Система сигнализации №7: протоколы и стандарты телефонии

Введение

Набор протоколов телефонной сигнализации

Система сигнализации № 7 (SS7) — это набор протоколов телефонной сигнализации, разработанный в 1970-х годах, который используется для установления и разрыва телефонных соединений в большинстве частей глобальной общедоступной коммутируемой телефонной сети (PSTN). Протокол также выполняет трансляцию номеров, переносимость номеров, предоплаченную тарификацию, службу коротких сообщений (SMS) и другие услуги. Протокол был внедрен в Bell System в Соединенных Штатах под названием Common Channel Interoffice Signaling в 1970-х годах для сигнализации между коммутатором No. 4ESS и междугородными кросс-соединительными пунктами No. 4A. В Северной Америке SS7 также часто называют Common Channel Signaling System 7 (CCSS7). В Соединенном Королевстве он известен как C7 (CCITT номер 7), номер 7 и Common Channel Interoffice Signaling 7 (CCIS7). В Германии его часто называют Zentraler Zeichengabekanal Nummer 7 (ZZK 7). Протокол SS7 определен для международного использования в рекомендациях серии Q.700 1988 года ITU-T. Большинство из множества национальных вариантов протоколов SS7 основаны на вариантах, стандартизированных Американским национальным институтом стандартов (ANSI) и Европейским институтом стандартов в области телекоммуникаций (ETSI). К национальным вариантам с выраженными особенностями относятся национальные варианты, разработанные Китайским и Японским комитетами по телекоммуникационным технологиям (TTC). Internet Engineering Task Force (IETF) определила пакет протоколов SIGTRAN, который реализует протоколы 2, 3 и 4 уровней, совместимые с SS7. Иногда также называемый Pseudo SS7, он использует транспортный механизм протокола управления потоком передачи (SCTP) для работы в сетях Интернет-протокола, таких как Интернет.

История

Сигнальная система № 5 и более ранние системы используют внутриканальную сигнализацию, при которой информация о установке соединения передается путем генерации специальных многочастотных тонов, передаваемых по аудиоканалам телефонной линии, также известным как каналы передачи. Поскольку каналы передачи непосредственно доступны пользователям, их можно использовать с помощью таких устройств, как "синий ящик", который воспроизводит тоны, необходимые для управления вызовами и маршрутизации. В качестве решения, SS6 и SS7 реализуют внеполосную сигнализацию, передаваемую по отдельному каналу сигнализации. В своей серии рекомендаций Q.7XX "Желтой книги" 1980 года ITU-T определила сигнальную систему № 7 как международный стандарт.

Функциональность

Сигнализация в телефонии — это обмен управляющей информацией, связанной с установкой и завершением телефонного вызова в телекоммуникационной цепи. Примерами управляющей информации являются набранные цифры и номер для выставления счетов вызывающему абоненту. Если сигнализация выполняется по той же цепи, что и разговор, она называется сигнализацией, связанной с каналом (CAS). Это характерно для аналоговых линий, многочастотных (MF) и цифровых R2-линий, а также для линий PBX DSS1/DASS. В отличие от этого, SS7 использует сигнализацию по общему каналу, в которой путь и оборудование, используемые для сигнализации, отделены от голосового канала и не требуют его предварительного занятия, что обеспечивает значительную экономию и повышение производительности как сигнализации, так и каналов связи. Из-за механизмов, используемых в методах сигнализации, предшествовавших SS7 (инверсия полярности, многочастотное импульсное набора, сигнализация битами A и B), эти ранние методы не могут передавать большой объем сигнальной информации. Обычно во время установки вызова передаются только набранные цифры. Для тарифицируемых вызовов передаются импульсы набранных цифр и цифр тарификации. SS7, являясь высокоскоростным и высокопроизводительным протоколом пакетной передачи данных, может передавать значительный объем информации при установке вызова, во время вызова и после его завершения. Это позволяет разрабатывать расширенные услуги, связанные с вызовами. Некоторые из первых таких услуг были связаны с управлением вызовами: переадресация вызовов (при занятости и отсутствии ответа), голосовая почта, ожидание вызова, конференц-связь, отображение имени и номера вызывающего абонента, фильтрация вызовов, идентификация злоумышленников, автоматический обратный вызов. Часть пользователя телефонной сети (TUP) была принята в Европе, а часть пользователя сети цифровых интегрированных услуг (ISDN) (ISUP), адаптированная для вызовов в общедоступной коммутируемой телефонной сети (PSTN), — в Северной Америке. Позже ISUP был использован в Европе после модернизации европейских сетей до ISDN. По состоянию на 2020 год Северная Америка не завершила полную модернизацию до ISDN, и преобладающей телефонной услугой по-прежнему остается обычная телефонная связь (POTS). Благодаря своей широкой функциональности и необходимости использования внеполосного канала для работы, SS7 в основном используется для сигнализации между телефонными коммутаторами, а не для сигнализации между локальными АТС и абонентским оборудованием. Поскольку сигнализация SS7 не требует занятия канала для разговора перед обменом управляющей информацией, стала возможна сигнализация, не связанная с физическим каналом (NFAS). NFAS — это сигнализация, которая не связана напрямую с маршрутом, по которому будет проходить разговор, и может касаться другой информации, хранящейся в централизованной базе данных, такой как подписка на услуги, активация функций и логика обслуживания. Это позволяет создавать сетевые услуги, которые не зависят от маршрутизации вызова на конкретный коммутатор, где выполняется логика обслуживания, а позволяет распределять логику обслуживания по всей телефонной сети и выполнять ее более оперативно на исходных коммутаторах еще до маршрутизации вызова. Это также повышает мобильность абонента за счет отделения логики обслуживания от коммутатора подписки. Еще одна особенность ISUP, обеспечиваемая SS7 с NFAS, — это обмен сигнальной информацией во время вызова. При работе в ассоциированном режиме сигнализация SS7 передается от коммутатора к коммутатору по общедоступной коммутируемой телефонной сети по тому же пути, что и связанные с вызовом каналы связи. Этот режим более экономичен для небольших сетей. Ассоциированный режим сигнализации не является преобладающим в Северной Америке. При работе в квазиассоциированном режиме сигнализация SS7 передается от исходного коммутатора к конечному коммутатору по отдельной сети сигнализации SS7, состоящей из точек передачи сигналов. Этот режим более экономичен для крупных сетей с низкой загрузкой сигнальных каналов. Квазиассоциированный режим сигнализации является преобладающим в Северной Америке.

Signaling in telephony is the exchange of control information associated with the setup and release of a telephone call on a telecommunications circuit. Examples of control information are the digits dialed by the caller and the caller's billing number. When signaling is performed on the same circuit as the conversation of the call, it is termed channel associated signaling (CAS). This is the case for analogue trunks, multi frequency (MF) and R2 digital trunks, and DSS1/DASS PBX trunks. In contrast, SS7 uses common channel signaling, in which the path and facility used by the signaling is separate and distinct from the signaling without first seizing a voice channel, leading to significant savings and performance increases in both signaling and channel usage. Because of the mechanisms in use by signaling methods prior to SS7 (battery reversal, multi frequency digit outpulsing, A and B bit signaling), these earlier methods cannot communicate much signaling information. Usually only the dialed digits are signaled during call setup. For charged calls, dialed digits and charge number digits are outpulsed. SS7, being a high speed and high performance packet based communications protocol, can communicate significant amounts of information when setting up a call, during the call, and at the end of the call. This permits rich call related services to be developed. Some of the first such services were call management related, call forwarding (busy and no answer), voice mail, call waiting, conference calling, calling name and number display, call screening, malicious caller identification, busy callback. The Telephone User Part (TUP) was adopted in Europe and the Integrated Services Digital Network (ISDN) User Part (ISUP) adapted for public switched telephone network (PSTN) calls was adopted in North America. ISUP was later used in Europe when the European networks upgraded to the ISDN. as of 2020 North America has not accomplished full upgrade to the ISDN, and the predominant telephone service is still Plain Old Telephone Service. Due to its richness and the need for an out of band channel for its operation, SS7 is mostly used for signaling between telephone switches and not for signaling between local exchanges and customer premises equipment. Because SS7 signaling does not require seizure of a channel for a conversation prior to the exchange of control information, non facility associated signaling (NFAS) became possible. NFAS is signaling that is not directly associated with the path that a conversation will traverse and may concern other information located at a centralized database such as service subscription, feature activation, and service logic. This makes possible a set of network based services that do not rely upon the call being routed to a particular subscription switch at which service logic would be executed, but permits service logic to be distributed throughout the telephone network and executed more expediently at originating switches far in advance of call routing. It also permits the subscriber increased mobility due to the decoupling of service logic from the subscription switch. Another ISUP characteristic SS7 with NFAS enables is the exchange of signaling information during the middle of a call. When operating in the associated mode, SS7 signaling progresses from switch to switch through the Public Switched Telephone Network following the same path as the associated facilities that carry the telephone call. This mode is more economical for small networks. The associated mode of signaling is not the predominant choice of modes in North America. When operating in the quasi associated mode, SS7 signaling progresses from the originating switch to the terminating switch, following a path through a separate SS7 signaling network composed of signal transfer points. This mode is more economical for large networks with lightly loaded signaling links. The quasi associated mode of signaling is the predominant choice of modes in North America.

Физическая сеть

SS7 разделяет сигнализацию и голосовые каналы. Для обеспечения полной функциональности сеть SS7 должна состоять из оборудования, поддерживающего SS7, на всем протяжении соединения. Сеть может состоять из нескольких типов каналов (A, B, C, D, E и F) и трех узлов сигнализации – точек обслуживания услуг (SSP), точек передачи сигналов (STP) и точек управления услугами (SCP). Каждый узел идентифицируется в сети номером, называемым кодом сигнальной точки. Расширенные услуги предоставляются посредством интерфейса базы данных на уровне SCP с использованием сети SS7. Каналы между узлами являются полнодуплексными с пропускной способностью 56, 64, 1536 или 1984 кбит/с. В Европе они обычно представляют собой один (64 кбит/с) или все (1984 кбит/с) временные интервалы (DS0) в структуре E1; в Северной Америке – один (56 или 64 кбит/с) или все (1536 кбит/с) временные интервалы (DS0A или DS0) в структуре T1. Один или несколько сигнальных каналов могут быть подключены к одним и тем же двум конечным точкам, образуя вместе набор сигнальных каналов. Сигнальные каналы добавляются в наборы для увеличения пропускной способности сигнализации. В Европе каналы SS7 обычно соединяются напрямую между коммутационными центрами с использованием каналов F. Это прямое соединение называется ассоциированной сигнализацией. В Северной Америке каналы SS7 обычно соединяются косвенно между коммутационными центрами через сеть STP. Это косвенное соединение называется квази-ассоциированной сигнализацией, которая уменьшает количество каналов SS7, необходимых для соединения всех коммутационных центров и SCP в сигнальной сети SS7. Каналы SS7 с более высокой пропускной способностью (1,536 и 1,984 Мбит/с, часто называемые просто 1,5 Мбит/с и 2,0 Мбит/с) называются высокоскоростными каналами (HSL) в отличие от каналов с низкой скоростью (56 и 64 кбит/с). Высокоскоростные каналы определены в Рекомендации ITU-T Q.703 для скоростей 1,5 Мбит/с и 2,0 Мбит/с и в стандарте ANSI T1.111.3 для скорости 1,536 Мбит/с. SIGTRAN обеспечивает сигнализацию с использованием ассоциаций SCTP поверх протокола Интернет.

Протокольный пакет SS7

Стек протокола SS7 может быть частично сопоставлен с моделью OSI для пакетного цифрового стека протоколов. Уровни OSI с 1 по 3 обеспечиваются частью передачи сообщений (MTP) и частью управления соединением сигнализации (SCCP) протокола SS7 (совместно именуемой частью сетевых услуг (NSP)); для сигнализации, связанной с каналами связи, такой как BT IUP, часть пользователя телефона (TUP) или часть пользователя ISDN (ISUP), часть пользователя обеспечивает уровень 7. В настоящее время отсутствуют компоненты протокола, реализующие уровни OSI с 4 по 6. Часть пользователя телефона (TUP) представляет собой сигнализацию, работающую по принципу «канал-канал», используемую для установления соединений вызовов. ISUP является ключевой частью пользователя, предоставляющей протокол с коммутацией каналов для установления, поддержания и завершения соединений вызовов. Прикладная часть возможностей транзакций (TCAP) используется для создания запросов к базам данных и вызова расширенных сетевых функций, а также для связи с прикладной частью интеллектуальных сетей (INAP) для интеллектуальных сетей или прикладной частью мобильных услуг (MAP) для мобильных сервисов.

Слабые места в безопасности протокола

В 2008 году были опубликованы несколько уязвимостей SS7, которые позволили отслеживать пользователей мобильных телефонов. В 2014 году СМИ сообщили об уязвимости протокола SS7, позволяющей любому отслеживать перемещения пользователей мобильных телефонов практически из любой точки мира с вероятностью успеха около 70%. Кроме того, возможно прослушивание, используя протокол для переадресации вызовов, а также облегчение расшифровки путем запроса у оператора связи каждого звонящего абонента временного ключа шифрования для разблокировки соединения после его записи. Программный инструмент SnoopSnitch может предупреждать о некоторых атаках SS7, направленных на телефон, и обнаруживать IMSI-перехватчики, позволяющие перехватывать вызовы и осуществлять другие действия. В феврале 2016 года 30% сети крупнейшего норвежского мобильного оператора Telenor стали нестабильными из-за "необычного SS7-сигналинга от другого европейского оператора". В апреле 2016 года конгрессмен Тед Лью призвал к расследованию надзорного комитета. В мае 2017 года немецкий мобильный оператор O2 Telefónica подтвердил, что уязвимости SS7 были использованы для обхода двухфакторной аутентификации с целью несанкционированного снятия средств с банковских счетов. Злоумышленники установили вредоносное ПО на скомпрометированные компьютеры, что позволило им собирать данные для доступа к онлайн-банкингу и номера телефонов. Они настраивали переадресацию телефонных номеров жертв на контролируемые ими телефонные линии. Подтверждающие звонки и SMS-сообщения двухфакторной аутентификации направлялись на телефонные номера, контролируемые злоумышленниками. Это позволило им войти в онлайн-аккаунты жертв и осуществить денежные переводы. В марте 2018 года был опубликован метод обнаружения уязвимостей с использованием программного обеспечения для мониторинга с открытым исходным кодом, такого как Wireshark и Snort. В силу того, что SS7 обычно используется между согласующимися операторами сети по выделенным каналам связи, трафик злоумышленников можно отследить до источника. Расследование, проведенное The Guardian и Бюро журналистских расследований, показало, что протокол SS7 был использован в попытке установить местонахождение шейхи Латифы бинт Мохаммед Аль Мактум (II) 3 марта 2018 года, за день до ее похищения.

In 2008, several SS7 vulnerabilities were published that permitted the tracking of mobile phone users. In 2014, the media reported a protocol vulnerability of SS7 by which anyone can track the movements of mobile phone users from virtually anywhere in the world with a success rate of approximately 70%. In addition, eavesdropping is possible by using the protocol to forward calls and also facilitate decryption by requesting that each caller's carrier release a temporary encryption key to unlock the communication after it has been recorded. The software tool SnoopSnitch can warn when certain SS7 attacks occur against a phone, and detect IMSI catchers that allow call interception and other activities. In February 2016, 30% of the network of the largest mobile operator in Norway, Telenor, became unstable due to "unusual SS7 signaling from another European operator". The security vulnerabilities of SS7 have been highlighted in U. S. governmental bodies, for example when in April 2016 Congressman Ted Lieu called for an oversight committee investigation. In May 2017, O2 Telefónica, a German mobile service provider, confirmed that the SS7 vulnerabilities had been exploited to bypass two factor authentication to achieve unauthorized withdrawals from bank accounts. The perpetrators installed malware on compromised computers, allowing them to collect online banking account credentials and telephone numbers. They set up redirects for the victims' telephone numbers to telephone lines controlled by them. Confirmation calls and SMS text messages of two factor authentication procedures were routed to telephone numbers controlled by the attackers. This enabled them to log into victims' online bank accounts and effect money transfers. In March 2018, a method was published for the detection of the vulnerabilities, through the use of open source monitoring software such as Wireshark and Snort. The nature of SS7 normally being used between consenting network operators on dedicated links means that any bad actor's traffic can be traced to its source. An investigation by The Guardian and the Bureau of Investigative Journalism revealed that the SS7 protocol was exploited in an attempt to locate Sheikha Latifa bint Mohammed Al Maktoum (II) on 3 March 2018, a day before her abduction.