SS7 Sistema de Señalización #7 Ing. Juan Vanerio (jvanerio@fing.edu.uy) Ing. Claudio Avallone (avallone@fing.edu.uy) Agenda ● Clasificación de Señalización ● Introducción a SS7 ● Arquitectura de red ● ● ● Stack de Protocolos Ejemplos SIGTRAN Clasificación de Señalización Algunos Criterios de Clasificación de Señalización Criterio Clase 2 1 De Suscriptor Entre la central y el suscriptor De Troncal Entre Centrales 2 En banda Fuera de banda 3 De Linea Información del estado de la línea: on/off-hook, sonando, etc. De Registro Información referente a direccionamiento y localización 4 ● Clase 1 La información de control se transmite dentro de los mismos canales que los datos (ej.: Banda Vocal) La información de control se transmite por canales separados y dedicados Asociada al Canal (CAS) Por Canal Común (CSS) Un canal de señalización controla y Un canal de señalización en gestiona a un solo canal de común controla y gestiona a datos/voz. Habitualmente varios canal de datos/voz comparten el mismo medio físico. Algunas clases de un mismo criterio pueden no ser mutuamente excluyentes Clasificación de Señalización Uno criterio popular: clasificar la señalización en base a la cantidad de canales de tráfico que pueden controlarse desde un solo canal de control •CAS: Channel Associated Signaling Señalización por canal asociado •CCS: Common Channel Signaling Señalización por canal común Señalización por canal asociado ● ● El canal para señalización emplea el mismo medio físico que el empleado por el canal de tráfico. Típicamente también es señalización en banda: ● La señalización es transmitida en la misma “banda” de frecuencia (o timeslot, etc) que el utilizado por el tráfico. Señalización por canal común ● ● Siempre es fuera de banda: se emplea un canal dedicado exclusivamente para la señalización, no compartido con el tráfico. Ej: Troncales de voz entre centrales, CAS vs CSS CCS vs. CAS ● Ventajas de CCS: ● ● ● ● ● Establecimiento/terminación de llamada más rápido. ● Menores tiempos de espera y mayor % en el uso de troncales No hay interferencia entre la señalización y el tráfico útil. Posibilidad de piggybacking para proveer servicios “nuevos” como identificación de llamada, redireccionamientos, SMS, etc Agnóstico de la tecnología de transporte y conmutación de datos. Ventajas de CAS: ● Más “barato” : no preciso reservar un canal 100% dedicado a signalling Introducción a SS7 Sistema de Señalización #7 (SS7) ● ● ● SS7 es sistema con su propia arquitectura de red y conjunto de protocolos que describen una forma de comunicación de señalización entre los conmutadores telefónicos en una red de telefonía pública SS7 es regulado por ITU-T. Existe una adaptación de IETF llamada SIGTRAN para utilizar SS7 sobre redes IP Antes de SS7: En su amplia mayoría CAS, presentando vulnerabilidades, poca flexibilidad, limitaciones (incluso de IOT). Sistema de Señalización #7 (SS7) ● ● Por las razones anteriores SS7 asumió rápidamente un rol preponderante en las redes PSTN: incluso hoy es el protocolo dominante. Más aún, SS7 se adoptó como el protocolo de interconexión de redes PSTN y PLMNs. ● Hoy el roaming es posible gracias a SS7 Permite múltiples aplicaciones: ● ● ● Llamadas Prepagas Roaming International Callback ● ● ● Numeros 0800 y 0900 Short Message Service (SMS) Identificación de llamadas Sistema de Señalización #7 (SS7) ● ● ● ● Es un protocolo de señalización: - De Canal Común - Fuera de banda - Troncal (entre Centrales) Velocidad de la señalización de 56Kbps (EEUU), 64Kbps y 2Mbps. El trafico de la señalización es por ráfagas de corta duración, por lo tanto puede operar similar a conmutación de paquetes. Longitud variable de las unidades de Señalización, limitado a un tamaño máximo. Arquitectura de Red Elementos de Red SS7 • En redes SS7 se denomina Signaling Points (SP) a los nodos, y hay de distintos tipos según su función. • En redes SS7 se definen varios tipos de enlaces denominados Signaling Data Links (SDL) diferentes según los tipos nodos que conectan • A través de los enlaces se envían mensajes denominados Signaling Units (SU) • Los protocolos de red empleados son específicos de SS7 y siguen una estructura de capas Nodos SS7 (SP): Clasificación Los Signaling Points pueden dividirse en los siguientes tipos Nodos SS7 (SP): Identificación ● ● ● En una red SS7 todos los SP son identificados mediante una dirección única, denominada Point Code (PC). Los PC tienen validez y unicidad local a la red SS7 particular. Todos los mensajes SS7 tienen un punto de origen (OPC) y uno de destino (DPC). Redes SS7 STP STP STP STP STP Service switching point (SSP) – Tipo de SP que sirven para conectar los terminales de los usuarios a la red SS7 (Punto de ingreso/egreso) – Telefonía fija: Por lo general son conmutadores clase 5 (Centrales Locales), con software SS7 y enlaces terminales, o en su defecto equipos directamente conectados a dichos conmutadores. – Un SSPs crea paquetes (Signal Units) y envía esos mensajes a otros SP. Son por lo tanto terminales – Ofrece servicios de valor agregado a los usuarios ya que sirve para armar conexiones hacia bases de datos de las redes inteligentes Service Switching Point (SSP) – Centrales Clase 5 - SP – La imagen muestra un caso de conexión directa entre SSP implementados por Centrales Clase 5 Signaling Transfer Point (STP) – Son enrutadores de mensajes dentro de la red SS7 – Posibilitan interconectar SSP que no tienen conexión directa entre sí –Manejan exclusivamente información de señalización –El DPC es un input básico para matchear la entrada correspondiente en sus tablas de ruteo –No ofrecen terminación de servicios – Se disponen en el núcleo de la red Signaling Transfer Point (STP) – Son enrutadores de mensajes dentro de la red SS7 – En general son puestos de a pares para implementar redundancia Service Control Point (SCP) ● ● ● SP que funciona como la interfaz para acceder a las aplicaciones de las bases de datos. ● Ej. Un HLR, un VLR El procotolo sobre el cual corren estas aplicaciones es el TCAP Las BD proveen información necesaria para el procesamiento avanzado de las llamadas Service Control Point (SCP) ● ● Un SCP acepta consultas solicitando información de subsistemas en otro nodos. El Subsistema es utilizado por los STP para realizar funciones de traducción de GTT (Global Title Translation) ● De hecho rutear mensajes SS7 por GTT es una opción válida. Enlaces SS7: Signaling Data Links ● ● Son canales dedicados a la transmisión de información de señalización entre SP ● En otras palabras, es el enlace SS7 Los SDL (o simplemente links) en general tienen una tasa de transmisión de 64 Kbps Enlaces SS7 Signaling Data Links STP STP STP STP STP STP STP STP Enlaces SS7 Signaling Data Links Los links pueden agruparse en conjuntos denominados linkset de hasta 16 links que poseen los mismos SP origen y SP destino. ● La carga de mensajes se reparte entre los links de un linkset ● Si un link falla, el resto de los links del linkset continúan funcionando, dotando de mayor confiabilidad al sistema de señalización. ● Tipos de Signaling Data Links Link Denominación Descripción Link A Access Link B Bridge Conecta a una pareja de STP con otra pareja de STP del mismo nivel jerárquico Link C Cross Conecta dos STPs que realizan funciones idénticas creando una pareja Link D Diagonal Similar al B, pero conecta dos parejas de STP con distinta jerarquía Link E Extended Conecta un SSP a una pareja de STP alternativa (conexión secundaria para mayor confiabilidad) Link F Fully Associated Conecta un SCP o SSP a una pareja de STP Conecta dos SSPs entre sí Modalidades de despliegue de SDL ● ● El despliegue de enlaces de señalización en una red SS7 puede clasificarse según el grado de paralelismo de estos con respecto a los enlaces de tráfico (voz/datos) Existen tres principios para desplegar la red: ● Fully Associated Signaling ● Non Associated Signaling ● Quasi Associated Signaling Modalidades de despliegue de SDL Fully Associated Signaling ● La señalización sigue el mismo camino que los troncales de voz Modalidades de despliegue de SDL Non Associated Signaling ● La señalización viaja entre dos SP mediante al menos dos STP intermedios Modalidades de despliegue de SDL Quasi Associated Signaling ● La señalización se da de manera tal que una pareja de SP se conecta a la misma pareja de STP Stack de Protocolos Stack de protocolos SS7 El stack SS7 se basa en el stack OSI, especialmente MTP MODELO OSI 7 MODELO SS7 Aplicación T U P I N A P I S 4 1 M A P 6 Presentación 5 Sesión 4 Transporte SCCP 3 Red MTP Nivel 3 2 Enlace MTP Nivel 2 1 Física MTP Nivel 1 TCAP I S U P Usuarios de MTP Bloques funcionales para control de llamada, búsqueda de información relacionada a los subscriptores, aplicaciones etc. Message Transfer Part Mecanismo Común de transporte de señalización Stack de protocolos SS7 MTP Nivel 1 - Física • Provee de una interfase el canal físico por el cual se lleva a cabo al comunicación entre nodos (SPs). • Convierte los mensajes en señales eléctricas, se encarga del mantenimiento del enlace físico. • ITU-T establece 64Kbps y la ANSI 56Kbps en la transmisión de la señalización. Stack de protocolos SS7 MTP Nivel 2 – Enlace de Datos • Asegura la transmisión confiable del mensaje sobre el enlace de señalización • Realiza el ensamblado de los mensajes salientes en paquetes denominados Signaling Units. • Implementa control de flujo, validación de la secuencia del mensaje, control de error y retransmisión de mensajes. • Monitorea permanentemente los enlaces y reporta su estado • Protocolo punto a punto Stack de protocolos SS7 Signaling Units Información de señalización se pasa sobre los enlaces en forma de mensajes que se llaman unidades de señalización (Signaling Units) Tres formatos: ● ● ● MSU (Message Signal Units) transportan los mensajes SS7 desde las capas superiores; información para establecimiento y terminación de llamada, los querys y respuestas de las BD. LSSU (Link Status Signal Units) transmiten información del estado del enlace. FISU (Fill In Signal Unit). Se transmiten cuando los buffers están vacios y su función es la de keepalive. Stack de protocolos SS7 Bytes: Message signal unit (MSU) 1 1 1 1 8-272 1 Fields: FLAG Bytes: BSN/ BIB Fields: Length Service Signaling Indicator>2 Info. Octet Info. Field FSN/ FIB Length Indicator = 1o2 FLAG FSN/ FIB 1 Status Check FLAG Field Sum Fill-In Signal Units (FISU) 1 1 1 1 1 BSN/ BIB 1 Check FLAG sum Link status signaling units (LSSU) 1 or 2 1 1 1 1 1 BSN/ Fields: FLAG BIB Bytes: FSN/ FIB 1 Length Indicator=0 1 Check FLAG Sum Stack de protocolos SS7 Campos de las SU Campo Largo (Bits) Capa Descripción Flag 8 MTP1 Un patrón de 01111110 indica inicio y final de SU BSN 7 MTP2 Backward Sequence Number. Indica el ultimo SU recibido correctamente. BIB 1 MTP2 Backward Indicator Bit. Se invierte respecto a FIB para indicar un erro en la SU recibida. FSN 7 MTP2 Forward Sequence Number. Identifica a la SU en su orden de emisión. FIB 1 MTP2 Forward Indicator Bit. Se invierte para indicar retransmisión LI 6 MTP2 Length Indicator. Bytes hasta campo CK. Distingue tipo SU SF 8 a 16 MTP2 Status Field (LSSU). Provee información de estado de enlace CK 16 MTP2 Check bits. Usa CRC-16 para detectar errores. SIO 8 MTP3 Service Information Octet. Identifica el usuario MTP3 que coloca el mensaje en el SIF SIF 16 a 2176 MTP3 Signaling Information Field. Información de señalización de MTP3 o usuarios MTP3 Stack de protocolos SS7 Corrección de Errores Básica Toda SU transmitida contiene un Forward Sequence Number, FSN entre 0 y 127, el cual lo identifica en su orden de emisión y permite rectificar los errores detectados. Caso de recepción correcta: ● El extremo receptor (“B”) envía SU con BSN (Backward Sequence Number) igual al FSN del último SU recibido correctamente desde el extremo transmisor (“A”) y el campo BIB igual al FIB de dicho último SU. ● Todos los FSN anteriores se dan por recibidos correctamente. ● Al retomar la transmisión, “A” sigue la misma regla de BSN/BIB respecto a los paquetes recibidos desde “B” Stack de protocolos SS7 Corrección de Errores Básica Caso de recepción incorrecta: ● El extremo receptor (“B”) envía SU con BSN (Backward Sequence Number) igual al FSN del SU recibido con errores e indica el error colocando el valor del campo BIB opuesto al FIB del SU erróneo ● “A” retransmite el paquete solicitado pero ahora el valor de FIB será diferente a la vez anterior (igual la del paquete que solicita la retransmisión) Conjuntamente al mecanismo mencionado existe un sistema de timers, y otro según la cantidad de errores máxima en un intervalo de tiempo por enlace. Ambos mecanismos pueden conducir a que el link no se use más. Existen mecanismos de corrección de errores más avanzados para casos de enlace de latencias mayores a 30ms (ej.:PCR). Stack de protocolos SS7 MTP Nivel 3 – Red • Ruteo de mensajes entre los diferentes puntos de la red SS7 • Administración de los enlaces, ruteo, así como el control de la congestión. • Redirige y controla el trafico cuando hay un enlace que falla o esta muy congestionado Stack de protocolos SS7 MTP Nivel 3 – Red • Los protocolos por encima de MTP3 se consideran “usuarios” de MTP • La MSU tiene campos de encabezado para proporcionar transporte a dichas capas: ● ● SIO (Service Information Octet) para identificar a que usuario MTP corresponde SIF (Signaling Information Field) contiene información adicional que permite el ruteo de mensajes. MTP-3 completa dicho mensaje agregando el OPC del SP que genera el mensaje y el DPC en el cual termina Stack de protocolos SS7 Capas Superiores • Se pueden clasificar en dos categorías: • Los protocolos relacionados con el control de llamadas de circuitos (ISUP,TUP). Se encuentran relacionados con el establecimiento y terminación de las llamadas telefónicas • Los protocolos que brindan servicios no orientados a circuitos (SCCP) Stack de protocolos SS7 Telephone User Part (TUP) • Establecimiento de llamada básico así como la desconexión • Primer Usuario MTP designado por ITU • ISUP ha reemplazado a TUP para la administración de las llamadas (TUP no soporta ISDN) ISDN User Part (ISUP) • Establecimiento de llamada básico así como la desconexión de llamadas de voz y sesiones de datos. • Envía mensajes de los switches hacia los switches que requieran conectarse • Los circuitos se identifica con el campo CIC (código de identificación de circuitos) Stack de protocolos SS7 Establecimiento de llamada mediante ISUP • Establecimiento de llamada básico así como la desconexión Stack de protocolos SS7 Mensajes ISUP ● ● ● ● ● Initial address message (IAM): contiene la información necesaria para que un switch establezca la conexión. Identifica el switch que inicio la llamada, el switch destino, la troncal seleccionada, el numero que llama y al que llama y otra informacion. Address complete message (ACM): es el reconocimiento de un IAM; el circuito requerido es reservado “el teléfono esta llamando” (es el tono(ring) de regreso ) . Identifica el switch A el B y la troncal. Answer message (ANM): pasa cuando el otro usuario levanta el teléfono para contestar. Release (REL): lo envía el switch por que censó que el teléfono fue colgado. Release complete (RLC): Cada punto de intercambio que recibe un REL envía un mensaje RLC de regreso, identifica la troncal utilizada (como reconocimiento de que se recibió un REL) Stack de protocolos SS7 Signaling Connection Control Part (SCCP) • Provee de servicios de red (de señalización) orientados y no orientados a conexión. • Provee de traducción de direcciones • Provee información mas detallada que MTP. ● MTP sólo utiliza los PC para rutear los mensajes, SCCP utiliza métodos de direccionamiento más avanzados para asegurarse que la información llegue a destino adecuadamente. • El protocolo TCAP (Transaction Capabilities Applications Part) la utiliza como una capa de transporte. Stack de protocolos SS7 Signaling Connection Control Part (SCCP) Clases de Servicio SCCP: • Clase 0: No orientado a conexión: los datos se transmiten sin establecimiento de conexión. • Clase 1: No orientado a conexión: los datos se transmiten sin establecimiento de conexión pero se asegura el orden. • Clase 2: Orientado a conexión: los datos se transmiten estableciendo una conexión. • Clase 3: Orientado a conexión: los datos se transmiten estableciendo una conexión y en orden Stack de protocolos SS7 Signaling Connection Control Part (SCCP) • Muchos SP, especialmente los SCP, proveen acceso a varios subsistemas (ej: bases de datos) en el mismo SP. • Para identificar cada subsistema se complementa la dirección PC de MTP con el campo SSN (SubSystem Number, 8 bits) de SCCP. Stack de protocolos SS7 Signaling Connection Control Part (SCCP) Un Global title (GT) es una dirección que no contiene información explicita que permita su enrutamiento directo en la red SS7 y además: ● En teoría es único globalmente ● Identifica un recurso en la red de telecomunicaciones ● Valor habitualmente numérico de largo variable, pertinente al servicio requerido ● Suele tener una estructura jerárquica ● Ejemplos: Numero 0800 o 0900 discado, numero de tarjeta de cobro, identificador de suscriptor movil, digitos discados en general, etc. Stack de protocolos SS7 Signaling Connection Control Part (SCCP) Global Title Translation (GTT) función mediante la cual se determina una dirección SCCP (DPC+SSN) a partir del GT para que el mensaje pueda ser enviado por la red SS7 y procesado por la aplicación correcta. Características: ● GTT puede ser utilizado en forma incremental (cascada). ● Este método libera a los nodos origen y algunos intermedios de tener que conocer a donde enrutar el mensaje (escala) ● Solamente los STP necesitan mantener bases de datos de destinos SCCP asociados con servicios específicos, y dichas bases pueden ser parciales y consultadas por otros SP. Stack de protocolos SS7 Signaling Connection Control Part (SCCP) GTT- Características (II): ● En general esta información de ruteo y traducción se concentra en algunos pocos STPs, y también puede concentrarse en un SCP, o por un Gateway STP hacia otras redes. ● Decrementa costos de administración de operar redes extensas, e interconexiones entre operadores Caso de uso típico: En redes celulares se utiliza para intercambiar mensajes cuando la HLR y VLR pertenecen a redes diferentes (ejemplo: Roaming internacional) Stack de protocolos SS7 Transaction Capabilities Applications Part (TCAP) ● ● ● Diseñado para consultar y obtener información de bases de datos de aplicaciones SS7 – Maneja datos no directamente relacionados con el circuito – Utiliza el servicio SCCP Responsable de los Queries y respuestas entre Signaling Switching Point (SSPs) y Signaling Control Point (SCPs). ● Cada pareja consulta/respuesta lleva un identificador. Envía y recibe información de las bases de datos – Validación de las tarjetas de crédito – Información de ruteo Stack de protocolos SS7 Transaction Capabilities Applications Part (TCAP) ● ● ● ● Un dialogo es conjunto de operaciones que se establece entre TCAP y alguno de sus protocolos superiores. Cada operación da como resultado un componente, y estos se van acumulando. En algún momento el protocolo superior notifica que los componentes acumulados pueden ensamblarse y enviarse como un mensaje TCAP a otro SP. Cuando TCAP recibe un mensaje, lo desagrega en sus componentes y los envía individualmente hacia la capa superior en cuestión Stack de protocolos SS7 Clientes de TCAP ● ● ● INAP: Intelligent Network Appliation Protocol. Capa de aplicación de señalización para redes inteligentes (IN). Provee varias capacidades, una de las más usuales es el mapeo de números 0800 y 0900. MAP: Provee capa de aplicación de señalización para redes moviles GSM y UMTS y proveer servicios a usuarios móviles como acceso a HLR, VLR, Equipment Identity Register, Authentication Center, SMS, SGSN, etc. IS41: Estándar americano esencialmente para roaming en redes cdma2000 y similares (acceso a HLR, VLR, etc.) Referencias Basada en Presentación de SS7 por M.I. María Luisa González Ramírez - Universidad Autónoma de Baja California Basada en Presentación de Sistema de Señalización Número 7 SS7 por Ing. Javier Pereira e Ing. Natalia Pignataro - UdelaR – Facultad de Ingeniería Muchas Gracias