2005, edgard jamhour mobile ip edgard jamhour puc-pr

2005, Edgard Jamhour

Mobile IP

Edgard Jamhour

PUC-PR


Conteúdo

• Motivação para o Mobile IP

• Mobile IP

• Arquitetura de Implementação

• Aplicações

• ANEXO: WAP


Problema

BSS: Base Station

System

Foreign Network

Cell

BSS: Base Station

System

Home Network

Cell

INTERNET

10.0.0.1

10.0.0.X255.255.255.0

10.0.1.X255.255.255.010.0.1.1


Terminologia

• Home Network (Rede Nativa)– Rede original, onde o celular se autentica e recebe seu

endereço IP.

• Foreign Network (Rede Estrangeira)– Qualquer outra rede para onde o usuário se move, e é

atendido por uma célula conectada a um roteador diferente da Home Network.


Mudança de IP

• O que acontece quando o celular muda de IP?– As conexões TCP são rompidas– As comunicações UDP ficam sem resposta.– Os celulares não podem ser mais localizados pelo IP.

INTERNET

?10.0.0.1

10.0.1.1

request request

replyreply

1024 80

200.0.0.1


Solução

• O celular passa a ter dois endereços IP:

– Um endereço IP fixo, denominado Home Address (HA).• Este endereço não muda, mesmo que o usuário seja atendido

por uma célula conectada a outra rede física.

– Um endereço IP dinâmico, denominado Care-Of-Address (COA).

• Este endereço muda todas as vezes que o usuário muda de rede física.


Visão Geral da Arquitetura Mobile IP

WAP/UDP/IP

TCP or UDP/IP

TCP or UDP/IP

BSS: Base Station

System

WAP Gateway

Internet

Non-Mobile Host

BSS: Base Station

System Mobile device

at home position

Mobile device at foreign position

Foreign Agent

(Router)

Home Agent

(Router)

Firewall NAT Router

ISP router

Foreign Network

Home Network

RF link

Tunnel

Cell

Non-WAP applicatios such as Windows-CE or Java

Tethered application. The cellular device is used as a modem.

WAP application. All data is transmitted and interpreted by a

microbrowser.

WAP/IP HTTP/TCP/IP

PPP


Roteadores

• A arquitetura mobile IP define que a comunicação entre o nó móvel e a Internet é mediada por dois roteadores:– Home Agent

• Roteador da Rede Nativa do celular.• Efetua todo o processo de autenticação do celular.• Redireciona todos os pacotes recebidos da Internet para o

Foreign Agent.

– Foreign Agent• Roteador da Rede Estrangeira, onde o celular se encontra no

momento.• Encaminha os pacotes recebidos do Home Agente até o celular.


Home e Foreign Agent

• Home Agent– Comunicação com a Internet

• Foreign Agent– Comunicação com o Celular

INTERNET

S_IP

FA HA

FA

10.0.1.1COA

10.0.2.1COA

10.0.0.1HA

Os hosts da Internet enxergam o celular apenas pelo Home

Address

HA S_IP DADOS

HAS_IP DADOS


Tunelamento

• O dispositivo móvel pode receber dois tipos de endereços COA:

• COA– Todos os dispositivos móveis numa rede estrangeira

compartilham o endereço IP do FA

• COA Co-Localizado:– O dispositivo móvel recebe o endereço IP via DHCP.– Os dispositivos móveis possuem endereços IP

diferentes.


Tunelamento

• Todas as vezes que o celular muda de IP, ele registra seu novo COA junto ao Home Agent.

• O HA redireciona os pacotes vindos da Internet para a rede estrangeira onde o NM está registrado no momento.

HA

COACOAHA TABELA INTERNA

COA HA


Tunelamento (COA com DHCP)

HA

COA(endereço do celular na rede estrangeira)

MH(endereço do celular na rede nativa)

IP_S

IP_S IP_MH1 DADOS

IP_S IP_MH1 DADOSHA COA1

COA=

MH

FA

COA2

COA1


IP_S IP_MH2 DADOS


Tunelamento (COA sem DHCP)

HA

COA(endereço do celular na rede estrangeira)

MH(endereço do celular na rede nativa)

IP_S

IP_S IP_MH1 DADOS

IP_S IP_MH1 DADOSHA FA

COA=

FA

FA

FA

FA


IP_S IP_MH2 DADOS


Tunelamento do Care-of Address


Mecanismos do Mobile IP

• Mobile IP compreende três mecanismos separados:

– Descoberta do novo endereço IP na rede estrangeira: care-of address (COA)

– Registro do care-of-address (COA)

– Tunelamento do care-of-address (COA)


Discovering the Care-of Address

• O processo de discovery é baseado no protocolo Router Advertisement, especificado na RFC 1256. – HA e FA enviam mensagens em broadcast em

intervalores regulares (1 ou mais segundos) denominadas:

• agent advertisements

• Se um celular não quiser esperar pelo aviso periódico:– ele envia uma solicitação em broadcast ou multicast e

será respondido pelo HA ou FA que receber a solicitação.


Agent Advertisement

BSS:

WAP Gateway

Internet

BSS:

ForeignAgent

HomeAgent

Firewall NAT Router

ISP router

Foreign Network

Home Network

Tunnel

Cell

Agent AdvertisementRota e IP

Agent AdvertisementRota e IP


Anúncios de Agente

• Mensagens ICMP com extensões:

Tipo Tamanho Número Seqüencial

Tempo de Vida do Registro R B H F M G V Reservado

Zero ou Mais Endereços Care of ...


Descrição dos Campos

• Tipo: – 16

• Tamanho: – 6+[4*N]: N é o número de endereços COA.

• Numero Seqüencial: – Numero de anúncios enviados pelo agente desde que foi

inicializado.

• Tempo de Vida do Registro:– Tempo máximo de mapeamento com o COA que este

roteador aceita.



• Bits de Controle:– R: Registro Obrigatório via agente estrangeiro– B: Ocupado– H: Agente Inicial– F: Agente Estrangeiro– M: Encapsulamento Mínimo– G: Encapsulamento GRE– V: Compressão de Cabeçalho

• Endereços COA:– Endereços anunciados pelo Agente.


Funções do Agent Advertisement

• Permite ao celular:1. Encontrar o Home Agent (HA) e o Foreign Agent (FA).

• Saber se o agente é o HA ou o FA, e conseqüentemente se ele está na sua rede nativa ou estrangeira .

2. Descobrir um ou mais endereços care-of addresses disponíveis.

3. Descobrir características especiais providas pelo FA• Exemplo: técnicas de encapsulamento alternativas.

4. Determinar o seu identificador de rede e o estado do seu link com a Internet.


Mudança de Care Of Address

• O celular pode solicitar um novo COA através de uma mensagem denominada agent solicitation.

HA O celular sabe que está em sua rede, pois recebe mensagens constantes do roteador.

Quando ele pare de receber as mensagens da rede antiga, ele passa a aceitar as mensagens da nova rede.

Ele pode aguardar a oferta de um COA ou solicitar uma através da mensagem agent solicitation.

FA

FA

HA

FA


Registro do Care-of Address

• Uma vez que o celular possui um novo COA, ele precisa informar o seu Home Agent.

• O processo de registro acontece com o celular enviando, através do FA, uma mensagem para o seu HA com as informações do seu novo COA.

• Quando o HA recebe a requisição, ele valida o pedido, atualiza suas informações de roteamento e envia uma confirmação para o celular.


Solicitação de Registro

• Mensagem UDP enviada a porta 434:

Tipo Tempo de VidaS B D M G V rsv

Endereço Inicial

Agente Inicial

Endereço COA

Identificação

Extensões



• Tipo: 1

• Bits de Controle:– S: ligações simultâneas (múltiplos COA)

– B: datagramas de broadcast

– D: desencapsulamento pelo nó móvel

– M: encapsulamento mínimo

– G: encapsulamento GRE

– V: compressão Van Jacobson

• Tempo de Vida: – tempo para manter o registro em segundos.

• Identificação:– Número de 64 bits construído pelo nó móvel para correspondência entre o

pedido de registro e a resposta.


Operação de Registro

• FA = Foreign Agent, HA = home address, e MH = Mobile Host (celular).


Autenticação

• Quando um HA aceita um pedido de registro, ele associa o novo COA com o Home-Address do celular. – Esta associação é mantida até que o período de validade da

associação expira (registration lifetime).

• O triplex que contém o Home Address, Care-of Address, e Registration Lifetime é denominado:– Binding for the mobile node

– Ou mobile authentication triplets

• O pedido de registro é denominado:– Binding Update.


Operação de Registro

HA

Binding Update

Binding Acknowledgment

HA

Binding Update


Quando o celular sai de sua rede nativa, ele informa ao Home Agent, que deve validar o seu novo endereço, para que seja feito o redirecionamento até a sua nova posição.

Quando o celular retorna a sua rede nativa, ele deve informar ao seu Home Agent igualmente, para que o redirecionamento seja cancelado.

Redeestrangeira

Redenativa

Redeestrangeira

Redenativa


Resposta de Registro

• Mensagem UDP enviada a porta 434:

Tipo Tempo de Vida

Endereço Inicial

Agente Inicial

Identificação

Extensões

Código



• Tipo: 3

• Código:– 0: Registro Aceito– 1: Registro Aceito mas ligações simultâneas não

suportadas.– 64-68: Registro negado pelo FA.– 128-136: Registro negado pelo HA.

• Tempo de Vida: – tempo de validade do registro concedido pelo FA ou HA

em segundos.


Segurança na Autenticação

• O Home Agent deve ter certeza que o binding update foi enviado pelo celular proprietário do Home Address

• Cada celular e Home Agent devem compartilhar uma “Associação de Segurança” – AS

• A assinatura digitar é gerada utilizando a estratégia HMAC, utilizando o MD5, sobre a mensagem de binding update.


Autenticação do Binding Update

HA

O Home Agent mantém o registro de várias associações de segurança, uma para cada celular. A associação de segurança indica como validar uma assinatura digital (chave compartilhada).

O celular gera a assinatura digital utilizando a chave que apenas ele e o Home Agent conhecem.Um parâmetro denominado SPI (Security Parameter Index) é enviado junto com o binding update para indicar ao Home Agent qual SA deve ser utilizado para validar a assinatura.

SA1

SA2

SA3SA1

HA

Binding Update


SA1

SA2

SA3SA1

SPI1 Assinatura DigitalCOA, HA, lifetime


Cópia de Binding Update

• A assinatura digital contém um timestamp ou um código randômico para evitar a reutilização de mensagens de Binding Update.

HA

Binding Update Assinatura Digital

Cópia

Registro Falso


Foreign Agent e Período de Registro

• O Foreign Agent pode limitar o período de validade do registro para um valor configurável.– … incluído nas ofertas de registro enviadas ao celular

(agent advertisements).

• O Home Agent pode reduzir o período de validade do registro, mas nunca pode aumentá-lo.– … incluído na resposta ao pedido de binding enviada ao

celular (binding acknowledgement).


Foreign Agent

• O Foreign Agent é basicamente passivo, suas principais funções são:– Enviar mensagens de Router Advertisement– Desencapsular as mensagens recebidas do Home Agent e repassá-

las ao celular.

FA HA

FA

O Mobile IP não oferece proteção contra Foreign Agents Falsos

O Foreign Agent não precisa se autenticar para o

celular nem para o Home Agent.


Implementação do Mobile IP

• Uma rede Mobile IP envolve tipicamente os seguintes elementos:– Firewall

• Exemplo: Checkpoint

– Roteadores• Exemplo: Cisco 4700 Series Router

– Hubs• Exemplo: HP AdvancedStack Hubs (segmentation) • 4 segments for hub

– AAA Server• Responsável pela validação das assinaturas dos bindings

updates.

– WAP Gateway• Exemplo: UP Link Server (Phone.com)


AAA Server

• Home AgentAutentica os celulares utilizando os “Authentication Triplets”• Mobile Node IP Address• Security Parameter Index (SPI)• Assinatura Digital

• AAA Server– Authentication, Authorization and Accounting– Armazena as informações necessárias para validação

dos certificados.– O Home Agent vais buscar as informações no AAA

Server utilizando um protocolo seguro, como por exemplo,

• TACACS+ Protocol da Cisco


Informações Necessárias para Configurar o Celular

• Os seguintes parâmetros devem ser configurados no celular para que ele possa operar com Mobile IP:– IP do celular (Home Address)– IP do Home Agent– SPI: Security Parameter Index

• E.G. 257

– Chave de Autenticação – Endereço DNS – Endereço do WAP Gateway


AUTENTICAÇÃO E CONTABILIZAÇÃO DO WAP

• WAP– Etapas para acessar o serviço:

• Ganhar um canal RF• Autenticar o endereço IP junto ao Home Agent (utiliza

os dados no AAA Server)• Autenticar-se junto ao WAP Gateway

– A Contabilização pode ser feita:• No Billing Accumulator• No Up Link Gateway


WAP

(WIRELESS APPLICATION PROTOCOL)

Edgard Jamhour


WAP

• Wireless Application Protocol

• Definição:– Implementação do ambiente Web para meio Wireless.

• AMBIENTE WEB:

– Pilha HTTP

– HTML e JavaScript

©1999 Wireless Application Forum, Ltd.


WAP

• Independência da Tecnologia:– WAP é independente da tecnologia de comunicação

utilizada no meio wireless.– WAP pode ser implementado sobre tecnologias:

• Orientadas a circuito: TDMA, CDMA ou GSM• Baseadas em pacotes: iDEN, CDPD, GPRS, CDMA1X.

– WAP é independente do aparelho.• WAP foi concebido para qualquer aparelho portátil, não

apenas celulares.



Arquitetura de Protocolos WAP


Protocolos Internet e WAP

Internet

HTMLJavaScript

ASP

HTMLJavaScript

ASP

HTTPHTTP

SSL/TLSSSL/TLS

TCP/UDPTCP/UDP

Wireless Session Protocol (WSP)

Wireless Session Protocol (WSP)

Wireless Transport Layer Security (WTLS)

Wireless Transport Layer Security (WTLS)

SMSCDMA CSDTDMA CDPD GPRS Etc ...

Rede Celular :

WAP

WML ( Linguagem XML)

WML Script

WML ( Linguagem XML)

WML Script

IPIP

Meio Físico

Wireless Transaction Protocol (WTP)

Wireless Transaction Protocol (WTP)

GSM

UDP / IPUDP / IP WDPWDP

ConversãoDinâmica dos

Protocolos


Porque não HTTP/HTML direto?

Compressões e codificações para se ajustar ao meio.

Rede Celular

<HTML><HEAD><TITLE>NNN Interactive</TITLE><META HTTP-EQUIV="Refresh" CONTENT="1800, URL=/index.html"></HEAD><BODY><A NAME="#top"></A><TABLE WIDTH=599 BORDER="0"><TR ALIGN=LEFT><TD WIDTH=117 VALIGN=TOP ALIGN=LEFT>

<HTML><HEAD><TITLE>NNN Interactive</TITLE><META HTTP-EQUIV="Refresh" CONTENT="1800,

Internet

<WML><CARD><DO TYPE="ACCEPT"><GO URL="/submit?Name=$N"/></DO>Enter name:<INPUT TYPE="TEXT" KEY="N"/></CARD></WML>

010011010011110110010011011011011101010010011010

Conteúdo codificado

HTTP/HTML WAP



Sessão Típica - 3 requisições, 3 respostas.

HTTP / TCP / IP: 17 pacotes - 65% overhead*

WSP / WTP / UDP: 7 pacotes - 14% overhead

*Não inclui DNS, SSL, Authentication ou cookies

HTTP / TCP / IP1. TCP SYN

2. TCP SYN, ACK of SYN

3. ACK of SYN, Data Request

4. ACK of Data

5. Reply

6. Ack of Reply

7. Data Request

8. ACK of Data

9. Reply

10. Ack of Reply

11. Data Request

12. ACK of Data

13. Reply

14. Ack of Reply

15. TCP FIN

16. TCP FIN, ACK of FIN

17. ACK of FIN

WSP/WTP/UDP1. Data Request2. ACK, Reply

3. ACK, Data Request4. ACK, Reply

5. ACK, Data Request

6. ACK, Reply

7. ACK

Porque WAP ? HTTP e TCP “desperdiçam” banda



GatewayClienteServidor deAplicação

Requisição WSP/HTTP {URL}

Resposta WSP/HTTP {Content}

WAE - Wireless Application Environment



Browser Web

Pedido HTTP/S...GET http://www.cellwap.com.br

...

Script CGI ou arquivo HTML estático

Página HTML

<HTML><HEAD><TITLE>Cell Wap

...

Internet

Resposta HTTP/S. . . HTTP/1.0Content-type: text/html<HTML><HEAD>

<TITLE>Cell Wap ...

CG

I (H

TT

P h

ead

er in

fo

set

as e

nv.

var

iab

les)

ServidorWeb

Modelo de Transação Web (HTML)


Requisição WAPPedido de URL

(criptografia opcional)

Gateway WAP

Aparelho com microbrowser

ServidorWeb

Resposta WAP WML compilado

(criptografia opcional)

Pedido HTTP/S...GET http://www.cellwap.com.br

...

Resposta HTTP/S

HTTP/1.1Content-type: text/x-wap.wml<?xml version="1.0”<!DOCTYPE WML...

<WML> ...

Script CGI ou arquivo estático WML

CG

I (H

TT

P h

ead

er in

fo

set

as e

nv.

var

iab

les)

Deck WML

<?xml version="1.0"...<!DOCTYPE WML...<WML>...

Internet

Rede Celular

Modelo de Transação WAP (WML)


O que faz um Gateway WAP?

• Operação como “proxy web” para clientes WAP

• Tradução do protocolo HTTP para WAP

• Segurança com protocolos WTLS e SSL

• Codificação do conteúdo para o transporte sem fio

• Autenticação do usuário através do número do telefone celular (NTC).


Web Server

Content

CGIScripts

etc.

WM

L D

ecks

wit

h W

ML

-Scr

ipt

WAP Gateway

WML Encoder

WMLScriptCompiler

Protocol Adapters

Client

WML

WML-Script

WTAI

Etc.

HTTPWSP/WTP

Arquitetura das plataformas


WAP Application Server

Content

ApplicationLogic

WM

L D

ecks

wit

h W

ML

-Scr

ipt

WML Encoder

WMLScriptCompiler

Protocol Adapters

Client

WML

WML-Script

WTAI

Etc.

WSP/WTP

Servidor de Aplicação WAP


Interfaces de transmissão de dados Web e WAP

BrowserHTML

Gateway WAP

Internetou

Intranet

Celular comBrowser WAP

Servidor Web

InterfaceAérea

RedeCelular


Infra-estrutura da Rede Celular CDMA

CCC

Roteador

Internet

Notificações Dados

Gateway WAP

Transmissão dentro da Rede Celular: CDMA com Circuit-Switched Data (CSD) e QuickNet Connect

(QNC)

Servidor Web

IWF

SMSC


Infra-estrutura da Rede Celular TDMA

CCC

Roteador

Internet

Notificações Dados

Gateway WAP

Transmissão dentro da Rede Celular: TDMA com Circuit-Switched Data (CSD)

Servidor Web

RASBanco de Modems

SMSC


Microbrowser Phone.com: UP.Browser

• Voz e dados em um mesmo equipamento portátil

• Totalmente compatível com o padrão WAP 1.1

• Otimizado para equipamento portátil, pequeno e de baixo custo– Requer menos que 160KB de memória ROM, 10KB de RAM

• Suporta funcionalidades avançadas do Gateway WAP UP.Link:– Local Application Environment (LAE)

– WML+

– Notificações


Arquitetura Geral WDP


WDP usa IP?

• Depende do Bearer

– O Bearer deve suportar o serviço de datagrama• Se o Bearer suporta IP

–UDP é usado com WDP• Se o Bearer não suporta IP

–WDP Protocol deve ser usado


Adaptação

• A adaptação de um novo bearer ao WDP é feito através da camada de adaptação.

BEARER

WDP Adaptation Layer

WDP S&R: Segmentation & Reassembly(MTU do Bearer)


WDP sobre GSM SMS


WDP sobre GSM Circuito


WDP sobre GSM GPRS


Segurança em WAP

• Segurança em Ambiente WAP– No ambiente WAP a segurança é baseada o Padrão

SSL.


WTLS

• Por razões de desempenho, as mensagens criptogradas com SSL não são enviadas para o celular, mas convertidas num padrão de segurança mais leve, denominado:

• WTLS:– Wireless Transport Layer Security

• O WAP gateway é responsável por fazer a ponte entre o SSL e o WTLS– Conversão Bidirecional


Por que Traduzir o SSL?

• SSL depende de alta banda disponível e baixa latência.

• SSL é uma funcionalidade que exigiria celulares mais potentes e, consequentemente, mais caros.

• WTLS foi projetado para implementar criptografia com pouco consumo de memória e processamento do celular.

• A tradução entre SSL e WTLS leva milliseconds e acontece na memória do WAP gateway.


Tradução WTLS para SSL

• O Gateway WAP implementa um processo de criptografia/decriptografia:

WebServer

WAPGateway

certificado

Chave de Sessão

Chave Sessão Criptografada com a

Chave Pública do Servidor

WTLS

Chave de Sessão

certificado

SSL


Cuidados com o WAP Gateway

• 1. Assegurar que o WAP Gateway nunca armazene conteúdo decriptografado.

• 2. Após decriptografar a mensagem vinda da Internet, o Gateway WAP apaga a mensagem.

• 3. Garantir que apenas os administradores do WAP gateway tem acesso ao sistema de console do WAP Gateway.

• 4. Limitar as opções de configuração remota do WAP Gateway, protegendo-o com um firewall (arquitetura DMZ)

• 5. Aplicar as mesmas técnicas de proteção utilizadas no billing systems e no HLR (Home Loca-tion Register) no WAP gateway.


Exemplo Phone.com

• Phone.Com Gateway aceita os seguintes certificados:– VeriSign, Thawte and RSA.

• Chaves Públicas: RSA– 1024-bit (U.S. domestic)– 512-bit (export) key lengths.

• Chaves Secretas: RC4, RC5 and DES – 56-bit (export) and 128-bit (U.S. domestic)

• Algoritmos de Hashing– MD5 and SHA-1 hash standards.

2005, edgard jamhour mobile ip edgard jamhour puc-pr

Documents