Β. Μάγκλαρης maglaris@netmode.ntua.gr www.netmode.ntua.gr 28/01/2013 ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΔΙΚΤΥΩΝ ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ – ΣΗΜΑΤΟΔΟΣΙΑ.

Παρουσίαση με θέμα: "Β. Μάγκλαρης maglaris@netmode.ntua.gr www.netmode.ntua.gr 28/01/2013 ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΔΙΚΤΥΩΝ ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ – ΣΗΜΑΤΟΔΟΣΙΑ."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Β. Μάγκλαρης maglaris@netmode.ntua.gr www.netmode.ntua.gr 28/01/2013
ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΔΙΚΤΥΩΝ ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ – ΣΗΜΑΤΟΔΟΣΙΑ & ΕΥΦΥΗ ΔΙΚΤΥΑ Β. Μάγκλαρης 28/01/2013

2 ΜΕΙΚΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΑΣΦΑΛΟΥΣ ΠΡΟΣΒΑΣΗΣ (SSL/TLS - Secure Sockets Layer / Transport Layer Security) Επανάληψη 1η Φάση: Handshaking Ο χρήστης (User) U λαμβάνει γνώση του Δημοσίου Κλειδιού του εξυπηρετητή (Server) S με Ψηφιακό Πιστοποιητικό από Certification Authority CA self-signed ή υπογραμμένο από 3ης έμπιστη οντότητα – Third Trusted Party TTP, στα πλαίσια αρχιτεκτονικής Public Key Infrastructure PKI Ο U δημιουργεί Κοινό Συμμετρικό Κλειδί με τυχαίο αλγόριθμο και το κοινοποιεί στονS κρυπτογραφημένο με το Δημόσιο Κλειδί του S 2η Φάση: Κρυπτογραφημένος Διάλογος με Κοινό Συμμετρικό Κλειδί Γρήγορη συμμετρική κρυπτογραφία σε Secure Channel μεταξύS - U ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ: Ο U δεν απαιτείται να έχει Πιστοποιητικό με Δημόσιο Κλειδί (ψηφιακή υπογραφή), μόνο ο S (Server Based Authentication) Αν απαιτείται Ταυτοποίηση – Εξουσιοδότηση του U από τον S (Client & Server Based Authentication) απαιτείται μετάδοση από το secure channel Digital Identity του Client (συνήθως User_Name/Password ή όπου υπάρχουν Client Certificates)  έλεγχος στον S σε Βάση Δεδομένων Χρηστών (με πρωτόκολλο LDAP - TCP π.χ. για εφαρμογές Web, Mail… και με πρωτόκολλο RADIUS – UDP αν μεσολαβεί Remote Access Server π.χ. για πρόσβαση DSL, WiFi roaming…)

3 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟ ΤΑΧΥΔΡΟΜΕΙΟ (1/2) Επανάληψη
ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟ ΤΑΧΥΔΡΟΜΕΙΟ (1/2) Επανάληψη

4 ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΟ ΤΑΧΥΔΡΟΜΕΙΟ (2/2) Επανάληψη
UA 1  MTA 1 (Session 1) User Agent  Message Transfer Agent SMTP (TCP Session 1) Δυνατότητα SSL/TLS security MTA 1  MTA 2 (Session 2) SMTP (TCP Session 2) Δυνατότητα κρυπτογράφησης (αν υποστηρίζεται από το Μail S/W – π.χ. sendmail) MTA 2 (Mail Server)  UA 2 (Session 3) Πρωτόκολλα POP/IMAP (TCP Session 3) Δυνατότητα SSL/TLS

5 ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΟ ΠΡΟΤΥΠΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ (1)
Επίπεδο Μεταφοράς Δεδομένων – Data Plane Μέσω καναλιών σταθερού εύρους: Μεταγωγή κυκλώματος - circuit switching π.χ. Τηλεφωνία PSTN Public Switched Telephone Network, ISDN Integrated Services Network (2B+D, 30B+D) 64Kbps voice B channels), Κινητή τηλεφωνία GSM Ημι-μόνιμα κυκλώματα cross-connects TDM, SDH/SONET & WDM Μέσω δυναμικής κατανομής καναλιού: Μεταγωγή πακέτου – packet switching (Internet), μεταγωγή ATM, μεταγωγή Ethernet

6 ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΟ ΠΡΟΤΥΠΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ (2)
Επίπεδο Ελέγχου – Control Plane Σηματοδοσία κατανομής καναλιού - ελέγχου μεταγωγής – δρομολόγησης μονίμων συνδέσεων circuit switching Σηματοδοσία in-band signaling (π.χ. ψηφιακή τηλεφωνία) Σηματοδοσία κοινού καναλιού, εξαρτημένη από τις γραμμές των υπό έλεγχο καναλιών – associated common channel signaling (π.χ. GSM & πρόσβαση ISDN - D Channel) Σηματοδοσία κοινού καναλιού, ανεξάρτητη από την δρομολόγηση της υπό έλεγχο κλήσης (π.χ. μέσω δικτύου κοινής σηματοδοσίας – common channel signaling network – σε ψηφιακά τηλεφωνικά δίκτυα κορμού (π.χ. έλεγχος διασύνδεσης παρόχων τηλεφωνίας με πρωτόκολλο SS7) Σηματοδοσία ελέγχου μεταγωγής – δρομολόγησης – δέσμευσης πόρων σε συνδέσεις packet switching Μέσα στα διακινούμενα πακέτα (π.χ. επικεφαλίδες Ethernet, TCP/IP, MPLS & ATM cells) Πακέτα υλοποίησης πρωτοκόλλων DNS, ARP, δρομολόγησης μέσα σε αυτόνομο σύστημα OSPF, δρομολόγησης μεταξύ αυτονόμων συστημάτων BGP Σηματοδοσία για video – voice over IP: H323 (Multi-Conference Unit – MCU),

7 ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΟ ΠΡΟΤΥΠΟ ΑΝΑΦΟΡΑΣ (3)
Επίπεδο Διαχείρισης – Management Plane Τηλεφωνικά δίκτυα (σταθερά & κινητά): Κλειστά διαχειριστικά συστήματα ανάλογα με τον προμηθευτή τηλεπικοινωνιακού εξοπλισμού κέντρων μεταγωγής, εξοπλισμού πολυπλεξίας SDH κλπ. Διαχείριση δικτύων Internet – Intranet - Extranet: SNMP (UDP) [Διαχείριση δικτύων OSI: CMIP/CMIS] Δίκτυα ενοποιημένων τηλεπικοινωνιακών υπηρεσιών: Συστήματα διαχείρισης TMN (Telecommunications Management Network) βασισμένα σε πρωτόκολλα OSI Διαχείριση οπτικών δικτύων DWDM: Με χρήση scripts, Java - JMX, Web Services, Q3 - TL1 - Corba…

8 ΟΡΙΣΜΟΙ Ευφυές Δίκτυο – Intelligent Network:
Διαχωρισμός ευφυίας δικτύου κορμού από μεταγωγή (βάσεις δεδομένων, υπηρεσίες προστιθέμενης αξίας) Προσαρμογή σε ανάγκες συνδρομητών Δυνατότητα αυτοδιαχείρισης συνδρομητών Εκμετάλλευση πολλαπλών παρόχων από συνδρομητές, βελτιστοποίηση διασύνδεσης δικτύων Βελτιστοποίηση παροχής υπηρεσιών (π.χ. Δρομολόγηση, περιαγωγή – roaming)

9 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ ΕΥΦΥΟΥΣ ΔΙΚΤΥΟΥ
Τηλεφώνημα χωρίς χρέωση (800 ΧΧΧ...) Υπηρεσίες πληροφόρησης (900 ΧΧΧ ...) Χρέωση με πιστωτική κάρτα Universal Personal Telecommunications Τηλε-ψηφοφορία Εταιρικά Εικονικά Δίκτυα (VPN) Φραγές, προωθήσεις, διασκέψεις, χρεώσεις καλουμένου, Caller ID κλπ. Δυναμική δρομολόγηση κλήσεων ελαχίστου κόστους Φορητότα αριθμού (Number Portability)

10 ΙΣΤΟΡΙΚΟ Εξέλιξη τηλεφωνίας
ΙΣΤΟΡΙΚΟ Εξέλιξη τηλεφωνίας POTS (Plain Old Telephone Service), PSTN (Public Switched Telephone Network), ISDN (Integrated Services Digital Network), GSM/GPRS (κινητή τηλεφωνία 2ας γενιάς) SPC Stored Program Control – 1960/70 CCS Common Channel Signaling Network Σηματοδοσία – πριν την εγκατάσταση κλήσης (call setup) Σηματοδοσία ξεχωριστή από την κλήση SS7 – 1970/80 IN/1 (Intelligent Network) – 1980/1990 Service Control Point (SCP) – εξωτερικές βάσεις δεδομένων (π.χ. για 800-XXX…, 900-xxxx κλπ.) ITU: IN CS-1 (Capability Set 1) Bellcore (USA): AIN (Advanced Intelligent Network) 3G, UMTS κινητή τηλεφωνία 3ης γενίας VoIP (Voice over IP), H.323 (ITU - T) or SIP (Internet – IETF) signaling

11 ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ IN (Intelligent Network)

12 Intelligent Network (IN) - Έννοιες
Intelligence => Πρόσβαση σε διάφορες databases =(εφαρμογές) Operator implements service logic (IN Service) STP SCP Service Control Point (a network element (ΝΕ) που περιέχει κάποια ειδική υπηρεσία η οποία λέγεται database ή register) MAP INAP CAP ISUP Exchange SSP Service Switching Point (επιτρέπει την υλοποίηση service triggering σε ένα Τ/Κ -exchange)

13 Τυπική κλήση με IN διαδικασία (1)
3. SCP 2. 4. SSP 1. 5. Exchange Exchange 1. Υποδοχή κλήσης στο (Τ/Κ) Exchange Τυπικά triggers: Τμήμα ή καλούμενος αριθμός Access code ή ώρα κλήσης Time (hour, day) ή Τοποθεσία (άλλος πάροχος) (mobile system) 2. Ενεργοποίηση Trigger στη κλήση Βασικού τύπου στο SSP 3. SSP ζητά πληροφορία από SCP (database) 4. SCP επιστρέφει πληροφορία 5. Δρομολόγηση κλήσης στο επόμενο Τ/Κ

14 ΦΟΡΗΤΟΤΑ ΑΡΙΘΜΟΥ DN: Directory Number STP: Signaling Transfer Point SSP: Service Switching Point (Client-ΕXC) SCP: Service Control Point (Data Base) LNP: Local Number Portability (Φορητότητα)

15 Protocol layers (”levels”) του SS7
Application protocols TUP ISUP MAP CAP INAP TCAP SCCP routing MTP level 3 MTP level 2 (link-layer protocol) MTP level 1 (64 kbit/s PCM time slot) MTP - Message Transfer Part ( Sequenced ordered delivery) SCCP - Signalling Connection Control Part UP - User Part AP - Application Part TUP – Telephone User Part ISUP – ISDN User Part TCAP = Transaction Capabilities Application Part

16 SCCP (Signalling Connection Control Part)
SS7 με χρήση του SCCP SCCP (Signalling Connection Control Part) Signalling connection, not circuit switched connection (= call) User (AP) User applications User (AP) User (AP) User (AP) SCCP SCCP SSN analysis MTP MTP MTP SSP STP SCP

17 Κλήση από PSTN σε κινητό Mobile Call
PLMN PLMN PSTN (Visitor) (Home) (SCP) HLR 1 IAM ISUP MAP over TCAP Signaling over SS7 SCP 2 Where is the subscriber? 3 Provide Roaming 4 5 Routing Info (STP) IAM 6 VMSC GMSC MS BSS (SSP) (SSP) (STP) (SSP) VLR

18 ΣΗΜΕΡΙΝH ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ SS7 & IN σε περιβάλλον εναλλακτικών παρόχων σταθερής και κινητής τηλεφωνίας Περιαγωγή (roaming), φορητότητα αριθμών, GSM  3G ISDN Signaling  VoIP SIP (Session Initiation Protocol, IETF) IP Telephony (Real-time Transport Protocol - RTP over UPD, RTP Control Protocol – RTCP over TCP) Σαν υπηρεσία των ISPs ή Σαν «ελεύθερη» υπηρεσία στο Internet, π.χ. Skype: Αρχιτεκτονική peer-to-peer (p2p) overlay (εξέλιξη Kazaa), proprietary voice/video coding Σηματοδοσία: ITU Η.323  IETF SIP (TCP/UDP port 5060), διαλειτουργικότητα με SS7, μεταφορά υπηρεσιών IN σε περιβάλλον IP Υποστήριξη VoIP μέσω ευφυών κινητών τηλεφώνων (iPhone, Android): Viber (σύνδεση TCP τηλέφωνου με Viber servers για SIP-like signaling, TCP Port 5242 ή 4244) Video Conferencing σε IP H.323 Multi-Conferencing Unit (MCU)  SIP Gateway, Skype p2p Real-Time Transport (RTP), fast video coding IPTV: Set-top Box σε τηλεοπτική συσκευή ή Multimedia PC Broadcasting (HD)TV, Video on Demand, Streaming

19 ΔΙΕΥΘΥΝΣΕΙΣ H SIP Η.323: Αριθμοί τύπου Ε.164 (μέγιστο 15 αριθμοί), IP, , URI (Universal Resource Identifier: URL – Universal Resource Locator ή/και URN Universal Resource Name) Αντιστοίχιση IP, H.323 Name ( , με GDS (Global Dialing Scheme, π.χ ) μέσω εξυπηρετητών αριθμοδότησης - Gatekeepers (π.χ. Public Gatekeeper pgk.vc.dfn.de) SIP: Μόνο URI και χρήση DNS Παράδειγμα: ή TLS secure

20 ΣΥΓΚΛΗΣΗ ΤΕΞΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ
Υπηρεσίες Triple-Play (Internet, Voice, Video) πάνω σε ενοποιημένα δίκτυα IP Converging σε IP Multimedia System (IMS) Ανοικτό θέμα: Διασύνδεση Επιπέδων Ελέγχου σε περιβάλλον πολλαπλών διαχειριστικών περιοχών ΑΠΟ ΤΙΣ ΠΟΛΛΕΣ ΠΡΟΤΑΣΕΙΣ ΓΙΑ ΔΙΑΣΥΝΔΕΣΗ ΕΠΙΠΕΔΩΝ ΕΛΕΓΧΟΥ ΠΟΛΛΑΠΛΩΝ ΑΥΤΟΝΟΜΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ (Multi-domain Control Protocols) ΟΙ ΜΟΝΕΣ ΠΟΥ ΕΧΟΥΝ ΠΕΤΥΧΕΙ ΜΕΧΡΙ ΣΗΜΕΡΑ ΕΙΝΑΙ ΔΥΟ: SS7 (διεθνής τηλεφωνία) BGP (Internet)

21 SIP: Session Initiation Protocol [RFC 3261]
Βασικά στοιχεία: Τηλεφωνικές/video κλήσεις πάνω από την υποδομή του Internet Οι χρήστες ταυτίζονται μπορούν να ταυτιστούν με διευθύνσεις ή ονόματα εκτός από τηλεφωνικούς αριθμούς Δυνατότητα να επικοινωνήσεις με κάποιον καλούμενο, ανεξάρτητα με την IP που έχει και με το σημείο στο οποίο βρίσκεται Το υλικό που ακολουθεί είναι από:

22 ΥΠΗΡΕΣΙΕΣ SIP Για την εγκαθίδρυση μιας σύνδεσης το SIP (Session Initial Protocol) παρέχει μηχανισμούς: Ενημέρωσης του υποδοχέα της κλήσης ότι κάποιος χρήστης θέλει να επικοινωνήσει μαζί του Επιλογής του επιθυμητού τύπου κωδικοποίησης του μέσου επικοινωνίας, τόσο από τον καλών όσο και από τον καλούμενο χρήστη Τερματισμού της κλήσης Για το προσδιορισμό της IP διεύθυνσης του καλούμενου: Αντιστοιχεί ένα αναγνωριστικό στη τρέχουσα IP του καλούμενου Για τη σωστή διαχείριση μιας κλήσης, μπορεί να: Προσθέσει νέα media streams κατά τη διάρκεια της κλήσης Αλλάξει αν χρειαστεί τη κωδικοποίηση του μέσου κατά τη διάρκεια της κλήσης Προσκαλέσει και άλλους χρήστες στη τρέχουσα συνομιλία Μεταβιβάσει τη κλήση ή να την κρατήσει σε αναμονή

23 ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ SIP ΜΗΝΥΜΑΤΟΣ
Στο παράδειγμα μας δε γνωρίζουμε την IP διεύθυνση του χρήστη Bob. Επομένως είναι απαραίτητη η χρήση ενδιάμεσων SIP εξυπηρετητών Ο χρήστης Alice αποστέλλει και λαμβάνει SIP μηνύματα χρησιμοποιώντας την default πόρτα του SIP (5060) Στο εν λόγω παράδειγμα ο χρήστης Alice καθορίζει μέσω της επικεφαλίδας ότι ο SIP client θα αποστέλλει και θα λαμβάνει SIP μηνύματα πάνω από UDP συνδέσεις HTTP message syntax SDP: Session Description Protocol Το Call-ID είναι μοναδικό για κάθε κλήση

24 Δημιουργία κλήσης SIP σε γνωστή IP address
Στo SIP invite μήνυμα της η Alice δηλώνει την IP address, το port, και το επιθυμητό encoding (PCM ulaw) O Bob στο “200 OK” message δηλώνει την IP address, το port και το επιθυμητό encoding (GSM) Η επικοινωνία στο SIP μπορεί να γίνει είτε πάνω από TCP ή UDP. Στην περίπτωση αυτή γίνεται με χρήση RTP/UTP. Το default port είναι το 5060

25 SIP Registrar Όταν ο χρήστης Bob ενεργοποιεί τον SIP client της συσκευής του, γίνεται αποστολή μηνύματος καταχώρησης στον server που εξυπηρετεί τον συγκεκριμένο χρήστη Απόσπασμα επικεφαλίδας μηνύματος καταχώρησης

26 SIP Proxy H Alice αποστέλλει “invite message” στο proxy server που την εξυπηρετεί και αφορούν τον Bob (e.g. O proxy server είναι υπεύθυνος για την δρομολόγηση των SIP μηνυμάτων στον καλούμενο, ενδεχομένως μέσω ενδιάμεσων proxy Ο καλούμενος στέλνει απάντηση μέσω της ίδιας αλληλουχίας proxy servers O proxy server της Alice στέλνει στην Alice την IP διεύθυνση του Bob O proxy server της Alice είναι κάτι ανάλογο με τον τοπικό DNS server του δικτύου της

27 Παράδειγμα: Ο jim@umass.edu καλεί τον keith@eurecom.fr
(1) O Jim στέλνει INVITE message στον umass SIP proxy (2) O SIP Proxy προωθεί το μήνυμα στον upenn SIP registrar server (3) O upenn server επιστρέφει redirect message για επικοινωνία με (4) O umass proxy στέλνει INVITE message στον eurocom registrar. (5) O eurocom registrar προωθεί το INVITE message στον SIP client του Keith (6-8) SIP response message στον client του Jim (9) Κατευθείαν επικοινωνία μεταξύ των SIP clients

28 «All IP» Services IP Multimedia Subsystem (IMS) — 3GPP
Multi-Media Domain (MMD) — 3GPP2 Voice και video over IP με QoS Καθόλου εξοπλισμός circuit-switched για μεταγωγή τηλεφωνίας Χρήση του SIP μεταξύ των συνδρομητών Χρήση IMS μεταξύ παρόχων

29 IMS Architecture PS IMS Internet PSTN SIP Media Server
Application Server ISC Gi Mb SIP phone Cx HSS MRF Mb PS Gi/Mb IMS Mn MGCF TDM IM-MGW ISUP Mb UE GGSN Mb PSTN CPE Gm Go Mp SGSN SIP CSCF P-CSCF Mw Mg Signaling CSCF — Call Session Control Function IM-MGW — IM-Media Gateway MGCF — Media Gateway Control Function MRF — Media Resource Function