Diameter協議族包括基礎協議（Diameter Base Protocol）和各種應用協議。本文介紹的基礎協議提供了作爲一個AAA協議的最低需求，是Diameter網絡節點都必須實現的功能，包括節點間能力的協商、Diameter消息的接收及轉發、計費信息的實時傳輸等。應用協議則充分利用基礎協議提供的消息傳送機制，規範相關節點的功能以及其特有的消息內容，來實現應用業務的AAA。基礎協議可以作爲一個計費協議單獨使用，但一般情況下需與某個應用一起使用。
圖1是Diameter的協議層次圖。
Diameter網絡節點
在Diameter協議中，包括多種類型的Diameter節點。除了Diameter客戶端和Diameter服務器外，還有Diameter中繼、Diameter代理、Diameter重定向器和Diameter協議轉換器。
● Diameter中繼 能夠從Diameter請求消息中提取信息，再根據Diameter基於域的路由表的內容決定消息發送的下一跳Diameter節點。Diameter中繼只對過往消息進行路由信息的修改，而不改動消息中的其他內容。
● Diameter代理 根據Diameter路由表的內容決定消息發送的下一跳Diameter節點。此外，Diameter代理能夠修改消息中的相應內容。
● Diameter重定向器 不對消息進行應用層的處理，它統一處理Diameter消息的路由配置。當一個Diameter節點按照配置將一個不知道如何路由的請求消息發給Diameter重定向器時，重定向器將根據其詳盡的路由配置信息，把路由指示信息加入到請求消息的響應裏，從而明確地通知該Diameter節點的下一跳Diameter節點。
● Diameter協議轉換器 主要用於實現RADIUS與Diameter，或者TACACS+與Diameter之間的協議轉換。
上述各種Diameter節點，通過配置建立一對一的網絡連接，組成一個Diameter網絡。
Diameter網絡節點間的對等連接
Diameter節點間的網絡連接是在Diameter節點啓動過程中動態建立的基於TCP或者SCTP傳輸協議上的套接字連接。
對於一個Diameter節點，其對端節點，或者基於靜態配置，或者基於動態（利用SLP、DNS協議）發現。當Diameter協議棧啓動時，Diameter節點會嘗試與每一個它所得知的對端節點建立套接字連接。
在成功建立一個套接字連接，即對等連接後，兩個Diameter節點將進行能力協商，交換協議版本、所支持的應用協議、安全模式等信息。能力協商是通過Diameter的能力交換請求（CER，Capabilities-Exchange-Request）和能力交換響應（CEA，Capabilities-Exchange-Answer）兩個Diameter消息的交互實現的。能力協商之後，應該把有關對端所支持的應用等信息保存在高速緩存中，這樣就可以防止把對端不認識的消息和AVP發送給對端。
對等連接可以被正常中止，這需要一個Diameter節點主動發起對等連接中止請求（DPR，Disconnect-Peer-Request）消息，對端收到此消息，並回答對等連接中止應答（DPA，Disconnect-Peer-Answer）消息後，先行中止底層連接。對於除此之外的對等連接的中止情況（如網絡故障、一端系統故障等），在發現這類連接異常中止的一端時，要按照定時器設置，不斷地嘗試恢復建立對等連接。
正常的對等連接上可以傳輸各類Diameter消息，在連接空閒無消息傳送超過一定時間時，對等連接兩端將發送連接正常檢測消息（DWR/DWA，Device-Watchdog-Request/Answer）。而一旦DWR/DWA消息收發異常，Diameter節點將認定對等連接故障，或者嘗試恢復建立連接，或者將消息通路轉換到備用的對等連接上。
Diameter的消息格式
Diameter消息的頭部包括20個字節，結構如圖2所示。頭4個字節是8比特的版本信息和24比特的消息長度（包括消息頭長度）。隨後的4個字節是8比特的消息標誌位和24比特的命令代碼。
命令代碼用來表示這個消息所對應的命令，請求消息和相應的回答消息共享一個命令代碼。
應用標識、逐跳標識和端到端標識都有4個字節，其中應用標識用以指示消息適用的應用，逐跳標識用於判斷請求與應答的對應關係，而端到端標識主要用於重複消息的檢查。
消息頭部後的全部字節就是消息的具體內容，以屬性值對AVP（Attribute-Value-Pair）的形式逐個頭尾銜接。AVP的格式也是由頭部和數據組成，如圖3所示，結構爲：頭4個字節是AVP代碼，下四個字節由8比特的AVP標誌和24比特的AVP長度（包括AVP頭部長度）構成，AVP標誌用於通知接收端如何處理這個屬性。
頭部後的字節就是數據內容。AVP內的數據類型，目前包括字符串、32比特整數、64比特整數、32比特浮點數、64比特浮點數，以及AVP組等。
Diameter的消息處理和用戶會話
Diameter客戶端與Diameter服務器都可以組成相應的請求消息，發送給對方。正是從這點考慮，Diameter屬於對等協議（peer to peer），而不是如RADIUS一樣的客戶/服務器模式的協議。
爲處理用戶的接入，Diameter客戶端通過Diameter基礎協議和應用協議，與Diameter服務器進行一系列的信息交換，而這樣一個從發起到中止的一系列信息交互，在Diameter協議裏被稱爲一個用戶會話（User Session）。
一般的AAA業務可以大致分成兩類：一類包括用戶的認證和授權，可能還包括計費（如移動電話業務）；另一類則是僅包括對用戶的計費（如目前的主叫撥號接入業務）。爲此，Diameter基礎協議提供對應的兩類用戶會話，爲上層的應用服務。
一個用戶會話的建立，一般是由Diameter客戶端發起，中間可以途徑若干Diameter代理、重定向器或協議轉換器，一直延伸到Diameter服務器。
用戶會話的結束，完全由Diameter客戶端決定，但服務器也可以先行發出中止用戶會話請求(ASR,Abort-Session-Request），在客戶端同意中止請求的情況下，會響應中止用戶會話應答（ASA，Abort-Session-Answer），然後再發出用戶會話結束請求，通知服務器結束用戶會話；否則用戶會話仍得以保持。在未得到服務器請求的情況下，客戶端也可以自行給服務器發出用戶會話結束請求，例如在客戶端自身異常，或是用戶接入異常等的情況下。
通過對用戶會話的建立和結束的控制，Diameter應用很容易實現可靠的以用戶爲單位的業務資源管理。
Diameter的計費
當用戶被允許接入時，Diameter客戶端將根據情況產生針對用戶的計費信息。這些計費信息將被封裝在具體Diameter應用專有的AVP內，由Diameter基礎協議中定義的計費請求（ACR，Accounting-Request）消息，傳送給Diameter服務器。服務器將響應計費應答（ACA，Accounting-Answer）消息，指示計費成功或拒絕。客戶端只有在收到成功的計費響應時，才能清除已經被髮送的計費記錄。當收到計費拒絕指示時，客戶端將中止用戶接入。
Diameter支持實時的計費，客戶端通過在首次計費請求/響應交互過程中協商好的計費消息間歇時間，定時向服務器發送已收集的計費信息。這種實時計費確保了對用戶信用的實時檢查。
Diameter消息的安全傳輸
Diameter客戶端（如網絡接入服務器）必須支持Ipsec，可以支持TLS；而Diameter服務器必須支持Ipsec和TLS。IPsec主要應用在網絡的邊緣和域內的流量，而域間的流量主要通過TLS來保證安全。
由於IPsec和TLS只能保證逐跳的安全，也就是一個傳輸連接上的安全。當消息通過Diameter代理時，代理會修改消息，這樣通過IPsec或TLS取得的安全信息在通過代理時就丟棄了。而Diameter CMS應用提供了端到端的安全性。端到端的安全性是通過兩個對等端點間支持AVP的完整性和機密性提供的。Diameter CMS應用中採用了數字簽名和加密技術來提供所要求的安全業務。
儘管是由每個對等端的安全策略決定使用端到端的安全性的場合，如當TLS或IPsec提供的傳輸層面上的安全性足夠時，可能不需要端到端的安全性，但Diameter基礎協議中還是強烈建議所有的Diameter實現都支持端到端的安全性。這樣Diameter CMS應用就有別於其他的Diameter應用，它一般是和Diameter基礎協議共存的。
