1.3 移動通信系統中的信令

移動通信系統中的各功能實體間需要采用信令進行相互通信。2G和3G語音通信時代，主要使用的信令系統為No.7系統。4G主要體現在IP化、融合化和扁平化方面，No.7信令在除HSS/HLR與3G網絡、2G網絡的No.7互通時使用的場景外，均使用IP，因此與No.7有關的GT、信令點逐漸消失。本節將簡單介紹No.7系統和TCP/IP。

1.3.1 No.7信令系統

No.7信令系統以功能劃分模塊，各模塊完成相對獨立的功能，模塊間靠原語傳遞各種業務信息和網絡管理信息，其層次結構如圖1-22所示。

消息傳遞部分（MTP）：包括3個功能級，分為信令數據鏈路功能（物理層，MTP一層）、信令鏈路功能（鏈路層，MTP二層）和信令網功能（網絡層，MTP三層）。

信令連接控制部分（SCCP）：加強MTP部分的功能，提供相當于OSI網絡層的功能。

電話用戶部分（TUP）：規定有關電話呼叫建立和釋放的功能及程序，還支持部分用戶補充業務。

ISDN用戶部分（ISUP）：在ISDN環境中提供語音和非語音交換所需的功能，以支持基本的承載業務和補充業務。

事務處理能力應用部分（TCAP）：為網絡中一系列分散的應用業務相互通信提供一組規約和功能。

操作維護管理部分（OMAP）：具有No.7信令系統的監視、測量及管理功能，還有協議測試及在線監視等功能。

移動應用部分（MAP）：移動網特有的信令，如位置更新、用戶漫游、呼叫控制等。

CAMEL應用部分（CAP）：CAMEL業務是一種網絡功能，而不是補充業務，采用智能網的原理。通過增加智能網的功能模塊，即使用戶漫游出歸屬PLMN，網絡運營商也可為用戶提供特定的業務。

1.3.2 TCP/IP

TCP/IP是一個真正的開放系統，協議族的定義及其多種實現可以公開得到，被稱為“全球互聯網”或“因特網（Internet）”的基礎。采用電路交換的通信網絡一般采用OSI模型的分層結構，而分組交換的IP網絡則采用TCP/IP，其分層結構不一樣。OSI模型與TCP/IP協議棧的比較如圖1-23所示。

1．物理層

TCP/IP的物理層確定傳輸媒介類型、連接器類型、傳輸數據類型、接口類型及傳輸方式等。物理層設備包括中繼器、集線器、Modem、光收發器、無線天線等。

2．數據鏈路層

數據鏈路層的主要功能就是保證將源端主機網絡層的數據包準確無誤地傳送到目的主機的網絡層。數據鏈路層的幀使用物理層提供的比特流傳輸服務到達目的主機數據鏈路層。為了保證數據傳輸的準確性，數據鏈路層還負責網絡拓撲、差錯校驗、流量控制等。

3．網絡層

網絡層利用下兩層提供的服務來實現傳輸層的通信，將數據包從源端網絡發送到目的網絡。常見的網絡層設備有路由器和三層交換機。網絡層設備通過運行路由協議（Routing Protocol）來計算到目的地的最佳路由，找到數據包應該轉發的下一個網絡設備，然后利用網絡層協議封裝數據包，利用下層提供的服務把數據發送到下一個網絡設備。一般說來，網絡層設備的每一個接口都有一個唯一的網絡層地址，又稱邏輯地址。在Internet中，網絡設備的網絡層地址必須是全球唯一的。

網絡層協議（IP）是TCP/IP體系中最重要的協議之一，也是最重要的Internet標準協議（RFC791）之一。與IP配套的還有4個協議，即地址解析協議（ARP）、逆向地址解析協議（RARP）、Internet控制報文協議（ICMP）、Internet組管理協議（IGMP）。

4．傳輸層

傳輸層位于應用層和網絡層之間，為目的主機提供端到端的連接以及流量控制（由窗口機制實現）、可靠性（由序列號和確認技術實現）、全雙工傳輸支持等。傳輸層協議有TCP和UDP兩種。雖然TCP和UDP都使用相同的網絡層協議IP，但是TCP和UDP卻為應用層提供完全不同的服務。目前傳輸層增加了第三種協議，即SCTP（流控制傳輸協議RFC2960），其具有TCP和UDP的共同優點，用于一些新的多媒體應用。

傳輸控制協議（TCP）為應用程序提供可靠的面向連接的通信服務，適用于要求得到響應的應用程序。目前，許多流行的應用程序都使用TCP。用戶數據報協議（UDP）提供了無連接通信，且不對傳送數據包進行可靠性保證，適于一次傳輸小量數據，可靠性則由應用層來負責。

TCP通過以下過程來保證端到端數據通信的可靠性：TCP實體把應用程序劃分為合適的數據塊，加上TCP報文頭，生成數據段；當TCP實體發出數據段后，立即啟動計時器，如果源設備在計時器清零后仍然沒有收到目的設備的確認報文，重發數據段；當對端TCP實體收到數據后，發回一個確認。TCP包含一個端到端的校驗和字段，檢測數據傳輸過程中的任何變化。如果目的設備收到的數據校驗和計算結果有誤，TCP將丟棄數據段，源設備在前面所述的計時器清零后重發數據段。由于TCP數據承載在IP數據包內，而IP提供了無連接的、不可靠的服務，所以數據包有可能會失序。TCP提供了重新排序機制，目的設備會將收到的數據重新排序后交給應用程序。TCP連接的每一端都有緩沖窗口，目的設備只允許源設備發送自己可以接收的數據，防止緩沖區溢出。

UDP是一個簡單的面向數據報的運輸層協議：進程的每個輸出操作都正好產生一個UDP數據報，并組裝成一份待發送的IP數據包。UDP不提供可靠性：它把應用程序傳給IP層的數據發送出去，但是并不保證它們能到達目的地。

5．應用層

應用層為用戶的各種網絡應用開發了許多網絡應用程序，例如文件傳輸、網絡管理等，甚至包括路由選擇。應用層協議主要有如下幾種。

（1）文件傳輸協議

① 文件傳輸協議（File Transfer Protocol，FTP）是用于文件傳輸的Internet標準。FTP支持一些文本文件（例如ASCII、二進制等）和面向字節流的文件。FTP使用傳輸控制協議（TCP）在支持FTP的終端系統間執行文件傳輸，它采用兩個TCP連接來傳輸一個文件。

控制連接以通常的客戶/服務器方式建立，服務器以被動方式打開眾所周知的用于FTP的端口（21），等待客戶的連接；客戶則以主動方式打開TCP端口21，來建立連接?？刂七B接始終等待客戶與服務器之間的通信，該連接將命令從客戶傳給服務器，并傳回服務器的應答。由于命令通常是由用戶輸入的，所以IP對控制連接的服務特點就是“最大限度地減小遲延”。

每當一個文件在客戶與服務器之間傳輸時，就創建一個數據連接（其他時間也可以創建）。由于該連接用于傳輸的目的，所以IP對數據連接的服務特點就是“最大限度提高吞吐量”。因此，FTP被認為提供了可靠的面向連接的服務，適于距離較遠、可靠性較差的線路上的文件傳輸。

② 簡單文件傳輸協議（Trivial File Transfer Protocol，TFTP）也用于文件傳輸，但TFTP使用UDP提供服務，被認為是不可靠、無連接的。TFTP通常用于可靠的局域網內部的文件傳輸。TFTP最初打算用于引導無盤系統（通常是工作站或X終端），其代碼和所需要的UDP、IP、設備驅動程序都能適合只讀存儲器。它只使用幾種報文格式，是一種停止等待協議。為了允許多個客戶同時進行系統引導，TFTP服務器必須提供一定形式的并發。因為UDP在一個客戶與一個服務器之間并不提供唯一連接（TCP也一樣），所以TFTP服務器通過為每個客戶提供一個新的UDP端口來提供并發。TFTP沒有提供安全特性，主要由TFTP服務器的系統管理員來限制客戶的訪問，只允許它們訪問引導所必需的文件。TFTP也是升級設備的一種方式。

（2）郵件服務協議

簡單郵件傳輸協議（Simple Mail Transfer Protocol，SMTP）支持文本郵件的Internet傳輸。郵件服務中涉及的POP3（Post Office Protocol）是一個流行的Internet郵件標準。

（3）網絡管理協議

① 簡單網絡管理協議（Simple Network Management Protocol，SNMP）負責網絡設備的監控和維護，支持安全管理、性能管理等。

② Telnet是客戶機使用的與遠端服務器建立連接的標準終端仿真協議。

③ Ping命令是一個診斷網絡設備是否正確連接的有效工具。

④ Tracert命令可以顯示數據包經過的每一臺網絡設備的信息，和Ping命令類似，是一個很好的診斷命令。

（4）網絡服務協議

① HTTP支持萬維網（World Wide Web，WWW）和內部網信息交互，支持包括視頻在內的多種文件類型。HTTP是當今最流行的Internet標準。

② 域名系統（Domain Name System，DNS）把網絡結點的易于記憶的名字轉換為網絡地址。

③ Windows Internet命名服務器（Windows Internet Name Server，WINS）可以將NetBIOS 名稱注冊并解析為網絡上使用的IP地址。

④ 引導協議（Bootstrap Protocol，BootP）是使用傳輸層UDP動態獲得IP地址的協議，是DHCP的前身。