Архитектура конвергентных сетей / регистрация SIP

Легалов А.С., ИКТК-32

1. REGISTER. UE → P-CSCF

Процедура начинается с того, что пользовательское устройство UE отправляет SIP-сообщение REGISTER на узел P-CSCF. P-CSCF - это первый IMS-узел, с которым взаимодействует UE. Он находится на стороне визитной сети и принимает SIP-сигнализацию от абонента. Сообщение REGISTER нужно для регистрации пользователя в IMS-домене. В нем UE сообщает свои идентификаторы, например публичный пользовательский идентификатор IMS, и запрашивает регистрацию для дальнейшего использования IMS-услуг: VoLTE, SIP-вызовов, сообщений и других мультимедийных сервисов.

2. REGISTER. P-CSCF → I-CSCF

После получения REGISTER узел P-CSCF пересылает это сообщение в домашнюю сеть пользователя на узел I-CSCF. I-CSCF выполняет роль входной точки домашней IMS-сети. Он скрывает внутреннюю структуру сети и определяет, какой S-CSCF должен обслуживать данного абонента. На этом этапе P-CSCF не выполняет окончательную регистрацию, а только передает запрос дальше в IMS-ядро.

3. UAR. I-CSCF → HSS

После получения REGISTER узел I-CSCF обращается к базе данных абонентов HSS с помощью Diameter-сообщения UAR - User-Authorization-Request. Это сообщение используется для проверки, разрешена ли данному пользователю регистрация в IMS, а также для получения информации, какой S-CSCF можно назначить абоненту.

4. UAA. HSS → I-CSCF

В ответ HSS отправляет сообщение UAA - User-Authorization-Answer. В этом сообщении HSS подтверждает возможность регистрации пользователя и передает данные, необходимые для выбора S-CSCF. Если абонент имеет право пользоваться IMS-услугами, I-CSCF продолжает процедуру регистрации.

После получения ответа от HSS узел I-CSCF выбирает подходящий S-CSCF. S-CSCF - это основной обслуживающий сервер IMS. Именно он будет выполнять регистрацию абонента, хранить его состояние регистрации и обрабатывать дальнейшую SIP-сигнализацию.

5. REGISTER. I-CSCF → S-CSCF

После выбора обслуживающего сервера I-CSCF пересылает SIP-сообщение REGISTER на выбранный S-CSCF.Теперь запрос попадает к узлу, который будет непосредственно обслуживать данного IMS-абонента. S-CSCF должен проверить пользователя и получить данные для его аутентификации.

6. MAR. S-CSCF → HSS

S-CSCF отправляет в HSS Diameter-сообщение MAR - Multimedia-Auth-Request. Это сообщение нужно для запроса аутентификационных данных пользователя. S-CSCF просит у HSS специальные параметры, по которым можно проверить подлинность UE.

HSS выбирает или формирует аутентификационный вектор. Аутентификационный вектор содержит данные, необходимые для проверки абонента: challenge для UE и ожидаемый ответ, с которым сеть потом сравнит ответ пользователя. HSS подготавливает данные для проверки: действительно ли это тот абонент, за которого он себя выдает.

7. MAA. HSS → S-CSCF

HSS отправляет в S-CSCF сообщение MAA - Multimedia-Auth-Answer. В нем передаются аутентификационные данные, необходимые для проверки UE. После этого S-CSCF уже может запросить у UE подтверждение подлинности.

8. 401 Unauthorized. S-CSCF → I-CSCF

S-CSCF отправляет ответ SIP 401 Unauthorized обратно в сторону пользователя. Сообщение 401 Unauthorized используется как запрос аутентификации. В нем содержится данные, на основе которых UE должно сформировать правильный ответ.

9. 401 Unauthorized. I-CSCF → P-CSCF

I-CSCF пересылает сообщение 401 Unauthorized дальше на P-CSCF. На этом этапе сообщение просто проходит обратно по цепочке IMS-узлов к абонентскому устройству.

10. 401 Unauthorized. P-CSCF → UE

P-CSCF передает 401 Unauthorized на UE. После получения этого сообщения UE понимает, что сеть требует выполнить аутентификацию. Устройство использует данные с SIM/USIM и полученные данные, чтобы сформировать новый REGISTER с аутентификационным ответом.

11. REGISTER. UE → P-CSCF

UE повторно отправляет SIP-сообщение REGISTER, но теперь уже с данными аутентификации. В новом REGISTER содержится ответ на challenge, который был получен в сообщении 401 Unauthorized.

То есть первый REGISTER был «заявкой на регистрацию», а второй REGISTER уже содержит доказательство подлинности пользователя.

12. REGISTER. P-CSCF → I-CSCF

P-CSCF пересылает повторный REGISTER на I-CSCF. Как и раньше, P-CSCF является первым SIP-прокси для UE и передает сообщение дальше в домашнюю IMS-сеть.

13. REGISTER. I-CSCF → S-CSCF

I-CSCF пересылает повторный REGISTER на S-CSCF. Так как S-CSCF уже был выбран ранее, запрос направляется к обслуживающему серверу, который выполняет проверку аутентификационного ответа UE. Если ответ UE совпадает с ожидаемым значением, пользователь считается успешно аутентифицированным.

14. SAR. S-CSCF → HSS

После успешной проверки S-CSCF отправляет в HSS Diameter-сообщение SAR - Server-Assignment-Request. Это сообщение нужно для закрепления выбранного S-CSCF за данным пользователем. S-CSCF сообщает HSS, что именно он теперь обслуживает регистрацию данного IMS-абонента.

15. SAA. HSS → S-CSCF

HSS отправляет ответ SAA - Server-Assignment-Answer. В этом сообщении HSS подтверждает назначение S-CSCF и может передать пользовательский профиль абонента. Профиль может включать доступные IMS-услуги, правила обслуживания и данные, необходимые S-CSCF для дальнейшей обработки SIP-сессий.

Блок Authentication

На этом этапе аутентификация считается завершенной. Сеть проверила UE, S-CSCF был назначен для обслуживания абонента, а HSS обновил информацию о регистрации пользователя в IMS.

16. 200 OK. S-CSCF → I-CSCF

После успешной регистрации S-CSCF отправляет SIP-ответ 200 OK в сторону UE. Сообщение 200 OK означает, что регистрация в IMS прошла успешно.

17. 200 OK. I-CSCF → P-CSCF → UE

Ответ 200 OK передается обратно через I-CSCF и P-CSCF к пользовательскому устройству.

После получения 200 OK UE считается зарегистрированным в IMS. Теперь оно может использовать IMS-услуги, например устанавливать SIP-сессии, выполнять VoLTE-вызовы и обмениваться мультимедийными сообщениями.