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Diameter协议

article 2024/11/19 22:28:13

Diameter 是一种用于认证、授权和计费 (Authentication, Authorization, and Accounting，AAA) 的协议，它主要应用于电信网络和互联网服务的管理，特别是 3G、4G、5G 网络中的用户管理和计费系统。Diameter 是RADIUS 的替代协议，具有更强的扩展性和灵活性。以下是对 Diameter 及其使用场景的详细介绍，包括其原理、命令、消息结构和具体示例。

1. Diameter 原理概述

核心功能

Diameter 协议提供了以下三种核心功能：

认证（Authentication）：确认用户的身份，确保其能够合法访问网络资源。
授权（Authorization）：确定用户是否有权使用特定的网络资源或服务。
计费（Accounting）：记录用户的网络使用情况，以便于后续的计费操作。

工作原理

Diameter 协议基于请求-响应模式，客户端发出请求，服务器处理请求并返回响应。通信通常基于 TCP 或 SCTP 协议，以确保可靠传输。Diameter 可以处理用户会话，适用于会话跟踪、带宽管理、数据使用限制、流量计费等。

2. Diameter 主要应用场景

场景 1: 移动网络中的认证与授权

在 LTE 和 5G 网络中，Diameter 是用户身份验证、授权和计费的重要组件。网络运营商使用 Diameter 来验证用户身份，检查其是否有权使用某些服务。

用户接入场景：
1. 当用户接入 LTE/5G 网络时，设备通过基站与核心网通信。
2. 核心网的 MME（Mobility Management Entity，移动性管理实体）向 HSS（Home Subscriber Server）发起 Diameter 请求，进行身份验证。
3. HSS 通过 Diameter 协议返回响应，包括用户授权信息。
使用的 Diameter 命令：
- CER (Capabilities Exchange Request) / CEA (Capabilities Exchange Answer)：交换能力信息，确定网络节点的支持功能。
- AAR (Authorization Request) / AAA (Authorization Answer)：用户授权请求和响应。

场景 2: 用户漫游中的计费与授权

当用户在不同运营商网络之间漫游时，Diameter 协议用于在运营商之间交换认证和计费信息。它在处理跨网络的授权和实时计费方面尤为重要。

漫游场景：
1. 当用户从一个网络漫游到另一个网络时，访问的新网络会向用户的归属网络发送 Diameter 请求，以获取用户的认证和授权信息。
2. 用户的使用行为会通过 Diameter 进行记录，归属运营商通过计费请求管理用户的费用。
使用的 Diameter 命令：
- RAR (Re-Auth Request) / RAA (Re-Auth Answer)：重新认证，用于漫游状态下的权限控制。
- ACR (Accounting Request) / ACA (Accounting Answer)：记录用户的使用行为，以便进行后续计费。

场景 3: IMS 中的多媒体服务管理

在 IMS（IP Multimedia Subsystem）中，Diameter 协议用于管理 VoIP 和视频通话等多媒体服务，处理会话控制、带宽管理和计费。

VoIP 呼叫场景：
1. 用户发起 VoIP 通话时，IMS 网络中的 S-CSCF（Serving-Call Session Control Function）向 PCRF（Policy and Charging Rules Function）发送 Diameter 请求。
2. PCRF 使用 Diameter 协议获取用户的 QoS（Quality of Service）策略，并授权必要的网络资源。
3. 会话结束后，Diameter 用于记录通话时长和使用的带宽。
使用的 Diameter 命令：
- CCR (Credit Control Request) / CCA (Credit Control Answer)：用于检查用户余额和消耗情况。
- DWR (Device-Watchdog Request) / DWA (Device-Watchdog Answer)：用于监控设备状态。

3. Diameter 协议消息和命令示例

Diameter 消息结构

每条 Diameter 消息包含消息头和AVP（Attribute-Value Pairs，属性-值对）。AVP 是 Diameter 消息的核心部分，存储着具体的认证、授权或计费信息。

消息头字段：

Version：Diameter 协议版本。
Message Length：消息的总长度。
Command Code：消息类型，例如 Credit Control Request。
Hop-by-Hop Identifier：跟踪请求/响应的匹配对。

AVP 示例：

AVP Code: 1 (User-Name)
AVP Length: 15
AVP Data: alice@example.com

每个 AVP 包含三个部分：

AVP Code：标识 AVP 类型。
AVP Length：指定 AVP 的长度。
AVP Data：具体的值，例如用户名、计费信息等。

Diameter 命令示例

信用控制请求 (Credit Control Request, CCR)

这是用于计费的请求命令，典型用例是在VoIP 呼叫中实时计费。

请求消息格式：

<Credit-Control-Request> ::= < Diameter Header: 272, REQ, PXY >
                             { Session-Id }
                             { Origin-Host }
                             { Origin-Realm }
                             { Destination-Realm }
                             { Auth-Application-Id }
                             { Service-Context-Id }
                             { CC-Request-Type }
                             { CC-Request-Number }
                             [ User-Name ]
                             [ CC-Sub-Session-Id ]
                             [ Origin-State-Id ]
                             [ Event-Timestamp ]
                             *[ Subscription-Id ]
                             *[ Service-Identifier ]
                             *[ Requested-Service-Unit ]
                             *[ Used-Service-Unit ]
                             *[ AVP ]
                             *[ Proxy-Info ]
                             *[ Route-Record ]

Session-Id: 标识特定会话。
Requested-Service-Unit: 请求的服务单元，例如带宽、通话时长。
Used-Service-Unit: 已使用的服务单元。

响应消息格式：

<Credit-Control-Answer> ::= < Diameter Header: 272, PXY >
                            { Session-Id }
                            { Result-Code }
                            { Origin-Host }
                            { Origin-Realm }
                            { CC-Request-Type }
                            { CC-Request-Number }
                            [ Granted-Service-Unit ]
                            [ Cost-Information ]
                            [ Final-Unit-Indication ]
                            [ AVP ]
                            *[ Redirect-Host ]
                            *[ Redirect-Host-Usage ]
                            *[ Redirect-Max-Cache-Time ]
                            *[ Proxy-Info ]
                            *[ Route-Record ]

Granted-Service-Unit: 授予的服务单元。
Cost-Information: 费用信息。

4. 使用 Diameter 的实际案例：移动网络中的流量计费

背景：

某用户正在通过 LTE 网络访问互联网。用户的流量使用情况需要实时监控，以便进行准确计费。

步骤：

设备接入：用户的设备通过基站连接到运营商的 LTE 核心网。核心网的 PCEF（Policy and Charging Enforcement Function）需要了解用户的流量包情况。
认证和授权：PCEF 向 PCRF 发送 Diameter 请求，查询用户的流量套餐和剩余额度。PCRF 向用户的 HSS 服务器发起认证请求。
实时计费：当用户开始使用数据流量时，PCRF 向 OCS（Online Charging System）发送 Credit-Control-Request 消息，查询用户的实时余额。
授予流量：OCS 处理请求后，返回 Credit-Control-Answer 消息，授予一定数量的流量。例如，授予 100 MB 的数据流量供用户使用。
消耗监控：当用户接近消耗完授予的流量时，PCEF 再次向 PCRF 发送请求，询问是否继续授予流量，或者是否停止服务。