Это заключительная часть серии статей о технологиях GPRS/EDGE, которую мы начали в предыдущих трех повествованиях: 1, 2, 3. На этот раз мы заглянем за двери маш. залов и посмотрим, что же на самом деле обеспечивает возможность передавать и принимать данные по воздуху с помощью мобильного телефона — речь пойдет о hardware под SGSN'ы и GGSN'ы.
Как мы уже знаем из предыдущих статей о пакетных технологиях в мобильных сетях, на данный момент наиболее широко все еще распространены сети стандарта 2G с перспективой перехода к следующим поколениям архитектур и естественно в качестве основных сетевых элементов для такого рода сетей являются SGSN'ы и GGSN'ы.
Сразу оговорюсь, что статья не является рекламой определенного вендора, я лишь является возможностью поделиться опытом реализации пакетной сети (PS Core Network) на базе этого вендора, в частности дальше речь пойдет о продуктах NSN: Flexi ISN, являющийся реализацией GGSN'а и CombiSGSN, являющийся естественно реализацией SGSN'а для PS Core Network.
В практически любой пакетной сети есть разделение на т.н. абонентскую область передачи данных (User plane) и область передачи служебной информации, необходимой для установления коммуникации, ее корректного прерывания, отслеживания передвижений абонента по сети и т.д. Причем в реализаций все более современных технологий опорной сети (GPRS/EDGE -> UMTS -> HSDPA -> LTE), это разделение проявляется все отчетливее, для обслуживания каждой из плоскостей выделяют отдельные сетевые элементы, в то время как в предыдущих технологиях функциями управления обоими плоскостями мог «заниматься» один и то же сетевой элемент, например SGSN.
В 2G пакетной сети разделение на обслуживание указанных выше плоскостей можно условно применить к SGSN'у и GGSN'у (см. рис. ниже).
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/5e0/874/be9/5e0874be964c85daa6b431486ef81ed2.jpg)
Начнем же мы наше знакомство с реализации GGSN в пакетной сети — Flexi ISN [Intelligent Service Node], а во второй части этой статьи познакомимся ближе с реализаций одного из самых основных сетевых элементов — SGSN'ом.
![image](https://habrastorage.org/r/w1560/getpro/habr/post_images/c3d/2fe/c6d/c3d2fec6d7ac174eb169f46a943b9d7a.png)
Естественно, что под потребности различных мобильных операторов, предоставляющих возможность воспользоваться услугами и сервисами на базе пакетных сетех, вендоры создают реализации различных сетевых элементов. Не исключение и пакетная сеть, практически все крупные телекоммуникационные вендоры предоставляют свои решения в «сегменте» GGSN'ов, причем т.к. фактически GGSN представляет из себя многофункциональный роутер/шлюз, то на сцену выдвигаются такие монстры как Cisco, Juniper Networks, не говоря уже о NSN, Huawei и Ericsson, а также не так давно купленное подразделение Motorola.
Дабы немного освежить знания об основных сетевых интерфейса, с которыми мы ознакамливались в 3 части, напомню ключевые интерфейсы с которыми работает реализация GGSN'а от NSN — Flexi ISN, представленный на рисунке выше:
![image](https://habrastorage.org/r/w1560/getpro/habr/post_images/4fc/a95/8c6/4fca958c6083203d507941127af8788f.png)
С детальным описание и предназначением каждого из интерфейсов можно узнать из статей выше, а мы приступим к рассмотрению возможностей Flexi ISN'а.
По факту Flexi ISN является GGSN сервером, в основные задачи которого входит установление и поддержание абонентского трафика, обслуживание APN на пакетной сети оператора, предоставление выхода в различные пакетные сети — internet, intranet. К основным характеристикам GGSN'ов обычно относят количество одновременно поднятых PDP Context'ов и максимальная пропускная способность для выхода на внешние каналы.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/8aa/4c8/e9a/8aa4c8e9ae459c86f7e785624e76a6ab.jpg)
В этом плане Flexi ISN имеет следующие ТТХ:
![image](https://habrastorage.org/r/w1560/getpro/habr/post_images/f5f/bee/6aa/f5fbee6aadbd6cda80694d645a23ffe4.png)
Естественно, что Flexi ISN поддерживает базовую функциональность по предоставлению сервиса в пакетной сети по запрашиваемой абонентом APN:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/f53/358/563/f533585638555c9f40038ea36377987c.jpg)
К основным возможностям можно также отнести: Peer-to-Peer Detection & Control, Per Service Access Сontrol, QoS, Charging, Bandwidth Management, а также:
На базе Flexi ISN'ов можно также реализовать т.н. Multiple Charging Models, т.е. осуществлять тарификацию исходя из различных событий, совершаемых абонентом.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/19a/238/fc7/19a238fc743175c848951981cca50e89.jpg)
Одной из полезных функциональностей, предоставляемых Flexi ISN'ом является т.н. Advice of Charge (AoC), которая позволяет ознакомиться с ценой за будущее использование сервиса, перед началом его тарификации, т.е. перед открытием некоей HTTP/WAP сессии абонент перенаправляется на AoC сервер, который уведомляет его о стоимости запрашиваемого сервиса и абонент может либо принять ценовые условия использования сервиса, либо отказаться. В случае использования т.н. non-HTTP/WAP трафика, используются уведомления с помощью WAP Push. Эта функциональность может широко применяться вместе с сервисами, организованными по подпискам.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/752/a9b/078/752a9b078013b3708103b2ea85ff3b65.jpg)
Еще одной довольно удобной функциональностью, которую может предоставить Flexi ISN и которая просто необходима для реалий мобильных операторов на просторах СНГ, на мой взгляд, является возможность уведомления абонента о превышении его денежного баланса за использование пакетных сервисов. Такого рода уведомления возможны также вместе с Push сообщением, которое будет перенаправлять абонента на сайт оператора/портал.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/7a3/d14/9a6/7a3d149a68785883545ba16fd94fb7e3.jpg)
Одной из многих своих «бед» операторы операторы считают передачу данных через пиринговые сети, а наличие всевозможных сервисов, основанных на таких сетях всячески стараются притеснять, дабы не терять свою драгоценную прибыть. В частности это касается и мобильной телефонии, основанной на технологии peer-to-peer, тот же Skype, различные мессенджеры: ICQ, Jabber, etc., не говоря уже о передаче файлов через различные трекеры.
И в этом деле Flexi ISN является довольно значительным "помощником" для операторов, т.к. предоставляет довольно обширные возможности в плане контролирования и блокирования Peer-To-Peer трафика, в частности:
При этом, возможно не только блокировать выбранный тип Peer-To-Peer трафика, но значительно снижать его качество. Блокировка трафика может быть основана на следующих критериях:
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/b8c/e8d/20d/b8ce8d20db7825fc2cf9845a8bd0ad2c.jpg)
Но возможны также варианты обслуживания peer-to-peer трафика в качестве дополнительной услуги, которую можно отдельно предоставить абонентам за отдельную платы. Например, можно предоставлять доступ к пиринговым сетям по подписке, тот же Skype, Bittorrent, etc.
![image](https://habrastorage.org/r/w1560/getpro/habr/post_images/56d/d9b/ee7/56dd9bee760e5b4fabc875c7509c06f2.png)
Либо формировать тарифные планы исходя из времени суток, например предоставлять доступ к возможности передавать данные через пиринговые сети только в ночное время, т.к. в это время снижается общая нагрузка на сеть оператора.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/371/ccf/b87/371ccfb871016f09680db4accf851a22.jpg)
Довольно значительное внимание уделяется профилям QoS используемым для обслуживания различных сервисов.
![image](https://habrastorage.org/r/w780q1/getpro/habr/post_images/5bc/ea3/29b/5bcea329b5a11e7f66a160eb502ae2e8.jpg)
Причем влияние профилей QoS можно расширить как на абонентов использующих услуги PoC, так и услуги т.н. Streaming сервисов (VoIP, Video broadcasting, etc.), а также корпоративных пользователей.
Flexi ISN имеет довольно гибкие подходы к организации доступа к корпоративным сетям через мобильные пакетные сервисы:
Сам Flexi ISN смонтированный в rack стойки имеет следующий вид:
![image](https://habrastorage.org/r/w1560/getpro/habr/post_images/7c5/413/533/7c541353356a5b34c9e9d4cee8706412.png)
На фото выше, видно что смонтировали всего два модуля Flexi ISN'ов, но возможно расширения до 4 таких модулей для реализации максимальной конфигурации.
На этом мы заканчиваем наше знакомство со структурой и основными возможностями реализации GGSN'а от NSN. Во второй части этой статьи мы познакомимся с SGSN'ом от этого же вендора…
Небольшой помощник:
APN — Access Point Name
CDR — Call-Data Record
EDGE — Enhanced Data Rates for GSM Evolution
GGSN — Gateway GPRS Support Node
GPRS — General Packet Radio Service
GRE — Generic Routing Encapsulation
GTP — GPRS Tunnelling Protocol
HSDPA — High-Speed Downlink Packet Access
HSUPA — High-Speed Uplink Packet Access
IMS — IP Multimedia System
LTE — Long Term Evolution
NSN — Nokia Siemens Networks
PDP — Packet Data Protocol
PS — Packet Switched
QoS — Quality of Service
SGSN — Serving GPRS Support Node
SIP — Session Initiation Protocol
UMTS — Universal Mobile Telecommunications System
WAP — Wireless Application Protocol
Как мы уже знаем из предыдущих статей о пакетных технологиях в мобильных сетях, на данный момент наиболее широко все еще распространены сети стандарта 2G с перспективой перехода к следующим поколениям архитектур и естественно в качестве основных сетевых элементов для такого рода сетей являются SGSN'ы и GGSN'ы.
Сразу оговорюсь, что статья не является рекламой определенного вендора, я лишь является возможностью поделиться опытом реализации пакетной сети (PS Core Network) на базе этого вендора, в частности дальше речь пойдет о продуктах NSN: Flexi ISN, являющийся реализацией GGSN'а и CombiSGSN, являющийся естественно реализацией SGSN'а для PS Core Network.
В практически любой пакетной сети есть разделение на т.н. абонентскую область передачи данных (User plane) и область передачи служебной информации, необходимой для установления коммуникации, ее корректного прерывания, отслеживания передвижений абонента по сети и т.д. Причем в реализаций все более современных технологий опорной сети (GPRS/EDGE -> UMTS -> HSDPA -> LTE), это разделение проявляется все отчетливее, для обслуживания каждой из плоскостей выделяют отдельные сетевые элементы, в то время как в предыдущих технологиях функциями управления обоими плоскостями мог «заниматься» один и то же сетевой элемент, например SGSN.
В 2G пакетной сети разделение на обслуживание указанных выше плоскостей можно условно применить к SGSN'у и GGSN'у (см. рис. ниже).
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/5e0/874/be9/5e0874be964c85daa6b431486ef81ed2.jpg)
Начнем же мы наше знакомство с реализации GGSN в пакетной сети — Flexi ISN [Intelligent Service Node], а во второй части этой статьи познакомимся ближе с реализаций одного из самых основных сетевых элементов — SGSN'ом.
NSN Flexi ISN
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/c3d/2fe/c6d/c3d2fec6d7ac174eb169f46a943b9d7a.png)
Естественно, что под потребности различных мобильных операторов, предоставляющих возможность воспользоваться услугами и сервисами на базе пакетных сетех, вендоры создают реализации различных сетевых элементов. Не исключение и пакетная сеть, практически все крупные телекоммуникационные вендоры предоставляют свои решения в «сегменте» GGSN'ов, причем т.к. фактически GGSN представляет из себя многофункциональный роутер/шлюз, то на сцену выдвигаются такие монстры как Cisco, Juniper Networks, не говоря уже о NSN, Huawei и Ericsson, а также не так давно купленное подразделение Motorola.
Дабы немного освежить знания об основных сетевых интерфейса, с которыми мы ознакамливались в 3 части, напомню ключевые интерфейсы с которыми работает реализация GGSN'а от NSN — Flexi ISN, представленный на рисунке выше:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/4fc/a95/8c6/4fca958c6083203d507941127af8788f.png)
С детальным описание и предназначением каждого из интерфейсов можно узнать из статей выше, а мы приступим к рассмотрению возможностей Flexi ISN'а.
По факту Flexi ISN является GGSN сервером, в основные задачи которого входит установление и поддержание абонентского трафика, обслуживание APN на пакетной сети оператора, предоставление выхода в различные пакетные сети — internet, intranet. К основным характеристикам GGSN'ов обычно относят количество одновременно поднятых PDP Context'ов и максимальная пропускная способность для выхода на внешние каналы.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/8aa/4c8/e9a/8aa4c8e9ae459c86f7e785624e76a6ab.jpg)
В этом плане Flexi ISN имеет следующие ТТХ:
- Capasity:
- порядка 1М одновременных PDP Context'ов в базовой конфигурации, с возможностью расширения до 4М одновременных PDP Context'ов.
- 1Gbps пропускной способности каналов в базовой конфигурации, с возможностью расширения до 5Gbps пропускной способности каналов из одного rack'а.
- До 5500 PDP Context'ов обработки в секунду.
- Обслуживание до 1000 различных APN.
- Multi-Access уровень поддерживает:
- Различные Alias APN, т.е. возможность объединять различные APN под конкретным сервисом.
- Wildcard APN — возможность поддерки любой, существующей в сети оператора APN для абонентов у которых в HLR'е указанна * вместо APN (Детальней в статье Не важно кто ты… важно какая у тебя APN!).
- Поддержка HSDPA (16Mbps).
- Поддержка HSUPA (8Mbps).
- Сетевые возможности GGSN'а позволяют предоставить следующие функции:
- Выделение IP адресов по следующим схемам: Static, Radius, DHCP, Internal Pool
- Поддерка Overlapping IP Addresses, т.н. «перекрывающиеся сети» для VPN доступа.
- Policy Based Routing
- Multiple Routing Instances
- L2TP (LAC), GRE, IP-in-IP
- VLAN With QoS Mapping
- IPv6 User Layer
- IPv6 Routing
- WAP GW Redirection (WAP 1.x)
- Traffic redirection
- Load Balancing
- Возможность Header Modification (HTTP)
- Возможности обслуживания следующих сервисов:
- L3/L4 Analyses
- L7 Inspection For: HTTP, WAP1.x, WAP2.0, RTSP, MMS (WAP 1.x), P2P
- Personal Firewall
- Charging:
- Real-Time DCCA Based Charging
- Offline Charging GTP` (TLV, XML) (одна из разновидностей GTP протокола).
- Radius Online Charging
- Временное хранение CDR файлов
- Volume, Time & Hit Charging
- Time Step Charging
- Redundant CG Connection
- PoC Prepaid Charging Support (см. статью: Мобильная рация – PTT)
- MMS Transaction Based Charging
- Self-Contained CDR Format
- End User Notifications (возможность уведомить абонента с помощью различных Push сообщений, например через Gc интерфейс).
- Соблюдение следующих требований касательно различных политик безопасности:
- 3GPP QoS, IMS Support
- User Profile Downloading With: Radius or LDAP
- Radius Disconnect Support
- Service Authorization Based On: Roaming, Location, Access Type
- Service Based QoS, позволяющий значительно повысить уровень предоставляемых сервисов, см. статью GPRS QoS – миф или реальность?
- IPv4/IPv6 traffic controlled over Go interface
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/f5f/bee/6aa/f5fbee6aadbd6cda80694d645a23ffe4.png)
Естественно, что Flexi ISN поддерживает базовую функциональность по предоставлению сервиса в пакетной сети по запрашиваемой абонентом APN:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/f53/358/563/f533585638555c9f40038ea36377987c.jpg)
К основным возможностям можно также отнести: Peer-to-Peer Detection & Control, Per Service Access Сontrol, QoS, Charging, Bandwidth Management, а также:
- Lawful Interception (with IPSec), что кстати, является жестким требованием от правоохранительных органов при вводе такого рода оборудования на сети оператора.
- RoHS Compliance
- Command Line Interface (CLI)
- Service Level Statistics
- Multiple Deployment Options (NAS)
На базе Flexi ISN'ов можно также реализовать т.н. Multiple Charging Models, т.е. осуществлять тарификацию исходя из различных событий, совершаемых абонентом.
- Deep Packet Inspection [DPI] позволяет определять и к осуществлять контроль различным типов трафика (см. статью )
- Различные сервисы могут быть тарифицированы по разному даже в пределах одной PDP сессии.
- Тарифные планы на основании различных протоколов, сервисов и уровней: FTP, HTTP, WAPv1/v2, MMS, L3/L4, P2P, etc.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/19a/238/fc7/19a238fc743175c848951981cca50e89.jpg)
Одной из полезных функциональностей, предоставляемых Flexi ISN'ом является т.н. Advice of Charge (AoC), которая позволяет ознакомиться с ценой за будущее использование сервиса, перед началом его тарификации, т.е. перед открытием некоей HTTP/WAP сессии абонент перенаправляется на AoC сервер, который уведомляет его о стоимости запрашиваемого сервиса и абонент может либо принять ценовые условия использования сервиса, либо отказаться. В случае использования т.н. non-HTTP/WAP трафика, используются уведомления с помощью WAP Push. Эта функциональность может широко применяться вместе с сервисами, организованными по подпискам.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/752/a9b/078/752a9b078013b3708103b2ea85ff3b65.jpg)
Еще одной довольно удобной функциональностью, которую может предоставить Flexi ISN и которая просто необходима для реалий мобильных операторов на просторах СНГ, на мой взгляд, является возможность уведомления абонента о превышении его денежного баланса за использование пакетных сервисов. Такого рода уведомления возможны также вместе с Push сообщением, которое будет перенаправлять абонента на сайт оператора/портал.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/7a3/d14/9a6/7a3d149a68785883545ba16fd94fb7e3.jpg)
Peer-To-Peer Networks
Одной из многих своих «бед» операторы операторы считают передачу данных через пиринговые сети, а наличие всевозможных сервисов, основанных на таких сетях всячески стараются притеснять, дабы не терять свою драгоценную прибыть. В частности это касается и мобильной телефонии, основанной на технологии peer-to-peer, тот же Skype, различные мессенджеры: ICQ, Jabber, etc., не говоря уже о передаче файлов через различные трекеры.
И в этом деле Flexi ISN является довольно значительным "помощником" для операторов, т.к. предоставляет довольно обширные возможности в плане контролирования и блокирования Peer-To-Peer трафика, в частности:
- возможность анализа следующих протоколов и сервисов:
- Возможность анализа P2P трекинговых протоколов:
При этом, возможно не только блокировать выбранный тип Peer-To-Peer трафика, но значительно снижать его качество. Блокировка трафика может быть основана на следующих критериях:
- тип сервиса Peer-to-Peer се ти
- тип доступа к сети или местоположение абонента
- подписка абонента на определенные сервисы
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/b8c/e8d/20d/b8ce8d20db7825fc2cf9845a8bd0ad2c.jpg)
Но возможны также варианты обслуживания peer-to-peer трафика в качестве дополнительной услуги, которую можно отдельно предоставить абонентам за отдельную платы. Например, можно предоставлять доступ к пиринговым сетям по подписке, тот же Skype, Bittorrent, etc.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/56d/d9b/ee7/56dd9bee760e5b4fabc875c7509c06f2.png)
Либо формировать тарифные планы исходя из времени суток, например предоставлять доступ к возможности передавать данные через пиринговые сети только в ночное время, т.к. в это время снижается общая нагрузка на сеть оператора.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/371/ccf/b87/371ccfb871016f09680db4accf851a22.jpg)
Service Based QoS
Довольно значительное внимание уделяется профилям QoS используемым для обслуживания различных сервисов.
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/5bc/ea3/29b/5bcea329b5a11e7f66a160eb502ae2e8.jpg)
Причем влияние профилей QoS можно расширить как на абонентов использующих услуги PoC, так и услуги т.н. Streaming сервисов (VoIP, Video broadcasting, etc.), а также корпоративных пользователей.
Corporate Access Points
Flexi ISN имеет довольно гибкие подходы к организации доступа к корпоративным сетям через мобильные пакетные сервисы:
- Возможность выделения отдельной APN под корпоративный доступ.
- Предоставление виртуальных сетей (VLAN, Separate Routing Instances).
- Выделение IP адресов из адресного пространства корпоративной сети.
- Использование Overlapping IP Addresses, т.н. «перекрывающихся сетей».
- Дополнительные механизмы аутентификации в корпоративных сетях (Radius)
- Поддержка IP туннелей (IP-in-IP, GRE, L2TP).
- Использование одной и той же APN как под выход на корпоративный сегмент, так и для других пакетных сервисов от оператора.
GGSN Rack
Сам Flexi ISN смонтированный в rack стойки имеет следующий вид:
![image](https://habrastorage.org/getpro/habr/post_images/7c5/413/533/7c541353356a5b34c9e9d4cee8706412.png)
На фото выше, видно что смонтировали всего два модуля Flexi ISN'ов, но возможно расширения до 4 таких модулей для реализации максимальной конфигурации.
На этом мы заканчиваем наше знакомство со структурой и основными возможностями реализации GGSN'а от NSN. Во второй части этой статьи мы познакомимся с SGSN'ом от этого же вендора…
Небольшой помощник:
APN — Access Point Name
CDR — Call-Data Record
EDGE — Enhanced Data Rates for GSM Evolution
GGSN — Gateway GPRS Support Node
GPRS — General Packet Radio Service
GRE — Generic Routing Encapsulation
GTP — GPRS Tunnelling Protocol
HSDPA — High-Speed Downlink Packet Access
HSUPA — High-Speed Uplink Packet Access
IMS — IP Multimedia System
LTE — Long Term Evolution
NSN — Nokia Siemens Networks
PDP — Packet Data Protocol
PS — Packet Switched
QoS — Quality of Service
SGSN — Serving GPRS Support Node
SIP — Session Initiation Protocol
UMTS — Universal Mobile Telecommunications System
WAP — Wireless Application Protocol