Diameter Concept

macrometro

Diameter是新一代AAA协议，可以承载与TCP或者SCTP协议之上，被广泛应用于IMS，LTE网络中。RFC3588定义了Diameter的基础协议，各种应用可以在此基础上对其进行扩展(主要是定义新的Application ID，Command和AVP)；基础协议中包括一个基本的Accounting功能，如果需要Authentication或者Authorization通常需要进行对基础协议扩展。

1. 基本概念：

· Connection: 是传输层的概念，负责在两端直接传输Diameter消息；

· Session: 是应用层的概念，可以用Session-id 这AVP来标识；下图展示了Connection与Session的区别；

+--------+ +-------+ +--------+
| Client | | Relay | | Server |
+--------+ +-------+ +--------+
<----------> <---------->
peer connection A peer connection B

<---------------------------------------------------->
User session x

· Destination Host：用于标识一台运行Diameter应用的主机，命名方式类似DNS格式，但并不是域名，只是一个标识符而已，一台运行Diameter应用的主机可以支持一个或者多个Diameter应用；

· Destination Realm：用于标识一组运行Diameter应用的主机，可以将多台Host划归为一个Realm中；

· Peer Table：用于消息路由的数据配置， Peer table中的主机都是能和本地主机之间通信的(也就是说中间无需经过消息转发)，格式如下表：

Host identity	StatusT	Static or Dynamic	Expiration time
abc.example.com	R-Open	statically	0
xyz.example.net	R-Open	dynamically	10

· Realm-Based Routing Table : 用于消息路由的数据配置，格式如下表：

Realm Name	Application Identifier	Local Action	Server Identifier	Static or Dynamic	Expiration time
example	16777250	RELAY	abc.example.com	statically	0
example	16777272	RELAY	xyz.example.net	dynamically	10

2. Diameter Agents：

· Relay Agents：对消息进行转发，只增加或者删除路由信息，而不会修改任何应用层信息；在CER/CEA进行能力交互时，需要返回自己支持的Application ID为Relay Application Identifier ；使用Relay Agents的好处是简化网络的复杂性，不需要对所有Diameter节点都进行复杂的配置，比如只需配置节点让Diameter消息转发到Relay Agents，然后在Relay Agents上进行比较全面的路由配置即可。

· Proxy Agents：Proxy Agents也负责转发消息，与Relay Agent不同的是，它需要理解应用层的信息，进而维护Transaction的状态；在CER/CEA进行能力交互时，需要返回自己支持的所有Application ID；

· Redirect Agents：收到Diameter消息后不进行转发，而是回复一个应答消息给发送者，应答消息中包含一个或者多个地址，告诉发送者应该将消息发往这些地址；

· Translation Agents：完成Radius和Diameter协议之间的转换；

3. 消息格式：

MAC header

IP header

SCTP | TCP header

Diameter header

Data :::

1) Diameter header:

00	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31
Version								Message length
Flags								Code
R	P	E	T	r	r	r	r
Application ID
Hop by Hop ID
End to End ID
AVP[] :::

· Version: Diameter的版本号，目前为1；

· Message length：包含头部在内的消息长度，也就是头部+所有AVP的长度之和；

· Flags:
R(equest):如果 置位表示这是一个Request消息；
P(roxiable)：如果被置位说明该消息可以被转发，否则必须本地处理；
E(rror)：如果置位，说明产生了一个协议错误，只能出现在Answer消息中；
T:如果被置位，说明该消息有可能是一个被重传的消息；
r:保留位；

· Code:消息命令码，用来标识各种Diameter消息，由IANA负责统一分配；

· Application ID:用来表示不同的Diameter应用，由IANA负责统一分配；

· Hop by Hop ID：用来匹配Request和Answer消息，在一个指定的Connection上的任何时间都必须是唯一的；该值在Diameter消息转发时会被Agent修改；

· End to End ID：用来识别重复消息；该值在本地的一段时间内必须是唯一的，传输过程中一直保持不变；目标主机会根据该值和Original-Host AVP来判读是否是重复消息；

2) AVP header:

00	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31
AVP code
AVP flags								AVP length
V	M	P	r	r	r	r	r
Vendor ID (Optional)
Data :::

· AVP code：用来标识一个AVP，由IANA来统一分配；

· AVP flags：
V, Vendor specific: 如果置位说明 Vendor ID 存在；
M, Mandatory：如果置位说明该AVP是必须的；
P：如果置位说明需要保证该AVP端到端的安全性；
r：reserved

· AVP length：AVP长度；

· Vendor ID：可选的，如果AVP flags中的V被置位，说明该域存在；该值也是由IANA分配的；

4. Diameter和连接相关的三对基本消息：

Diamete通过传输层TCP/SCTP建立连接后，传输的第一个消息就是CER/CEA，通过该消息的交互了解对端都支持哪些应用，看是否有共同的应用；如果对端是Relay Agent，则认为肯定存在共同应用；获知对方支持你哪些应用后，发送消息的时候就不会发送对方不认识的消息，对方对收到的不认识的消息也不会处理。此外双方的IP地址也会在CER/CEA消息中交换。CER/CEA是不能被Proxy，Relay或者是Redirection的，所以说CER/CEA只能是直连节点之间的交换，如果节点A经过Relay Agent发送消息到节点B，那么需要建立两个连接，进行两次CER/CEA的交互。当需要断开连接时，主动方需要发起DPR消息给对端指示断开传输层连接。在连接期间，双方需要互发DWR/DWA (Watching Dog) 消息，用来检测对方是否处于Active状态.

5. 如何看规范中的Diameter命令的ABNF 定义:

具体参见协议的3.2，这里用一个例子大概总结一下：

Example-Request ::= < "Diameter-Header: 9999999, REQ, PXY，123456 >
<Session-Id> //该AVP必须存在一个，且位置固定
{ User-Name } //该AVP必须存在一个
[ Destination-Host ] //该AVP可存在一个或者不存在
1*{ Origin-Host } //该AVP可存在一个或者多个
*[ AVP ] //该AVP可存在零个或者多个