【摘要】從3GPP R5版本開始，IMS的概念被正式提出，IMS使得不同的電信網(wǎng)絡技術(shù)在統(tǒng)一的IP網(wǎng)絡架構(gòu)下運行。從R99版本到R4版本再到IMS，電信網(wǎng)絡的核心網(wǎng)架構(gòu)發(fā)生了較大的變化。IMS是一個基于SIP、與接入無關(guān)、歸屬域控制的網(wǎng)絡架構(gòu)。對于移動通信網(wǎng)絡而言，一種新的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，其安全可靠性無疑是發(fā)展規(guī)劃中的重要考慮之一。本文立足于IMS網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)特點，深入分析IMS網(wǎng)絡容災原理機制與實現(xiàn)等相關(guān)技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】IMS容災安全CSCF呼叫會話控制功能DNS域名系統(tǒng)

一、IMS網(wǎng)絡分層結(jié)構(gòu)

IMS網(wǎng)絡采用網(wǎng)絡分層架構(gòu)，主要劃分為應用層、業(yè)務能力層、會話控制層、承載控制與接入層。承載控制與接入層負責控制承載資源，包括的網(wǎng)元有SBC和IM-MGW。應用層主要提供第三方的應用：通過OSA提供的接口（API或者消息）來實現(xiàn)對下層業(yè)務能力的調(diào)用，包括的網(wǎng)元有AS。會話控制層的功能是呼叫控制、用戶管理、業(yè)務觸發(fā)、資源控制、網(wǎng)絡互通，包括的網(wǎng)元有：P-CSCF（代理CSCF）、I-CSCF（問詢CSCF）、S-CSCF（服務CSCF）、AGCF、MGCF、HSS/SLF（用戶數(shù)據(jù)庫）。除了應用層AS外，會話控制層屬于IMS網(wǎng)絡的核心，相關(guān)核心局點的容災性能對IMS網(wǎng)絡的安全穩(wěn)定有舉足輕重的意義。

二、IMS重要信令流程

2.1網(wǎng)絡注冊流程

IMS網(wǎng)絡注冊的最終目的是讓用戶終端登記上S-CSCF，整個注冊過程可分解為兩次注冊子流程。第一次注冊子流程目的是讓S-CSCF下發(fā)鑒權(quán)消息，第二次注冊子流程實現(xiàn)用戶鑒權(quán)，真正實現(xiàn)網(wǎng)絡注冊。在注冊過程中，用戶通過終端配置的域名登記到相應的拜訪地P-CSCF，P-CSCF再根據(jù)用戶開戶時所配置的域名把注冊消息送到歸屬地IMS域的接口I-CSCF。在第一次注冊子流程中，I-CSCF需要先到HSS索要用戶開戶時設置的配置集。I-CSCF通過匹配配置集，查找用戶最優(yōu)的服務S-CSCF，并把注冊消息轉(zhuǎn)發(fā)過去。S-CSCF在收到第一個注冊消息后，將向HSS下載用戶的鑒權(quán)信息，并把此鑒權(quán)參數(shù)及算法向用戶下發(fā)，觸發(fā)用戶第二次注冊子注程。第二次注冊過程的網(wǎng)元查找原理一樣，只是注冊消息中增加了用戶的鑒權(quán)響應值，最終S-CSCF直接對鑒權(quán)響應值進行校對，以完成整個注冊流程。

2.2呼叫流程

呼叫流程是建立在網(wǎng)絡注冊流程完成之后，當用戶已經(jīng)登記上S-CSCF后，整個呼叫流程已經(jīng)不需要再經(jīng)I-CSCF扭轉(zhuǎn)，整個呼叫過程可分解為三次invite子流程。第一次invite目的是讓主叫與主叫側(cè)AS建立呼叫信令通道，第二次invite目的是讓主被叫之間的AS建立呼叫信令通道，第三次invite目的是讓被叫側(cè)AS與被叫建立呼叫信令通道。因在網(wǎng)絡注冊過程中，用戶/S-CSCF/P-CSCF/AS均已經(jīng)記錄了關(guān)聯(lián)信息，因此呼叫流程中的網(wǎng)元間的信息扭轉(zhuǎn)可直接跟據(jù)信息表中的地址進行傳送。

三、IMS容災原理機制

IMS解決方案整體采用1+1互備的容災方式，正常時每個局點空閑一半容量用于接管互備局用戶。IMS故障檢測機制有OPTIONS檢測和基于鏈路的故障檢測。基于SIP協(xié)議的應用通過SIP OPTIONS消息實現(xiàn)對對端網(wǎng)元的故障檢測，OPTIONS檢測又分為啟發(fā)式（只有在對端有故障時才觸發(fā)檢測），以及周期性（無論是否故障都觸發(fā)檢測，與心跳類似）?；贒iameter、DNS協(xié)議的應用則通過鏈路握手協(xié)議來實現(xiàn)故障檢測，即在鏈路上周期性的發(fā)送握手消息來檢測對端是否故障。

從第3部分的流程闡述可以知道，不管是注冊還是呼叫流程，用戶的下一跳一定是SBC，而用戶是通過終端所配置的域名地址來查找SBC的，因此DNS定義對SBC起到容災保護作用。當一個SBC退服時，用戶仍然能從DNS反饋的地址池找到可用SBC。舉一反三的，在所有走SIP信令的接口中，DNS都充當著重要的容災保護角色。

呼叫流程的容災實現(xiàn)比注冊流程要復雜，因注冊完成后，網(wǎng)絡已經(jīng)為用戶指定了唯一的核心局點。一旦某個核心局點出現(xiàn)故障退服，這意味著網(wǎng)絡需要用戶重新注冊選擇核心局點。當呼叫過程中出現(xiàn)此特殊情況，對呼叫業(yè)務將會造成延時甚至中斷的影響。

四、結(jié)語

DNS在IMS核心網(wǎng)中扮演著非常重要的角色，她關(guān)系著核心局點容災配對的選擇規(guī)則的實現(xiàn)。而用戶開戶時在HSS上定義配置集，也決定了面向用戶的S-CSCF的邏輯容災關(guān)系，增強了IMS網(wǎng)絡容災的靈活性。

參考文獻

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