（计算机软件与理论专业论文）信令系统的应用及网关穿越技术的研究与实现.pdf

信令系统应用及网关穿越技术的研究与实现 独创性( 或创新性1 声明 本人声明所呈交的论文是本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中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他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己在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。 申请学位论文与粢料着有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：象善踢扭 日期：趔：堡8 ： 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位 本人签名： 导师签名： 适用本授 日期： 日期： ， 信令系统应用及两关穿越技术的研究与实现 信令系统应用及网关穿越技术的研究与实现 摘要 本文主要涉及两个方面，首先藉由对信令网演进的研究，对当前 存在的电路信令和碑网络中的信令进行了考察，并对将来信令网的 发展和融合提出了自己的观点。描绘了以业务与呼叫控制分离和呼叫 与承载分离为特征的下一代网络，对软交换进行了一定的阐述。选取 i s d n 信令为研究的重点，对q 9 3 1 协议进行了分析，并实现了互通。 其主要工作包括：i s d n 整体结构的规划，q 9 3 l 协议的分析，l a p d 协议的分析以及在v l r t 路由器上的实现。 n a t 作为一种资源重用技术，较好的解决了迅速增长的n t e m e t 技术与有限的网络地址资源之间的矛盾。另一方面，h 3 2 3 终端在运 营商网络中的大规模应用面临的主要问题是i p v 4 地址的匮乏，因此， 通常企业网和用户驻地网内的h 3 2 3 终端通过采用私有i p 地址通过 出口的n a t 接入公网，然而传统n a t 并不能实现h 3 2 3 协议的穿越。 解决这一问题的主要方式是采用支持h 3 2 3 协议的n a t 穿越技术。 选取h 3 2 3 系列协议在n a t 网关上的穿越作为研究对象，以协议扩 展的形式实现了h 3 2 3 在n a t 网关上的穿越，并向c c s a 提出了标 准化草案。 关键字信令q 9 3 1 n a t 路由器 信令系统应用及网关穿越技术的研究与实现 t h ea p p l i c a t i o no fs i g n a ls y s t e m a n dg a t e w a yt r a n s o v e r a b s t r a c t f i r s t l y ，t h ea r t i c l ei n v e s t i g a t e sc u r r e n t l ye x i s t i n gs i g n a l i n gs y s t e m s i n c i r c u i tn e t w o r ka n di pn e t w o r k ，b yr e v i e w i n gt h ee v o l u t i o no fs i g n a l i n g a n dt h ea u t h o r so w np o i n to fv i e wi s b r o u g h t f o r w a r do nf u t u r e d e v e l o p m e n t o f s i g n a l i n gt e c h n o l o g y ，w h i c h i sc l o s et ot e c h n o l o g yo fs o f t s w i t c ha n d n g n q 9 3 1 s i g n a l i n gi ss e l e c t e da se m p h a s e si nt h i sa r t i c l e ， a ne n t i r ef r a m e w o r ko fi s d nn e t w o r ka n di t u - t q 9 31 q 1 9 2 1p r o t o c o l a r e a n a l y z e d a n dt h e r e a l i z a t i o no fi s d ns y s t e mo nv l r tr o u t e ri s d e s c r i b e d a sa t e c h n o l o g yo f h o w t or e c y c l er e s o u r c e s ，n a to f f e r sas o l u t i o no f c o n f l i c tb e t w e e ni n t e m e t sf a s t e x p a n d i n g a n df i n i t ei pa d d r e s s e s n o w a d a y s ，h 3 2 3t e r m i n a l s a r ec o m m o n l y u s e d ，a n dw eu s u a l l yu s e n a t t or e s o l v et h ep r o b l e mt h a ti p v 4a d d r e s s e sa r en o te n o u g hi np u b l i ci p n e t w o r k h o w e v e r ，t r a d i t i o n a ln a t c o u l dn o tp r o v i d et h et r a v e r s ef o r h 3 2 3 t h i sa r t i c l e d e e p l y r e a c h e dt h e t e c h n o l o g y h o wh 3 2 3c o u l d t r a v e r s en a t g a t e w a y f u r t h e r m o r e ，a ne x t e n d e dp r o t o c o lw a s m a d ea n d t h ed r a f ：【h a sb e e ns u b m i t t e dt oc c s a k e y w o r d s s i g n a iq 9 3 1n a t r o u t e r 信令系统应用及网关穿越技术的研究与实现 1 1 研究背景 1 1 1 信令系统 第一章绪论 信令系统是通信网的重要组成部分。建立通信网的目的是为用户传递包括话 音信息和非话音信息在内的各种消息。为了做到这一点，就必须使通信网中的各 种设备协调运作，因此对相关设备的接续要求，从而使各设备之间协调运作。在 交换设备之间相互交换的“信息”必须遵守一定的协议和规约，这些协议和规约 称为信令。 信令系统保证了各设备协调动作和传递各种话音及非话音信息，是可靠地进 行路由选择和分配控制消息等功能的基础。虽然信令网和电话网物理上是并存 的，但逻辑上是分离的。 1 1 2 电路交换里的信令 i p 语音网络和传统电信p s t n 互联互通的信令方式主要有：1 号信令、7 号 信令，另外还有一种是7 号信令的i s d n p r i 接口。 1 号信令：又称为多频互控信令或随路信令。随路信令是指信令和话音在同 一条话路中传送的信令方式。在我国使用的1 号信令系统称为中国1 号信令系统， 是国内p s t n 网最早普遍使用的信令。 p r i 协议：v r i ( p r i m a r yr a t ei n t e r f a c e 基群速率接口) 。此接口协议提供3 0 个承载信道信道) 和1 个信令信道信道) 又称3 0 b + d ，接口速率为2 m b i t s ， 用于用户交换机p b x 或接入服务器的接入中继。与i s d n 网络直连，可以为i s d n 用户提供语音和数据的传送。 7 号信令：又称为公共信道信令。即以时分方式在一条高速数据链路上传送 一群话路信令的信令方式，通常用于局间。在我国使用的7 号信令系统称为中国 7 号信令系统。s s 7 网是一个带外数据通信网，它叠加在运营者的交换网之上， 是支撑网的重要组成部分。在固定电话网或i s d n 网局间，完成本地、长途和国 际的自动、半自动电话接续；在移动网内的交换局间提供本地、长途和国际电话 呼叫业务，以及相关的移动业务，如短信等业务；为固定网和移动网提供智能网 业务和其他增值业务；提供对运行管理和维护信息的传递和采集。 7 号宿令网大致由以下几部分组成，信令点是s s 7 信令网中处理控制消息的 信令系统应用及网关穿越技术的研究与实现 节点，产生消息的信令点为该消息的源信令点，接收消息的信令点为该消息的目 的信令点。有以下三类信令点： s e r v i c es w i t c h i n gp o i n t ( s s p ) 业务交换点是信令消息的产生或终结点，实质 上就是本地交换系统( 或交换中心c o ) ，它发起呼叫或接收呼入。s i g n a lt r a n s f e r p o i n t ( s t p ) 完成路由器的功能，查看由s s p 发来的消息，然后通过网络把每一个 消息交换到合适的地方。s t p 把其它信令点和网络连接在一起组成更大的网络。 s e r v i c ec o n t r o lp o i n t ( s c p ) 是典型的访问数据库服务器，s c p 是智能网业务的控 制中心，负责业务逻辑的执行，提供呼叫处理功能，接收s s p 送来的查询信息 和查询数据库，验证后向s s p 发出呼叫处理指令，接收s s p 产生的话单并迸行 相应的处理。 在7 号信令网中，i s u p 信令( i s d n u s e r p a r t ) 消息是用来建立管理释放中 心局话音交换机之间的话音中继电路的，提供话音和非话业务所需的信息交换， 用以支持基本的承载业务和补充业务，例如：i s u p 信令消息可以承载主叫i d ，主 叫方的电话号码，用户名等。t c a p 信令( t r a n s a c t i o nc a p a b i l i t i e s a p p l i c a t i o n p a n ) 消息用以支持电话业务，如免费电话，本地号码可携带，卡业务，移动漫游以 及认证业务。t c a p 主要包括移动应用部分咄) 和运营、维护和管理部分 ( o m n p ) 。m a p 规定移动业务中漫游和频道越局转接等程序，o m a p 仅提供m t p 路由正式测试和s c c p 路由正式测试程序。 1 1 3i p 网中的信令 i p 电话的发展，使得运营商的数据网络可以通过电话网关传送语音业务， 来占据语音业务的部分市场。然而其语音市场占有率较为有限，为获得更大的市 场占有率，支持大量的电话业务、智能业务和移动电话业务，则会面临着电话网 以前所遇到的问题，即是否需要建立覆盖全网的信令网。显然，重新建立一套 s s 7 信令网络，对于数据网络的运营商来说代价是巨大的。 信令网关的出现，是解决数据网络的语音业务问题良好的转折点。信令网关 可以实现不作任何更改的s c n 网络信令无缝地在坤网络中传送，因而通过信令 网关可以在i p 网络中组建起口信令网。数据网络的运营商可以通过自己已有的 数据网络处理语音、数据、信令等话务，避免了建立和维护多个网络的大量资金 投入，操作、管理和维护的费用相应减少，同时有n s ：i g _ 营商快速地抢占语音业 务的市场。 在p 网中，信令消息的传递是通过下面几个主要的功能实体得以传递的。 媒体网关，信令网关以及媒体网关控 | o i l ( 软交换卜一这几个功能实体在物理上 可以是单独的或者合并的实体。 媒体网关：媒体网关将终结p s t n 的局间话音中继，同时把话音包分组压缩 并发送到i p 网中，对于口侧发起的呼叫，媒体网关将从事其反操作。对于i s d n 呼叫，则需要有媒体网关控制器来进行呼叫处理，处理从媒体网关发来的q 9 3 1 7 信令系统应用及网关穿越技术的研究与实现 信令。 媒体网关控制器( 软交换) ：媒体网关控制器负责处理媒体网关资源管理和注 册。一个媒体网关控制器通过信令网关和p s t n 侧交换i s u p 消息。提供支持 多种信令协议f 包括h 2 4 8 、h 3 2 3 、s i p 、s c t p 、i s u p + 、i n a p + 、 r a d i u s 、 s n m p ) 的接口，实现p s t n 网和i p 网a t m 网间的信令互通和不同网关的互操作。 处理实时业务：包含话音和数据业务量视频和多媒体业务，提供各种增值业务和 补充业务的能力。通过不同的逻辑与媒体层的网关交互，对网关设备完成融合网 络中的呼叫控制，会话的建立，修改和拆除过程以及媒体流的连接控制。提供网 守功能，即接入认证与授权、地址解析和带宽管理功能。操作维护功能，主要包 括业务统计和告警等，计费功能，应具有采集详细话单的功能。 信令网关：信令网关具有信令转接功能，主要完成p s t n i s d n 侧的7 号信 令与i p 网侧信令的转换，支持i s u p 刖p 。传统的信令网与承载网络逻辑上是分 离的，但物理上仍然要依靠承载网络来传输信令。而信令网关能够分析这些传统 信令，并通过流控传输协议s c t p ( s c t p 是基于i p 协议专门用于传输信令的一种 半有序且可靠的协议) 转按给业务控制层。信令网关可支持a l i l l k 和f l i n k ，根 据网络情况灵活组网。 11 4 业务融合 融合技术可以不断采用创新方式来实现话音和数据应用的融合，这能够提高 生产率又同时节约对基础设施的投资。由于电路交换网络承载数据通信量，而数 据网络承载语音话务量，两种网络的区别趋于模糊，在传统的语音网络和基于i p 的传输网络之间交叉传送的语音和数据流量每天几乎成指数级地增长。电路交换 网络与数据分组网络的融合是必然的趋势。传统的电路交换技术将逐步转向分组 技术，终将形成统一的p 核心网。 目前两个领域的发展使得两种网络的业务之间相互融合。互联网接入使用的 激增，使得大量用户通过电路交换网接入到数据网络上；v o l p 的迅速发展，也 使得数据网络运营商可以进入语音市场；数据网络通过v p n 使得许多客户和用 户组以虚拟的方式利用电路交换网的基础设施。 s o f t s w i t c h 作为下一代网络的核心，是目前新兴运营商快速进入话音市场的 重要手段，也对传统电信网的演变起到重要作用。为实现网络互通，在较长的一 段时间内还需要同智能网、p i n t 、g k s s p 等配合。 1 1 5 下一代网络与软交换的兴起 下一代网络是可以提供包括话音，数据和多媒体等各种业务的综合开放的网 络构架，有三大特征。 信令系统应用及网关穿越技术的研究与实现 首先，下一代网络体系采用开放的网络构架体系，其特点如下： 将传统交换机的功能模块分离成为独立的网络部件，各个部件可以按相 应的功能划分各自独立发展。 部件间的协议接口基于相应的标准。 部件化使得原有的电信网络逐步走向开放，运营商可以根据业务的需要自由 组合各部分的功能产品来组建网络。部件间协议接口的标准化可以实现各种异构 网的互通。 ： 其次，下一代网络是业务驱动的网络，其功能特点是： 业务与呼叫控制分离。 呼叫与承载分离。 分离的目标是使业务真正独立于网络，灵活有效的实现业务的提供。用户可 以自行配置和定义自己的业务特征，不必关心承载业务的网络形式以及终端类 型。使得业务和应用的提供有较大的灵活性。 再次，下一代网络是基于统一协议的基于分组的网络。 现有的信息网络，无论是电信网、计算机网和有线电视网不可能以其中某一 网络为基础平台来生长信息基础设旄，但近几年随着i p 的发展，才使人们真正 认识到电信网络、计算机网络及有线电视网络将最终汇集到统一的i p 网络，即 人们通常所说的”三网”融合大趋势，l p 协议使得各种以i p 为基础的业务都能在 不同的网上实现互通，人类首次具有了统一的为三大网都能接受的通信协议，从 技术上为n i l 奠定了最坚实的基础。i p 协议已经成为世界，乃至中国信息产业界 的最热门话题，它几乎成为信息网络的代名词，它将最终演化成为当今世界各国 极力推行的n 和g | l 的核心。 目前互联网已发展成为全球的信息网络，其规模和用户数量仅次于电话网 f p s t n ) 和有线电视网，互联网的快速发展极大地改变了人们的社会、政治、经 济和文化生活。从其发展的过程来看，互联网有许多方面与构想中的g i i 有着惊 人的相似之处，如覆盖全球、全方位命名、全方位服务、开放型系统，可支持视 频、音频多种业务等。而这些方面恰恰是p s t n 所固有的缺陷( 除了覆盖全球之 外) ，因此互联网的快速发展既给我们带来了机遇，又使我们面临严重的挑战， 专家预测互联网的未来发展必然会促使行业之间的互相渗透、重组和新生，通信、 广播、计算机和数字技术等会如同凤凰涅磐， 互联网在下一世纪的社会经济发 展中将起到越来越重要的作用。所以无论在技术上和业务上，话音与数据的融 合成为网络趋势发展的必然。 欹交换的出现是话音网络走向开放的新型体系架构，与信令网关和媒体网关 一起，使提供业务的控制层面与媒体的承载层面相分离，以有效灵活地提供业务， 是新兴运营者进入话音市场的新的技术手段，也是传统话音网络向分组话音演进 的方式，具有广阔的发展前景。 软交换是一种功能实体，为下一代网络( n g n ) 提供具有实时性要求的业务的 信令系统应用及网关穿越技术的研究与实现 呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。 简单的看，软交换是实现传统程控交换机的”呼叫控制”功能的实体，但传统 的”呼叫控制”功能是和业务结合在一起的，不同的业务所需要的呼叫控制功能不 同，而软交换则是与业务无关的，这要求软交换提供的呼叫控制功能是各种业务 的基本呼叫控制。相信未来的软交换应该是尽可能简单的，智能则尽可能地移至 外部的业务和，或业务层。基于软交换的网络系统结构如图1 1 所示。从图中可 看出，软交换位于控制层。 业务应用层 控制层 传输层 媒体接入层 1 2 论文工作 图1 - 1 软交换系统结构示意图 本课题工作包括基于v l r t 系列路由器开发q 9 3 1 协议栈及物理层驱动，实 现i s d n 的b r i 、p r i 接口：完成a s n 1 编解码；在v o i p 语音产品的基础上， 讨论h 3 2 3 系列协议穿越n a t 网关的解决方案并最终实现。 信令系统应用及网关穿越技术的研究与实现 2 1i s d n 概述 第二章q 9 3 1 信令协议的分析实现 2 1 1t s d n 基本特征 综合业务数字网i s d n 是基于公共电话网的全数字网络，它利用公众电话网 向用户提供数字信道连接。i t u - t 对i s d n 的定义是：i s d n 是以综合数字网( i d n ) 为基础发展演变而成的通信网，能提供端到端的数字连接，用来支持包括话音和 非话音在内的多种电信业务，用户能够通过有限的一组标准化的多用途用户一网 络接口接入网内。i s d n 只占用了o s i 模型的下面3 层，物理层、数据链路层和 网络层。至于第4 到第7 层是用户与用户之间端到端的信息交换，和i s d n 网络 无关。 通过上述定义，可以归纳出i s d n 的以下基本特征： 端到端的数字连接，i s d n 是一个数字网络，它在i d n 的基础上进一步 实现了用户线的数字化，使一个用户终端到另一个用户终端之间的传输 全部数字化，从而提供了端到端的数字连接。 综合的业务，i s d n 支持话音和非话音等各种通信业务，实现了业务综合。 标准的接口，i s d n 提供标准的用户网络接口，便于不同的终端业务经 由同一个接口入网。 21 2i s d n 的全网结构 如图2 1 所示 l lt 田l 限t 兰兰兰：j 姻 蠖驯， 用户信息l 兰一 i 一”一“ u 用户信 1 i 册户舟络信j 户丹络信夸 ： 电户用户信令 、。二二j ：二= 二一 从图2 - 1 中可以看出 图2 - 1i s d n 的基本结构 信令系统应用及网关穿越技术的研究与实现 1 ) 所有的i s d n 设备通过标准的接口接入网络。 2 ) i s d n 网络可以提供多种方式的通信能力，包括电路交换、分组交换、半 永久性虚电路和公共信令能力。 i s d n 全网范围内存在三种形式的信令：用户一网络信令、网络内部信令和用 户用户信令。 2 1 ，3 i s d n 用户一网络接口 i s d n 协议包括用户网络接口通信协议及用络内部通信协议。由于i s d n 采 用了公共信道信令，使用户信息和控制信令分别在不同的信道中传送，因此用户 信息和控制信令将遵守不同的协议。 c c i t t 在o s i 模型的基础上专门为i s d n 设计了一个立体的结构模型，模型 由三个平面组成，分别对应着三种不同类型的信息： 1 ) 控制平面c ，是关于控制信令的协议： 2 ) 用户平面u ，是关于用户信息的协议； 3 ) 管理平面m ，不分层，是关于终端或i s d n 节点内部操作功能的规则。 位于t e 和i s d n 交换机之间的部分属于用户网络接口，i s d n 的用户一网络 接口用于把多种用户业务接入i s d n ，所以它是严格定义的，具有标准统一、多 用途和可移动的特点。c c l t t ( 1 t u t 的前身) 规定了i s d n 用户一网络接口和业务 接入点( 如图2 - 2 所示) ，以便使各种电信业务能够接入i s d n 网络。 图2 - 2 业务接入点 其中的i s d n 用户一网络终端包括：、 一类网络终端o 盯1 ) ：提供传输功能，完成o s l 第一层( 物理层) 功能： 二类网络终端叫t 2 ) ：( 图中没有示出，现在很少见到单独的n t 2 ，它的 功能一般由n t i 担任) ，完成的是o s i 第二到第三层的功能： 一类终端设备( t e l ) ：即标准终端，如数字话机等，完成的是用户侧第一 】， 信令系统应用及网关穿越技术的研究与实现 到第三层的功能； 二类终端设备( t e 2 ) ：是非i s d n 标准的终端，如模拟电话、m o d e m 、 计算机等： 终端适配器( 1 a ) ：完成适配功能，将非i s d n 标准终端接入i s d n 网络， 包括了o s l 第一到第七层全部的功能。 i s d n 用户一网络接口参考点包括u 、s t 、r ，它们用来分割功能群。 u 接口：靠近网络侧的接口，是网络的边界，可以用来接从电信局来的 线路； s t 接口：用于连接标准i s d n 用户终端设备( t e l 和t l a ) ： r 接口：非i s d n 标准终端与终端适配器之间的接口，即可以接p c 。 信道类型是i s d n 用户一网络接口中的一个重要因素，信道是表示接口信息 传送的能力，根据速率、信息性质以及容量可以分成几种类型。根据c c i t t 建 议，在用户网络接口处向用户提供的信道有以下类型： b 信道：6 4 k b i t s ，供传递用户信息用。 d 信道：1 6 k b i t s 或6 4 k b i v s ，供传输信令和分组数据使用。 h o 信道：3 8 4 k b i t s ，供传递用户信息用( 立体声节目、图像和数据等) 。 h 1 i 信道：1 5 3 6 k b i t s ，供传递用户信息用( 高速数据传输、会议电视等) 。 h 1 2 信道：1 9 2 0 k b i t s ，供传递用户信息用( 高速数据传输、图像和会议电 视等1 。 使用最普遍的是b 信道和d 信道。b 信道一般用来传递语音、数据等各类 用户信息。d 信道独立用来传送呼叫控制信息。 标准化的i s d n 用户一网络接口有两类，基本速率接口b r i 和一次群速率接 口p r i 。这是由i s d n 的物理层技术要求的不同划分的。i s d n 物理层协议由t t u - t 1 4 3 0 规定，它提供了建立、维持和释放进行比特流传输的物理连接的手段，同 时完成各数据信道的分时复用，以保证物理电路上的信息传输。 基本速率接口b r i 由两个b 信道和一个d 信道( 2 b + d ) 构成。b 信道的速率 为6 4 k b i v s ，d 信道的速率为1 6 k b i t s ，所以用户可以利用的最高信息传递速率是 1 4 4 k b i t s 。b r i 利用现有电话网络和现有电话线实现，为用户提供最小单位的信 号带宽，是i s d n 最基本的用户一网络接口。可根据用户的实际需要进行任意配 置，最常见的配置是可以将话机、传真机和数据终端接在一对用户线上。 一次群速率接口p i l l 是以p c m 基群的规定为基础制定的，由于国际上有两种 规格的p c m ，即1 5 4 4 m b i t s ( = i g 美标准) 和2 0 4 8 m b i t s ( 欧洲标准) ，所以p r i 接口 也有两种速率，信道结构分别是2 3 b + d 和3 0 b + d ，分别和p c m 的两种规格相 对应。在这里，b 信道和d 信道的速率都是6 4 k b i t s 。 2 1 3 1i s d n 用户网络接口协议数据链路层 i s d n 用户网络接口链路层协议称为l a p d ( l i n k a c c e s sp r o c e d u r eo nt h ed 信令系统应用及网关穿越技术的研究与实现 c h a n n e l ：d 信道链路接入协议) ，定义了用户一网络接口上数据链路层经由d 信道 交换信令的规则，以保证数据传输的链路工作正常。 i s o 在高级数据链路控制协议h d l c 中规定了数据链路层的格式和控制协 议，l a p d 其实是h d l c 规程的子集。它在i s d n 接口的d 通路上建立链路， 以帧为单位传递第三层的信息或第二层的控制信息。主要功能为： 在d 信道上提供一个或多个数据链路连接，数据链路连接之间利用包含 在帧中的数据链路连接标志符( d l c i ) 来加以区别； 以帧为单位传送控制信息及用户信息，能够进行帧的分界和定位； 顺序控制，保持帧的发送和接收顺序； 检测数据链路连接上的传输差错、格式差错和操作差错，并通过重发等措 施进行恢复； 能够将不可恢复的差错通知管理实体； 流量控制。 l a p d 有两类操作类型，证实操作和无证实操作。 证实操作是一种最常用的操作方式，通常用于点到点的信息传送，需要对 每个命令进行确认。在i s d n 协议中，证实操作用于传递第三层的呼叫 控制信息，同时进行差错校验和流量控制。证实操作的信息传送形式称 为多帧操作。 无证实操作是指不经过确认的帧的传送过程，这种操作不能保证由一个 用户发送的数据一定能够送到所需要的终点用户。由于在这种操作中接 收端不需要进行确认，所以在检测出传输或格式差错时，也不能进行恢 复。此外无证实操作没有流量控制的功能。 2 1 3 2 i s d n 用户网络接口协议一网络层 i s d n 用户网络接口网络层利用链路层的信息传递功能，在用户和网络之间 发送、接收各种控制信息，并根据用户要求对于信道的建立、保持和释放进行控 制。对网络层作出规定的是i t u tq 9 3 0 和o 9 3 1 建议。 第三层的控制功能可以分为电路交换呼叫控制和分组交换呼叫控制。电路交 换呼叫控制是指终端和网络之间通过d 通路交换信令信息，利用b 通路建立电 路交换的连接，从而传送用户信息。分组呼叫的控制通过d 通路实施，但分组 数据信息可以通过b 通路也可以通过d 通路来传送。 基本呼叫控制程序是由多个状态的迁移来完成的。在呼叫控制过程中，第三 层完成某一事件，例如，一个消息的发送或接收，仅进行一次状态的迁移。用户 侧的状态和网络侧的状态是相对应的。 2 2 q 9 3 1 协议分析 2 2 1 状态机 q ，9 3 1 状态的设置是围绕着一次呼叫的过程来进行的。每次连接都以状态0 信令系统应用及网关穿越技术的研究与实现 开始，并以运行状态为目标。事件由数据链路原语、从数据链路层传来的数据段、 从高层或管理实体发来的原语组成。响应依然是状态的转移和网络层向邻层或管 理实体发出的消息。 电路交换呼叫基本呼叫控制状态： 零状态( n u l ls t a t eu 0 ) 、 呼叫起始( c a l li n i t i a t e du 1 ) 、 重叠发送( o v e r l a ps e n d i n gu 2 ) 呼出进程( o u t g o i n g c a l lp r o c e e d i n g u 3 ) 、 呼叫送至l j ( c a l ld e l i v e r e du 4 1 、 呼叫接受( c a l l r e c e i v e du 7 ) 、 连接请求( c o n n e c tr e q u e s tu 8 ) 、 呼入进程o n c o m i n g c a l lp r o c e e d i n gu 9 ) 活动( a c t i v eu 1 0 ) 、 拆除请求( d i s c o n n e c tr e q u e s tu 1 1 1 拆线指示唧1 2 ) 暂停请求叫1 5 ) 恢复请求( u 1 7 ) 释放请求( r e l e a s er e q u e s tu 1 9 ) 重叠接收( o v e d a pr e c e i v i n gu 2 5 ) 2 2 2 3 1 消息 在呼叫控制过程中，第三层的事件由消息的发送或接收来完成，一次事件的 完成就进行一次状态的迁移。呼叫控制信息以消息的形式进行传递。 消息是一些长度不等的数据块，由第三层产生和处理，放在第二层的u l 帧或 l 帧的数据段中进行传送，以实现用户侧和网络侧对呼叫的控制。 消息的格式中包括协议鉴别语、呼叫参考值c r v 信息、消息类型以及与特 定消息相关的信息单元l e 。消息结构如图2 3 所示。 b i t 8b i t 7b i t 6b i t 5b i t 4b i t 3b i t 2b i t l 协议标志符 o00 1 0呼叫参考值长度指示 标志呼叫参考值 0消息类型 与消息类型相关的必要信息单元 图2 - 3 消息结构 协议鉴别语 标识3 层消息阿开始和第3 层实体采用的协议，值为8 。 呼叫参考值 信令系统应用及网关穿越技术的研究与实现 呼叫参考c r v 标识b 信道的一个呼p q ( 本地有效) ，用于在呼叫控制阶段对 多个呼叫进行逻辑区分和控制。呼叫参考值由接口上发起呼叫的一侧分配，所有 与该呼叫有关的消息使用相同的参考值，在整个呼叫期间，呼日q 参考值不变。 在i s d n 信令中，c r v 是非常重要的。 消息类型 c r v 长度和c r v 内容之后的下个字节是消息类型，分为呼叫建立、呼 叫信息传送和呼叫清除三种，i s d n 线路上使用得最多的消息类型是呼叫建立和 呼叫清除消息。 呼叫建立消息，用于启动一个新的呼叫： 提醒( a l e r t i n g ) 呼叫进行( c a l lp r o c e e d i n g ) 连接( c o n n e c t ) 连接确认( c o n n e c ta c k n o w l e d g e ) 进展( p r o g r e s s ) 建立( s e t u p ) 建立确认( s e t u pa c k n o w l e d g e ) 呼叫信息阶段的消息，用于在通话期间传递各类消息： 挂起( s u s p e n d ) 挂起确认( s u s p e n da c k n o w l e d g e ) 挂起拒绝( s u s p e n dr e j e c n 重新开始( p , e s u m e ) 重新开始确认( r e s u m ea c k n o w l e d g e ) 重新开始拒绝( r e s u m er e j e c n 呼叫清除消息，用于呼叫的释放： 拆除( d i s c o n n e c t ) 释放( r e l e a s e ) 释放完成( r e l e a s ec o m p l e t e ) 其它消息，用于询问呼叫状态和传送一些通知信息等： 信息( i n f o r m a t i o n ) 通报( n o t i f 状态( s t a t u s ) 状态询1 a ( s t a t u se n q u m y ) 信息单元m 接在消息类型之后的通常是一系列的信息单元i e ，信息单元可以是单字节 也可以是变长信息单元，如果是变长的，则接下来的一个字节中包含信息单元的 字节数。每个消息类型都有相应的信息单元。 发送方可根据需要在不同的消息中包含特定的信息单元，接受方也根据需要 信令系统应用及网关穿越技术的研究与实现 在消息中读取特定的信息单元。 一次典型的呼叫过程如图2 - 4 所示 c 刚杆g c 晴e 口 2 2 3 系统定时器 图2 - 4 呼叫建立及拆除过程 i s d n 用户一网络接口的网络层在呼叫控制的过程中用到了定时器，定时器 的存在可以保证信息适时的得到证实，这对于网络层是极为重要的，因为它不能 直接控制数据帧的重发。它对于那些需要重发的消息采用的办法通常是“再生”， 这和数据链路层不同，数据链路层通常是将从高层收到的数据储存起来，直到收 到证实信息。“再生”意味着协议状态信息中必须包含可以重新建立正确消息的 信息。 接口网络侧运行的部分定时器如表2 1 所示： 信令系统应用及网关穿越技术的研究与实现 定时器号默认值 呼叫状态启动原因正常停止 t 3 0 1最少3 s呼叫提交收到a l e r t收到c o n n e c t t 3 0 21 5s重叠接收发送完s e t u p 收到信息单元的n 元g e o m p l o e 的a c k 或r e s t a r t i n f o 消息 t 3 0 34s呼叫起始发送完s e t u p收j u a l e r t 或 c o n n e c t 或s e t u p a c k 或c a l lp r o c 或 r e lc o m p l e t e t 3 0 43 0s重叠发送发送i n f o 后收到c a l lp r o c ， a l e r t c o n n e c t 或 d i s c t 3 0 53 0s拆线请求发送完d i s c收u r e l 或d i s c 2 3l a p d 协议分析 表2 - 1 q 9 3 1 部分定时器 i s d n 在用户一网络接口第二层上使用l a p d 作为数据链路层协议，该协议 是在l a p b 基础上发展起来的，是i s o 的h d l c 协议族中的一个，所以帧结构 符合h d l c 。它的作用是使用d 信道通过用户一网络接口在第二层各实体间传 送信息。 2 3 1l a p d 帧结构 l a p d 的帧结构如图2 - 5 所示： 格式a ： 87 654321 01l1lllo 地址( 高序八比特组) 地址( 低序八比特组) 控制 控制 f c s ( 第一个八比特组) f c s ( 第二个八比特组) 011111lo 格式b ： 8765432l 0111111 o 地址( 高序八比特组) 地址( 低序八比特组) 控制 信息 f c s ( 第一个八比特组) f c s ( 第二个八比特组) 0l11111 0 图2 - 5 l a p d 帧结构 标志序列 所有帧的开始和结束都有一个标志字节，标志字节由二进制数“0 1 1 1 1 1 1 0 ” 组成。 地址字段 信令系统应用及网关穿越技术的研究与实现 为了控制多个终端和提供多种服务，l a p d 采用在终端和网络第二层实体间 建立不同逻辑链路的方式，这样各个终端上的不同应用都可以相互独立的与网络 通信。 控制字段 控制字段由一个或两个八比特组组成，对控制字段的解释取决于帧类型。 信息字段 只有i 帧和u 帧中包含信息字段，信息字段包含的是用户数据，长度为整数 字节。 帧校验序列 l a p d 的f c s 是1 6 位循环冗余校验。 2 3 2l a p d 帧类型 控制字段区分了不同的帧类型。l a p d 共有三类帧，它们是用于传递信息的 信息帧、用于监视状态的监视帧和无顺序编号的无编号格式帧。 信息帧( i 帧) ，是通过数据链路连接有序地传送包含信息字段的编号帧。 监视帧，包括r r ( 接收准备好) 帧、r n r ( 接收未准备好) 帧和r e j ( 拒绝) 帧。 无编号帧，没有顺序编号，包括s a b m e ( 请求建立多帧操作) 、d i s c ( 请 求结束多帧操作) 、d m ( 向对端表示二层处于拆线状态) 、u a ( 响应 s a b m e 和d i s c ) 、f r m r ( 向对端显示不正常的状态) 、u i ( 无证实操作 方式下的信息帧) 和x l d ( 两端商议与协议有关的参数) 。不是信息帧的各 类控制帧的结构除了不含信息字段外，其它部分与信息帧完全相同。 2 3 3l a p d 寻址 q 9 2 1 中规定，每帧的前两个字节是地址字段，用于标识该帧所属的第二层 逻辑链路。这两个字节的构成如表2 - 2 所示，三个子段分别是 c r ( c o m m a n d r e s p o n s e 即命令响应) 子段、s a p i ( s e r v i c ea c c e s sp o i n ti d e n t i f i e r 业务接入点标识符) 和t e i ( t e r m i n a le n d p o i n ti d e n t i f i e r 终端端点标识符) 。每个字 节中的最低一位是e a ( a d d r e s s f i e l de x t e n s i o n b i t 地址扩展比特) 。 ls a p i c ，re a0 ft e ie a 】 表2 - 2 地址字段 c r ( c o m m a n d r e s p o n s e 命令，响应) ，用于区别发出的是命令还是响应； s a p i ( s e r v i c ea c c e s sp o i n ti d e n t i f i e r 业务接入点标志) 用不同的值来表 示特殊的数据链接，包括信令信息、x 。2 5 模式、帧中继等。 信令系统应用及两关穿越技术的研究与实现 t e l ( t e r m i n a l e n d p o i n t i d e n t i f i e r 终端端点标识) 是确定用户终端端点标识 的，对于多点配置( 在同一条i s d n 线上接上多个i s d n 终端) 的用户来说， 每个用户终端有一个唯一的终端端点标识； 终端端点标识t e i 终端端点标识t e l 用来区别不同的用户终端设备。为了保证用户终端设备的 可移动性，终端t e i 不是固定不变的，而是每次加电后自动分配。t e l 分配包括 自动分配和人工分配两种方法。q 9 2 1 把t e i 的值分成三个区间，如表2 3 所示： 区间用途 o 一6 3固定分配 6 4 1 2 6自动分配 1 2 7广播 表2 - 3 t e l 分配 业务接入点标志s a p i t e i 概念的引入解决了点对多点问题。使多个终端可以共同使用d 信道。但 是在同一个t e i 标识的用户终端上，还可能有多种不同的业务需要复用d 信道， 为了处理这些业务的实体编址，又引入了s a p i 的概念，用来区别不同的第三层 实体和管理实体。s a p i 的值分配如下： 0 用于呼叫控制规程： 1 用于处理附加的分组模式的信令； 1 6 用于d 信道上的分组模式； 6 3 用于管理规程： 其他值用于待开发的d 信道业务。 t e i 和s a p i 的组合决定了数据流向。t e i 和s a p i 加在一起，标识了一个特 定用户终端设备的特定第三层实体，即标识了用户一网络接口d 信道上一个独 特的逻辑链路。因此t e i + s a p i 又叫做数据链路连接标志d l c i ( d a t al i n k c o n n e c t i o ni d e n t i f i e r ) 。 2 3 4 帧交换过程 l a p d 的帧交换过程就是用户终端和网络在d 信道上传送和交换信息的过 程。 采用非证实信息传送方式时，用到的帧只有无编号信息帧：u i 帧。接收端收 到u i 帧，如果没有错误，则信息段的内容送到第三层实体，如有错误，就丢弃。 不论正确与否，接收端都不给发送端任何回答。 采用证实信息传送方式时，l a p d 的帧交换分为三个阶段：连接建立、数据 传送和拆线。当第三层实体提出通信要求时，若没有相应的第二层连接，则首先 信令系统应用及网关穿越技术的研究与实现 在二层实体建立二层连接。二层连接建立以后，双方可以互传数据。在数据传送 阶段，任意一方都可以首先开始发送编号i 帧。接收方可以使用i 帧捎带确认、 r r 帧、r n r 帧和r e j 帧来确认收到的i 帧。 数据传输阶段还要解决流量控制和差错控制。l a p d 的流量控制采用滑动窗 口协议，差错控制采用g o k a