（通信与信息系统专业论文）ngn中信令传送协议的研究与实现.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文摘要 摘要 随着i n t e r a c t 迅猛发展，i p 技术已经成为当前信息网发展的主流技术，而传统的p s t n 网络仍发挥着重要作用。网络互通的关键是信令互通。为此，i e t f 定义了信令传送s i g t r a n 协议簇来解决分组形式的电话信令在i p 网络上传输的问题。本文重点讨论适配层m 3 u a 协 议在媒体网关控制器m g c 中的设计、实现、测试和改进。m 3 u a 协议在软交换侧因为还需 要承载上层用户协议，所以与m 3 u a 协议在信令网关s o n 有一些不同。 本文首先从n o n 发展状况出发，探讨软交换技术的概念以及网络体系结构。在软交换 网络中，s i ( 3 t r a n 协议栈用于支持和现有的p s t n i s d n 的互通。s i g t r a n 协议包括标准 的i p 传送层、公共信令传送层和s c n 适配层。s c n 适配层用于适配传送各种高层信令协议 消息，包括ni a l ，l 3 u m 2 u m 2 p a ，s u a 等多种协议。尽管i e t f 定义了多种s i g t r a n 协 议栈，但是其层次结构模型和功能却有相似之处。然后分析了s i g t r a n 协议族的通用层次 结构模型，其中重点阐述了适配层有代表性的m 3 u a 协议和承载层s c t p 协议。 在深入理解协议的基础上，本文描述了s i g t r a n 协议开发的软硬件平台，集成开发环 境和开发过程，包括m 3 u a 协议的模块设计，消息结构实现，有限状态机设计等。然后，详 细阐述了m 3 u a 协议的具体实现过程，主要说明m 3 u a m a n a g e r 进程中的路由管理功能和 m 3 u a l i n k 进程中的协议处理功能。接着讲述m 3 u a 协议的功能测试、性能测试，测试方 法，包括信令跟踪、告警、人机命令辅助系统等手段，以及测试结论。 本文还进一步提出对m 3 u a 协议的改进。阐述了目前m 3 u a 协议应用于双归属技术中 的信令路由自动选择功能，并首次提出了p 链路保护技术和故障通知方法。这两项技术作 为第一作者已申请国家专利。最后，对本论文进行总结，并对今后的工作进行展望。 关键字：n g n ；软交换；s i g t r a n ；m 3 u a ；s c t p ；信令路由； 南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 a b s t r a c t a l o n g 谢mas p e e d yd e v e l o p m e n to fi n t e r a c t i pt e c h n o l o g yh a sb e c o m et h em o s tp o p u l a r t e c h n o l o g yf o rd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nn e t w o r k b u tt r a d i t i o n a lp s t nn e t w o r ki ss t i l lv e r y i m p o r t a n t t h e r e f o r e ，s i g t r a np r o t o c o l sd e f i n e db yi e t fr e s o l v ep r o b l e m sc a u s e db ys i g n a l ju n c t i o n sb e t w e e nt w ok i n d so fn e t w o r k t h i st h e s i sf o c u s e s0 1 1t h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no f m 3 u ai nm e d i ag a t e w a yc o n t r o l l e r s i n c em 3 u ai nm g cn e e d st ob e a ru p p e r - l a y e rp r o t o c o l ， i ti sd i f f e r e n tf r o mm 3 u ai ns i g n a l i n gg a t e w a y a tt h eb e g i n n i n go ft h i st h e s i s ，i td i s c u s s e st h ea c t u a l i t yo f n g n ，s o f t - s w i t c hs t r u c t u r ea n d s i 咖a n p r o t o c o l ss t r u c t u r e i ns o f t - s w i t c hs t r u c t u r e ，s i g t r a ni su s e di ns i g n a l i n gg a t e w a y a n dm e d i ag a t e w a yc o n t r o l l e rt ot r a n s m i tt r a d i t i o n a lt e l e p h o n es i g n a lb e t w e e nt h e m ，s u c h 船 i s u p , 皿s c c pa n ds oo n ；a n di e t fh a sd e f i n e dc o r r e l a t i v eu s e ra d a p t e rl a y e r st ot r a n s m i t t h e mi n 口n e t w o r k , s u c ha sr u a ，m 3 u a ，m 2 u a ，m 2 n v s u aa n ds oo n a l t h o u g hi e t fh a s d e f i n e dm a n yu s e ra d a p t a t i o nl a y e r s ，a l lo ft h e mh a v et h es i m i l a rs t r u c t u r em o d u l e t h e n ，i t c o n c l u d e st h ec o m m o ns t r u c t u r em o d e lo fs i g t r a j qp r o t o c o l s ，p o i n t so u tt h e i rc o m m o n l l e s s e s a n di n t r o d u c e st h et w or e p r e s e n t a t i v ep r o t o c o l si nu s e ra d a p t e rl a y e ra n db e a rl a y e r - - - - m 3 u aa n ds c t p w i t ht h ef u r t h e ru n d e r s t a n d i n go ft h ep r o t o c o l s ，t h et h e s i sf i r s ti n t r o d u c e st h es o f t w a r ea n d h a r d w a r er & de n v i r o n m e n to fs i g t r a np r o t o c o l s ，v x w o r k s o p e r m i n gs y s t e m a n d t o r n a d oa n dd e v e l o p m e n tp r o c e s s e s ，i n c l u d i n gm a i nm o d u l e s ，m e s s a g es t r u c t u r ed e s i g na n d f i n i t es t a t em a c h i n e t h e n ，i td i s c u s s e st h ep r o j e c tt or e a l i z et h em 3 u ap r o t o c o li n m 3 u a m a n a g e rp r o c e s sa n dm 3 u a l i n kp r o c e s s n e x t , i td e s c r i b e st h ef u n c t i o nt e s t ，c a p a b i l i t y t e s t ，t h ew a yo ft h et e s t ( i n c l u d i n gs i g n a lt r a c e ，a l a r ms y s t e m ) ，a n dt h ec o n c l u s i o no ft h et e s t ，n l et h e s i sa l s oi n t r o d u c e ss o m ei m p r o v e m e n to ft h i sp r o t o c 0 1 i ti n t r o d u c e ss i g n a l i n gr o u t e a u t os e l e c t i o nf u n c t i o ni nd u a lh o m i n gt e c h n o l o g y na l s oe x p l a i n st h ep r o t e c t i o no fi pl i n ka n d t h em e t h o d so ff a i l u r en o t i f i c a t i o nf o r t h ef i r s tt i m e ，a n dt h e s et w oh a v ea p p l i e df o r t h en a t i o n a l p a t e n t sa st h ef i r s ta u t h o r f i n a l l y , i tm a k e sas u m m a r i z a t i o na n da r r a n g e st h ef u r t h e rw o r k k e yw o r d s ：s o f t - s w i t c h ；s i g t r a n ；m 3 u a ；s c t p ；s i g n a l i n gr o u t e ； i i i 南京邮电大学硕士研究生学位论文 缩略语表 3 g p p a c k 心 a 窨 a s p a 1 1 虹 c g b c i c c s d p c d s s i f s m g r s i e t f 蹦s i n i n a p i p s p i s d n i s u p i t u i t u t l m m 3 u a m a p m g m g c m t p n g n 缩略语表 t h i r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t第三代伙伴计划 a c k n o w l e d g m e n tm e s s a g e 认可消息，证实消息 a p p l i c a t i o np a r t 应用部分 a p p l i c a t i o ns e r v e r 应用服务器 a p p l i c a t i o ns e r v e rp r o e e s s 一 应用服务器进程 a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e异步传输模式 c i r c u i tg r o u pb l o c k i n g电路群闭塞消息 c a r r i e ri d e n t i f i e a t i o nc o d e承载网络识别码 c i r c u i ts w i t c h e d 电路交换 d e s t i n a t i o np o i n tc o d e目的地信令点编码 d i g i t a ls u b s c r i b e rs i g n a l l i n gs y s t e mn o 1l 号数字用户信争 f i n i t es t a t em a c h i n e有限状态机 c i r c u i tg r o u pr e s e tm e s s a g e电路群复原消息 i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e因特网工程任务组 i pm u l t i m e d i as y s t e mi p 多媒体子系统 i n t e l l i g e n tn e t w o r k 智能网 i n t e l li g e n tn e t w o r ka p p l i c a t i o np a r t智能网应用部分 i ps e r v e rp r o c e s s i p 服务器进程 i n t e g r a t e ds e r v i c ed i g i t a ln e t w o r k 综合业务数字网 i s d nu s e rp a r ti s d n 用户部分 i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n国际电信联盟 t e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d i z a t i o ns e c t o ro f i t u 国际电信联盟电信标准组 l a y e rm a n a g e m e n t 层管理 m t p 3u s e ra d a p t a t i o nl a y e rm t p 第三级用户适配层 m o b i l ea p p l i c a t i o np a r t 移动通信应用部分 m e d i ag a t e w a y 媒体网关 m e d i ag a t e w a yc o n t r o l l e r媒体网关控制器 m e s s a g et r a n s f e rp a r t 公共消息传递部分 n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k 下一代网络 7 0 南京邮电大学硕士研究生学位论文缩略语表 n i f o & m o m a p o p c p s p s t n q o s r c r k r s c s c n s c c p s c l l p s e p s g s g p s i o s i p s p s p c s p m c s l c s l s s s s t p s u t c a p t d m t u p u l p u p n o d ei n t e r w o r k i n gf u n c t i o n o p e r a t i o n s & m a i n t e n a n c e o p e r a t i o nm a i n t e n a n c ea n da d m i n i s t r a t i o np a r t o r i g i n a t i n gp o i n tc o d e p a c k e ts w i t c h i n g p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k q u a l i t yo fs e r v i c e r o u t ec o n t e x t r o u t ek e y r e s e tc i r c u i tm e s s a g e s w i t c h e dc i r c u i tn e t w o r k s i g n a l i n gc o n n e c t i o nc o n t r o lp a r t s t r e a mc o n t r o lt r a n s m i s s i o np r o t o c o l s s 7s i g n a l i n ge n d p o i n t s i g n a l i n gg a t e w a y s i g n a l i n gg a t e w a yp r o c e s s s e r v i c ei n f o r m a t i o no c t e r s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c o l s i g n a l i n gp o i n t s i g n a l i n gp o i n tc o d e s i g n a l i n gp o i n tm a n a g e m e n tc l u s t e r s i g n a l i n gl i n kc o d e s i g n a l i n gl i n ks e l e c t i o n s o f t s w i t c h s i g n a l i n gt r a n s f e rp o i n t s i g n a l i n gu n i t t r a n s a c t i o nc a p a b i l i t i e sa p p l i c a t i o np a r t t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e t e l e p h o n eu s e rp a r t u p p e r l a y e rp r o t o c o l u s e rp a r t 7 l 节点互通功能 操作和维护 操作、维护和管理部分 源信令点编码 分组交换 公共电话交换网 服务质量 选路上下文 选路关键字 电路复原消息 电路交换网 信令连接控制部分 流控制传输协议层 7 号信令端点 信令网关 信令网关进程 业务信息八位位组 会话发起协议 信令点 信令点编码 信令点管理簇 信令链路编码 信令链路选择 软交换设备 信令转接点 信令单元 事务处理能力部分 时分复用 电话用户部分 高层协议 用户部分 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：卫f 耋墨日期：! ! 哩丝丝 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 研究生签名：儇岛昌 导师签名：；迄左垦日期：2 竺z 丝丝 南京邮电太学硕士研究生学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1n g n 国外研究现状和趋势 自1 8 7 6 年贝尔发明电话以来，通信的发展经历了若干阶段，时至今日，现代通信在 经过1 0 0 多年的发展后，已经深刻影响了人类社会的方方面面。 。 但是，随着i n t e m e t 的兴起和随之而来的数据网络的迅速发展，现有通信网络逐渐暴 露出其固有的局限性，已经越来越无法适应新的形势，需要加以变革和发展，n g n ( 下一 代网络) 应运而生。n g n 包含了网络构筑方式的不断变革，它为通信业提供了发展方向。 n g n 的结构不仅有利于语音与数据的融合，而且有利于光传输与分组技术的融合以及固定 与移动网的融合i i 】。 目前，n g n 的研究已成为通信业界的热点与焦点。国外的政府、行业团体、运营商、 设备厂商等都在进行n g n 的研究与探索，从国外的有关n g n 的研究与行动上来看，n g n 包含的内容非常广泛，例如，采用软交换技术的分组化话音网；以智能光网为核心的下一 代光网络：以m p l s 、i p v 6 为重点的下一代i p 网；以及采用3 g 、4 g 的下一代无线通信网 等等。一些行业组织和标准化机构也启动了本领域的n g n 网络技术研究，如：i e t f 的下 一代i p 网、3 g p p 与u m t s 论坛的下一代移动通信网、i n j - t 的n g np r o j e c t2 0 0 4 。虽然 一些国家的政府、标准化组织、电信运营商、制造商和服务提供商在n g n 上的作法仍不 尽相同，但是，他们目的都是相同的：即研究和部署面向下一代的技术与业务。 n g n 代表着网络未来的发展方向，各个国家的政府都把对n g n 技术的掌握视为提升 本国( 或本地区) 经济、增强竞争实力的重要内容。欧美在目前的5 年框架计划f p 5 中，专 门设立一个关于n g n 的项目n g n i ，研究内容包括：q o s 、i p v 6 、光网、接入网、有线与 无线的融合、内容与网络的管理、业务、卫星、移动通信、互操作性等不仅包括网络技术 的发展和演进，还包括业务需求与业务模型、管制政策等内容。随着对n g n 研究的深入， 欧盟在2 0 0 2 年底提出n g n2 0 1 0 。n g n2 0 1 0 比目前的n g n i 又向前进了一大步，内容增 加了：家庭网络、n m ( 网管) 、凡蛆、d f ( 数字视频广播) 、卫星、技术经济性等内容。 n g n 技术也是i t u t 研究的一大热点。为了加快n g n 的研究和标准化进程，i t u t s g l 3 继2 0 0 3 年9 月的会议之后，于2 0 0 4 年1 月和2 月又召开了n g n 课题报告人联合会 议( j r o n g n ) ，推出了l1 个n g n 标准草案，意在对n g n 的研究方向、框架体系、业务 需求、网络功能、互通、服务质量、移动性管理、可管理的i p 网络和n g n 演进方式等各 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一荦纬论 个方面提出总体要求，为世界各国的通信运营商和设备制造商提供网络发展和产品研发的 思路和依据在2 0 0 4 年2 月的研究组全会上提出了n g n 功能特性的建议草案 ( n g n o v e r v i e w ) ，对n g n 的基本特征、能力、目标和功能进行了描述。会议延续了n g n 网络通用的原则、需求和框架体系，对n g n 的基本模型做了进一步的详细划分，将用户 平面、控制平面和管理平面分别置于业务层和传送层上，使得水平垂直关系一目了然。在 n g n 业务方面，进一步明确了n g n 的业务范畴，并定义了业务要求和网络要求，体现了 业务与网络相分离的n g n 基本原则；本次会议细化了n g n 移动性管理的总体要求和体系 架构( m o b ) ，还提出了基于s l a 可管理的i p 网络的概念( m a n ) ，并详细定义了m a n 的 业务和框架；在q o s 方面，形成了关于q o s 体系架构、端到端q o s 要求、和接入网q o s 的三个标准草案；在网络演进方面，启动了n g n 演进方式标准草案的研究【2 】。 1 2 软交换技术 i 2 1 软交换的概念 软交换的概念是由美国贝尔实验室首先提出来的。软交换是一个软件的实体，用于提 供呼叫控制功能。软交换的基本定义为：“软交换是一种支持开放标准的软件，能够基于 开放的计算平台完成分布式的通信控制功能，并且具有传统的t d m 电路交换机的业务功 能。 3 1 软交换用于解决现代通信中不同网络( 电路交换网和分组交换网) 、不同设备、不同 技术间的互通问题，属于n o n 中下一代业务网络( n g s n ) 的范畴，是传统电信网络向下 一代网络( n g n ) 演变的核心技术，为n g n 提供具有实时性要求的业务呼叫控制和连接 控制功能。软交换设备不仅是下一代分组网中语音业务、数据业务和视频业务的呼叫、控 制和业务提供的核心设备，也是电路交换电信网向分组交换网演进的重要设各。 1 2 2 软交换体系架构 从广义上说，软交换是指一种分层的体系结构，利用该体系结构可以建立下一代网络 框架。但从狭义上来说，软交换单指软交换设备，它是下一代网络( n g n ) 的核心设备之 一，处于n g n 分层结构的控制层，负责提供业务呼叫控制和连接控制功能。人们经常提 到的呼叫服务器、呼叫代理、媒体网关控制器等都指的是软交换设备。图i i 示出了用软 交换构建的n g n 体系架构图l 【4 】。 2 l 自京邮电 学颤研究生学位论文 第一章绪论 蝴耋蚕n 邋薹习圃一* 。、- ；ii ， 暖菇誊6 # 数 量精 核心层 i p j l i a t mt n 困 敞心分组舟 图1 1 用软交换构建的n g n 体系架构 由图11 可以看出以软交换体系架构的n g n 采用分层思想，将网络体系分为4 层 边缘接八层、核心传送层、控制层和业务层。层与层之间采用标准的接口相连，各层的主 要功能如下。 边缘接八层：提供各种网络灵活接入到核心网的方式和手段，包括信令网关( s g ) 、 中继网关( t g ) 、网络接入服务器( n a s ) 、h3 2 3 网关、接入网关、i p 协议用户p b x 、综 台接入网关( m s a g ) 、l a d 终端以及无线接入网关。 核心传送层：基于i p a t m 的分组交换网络，就是n g n 架构中的承载层。软交换体系 网络通过不同种类的媒体网关将不同种类业务媒体转换成统一格式的i p 分组或a t m 信 元，由分组交换网络实现传送。 控制层：整个软交换网络架构的核心，主要指软交换控制设各。软交换足下一代网络 的灵魂，完成各种业务基本呼叫的建立、维持和释放所需要的控制功能，包括呼叫处理、 接入协议适配、业务接口提供功能、互联互通功能和应用支持系统功能。 业务应用层：面向用户提供各种应用和服务的设备，包括策略服务器、应用服务器、 a a a 服务器、数据库和传统的智能网业务控制点s c p 。 1 3s i g t r a n 协议簇 根据n g n 的演进策略软交换网络的一个极其重要的功能是支持和现有p s t n i s d n 的互通。网络互通的关键是信令互通，对于传统电信网来说就是实现7 号信令和i p 网络会 话呼叫控制信令的互通。软交换网络中提供7 号信令互通的网络部件称之为信令网关 堕室塑皇奎兰堡主堕窒皇兰垡笙奎 墨二雯堡笙 ( s g ) 。在信令网关的p s t n 侧，7 号信令消息在时分复用( t d m ) 电路上传送；经过信 令网关转换后，通过i p 网络传送到媒体网关控制器( m g c ) ，然后由m g c 解析7 号信令 消息，向媒体网关( m g ) 发出连接控制命令，并映射为相应的软交换网络会话呼叫控制 协议消息1 5 】【6 1 。图1 2 示出了s i g t r a n 协议在网络中的位置。图中s c n 为电路交换网， 媒体网关控制器( m g c ) 也就是软交换设备s o f t s w i t c h ，简写s s t 7 】【8 】。正是通过s i g t r a n 协议使传统的7 号信令能够在m 网络上传送。 1 4 本文的安排 图1 2s i g t r a n 协议在软交换网络中的位置 本课题来源于中兴通讯公司软交换核心控制设备s s 开发项目中的s i g t r a n 协议栈开 发，在中兴通讯公司一年实习时间期间的主要工作是s i g t r a n 协议中m 3 u a 等协议的开发 和维护工作。 因此，本论文首先在绪论中从下一代网络( n g n ) 的发展背景和现状出发，逐步深入 介绍软交换的概念和体系架构，然后再引出本论文的重点s i g t r a n 协议，展示其在软交换 网络中的位置。 第二章详细分析s i g t r a n 协议栈的通用层次结构，讨论s c t p 承载层的特点、对偶联 的管理和数据的可靠传送，然后讨论m 3 u a 协议的重要概念功能，以及消息、典型流程和 a s 认s p 状态迁移过程等。 第三章阐述s i g t r a n 协议栈的开发过程。首先介绍通信软件的开发步骤，然后阐述 s i g t r a n 协议开发的软硬件平台和系统开发工具包括v x w o r k s 嵌入式操作系统和集成开 发环境t o r n a d o 。最后进入本章的重点s i g t r a n 协议开发过程。m 3 u a 协议是s i g t r a n 协议栈中最有代表性的协议，所以本论文主要说明m 3 u a 协议的开发过程，主要包括软件 总体框架、模块的整体设计、重要消息数据结构实现和有限状态机设计等内容。 4 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一苹绪论 第四章按照m 3 u a 模块设计的思路深入讨论m 3 u a m a n a g e r 进程中的路由策略管理和 m 3 u a l i n k 进程中协议功能实现。在分析m 3 u a l i n k 进程时，详细阐述a s l a s p 状态迁移的 实现，m 3 u a 对各个上层用户的支持和s c t p 偶联的管理。 第五章介绍本软件的详细测试过程，然后对软件的辅助系统，包括信令跟踪系统、人 机命令系统和告警系统进行阐述。 第六章对实际协议开发过程中，m 3 u a 协议在最新技术中的应用进行了阐述，包括异 地容灾中的双归属技术，对i p 链路的保护和故障处理方面的新技术。 第七章对本论文进行总结，并对今后的工作进行展望。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章s i g t r a n 协议分析 2 1 协议栈结构 第二章s i g t r a n 协议分析 2 1 1n 0 7 信令系统结构 传统n o 7 信令系统结构如图2 1 所示f 9 】【o 】【1 。 h l r ：归属位置寄存嚣 s l i p ：i s d n 用户鄱分 m t p ：消息传递部分 s e e p ：信令连接控制部分 t o p ：电话用户部分 i n a p ：智能网应用部分 m a p ：移动通信应用部分 o m a p ：操作维护应用部分 t c a p ：事务处理能力应用部分 v l r ：访问位置寄存- b 图2 1n o 7 信令系统结构 由图2 1 可见，n o 7 信令系统在功能上主要包括以下各个部分： 消息传递部分( m t p ) m t p 的功能是在信令网中提供可靠的信令消息传递，将用户发送的消息传送到用户指 定的目的地信令点的指定用户部分，在系统或信令网故障情况下，采取必要措施，以 便恢复信令消息的正常传送。 电话用户部分( t u p ) 1 1 j p 主要规定了有关电话呼叫的建立和释放的信令程序及实现这些程序的消息和消 息编码并能支持部分用户补充业务。 信令连接控制部分( s c c p ) s c c p 提供了较强的路由和寻址功能，叠加在m t p 上，与m t p 中的第三级一起共同 6 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章s i g t r a n 协议分析 完成o s i 中网络层的功能，以满足智能网应用和移动通信应用对消息传递的要求。 事务处理能力应用部分( t c a p ) 事务处理能力( t c ) 是指通信网中分散的一系列应用在相互通信时采用的一组规约和 功能，是通信网提供智能网业务和支持移动通信网中与移动台游动有关的业务的基 础。t c a p 包括执行远端操作的规约和业务。 综合业务数字网用户部分( i s u p ) i s d n 用户部分是在t u p 的基础上扩展而成的。i s u p 提供综合业务数字网中信令功能， 以支持基本的承载业务和附加的承载业务。 2 1 2s i g t r a n 体系结构 为了与现有的n o 7 信令网络互通，i e t f 成立了信令传输( s i g t ) 工作组来解 决分组形式的电话信令在i p 网络上传输的问题，确定电话信令的功能和性能要求，实现 i p 网络节点之间传输如s s 7 ，i s u p ，n j p 和d s s l 之类的信令，并于1 9 9 9 年1 0 月正式 发布了r f c 2 7 1 9 。随后，我国信息令产业部发布了关于n o 7 信令与i p 互通的技术要求。 s i g t r a n 的体系结构如图2 2 所示【7 1 【8 】。 图2 2s i g t r a n 的体系结构 s i g t r a n 定义的体系结构由3 个部分组成： 标准的i p 传送层( i p 或u d p i p ) _ 公共信令传送层。即s i g t r a n 定义的“流控制传送协议”( s c t p ，s t r e a m i n g c o n t r o lt r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) ，位于i p 或u d p 层之上，设计用于在i p 网络上可 靠传送信令消息，也可用于传送其他重要的数据。s c t p 是和应用无关的公共 传送层协议，其地位相当于标准i p 协议栈中的t c p 。 - n o 7 信令适配子层。由s i g t r a n 定义，位于s c t p 之上，用于适配传送各 种高层信令协议消息。这些协议的基本功能是代替原来的s c n 中的底层协议， 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章s i g t r a n 协议分析 提供与高层信令协议之间的原语接口，使得高层协议的执行方式保持不变， 以支持高层信令协议在i p 网络中的透明传送。 2 1 3s i g t r a n 协议结构 图2 3 示出包括各种适配模块在内的s i g t r a n 协议结构。其中，适配层m 3 u a 用于 适配m t p 3 用户协议( 含i s u p 、n j p 和s c c p 协议) ，m 2 u a 和m 2 p a 用于适配m t p 2 用 户协议( 即m t p 3 协议) ，s u a 用于适配s c c p 用户协议( 即t c a p 协议) ，i u a 用于适配 i s d n 用户协议( 即q 9 3 1 协议) 。 t c a p t c a p 应用 q 9 3 1m t p 3 i s u pt u ps c c p i u a m 2 u a ，h 屋2 p am 3 u a s u a 适配 s c t p 传送 i pi p 图2 3s i g t r a n 协议结构 2 1 4s i g t r a n 协议的应用 当n o 7 信令网节点通过s g 访问m g c 时，可以在s g 使用不同的适配子层，以m 3 u a 为例子说明，对于n o 7 信令网访问m g c 情况下的s i g t r a n 实例，如图2 4 所示。 这种情况下，信令网关不具有s c c p 功能，从窄带n o 7 信令网或i p 网接收到信令消 息后，传递到m t p 3 或m 3 u a ，然后，信令网关根据d p c ( d e s t i n a t i o np o i n tc o d e ，目的点 码) 或i p 地址等，由节点互通功能( n i f ) 完成信令消息的传递。软交换侧m 3 u a 能够承 载处理i s l 乃? 彻信令消息【7 】【引。 s p 削s ghm g cl i s i 胪厂1 _ i ，p m t p 3 m t p 2 m t p l ( m f ) m t p 3m 3 u a m t p 2 s c t p m t p li p i s l m 厂1 i 腰 m 3 u a s c t p i p 图2 4n o 7 信令网访l h m g c 情况下的s i o t r a n 实例( 使用m 3 u a ) 8 雨京邮电大学硕士研究生学位论文第二苹s i g t r a n 协议分析 当n o 7 信令网节点通过s g 访问i ps c p 时，其信令网关可以选择是否具有s c c p 功 能。如图2 5 所示。具有s c c p 功能的信令网关从从窄带n o 7 信令网或i p 网接收到信令 消息后，传递到信令连接控制部分( s c c p ) 地址翻译完成后，把消息传递到m t p 3 或 m 3 u a ，然后，信令网关根据d p c 或d p c o p c n i c i c ( s c c ps s n ) ，由n i f 完成信令消 息的传递。软交换侧m 3 u a 能够承载处理s c c p 信令消息【7 1 【引。 s p 掣s gh i ps c p h l r n o 7a p s c c p m t p 3 m t p 2 m t p l n o 7a p s c c p m 3 u a s c t p i p 图2 5n o 7 信令网访问i p 节点一传送s c c p 消息( 使用m 3 u a ) 2 2 承载层s c t p 2 2 1s c t p 与t c p 的比较 作为一种可靠的数据传输方式，t c p 提供了许多应用服务，但随着i p 网的多业务化， 尤其是v o i p 的发展，t c p 出现了很多局限性，因此，i e t f 的信令传输工作组( s i g t r a n ) 提出了一种面向多媒体通信的流控制传输协议s c t p ，与t c p 和u d p 共筑于i p 层之上，用于 在i p 网络上传输p s t n 信令消息。 s c t p 是一个面向连接的可靠传输协议，它运行于提供不可靠传递的分组网络上，如 i p 网。如表2 1 所示，它与t c p 协议相比有了很大的改进。s c t p 协议通过使用求校验和与序 列数，s c t p 可发现数据是否出错、丢失或重复。同时，选择重传机制的使用可以更正数据 出错和重复。因此，它能够保证用户数据无错误无重复的确认传输。同t c p 一样，s c t p 提 供面向连接的、点到点的可靠传输，它继承t t c p 强大的拥塞控制、数据包丢失发现等功 能，任何在t c p 上运行的应用都可被移至s c t p 上运行。t c p 是面向字节流的，它的数据单 元称为段( s e g m e n t ) 。t c p 只提供严格的数据按序传输，这会导致不必要的队头阻塞并使 消息的传输时延增大：而s c t p 贝j j 要灵活得多，它通过一个s c t p 偶联( a s s o c i a t i o n ) 来区分 不同消息的流。s c t p 中的“流 ( s t r e a m ) 是指本协议能够处理每个关联中的若干个用户数 9 堕室坚皇奎堂堡主塑窒生兰垡堡奎 墨三兰! ! 鱼! 呈型堡坚坌塑 据报流，并且为每个流中的用户数据报提供有序传送，它的数据单元为称为块( c h u n k ) 。 流子层的存在使得其他流中数据丢失造成的队头阻塞情况得以避免。相i ：g t c p ，s c t p 的一 个优势是它能够支持所谓的“多归属节点 ( m u l t i h o m i n gn o d e s ) 。t c p 是通过一对传输地 址( i p 地址和端口号) 来实现连接：而在s c t p 中关联的每一侧提供了另一侧由多个i p 地址和 单一的s c t p 端口号组合的列表。在两个相关的节点之间，一个s c t p 偶联跨越所有可能的 源目的组合。因此，任何一个“多归属节点 可通过多条路径从另一个节点到达。s c t p 通过能到达性、时延和连续重发的数目等参数来监视每条路径的状态。因此s c t p 可以提供 l ：匕t c p 更为强大的路径监控能力【1 2 j 。 表2 1t c p 协议与s c t p 协议比较 分类比较t c p 协议 s c t p 协议 t c p 设计最多只有6 0 个字节的首部，s c t p 分组由公共的分组头和若干数据块 可扩展性其头部只有4 0 个字节的空间，另外只组成，每个数据块中既可以包含控制信 有6 b i t 保留字段，扩展性差息，也可以包含用户数据，扩展性好 t c p 连接由两个端点来标识，端口也采用多归属( m u l t i h o m i n g ) 机制，即每个 叫套接字( s o c k e t ) 。每个端点只包括一连接可有多个目的地址，其中一个为主用 可靠性 个i p 地址和端口号，难以实现多归属地址，当该地址不可达时，可向其余备用 机制地址发送数据 三次握手机制，对于拒绝服务攻击的防引入“c o o k i e ”概念，四次握手机制，有 安全机制范性能差，容易受到虚假s y n 洪泛攻效防止s y n 洪泛攻击；引入验证标签机 击和i c m p 报文攻击制可以免受i c 脚报文攻击 面向字节，必须按序传送，可能引起不面向消息，通过u 比特标记，支持顺序或 数据的发送 必要的时延 非顺序的数据块发送 当t c p 发现接收顺序号中有缺口，会 引入“流”( s t r e a m ) 的机制来解决h o l 等到该缺口被添上后，才发送序列号高 b l o c k i n g 问题。流是从两个s c t p 端点建 数据的接收于丢失数据包的数据，可能导致不必要 立的一个单向逻辑通道。各个流之间相对 的队头阻塞并使消息传输时延增大，也 独立，可以单独发送数据而不受其他流的 影响，使得其他流中数据丢失造成的队头 就是h e a d o f o l i n e ( h o l ) b l o c k i n g 问题 阻塞问题得以避免 支持半打开状态，即一端可以在另一端s c t p 不支持半打开状态，支持选择性重 其他结束后继续发送数