Grundlagen Diameter Signalisierung

Diameter ist das AAA-Signalisierungsprotokoll (Authentifizierung, Autorisierung und Abrechnung), das 4G / LTE und IMS Netzen anstelle von SS7 / MAP verwendet wird. Es wurde von der IETF in RFC 6733 definiert (wodurch der ursprüngliche RFC 3588 ersetzt wurde) und ist der Nachfolger von RADIUS – der Name ist ein Wortspiel aus der Ingenieurssprache und doppelt so groß wie RADIUS .

Im Gegensatz zu SS7 ist Diameter ein IP -natives Peer-to-Peer-Protokoll, das über ein zuverlässiges Transportprotokoll (TCP oder SCTP ) läuft und Sicherheit auf Transportebene ( TLS oder IPsec) erfordert. Jeder Knoten ist ein Diameter Peer, der durch eine Diameter Identität identifiziert und in einem Realm gruppiert wird. Die Peers erkennen und verbinden sich untereinander, anstatt über feste Codes zu routen.

Nachrichten werden als Anfrage-Antwort-Paare übermittelt, die durch eine Anwendung unterschieden werden. Das Basisprotokoll regelt die technischen Details – Funktionsaustausch (CER/CEA), Keepalives (DWR/DWA) und Trennung (DPR/DPA) –, während jede 3GPP-Schnittstelle ( S6a , Gx , Gy , Cx ) eine darauf aufbauende Diameter Anwendung darstellt. Das Verständnis des Basisprotokolls ist Voraussetzung für alle nachfolgenden Schnittstellen.

Eine Diameter Nachricht besteht aus einem Header und einer Liste von Attribut-Wert-Paaren ( AVPs ). Das AVP ist die grundlegende Dateneinheit: Jedes AVP enthält einen AVP Code, Flags (einschließlich des obligatorischen „M“-Bits), eine Längenangabe und einen Wert. AVPs können gruppiert werden, um strukturierte Daten zu verschachteln. Herstellerspezifische AVPs (3GPP ist Hersteller 10415) erweitern den Standard für die mobile Nutzung.

Der Header enthält einen Befehlscode, der die Operation benennt, und eine Anwendungs-ID, die ihren Bereich festlegt. Anfrage und Antwort verwenden denselben Befehlscode sowie dieselben Hop-by-Hop- und End-to-End-Kennungen. Dadurch kann ein Knoten die Antwort der von ihm gesendeten Anfrage zuordnen und Duplikate erkennen.

Ergebniscode- AVPs melden Ergebnisse in Klassen, die HTTP Absicht widerspiegeln – 2xxx Erfolg, 3xxx Protokollfehler, 4xxx vorübergehende Fehler, 5xxx dauerhafte Fehler. Ein Integrator liest daher zuerst die Klasse und dann den spezifischen Code. Die korrekte Verwendung der obligatorischen AVPs und ihrer exakten Gruppierung entscheidet darüber, ob eine Schnittstelle funktioniert oder von einem anderen Benutzer stillschweigend abgelehnt wird.

S6a ist die Diameter Schnittstelle zwischen der MME (Mobility Management Entity) und dem HSS (Home Subscriber Server) in einem LTE Kernnetz; S6d ist das Äquivalent zum SGSN. Es ist das LTE Pendant zur SS7 / MAP Schnittstelle zum HLR, und der HSS ist der weiterentwickelte, IMS -fähige Nachfolger des HLR.

Die Kernfunktionen sind die Teilnehmerauthentifizierung und die Standortverwaltung. Die MME fordert Authentifizierungsvektoren mit Authentication-Information-Request/Answer (AIR/AIA) an, registriert den Standort des Teilnehmers mit Update-Location-Request/Answer (ULR/ULA) und empfängt das Teilnehmerprofil. Das HSS kann Änderungen übertragen oder eine Trennung mit Insert- und Cancel-Location-Nachrichten erzwingen. Diese sind in 3GPP TS 29.272 spezifiziert.

Da S6a Authentifizierungsdaten und Teilnehmeridentitäten überträgt, stellt es an Netzwerkgrenzen ein attraktives Ziel dar – das Diameter -Pendant zu den SS7 Missbrauchsfällen, die zur Entwicklung von Signalisierungsfirewalls führten. Aus diesem Grund wird der Roaming-Datenverkehr Diameter am Netzwerkrand gefiltert und überwacht, wie im Abschnitt zur Roaming-Sicherheit erläutert.

Die Richtlinien- und Gebührensteuerung (PCC) von Diameter legt fest, welche Aktionen eine Teilnehmersitzung ausführen darf. Die Gx -Schnittstelle verbindet die PCEF (Policy and Charging Enforcement Function im PDN-Gateway) mit der PCRF (Policy and Charging Rules Function), welche die PCC-Regeln für Bandbreite ( QoS ), Bandbreitenbegrenzung und anwendungsspezifische Behandlung über CCR/CCA-Transaktionen implementiert.

Gy ist die Schnittstelle für die Online-Abrechnung zwischen dem PCEF und dem OCS (Online Charging System). Sie nutzt die Diameter Credit-Control Application (RFC 4006), um Datenvolumen in Echtzeit zu reservieren, zu gewähren und abzubuchen – der Mechanismus hinter Prepaid-Daten, bei dem eine Sitzung beendet oder gedrosselt wird, sobald das Kontingent aufgebraucht ist.

Die Offline-Abrechnung nutzt die Rf-Schnittstelle zum CGF/CDF und erzeugt Abrechnungsdatensätze zur Nachbearbeitung anstatt zur Echtzeitsteuerung. Der Unterschied – Gy reserviert Guthaben im Voraus, Rf erfasst die Nutzung im Nachhinein – ist die praktische Trennlinie zwischen Prepaid- und Postpaid-Abrechnung.

In IMS verbindet die Cx Schnittstelle von Diameter die I-CSCF- und S-CSCF-Funktionen zur Steuerung von Anrufsitzungen mit dem HSS und übernimmt die Benutzerregistrierung, Authentifizierung (Multimedia-Authentifizierung über MAR/MAA) und Serverzuweisung (SAR/SAA). Dadurch kann IMS einen Teilnehmer authentifizieren und den zuständigen Server für VoLTE und andere IMS -Dienste ermitteln. Dies ergänzt die SIP Signalisierung, die die Sitzung selbst steuert.

Am Netzwerkrand übernimmt der Diameter Routing Agent ( DRA ) das zentrale Routing, sodass Knoten kein vollständiges Peer-Mesh aufrechterhalten müssen. Der Diameter Edge Agent ( DEA ) ist das Grenzelement, das eingehenden Roaming-Datenverkehr Diameter terminiert und filtert. Im DEA werden Topologieverbergung, Ratenbegrenzung und Nachrichtenfilterung implementiert.

Die Sicherheitsbedenken ähneln denen SS7 : Die ursprüngliche Annahme, jedem Peer zu vertrauen, greift bei einer offenen Verbindung nicht. Daher definiert GSMA Richtlinie (das FS.19 Diameter -Verbindungssicherheitsprofil) eine kategorienbasierte Filterung – welche Nachrichten legitim von einem Roaming-Partner und welche nur aus dem Heimnetzwerk stammen dürfen. Ein Diameter Edge, der diese Filterung umgeht, ist denselben Missbrauchsarten wie Standortverfolgung und Abfangen ausgesetzt, die Signalisierungs-Firewalls eigentlich verhindern sollen.