SIGTRAN & SS7 über IP

SIGTRAN transportiert die SS7 -Protokolle, daher ist eine kurze Erläuterung des SS7 Protokollstapels sinnvoll. Die unterste Ebene, der Message Transfer Part (MTP-Ebenen 1–3), stellt die physikalische Verbindung, die zuverlässige Übertragung auf der Sicherungsschicht und das Routing auf Netzwerkebene zwischen Knoten bereit, die durch Punktcodes identifiziert werden.

Über MTP hinaus fügt SCCP (Signalling Connection Control Part) die Adressierung globaler Titel hinzu, sodass eine Nachricht an ein logisches Element – beispielsweise einen HLR – weitergeleitet werden kann, ohne dessen Punktcode zu kennen. TCAP (Transaction Capabilities Application Part) überträgt Transaktionsdialoge, und MAP (Mobile Application Part) ist das Protokoll für mobile Anwendungen, das Operationen wie SRI-SM und MT-ForwardSM ausdrückt.

Der Kern von SIGTRAN liegt in der Trennung der Zuständigkeiten: Die Anwendungsprotokolle ( SCCP , TCAP , MAP ) sind unabhängig davon, welche Schichten die Daten transportieren. SIGTRAN ersetzt lediglich die Transportschicht und lässt die darüberliegenden Schichten unberührt – genau deshalb kann ein Netzbetreiber auf IP migrieren, ohne seine Signalisierungsanwendungen neu schreiben zu müssen.

Klassisches SS7 nutzte dedizierte TDM-Leitungen – 56/64-kbit/s-Verbindungen, die für ein bandbreitenarmes, streng kontrolliertes Signalnetzwerk ausgelegt waren. Mit der durchgängigen Umstellung der Kernnetze auf IP wurde der Betrieb einer parallelen TDM-Signalisierungsebene teuer, schwer skalierbar und betrieblich umständlich.

SIGTRAN – definiert von der IETF SIGTRAN Arbeitsgruppe – ist die Protokollfamilie, die SS7 -Signalisierung über IP überträgt. Sie erhält das SS7 Dienstmodell (die gleichen Zuverlässigkeits-, Sequenzierungs- und Adressierungsgarantien, die Anwendungen erwarten) und ersetzt gleichzeitig schmalbandige TDM-Verbindungen durch handelsübliche IP Bandbreite und Standard-Rechenzentrumsnetzwerke.

Der Nutzen liegt in Kapazität, Kosten und Konvergenz: deutlich höherer Signaldurchsatz, Redundanz durch IP -Netzwerktechniken und ein einziger konvergenter Transport für Medien und Signalisierung. Für eine Messaging-Plattform ist SIGTRAN die Schicht, auf der heute viele direkte Betreiberverbindungen implementiert werden, sodass die Signalisierungssicherheit sowohl eine IP -Netzwerkdisziplin als auch eine Telekommunikationsdisziplin darstellt.

SIGTRAN läuft nicht über TCP. Es verwendet SCTP (Stream Control Transmission Protocol, RFC 4960), ein Transportprotokoll, das genau für diese Art der Signalisierung entwickelt wurde, bei der TCP an seine Grenzen stößt. SCTP bietet wie TCP eine zuverlässige, sequenzielle Zustellung, ergänzt diese aber um Funktionen, die für die Signalisierung unerlässlich sind.

Zwei Funktionen sind besonders wichtig. Multi-Streaming ermöglicht es einer einzelnen SCTP Verbindung, mehrere unabhängige Nachrichtenströme zu übertragen. Dadurch blockiert eine verlorene Nachricht in einem Strom nicht die anderen – ein entscheidender Faktor, wenn viele unabhängige Signalisierungstransaktionen eine Verbindung gemeinsam nutzen. Multi-Homing ermöglicht es einer Verbindung, an jedem Endpunkt mehrere IP Adressen zu binden. Fällt ein Netzwerkpfad aus, wird der Datenverkehr über einen anderen Pfad fortgesetzt, ohne die Verbindung zu unterbrechen.

SCTP ist zudem nachrichtenorientiert und nicht bytestreamorientiert (es erhält die Nachrichtengrenzen), und sein Vier-Wege-Handshake mit einem signierten Cookie schützt vor SYN-Flood-Angriffen, die TCP häufig plagen. Zusammen verleihen diese Eigenschaften SIGTRAN die Ausfallsicherheit, die TDM-Verbindungen physisch bieten, nun aber softwareseitig über IP realisiert.

Über SCTP befinden sich Benutzeranpassungsschichten, die jeweils eine bestimmte SS7 Schicht ersetzen, sodass die darüber liegenden Schichten keine Änderungen bemerken. Welche Schicht verwendet wird, hängt davon ab, an welcher Stelle im Protokollstapel die Überbrückung erfolgt.

M3UA (MTP3 User Adaptation, RFC 4666) ist die gebräuchlichste Variante: Sie stellt SCCP /ISUP einen MTP3-äquivalenten Dienst bereit und verbindet einen IP Knoten (einen Anwendungsserver) über ein Signalisierungsgateway mit dem SS7 -Netzwerk. M2PA (MTP2 Peer-to-Peer Adaptation) hingegen ersetzt MTP2, um eine echte IP Signalisierungsverbindung zwischen zwei MTP3-Peers herzustellen und so die SS7 Verbindungen effektiv über IP zu erweitern.

SUA ( SCCP User Adaptation) geht eine Schicht höher und überträgt SCCP -Benutzerdatenverkehr ( TCAP / MAP ) direkt über SCTP ohne zwischengeschalteten MTP3/ SCCP Stack. Dies ist nützlich für IP Endpunkte, die lediglich SCCP -Benutzerdienste und globales Routing benötigen. Die Wahl zwischen den beiden Verfahren ist eine Architekturentscheidung: M3UA und SUA für Gateway-verbundene Anwendungsserver, M2PA für die Weiterleitung von Verbindungen zwischen Signalisierungspunkten.

Eine SIGTRAN Implementierung basiert auf dem Signalisierungsgateway (SG), das einerseits TDM-basiertes SS7 und andererseits SIGTRAN über IP terminiert und so bestehende Systeme in die IP Welt integriert. IP Endpunkte sind Anwendungsserver (AS), die jeweils eine logische Funktion darstellen und von einem oder mehreren Anwendungsserverprozessen (ASPs) bedient werden. Das entsprechende Gegenstück auf der Systemseite ist ein Signalisierungsgatewayprozess (SGP).

Ausfallsicherheit wird durch den Betrieb von ASPs im Aktiv/Standby- oder Lastverteilungsmodus innerhalb eines AS erreicht, kombiniert mit SCTP Multihoming über separate IP Pfade – so kann ein Prozess, eine Verbindung oder ein ganzer Pfad ausfallen, ohne dass die Signalisierung unterbrochen wird. Auf diese Weise reproduziert und verbessert SIGTRAN die Redundanz, die TDM-Verbindungssätze bieten.

Die Migration erfolgt typischerweise schrittweise: Zunächst werden Signalisierungsgateways eingeführt, damit IP Knoten bestehende TDM-Peers erreichen können. Anschließend wird der Datenverkehr auf M3UA / M2PA -Verbindungen umgeleitet und die TDM-Verbindungen werden abgeschaltet, sobald die IP Ebene erprobt ist. Da die SCCP / TCAP / MAP Anwendungen unverändert bleiben, handelt es sich bei der Migration um einen Transportaustausch unterhalb einer stabilen Anwendungsschicht – das wiederkehrende Thema von SS7 über IP .