ITU-T Q.933

Q.933 — это рекомендация Сектора стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи (ITU-T), которая определяет протокол сигнализации для установления, поддержания и разъединения соединений в сетях с интеграцией услуг (ISDN) и, в расширенном виде, в сетях Frame Relay. Протокол относится к третьему уровню эталонной модели OSI (сетевой уровень) и является ключевым элементом для управления виртуальными каналами (PVC) и коммутируемыми виртуальными каналами (SVC) в цифровых сетях.

История и развитие

Разработка стандарта Q.933 началась в конце 1980-х годов в рамках работ ITU-T по созданию единой системы сигнализации для цифровых сетей с интеграцией служб (ISDN). Первая версия рекомендации была утверждена в 1991 году. Основой для Q.933 послужил более ранний протокол сигнализации DSS 1 (Digital Subscriber Signalling System No. 1), описанный в рекомендации Q.931, который использовался для управления базовыми и первичными доступами ISDN.

В середине 1990-х годов, с развитием технологии Frame Relay как более экономичной альтернативы выделенным линиям для передачи данных, возникла необходимость в стандартизации сигнализации для этой сети. ITU-T адаптировала Q.933 для использования в Frame Relay, включив в неё механизмы управления постоянными виртуальными каналами (PVC) и коммутируемыми виртуальными каналами (SVC). Эта версия была опубликована в 1996 году и получила обозначение Q.933 (1996). Позднее стандарт неоднократно дополнялся, в частности, для поддержки новых услуг и улучшения взаимодействия с другими протоколами.

Архитектура и принципы работы

Протокол Q.933 работает в режиме «клиент-сервер» между оконечным оборудованием пользователя (DTE) и сетевым оборудованием (DCE), например, коммутатором или маршрутизатором провайдера. Он использует сообщения фиксированного формата, которые передаются в кадрах Link Access Procedure for Frame Mode Bearer Services (LAPF), определённого в рекомендации Q.922.

Формат сообщения

Каждое сообщение Q.933 состоит из следующих полей:

• Идентификатор протокола (Protocol Discriminator) — указывает, что используется протокол Q.933 (значение 0x08).
• Длина вызова (Call Reference Length) — определяет длину поля номера вызова (обычно 1 или 2 байта).
• Номер вызова (Call Reference) — уникальный идентификатор конкретного соединения (виртуального канала) на данном интерфейсе.
• Тип сообщения (Message Type) — определяет назначение сообщения (например, SETUP, CONNECT, RELEASE).
• Элементы информации (Information Elements) — переменное число полей, содержащих параметры соединения (например, адреса, качество обслуживания, идентификаторы канала).

Типы сообщений

Основные типы сообщений Q.933 включают:

• SETUP — инициирует установление соединения (для SVC).
• CALL PROCEEDING — подтверждает, что запрос на соединение принят и обрабатывается.
• CONNECT — подтверждает успешное установление соединения.
• CONNECT ACKNOWLEDGE — подтверждает получение сообщения CONNECT.
• RELEASE — инициирует разъединение соединения.
• RELEASE COMPLETE — подтверждает завершение разъединения.
• STATUS ENQUIRY — запрос состояния соединения или интерфейса.
• STATUS — ответ на запрос состояния или уведомление об ошибке.

Применение в сетях Frame Relay

В контексте Frame Relay протокол Q.933 используется для двух основных целей:

Управление постоянными виртуальными каналами (PVC)

Для PVC, которые настраиваются администратором вручную на обоих концах соединения, Q.933 не требуется для установления или разрыва канала. Однако он используется для мониторинга состояния PVC через механизм Link Management Interface (LMI). В этом режиме Q.933 реализует процедуры:

• Status Enquiry — периодические запросы от DTE к DCE для проверки работоспособности и конфигурации PVC.
• Status — ответы от DCE с информацией о состоянии каждого PVC (активен, неактивен, удалён).

Версия LMI, основанная на Q.933, известна как ITU-T LMI (или Annex A LMI). Она отличается от других реализаций LMI (например, Cisco LMI) структурой сообщений и кодами ошибок. Основные элементы информации, используемые в LMI:

• Locking Shift — указывает на использование расширенного набора кодов.
• Report Type — тип отчёта (полный, частичный, асинхронный).
• PVC Status — состояние конкретного PVC (активен, неактивен, удалён).

Управление коммутируемыми виртуальными каналами (SVC)

Для SVC, которые создаются динамически по запросу пользователя, Q.933 используется для полного цикла установления, поддержания и разъединения соединения. Процесс включает:

1. DTE отправляет сообщение SETUP, содержащее адрес назначения (например, номер E.164) и параметры QoS.
2. Сеть (DCE) отвечает сообщением CALL PROCEEDING и начинает маршрутизацию вызова.
3. При успешном соединении с удалённым DTE сеть отправляет CONNECT.
4. DTE подтверждает получение сообщением CONNECT ACKNOWLEDGE.
5. Для разъединения любая сторона отправляет RELEASE, на что другая сторона отвечает RELEASE COMPLETE.

SVC на основе Q.933 позволяют более гибко использовать ресурсы сети, так как виртуальные каналы создаются только на время передачи данных, но требуют более сложной сигнализации и поддержки со стороны оборудования.

Сравнение с другими протоколами

Q.933 часто сравнивают с другими протоколами сигнализации, используемыми в сетях с коммутацией пакетов:

Основное отличие Q.933 от простых LMI-протоколов — возможность динамического создания SVC, что требует более сложной логики обработки вызовов.

Современное состояние и перспективы

К началу 2020-х годов технология Frame Relay, для которой Q.933 наиболее широко применялся, практически вытеснена более современными решениями, такими как MPLS (Multiprotocol Label Switching) и Ethernet VPN (EVPN). Однако протокол продолжает использоваться в устаревших сетях, особенно в промышленности, телекоммуникациях и государственных учреждениях, где миграция на новые технологии требует значительных затрат.

В ISDN, где Q.933 также применялся, технология также считается устаревшей и постепенно заменяется VoIP (Voice over IP) и SIP (Session Initiation Protocol). Тем не менее, принципы сигнализации, заложенные в Q.933, оказали влияние на разработку более современных протоколов, включая некоторые аспекты MPLS-TP (Transport Profile) и GMPLS (Generalized MPLS).

Интересные факты

• В рекомендации Q.933 используется механизм «Locking Shift», который позволяет переключаться между различными наборами элементов информации, что делает протокол расширяемым без нарушения обратной совместимости.
• Протокол поддерживает до 1024 виртуальных каналов на одном физическом интерфейсе (при использовании 10-битных идентификаторов DLCI).
• В некоторых реализациях Q.933 используется для передачи дополнительных услуг, таких как уведомления о перегрузке сети (Forward Explicit Congestion Notification — FECN и Backward Explicit Congestion Notification — BECN).

Источники

• ITU-T Recommendation Q.933 (1996) — Digital Subscriber Signalling System No. 1 (DSS 1) — Signalling specifications for frame mode switched and permanent virtual connection control and status monitoring.
• ITU-T Recommendation Q.931 (1998) — Digital Subscriber Signalling System No. 1 (DSS 1) — ISDN user-network interface layer 3 specification for basic call control.
• ITU-T Recommendation Q.922 (1992) — ISDN data link layer specification for frame mode bearer services.
• Black, U. (1999). Frame Relay Networks: Specifications, Implementations, and Applications. McGraw-Hill.
• Stallings, W. (2000). ISDN and Broadband ISDN with Frame Relay and ATM. Prentice Hall.