Message Transfer Part

Protokoly SS7

OSI vrstva	SS7 protokoly
Aplikační	TCAP, MAP, IS-41, INAP, CAP TUP, ISUP
Síťová	SCCP, SIGTRAN (IP7) MTP Level 3
Linková	MTP Level 2
Fyzická	MTP Level 1

MTP (Message Transfer Part) je součást Signalling System 7 (SS7), která slouží pro přenos signalizace v klasických mobilních i ISDN telefonních sítích. Signalizací je prakticky veškerá komunikace kromě vlastního přenosu hlasu, uživatelských dat, případně videosignálu, především zprávy sloužící k vytvoření a zrušení spojení, v mobilních sítích pak zprávy zajišťující přechod účastníka mezi jednotlivými základnovými stanicemi až po roaming. Stejnými kanály jako signalizační zprávy se přenášejí také SMS. MTP zajišťuje spolehlivý přenos signalizačních informací (včetně zachování pořadí zpráv) mezi komunikujícími partnery v rámci jedné sítě. Komunikující partneři se nazývají Signalling Point (SP). V síti SS7 rozlišujeme Signaling Transfer Point (STP), které slouží pouze pro funkční směrování zpráv MTP, a Signaling End Point (SEP), které využívá MTP pro komunikaci s jinými SEP; jsou to např. telekomunikační switche nebo různé databáze (HLR, VLR, AuC, EIR).

MTP je primárně definováno v doporučeních ITU-T Q.701, Q.702, Q.703, Q.704 a Q.705. Pro ověření správnosti implementace MTP slouží testy popsané v ITU-T doporučeních Q.781 pro MTP2 a v Q.782 pro MTP3. V různých zemích se však používají různé varianty MTP. V Severní Americe je MTP definováno ANSI standardem T1.111. V Evropě vycházejí národní varianty MTP ze standardu ETSI EN 300-008-1.

Vrstvy MTP

MTP bylo vytvořeno dříve než Referenční model ISO/OSI, ale dodatečně bylo vůči tomuto modelu zarovnáno. MTP odpovídá spodním třem vrstvám referenčního modelu ISO/OSI. Úroveň číslo 1 MTP odpovídá vrstvě číslo 1 OSI (fyzická vrstva), úroveň číslo 2 odpovídá vrstvě č. 2 OSI (spojová vrstva) a úroveň číslo 3 MTP je shodná s vrstvou číslo 3 OSI (síťová vrstva).

Úroveň číslo 1 MTP používá buď jeden časový slot (DS-0, nebo DS-0A) vyčleněný na E1/T1 lince nebo celou tuto linku. Alternativou je použití Asynchronous Transfer Mode místo MTP-1 a MTP-2.

Úroveň číslo 2 MTP poskytuje detekci chyb, postup ověřování a také zahajuje opakovaný přenos v případě mylného přijetí zpráv. Pro přenos zpráv SS7 úroveň č. 2 MTP používá tzv. signal units. Existují tři typy těchto paketů: Fill-in Signal Unit (FISU), Link Status Signal Unit (LSSU), Message Signal Unit (MSU).

Úroveň číslo 3 MTP zaručuje funkční směrování pro přenos oznamovacích zpráv mezi síti SS7 a požadovaným koncovým bodem. Každý prvek v národní nebo mezinárodní síti SS7 má jedinečnou adresu, Signaling Point Code (SPC). Směrování zpráv se provádí podle těchto adres. Pro komunikaci mezi národními sítěmi je nutné použít Signalling Connection Control Part (SCCP).

MTP-1

Fyzická vrstva v SS7 sítích se nazývá MTP1 (Message Transfer Part 1, ITU-T Q.702, ANSI T1.111). Používá plně duplexní digitální komunikační kanály o rychlosti 64 kb/s (DS-0), v USA a v Kanadě i 56 kb/s (DS-0A, V.35). Tyto kanály mohou být multiplexovány do kanálů s vyšší rychlostí jako je E1 (2048 kb/s tj. 32x 64 kb/s) nebo DS-1 (též T-1 1544 kb/s tj. 24x 64kb/s v USA a Kanadě). Nově se používá SS7 přímo na E1 nebo T1 linkách (2 nebo 1,5 Mbit/s).

MTP-2

Linková vrstva se nazývá MTP2 (Message Transfer Part 2, ITU-T Q.703), vychází z HDLC a zajišťuje spolehlivý přenos zpráv mezi dvěma uzly propojenými stejnou fyzickou SS7 linkou, včetně řízení toku dat, řazení rámců (zvaných signal unit, SU) a kontroly chyb; při chybě se data vysílají znovu. Linková vrstva je schopna odhalit problémy na lince a pokouší se je odstranit je pomocí realignmentu nebo resynchronizace. Pokud se to nepodaří a linka je nepoužitelná, vyšší vrstvy zajistí přesměrování alternativními linkami nebo cestami.

Linky jsou point-to-point, tzn. že na každé lince jsou právě dvě zařízení, takže na úrovni linkové vrstvy nejsou adresy potřeba a proto se žádné adresy nepoužívají.

Rámce linkové vrstvy mají následující formát:

    +--------+-------+---+-------+---+------+--+---//----+----------------+
    |  flag  |  BSN  |BIB|  FSN  |FIB|  LI  |sp| payload |      CK        |
    +--------+-------+---+-------+---+------+--+---//----+----------------+
    bitů: 8      7     1     7     1     6    2    var          16

Pro linky s rychlostí 1,5 a 2 Mbit/s jsou některá pole rozšířena:

    +----+-------+---+---+-------+---+---+------+----+---//----+------+
    |flag|  BSN  |Res|BIB|  FSN  |Res|FIB|  LI  | sp | payload |  CK  |
    +----+-------+---+---+-------+---+---+------+----+---//----+------+
    bitů:8  12     3   1    12     3   1     9    7     var       16

• flag - hodnota 7Eh pro synchronizaci (pomocí bit stuffingu se zajišťuje, že nikde jinde v rámci nebude za sebou 6 jedničkových bitů)
• BSN (Backward Sequence Number) - číslo posledního potvrzovaného rámce modulo 128
• BIB (Backward Indicator Bit) - jeho změna oproti předchozímu rámci znamená záporné potvrzení
• FSN (Forward Sequence Number) - číslo vysílaného rámce mod 128
• FIB (Forward Indicator Bit) - jakmile se začnou opakovaně vysílat rámce, pro které bylo přijato záporné potvrzení, bude nastaven na hodnotu BIB z NACK
• LI (Length Indicator) - délka dat v rámci nebo 63 pokud je délka dat větší nebo rovna 63 oktetům (max. 273 oktetů)
• spare - nevyužité 2 bity
• payload - 0 až 273 oktetů
• CK (Check Bits) - kontrolní součet (CRC)

Výplňkové rámce (Fill-In Signal Unit - FISU) mají LI=0 a neobsahují žádný payload, Link Status Signal Unit (LSSU) rámce mají LI=1 nebo LI=2 a jako payload mají SF (Status Field). Datové rámce Message Signal Unit (MSU) síťové vrstvy mají LI>2. Jejich payload je tvořen jedním oktetem SIO (Service Information Field) a nejméně 2 oktety SIF (Signalling Information Field).

Rámec je následován alespoň jedním flagem s hodnotou 7Eh. Pokud se vysílá několik rámců bezprostředně za sebou, musí být odděleny vždy aspoň jedním flagem. Pokud není co vysílat, vysílají se výplňkové rámce (v Japonsku se vysílají jen flagy; výplňkové rámce jen 1x za 150 ms):

LSSU se používají pro změnu stavu linky. Nejsou směrovány na jiné linky (není podle čeho, protože neobsahují adresu), ani není potvrzováno jejich přijetí

Nyní používané LSSU mají vždy jednobytový payload, ze kterého jsou využity pouze 3 bity, které mohou nabývat následujících hodnot (SI = Status Indication):

payload	zkratka	význam
000	SIO	Out Of Alignment
001	SIN	Normal Alignment (8,2 sec surveillance time)
010	SIE	Emergency Alignment (500 ms surveillance time)
011	SIOS	Out Of Service
100	SIPO	Processor Outage
101	SIB	Busy/congestion

MTP-3

Síťová vrstva MTP3 (Message Transfer Part 3, ITU-T Q.704) zajišťuje směrování na základě čísel Signalling Point Code (SPC). Umí se vypořádat s výpadkem linky, výpadkem uzlu a zahlcením linky.

Informace pro vyšší vrstvy může přenášet linková vrstva pouze v MSU. Pouze MSU se směrují. Payload MSU se skládá z jednoho oktetu SIO (Service Information Octet) a SIF (Signaling Information Field) proměnné délky.

Struktura payloadu z MTP2 rámce pro datové rámce (Message Signal Unit - MSU); první byte je vlevo:

   +--------+--------//----------------+
   |  SIO   |  SIF                     |
   +--------+--------//----------------+
   bitů: 8        8 * n

Service Information Octet – SIO

Struktura pole SIO:

• bity 3-0: Service indicator (SI)
• bity 5-4: Priority (ANSI) / Unused (ITU)
• bity 7-6: Network indicator (NI)

Bity 7-4 se souhrnně nazývají Sub-service field (SSF)

Service indicator v nejnižších 4 bitech SIO rozlišuje uživatele MTP:

bity 3-0	význam
0	Signaling network management messages (NM)
1	Signaling network testing and maintenance messages (Test)
2	volné (Maintenance Special Message - MTNS)
3	Signaling Connection Control Part (SCCP)
4	Telephone User Part (TUP)
5	ISDN User Part (ISUP) pokud je přímo nad MTP (může být i nad SCCP)
6	Data User Part (DUP) (call and circuit-related messages)
7	Data User Part (facility registration and cancellation messages)
8	rezervováno pro MTP Testing User Part
9	širokopásmové ISDN User Part
10	satelitní ISDN User Part
11-15	volné

Nejvyšší 2 bity SIO jsou Network indicator (NI):

bit 7	bit 6	význam
0	0	mezinárodní síť
0	1	volné (pouze pro mezinárodní použití)
1	0	národní síť
1	1	rezervováno pro národní použití

Bity 5 a 4 SIO nejsou v ITU verzi použity, v ANSI mají význam priority. Při zahlcení se zprávy s nižší prioritou zahazují. Nižší prioritu mají např. call setup:

bit 5	bit 4	význam
0	0	nižší priorita
0	1	normální priorita
1	0	(prakticky nepoužíváno)
1	1	pro správu sítě

SIO pro SCCP v národní síti je 0x83, pro ISUP v národní síti 0x85.

Signaling Information Field – SIF

SIF (Signaling Information Field) vždy obsahuje routing label a data vyšší vrstvy neboli signaling information (např. SCCP, TCAP a ISUP message data). Obecně lze routing label rozdělit na Destination Point Code (DPC), Originating Point Code (OPC) a user-specific information. Detailní struktura routing labelu závisí na SIO (resp. SI, čili použitém protokolu vyšší vrstvy) a na MTP flavouru (ITU/ANSI/China/Japan), který ovlivňuje strukturu DPC a SPC.

U SCCP protokolu se user-specific information nazývá SLS (Signalling Link Selection), u ISUP se skládá z CIC (Circuit identity Code) a SLS, u TUP/NUP obsahuje pouze CIC.

ITU-T routing label má délku 4 oktety, obsahuje 14bitové DPC a OPC, které nemají další strukturu, a 4bitové SLS/SLC (Signalling Link Selection / Signalling Link Code).

ANSI routing label má délku 7 oktetů. DPC i OPC je 24bitové, SLS je 5bitové. ANSI point cody (PC) se dále člení na 3 složky:

• network (8 bitů)
• cluster (8 bitů)
• member (8 bitů)

Celý PC se zapisuje například 245-16-0. V ANSI mají velcí operátoři přidělenou celou síť, malí operátoři mají přidělen pouze cluster v sítích 1 až 4. Číslo sítě 0 se nepoužívá, číslo sítě 255 je rezervováno pro budoucí rozšíření. 5 jsou velmi malé sítě, 6 jsou sítě mimo Severní Ameriku.

Jednotlivým SP a STP přiděluje jejich point code (PC) vlastník sítě. SP na rozhraní dvou sítí (např. národní a mezinárodní) mají dva PC, do každé sítě jeden.

Protože PC nejsou celosvětově unikátní a nemusí mít stejný formát (ANSI versus ITU), nemohou se používat pro směrování zpráv mezi sítěmi různých provozovatelů nestačí. Je nutné používat protokol vyšší vrstvy - SCCP, který provádí směrování pomocí Global Title (GT), což jsou v podstatě telefonní čísla. V Severní Americe jsou ANSI PC unikátní.

V IP7 mají PC 32 bitů a SLS 8 bitů.

Reference

ITU-T doporučení

• série Q ITU-T doporučení
• ITU-T Recommendation Q.700, Introduction to CCITT Signalling System No. 7.
• ITU-T Recommendation Q.701, Functional description of the message transfer part (MTP) of Signalling System No. 7.
• ITU-T Recommendation Q.702, Signalling data link.
• ITU-T Recommendation Q.703, Signalling link.
• ITU-T Recommendation Q.704, Signalling network functions and messages.
• ITU-T Recommendation Q.705, Signalling network structure.
• ITU-T Recommendation Q.706, Message transfer part signalling performance.
• ITU-T Recommendation Q.707, Testing and maintenance.
• ITU-T Recommendation Q.708, Assignment procedures for international signalling point codes.
• ITU-T Recommendation Q.709, Hypothetical signalling reference connection.
• ITU-T Recommendation Q.710, Simplified MTP version for small systems.
• ITU-T Recommendation Q.750, Overview of Signalling System No. 7 management.
• ITU-T Recommendation Q.751.1, Network element management information model for the Message Transfer Part (MTP).
• ITU-T Recommendation Q.751.3, Network element information model for MTP accounting.
• ITU-T Recommendation Q.752, Monitoring and measurements for Signalling System No. 7 networks.
• ITU-T Recommendation Q.755, Signalling System No. 7 protocol tests.
• ITU-T Recommendation Q.755.1, MTP Protocol Tester.
• ITU-T Recommendation Q.780, Signalling System No. 7 test specification — General description.
• ITU-T Recommendation Q.781, MTP Level 2 test specification.
• ITU-T Recommendation Q.782, MTP Level 3 test specification.
• ITU-T Recommendation Q.1400, Architecture framework for the development of signalling and OA&M protocols using OSI concepts.
• ITU-T Recommendation Q.2110, B-ISDN ATM adaptation layer — Service specific connection oriented protocol (SSCOP).
• ITU-T Recommendation Q.2111, B-ISDN ATM adaptation layer — Service specific connection oriented protocol in a multilink and connectionless environment (SSCOPMCE).
• ITU-T Recommendation Q.2140, B-ISDN ATM adaptation layer — Service specific coordination function for signalling at the network node interface (SSCF at NNI).
• ITU-T Recommendation Q.2150.0, Generic signalling transport service.
• ITU-T Recommendation Q.2150.1, Signalling transport converter on MTP3 and MTP3b.
• ITU-T Recommendation Q.2150.2, Signalling transport converter on SSCOP and SSCOPMCE.
• ITU-T Recommendation Q.2150.3, Signalling transport converter on SCTP.
• ITU-T Recommendation Q.2210, Message transfer part level 3 functions and messages using the services of ITU-T Recommendation Q.2140.

IETF RFC dokumenty

• RFC 2719, Framework Architecture for Signaling Transport.
• RFC 4165, Signaling System 7 (SS7) Message Transfer Part 2 (MTP2) — User Peer-to-Peer Adaptation Layer (M2PA).
• RFC 3331, Signaling System 7 (SS7) Message Transfer Part 2 (MTP2) — User Adaptation Layer (M2UA)
• RFC 4666, Signaling System 7 (SS7) Message Transfer Part 3 (MTP3) — User Adaptation Layer (M3UA)

Externí odkazy

• SS7 Tutorial - SS7 Tutorial, včetně popisu MTP.