1.3 移动通信系统中的信令

移动通信系统中的各功能实体间需要采用信令进行相互通信。2G和3G语音通信时代，主要使用的信令系统为No.7系统。4G主要体现在IP化、融合化和扁平化方面，No.7信令在除HSS/HLR与3G网络、2G网络的No.7互通时使用的场景外，均使用IP，因此与No.7有关的GT、信令点逐渐消失。本节将简单介绍No.7系统和TCP/IP。

1.3.1 No.7信令系统

No.7信令系统以功能划分模块，各模块完成相对独立的功能，模块间靠原语传递各种业务信息和网络管理信息，其层次结构如图1-22所示。

消息传递部分（MTP）：包括3个功能级，分为信令数据链路功能（物理层，MTP一层）、信令链路功能（链路层，MTP二层）和信令网功能（网络层，MTP三层）。

信令连接控制部分（SCCP）：加强MTP部分的功能，提供相当于OSI网络层的功能。

电话用户部分（TUP）：规定有关电话呼叫建立和释放的功能及程序，还支持部分用户补充业务。

ISDN用户部分（ISUP）：在ISDN环境中提供语音和非语音交换所需的功能，以支持基本的承载业务和补充业务。

事务处理能力应用部分（TCAP）：为网络中一系列分散的应用业务相互通信提供一组规约和功能。

操作维护管理部分（OMAP）：具有No.7信令系统的监视、测量及管理功能，还有协议测试及在线监视等功能。

移动应用部分（MAP）：移动网特有的信令，如位置更新、用户漫游、呼叫控制等。

CAMEL应用部分（CAP）：CAMEL业务是一种网络功能，而不是补充业务，采用智能网的原理。通过增加智能网的功能模块，即使用户漫游出归属PLMN，网络运营商也可为用户提供特定的业务。

1.3.2 TCP/IP

TCP/IP是一个真正的开放系统，协议族的定义及其多种实现可以公开得到，被称为“全球互联网”或“因特网（Internet）”的基础。采用电路交换的通信网络一般采用OSI模型的分层结构，而分组交换的IP网络则采用TCP/IP，其分层结构不一样。OSI模型与TCP/IP协议栈的比较如图1-23所示。

1．物理层

TCP/IP的物理层确定传输媒介类型、连接器类型、传输数据类型、接口类型及传输方式等。物理层设备包括中继器、集线器、Modem、光收发器、无线天线等。

2．数据链路层

数据链路层的主要功能就是保证将源端主机网络层的数据包准确无误地传送到目的主机的网络层。数据链路层的帧使用物理层提供的比特流传输服务到达目的主机数据链路层。为了保证数据传输的准确性，数据链路层还负责网络拓扑、差错校验、流量控制等。

3．网络层

网络层利用下两层提供的服务来实现传输层的通信，将数据包从源端网络发送到目的网络。常见的网络层设备有路由器和三层交换机。网络层设备通过运行路由协议（Routing Protocol）来计算到目的地的最佳路由，找到数据包应该转发的下一个网络设备，然后利用网络层协议封装数据包，利用下层提供的服务把数据发送到下一个网络设备。一般说来，网络层设备的每一个接口都有一个唯一的网络层地址，又称逻辑地址。在Internet中，网络设备的网络层地址必须是全球唯一的。

网络层协议（IP）是TCP/IP体系中最重要的协议之一，也是最重要的Internet标准协议（RFC791）之一。与IP配套的还有4个协议，即地址解析协议（ARP）、逆向地址解析协议（RARP）、Internet控制报文协议（ICMP）、Internet组管理协议（IGMP）。

4．传输层

传输层位于应用层和网络层之间，为目的主机提供端到端的连接以及流量控制（由窗口机制实现）、可靠性（由序列号和确认技术实现）、全双工传输支持等。传输层协议有TCP和UDP两种。虽然TCP和UDP都使用相同的网络层协议IP，但是TCP和UDP却为应用层提供完全不同的服务。目前传输层增加了第三种协议，即SCTP（流控制传输协议RFC2960），其具有TCP和UDP的共同优点，用于一些新的多媒体应用。

传输控制协议（TCP）为应用程序提供可靠的面向连接的通信服务，适用于要求得到响应的应用程序。目前，许多流行的应用程序都使用TCP。用户数据报协议（UDP）提供了无连接通信，且不对传送数据包进行可靠性保证，适于一次传输小量数据，可靠性则由应用层来负责。

TCP通过以下过程来保证端到端数据通信的可靠性：TCP实体把应用程序划分为合适的数据块，加上TCP报文头，生成数据段；当TCP实体发出数据段后，立即启动计时器，如果源设备在计时器清零后仍然没有收到目的设备的确认报文，重发数据段；当对端TCP实体收到数据后，发回一个确认。TCP包含一个端到端的校验和字段，检测数据传输过程中的任何变化。如果目的设备收到的数据校验和计算结果有误，TCP将丢弃数据段，源设备在前面所述的计时器清零后重发数据段。由于TCP数据承载在IP数据包内，而IP提供了无连接的、不可靠的服务，所以数据包有可能会失序。TCP提供了重新排序机制，目的设备会将收到的数据重新排序后交给应用程序。TCP连接的每一端都有缓冲窗口，目的设备只允许源设备发送自己可以接收的数据，防止缓冲区溢出。

UDP是一个简单的面向数据报的运输层协议：进程的每个输出操作都正好产生一个UDP数据报，并组装成一份待发送的IP数据包。UDP不提供可靠性：它把应用程序传给IP层的数据发送出去，但是并不保证它们能到达目的地。

5．应用层

应用层为用户的各种网络应用开发了许多网络应用程序，例如文件传输、网络管理等，甚至包括路由选择。应用层协议主要有如下几种。

（1）文件传输协议

① 文件传输协议（File Transfer Protocol，FTP）是用于文件传输的Internet标准。FTP支持一些文本文件（例如ASCII、二进制等）和面向字节流的文件。FTP使用传输控制协议（TCP）在支持FTP的终端系统间执行文件传输，它采用两个TCP连接来传输一个文件。

控制连接以通常的客户/服务器方式建立，服务器以被动方式打开众所周知的用于FTP的端口（21），等待客户的连接；客户则以主动方式打开TCP端口21，来建立连接。控制连接始终等待客户与服务器之间的通信，该连接将命令从客户传给服务器，并传回服务器的应答。由于命令通常是由用户输入的，所以IP对控制连接的服务特点就是“最大限度地减小迟延”。

每当一个文件在客户与服务器之间传输时，就创建一个数据连接（其他时间也可以创建）。由于该连接用于传输的目的，所以IP对数据连接的服务特点就是“最大限度提高吞吐量”。因此，FTP被认为提供了可靠的面向连接的服务，适于距离较远、可靠性较差的线路上的文件传输。

② 简单文件传输协议（Trivial File Transfer Protocol，TFTP）也用于文件传输，但TFTP使用UDP提供服务，被认为是不可靠、无连接的。TFTP通常用于可靠的局域网内部的文件传输。TFTP最初打算用于引导无盘系统（通常是工作站或X终端），其代码和所需要的UDP、IP、设备驱动程序都能适合只读存储器。它只使用几种报文格式，是一种停止等待协议。为了允许多个客户同时进行系统引导，TFTP服务器必须提供一定形式的并发。因为UDP在一个客户与一个服务器之间并不提供唯一连接（TCP也一样），所以TFTP服务器通过为每个客户提供一个新的UDP端口来提供并发。TFTP没有提供安全特性，主要由TFTP服务器的系统管理员来限制客户的访问，只允许它们访问引导所必需的文件。TFTP也是升级设备的一种方式。

（2）邮件服务协议

简单邮件传输协议（Simple Mail Transfer Protocol，SMTP）支持文本邮件的Internet传输。邮件服务中涉及的POP3（Post Office Protocol）是一个流行的Internet邮件标准。

（3）网络管理协议

① 简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol，SNMP）负责网络设备的监控和维护，支持安全管理、性能管理等。

② Telnet是客户机使用的与远端服务器建立连接的标准终端仿真协议。

③ Ping命令是一个诊断网络设备是否正确连接的有效工具。

④ Tracert命令可以显示数据包经过的每一台网络设备的信息，和Ping命令类似，是一个很好的诊断命令。

（4）网络服务协议

① HTTP支持万维网（World Wide Web，WWW）和内部网信息交互，支持包括视频在内的多种文件类型。HTTP是当今最流行的Internet标准。

② 域名系统（Domain Name System，DNS）把网络结点的易于记忆的名字转换为网络地址。

③ Windows Internet命名服务器（Windows Internet Name Server，WINS）可以将NetBIOS 名称注册并解析为网络上使用的IP地址。

④ 引导协议（Bootstrap Protocol，BootP）是使用传输层UDP动态获得IP地址的协议，是DHCP的前身。