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从高丽国给唐朝的密函看MS到SGSN的信令协议栈(未完待续)     [复制链接]

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懒

发表于 2011-6-16 22:58:29 |显示全部楼层
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本帖最后由 爱卫生 于 2011-6-19 11:10 编辑

  在了解MS到SGSN协议栈的时候,如果是入门者,可能会被协议栈中涉及到的很多协议弄糊涂,也不知道具体的协议是干什么的。如果光通过查规范可能得不到一个形象的记忆。为了方便大家了解,我这里编了一个故事。
  是高丽国给唐朝的密函。和MS到SGSN之间的协议栈也是非常的类似的。
  简单介绍一下故事的背景,其实很简单。
  当年,高丽国紧邻强大的唐朝,高丽国王时刻坐立不安,为了换得王位的安宁,想和唐朝修好。通过外交部给唐朝的礼部写了一封信函,当然是要面呈唐朝皇帝审阅的。密函的内容实际上是高丽国期望用100万两黄金换取边界10年的安宁。这封信太重要了。需要多个环节多个部门配合才能完成。(这相当于控制平面)。
  当唐朝皇帝觉得没有问题,同意了以后。高丽国的100万两黄金将随后马上就送到。(这相当于用户平面)。如下图所示:

图一 高丽国和唐朝的秘密信函(控制平面)

  一个一个来看,其实这个过程,所有的单位服务的最终用户都是高丽外交部和唐朝礼部之间的通信,所有的流程、部门、资源都是为了传达这个密函来服务的。

  这个故事的基本流程如下:(类似数据包的封装过程

一 高丽国这一侧的流程如下:

1)高丽国外交部根据国王授权,通过明文写好信函内容,并且要附上一个高丽国王的信物,如一颗泡菜等。来标识自己的身份。外交部要求国防部把这封信转交给唐朝。

2)国防部收到信后,要对明文进行加密,例如变成一首藏头诗或藏入一首民谣中。国防部要求交通部来执行具体的传递任务。

3)交通部接到国防部的指令后,不敢怠慢。立即选择最优秀的传送资源来完成这个紧急任务。但现在的情况是高丽和唐朝相隔万里,还隔了大海。因此只能选择信鸽来作为传输工具,同样也是最有效率的。

   当然信鸽的承重、体积等是有限制的,另外,在空中可能还会受到老鹰的骚扰,还有海啸等高危地区,导致信函丢失等情况。因此交通部需要采取相应的手段来提升信鸽的抗干扰能力。并且保证信函能可靠传递。

   但信鸽怎么去抗干扰,对于国防部、外交部、高丽国国王来说都是透明的。上面的领导不关心过程,只关心结果。完不成就杀头。

  

   这封信最终将由信鸽传送到唐朝海上边界的一个驿站哨所。再由这个哨所通过陆地快马方式转交到唐朝的都城相应部门。

   当然,信鸽是不能直接将信带到唐朝首都的。因为

   一:这是一个威胁,政策不允许,外交上叫侵入凌空了,随时会被击落。

   二:信鸽也没有这样的能力,在不续航情况下能飞这么远。

   三:如果信鸽进入唐朝的陆地,高丽国交通部则可能无法对信鸽的状态进行监管和了解,因为已经进入了他国的领地。

   如下图所示:高丽国这一侧要做的事情基本如下:

图二 高丽国侧的执行流程

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发表于 2011-6-18 11:53:14 |显示全部楼层
本帖最后由 cmcc_demon 于 2011-6-18 11:53 编辑

经典,深入分析才能有此暗喻哈,期待更新!

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懒

发表于 2011-6-18 17:01:22 |显示全部楼层

唐朝边界侧 的执行流程

本帖最后由 爱卫生 于 2011-6-19 11:10 编辑

  信鸽一路艰辛,来到了唐朝的边界哨所站。可能羽毛也掉了几根,也没少饿。
  还好,边界哨所的长官接待了它。在唐朝边界侧接下来的处理流程如下图所示:

图三 唐朝边界侧的执行流程

1.哨所长官收到信鸽的信函后,他没有权限打开信函的信封看里面的内容,当然,即使打开看了,他也看不懂,因为这封信已经被高层即国防部加密了。

  所以,哨所长官首先要做的动作是将信鸽身上的信函取下来(相当于无线接口的解封装,得到LLC层及以上部分)。

  哨所长官使用唐朝专用的军用信函(相当于BSSGP头部)将高丽国的信函(站在BSSGP角度,是LLC-PDU,即BSSGP层的上层Payload)重新包裹起来。

2 在这个军用信函中,还需要向兵部报告一些信息。例如哨所所在的地理位置、高丽国信鸽来的方向、这封密函在哨所收到时的一些状态等。这些信息可以给兵部做一些参考。另外,这个军用信函还要标识出来是要交给兵部处理的,因为信函通信兵是首先交到交通部,然后交通部要判断出来,交给兵部处理。(这相当于BSSGP层的位置报告功能)

  然后,哨所长官决定交给通信兵通过唐朝的陆路(陆路环境比海上传递的条件好多了,虽然也有危险,但干扰要小很多,毕竟唐朝还是一个法治社会,军队是由很高的权威的)将密函送到都城交相应部门处理。


3 通信兵有通信兵的规则。通信兵要根据这些规则来开始送信。这些规则其实和通信兵选择的传输媒介有关,如果选择用马传送,则通信兵要准备好马料、为马贴上一个“官马”的标签,如果是走河道,则有官船的标识,订船夫等等。另外,在陆路传递,从边界到都城也有很长时间要走,通信兵需要经过一个个军方的驿站,休息、补充燃料后来到下一个驿站,最终来到都城的。这个路径的选择也是属于通信兵的规则。(对应的是数据链路层的功能。如帧中继FR等)。

4 当通信兵的规则已经准备好后,就要选择具体的传送工具(通信兵不可能走着去首都)。在这个故事里,实际上最后在陆地决定是采用马作为工具送信。送黄金(用户平面的payload)和送密函(控制面的payload)对马的要求是不一样的。前者要求马的载重能力强,健壮,拉得东西多。而后者则要求马匹健康、耐力好,但对载重能力没有要求,因为信函很轻等等。

  最后,通信兵就准备出发了。

  他走的这条路是一条官道,老百姓是不让走的。军方专用道。类似于Gb Over FR是专用道一样。当然他也可以选择走民间的小道---如果他认为民间小道更近的话,当然危险也会更大,例如有地方毛贼等。这就类似于Gb Over IP可以选择走运营商专用的IP承载网,或者走普通的Internet(如CMNET等)来发送Gb口消息。当然Gb接口都是走的运营商专用承载网络。

  第3步提到通信兵会在沿途各官方驿站休息,补充体力,再到下一个驿站。这些驿站就相当于数据信令传输的转接节点,例如IP网络中的路由器、帧中继网络里的FR交换机、或宽带ATM网络中的ATM交换机,以及SS7网络中的信令转接点STP。

  这一步实际上对应Gb接口的两层。如果采用Gb Over FR的情况下,则一层是帧中继层,另一层对应NS(Network Service)层。NS层完成对帧中继的一些适配工作。

5 最后,哨所长官决定放回信鸽。给高丽国回一个确认,让对方安心。同样,为了抵抗空中的干扰,哨所长官也决定为信鸽增加一些抗干扰的装备。这对应的是协议栈的RLC/MAC以及GSM射频层。即Um接口的无线协议栈部分。

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懒

发表于 2011-6-19 10:42:40 |显示全部楼层

唐朝都城长安侧的执行流程

本帖最后由 爱卫生 于 2011-6-19 11:11 编辑

   通信兵历经千辛万苦,终于来到了唐朝的都城---长安。中途虽然有军方驿站休息。但仍然少不了面对很多困难。很多是来自自然方面的。例如毒蛇、暴雨、雷电等等。(好比IP承载网络中的丢包、延迟等)。
  根据要求,这封信将送到交通部。然后他可以在都城潇洒几天,等待皇帝的信函,然后再送回哨所。
  具体对应的在都城长安侧的处理流程如下图所示:

图四 唐朝首都侧收到后的执行流程


1 通信兵将信函送到交通部以后,交通部根据通信兵规则将最外层信封解开。发现这是兵部专用的信函,因此将此信函转交兵部处理。(相当于解数据链路层、NS适配层包头的过程)另外,在这个信封上还注明了哨所所在的位置等信息。交通部也就能确定这封信是从哪里送过来的---假设这个通信兵是个哑巴,呵呵。(相当于读取BSSGP头部中的Cell ID或RAI等信息)。


2 兵部根据军方通用的规则对密函内容进行还原,例如将藏头诗进行还原等。(现代还有很多加密手段。例如谍战剧中经常放的摩尔斯电码)兵部对解密出的密函进行研究,发现前面有几个大字,写着:“唐朝天朝皇帝亲启!”。另外还有一颗高丽泡菜,兵部意识到这是一个涉及高丽和大唐的特级国家级机密。不敢看里面的内容,转交给礼部处理。(相当于处理LLC层的解密功能,同时根据SAPI能够识别出上层用户是信令还是Payload)


3 礼部看到代表高丽国王象征的高丽泡菜,不敢怠慢,直接交皇帝亲启。(礼部或皇帝的亲信太监是皇帝和下层之间的接口)


4 唐太宗皇帝亲手开启密函,读取信的真实内容。召集最高级别群臣开会。最后觉得高丽太远,不太好打,地处偏荒,打下来也没多大好处。决定接受高丽皇帝的请求。太宗皇帝亲笔回信,两个字:“同意!”。并盖上唐朝国印以示身份。(相当于GMM消息层的处理,由于是上层领导之间的通信,和底层交通部如何传递信件无关,因此这一层又叫NAS层,即非接入层,底层交通部进行信件配送称之为AS层即接入层)。


5 信件将按照来的时候处理方式一样,将先交由礼部校稿、审阅,然后是兵部进行加密,然后交给交通部负责传送信件,交通部则传唤那个已经在都城花天酒地好几日的通信兵,让他再把信通过官道送到边界的哨所。经陆路到了唐朝边界哨所后,换用信鸽将密函经海上传递到高丽国国王的手中。高丽国国王要派一只信鸽带一封“已收到”的确认信回来告诉唐朝边界哨所。再由唐朝边界哨所快马通知都城长安。然后长安就开始等着收高丽国的黄金了,如果等不到,那就对不起了。(以上就相当于是MS和SGSN之间控制层面的流程和对应的协议栈,接下来高丽国王进贡黄金的过程就是用户平面的传输了)。

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懒

发表于 2011-6-19 12:24:04 |显示全部楼层

MS-SGSN控制平面和故事的映射关系

本帖最后由 爱卫生 于 2011-6-19 15:41 编辑

  上面的故事我们实际上对应介绍的是在GSM/EDGE无线接入环境下,MS到SGSN的控制平面的协议栈。它们和故事中的对应关系如下图所示:

图五 MS-SGSN控制平面和故事的映射关系图

  做一个简单的总结,上面的映射关系图用一个表格来进行汇总的话,就如下所示:

图六 MS-SGSN控制平面和故事的映射关系表

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发表于 2011-6-21 16:19:28 |显示全部楼层
楼主太有心了,理解起来非常生动,很好很强大。

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发表于 2011-6-22 14:46:49 |显示全部楼层
楼主太强大了,爱工作,爱生活才能写出这样的好文。

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发表于 2011-6-22 15:36:38 |显示全部楼层
{:soso_e179:}很好很强大。

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版主 论坛核心会员 特殊贡献奖

发表于 2011-6-22 23:54:32 |显示全部楼层
看小说,还能学GPRS知识,真是寄学习于快乐中哈!顶一个!不足的一点就是图有点模糊。

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懒

发表于 2011-6-23 10:00:12 |显示全部楼层
图片可以点击一下就放大的。放大以后就可以看清楚了。要不再试试?呵呵。
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发表于 2011-6-23 15:25:24 |显示全部楼层
膜拜啊,楼主,你是GPRS GOD~
博学之,审问之,慎思之,明辨之,笃行之

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发表于 2011-6-23 17:24:51 |显示全部楼层
版主不顶都不行啊{:soso_e183:}

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发表于 2011-6-24 14:35:37 |显示全部楼层
学习了,好好好好

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懒

发表于 2011-6-26 18:17:22 |显示全部楼层

国防部的职责(对应LLC协议)

  看完了控制平面和唐朝故事的对应关系。我们就一级一级来看在这个故事中各个职能部门的具体职责。
  按照从上往下的顺序,首先是高丽国王写好密函,外交部整理。这些属于上层的应用消息。或者在后来的高丽国进贡黄金的过程,黄金也是上层的东西。只不过是用户平面的Payload。相当于是MS访问外部PDN网络的IP报文。
  这些应用部分如果暂时不看的话,首先我们就需要了解一下国防部的功能。在上面的映射过程中,我们看到国防部的职责是负责将信函加密变成密函以防止被盗取,或者在运输黄金的时候,对黄金进行伪装成牛粪,防止被抢劫。当然如何解密这个规则对方唐朝的兵部是明白的。能够在收到密函后将密函的真实内容还原出来。只不过如何加密解密的这个协商过程是双方事先早就约定好的,并不在传送密函的过程中进行协商。
  但实际上,国防部的职责除了对高层交代下来的东西(信函或黄金)进行加密外,还需要做很多事情。
(一)国防部要为高层提供服务,即国王/外交部交代的任务需要完成。
(二)国防部对下可以要求交通部来完成实际的传送任务。并且需要对交通部的货物传递状态及行为进行监管。因为,一旦出了什么问题。国王是只会找国防部的麻烦,而不一定直接去找交通部的麻烦,甚至交通部的罪责更轻一些。
(三)国防部需要和对方对等的接收者即唐朝兵部进行一些关于货物传递的协商。例如黄金装箱的规格等等。确定了则可以更方便实际的传送。
  基于以上原因,国防部还需要完成以下职责和功能:
1 打上标记,能识别出运送的对象是密函还是黄金或其他物品。
2 使用军方通用的语言和对等功能实体唐朝兵部建立直接对话和通信。
3 和唐朝兵部进行确认运送的对象(密函或黄金)是否收到。
4 如果有货物丢失,要通知高层外交部或国王调配物资进行重发。
5 如果运送的是黄金等货物,要对其进行编号,并按顺序发送。
6 如果运送的是黄金等货物,需要和唐朝兵部协商每箱黄金的规格是多少,以方便在双方的道路上传递。
7 上述都没问题,则国防部通知交通部负责货物的传递。
8 国防部要对交通部的货物发送进行监管,保证无差错,平滑的传送到唐朝兵部。不能太快,也不能太慢。太慢会让唐朝产生误会高丽没有诚意而开战,太快容易丢失货物。

   大致上的国防部的职责用下图来表示:

图七 国防部的职责(LLC协议)

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懒

发表于 2011-6-26 19:50:18 |显示全部楼层

LLC的功能(和故事中国防部的职责的映射)

    根据TS44.064 LLC协议的规范,对LLC层的要求如下,以下还列出了LLC层功能需求和故事中国防部的功能之间的对应关系:
1 LLC应能提供在MS和SGSN之间的一条高度可靠的逻辑链路
    - 相当于高丽国防部和唐朝兵部之间的联络通道
2 LLC层应和下层使用何种空中接口协议无关
    - 相当于高丽交通部使用鸽子、鹰、马来传递货物,国防部并不关心。
3 LLC应能提供可变长的信息帧
    - 相当于在传递货物时,国防部能按照不同的规格来传递。如50公斤一箱装的黄金还是10公斤一箱来装。这个军用运输箱由国防部来提供。交通部只负责传。
4 LLC层应能提供确认和非确认模式的传输
    - 相当于高丽国防部在唐朝兵部收到货后要求进行确认,或不确认。(例如一些价值不高的货物。)

5 LLC层应允许在SGSN和一个或多个MS之间能复用相同的物理链路资源(空中接口)
    - 相当于高丽国防部在要求交通部送货时,除了携带密函外,还可以顺便携带高丽其他部门给唐朝的其他物件。例如高丽国外交部给唐朝礼部送了礼物,也可以由交通部的同一匹马/鸽子/鹰来传递。
6 LLC层能保证到同一个MS的高优先级数据比低优先级数据能得到更高的Qos待遇
    - 相当于国防部要求交通部在运送货物时,对价值贵的物品如国画、夜明珠之类的用绿色通道及最好的资源例如战马、官道来传送。但价值稍低的物品如白银则用普通的资源例如普通马、民用道来传送一样。
7 LLC应能提供对用户数据、信令的加密,以及提供对用户身份标识的加密
    - 相当于高丽国防部对信函的加密、黄金的伪装,以及对高丽国王身份的加密。

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发表于 2011-7-3 23:16:01 |显示全部楼层
膜拜!!!!

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发表于 2011-7-26 16:48:46 |显示全部楼层
绝对精典,嘿嘿,有大师的风范

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发表于 2011-9-1 06:59:01 |显示全部楼层
楼主,你这太猛了,呵呵

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