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

1

SIGTRAN概念 ............................................................................................................ 2 1.1 2

SIGTRAN 协议栈结构 ...................................................................................... 2

1.2 七号信令系统整体结构 ................................................................................... 3 SCTP协议.................................................................................................................. 3 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 3

SCTP协议的发展............................................................................................. 4 SCTP 典型应用端口 ........................................................................................ 4 SCTP特性 ....................................................................................................... 4 SCTP与TCP的区别 ......................................................................................... 5 SCTP相关术语解释 ......................................................................................... 5 SCTP偶联建立过程 ......................................................................................... 6 SCTP 某些典型应用 ........................................................................................ 7

M2UA介绍 ................................................................................................................ 7 3.1 M2UA提供的功能 ........................................................................................... 8 3.2 M2UA相关术语 .............................................................................................. 8 3.3 M2UA工作流程综述 ....................................................................................... 9 M3UA协议 ................................................................................................................ 9 4.1 M3UA术语解释 ............................................................................................ 10 4.2 4.3 4.4 4.5

M3UA信令消息处理功能 .............................................................................. 11 M3UA在SGP-ASP方式中的应用 .................................................................... 11 M3UA在IPSP-IPSP方式中的应用 (如H248) ................................................. 12 M3UA在IMS网络中的典型应用.................................................................... 12 4.5.1 M3UA在IMS网络中的典型应用1 ...................................................... 12

4

4.5.2 M3UA在IMS网络中的典型应用2 ...................................................... 13 4.6 M3UA工作流程综述 ..................................................................................... 13 5

IUA协议.................................................................................................................. 13 5.1 IUA在系统中的位置...................................................................................... 14 5.2 IUA相关术语 ................................................................................................ 14 5.3 IUA提供的功能............................................................................................. 14 M2PA协议 .............................................................................................................. 14 SUA协议 ................................................................................................................. 15

6 7

1 SIGTRAN概念

SIGTRAN（Signaling Transport，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。

1.1 SIGTRAN 协议栈结构

SIGTRAN 协议栈结构示意图

M3UA：MTP3用户适配层 SUA：SCCP用户适配层 SCTP：流控制传输协议

M2UA：MTP2用户适配层 M2PA：MTP2对等适配层 IP：互联网协议

IUA：ISDN Q.921用户适配层 V5UA：V5用户适配层

SIGTRAN的协议结构包括3个组件： ? 标准的IP传送协议

? 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 ? No.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

1.2 七号信令系统整体结构

OSI七层模型七号信令系统MAPDUPTUPISUPTCAP第4~6层（表示层、会话层、传输层）OMAP第7层（应用层）ISPSCCP第3层（网络层）MTP(3)MTP(2)MTP(1)第2层（数据链路层）第1层（物理层）

MTP(3)信令网络功能信令消息处理用户部分(ISUP、TUP、SCCP）MTP(2)信令链路功能MTP(1)信令数据链路消息分配消息识别消息编路 倒 换 倒 回管理禁止TFPTFATFCRSTUPU断开/激活信令网络管理信令业务管理信令路由管理信令链路管理

2 SCTP协议

? 流控制传输协议（Stream Control Transmission Protocol），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。

? 处于传输层，在网络模型中与TCP,UDP处于同层位置

2.1 SCTP协议的发展

2.2 SCTP 典型应用端口

2.3 SCTP特性

? 基于用户消息包的传输协议

? 支持流内用户数据报的顺序或无序传递

? 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 ? 多宿性 ? 多流性

? 阻塞控制机制

? 通过在偶联的一端或两端支持多归属提高偶联的可靠性 ? 偶联建立需经过COOKIE 的认证，保证了偶联的安全性 ? 实时的路径故障测试功能

2.4 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。

? SCTP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。

? TCP是基于比特流，SCTP则是基于用户消息流。

? 一个TCP连接只能支持一个流，一个SCTP连接可以支持多个流。

? TCP连接建立有三次握手，而SCTP建立连接需要四次握手。

? SCTP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。

2.5 SCTP相关术语解释

? 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。 ? SCTP端点（End Point）：每个端点由IP地址和端口号唯一标识，与TCP传输地址

类似。

? SCTP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。 ? 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。 ? TSN 和SSN

? TSN（Transmission Sequence Number）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（Stream Sequence Number）流顺序号，基于流维护的 ，分配一个16

位顺序号

SCTP端点ASCTP端点BSCTP流(单向)可以有多个IP/SCTP-port对SCTP连接可以有多个IP/SCTP-port对

2.6 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，INIT ACK，COOKIE ECHO，COOKIE ACK

SCTP 偶联建立的过程是4 步握手。即有4 个消息交互：INIT，INIT ACK， COOKIE ECHO，COOKIE ACK。

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Verification Tag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INIT ACK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

INIT ACK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STATE COOKIE的参数，包含在INIT ACK消息中。INIT ACK消息的通用头的Verification Tag置为INIT消息中初始Tag的值。INIT ACK消息一般也带上本端使用的地址，输入输出流等信息。发送INIT ACK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INIT ACK后，停INIT定时器。更新自己的TCB，填入从INIT ACK获得的信息。然后生成COOKIE ECHO消息，将INIT ACK中的STATE COOKIE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COOKIE ECHO消息后，进行COOKIE验证。将STATE COOKIE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STATE COOKIE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COOKIE ACK消息。

5) 偶联发起端收到COOKIE ACK消息，停COOKIE定时器，迁入ESTABLISHED状态。这样偶

联建立过程完毕。

2.7 SCTP 某些典型应用

3 M2UA介绍

M2UA（No.7 MTP2-User Adaption layer protocol，即MTP2用户适配协议）由RFC 3331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.7 MTP2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，如错误！未找到引用源。所示:

SEP/STPSS7SGM2UAMGC/IP SCPNO.7 UPMTP-3MTP-2MTP-1MTP-2MTP-1NO.7 UPMTP3M2UASCTPIPM2UASCTPIPNIFM2UA在系统中的位置

? SEP（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。

? SG提供NIF（Nodal Interworking Function-节点互通功能）模块，通过原语实现MTP2与M2UA的互通。

? 在MGC端，M2UA的上层用户是MTP3。

3.1 M2UA提供的功能

? 支持MTP2/MTP3之间的边界接口 ? 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 3.2 M2UA相关术语 ? 应用服务器（AS，Application Server）: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，Application Server Process），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。 ? 应用服务器进程（ASP，Application Server Process）: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。 ? 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 link1ActiveInterface IDASNo.7 link2Interface IDInactiveASPASPStream1Stream2 No.7信令链路、接口标识符、AS和ASP之间的关系示例 ? 信令网关进程（SGP，Signaling Gateway Process）：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。 ? 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）。 ? 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。 ? 链路关键字（Link Key）：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。 ? M2UA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0所示，引入M2UA链路后，M2UA网络结构可简化。

SCTP assoc 0MTP2 link 0MTP2link 1SCTP assoc 1SCTP assoc 2ASP0MGCAS0ASP1AS0 includes MTP2 link0 and link 1ASP2AS1MG/SG0MTP2 link 2MTP2 link 3SCTP assoc 3ASP3AS1 includes MTP2 link2 and link 3

M2UA的网络结构

MGCMTP2 link 0MTP2 link 1MTP2 link 2MTP2 link 3M2UA LINK 0(servered for MTP2 link 0and link1)AS0AS1MG/SG0M2UA LINK 1(servered for MTP2 link 2and link3)

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。

3.3 M2UA工作流程综述

4 M3UA协议

M3UA（MTP3-User Adaptation Layer）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。

4.1 M3UA术语解释

? 应用服务器AS（Application Server）：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。 ? 应用服务进程ASP（Application Server Process）：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

? 选路关键字（Routing Key）：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。 ? 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。 ? 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

? 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。

? 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。

? IP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。

4.2 M3UA信令消息处理功能

M3UA的功能：

? M3UA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 ? M3UA也有对SCTP连接的管理功能，保证SCTP的连接可靠性

4.3 M3UA在SGP-ASP方式中的应用

SEP/STPSS7SGM3UAMGC/IP SCPNO.7 UPMTP-3MTP-2MTP-1NIFMTP-3MTP-2MTP-1M3UASCTPIPNO.7 UPM3UASCTPIP七号信令网与IP网的互通(使用M3UA)

4.4 M3UA在IPSP-IPSP方式中的应用 (如H248)

MGCIPMGC应用应用M3UASCTPIPM3UASCTPIP使用M3UA的MGC-MGC对等通信

4.5 M3UA在IMS网络中的典型应用

4.5.1 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。

4.5.2 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。

4.6 M3UA工作流程综述

5 IUA协议

IUA由RFC 3057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ISDN BRA（Basic Rate Access）接口或PRA（Primary Rate Access）接口，采用点到点或点到多点的通信方式，如图所示

5.1 IUA在系统中的位置

ISDN EPSGMGCDSS1IUAQ.931NIFIUAQ.931IUASCTPIP Q.921Q.921SCTPIPIUA在系统中的位置

5.2 IUA相关术语

? 接口:支持相关ISDN信令信道的接口。ISDN信令信道可以是16k bit/s的D信道（用于

ISDN BRI），64k bit/s基本或备份的信令信道（用于ISDN PRI）。

? 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。 ? 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。 ? 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。

5.3 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

6 M2PA协议

? M2PA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。 ? M2PA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。

7 SUA协议

? SUA：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。 ? SUA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。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/oojr.html