tem visibilidade no domínio IP. O gateway de sinalização é então responsável pelo tráfego SS7 terminado e também por estabelecer a associação SCTP no domínio IP. A mensagem então é roteada por código de ponto e número de subsistema. (RUSSEL, 2006) Se o gateway de sinalização está atuando como um ponto de transmissão, então, as rotas do gateway de sinalização são baseadas em global title. O destino da mensagem é transparente para a rede SS7 e será baseado nos resultados de global title. Este é um meio de interconexão de redes estrangeiras, onde o operador de rede não está disposto a compartilhar endereçamento interno com redes externas. À medida que a rede evolui para uma rede totalmente IP, a necessidade de interface com a rede SS7 deixará de existir. A camada SUA ainda pode operar em um domínio totalmente IP, permitindo que as operadoras continuem usando o protocolo mesmo depois de terem desativado a rede SS7 por completo. (RUSSEL, 2006)

53 Gerenciamento de rede e roteamento de mensagens Os procedimentos de gerenciamento de rede definidos no SCCP são replicados também no protocolo SUA. Existem múltiplas associações entre ASPs e os ASs, que prevêem maior disponibilidade na rede. Os ASs podem ser identificados nas listas de roteamento como disponível ou ativo, ativo ou inativo mas disponível para suportar o roteamento nos casos de failover. Se um AS não pode ser alcançado por qualquer motivo, as mensagens podem ser encaminhadas para outro AS disponível e ativo. Os ASPs mantêm os estados de suas associações e os ASs e gerenciam o roteamento entre as aplicações. A camada SUA também interage com o subsistema de gerenciamento do SCCP. Quando o gateway de sinalização recebe uma mensagem de gerenciamento da rede SS7, este verifica se a mensagem afeta qualquer um dos ASs no domínio IP. O gateway de sinalização é responsável pelo gerenciamento das mensagens entre os dois domínios. Se um ponto final da rede SS7 não está acessível, ou está congestionado, ou muda de status de qualquer forma, o gateway de sinalização informa essas mudanças de estado para as entidades no domínio IP. (RUSSEL, 2006) Se um AS ou uma associação de ASP(s) muda de estado(s), o gateway de sinalização reporta essas mudanças de estado de volta para a rede SS7 via subsistema de gerenciamento. Por exemplo, se um ASP não está disponível, o gateway de sinalização armazena temporariamente todas as mensagens recebidas por um tempo especifico, determinado pelo temporizador. Após a expiração desse tempo, as mensagens que estavam armazenadas são descartadas, e o gateway de sinalização retorna uma mensagem de erro para o ponto de origem na rede SS7. (RUSSEL, 2006) O roteamento é realizado através da função de mapeamento de endereços (AMF). A AMF é parte da camada SUA, mas ainda dependente de implementação. As operadoras podem utilizar servidores de Domain Name Server (DNS), tabelas locais, ou outros meios que lhes permita fazer o roteamento no domínio IP. A Figura 19 mostra como ocorre o estabelecimento de uma conexão na camada SUA.

54 54 Se não houver correspondência na AMF para um endereço SCCP particular, a rede pode escolher um padrão ASP para rotear a mensagem ou descartá-la totalmente e enviar uma mensagem de erro de volta para o originador. Isso também depende de implementação das operadoras de rede. (RUSSEL, 2006) O AMF resolve as mensagens recebidas do SCCP e da camada SUA para uma associação SCTP. A associação SCTP é realizada dentro do ASP. O roteamento é baseado em chaves de roteamentos, as mensagens são encaminhadas apenas por uma chave de roteamento (as mensagens nunca poderão ser enviadas para várias chaves de roteamento). A chave de roteamento pode consistir de um número de subsistema, de um código ponto de origem (OPC), de um código de ponto de destino (DPC), de um octeto indicador de serviço (SIO), ou de um identificador de transação (TID). Endereços IP e hostnames também são suportados em todas as redes IP. Uma chave de roteamento pode ser administrada utilizando uma Base de Gerenciamento da Informação (MIB) ou ainda, utilizando os procedimentos dinâmicos de registro da camada SUA. As mensagens destinadas à rede SS7 são roteadas com base no mapeamento do ASP e no código DPC, no status da rota SS7, na disponibilidade do gateway de sinalização e nas tabelas de configuração de roteamento. (RUSSEL, 2006) Não há nenhuma função na camada SUA para gerenciar o status da rede SS7 ou dos gateways de sinalização. Se houver uma associação SCTP, então assumese que o gateway de sinalização está disponível e acessível. Se uma falha está impedindo o acesso ao gateway de sinalização, a associação SCTP seria perdida, evitando assim o tráfego para o nó.

55 55 Figura 19 Estabelecimento de uma conexão na camada SUA Fonte: RUSSEL, 2006 Há a oportunidade para o encaminhamento circular na rede. Por esta razão, um contador de salto (hop) SS7 é usado para impedir que mensagens fiquem em loop na rede. O contador é definido pelo ponto de extremidade (no domínio SS7 ou IP) para um valor máximo de 15. Cada vez que a mensagem passa pelo global title, o contador é decrementado de 1, até atingir um valor 0. A mensagem é então descartada, e uma mensagem de "erro de violação hop" é devolvida para a origem. A Figura 20 retrata o fluxo de tráfego, o qual estabelece uma associação antes de qualquer fluxo de mensagens. (RUSSEL, 2006) SCTP O Protocolo de Controle de Fluxo de Transmissão (Stream Control Transmission Protocol - SCTP) foi desenvolvido como uma alternativa ao Protocolo de Controle de Transmissão (Transmission Control Protocol - TCP). O TCP existente não atende aplicações em tempo real muito bem e está sujeito a várias formas de ataques de rede. Quando usado para aplicações como voz, os atrasos são de tal forma que os usuários acham-o mais do que irritante. Em muitos casos, o TCP é praticamente impossível de ser usado. Por esta razão, o IETF criou um protocolo mais amigável que o TCP, o SCTP.

56 56 SCTP é um protocolo orientado a conexão e é usado para estabelecer associações com outras entidades SCTP, bem como derrubá-las. SCTP também fornece: a) Entrega reconhecida; b) Segmentação e remontagem; c) Entrega seqüenciada; d) Agrupamento de várias mensagens em uma mensagem SCTP; e) O controle de congestionamento; f) Resistência à transbordos /ataques de hackers. Um benefício exclusivo do SCTP é sua capacidade de estar de acordo com a largura de banda disponível para qualquer caminho dado por meio de fragmentação. Ele também pode agrupar várias mensagens em um único pacote como mais um passo no sentido de eliminar congestionamentos usando a largura de banda disponível. O SCTP usa pacotes, sendo capaz de receber fluxos de bits, suportando o multi-homing, ou seja, mais de uma fonte pode enviar a mesma informação a um único destino, para uma conexão mais robusta, possibilitando redundância completa. O SCTP também utiliza um mecanismo conhecido como heartbeat message para verificar a disponibilidade do outro lado em receber novas associações SCTP. Por segurança, O SCTP usa um mecanismo de handshake de quatro vias que incorpora o uso de um cookie durante o handshake Este método evita ataques de alguém injetar mensagens na rede em direção a uma associação já estabelecida. Uma etiqueta de verificação é adicionada no início do processo, a qual é usada para evitar que os pacotes arbitrários entrem na rede. Essa etiqueta de verificação é um tipo de número serial que é atribuído para ambas as partes durante o início da associação e deve ser encontrado corretamente em todos os pacotes recebidos nas associações. Como esta etiqueta só é conhecida pelos dois terminais, não é possível inserir pacotes adicionais arbitrariamente em direção a uma associação já estabelecida. O SCTP particiona os dados do usuário em partes e então os transmite na forma de fluxos dentro de um pacote SCTP. Cada pacote SCTP pode ter várias partes, e essas partes podem ser de vários tipos, conforme definido abaixo. Nem todas as partes são dados do usuário. O particionamento permite que as mensagens do usuário possam ser enviadas em vários pacotes SCTP, juntamente com outros

57 57 dados do usuário. Podemos pensar que os dados de usuário são segmentos numerados dentro do pacote SCTP para identificação. O SCTP faz um gerenciamento de caminhos, o que lhe permite SCTP manipular a rota de transmissão com base em instruções do usuário SCTP, bem como a disponibilidade do destino. Quando não há mensagens a serem recebidas, o heartbeat é enviado para determinar o status de caminho e disponibilidade. O caminho principal é determinado no inicio da associação e é usado em toda a associação até que essa seja liberada. O gerenciamento de caminho feito pelo SCTP, também é responsável por verificar se as mensagens recebidas pertencem a uma associação ou conexão válida.

58 58 5 IMPLEMENTAÇÃO DE REDES SS7 & SIGTRAN O Sistema de Sinalização N º 7 foi introduzido no início dos anos 80, possibilitando a implementação da Sinalização por Canal Comum na rede telefônica pública. Graças a sua alta confiabilidade e capacidade de suporte o uso do SS7 foi ampliado estendendo-se a ISDN, banda larga ISDN, telefonia móvel, etc. Já o SIGTRAN é um novo conjunto de padrões definidos pelo Internet Engineering Task Force (IETF). Este conjunto de padrões foi projetado para fornecer um modelo de arquitetura para o transporte de sinalização sobre redes IP, mantendo a mesma qualidade da rede de sinalização SS Arquitetura de uma rede SS7 Uma rede SS7 é uma rede de pacotes, que consiste em pontos de sinalização conectados por links de sinalização. Um link set é um conjunto de links paralelos que fornece um caminho bi-direcional lógico entre dois pontos de sinalização,o que permite trocar informações sobre estes pontos de sinalização, usando mensagens de sinalização de comprimento variável. O planejamento da rede deve satisfazer os requisitos de desempenho dos serviços de redes já existentes, e no início, quando começou a se implantar as primeiras redes SS7, outra, preocupação, que havia na época era a questão de atraso, pois a rede SS7 tinha que conviver com centrais analógicas eletromecânicas cujo, o tempo de resposta a sinalização é muito maior que uma central digital. As entradas necessárias para o planejamento são a topologia da rede de serviços existentes e os grupos de parâmetros que compõem uma chamada. Já a base da transmissão é definida de acordo com a disponibilidade de links, sejam eles analógicos ou digitais. Cada tentativa de estabelecer uma chamada de telefone pertence a um grupo de chamada, que é distinguido pelo tipo de chamada (I=local,nacional ou internacional), e o estado da chamada (J=bem sucedida,ocupado ou não atende). Cada grupo de chamada é caracterizado pelo tempo médio de retenção (Tm(I,J), a razão entre tentativas previstas para uma chamada e todas as tentativas (X(I,J)), o

59 59 número de mensagens transferidas por chamada,e a média do comprimento de uma mensagem.rafik,1997) A rede de sinalização SS7 é uma rede de pacotes que se distingue pelo estrito cumprimento dos seus objetivos. A Conexão de Referência Hipotética de Sinalização (HSRC), definida na norma Q.709, enumera os objetivos para os componentes de uma conexão de sinalização. Esses componentes são os numeros máximos de nós, a máxima indisponibilidade e o atraso total fim-a-fim da sinalização em uma conexão. Estes objetivos são derivadas do atraso e disponibilidade da MTP e parte do usuário ISDN definida nas normas Q.706 e 4,766, respectivamente. Para aplicações em telefonia, cada chamada dá origem a uma conexão de sinalização. A Quadro 4 apresenta os objetivos de HSRC para as componentes das chamadas locais e nacionais. Quadro 4 - Recursos para chamadas locais e nacionais (DDD) % de conexões Número de PTS Número de PS Indisponibilidade min/ano Tempo Transferência (IAM) (ms) Tempo Transferência (ANM) (ms) 50% 90% Fonte:Rafik e El-Haad, Definindo a topologia e estrutura de uma rede SS7 A Figura 20 ilustra o procedimento de planejamento de uma rede SS7. O algoritmo sugerido por RAFIK (1997) consiste de uma série de módulos os quais fornecem a estrutura de rede, roteamento de dados, recursos e custos necessários para o planejamento correto de uma rede. Se a rede planejada não cumprir os objetivos de desempenho necessários, esta deve ser modificada e o processo repetido. Mais a frente será descrito os procedimentos que definem a topologia da rede e sua estrutura, a construção de tabelas de roteamento e dimensionamento de conjuntos de link.

60 60 Figura 20 Algoritmo de planejamento de uma rede de sinalização SS7 Fonte: Rafik e El-Haad,1997 A topologia de uma rede de sinalização SS7 é definida pelos pontos de sinalização, pontos de transferência de sinalização (PSs e PTSs), as relações de sinalização e o modo de sinalização. Os nós da rede(centrais) são os PSs, onde a matriz tronco define as relações de sinalização entre eles, enquanto os PTSs são definidos após a definição da estrutura de rede. Por outro lado, o modo de sinalização é o associado ou quase-associado de modo. A escolha da estrutura da rede é influenciada pelo modo de sinalização. Por exemplo, o modo plenamente associado leva uma estrutura não-hierárquica, enquanto o modo quase-associado tem uma estrutura estritamente hierarquizada.

61 61 Conseqüentemente, para uma rede hierarquizada, devemos determinar o número de níveis hierárquicos. Desta forma define-se o número de PTSs necessários, aloca-se cada PTS em seu nível hierárquico, e por fim atribui-se os PSs a cada PTS, ou seja, os PS são o nível hierárquico mais baixo da rede. Rafik (1997) aponta alguns passos que devem ser seguidos,de acordo com: a) Minimizar o número de níveis hierárquicos, a fim de reduzir o atraso de mensagens, indisponibilidade de rotas e o número de PTSs envolvido na troca de sinalização.assim,a preferência é dada a redes com um nível de PTS do que aquelas com dois níveis; b) Aumentar o grau de interligação dos PTSs, como por exemplo, aumentar os níveis hierárquicos, fazendo com que os PTs tenham o mais alto nível de entrosamento. Isto garante rotas alternativas adicionais, algo extremamente útil para os casos de indisponibilidade de uma ou mais rotas; c) Localize o PTSs nos pontos em que há convergência de meios de transmissão (centrais de trânsito, por exemplo); d) Antes de decidir por usar uma central integrada com PTS ou PS, deve-se garantir que esta tenha condições de absorver o tráfego originado e terminado de um PS, bem como o tráfego gerado pela central transito de um PTS. Além disso, tem que garantir também que a central tenha capacidade de absorver eventuais novos links (ampliações); e) Conecte o nó principal a pelo menos dois PTSs de nível superior. Além disso, um dos seguintes critérios de numeração pode ser utilizado na atribuição de um endereço (código de ponto de sinalização)para cada ponto de sinalização: a) Numeração com base em um plano nacional de numeração que sirva as redes, de modo que haja correlação entre elas, facilitando a administração dos endereços; b) Considerar a estrutura regional das redes; c) Observar a estrutura hierárquica da rede; d) Flexibilidade no plano de numeração.

62 Tabelas de roateamento Para encaminhar uma MSU, a MTP usa a função de roteamento baseada em uma tabela de roteamento para selecionar a sinalização de saída e também para escolher um link por onde enviará a sinalização. O quadro 5 mostra que o roteamento de um nó representa uma linha na tabela de roteamento da MTP a qual define as regras de roteamento. Cada coluna na tabela especifica as rotas principais e alternativas (link de saída) de mode que a célula designada no nó originador possa encaminhar uma MSU para a célula do nó de destino. Quadro 5 - Tabela de roteamento de uma rede de sinalização Fonte: Rafik e El-Haad,1997 A tabela de roteamento da MTP deve garantir que cada mensagem será encaminhada ao seu destino no caminho mais curto. Assim como, deve assegurar que o roteamento circular de mensagens (loop) não ocorra na rede. Roteamento circular ocorre devido às rotas mal definidas na tabela de roteamento da MTP, o que resulta em uma mensagem circulando entre 3 ou PTSs sem alcançar seu destino.

63 63 Além disso, mensagens de sinalização em loop podem gerar carga adicional sobre os conjuntos de link e PTSs envolvidos, resultando em sobrecarga na rede. A Figura 21 mostra um fluxograma para a criação da tabela de roteamento da MTP. A tabela é criada coluna por coluna, onde vamos construir um roteamento gráfico multi-nível para o nó da coluna designada como destino. Assim, definimos as rotas padrão e alternativa que são selecionados por outros nós, a fim de transmitir uma MSU para o nó de destino selecionado. Os link sets conectam um nó aos nós de nível mais baixo, os quais constituem as rotas principais, enquanto que os nós localizados nos PTSs estão no mesmo destes e constituem as rotas alternativas, desde que estes tenham um ou mais nós de trânsito. Figura 21 Fluxograma para a criação de uma tabela de roteamento da MTP Fonte: Rafik e El-Haad,1997

64 64 Em seguida, identificar e resolver as rotas em loop,que existem entre três ou mais PTSs interligados localizados no mesmo nível no gráfico de roteamento. O número de rotas em loop (N,) provenientes de um nível que tem n PTSs totalmente interligados é dado por: Para resolver uma rota em loop, definimos os elementos da rota (nós e links set),escolhemos o nó com o maior número de link sets em sua rota alternativa, e então deletamos o link set que resulta em uma rota loop. Figura 22 Uma rede de sinalização SS7 com seis nós Fonte: Rafik e El-Haad,1997 Para ilustrar o procedimento de criar o roteamento, vejamos a Figura 22, a qual mostra uma rede de sinalização. Na Figura 23, é possível ver graficamente o roteamento para o nó de destino, B, antes e depois de resolver a rota em loop.evidentemente, os links sets La e L devem ser excluídos, a fim de eliminar a as rotas em circulo ACMA e A-M-C-A, respectivamente. A Tabela 5 mostra a tabela de roteamento da MTP para a rede, incluindo as rotas principais e alternativas deduzidas a partir do gráfico construído. (RAFIK,1997)

65 65 Figura 23 Gráfico de roteamento tendo o nó B como referência na rede de sinalização da Figura 22 (a)rotas com loop (b) rotas com loop retirado Rafik e El-Haad, Dimensionamento, rotas, links e matrizes de tráfego Um conjunto de rotas de sinalização é o conjunto de todas as rotas possíveis que uma MSU pode tomar a partir do PS de origem para alcançar o PS de destino.para definir um conjunto de rotas entre dois PSs, devemos considerar o gráfico de encaminhamento do PS de destino e definir todos os caminhos possíveis a partir do PS de origem começando pelo caminho mais curto. Assim, podemos identificar o mínimo, médio e número máximo de rotas em conjunto de rotas, bem como o número de rotas separadas por conjunto de rotas, ou seja, as rotas que não compartilham de elementos comuns. O objetivo do dimensionamento é calcular a carga por conjunto link (βs bytes/s), o número de links digitais e analógicos necessários por conjunto de link (NLᴅ & NLᴅ) e a capacidade de manipulação de mensagem de cada nó. O procedimento para o dimensionamento de um conjunto de links começa com a construção das matrizes de tráfego, seguido pelo cálculo do tráfego de cada set link, e assim o número de links necessários no conjunto link. Da mesma forma, tendo as

66 66 matrizes de tráfego, podemos calcular a capacidade de manipulação das mensagens de cada nó. Portanto, as seguintes entradas são necessárias: a) Matriz, e a média de tráfego por tronco em Erlangs (e); b) O número disponível de links analógicos e digitais (, ᴅ &, ᴅ) para cada conjunto link; c) ), ), para cada tipo de chamada; d) O número mínimo e máximo de links por conjunto de links ( e ); e) A taxa de transmissão de um link (RL).Previsto a inserção de zero na função, RL, = bytes/s 7757 para links digitais; f) O tráfego máximo útil que pode ser transportado por um link de sinalização (βlmax), e o dimensionamento da carga de sinalização do link é definido por: O tráfego que flui na rede é especificado em termos de números de MSU/s (matriz de tráfego MSU), e o número de byte/s (matriz taxa de tráfego por byte).para a construção das matrizes de tráfego, devemos considerar o tipo de chamada, e calcular o tráfego de sinalização de cada célula de sinalização (ou seja, grupo de troncos), e alocá-la na respectiva célula das matriz de tráfego. Para cada tipo de chamada, deve-se calcular o tráfego previsto para cada grupo de troncos de duas maneiras: a) Cálculo total do tráfego usando ( ) e ( ); b) Calcular o tráfego pra frente com os parâmetros de tráfego pra frente ( ) & ), e usando os parâmetros de tráfego para trás ( ) e ( ), Calcular o tráfego pra frente com os parâmetros de tráfego pra frente ( ) & ), e usando os parâmetros de tráfego para trás ( ) e ( ).. Portanto, para um grupo de troncos com troncos c, pode-se calcular o número de tentativas de chamadas por segundo (CA), MSU/s, previsto para o grupo

67 67 de troncos λt / / e os bytes/s previsto para o grupo de troncos ( T / / ), como segue: (3) (4) (5) (6) (7) Se calcularmos e, alocamos na célula da matriz MSU, onde inicia a troca entre a central de origem e a central de destino e alocamos, na cela oposta. Caso contrário, se calcular, dividimos a célula em duas. Da mesma forma, é possível construir a matriz taxa de tráfego por byte de, e T. (RAFIK,1997) Durante a operação normal, cada direção dos canais de dados de um conjunto de links transporta o trafego previsto usando suas rotas padrões. Além disso, quando falhas ou sobrecargas ocorrem na rede, todo o tráfego é desviado para rotas alternativas. Assim, um conjunto de links (link set) deve ser dimensionado de forma a transportar o tráfego previsto usando as rotas principais (ou seja, ), onde o valor selecionado de k (0 k 1) depende a natureza do conjunto de link. Um valor elevado de k é recomendado para conjuntos de link que são utilizados como links de backup dos PSs para PTSs, enquanto um valor baixo é recomendado para aqueles usados para o tráfego associados. Definitivamente, se aumentarmos o valor de k, podemos aumentar a confiabilidade da rede e, conseqüentemente, o custo. Para dimensionar de um conjunto de links, usamos as matrizes de tráfego e em seguida deduz-se o conjunto de rotas de sinalização para calcular o tráfego em cada

68 68 direção dos canais de dados de um conjunto de links ( NL, de acordo com o maior valor βs, (ou seja βs = max ( ). ). Então, calculamos D (8) Se >, então devemos dividir o link definido para dois link sets e recalcular para cada link.set.por outro lado, se <, então deixamos =. Enquanto que, se > então, os links digitais não serão suficientes. Desta forma, links analógicos adicionais serão necessários. Calcula-se o tráfego transportado pelos links digitais e analógicos ( e ) conforme. D (9) D (10) D (11) Se >, então devemos modificar a estrutura da rede, de modo a diminuir o tráfego neste link set. 5.2 Arquitetura de uma rede SIGTRAN A Figura 24 apresenta um modelo funcional definido que comumente separa as funções de sinalização gateway (SG), media gateway (MG) e media gateway controller (MGC).Este modelo pode ser usado de inúmeras maneiras, com funções implementadas em dispositivos separados ou combinados em única unidade física. Figura 24 Modelo funcional SIGTRAN Fonte: Chukarin e Pershakov, 2006.

69 69 A pilha de protocolos SIGTRAN fornece transporte transparente de mensagem baseado em protocolos de sinalização em redes IP Sua arquitetura, Figura 25, é assumida como sendo uma adaptação das camadas SUA, M2UA, M2PA, M3UA e SCTP. As camadas de adaptação fornecem interfaces para os protocolos da sinalização SS7. O SCTP é especialmente configurado para atender aos requisitos de desempenho de aplicações de telefonia. Figura 25 Arquitetura SIGTRAN Fonte: Chukarin, Pershakov e Samouylov, 2007 O SCTP foi desenvolvido para atender as exigências de sinalização das redes de telefonia de redes. Há uma necessidade de avaliar a qualidade de serviço do SCTP, em particular, a questão do atraso nas mensagens de sinalização, parâmetro chave do desempenho das redes SS7. Devemos ter atenção especial com as funções e procedimentos do SCTP. Pois ele herda os mecanismos de controle e fluxo de congestionamento do TCP, mas inclui uma série de melhorias com vista a torná-lo mais eficiente no transporte de sinalização que o TCP. (CHUKARIN,2007) Entre as melhorias incluídas estão: a) entrega seqüenciada de mensagens de usuário dentro de múltiplos fluxos; b) agregação de múltiplas mensagens do usuário em um único pacote SCTP; c) rede de tolerância a falhas através do apoio a nível de multi-homing em um ou ambos os lados de uma conexão SCTP. Estas funções são utilizadas pelas camadas de adaptação. O SIGTRAN por ser um protocolo novo, que foi primeiramente implantado pelas operadoras de telefonia móvel. Assim como o protocolo SS7, o SIGTRAN pode ser usado em redes telefônicas fixas. A seguir será detalhada uma arquitetura de rede

70 70 SIGTRAN para telefonia móvel, a qual é muito parecida com a de telefonia fixa. O que muda basicamente são os elementos de rede. Em redes móveis de volume significativo de tráfego de sinalização são gerados vários procedimentos, incluindo mobilidade, gestão local e serviços de valor agregado. Esses procedimentos envolvem a interoperabilidade entre o Home Location Register (HLR) e as centrais de comutação e controle (CCC). Na prática, as CCCs estão diretamente integradas ao Visitor Location Registero (VLR) por razões de desempenho. Assim, devido ao fluxo intenso de sinalização de tráfego, o segmento de rede MSC / VLR - HLR pode se tornar um gargalo. Este é o lugar recomendado para que seja implantada a pilha de protocolos Sigtran, conforme pode ser visto na Figura 26. Figura 26 SIGTRAN em redes móveis Fonte: Chukarin, Pershakov e Samouylov, Esquema funcional do SCTP Durante a transmissão, uma mensagem de sinalização é processada seqüencialmente por diferentes camadas da rede SS7, Sigtran e rede IP. A seguir será detalhada a descrição do processo de transmissão do SCTP, o modelo de serviço para tratamento de mensagens e enfileiramento e como este estima o atraso de mensagens nos links de saída.

71 71 A Figura 27 mostra o esquema funcional da transmissão de mensagens de sinalização sobre IP usando a camada de adaptação M3UA. O processo de transmissão de mensagens de sinalização através de um SCCP/ISUP consiste em três fases principais: a) a recepção da mensagem de sinalização e a seleção de uma direção de transmissão,ou seja, um fluxo adequado(stream), que é feito pela camada M3UA; b) agregação de vários chunks ( fatias,mensagens) (cada mensagem contém apenas uma mensagem de sinalização) em pacotes e esperar pela transmissão (camada SCTP); c) a entrega de pacotes com fluxos (stream). Figura 27 Esquema funcional da transmissão de sinalização de mensagens sobre IP, usando M3UA Fonte: Chukarin, Pershakov e Samouylov, 2007 Segundo Chukarin, Pershakov e Samouylov (2007), para construir um modelo de fila de serviço de chunks ( fatias, mensagens) dever ser considerado o modelo analítico do SCTP obedecendo as seguintes condições: a) O número de fluxos é limitado em um; b) Cada pacote SCTP consiste exatamente de blocos K;