2.6.3.1概述
SIGTRAN（SignalingTransport）协议栈是在IP网络中传送电路交换网络（SCN）信令协议的堆栈，它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，同时它利用标准的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。
图2-35给出了SIGTRAN协议体系图，原则上SIGTRAN封装在IP中进行传送，协议体系主要由两个部件组成，即信令适配层、信令传送层，底层采用的是标准的IP。
图2-35 SIGTRAN协议模型
信令适配层提供SCN信令的标准原语接口，而信令传送层则提供SCN信令要求的实时和可靠传送。
图2-35中，协议模型包括信令传送层和信令适配层两部分，信令传送层主要包括SCTP,信令适配层包括No.7信令网和IP网的信令适配和ISDN/V5用户信令到IP侧信令的适配功能。各部分的名称和功能如下：
1.传送层协议
SCTP(StreamControlTransmissionProtocol):流控制传输协议，是一个面向连接的传输层协议，它在对等的SCTP用户之间提供可靠的面向用户消息的传输服务。相对于TCP等其他传输协议来说，它传输时延小，可避免某些大数据对其他数据的阻塞，有更高的传输效率和可靠性，有更高的重发效率，具有更好的安全性。
2.适配层协议
(1) No.7信令网与IP网互通的IP层适配协议
1)M2UA：M2UA(MTP2-UserAdaptationLayer)：MTP第二级用户的适配层协议，该协议允许信令网关向对等的IPSP传送MTP3消息，对SS7信令网和IP网提供无缝的网管互通功能。
2)M2PA：M2PA(MTP2-UserPeertoPeerAdaptationLayer)：MTP第二级用户的对等适配层协议，该协议允许信令网关向IPSP处理及传送MTP3的消息，并提供MTP信令网网管功能。
3)M3UA：M3UA(MTP3-UserAdaptationLayer)；MTP第三级用户的适配层协议，该协议允许信令网关向媒体网关控制器或IP数据库传送MTP3的用户信息(如ISUP/SCCP消息)，对SS7信令网和IP网提供无缝的网管互通功能。
4)SUA：SUA(SCCP-UserAdaptationLayer)：SCCP是用户的适配层协议，它的主要功能是适配传送SCCP的用户信息给IP数据库，提供SCCP的网管互通功能。
（2）ISDN及V5用户接入的适配层协议
1）IUA：IUA（ISDNQ.921-UserAdaptationLayer）：ISDNQ.921用户适配层协议。
2）V5UA：V5UA（V5.2-UserAdaptationLayer）：V5.2用户的适配层协议，完成V5.2信令数据在媒体网关和软交换呼叫中心/MGC之间的传送。
2.6.3.2 SCTP
1.概述
IP网中的一般消息交换通常是使用UDP或TCP来完成。但这两者都不能完全满足电信网中信令承载的要求。
UDP是基于消息的，提供快速的无连接业务。这使其适合于传输时延敏感的信令消息。但是，UDP本身仅提供不可靠的数据报业务。而差错控制，包括消息顺序、消息重复检测和丢失消息重传等，只能由上层应用来完成。
TCP虽然提供了差错和流量控制，但对于传输信令消息来说，却存在着诸多缺陷：
1）TCP是面向字节流的。这意味着消息的描述必需由应用来完成，而且要在消息结束时显式通知TCP,以迫使其立即发送相应的字节数据；
2）许多应用只需要部分信令消息有序，例如，属于同一呼叫或同一会话的消息就是这样。而TCP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；
3）TCP连接直接由一对传输地址（IP地址和端口号）识别，从而无法提供对多宿主机的透明支持；
4）典型的TCP实现不允许高层应用设定协议控制参数。但是一些应用可能会需要调节传输协议的属性，以满足其特定要求，例如，某些信令协议有较高的时延要求，而另一些信令协议则只要求较高的可靠性。
SCTP综合发展了UDP和TCP两种协议的长处。SCTP是建立在无连接、不可靠的包交换网络上的一种可靠的传输协议。与TCP相比，主要增加了多宿特性及同一个连接上多个流的概念。在TCP中，流是一系列的八位位组，而SCTP流是一系列的消息（可能很短也可能很长）。
SIGTRAN中应用的SCTP主要用来在无连接的网络上传送PSTN信令消息，该协议可以用来在IP网上提供可靠的数据传送协议。SCTP具有如下功能：
1）在确认方式下，无差错、无重复地传送用户数据；
2）根据通路的MTU的限制，进行用户数据的分段；
3）在多个流上保证用户消息的顺序递交；
4）将多个用户的消息复用到一个SCTP的数据块中；
5）利用SCTP偶联的机制（在偶联的一端或两端提供多归属的机制）来提供网络级的保证；
6）SCTP的设计中还包含了避免拥塞的功能和避免遭受泛播和匿名的攻击。
如图2-36所示，SCTP偶联的概念要比TCP的连接具有更广的概念，SCTP提供了在两个SCTP端点间的一组传送地址之间建立偶联的方法，通过这些建立好的偶联，SCTP端点可以发送SCTP分组。一个SCTP偶联可以包含多个可能的起源/目的地地址的组合，这些组合包含在每个端点的传送地址列表中。
图2-36 SCTP结构示意图
2.SCTP的分组格式
SCTP由IP进行封装，分组由公共的分组头和若干数据块组成，每个数据块中既可以包含控制信息，也可以包含用户数据。多个数据块可以捆绑在一个SCTP分组中，当然必须要满足偶联对MTU的要求。当然这些数据块也可以不与其他数据块捆绑在一个分组中。如果一个用户消息不能放在一个SCTP分组中，则这个消息可以被分成若干个数据块。
一个包含若干数据块的SCTP分组格式如图2-37所示。
图2-37 包含若干数据块的SCTP分组
其中验证标签（32bit的无符号整数）主要用于接收方判别发送方的这个SCTP分组的有效性。
3.SCTP的主要消息
SCTP由IP进行封装，分组由公共的分组头和若干数据块组成，每个数据块中既可以包 93
含控制信息，也可以包含用户数据。
SCTP主要包括以下一些数据块类型：
净荷数据(DATA)数据块：在SCTP偶联已建立的情况下，用来携带高层协议应用信息。如M2UA、M3UA、M2PA、SUA等。
选择证实(SACK)数据块：这个数据块通过使用DATA数据块中的TSN(传送顺序号)来向对等的端点确认接收到的DATA数据块，并通知对等的端点在收到的DATA数据块中的间隔。所谓间隔就是指收到的DATA数据块的TSN不连续的情况。
启动(INIT)数据块：该数据块用来启动两个SCTP端点间的一个偶联。
启动证实(INITACK)数据块：INTTACK数据块用来确认SCTP偶联的启动。INTTACK的参数部分与NT数据块的参数部分相同，它额外还使用两个可变长度的参数，即状态COOKIE(STATECOOKIE)和未识别的参数：
状态COOKIE(COOKIEECHO)数据块：该数据块只在启动偶联时使用，它由偶联的发起者发送到对端点，用来完成启动过程。
COOKIE证实(COOKIEACK)数据块：这个数据块只在启动偶联时使用，它用来证实收到COOKIEEHCO数据块。
关闭偶联(SHUTDOWN)数据块：偶联的端点可以使用这个数据块启动对该偶联的正常关闭程序。
关闭证实(SHUTDOWNACK)数据块：在完成了关闭程序后必须使用该数据块来确认收到的SHUTDOWN数据块。
关闭完成(SHUTDOWNCOMPLETE)数据块：该数据块在完成关闭程序后用来确认收到SHUTDOWNACK数据块。
操作差错(ERROR)数据块：SCTP端点发送该数据块向其对端点通知一些特定的差错情况。该数据块中可以包含一个或多个差错原因。一般操作差错不一定被看作是致命的，致命差错情况的报告一般使用ABORT数据块。
HeartBeat请求(HEARTBEAT)数据块：SCTP端点通过向对端点发送这个数据块用来检测定义在该偶联上到特定目的地传送地址的可达性。
HeartBeat证实(HEARTBEATACK)数据块：SCTP端点在收到对端点发来的HEARTBEAT数据块后，则发送该数据块作为响应。
中止(ABORT)数据块：SCTP端点发送ABORT数据块来中止到对等端的偶联，ABORT数据块中可以包含原因参数用来通知接收ABORT数据块的一方中止该偶联的原因。
偶联的正常建立及数据发送如图2-38所示。
2.6.3.3 No.7信令网与IP网互通的适配层协议
1.概述
在实现与No.7互通时，信令网关主要可采用四种适配层协议：M3UA、M2UA、M2R\和SUAo主要功能如下：
(1)M2UA完成窄带No.7信令网与基于IP的No.7信令网的互通。SG没有MTP3功能，因此不属于No.7网的节点，只是完成窄带No.7信令链路与IPNo.7信令链路的转换。使用M2UA的SG(通常内置于媒体网关)就像一个交叉连接设备，通过信令网关功能只改变了链路第二级的传送手段，而没有其他变化。
图2-38 偶联正常建立和数据发送的示例
(2)M2PA完成窄带No.7信令网与基于IP的No.7信令网的互通。SG有MTP3功能，因此有No.7点编码，具备转接MTP消息或中继高层消息的能力。使用M2I*的信令网关完成了一个STP的功能，它可以被看作是一个IPSP和具有传统No.7链路SP/STP的组合。采用M2PA的SG比采用M2UA的SG具有更强大的功能和灵活性。
(3)M3UA完成No.7信令与IP信令的互通，SG终结窄带No.7信令网或IP网的信令消息,然后由SG把MTP消息转换为IP网中的M3UA消息格式或把M3UA消息转换为MTP消息，高层信令消息不变。M3UA属于网络层协议，所以需要寻址功能，这通过M3UA中的网络地址翻译和映射功能模块来实现，而不是像M2UA/M2PA那样仅仅进行简单的链路或接口之间的映射。这种方式下SG可以采用代理方式(一个SG带一个MGC)或STP方式(一个SG可带多个MGC)完成信令互通。在网络的维护管理上也基本和原来PSTN相似，减少了新技术的采用对于支撑系统的冲击。从目前标准的进展及厂家产品研发的进度，M3UA得到较广泛的采用。
(4)SUA完成No.7信令与IP网在应用层互通。SUA定义了如何在两个信令端点间通过IP来传送SCCP用户的消息或者是第三代网络协议消息，这个协议不仅可以通过SG实现No.7信令与IP的互通，还可以实现IP网中两个IPSP之间的互通。SUA完全是基于IP的，组网灵活，与网络IP化的发展趋势一致；但也正是这一点，造成采用SUA的网络在维护管理上与传统SCN有较大的改变，同时SUA支持的是SCCP用户消息，不支持TUP、ISUP等信令的传送，目前应用较少。
2.适配层协议比较
无论适配层采用M2UA,M2PA.还是M3UA,SIGTRAN都能完成MTP3用户消息的可靠传送，而用户层消息内容的处理由ASP中的MTP用户(TUP/ISUP/SCCP)完成。因此，ASP基本能处理原有MTP用户信令消息，No.7所支持的业务也应能在软交换呼叫中心体系中实现。
NO.7MTP2用户消息的适配模块M2UA,它为MTP3提供服务，并使用SCTP提供的业务作为下层可靠的信令公共传送协议。它向MTP3提供的业务与MTP2所提供的业务相同，并且在接口上具有相同的原语。由于信令网关不包含MTP3的功能，所以使用M2UA的SG仅充当了一个No.7信令链路与IP连接之间的一个交叉连接设备。
而MTP2用户对等层间的适配层一M2PA则不同，它允许在任何两个No.7信令点间在IP网络上处理MTP3消息和提供MTP信令网网关功能，因此能够在IP网连接上提供与MTP3协议的无缝操作。而且MTP3层上还可以包含SCCP。同样，底层使用SCTP提供的业务作为信令公共传送协议。在这里使用M2PA的信令网关完成了一个SIP的功能，它可以被看作是一个IPSP和具有传统No.7链路SP/STP的组合。使用M2PA的信令网关应当包含MTP3协议，至于是否需要SCCP则是任选的。此时SG作为一个独立的信令点存在，并且具有单独的信令点编码。使用M2PA的SG相对于使用M2UA的SG具有更强大的功能和灵活性。
当MGC或IPSPCVHLR不包含MTP3协议层时，使用M3UA进行适配。M3UA和上层用户之间使用的原语同MTP3与上层用户之间使用的原语相同，并且在底层也使用了SCTP所提供的服务。M3UAB经属于网络层协议，所以需要寻址功能，这通过M3UA中的网络地址翻译和映射功能模块来实现，而不是像M2UA/M2PA那样仅仅进行简单的链路或接口之间的映射。
M2UA和M2PA相比较，应首选M2PA，这样SG具有更大的智能；它们和M3UA相比较，应该优先选用M3UA,因为此时不必对IP中的节点分配No.7信令点的编码，同时IP网中的节点也不需具有MTP3的功能，这样对IP网中节点的协议栈不必进行太大的改动，SCN和IP相互独立，比较易于运营和管理。
表2-6 M3UA/M2UA/M2PA适配层的比较
在以上适配层协议中，M3UA协议由于组网灵活，得到广泛应用，以下针对M3UA协议进行介绍。
3.M3UA协议
从目前标准的进展及厂家产品研发的进度，消息传递部分（MTP）第三级用户适配层（M3UA）得到普遍的采用。
（1）M3UA协议的体系结构.从图2-39中可以看出，MIF3—用户的底层协议是M3UA,它向提供MTP3-用户提供标准的MTP3接口。M3UA的底层协议是SCTP,由SCTP为M3UA提供偶联为M3UA服务。M3UA还有专门的层管理（LM）,为其提供管理服务。
图2-39 M3UA协议的体系结构
（2）No.7信令点码表示在No.7信令网中，信令网关用来表示IP域中的一组节点，用来选路到No.7信令网。SG自身作为No.7信令网的一个物理节点，为了管理的目的，SG必须要用No.7信令点码来表示，SG的点码也可以用来指示SG的本地MTP3用户，例如，SG内部的SCCP功能。
当SG包含多个SGP时，每个SGP中的MTP3路由组、SPMC和远端AS/ASP状态应该通过所有SGP进行协调，还应该支持SGP间的业务重新选路。
当应用服务器组成一组，用一个信令点码表示时，SPMC将包括多个AS。为了充分利用No.7信令的管理程序，如果SG发现SPMC中的一个AS不可用，就假定这个AS不为No.7信令网可用。
应用服务器可以表示为与SG相同的PC,或者是独立的信令点码，或者与其他应用服务器使用一个PC。如果需要，可以用单个PC来表示SG和所有的应用服务器。
如果单个ASP或一组ASP通过多个SG为No.7信令网可用，每个ASP都有自己的信令点码，ASP可以与SG用不同的信令点码表示，在这种情况下，SG被看作是No.7信令网中的STP,每个SG都有到相同ASP的路由。在故障情况下，一个ASP对于这些SG中的某一个变为不可用时，这种方法允许在SG和No.7信令网间使用MTP3路由管理消息，通过简单的重新选路到另外一个SG,而不需要改变No.7信令业务需要去的ASP的DPC。
（3）M3UA的消息格式及类型
1）M3UA的分组格式：M3UA由公共消息头和随后的0个或几个可变长度参数构成。所有包含在消息中的参数的格式如图2V0所示。公共消息头包括版本、消息类型、消息类型、消息长度。
图2-40 包含若干参数的M3UA分组
消息头对于所有信令协议适配层消息是公共的。版本字段（vers）包括M3UA适配层的版本，目前所支持的版本为000000011.0版本。消息长度定义了消息的八位位组长度，长度包括消息头在内。对于消息的最后一个参数，如果包含填充，那么消息长度应把填充信息包含在内。
2）M3UA的消息类别及类型：表2-7中列出了定义的消息类别，表2-8〜表2-13分别列出M3UA定义的消息类型。
表2-7 M3UA的消息类别
表2-8 M3UA管理（MGMT）消息类型 表2-9M3UA传送消息类型
表2-10M3UA值令网管理（SSNM）消息类型 表2-11M3UA状态维护（ASPSM）消息类型
表2-12M3UA业务维护（ASPTM）消息类型 表2-13M3UA选路关键字管理（RKM）消息类型
2.6.3.4 ISDN及V5用户接入的适配层协议
如果软交换呼叫中心支持ISDN以及V5用户的接入，则分别通过V5UA、IUA实现V5、ISDN接口在IP网络上的传送。ISDN设备与软交换呼叫中心之间的Q931消息，接入网与软交换呼叫中心之间的V5.2消息，经过信令网关功能（内置于媒体网关）透明传送，媒体流在媒体网关终结。
V5UA：是对V5接口中链路接入协议的信令消息进行了适配，使用V5UA协议的信令传送机制允许AN与IP网中软交换呼叫中心间传送LAPV5的高层V5.2消息。内置V5UA的信令网关功能的媒体网关就像一个交叉连接设备，通过信令网关功能只改变了链路第二级的传送手段，而没有其他变化。
IUA：是对ISDN中的Q921信令消息进行了适配，使用IUA协议的信令传送机制允许ISDN设备与IP-网中软交换呼叫中心间传送Q921的高层Q931消息。内置IUA信令网关功能的媒体.网关就像一个交叉连接设备，通过信令网关功能只改变了链路第二级的传送手段，而没有其他变化。
2.6.3.5 No.7 信令流程与SIGTRAN协议流程映射示例
下面以M3UA为例，说明一个呼叫的流程。
1.ASP的激活（见图2-41）
在图2-41的情况中，两个ASP（对应于软交换呼叫中心设备）都是激活的，并且采用负荷分担的方式，在这种情况下，一个ASP足以处理所有的业务负荷。
图2-41 ASP激活
2.呼叫消息的传递
ASP激活后，在SGP与ASP之间可以开始传送SIGTRAN消息。正常的呼叫流程如图2-42所示。
图2-42 正常的呼叫流程
如果SGP的MTP3有数据需要传递到用户部分，SGP的M3UA将采取如下动作：
1）确定正确的ASP。
2）确定到选择好的ASP的正确偶联。
3）确定偶联中正确的流（例如根据SLS）。
4）确定Data消息中的任选字段是否设置完。
5）把MTP-Transferindication原语映射到M3UAData消息的协议数据字段中。
6）在SCTP偶联上向ASP的远端对等M3UA层发送Data消息。
相反，当SGP的M3UA已经从其对等层收到要选路到目的地信令网数据（Data）消息后,它将采取如下动作：
1）评估Data消息中存在的任选字段，以确定网络外貌。
2）把Data消息中的协议数据映射到MTP-Transfierrequest原语中。
3）把MTP-Transferrequest原语传递到相关网络外貌的MTP3。
