Alcatel - Lucent SIGTRAN introduction 心得簡報

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1 Alcatel - Lucent SIGTRAN introduction 心得簡報
限閱 Alcatel - Lucent SIGTRAN introduction 心得簡報 網路管理維運資源中心 日期: 2013/07/18

2 SIGTRAN introduction 限閱

3 SIGTRAN introduction Table of Contents 1. SIGTRAN體系 2. SCTP傳送層
限閱 Table of Contents 1. SIGTRAN體系 2. SCTP傳送層 3. M3UA介紹

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5 1. SIGTRAN體系 1. SIGTRAN 概述 (Signaling transport ) 2. SCTP 3.適配層協議 限閱
允許CDMA信令在IP網傳輸的一套協議。 IETF 開發(Internet Engineering Task Force) 主要目的是將CDMA的封包信令，置於IP網路上傳輸；同時要兼顧到CDMA互聯時，CDMA信令的功能和性能能符合要求。另當CDMA互聯時，IP 網需要在IP節點上(例如Signaling Gateway/Media Gateway Controller/ Media Gateway )傳送 Q.931 或SS7的信令消息。 SIGTRAN安排在了SS7各層之間，SS7將層間的信令原語交由SIGTRAN，通過IP包的封裝形式在分組網上傳輸，從而達到無縫適配、可靠傳輸的目的。 2. SCTP 3.適配層協議  M3UA  M2UA  SUA  IUA  V5UA

6 1. SIGTRAN體系 限閱 SIGTRAN協定棧結構 :
基於IP層之上的就是流控制傳輸協議SCTP，SCTP之上是各種適配層協議，如M3UA、IUA等，而在適配層協定之上的是不需要改變的各種應用層協議。

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8 2. SCTP傳送層 限閱

9 2. SCTP傳送層 限閱 ▲ SCTP通過在兩個SCTP端點間建立的偶聯，來為兩個SCTP用戶之間提供可靠的消息傳送業務SCTP是一個傳輸層協議，它的上層為SCTP用戶應用，下層為分組網路。 ▲ 在SIGTRAN協定的應用中，SCTP上層用戶是SCN信令的適配模組（如M2UA、M3UA），下層是IP網。

10 2. SCTP傳送層 限閱 ▲ SCTP endpoints端點指的是資料包的邏輯發送者和邏輯接收者，是邏輯實體。
▲ SCTP端點由傳輸位址進行識別，傳輸位址為“IP位址+SCTP埠號”。 ▲ SCTP協議規定，兩個SCTP端點之間能且僅能建立一條連接。 ▲ 偶聯（Association）: 是兩個SCTP端點通過SCTP協議規定的4次握手機制建立起來的進行資料傳遞的邏輯通道。 ▲ 流（Stream）: 1. 就是一條SCTP偶聯中，從一個端點到另一個端點的單向邏輯通道。 2. 一個偶聯裏可以包含多個流。流裏面傳輸資料是順序不變的，因此希望順序傳遞的資料必須放在一個流裏面。

11 2. SCTP傳送層 限閱

12 2. SCTP傳送層 限閱 ▲ SCTP是一個傳輸層協議，它的上層為SCTP用戶應用。在SIGTRAN協定的應用中，SCTP上層用戶是SCN信令的適配模組（如M2UA、M3UA），下層是IP網。 ▲ 在流控制傳輸協定SCTP制定以前，在IP網上傳輸七號信令使用的是UDP和TCP協定。 ▲ UDP是一種無連接的傳輸協議，無法滿足七號信令對傳輸品質的要求。 ▲ TCP協定是一種有連接的傳輸協議，可以滿足信令的可靠傳輸，但是TCP協定具有行頭阻塞、即時性差、支持多歸屬比較困難、易受 攻擊等種種缺陷。因此IETF RFC2960制定了面向連接的可靠傳輸協定SCTP協定。 ▲ SCTP對TCP的缺陷進行了一些完善，使得信令傳輸具有更高的可靠性，並且SCTP的設計包括適當的擁塞控制、防止氾濫和偽裝攻擊、更優的即時性能和支持多歸屬性等。

13 2. SCTP傳送層 限閱 ▲在傳遞用戶資料之前，SCTP要先在兩個端點之間建立連接（稱為SCTP上下文的耦合）。
▲我們簡單的瞭解一下偶聯的建立過程。 1. 首先是用戶端發送INIT的消息到伺服器端，要求建立一個偶聯。伺服器返回INIT ACK的消息給用戶端，這個消息中攜帶了伺服器臨時生成的消息標識。然後用戶端根據這個臨時生成的標識消 息，發送COOKIE ECHO的消息到伺服器端，伺服器則返回COOKIE ACK的消息給用戶端。 2. 在一次SCTP四次握手中，收到INIT消息時，接收端（即端點B）並不保存任何狀態資訊或者分配任何資源，這樣就可防範SYN Flooding等DoS攻擊。伺服器端在發送INIT-ACK消息時，採用了一 種機制——“狀態Cookie”，該Cookie具有本端要建立偶聯所需的全部資訊。只有在伺服器收到COOKIE ECHO消息後，才分配相關資源，並返回COOKIE ACK。經過了四次握手，一條偶聯建立起 來了。

14 2. SCTP傳送層 限閱 ▲ 兩個端點之間在偶聯建立之後，就可以傳送DATA組塊。DATA組塊包含了有效的用戶消息。
▲ SACK是對DATA的應答，該組塊指示目前接收對方發來組塊的情況。

15 2. SCTP傳送層 限閱 ▲ 偶聯關閉流程 : 一個端點退出服務時，需要停止它的偶聯。偶聯的停止使用兩種流程：中止程式和關閉程式。
1.偶聯的中止 : 偶聯可以在仍有未證實的資料時就中止，為異常退出服務流程，這時偶聯的兩端都捨棄資料，並且都不提交到對端。此種方法不考慮資料的安全。 2. 偶聯的關閉 : 為正常退出服務流程，任何一個端點執行正常關閉程式時，偶聯的兩端將停止接受從其SCTP 用戶發來的新資料，但在發送或接收到SHUTDOWN 組塊時，把分組中的資料遞交給SCTP 用戶。 3.發端發送SHUTDOWN : 收端在收到SHUTDOWN 後，停止從上層接受用戶消息資料等相關處理，然後發送SHUTDOWN ACK 組塊。 4.發端發送SHUTDOWN COMPLETE : 是對於收到SHUTDOWN ACK組塊的應答，表示完成關閉連接。

16 2. SCTP傳送層 SCTP功能描述 : 限閱  1.連接建立與拆除——SCTP 用戶發起建立連接. 在初始化階段採用cookie 機制
以防止安全性遭攻擊.  2.順序流傳遞——SCTP 用戶可以在連接建立階段指定此連接支援的流數目  3.用戶資料分割——SCTP 支援分割重裝用戶消息，保證SCTP信包通過底層  4.證實 和擁塞回避——SCTP為用戶資料消息(分割或未分割)分配傳輸序列號 (TSN). 接收端確認所有傳輸序列號, 即使系列之間有間歇。  5.消息捆綁——發送到底層的SCTP 信包由公共的包頭和一個或幾個組塊組成.  1.在 瞭解了SCTP的術語之後，我們介紹SCTP的功能。  2. SCTP的功能主要包括偶聯的啟動與關閉、流內順序傳遞、用戶資料分片、證實和消除擁塞、消息塊捆綁、報文驗證和路徑管理等。  3. 偶聯的啟動與關閉:SCTP是面向偶聯的傳輸協定，通常情況下，資料只有在建立了偶聯的兩個端點間才能進行傳遞。因此偶聯建立和關閉是SCTP提供其他服務的前提。  4. 流內順序傳遞:SCTP提供資料報的順序傳遞，順序傳遞的資料報必需放在一個“流”中傳遞。流是順序傳遞的基本方式。  5. 用戶資料分片:SCTP通過對傳送路徑上最大MTU的檢測之後，在SCTP層，將超大用戶資料分片打包，以避免在IP層的多次分片、重組，可以減少路由器上IP層負擔。  6. 證實和消除擁塞:證實和重傳是SCTP保證傳輸可靠性的基本方法。這一方面SCTP繼承了TCP的諸多成熟技術，但在沿襲TCP的視窗機制的同時，進行合適的流控。  7. 消息塊捆綁:如果很短的用戶資料被帶上很大一個SCTP消息頭，其傳遞效率會降低。將幾個用戶資料綁定在一個SCTP報文裏面傳輸，以提高帶寬的利用率。  8. 報文驗證:報文驗證是SCTP提供無差錯傳輸的基本方法。SCTP通過對用戶資料使用Adler-32演算法，計算出一個32位的校驗和，攜帶在資料報中，在接收端進行同樣的運算， 通過檢查校驗和是否相等來驗證用戶資料是否遭到破壞。  9. 路徑管理:通過心跳，累計重傳次數，以管理目的地址，端點之間的可達性等等。

17 2. SCTP傳送層 限閱 公共頭的格式 源和目的地埠號域: 16 Bits (指示SCTP 消息發送者和目的地埠號.)
證實標籤域 : 32 Bits (信包接收者使用證實標籤to 驗證 SCTP包的發送者.) 校驗和: 32 Bits (此域包含SCTP包的校驗和. SCTP 使用Adler-32 演算法計算核 對總和.)

18 2. SCTP傳送層 限閱 公共頭的格式 源和目的地埠號域: 16 Bits ( 指示SCTP 消息發送者和目的地埠號.)
證實標籤域 : 32 Bits (信包接收者使用證實標籤to 驗證 SCTP包的發送者.) 校驗和: 32 Bits ( 此域包含SCTP包的校驗和. SCTP 使用Adler-32 演算法計算核對總和 SCTP通過對用戶資料使用Adler-32演算法，計算出一個32位的校驗和，攜帶在資料報中，在接收端進行同樣的運算，通過檢查校驗和是否相等來驗證用戶資料是否遭到破壞.)

19 2. SCTP傳送層 限閱 1. SCTP 組塊(Chunk)是在SCTP端點之間傳送的資料單位。SCTP組塊中包含從上層發來的用戶資料或SCTP連接的控制資訊。 2. SCTP組塊共有13種類型，分別是DATA、INIT、INITACK、SACK、HEARTBEAT、HEARTBEAT ACK、ABORT、SHUTDOWN、SHUTDOWN ACK、ERROR、 COOKIE ECHO、COOKIE ACK、SHUTDOWN 、COMPLETE。其中DATA組塊包含了有效的用戶消息，其他組塊則用於控制。 下面我們介紹一些主要的組塊

20 2. SCTP傳送層 限閱 1. DATA組塊包含了有效的用戶消息，即從適配層中傳遞下來的SS7信令資訊等。
2. 選擇證實（SACK）組塊的格式。 3. SACK是對DATA的應答，該組塊指示目前接收對方發來組塊的情況。 U bit: 標識無序數據組塊 B bit:用戶資料的最初片段 E bit：用戶資料的最後片段.

21 2. SCTP傳送層 限閱  啟動組塊（INIT）:
 INIT用來建立兩個SCTP 端點間的一個偶聯。INIT Chunk是建立SCTP連接時發出的第一個組塊。

22 2. SCTP傳送層 限閱  啟動證實組塊（INIT ACK）:
 啟動證實組塊INIT ACK是對INIT的回應,用來確認SCTP偶聯的啟動。

23 2. SCTP傳送層 限閱  選擇證實（SACK）組塊的格式 :  SACK是對DATA的應答，該組塊指示目前接收對方發來組塊的情況

24 2. SCTP傳送層 限閱

25 2. SCTP傳送層 限閱

26 2. SCTP傳送層 限閱

27 2. SCTP傳送層 限閱  ▲ SHUTDOWN :  用於正常關閉一個偶聯。  ▲ SHUTDOWN ACK :
 ▲ SHUTDOWN COMPLETE :  SHUTDOWN COMPLETE是對於收到SHUTDOWN ACK組塊的應答，表示完成關閉連接。

28 2. SCTP傳送層 限閱  ▲ SHUTDOWN  用於正常關閉一個偶聯。 ▲ SHUTDOWN ACK
 ▲ SHUTDOWN COMPLETE  SHUTDOWN COMPLETE是對於收到SHUTDOWN ACK組塊的應答，表示完成關閉連接。

29 2. SCTP傳送層 限閱

30 2. SCTP傳送層 限閱  ▲ COOKIE ECHO  COOKIE ECHO 組塊只在建立偶聯時使用，作為對INIT ACK的應答，在該連接上所有的DATA 組塊發送之前發出。 ▲ COOKIE ACK  這個組塊只用在偶聯的初始化期間，用於應答一個接收到的COOKIE ECHO塊。

31 2. SCTP傳送層 限閱 ▲ COOKIE ECHO
 COOKIE ECHO 組塊只在建立偶聯時使用，作為對INIT ACK的應答，在該連接上所有的DATA 組塊發送之前發出。 ▲ COOKIE ACK  這個組塊只用在偶聯的初始化期間，用於應答一個接收到的COOKIE ECHO塊。

32 2. SCTP傳送層 限閱 ▲ SHUTDOWN  用於正常關閉一個偶聯。 ▲ SHUTDOWN ACK
▲ SHUTDOWN COMPLETE  SHUTDOWN COMPLETE是對於收到SHUTDOWN ACK組塊的應答，表示完成關閉連接。

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34 3. M3UA介紹 限閱 ▲ MTP3用戶適配層M3UA（MTP Level 3-User Adaptation Layer）：M3UA是對SS7信令的MTP3消息進行適配，完成SS7信令與IP信令的互通； ▲ SCCP用戶適配層協定SUA：SUA是對SS7信令的SCCP消息進行適配. ▲ M3UA是MTP3的適配層協定 : 向上層提供與MTP3相同的原語和服務。七號信令網通過M3UA和上層應用的無縫配合，平滑地將SS7信令從SCN網延伸到IP網路中。 IP網路中的設備不再需要有七號信令的物理層、資料連結層、完整的網路層的功能，就可以給七號信令的應用部分ISUP提供服務。 ▲ M3UA具有和MTP3相同的與七號信令用戶層（TUP/ISUP/SCCP）通信的原語介面 : 所以七號信令用戶部分不需要做任何修改就可以在IP網路上面傳送。

35 3. M3UA介紹 限閱 Message Classes: 0 Management (MGMT) Message
1 Transfer Messages 2 SS7 Signalling Network Management (SSNM) Messages 3 ASP State Maintenance (ASPSM) Messages 4 ASP Traffic Maintenance (ASPTM) Messages 5 Reserved for Other Sigtran Adaptation Layers 6 Reserved for Other Sigtran Adaptation Layers 7 Reserved for Other Sigtran Adaptation Layers 8 Reserved for Other Sigtran Adaptation Layers 9 Routing Key Management (RKM) Messages 10 to 127 Reserved by the IETF 128 to 255 Reserved for IETF-Defined Message Class extensions Message Type: 8 bits (unsigned integer)

36 3. M3UA介紹 限閱

37 3. M3UA介紹 限閱

38 3. M3UA介紹 限閱 Routing Context: 32-bits (unsigned integer)
The Routing Context parameter contains the Routing Context value associated with the DATA message. Where a Routing Key has not been coordinated between the SGP and ASP, sending of Routing Context is not required. Where multiple Routing Keys and Routing Contexts are used across a common association, the Routing Context MUST be sent to identify the traffic flow, assisting in the internal distribution of Data messages.

39 3. M3UA介紹 限閱 Single ASP/IPSP in an Application Server ("1+0" sparing),

40 3. M3UA介紹 限閱

41 3. M3UA介紹 限閱