SIGTRAN总结.docx
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SIGTRAN总结
SIGTRAN
扬州电信网络操作维护中心顾进
本文结合资料,从易于维护人员理解的角度进行了总结,希望对大家理解SIGTRAN有所帮助
目录
1SIGTRAN概念2
1.1SIGTRAN协议栈结构2
1.2七号信令系统整体结构3
2SCTP协议3
2.1SCTP协议的发展4
2.2SCTP典型应用端口4
2.3SCTP特性4
2.4SCTP与TCP的区别5
2.5SCTP相关术语解释5
2.6SCTP偶联建立过程6
2.7SCTP某些典型应用7
3M2UA介绍7
3.1M2UA提供的功能8
3.2M2UA相关术语8
3.3M2UA工作流程综述9
4M3UA协议9
4.1M3UA术语解释10
4.2M3UA信令消息处理功能11
4.3M3UA在SGP-ASP方式中的应用11
4.4M3UA在IPSP-IPSP方式中的应用(如H248)12
4.5M3UA在IMS网络中的典型应用12
4.5.1M3UA在IMS网络中的典型应用112
4.5.2M3UA在IMS网络中的典型应用213
4.6M3UA工作流程综述13
5IUA协议13
5.1IUA在系统中的位置14
5.2IUA相关术语14
5.3IUA提供的功能14
6M2PA协议14
7SUA协议15
1SIGTRAN概念
SIGTRAN(SignalingTransport,信令传送):
是一个协议簇,主要功能是完成NO.7信令在电路交换网(SCN)和分组网络之间的无缝传送,适配和传输窄带信令,它包括两部分,一部分是传输层协议SCTP,一个是适配层协议。
工作在SCN与IP网的边缘,支持与没有任何修改的SCN信令应用的标准原语接口,从而保证已有的SCN信令应用可以未经修改地使用,同时它利用标志的IP传送协议作为底层传送信令,通过增加协议自身的功能来满足SCN信令传送的要求。
SIGTRAN协议栈结构
SIGTRAN协议栈结构示意图
M3UA:
MTP3用户适配层
M2UA:
MTP2用户适配层
IUA:
ISDNQ.921用户适配层
SUA:
SCCP用户适配层
M2PA:
MTP2对等适配层
V5UA:
V5用户适配层
SCTP:
流控制传输协议
IP:
互联网协议
SIGTRAN的协议结构包括3个组件:
Ø标准的IP传送协议
Ø通用的信令传输协议SCTP:
由IETF新制定的传输协议,用来保障IP信令传送的可靠性
ØNo.7信令适配子层:
用来支持特定的原语,保证同七号信令高层的交互。
IETF定义了M2UA、M2PA、M3UA和SUA等适配子层
七号信令系统整体结构
2SCTP协议
Ø流控制传输协议(StreamControlTransmissionProtocol),是为在IP网上传输SCN信令消息而设计的一种面向连接的可靠传输协议,SCTP对TCP的缺陷进行了一些完善,SCTP的设计包括适当的拥塞控制、防止泛滥和伪装攻击、更优的实时性能和多归属性支持。
Ø处于传输层,在网络模型中与TCP,UDP处于同层位置
SCTP协议的发展
SCTP典型应用端口
SCTP特性
Ø基于用户消息包的传输协议
Ø支持流内用户数据报的顺序或无序传递
Ø可以在一个偶联中建立多个流,流之间数据的传输互不干涉
Ø多宿性
Ø多流性
Ø阻塞控制机制
Ø通过在偶联的一端或两端支持多归属提高偶联的可靠性
Ø偶联建立需经过COOKIE的认证,保证了偶联的安全性
Ø实时的路径故障测试功能
SCTP与TCP的区别
普通的TCP/IP协议,在传输层应用的TCP或者UDP,由于UDP不可靠,不提供顺序控制和连接确认,而TCP为单数据流,且不提供多个IP连接,安全方面也受到限制,因此在SIGTRAN中使用的通用信令传送协议是SCTP(流控制传输协议),用以替代TCP、UDP协议。
上层适配层有很多中,针对不同的上层应用,有不同的适配层协议,比如MTP3的适配协议M3UA,SCCP的适配协议SUA等。
ØSCTP的连接可以是多宿主连接的,而TCP则一般是单地址连接的。
这是SCTP和TCP之间的最大区别。
在进行SCTP建立连接时,双方均可声明若干IP地址(IPv4,IPv6或主机名)通知对方本端所有的地址。
若当前连接失效,则协议可切换到另一个地址,而不需要重新建立连接。
ØTCP是基于比特流,SCTP则是基于用户消息流。
Ø一个TCP连接只能支持一个流,一个SCTP连接可以支持多个流。
ØTCP连接建立有三次握手,而SCTP建立连接需要四次握手。
ØSCTP建立连接时采用COOKIE机制,以及数据传输过程中采用的标签鉴别,使其能够有效的防止恶意攻击,具有更好的安全性。
SCTP相关术语解释
Ø主机(Host)一个典型的物理实体,例如一台计算机,配有一个或多个IP地址。
ØSCTP端点(EndPoint):
每个端点由IP地址和端口号唯一标识,与TCP传输地址类似。
ØSCTP偶联(Association):
在一对SCTP端点间建立的逻辑联系或通道。
偶联的建立是采用C/S模式。
Ø流(Stream):
一个偶联包含多个流,“流”就是一条SCTP偶联中,从一个端点到另一个端点的单向逻辑通道。
ØTSN和SSN
✧TSN(TransmissionSequenceNumber)传输顺序号,基于偶联维护的,分配一个基于初始TSN的32位顺序号
✧SSN(StreamSequenceNumber)流顺序号,基于流维护的,分配一个16位顺序号
SCTP偶联建立过程
SCTP偶联建立的过程是4步握手。
即有4个消息交互:
INIT,INITACK,COOKIEECHO,COOKIEACK
SCTP偶联建立的过程是4步握手。
即有4个消息交互:
INIT,INITACK,COOKIEECHO,COOKIEACK。
1)偶联发起端首先要创建一个数据结构TCB(传输控制块)来描述即将发起的这个偶联(包含偶联的基本信息),然后向对端发送INIT消息。
在这个消息里面,参数一般会带上本端使用的一个或多个IP地址(如果不带,对端就把INIT消息发送的源地址作为该端点的地址)。
在通用头中,由于还不知道对方的Tag,故将VerificationTag域置零。
在消息参数中,必须带上本端的Tag和期望的输入输出流数。
发送后启动一个init定时器,等待对方的INITACK消息,定时器超期则重发INIT,直到达到最大重发次数。
这些动作完成后,发起端进入COOKIE-WAIT状态。
2)偶联的接受端收到INIT消息后,先生成一个Tag,这个Tag将作为本端初始Tag放到INITACK消息的参数中。
然后也根据偶联的基本信息生成一个TCB,不过这个TCB是一个临时TCB。
这个TCB生成以后,将其中的必要信息(其中包含一个COOKIE生成的时间戳和COOKIE的生命期)和一个本端的密钥通过RFC2401描述的算法计算成一个32位的摘要MAC(这种计算是不可逆的)。
然后将那些必要信息和这个MAC组合成一个叫做STATECOOKIE的参数,包含在INITACK消息中。
INITACK消息的通用头的VerificationTag置为INIT消息中初始Tag的值。
INITACK消息一般也带上本端使用的地址,输入输出流等信息。
发送INITACK到对端,删掉临时TCB,(这样,接受端没有为这个偶联保留任何资源)。
3)偶联发起端收到INITACK后,停INIT定时器。
更新自己的TCB,填入从INITACK获得的信息。
然后生成COOKIEECHO消息,将INITACK中的STATECOOKIE原封带回。
启动COOKIE定时器。
状态转移为COOKIE-ECHOED。
4)偶联接受端收到COOKIEECHO消息后,进行COOKIE验证。
将STATECOOKIE中的TCB部分和本端密钥根据RFC2401的MAC算法进行计算,得出的MAC和STATECOOKIE中携带的MAC进行比较,如果不同则丢弃这个消息。
如果相同,则取出TCB部分的时间戳,和当前时间比较,看时间是否已经超过了COOKIE的生命期。
如果是,同样丢弃。
否则根据TCB中的信息建立一个和对端的偶联。
将状态迁入ESTABLISHED,并回送COOKIEACK消息。
5)偶联发起端收到COOKIEACK消息,停COOKIE定时器,迁入ESTABLISHED状态。
这样偶联建立过程完毕。
SCTP某些典型应用
3M2UA介绍
M2UA(No.7MTP2-UserAdaptionlayerprotocol,即MTP2用户适配协议)由RFC3331定义,它使用流量控制传输协议(SCTP)或其他合适的传输协议,通过IP传输No.7MTP2层的用户信令消息(即MTP3),该协议可用于信令网关(SG)和媒体网关控制器(MGC)之间的信令传输,如图所示:
ØSEP(信令端点)窄带信令通过SG(信令网关)接入MGC,M2UA运行在SCTP的上层,是SCTP用户。
ØSG提供NIF(NodalInterworkingFunction-节点互通功能)模块,通过原语实现MTP2与M2UA的互通。
Ø在MGC端,M2UA的上层用户是MTP3。
M2UA提供的功能
Ø支持MTP2/MTP3之间的边界接口
Ø支持对SG和MGC之间的通信管理
Ø支持对SG和MGC之间的偶联管理
Ø支持对SG和MGC之间偶联流的映射
M2UA相关术语
Ø应用服务器(AS,ApplicationServer):
ASP是执行特定应用实例的逻辑的实体,代表一定的资源,处理MTP第三层和终接于SG的No.7信令链路上的呼叫处理。
每个AS包含一组应用服务器进程(ASP,ApplicationServerProcess),其中一个或多个ASP能够处理业务。
在实际应用中,可以把一组M2UA链路的集合看作是一个AS。
Ø应用服务器进程(ASP,ApplicationServerProcess):
ASP是AS进程的实例。
每个ASP与一个SCTP端点对应,一个ASP可以服务于多个AS。
在M2UA应用中,ASP以主/备用方式工作,只有主用的ASP处理业务。
MSOFTX3000、UMG8900目前只支持一个AS与ASP对应,MGW8010则支持多个ASP与一个AS对应。
Ø接口标识符:
用于M2UA两端之间的通信,可以使用文本编码或整数编码的方式。
每个接口标识符对应一个实际的物理链路,并只在本地有效。
接口标识符由网关和MGC设备(MSOFTX3000)协商。
No.7信令链路、接口标识符、AS和ASP之间的关系示例
Ø信令网关进程(SGP,SignalingGatewayProcess):
SGP是一个通过M2UA协议与信令链路终端通信的进程实例。
SGP具有主用、备用和负荷分担三种状态。
Ø信令运载(Backhaul):
当MG(如MGW8010)内置SG功能,如果信令不在本地处理,则把信令消息从偶联数据流的接口传递到呼叫处理点(即MGC)。
Ø层管理:
层管理是SG或ASP中的节点功能,它用来处理M2UA层和本地管理实体之间输入和输出。
Ø链路关键字(LinkKey):
链路关键字是ASP与SG之间的本地唯一值,用于识别某一特定信令数据链路和该信令链路之间的两个信令终端的一个注册请求。
链路关键字在动态注册时使用。
目前暂不支持动态注册。
ØM2UA链路:
M2UA链路为SG和MGC(MSOFTX3000)的ASP之间创建的逻辑连接。
一条M2UA链路包括SG、ASP以及SG和ASP之间的SCTP偶联。
它的状态和ASP状态及SCTP偶联状态对应。
M2UA的网络结构如图所示,引入M2UA链路后,M2UA网络结构可简化。
M2UA的网络结构
M2UA的简化网络结构
M2UA链路为一个或多个MTP2提供链路通道,用于与它的用户(MTP3)通信。
每个MTP链路通过M2UA接口标识符映射到一个特定的M2UA链路,对应关系需要执行命令进行配置。
这样,来自MTP链路的数据可以通过M2UA链路进行透传。
M2UA工作流程综述
4M3UA协议
M3UA(MTP3-UserAdaptationLayer)是MTP第三级的适配层协议,七号信令网通过M3UA和MTP3的无缝配合,平滑地从SCN网延伸到IP网络中。
使IP网络中的设备不需有七号信令的物理层、数据链路层、完整的网络层的功能,就可以给七号信令的用户部分提供服务。
M3UA术语解释
Ø应用服务器AS(ApplicationServer):
它是一个逻辑上的概念,每一个AS是网络中完成某种业务功能的端点。
Ø应用服务进程ASP(ApplicationServerProcess):
它是AS上的一个进程实例,多个ASP可以以主备或是负荷分担的方式服务于一个AS。
AS与ASP关系图
Ø选路关键字(RoutingKey):
网关上的每个选路关键字定义了一个SS7信令消息路由特征的集合,满足该特征的SS7信令消息指定被特定的AS处理。
Ø信令网关和应用服务器间的No.7信令消息的分配由选路关键字确定。
Ø一般说来,选路关键字由下列部分组成:
局向对(OPC+DPC)+子业务(TUP/ISUP/SCCP)+CIC/SSN+AS
Ø信令网关(SG):
是在IP网和NO.7信令网的边界接收和发送NO.7信令的高层用户消息,SG是NO.7信令网中的信令点,它包含一个或多个信令网关进程,其中的一个或几个正常处理业务。
Ø信令网关进程(SGP):
信令网关的进程实例,它作为信令网关的激活、备用或负荷分担进程。
ØIP服务器进程(IPSP):
基于IP应用的进程实例。
本质上IPSP与ASP相同,只是它使用点到点的M3UA而不使用信令网关的业务。
七号信令如果在纯IP网络中传输的话,各个应用服务器上跑的进程就叫IPSP,这时候就没有信令网关的业务了。
M3UA信令消息处理功能
M3UA的功能:
ØM3UA有MTP3的功能,比如信令网管理功能,同时有AS和ASP的管理功能
ØM3UA也有对SCTP连接的管理功能,保证SCTP的连接可靠性
M3UA在SGP-ASP方式中的应用
M3UA在IPSP-IPSP方式中的应用(如H248)
M3UA在IMS网络中的典型应用
M3UA在IMS网络中的典型应用1
MGCF和IM-MGW之间Mn接口的上层协议为H.248协议,下层为SIGTRAN协议族,具体可以为M3UA/SCTP/IP,也可以为SCTP/IP承载。
M3UA在IMS网络中的典型应用2
MGW作为SG实现MGCF与PSTN互通时,MGW与MGCF的连接使用SIGTRAN协议。
M3UA工作流程综述
5IUA协议
IUA由RFC3057定义,它使用流控制传输协议(SCTP)或其他合适的传输协议,通过IP传输DSS1的Q.921层的用户信令消息(即Q.931)。
支持IUA协议的ISDN接口是ISDNBRA(BasicRateAccess)接口或PRA(PrimaryRateAccess)接口,采用点到点或点到多点的通信方式,如图所示
IUA在系统中的位置
IUA在系统中的位置
IUA相关术语
Ø接口:
支持相关ISDN信令信道的接口。
ISDN信令信道可以是16kbit/s的D信道(用于ISDNBRI),64kbit/s基本或备份的信令信道(用于ISDNPRI)。
Ø应用服务器(AS):
服务于特定应用事例的逻辑实体。
例如,AS可以是为终止于网关的D信道处理Q.931消息和呼叫进程。
Ø应用服务器进程(ASP):
某个应用服务器的处理事例,例如,主用或备用MGC的事例。
Ø层管理:
层管理是处理IUA层和本地管理实体之间的输入和输出的本地节点功能。
IUA提供的功能
✧支持Q.921/Q.931之间的边界接口,传送Q.931消息
✧支持对SG和MGC之间的通信管理
✧支持对SG和MGC之间的偶联管理
✧支持对SG和MGC之间偶联流的映射
6M2PA协议
ØM2PA是MTP第二级的对等适配层协议,可以使两个七号信令点通过IP网就能传送MTP3的消息。
M2PA使用低层的SCTP协议提供的可靠传输服务来为上层MTP3服务。
M2PA协议向MTP3提供了和原来MTP2/MTP3接口完全一致的接口,使得MTP3可以在IP网上进行无缝的操作。
ØM2PA主要功能:
✧支持MTP3/MTP2原语;
✧MTP2功能:
数据恢复,以支持MTP3倒换过程;向MTP3报告链路状态改变;处理机故障过程;链路定位过程。
✧NO.7和IP实体的映射;
✧对SCTP偶联及其流的管理。
7SUA协议
ØSUA:
适配层协议SUA是NO.7信令连接控制部分SCCP的用户适配层协议,使用SUA协议的信令传送机制允许任何NO.7信令网中的节点与IP网中的NO.7信令的节点间传送SCCP用户消息。
ØSUA主要功能:
✧支持传送SCCP用户消息(TCAP、RANAP等);
✧支持SCCP面向连接和面向无连接业务;
✧与SCCP用户协议的无缝操作;
✧对SCTP偶联的管理;
✧支持异步向层管理报告状态的变化。
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