IMS系统中Diameter基础协议
中国移动CM-IMS(SIP)技术规范_第1部分：SIP的总体要求V1.0.0
中国移动通信企业标准QB-C-018.1-2011中国移动C M-I M S会话初始协议（S I P）技术规范第一部分：S I P的总体要求C M-I M S S p e c i f i c a t i o n s o f S e s s i o nI n i t i a t i o n P r o t o c o l(S I P)P a r t1:C o m m o nR e q u i r e m e n t o f S I P版本号：1.0.02011-7-27发布2011-7-27实施中国移动通信集团公司发布目录前言 (II)1. 范围 (1)2. 规范性引用文件 (1)3. 术语、定义与缩略语 (1)4. SIP协议概述 (2)4.1. SIP协议简介 (2)4.2. SIP协议功能介绍 (3)5. SIP协议结构 (3)5.1. SIP分层架构 (3)5.2. SIP使用的传输协议 (4)5.3. SIP协议中的逻辑实体 (4)5.3.1. UA (4)5.3.2. Proxy (5)5.3.3. B2BUA (5)5.4. 会话、对话和事务 (6)5.5. SIP路由机制 (6)5.5.1. 请求消息的路由 (6)5.5.2. 响应消息的路由 (6)6. SIP协议在CM-IMS中的应用 (6)6.1. CM-IMS体系结构 (6)6.2. SIP协议相关的CM-IMS接口和网元 (8)6.2.1. 接口 (8)6.2.1.1. Gm接口 (8)6.2.1.2. Mw接口 (9)6.2.1.3. ISC接口 (9)6.2.1.4. Ma接口 (9)6.2.1.5. Mi接口 (9)6.2.1.6. Mj接口 (9)6.2.1.7. Mg接口 (9)6.2.1.8. Mx接口 (9)6.2.1.9. Cr接口 (9)6.2.2. 网元 (10)7. SIP的能力集和支持的CM-IMS业务 (10)7.1. 能力集 (10)7.2. SIP协议支持的业务 (11)8. 编制历史 (11)前言本标准依据IETF、3GPP以及ITU-T制定的相关标准，结合有关行业标准和中国移动相关企业标准，基于中国移动CM-IMS总体技术要求而制定，充分考虑了网络的平滑演进能力，为中国移动CM-IMS核心网设备、接入设备及终端设备的研发、引入和运行维护提供技术依据。
Diameter协议简要分析
. 路由表可以静态建立
. 或采用SRVLOC & DNS实现节点自动发现，和路由自动生成
Diameter消息结构
Version R P E T 0 0 0 0 Common-Flags Message-length Common-Code
R: Response flag P: Proxy able flag E: Transport Error flag T: Retransmitted flag
Diameter协议简要分析
Diameter协议地位
IMS最重要协议，参考文献:
RFC 3588 DIAMETER基本协议 3GPP TS 29.228 Cx/Dx 接口 3GPP TS 29.229 Cx/Dx 接口 3GPP TS29.328 Sh 接口 3GPP TS29.329 Sh 接口 Ro/Rf Gq Diameter App protocol
AVP Body
AVP Code V M P 0 0 0 0 0 Flags AVP length Vendor-ID (Conditional) DATA …
V: Vendor specific M: Mandatory flag P: End-end security need
. AVP code, 在3GPP TS29.229 / 3GPP TS29.329中关于Cx/Dx和Sh接口AVP有详 细定义 . Vendor-ID, IETF为3GPP分配的Vendor-ID是10415。
(“Realm_Name,HostNa me, App ID)
(Action, and next hop destination)
Note reachable states Node bear reachable states
IMS简介
IMS体系结构关系图
IMS体系结构
设备层：计算机、手机、PDA 和数字电话等 IMS 设备可以通过网络连接到 IMS 基础设施。其他类 型的设备（如传统模拟电话）尽管不能直接连接 到 IP 网络，但能够通过 PSTN 网关与这些设备建 立连接。
提纲
1
2 3
IMS介绍
网元功能和接口描述
相关协议（ SIP/Diameter ）
4
IMS下EB多媒体彩铃业务解决方案
什么是IMS？
IMS是一组规范
描述用于实现基于IP的电话和多媒体服务 的下一代网络 (NGN) 体系结构
IMS填补了两个最成功的通信范式（移 动通信和Internet技术）之间的空白
IMS用户到IMS用户的呼叫示意
1 发起SIP请求 2 获取Subscriber Profile 3 调用业务逻辑 4 获取被叫位置并转发请求 5 获取注册地址并转发请求. 6 获取 Subscriber Profile 7 调用业务逻辑 8 转发呼叫至拜访网络 9 SDP协商/媒体协商/资源预留 10 振铃 11 应答并建立会话通道
用户利用移动通信系统的接入就可以使用 因特网提供的所有业务
为什么需要IMS？
通过2.5G和3G移动电话已经可以访问 Internet服务，为什么我们还需要IMS？
IMS的好处
IMS 提供了公共平台来减少推出新多媒体服务的 上市时间
IMS 提供了标准平台和可重用组件。通过标准化接 口，服务将不再仅由单个提供商提供；任何实现标 准化接口的提供商都可以提供服务。
diameter协议分为两部分diameter基本协议rfc3588和diameter应用ims介绍多媒体彩铃业务平台主叫被叫ims下多媒体彩铃平台uepcscfscscfscscfpcscfue多媒体彩铃ebas媒体服务器ebms业务管理平台sipsipsipsipsipmsml内部接口内部接口rtp主叫侧被叫侧物理组网图wwwusersportalgroupusersmgcfimmgwhssscscfpcscf多媒体彩铃平台imsinternetipnetworkebmsebas资源服务器业务触发方式对于签约多媒体彩铃业务的用户在hss中需配置一条对应的ifc当该用户注册时scscf向hss请求用户的签约信息并保存hss在响应中返回的业务签约信息
Diameter协议.
Diameter协议的网络架构
Diameter 重定向
2、请求
3、重定向通知
接入设备
1、请求 6、应答
Diameter 中继
4、请求 5、应答
归属 Diameter
服务器
Diameter协议的消息格式
Diameter消息头格式
01234567890123ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ56789012345678901
传输层安全 提供统一的传输层安全机制，Diameter协议要求在传输层， IPSEC是必须的，TLS是可选的。
传输的可靠性 Diameter协议运行于可靠的传输TCP、SCTP之上，保证了 传输的可靠性。 Diameter基本协议运行在TCP和SCTP传输 协议的端口3868上,以后版本将强制
应用层 在会话状态机的基础之上定义Diameter消息的结构和参数， 完成业务的要求。
Diameter协议的功能
AVP信息传送 Diameter连接维护、管理 事务缓存 能力协商 对端发现和配置
Diameter协议的特点
故障恢复 Diameter协议提供统一的故障恢复方式，支持应用层的故障 确认、定义了故障恢复的算法和相应的状态机。
议
Diameter协议的体系架构
连接层 负责维护管理两个对等端之间的Diameter连接状态机，为上 层数据传输提供数据通道。
事务层 负责处理Diameter消息的事务处理部分，包括消息缓存队列 维护、请求消息和响应消息的对应、事务逐跳标识的维护管 理等。
会话层 构建和维护AAA体系的鉴权、授权以及计费的会话状态机。
Diameter协议特点
支持代理 RADIUS没有明确支持代理功能，包括代理服务器、中继服务器、重定 向服务器。而Diameter协议则提供对上述代理的支持。
(胶片)Diameter协议结构原理-20070706-A-1.0
HUAWEI Confidentct Agent
Diameter协议层的角色： 当Diameter Relay Agent无法寻找到恰当的路由时，可以将消息通过缺省路由 发给Redirect Agent，由后者指定一个特定路由响应给Diameter Relay Agent， 后者重定向该消息
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Page 10
角色——Relay Agent
Diameter协议层的角色
基于路由规则转发消息包
不会更改消息体 减轻了client和server的配置压力
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参考资料
RFC3588 IMS测试工具组
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Page 3
学习完此课程，您将会： 对Diameter协议有基本的了解 知道Diameter协议在IMS的基本应用
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Diameter Redirector Agent Diameter Translation Agent 至少充当上述角色之一的含义是：一个Peer可能同时充当上述多种角色。
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Page 8
角色——Client/Server
Security Level:
Diameter基本概念和应用
ISSUE1.0
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理解IMS计费架构
理解IMS 计费架构时间：2007-11-22 作者：Stefano Gioia , Tomasz Radziszewski 浏览次数：1399 本文关键字：sip , WebLogic Communications Platform , WebLogic Server , BEA Workshop , BridgeWater Systems , WebLogic Communications Platform , 计费, 交易, 控制, 电信 文章工具 推荐给朋友打印文章摘要计费对于任何服务提供商而言都是必不可少的功能，电信运营商也不例外。
因此，任何网络都需要包含一组节点来专门实现这一 任务。
计费可以通过预付费（Prepaid ）和后付费（Postpaid ）这两种方式实现。
虽然预付费解决方案正在日趋盛行，不过后付费的解决方案仍然具 有广泛的普及程度。
因此，任何面向商业应用的电信网络都必须同时实现这两种方案。
此外，随着以IT 为基础的服务领域突飞猛进，电话通信之外的服务也如雨后 春笋般涌出并不断发展演进。
视频电话、无线接入和随需应变视频都是典型的例子。
所有这些服务都需要找到一种计费方式。
本文将探讨如何使用各种IMS 架构来实现计费功能。
文章还将描述如何使用BEA WebLogic SIP Server 和Diameter 协议实现这些架构。
IMS 计费架构IP 多媒体子系统（IP Multimedia Subsystem ，IMS ）网络使用的是3GPP 所定义的架构。
图1显示了这一架构中的计费功能。
1. IMS计费架构（单击图片查看大图）图1中的元素可以实现预付费和后付费这两种计费功能。
这两种看上去类似的模式实际上从网络视角来说是不同的。
其中最大的差异是：当用户想要使用预付费服务时，网络会根据用户的当前账户余额确定是否应该允许该操作。
预付费系统具有以下几个要点：∙在使用各服务之前，必须获得计费系统的许可（我们称之为交易准许[credit authorization]）。
Diameter信令组网剖析
doi:10.3969/j.issn.1000-1247.2019.08.024DiameterfW令组网剖析雷文博北京中网华通设计咨询有限公司Diameter^令协议广泛应用于演进的分组域核心网EPC系统、策略及计费控制系统PCC、多媒体子系统IMS。
文中介绍引入Diameter路由代理的必要性及DRA架构组网的相关探讨，展望5G时代信令网架构，为DRA的规划建设提供参考。
Diameter协议DRA组网No.7信令网5G信令网□Diameter^令随着网络的演进，基于电路交换的TDM核心网已经逐步被基于包交换的IP网络替代。
同时以前的AAA协议如RADIUS,TACACS等已不能满足网络发展带来的各种新增需求。
因此Diameter协议作为RADIUS协议的"升级版本”诞生了。
相较于RADIUS,其既保持了与现有RADIUS的良好兼容性，又增强了差错控制能力，完善了丢包处理机制，支持端到端安全，保证了数据的安全性和机密性。
目前正广泛地应用于EPC、IMS、PCC等网络中。
Diameter协议的架构包含基础协议、传送协议、各种应用扩展协议三大主要部分。
基础协议提供基本的鉴权、认证、计费功能。
传送协议提供基于TCP/SCTP链接的传送。
应用扩展协议提供了网络访问服务应用、扩展认证应用、IMS应用等。
Q DRA信令网组网2.1引入DRA组网的必要性随着4G网络规模的扩大、网元的增多，各网元间广泛釆用Diameter协议。
EPC网络中使用Diameter®令的接口主要有S6a接口、S6d接口、Gx接口、S9接口、Gy接口、Rx接口。
在实际网络中，若网络规模小，后续扩容需求不大，Diameter信令可以直接釆用配置静态数据或通过承载网内DNS寻址的方式进行，但此种方式会造成各网元间的网间互联增多，整个网络拓扑会形成网状组网。
在这种组网方式下，Diameter均基于SCTP进行传输，需要配置大量的静态数据，对SCTP链接容量的需求巨大。
IMS接口研究报告(Diameter部分)
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Diameter其他相关——域路由表2
服务器标识符：消息会被路由到一个或多个服务器。这些服务器也 Diameter基础协议(Diameter Base Protocol) 必须出现在对等端表中。当本地动作设置为RELAY 或PROXY 时， 该字段包含消息必须被路由到的服务器的标识符。当本地动作设置为 REDIRECT时，该字段包含消息将被重定向到的一个或多个服务器的 标识符； 静态或动态：指定某个路由入口是静态配置的还是动态发现的 生命期：指定某个动态发现的路由表入口的到期时间 必须重点指出，Diameter代理必须至少支持LOCAL、RELAY、PROXY 或REDIRECT操作模式之中的一种。为了与协议规定一致，代理不需要 支持所有的操作模式。中继代理和Proxy不允许重排AVP。 路由表可以包括一个默认入口，为任何与其它入口都不匹配的请求使用。 路由表可以仅包含这样一个入口
Peer discovery and configuration Agent support
Dynamic discovery of peers through DNS Proxies, Redirects, Relays
Diameter传输
Diameter基础协议运行在TCP和SCTP（Stream Control Transmission Protocol，流控制传输协议）传输协议的3868端口上 Diameter客户端必须支持TCP或SCTP，Diameter代理和 服务器必须两者都支持。以后版本将强制客户端支持SCTP Diameter节点在源端口上初始化连接后，在端口3868上准备接受连接 一般情况下，对等端的一个给定Diameter实例只能使用一个传输连
Diameter over RADIUS
Diameter RADIUS Failover Yes No
Transmission-level security
IPsec (mandatory) TLS (optional) TCP, SCTP
No replay attack prevention, Public key encryption, UDP
连接和会话之间并没有关系，一个会话可以跨越多个连接，
而用于多会话的Diameter消息也可以在一个单独的连接中传送
客户
中继
服务器
对等端连接A 用户会话X
对等端连接B
连接与会话示意图
Diameter其他相关——对等端表
对等端表被用在消息前转过程中，同时还要参考域路由表 对等端表包含以下字段：
Diameter基础协议(Diameter Base Protocol)
执行资源限制的Proxy必须保持会话状态。 所有Proxy必须 保持事务状态。 由于执行策略需要了解提供的业务，Proxy仅需广播它们支 持的Diameter应用。
Diameter 重定向代理
重定向代理在 Diameter路由需要集中配置的情况下非常有用。重定 Diameter基础协议(Diameter Base Protocol) 向代理为某个集团的所有成员提供服务，但不希望负担域间消息中 继的任务。优势在于，当某个成员的结构发生变化时，无需集团 向它的成员提供路由更新。 由于重定向代理不中继消息，仅返回一个应答，其中包括Diameter 代理间直接通信所需要的信息，它们不修改消息。重定向代理不 接收应答消息，所以它们不用保持会话状态。而且，重定向代理从 来不会中继请求，它们也不需要保持事务状态。 由于重定向代理不执行任何应用级别的程序，它们为所有Diameter 应用提供服务，因此必须广播中继应用标识符
Reliable transport
Capability negotiation
Error handling
No
Roaming support
Secure and scalable roaming
Not suitable for wide-scale deployment
Manually configure requiring name or address No explicit support for agents
主机标识：格式遵循DiameterIdentity 扩展AVP 数据格式。 该字段包含在CER 或CEA 消息中发现的源主机AVP 的内容
状态：对等端入口的状态，必须与对等端状态机值中的某个匹配
静态或动态：指定某个对等端入口是静态配置的还是动态发现的 生命期：指定动态发现的对等端表入口被刷新或到期的时间 TLS 有效：指定对等端通信时是否使用TLS 附加安全信息（可选）：例如关键字、证书等
Diameter协议的框架结构
Diameter协议族包括基础协议和应用协议 Diameter基础协议提供了一个AAA协议的最低需求，是Diameter网络节点必 须实现的功能，包括节点间能力协商、消息接受与转发、计费消息的实时传 输等
Diameter应用协议则利用基础协议提供的消息传送机制，规范相关节点的
Diameter基础协议(Diameter Base Protocol)
2、请求 3、重定向通知
Diameter 重定向
1、请求 接入设备 6、应答 Diameter 中继
4、请求 归属 Diameter 服务器
5、应答
重定向消息示意图
IMS系统中Diameter基础协议
主要内容
Fra bibliotekDiameter协议在IMS系统中的位置 Diameter基础协议(Diameter Base Protocol) Diameter消息格式(Diameter Message Format ) Diameter对等端通讯(Diameter Peers) Diameter消息处理流程(Diameter Message Processing)
0xffffffff
Diameter其他相关——连接与会话
连接是两个对等端之间的一个传输层连接，用于发送和接收 Diameter消息
Diameter基础协议(Diameter Base Protocol)
会话是一个应用层的逻辑概念，在一个接入设备和一个服务 器之间共享，并且通过会话ID AVP来标识
Diameter其他相关——应用标识符2
规定范围0x00000001到0x00ffffff为标准应用预留
0x10000001到0xfffffffe为运营商自行定义的应用预留 目前定义了以下应用标识符：
应用标识符 值
Diameter通用消息
0
NASREQ
1
移动IP
2
Diameter基础计费
3
中继
功能以及其特有的消息内容，来实现应用业务的AAA 基础协议一般需与某个应用一起使用
Diameter 移动IP应用 Diameter NASREQ应用 Diameter 基础协议 TLS TCP IP/IPsec SCTP Diameter 3GPP应用 Diameter 其它应用... Diameter CMS应用
Diameter 翻译代理
Diameter基础协议(Diameter Base Protocol) 翻译代理是提供两种协议（例如 RADIUS与Diameter） 之间翻译的设备。翻译代理通常用来兼容使用以前的 协议的设备。
翻译代理必须保持会话状态和事务状态。翻译代理必 须仅广播它们本地支持的应用
Diameter实体
•Diameter客户端(Client)：执行访问控制的网络设备， 向服务器端(Server)发起Diameter访问请求 •Diameter服务端(Server)：一个域中处理认证，授 权，计费请求的网络实体。除基本协议以外， Diameter服务器还必须支持Diameter应用扩展
Diameter中继代理
Diameter中继接受请求并根据域路由表列表和对等端 列表转发消息 中继通过插入和删除路由信息等动作来修改Diameter消 息，但是不会修改消息的其他部分 中继不维护会话状态，但应该维护事务状态 由于中继不执行任何应用级别的程序，它们提供的中继服务可以 用于所有Diameter应用，因此它们必须广播中继应用标识符
Mj
IMMGCF MGW Mn
Mb
Mg Mr
S-CSCF
Mw
HSS
Dx
SLF
MRFP
Mp Mb Mb Mb
MRFC
P-CSCF
Gm
UE
Ut
IMS Subsystem
Diameter 基础协议 Diameter基础协议(Diameter Base Protocol)
•Diameter协议的框架结构 •Diameter传输 •Diameter消息加密 •Diameter实体 •Diameter其他相关
Diameter其他相关——域路由表1
所有基于域的路由查找都是依靠域路由表来执行的
域路由表入口包含以下字段： Diameter基础协议(Diameter Base Protocol) 域名：该字段通常用作路由表查询中的主关键字。 应用标识符：一个应用是由运营商ID 和应用ID 来标识的。 一个路由入口基于消息中的应用标识AVP 可能拥有不同的目的地。 应用标识符必须用作路由表查询的第二关键字字段 本地动作：本地动作字段用来标识一个消息将被如何处理。 支持以下动作： •LOCAL：本地动作设置为LOCAL 的Diameter 消息可以 在本地处理，无需被路由到其它服务器； •RELAY：所有属于本类型的Diameter 消息必须被路由到 下一跳的服务器，无需修改任何非路由AVP； •PROXY：所有属于本类型的Diameter 消息必须被路由到 下一跳的服务器。本地服务器可以在路由之前通 过将新的AVP 插入到该消息中，来实行本地策略； •REDIRECT：所有属于本类型的Diameter 消息必须附加归 属Diameter 服务器的标识，并且返回给消息的发送者；