第7章 交換技術
7.1 交換機の機能と構成
7.2 ディジタル交換機
7.3 ATM交換設備
7.4 IPネットワーク交換技術
7.5 高速スイッチング
7.6 トラヒック
7.7 番号計画
7.4 IPネットワーク交換技術
7.4.1
7.4.2
7.4.3
音声・映像通信用プロトコル
高速スイッチング技術
VoIP設備
7.4.1
音声・映像通信用プロトコル
(1)プロトコルの種類
① H.323
テレビ会議システムなどの動画像転送を想定したITU-T勧告。
③ SIP
IP電話用のIETF制定のプロトコル。
④ SGCP
米ベルコア社が提唱した VoIP ゲートウェイ制御用プロトコル.
(2)通信および制御用プロトコル
(a) H.323
IPネットワーク上で音声や映像を通信するためのITU-T勧告のプロトコル体系。
もともとテレビ会議システムなどの動画像転送を想定しているため,
音声のみのIP電話ではオーバヘッドが大きいが,
初期VoIPではH.323が適用されている例もある。
H.323は以下のようなプロトコルからなる
① 対応LAN(Ethernet,First Ethernet,FDDI,トークンリング)
② 発呼制御(H.225,H.245)
③ メディア送受信(UDP上でRTP/RTCPを用いる)
④ ゲートキーパ対応(H.225.0)
⑤ 動画像の符号化(H.261,H.263)
⑥ 音声の符号化(G.711,G.722,G723.1,G.728,G.729,MPEG-1 Audio Layer 3)
SIP(Session Initiation Protocol)
IETF(Internet Engineering Task Force:IABの下部組織)
IAB(Internet Architecture Board)
URI(Uniform Resource Identifier:各種のリソースを識別するための表記方法)
(b) SIP
通常の電話サービスで利用されている着信者課金,転送,発信者番号通知等を
IP電話で実現するために用いるプロトコル。
IETFでリアルタイム通信の制御を行うために制定されたプロトコルである。
H.323よりも構造がシンプルであり,他の技術との組合せが容易である.
[可能な処理]
① 保留,転送,会議,コールウェイティングなど,一般の電話機能に対応する機能
② 相手のSIP端末のアドレス,すなわちSIP URIによる相手の在席状況把握
(プレゼンス)
③ 短いインスタンスメッセージのやり取りが可能
④ SIPリダイレクトサーバに登録することによって,相手の最寄のSIP端末に連絡可能
(ユーザモビリティ)
SGCP(Signaling Gateway Control Protocol)
MGCP(Media Gateway Control Protocol)
IPDC(IP Device Control
MG(Media Gateway)
(c) SGCP/MGCP
SGCPは,米ベルコア社が提唱したVoIPゲートウェイ制御用プロトコル。
米レベル3コミュニケーション社のIPDCと統合されたプロトコルがMGCPである。
MGCPは,IETF で標準化されている.
MGCPでは,呼設定等の制御機能は,電話網の共通信号線と IP 網との間で行う。
① 呼設定等の機能を果たす装置をコールエージェント(CA)と呼ぶ。
② 音声データ変換は MG で行い,MGはCAからのコマンドにしたがって動作する。
MGCP は,MGの制御用のプロトコルであり,MeGaCo と呼ぶこともある。
MGCPに対応するITU-T勧告は,ITU-T Study Group 16 と IETF が共同提案した
H.248 である。
したがって,H.248 は MGCP を ITU-T で引き継いだ新バージョンともいえる。
リダイレクトサーバ( Redirect Server )
プロクシサーバ( Proxy Server )
登録サーバ( Register )
ロケーションサーバ(Location Server)
(2) SIPの構成要素と動作
(a) SIPの構成要素
① UA(ユーザエージェント)
IP電話などのユーザ端末を UA(ユーザエージェント)と呼ぶ。
UAは,機能的には次のように分けることができる。
・UAC(User Agent Client) : リクエストを送信する。
・UAS(User Agent Server) : リクエストに応答する。
② SIPサーバ (ただし,別々のサーバとして実装しても構わない)
・ プロクシサーバ
: UACのSIPリクエストを次のサーバに中継する.
・ リダイレクトサーバ : リクエストを受け取り,着信側の現在アドレスを発信側に
知らせる。
・ 登録サーバ
: UACの現在位置を登録する。登録サーバは,通常プロクシ
サーバやリダイレクトサーバ と同一ホスト上で動作させるこ
とが多い。
以上のほかに,登録サーバからの登録情報を格納し,リダイレクトサーバや
着信URIからの参照要求に応答するロケーションサーバを用意することもある.
(b) コールフロー
もし,UA2 のURI (アドレス)が変更されている場合,
UA1はプロクシサーバを介してリダイレクトサーバに問い合わせ,
再度,以下の流れで発信を行う。
⑫
UA1
UA2
⑪
③
⑧
⑩
プロクシ
サーバ1
①~②
③~④
⑤~⑥
⑦
⑧~⑩
⑪
⑫
⑨
④
:
:
:
:
:
:
:
プロクシ
サーバ2
⑦
①
⑥
ロケーション
サーバ
②
⑤
UA2が自分の現在位置を登録
UA1がUA2の位置をプロクシサーバに問合せ
ロケーションサーバに問い合わせてUA2を特定
UA2にリクエストを送信
UA2がUA1に応答を返信
UA1がUA2に応答受信を確認
通話開始
登録
サーバ
現在位置登録
①~② : UA2が自分の現在位置を登録
⑫
UA1
UA2
⑪
③
⑧
⑩
プロクシ
サーバ1
①~②
③~④
⑤~⑥
⑦
⑧~⑩
⑪
⑫
⑨
④
:
:
:
:
:
:
:
プロクシ
サーバ2
⑦
①
⑥
ロケーション
サーバ
②
⑤
UA2が自分の現在位置を登録
UA1がUA2の位置をプロクシサーバに問合せ
ロケーションサーバに問い合わせてUA2を特定
UA2にリクエストを送信
UA2がUA1に応答を返信
UA1がUA2に応答受信を確認
通話開始
登録
サーバ
リクエスト発信
③~④ : UA1がUA2の位置をプロクシサーバに問合せ
⑫
UA1
UA2
⑪
③
⑧
⑩
プロクシ
サーバ1
①~②
③~④
⑤~⑥
⑦
⑧~⑩
⑪
⑫
⑨
④
:
:
:
:
:
:
:
プロクシ
サーバ2
⑦
①
⑥
ロケーション
サーバ
②
⑤
UA2が自分の現在位置を登録
UA1がUA2の位置をプロクシサーバに問合せ
ロケーションサーバに問い合わせてUA2を特定
UA2にリクエストを送信
UA2がUA1に応答を返信
UA1がUA2に応答受信を確認
通話開始
登録
サーバ
UA2特定
⑤~⑥ : ロケーションサーバに問い合わせてUA2を特定
⑫
UA1
UA2
⑪
③
⑧
⑩
プロクシ
サーバ1
①~②
③~④
⑤~⑥
⑦
⑧~⑩
⑪
⑫
⑨
④
:
:
:
:
:
:
:
プロクシ
サーバ2
⑦
①
⑥
ロケーション
サーバ
②
⑤
UA2が自分の現在位置を登録
UA1がUA2の位置をプロクシサーバに問合せ
ロケーションサーバに問い合わせてUA2を特定
UA2にリクエストを送信
UA2がUA1に応答を返信
UA1がUA2に応答受信を確認
通話開始
登録
サーバ
リクエスト送信
⑦
: UA2にリクエストを送信
⑫
UA1
UA2
⑪
③
⑧
⑩
プロクシ
サーバ1
①~②
③~④
⑤~⑥
⑦
⑧~⑩
⑪
⑫
⑨
④
:
:
:
:
:
:
:
プロクシ
サーバ2
⑦
①
⑥
ロケーション
サーバ
②
⑤
UA2が自分の現在位置を登録
UA1がUA2の位置をプロクシサーバに問合せ
ロケーションサーバに問い合わせてUA2を特定
UA2にリクエストを送信
UA2がUA1に応答を返信
UA1がUA2に応答受信を確認
通話開始
登録
サーバ
応答返信
⑧~⑩ : UA2がUA1に応答を返信
⑫
UA1
UA2
⑪
③
⑧
⑩
プロクシ
サーバ1
①~②
③~④
⑤~⑥
⑦
⑧~⑩
⑪
⑫
⑨
④
:
:
:
:
:
:
:
プロクシ
サーバ2
⑦
①
⑥
ロケーション
サーバ
②
⑤
UA2が自分の現在位置を登録
UA1がUA2の位置をプロクシサーバに問合せ
ロケーションサーバに問い合わせてUA2を特定
UA2にリクエストを送信
UA2がUA1に応答を返信
UA1がUA2に応答受信を確認
通話開始
登録
サーバ
応答受信確認
⑪
: UA1がUA2に応答受信を確認
⑫
UA1
UA2
⑪
③
⑧
⑩
プロクシ
サーバ1
①~②
③~④
⑤~⑥
⑦
⑧~⑩
⑪
⑫
⑨
④
:
:
:
:
:
:
:
プロクシ
サーバ2
⑦
①
⑥
ロケーション
サーバ
②
⑤
UA2が自分の現在位置を登録
UA1がUA2の位置をプロクシサーバに問合せ
ロケーションサーバに問い合わせてUA2を特定
UA2にリクエストを送信
UA2がUA1に応答を返信
UA1がUA2に応答受信を確認
通話開始
登録
サーバ
通話開始
⑫
: 通話開始
⑫
UA1
UA2
⑪
③
⑧
⑩
プロクシ
サーバ1
①~②
③~④
⑤~⑥
⑦
⑧~⑩
⑪
⑫
⑨
④
:
:
:
:
:
:
:
プロクシ
サーバ2
⑦
①
⑥
ロケーション
サーバ
②
⑤
UA2が自分の現在位置を登録
UA1がUA2の位置をプロクシサーバに問合せ
ロケーションサーバに問い合わせてUA2を特定
UA2にリクエストを送信
UA2がUA1に応答を返信
UA1がUA2に応答受信を確認
通話開始
登録
サーバ
(c) メッセージ形式
インターネットにおけるSMTP等の形式と似ており,
以下のような部分から構成される。
① 開始行
② ヘッダ(複数可能)
③ 空行
④ 本文(オプション)
なお,開始行とヘッダでサービスやアドレス,
プロトコル種別を宣言し,本文はないこともある。
(d) アドレス形式
SIPのアドレス(SIP URI)は,
E-Mail アドレスに似た次のような形式で表現される.
sip:user:[email protected]:port;uri-parametera?header
たとえば,
sip:[email protected]
sip:[email protected]:5090(ポート番号指定)
sip:aaa:[email protected](パスワードを指定)
sip:[email protected];transport=tcp(トランスポートを tcp に指定)
sip:[email protected];method=REGISTER?to=aaa%40sosiki.co.jp
(REGISTERメソッドで aaa のアドレスを登録)
と表現される.
(e) メソッド
SIPでは,処理実行をメソッドで指定する。
標準的には以下のようなメソッドがある.
・INVITE
:ユーザをコールに招待
・ACK
:INVITEに対する応答受信の通知
・BYE
:コールの終了
・CANCEL
:未応答INVITEリクエストのキャンセル
・OPTIONS
:サーバの能力情報の問合せ
・REGISTER :ユーザの現在位置情報登録
・INFO
:セッションに関係する情報の通知SIPのアドレス
7.4.2
VoIP(Voice over IP)
VoIP設備
(1)VoIPに必要な技術と機能
[必要機能]
① 電話回線網との回線交換
② 既存の一般電話網との接続
したがって,ソフトスイッチ,メディアゲートウェイの技術が中心的な技術となる.
① ソフトスイッチ
通信相手を特定し,通信メディアの通知やネゴシエーション管理を行う。
交換機の代わりに通信相手の特定を行うのでCA(Call Agent)とも呼ばれる.
② メディアゲートウェイ
既存の一般加入者電話とIP電話との接続を可能とする。
VoIP(Voice over IP)
(2)IP電話の種類
① ソフトフォン
パソコン等に音声通話用のソフトウェアを実装することで
音声電話を実現したもの。
② ハードフォン
電話自体にIP接続機能を持たせたもの。
[ IP電話に必要な機能]
① 音声符号化
② 音声情報のIPパケット化
③ メディアゲートウェイを介した既存電話網との接続機能
No.7共通線信号方式
(SS7:Signaling System No.7)
(3)共通線信号網との接続
中継交換機間の伝送路ではなくIP網を電話音声の伝送路として用いる場合,
ソフトスイッチではIP網のCA(Call Agent)に共通信号線を接続し,
通話チャネルをメディアゲートウェイに接続する.
[MGCPにより,IP網を通じて通話開始されるまでの手順]
SS7共通線信号網
⑪確認
②電話番号等
③GCの
チャネル番号
④発信側IPアドレス,
ポート番号
加入者収容
交換機(LS)
①電話番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
⑤電話番号
コール
エージェント
(CA)
⑦着信側
IPアドレス,
⑩着信側
IPアドレス, ポート番号
ポート番号
⑫通話開始
IP網
⑨確認
⑥発信側
IPアドレス
ポート番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
加入者収容
交換機(LS)
⑧着信通知
⑨応答
交換機への電話番号通知
① 電話機から電話番号を加入者収容交換機(LS)に通知する.
SS7共通線信号網
⑪確認
②電話番号等
③GCの
チャネル番号
④発信側IPアドレス,
ポート番号
加入者収容
交換機(LS)
①電話番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
⑤電話番号
コール
エージェント
(CA)
⑦着信側
IPアドレス,
⑩着信側
IPアドレス, ポート番号
ポート番号
⑫通話開始
IP網
⑨確認
⑥発信側
IPアドレス
ポート番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
加入者収容
交換機(LS)
⑧着信通知
⑨応答
電話番号等をCAに通知
② LSは電話番号等を共通信号線網を通じてCAに通知
SS7共通線信号網
⑪確認
②電話番号等
③GCの
チャネル番号
④発信側IPアドレス,
ポート番号
加入者収容
交換機(LS)
①電話番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
⑤電話番号
コール
エージェント
(CA)
⑦着信側
IPアドレス,
⑩着信側
IPアドレス, ポート番号
ポート番号
⑫通話開始
IP網
⑨確認
⑥発信側
IPアドレス
ポート番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
加入者収容
交換機(LS)
⑧着信通知
⑨応答
GWに使用チャネル番号通知
③ CAは発信側のメディアゲートウェイ(GW)に発信側LSの使用チャネル番号を通知
SS7共通線信号網
⑪確認
②電話番号等
③GCの
チャネル番号
④発信側IPアドレス,
ポート番号
加入者収容
交換機(LS)
①電話番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
⑤電話番号
コール
エージェント
(CA)
⑦着信側
IPアドレス,
⑩着信側
IPアドレス, ポート番号
ポート番号
⑫通話開始
IP網
⑨確認
⑥発信側
IPアドレス
ポート番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
加入者収容
交換機(LS)
⑧着信通知
⑨応答
GWが発信側IPアドレスとポート番号をCAに通知
④ 発信側GWは,通話に割り当てる発信側IPアドレスとポート番号をCAに通知.
これによって,発信側LSと発信側GW間が接続される.
SS7共通線信号網
⑪確認
②電話番号等
③GCの
チャネル番号
④発信側IPアドレス,
ポート番号
加入者収容
交換機(LS)
①電話番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
⑤電話番号
コール
エージェント
(CA)
⑦着信側
IPアドレス,
⑩着信側
IPアドレス, ポート番号
ポート番号
⑫通話開始
IP網
⑨確認
⑥発信側
IPアドレス
ポート番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
加入者収容
交換機(LS)
⑧着信通知
⑨応答
CAは着信側LSに電話番号等を通知
⑤ CAは共通信号網を介して着信側LSに電話番号等を通知
SS7共通線信号網
⑪確認
②電話番号等
③GCの
チャネル番号
④発信側IPアドレス,
ポート番号
加入者収容
交換機(LS)
①電話番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
⑤電話番号
コール
エージェント
(CA)
⑦着信側
IPアドレス,
⑩着信側
IPアドレス, ポート番号
ポート番号
⑫通話開始
IP網
⑨確認
⑥発信側
IPアドレス
ポート番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
加入者収容
交換機(LS)
⑧着信通知
⑨応答
着信側GWに送信側のIPアドレス,ポート番号通
知
⑥ CAは着信側GWに発信側IPアドレスとポート番号を通知する.
SS7共通線信号網
⑪確認
②電話番号等
③GCの
チャネル番号
④発信側IPアドレス,
ポート番号
加入者収容
交換機(LS)
①電話番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
⑤電話番号
コール
エージェント
(CA)
⑦着信側
IPアドレス,
⑩着信側
IPアドレス, ポート番号
ポート番号
⑫通話開始
IP網
⑨確認
⑥発信側
IPアドレス
ポート番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
加入者収容
交換機(LS)
⑧着信通知
⑨応答
着信側LSと着信側GWの接続
⑦ 着信側GWは,通話に割り当てる着信側IPアドレスとポート番号をCAに通知する.
これによって着信側LSと着信側GWが接続される.
SS7共通線信号網
⑪確認
②電話番号等
③GCの
チャネル番号
④発信側IPアドレス,
ポート番号
加入者収容
交換機(LS)
①電話番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
⑤電話番号
コール
エージェント
(CA)
⑦着信側
IPアドレス,
⑩着信側
IPアドレス, ポート番号
ポート番号
⑫通話開始
IP網
⑨確認
⑥発信側
IPアドレス
ポート番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
加入者収容
交換機(LS)
⑧着信通知
⑨応答
着信(電話のベルがなる)
⑧ 着信側LSは電話機に着信をしらせ,電話のベルが鳴る.
SS7共通線信号網
⑪確認
②電話番号等
③GCの
チャネル番号
④発信側IPアドレス,
ポート番号
加入者収容
交換機(LS)
①電話番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
⑤電話番号
コール
エージェント
(CA)
⑦着信側
IPアドレス,
⑩着信側
IPアドレス, ポート番号
ポート番号
⑫通話開始
IP網
⑨確認
⑥発信側
IPアドレス
ポート番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
加入者収容
交換機(LS)
⑧着信通知
⑨応答
交換機への電話番号通知
⑨ 着信側電話機の受話器が上げられると,
着信側LSは共通信号線を介して受話器が上げられたことを通知.
SS7共通線信号網
⑪確認
②電話番号等
③GCの
チャネル番号
④発信側IPアドレス,
ポート番号
加入者収容
交換機(LS)
①電話番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
⑤電話番号
コール
エージェント
(CA)
⑦着信側
IPアドレス,
⑩着信側
IPアドレス, ポート番号
ポート番号
⑫通話開始
IP網
⑨確認
⑥発信側
IPアドレス
ポート番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
加入者収容
交換機(LS)
⑧着信通知
⑨応答
着信側のIPアドレス,ポート番号が発信側GWへ
⑩ CAは着信側GWのIPアドレスとポート番号を発信側GWに通知.これによって発信
側と着信側のIPアドレスとポート番号が対応付けられる.
SS7共通線信号網
⑪確認
②電話番号等
③GCの
チャネル番号
④発信側IPアドレス,
ポート番号
加入者収容
交換機(LS)
①電話番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
⑤電話番号
コール
エージェント
(CA)
⑦着信側
IPアドレス,
⑩着信側
IPアドレス, ポート番号
ポート番号
⑫通話開始
IP網
⑨確認
⑥発信側
IPアドレス
ポート番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
加入者収容
交換機(LS)
⑧着信通知
⑨応答
受話器があげられたことを発呼側LSに通知
⑪ CAは,共通線信号網を介して受話器があげられたことを発呼側LSに通知する.
SS7共通線信号網
⑪確認
②電話番号等
③GCの
チャネル番号
④発信側IPアドレス,
ポート番号
加入者収容
交換機(LS)
①電話番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
⑤電話番号
コール
エージェント
(CA)
⑦着信側
IPアドレス,
⑩着信側
IPアドレス, ポート番号
ポート番号
⑫通話開始
IP網
⑨確認
⑥発信側
IPアドレス
ポート番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
加入者収容
交換機(LS)
⑧着信通知
⑨応答
通話可能
⑫ 通話できる状態になる.
SS7共通線信号網
⑪確認
②電話番号等
③GCの
チャネル番号
④発信側IPアドレス,
ポート番号
加入者収容
交換機(LS)
①電話番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
⑤電話番号
コール
エージェント
(CA)
⑦着信側
IPアドレス,
⑩着信側
IPアドレス, ポート番号
ポート番号
⑫通話開始
IP網
⑨確認
⑥発信側
IPアドレス
ポート番号
メディア
ゲートウェイ
(GW)
加入者収容
交換機(LS)
⑧着信通知
⑨応答
ダウンロード

7.4 IPネットワーク交換技術 - 計算問題で制す!電気通信技術の基礎