أساسيات إشارات Diameter

بروتوكول Diameter هو بروتوكول الإشارة الخاص بالمصادقة والترخيص والمحاسبة (AAA) الذي تستخدمه شبكات 4G LTE و IMS، بينما كانت الشبكات السابقة تستخدم SS7 / MAP . وقد تم تعريفه من قبل فريق هندسة الإنترنت (IETF) في RFC 6733 (الذي ألغى RFC 3588 الأصلي)، وهو النسخة المطورة من بروتوكول RADIUS - والاسم تورية هندسية، حيث أن RADIUS ضعف RADIUS .

على عكس SS7، يُعدّ Diameter بروتوكولًا أصليًا لبروتوكول IP، يعمل بنظام الند للند، ويعتمد على بروتوكول نقل موثوق (TCP أو SCTP)، ويفرض أمانًا على مستوى النقل (TLS أو IPsec). كل عقدة هي نظير في بروتوكول Diameter، يتم تعريفها بواسطة هوية Diameter، وتُصنّف ضمن نطاق، وتكتشف النظراء بعضها البعض وتتصل بها مباشرةً دون الحاجة إلى التوجيه عبر رموز ثابتة.

تصل الرسائل على شكل أزواج طلب/إجابة، يتم تمييزها بواسطة التطبيق. يتولى البروتوكول الأساسي معالجة الآلية - تبادل القدرات (CER/CEA)، وإشارات البقاء (DWR/DWA)، وفصل الاتصال (DPR/DPA) - بينما تمثل كل واجهة من واجهات 3GPP (S6a، Gx، Gy، Cx) تطبيق Diameter مُضافًا إليها. يُعد فهم البروتوكول الأساسي شرطًا أساسيًا لفهم كل واجهة لاحقة.

رسالة Diameter عبارة عن رأس بالإضافة إلى قائمة من أزواج السمات والقيم (AVPs). يُعدّ زوج السمات AVP الوحدة الأساسية للبيانات: إذ يحمل كل زوج رمز AVP وعلامات (بما في ذلك بت "M" الإلزامي)، وطولًا، وقيمة، ويمكن تجميع AVPs لتكوين بيانات مُهيكلة. تُوسّع AVPs الخاصة بالبائعين (مثل 3GPP، رقم البائع 10415) مجموعة المعايير للاستخدام في الأجهزة المحمولة.

يحتوي رأس الطلب على رمز أمر يُحدد العملية، ومعرّف تطبيق يُحدد نطاقها. يتشارك الطلب والرد عليه نفس رمز الأمر، بالإضافة إلى معرّفات كل خطوة على حدة ومعرّفات الاتصال من البداية إلى النهاية، وهي الطريقة التي تربط بها العقدة الرد بالطلب الذي أرسلته، وتكشف التكرارات.

تُبلغ سمات AVPs الخاصة برمز النتيجة عن النتائج في فئات تعكس نية HTTP - 2xxx نجاح، 3xxx أخطاء بروتوكول، 4xxx حالات فشل مؤقتة، 5xxx حالات فشل دائمة - لذا يقرأ المُكامل الفئة أولاً، ثم الكود المحدد. إن الحصول على AVPs الإلزامية وتجميعها بدقة هو الفرق بين واجهة تعمل بشكل متكامل وواجهة يرفضها نظير المشغّل بصمت.

S6a هي واجهة Diameter بين MME (كيان إدارة التنقل) و HSS (خادم المشترك المنزلي) في شبكة LTE الأساسية؛ S6d هي الواجهة المكافئة لها بالنسبة إلى SGSN. وهي نظير LTE لواجهة SS7 / MAP الخاصة بـ HLR، و HSS هو النسخة المطورة من HLR والمتوافقة مع IMS .

تتمثل عمليات التبادل الأساسية في مصادقة المشترك وإدارة موقعه. يطلب مركز إدارة التنقل (MME) بيانات المصادقة باستخدام بروتوكول طلب/إجابة معلومات المصادقة (AIR/AIA)، ويسجل موقع المشترك باستخدام بروتوكول طلب/إجابة تحديث الموقع (ULR/ULA)، ويتلقى ملف تعريف الاشتراك. ويمكن لمركز دعم الخدمة (HSS) إرسال التغييرات أو فرض فصل الخدمة باستخدام رسائل إدراج الموقع وإلغاء الموقع. وقد تم تحديد هذه العمليات في المواصفة الفنية 3GPP TS 29.272.

نظرًا لأن S6a يحمل بيانات المصادقة وهوية المشترك، فإنه يُعد هدفًا ذا قيمة عالية على حدود الشبكة - وهو ما يُقابل إساءة استخدام Diameter SS7 التي دفعت إلى إنشاء جدران حماية الإشارات. ولهذا السبب، تتم تصفية حركة Diameter أثناء التجوال وفحصها على الحافة، كما هو موضح في درس أمان التجوال.

تُعدّ إدارة السياسات والفوترة (PCC) هي الآلية التي تُحدد من خلالها Diameter صلاحيات جلسة المشترك. تربط واجهة Gx وظيفة تطبيق السياسات والفوترة (PCEF) في بوابة PDN بوظيفة قواعد السياسات والفوترة (PCRF)، التي تُثبّت قواعد PCC التي تُنظّم عرض النطاق الترددي (QoS)، والبوابات، ومعالجة كل تطبيق على حدة عبر تبادلات طلبات/ردود التحكم في الرصيد (CCR/CCA).

Gy هي واجهة الشحن عبر الإنترنت بين PCEF ونظام الشحن عبر الإنترنت (OCS). وهي تستخدم تطبيق Diameter للتحكم في الرصيد (RFC 4006) لحجز ومنح وخصم الحصص في الوقت الفعلي - وهي الآلية التي تقف وراء بيانات الدفع المسبق، حيث يتم قطع الجلسة أو تقييدها بمجرد استنفاد حصتها.

يستخدم نظام الشحن غير المتصل بالإنترنت واجهة Rf للاتصال بـ CGF/CDF، مما ينتج عنه سجلات شحن للمعالجة اللاحقة بدلاً من التحكم الفوري. ويكمن الفرق - حيث يقوم Gy بحجز الرصيد مسبقًا، بينما يقوم Rf بتسجيل الاستخدام بعده - في الخط الفاصل العملي بين نظامي الدفع المسبق والدفع اللاحق.

في IMS، تربط واجهة Cx الخاصة بـ Diameter وظائف التحكم في جلسات المكالمات I-CSCF وS-CSCF بنظام HSS، حيث تتولى تسجيل المستخدم، والمصادقة (مصادقة الوسائط المتعددة عبر MAR/MAA)، وتعيين الخادم (SAR/SAA). وهذا ما يسمح IMS بمصادقة المشترك وتحديد موقع عقدة الخدمة لخدمات VoLTE وغيرها من خدمات IMS، مكملاً بذلك إشارات SIP التي تتحكم في الجلسة نفسها.

على حافة الشبكة، يوفر وكيل توجيه بروتوكول Diameter (DRA) التوجيه المركزي، مما يغني العقد عن الحفاظ على شبكة نظير كاملة. أما وكيل حافة بروتوكول Diameter (DEA) فهو عنصر الحدود الذي ينهي حركة رسائل بروتوكول Diameter الواردة أثناء التجوال ويفحصها. ويُطبَّق في DEA إخفاء بنية الشبكة، وتحديد معدل نقل الرسائل، وفحص الرسائل.

يشابه هذا القلق الأمني ما ورد في SS7 : إذ يفشل افتراض الثقة المطلقة في جميع الأجهزة المتصلة في الشبكات المفتوحة، لذا تُحدد إرشادات GSMA (ملف تعريف أمان اتصال Diameter FS.19) عملية تصفية قائمة على الفئات، أي تحديد الرسائل التي يُسمح لها بالوصول من شريك تجوال مقابل تلك الواردة من داخل الشبكة المنزلية فقط. ويُعرّض طرف Diameter الذي يتجاوز هذه التصفية لنفس عمليات تتبع الموقع واعتراض الإشارات التي صُممت جدران حماية الإشارات لمنعها.