Transcript Wireless Communications and Networks 講義

第12章
Mobile IP 與無線應用協定
Mobile IP 的使用
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可使電腦在不同網際網路的連接點移動時維持
連線.
Mobile – 使用者的連接點動態改變後, 所有的
網路連線會自動維持.
漫遊(Nomadic) – 每當使用者移動時, 網路連線
便中斷. 當使用者重新撥接上線後,新的連線便
建立起來.
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將分配新而暫時的 IP 位址.
Mobile IP 的運作
移動
節點A
A的總
部網路
外部
網路
總部
代理器
網際網路或其
網際網路或其
他繞送器及鏈
他繞送器及鏈
結的拓樸
結的拓樸
伺服器
X
外部
代理器
Mobile IP 的運作
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行動節點(Mobile Node)會被指定至一特定網
路 – home network.
本地網路(home network) 的 IP 位址是靜態的 –
本地位址(home address).
行動節點可移動至另一網路 – 外地網路(foreign
network).
行動節點在外地網路上向當地的網路代理器註
冊為網路節點 – 外地代理器(foreign agent).
行動節點將註冊的位址傳回給本地網路的網路
代理器 –本地代理器 (home agent).
Mobile IP 的能力
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Discovery – 搜索能力, 行動節點利用搜索程序
來辦認可能的本地及外地代理器.
Registration –註冊能力, 行動節點利用認証註冊
程序來通知本地代理器有關它管轄的轉交位址
(care-of address).
Tunneling – 通道建立能力, 用來從本地位址轉
送 IP datagrams 至轉交位址.
支援行動IP能力的基本協定
註冊
發現
使用者資料片
協定(UDP)
網際網路控制
訊息協定
(ICMP)
網際網路協定(IP)
建立隧道
Discovery
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Mobile node 負責搜索程序的進行.
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必須決定它是連接至本地網路或是外地網路.
從本地網路轉換至外地網路可在不通知網路層
的情況下隨時進行.
Mobile node 會收聽代理器公告訊息 (agent
advertisement messages)
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將比對路由器的 IP 位址與本地位址的 network 部份
Agent Solicitation
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代理器請求
外地代理器須定期發出代理器公告訊息( agent
advertisement messages).
若 mobile node 立刻需要 agent information , 它
可發出 ICMP router solicitation message.
 任何代理器收到此訊息後會發出代理器公告.
移動偵測

Mobile node 可因換手機制(handoff mechanism)
而在 不經由IP 層的情形下移動至另一網路.
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Agent discovery process 是用來讓代理器可偵測到這
類的動作.
行動偵測演算法:
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使用 lifetime field – mobile node 將 lifetime field 當作
agent advertisements 的計時器
使用 network prefix – mobile node 檢查剛收到的
agent advertisement messages 是否與此節點目前的
care-of address 在同一個網路
Co-Located Addresses
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同址位址
若 mobile node 移動至一個沒有外地代理器的
網路, 或所有的外地代理器正忙碌中, 則它可當
作是自已的外地代理器.
行動代理程式(Mobile agent) 使用同址轉交位址
( co-located care-of address).
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由 mobile node 所關聯的網路介面所得到的 IP
address.
取得同址位址的方法:
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由網路服務所得到暫時的 IP address, 例如, DHCP.
Mobile node 在一已知的外地網路中時, 此位址可當
作 long-term address.
註冊程序
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Mobile node 送出註冊要求到外地代理器 要求
轉送服務(forwarding service)
外地代理器將要求轉交到本地代理器.
本地代理器在決定接收或拒絕要求後再送出註
冊回覆給外地代理器 .
外地代理器將回覆轉交到 mobile node
註冊運作訊息
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註冊要求訊息
 欄位有: type, S, B, D, M, V, G, lifetime, home address,
home agent, care-of-address, identification, extensions
註冊回覆訊息
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欄位有: type, code, lifetime, home address, home
agent, identification, extensions
註冊程序的安全性
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Mobile IP 是被設計來抵禦攻撃
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節點假裝成是外地代理器來傳送 registration request
到本地代理器去遵引 mobile node 的傳輸至節畸本
身.
代理器會重播原有的註冊訊息以切斷 mobile node
的網路連線.
對訊息認証而言, registration request 和 reply 都
包含認証延伸項目(Authentication Extensions)
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欄位有: type, length, security parameter index (SPI),
authenticator
Authentication Extensions 型態
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
Mobile-home – 提供在 mobile node 和本地代理
器的訊息認証; 必須的.
Mobile-foreign –必須的, 若在 mobile node 和外
地代理器之間有安全組織的話.
Foreign-home –必須的, 若在外地代理器和本地
代理器之間有安全組織的話.
建立通道(Tunneling)
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本地代理器攔截送往 mobile node 的本地位址
的 IP datagrams.
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
本地代理器通知本地網路的其他節點將欲送往
mobile node 的 datagrams 轉送至本地代理器.
Datagrams 經由通道轉送至 care-of address.
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Datagram 被封裝在外部 IP datagram
建立通道(Tunneling) (續)
網際網路
Mobile IP 封裝選項
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IP-within-IP – 整個 IP datagram 成為新IP
datagram 中的 payload.
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
Minimal encapsulation – 在原始 IP header 及原
始 IP payload 間插入新的 header.
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原始而內部的 IP header 是不改變, 除非 TTL 值減一
外圍的標頭是一完整的 IP header
原始 IP header 被修改成新的外圍 IP header
Generic routing encapsulation (GRE) – 發展的比
Mobile IP 早
無線應用協定
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Wireless Application Protocol (WAP)
開放的標準提供給無線終端設備(Wireless
terminals)的行動用戶存取語音及資訊服務
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Wireless terminals 包含 wireless phones, pagers 及
personal digital assistants (PDAs)
相容於各種無線網路技術, 例如, GSM, CDMA, 和
TDMA
架構在現有的網際網路標準, 例如, IP, XML, HTML,
與 HTTP
包含安全功能.
WAP 協定堆疊
無線審定語言(WML)
WML腳本
無線應用環境(WAE)
無線會議協定(WSP)
無線交易協定(WTP)
無線傳輸層安全(WTLS)
UDP
無線資料框協定(WDP)
IP
GSM
D-AMPS
IS-95
3G
圖12.8 WAP協定堆疊
Bluetooth
WAP 的程式設計模型
客戶
閘道器
編碼請求
編碼請求
原始伺服器
請求
請求
CGI
腳本
等等
編碼器
和
解碼器
WAE
使用者
代理器
編碼回應
編碼回應
回應(內容)
回應(內容)
圖12.9 WAP程式模式
內容
無線標籤語言的功能
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Wireless Markup Language (WML)
支援 Text 及 image – 具格式與編排指令.
Deck/card 組織譬喻 – WML 文件細分為 cards,
說明一個以上的互動交談單位.
支援在 cards 及 decks 間的導覽 – 包含 event
handling的規定; 使用在導覽或執行敘述(scripts).
WMLScript
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屬 Scripting language, 用以在使用者的裝置上定
義具有有限處理能力及記憶體的 script-type 的
程式.
WMLScript 的能力:
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於送出資料前, 檢查使用者輸入的有效性
存取裝置及週邊設備
可與使用者互動而不須動用到原始伺服器.
WMLScript (續)
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WMLScript 功能:
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JavaScript-based scripting language
程序式邏輯
Event-based
Compiled implementation
整合在無線應用環境.
無線應用環境
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Wireless Application Environment (WAE)
WAE 為 wireless devices 指定了一個應用框架
WAE 的元素:
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WAE User agents – 在 wireless device 中執行的軟體
Content generators – 回應 mobile terminal 的 user
agents 要求而產生標準內容格式的應用程式
Standard content encoding – 被定義來讓 WAE user
agent 可導覽 Web content
Wireless telephony applications (WTA) – collection of
telephony-specific extensions for call and feature
control mechanisms
WAE 客戶端組成元件
WAE
使用者代理器
WML使用者代理器
WTA使用者代理器
其他代理器
其他應用
與服務
服務/格式
WML
WML腳本
其他服務與格式
WTA服務
URLs
WAP協定堆疊與服務
元件OS/服務
圖12.11 WAE用戶端元件[WAPF98]
無線會議協定
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Wireless Session Protocol (WSP)
架構在要求/回覆觀念的交易導向協定
(Transaction-oriented protocol)
提供具二個會議服務介面的應用:
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連線導向式會議服務 – 在可靠的傳輸協定(WTP)上
運作
無連線式會議服務 –在不可靠的傳輸協定(WDP)上
運作
連線模式的 WSP Services
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建立/釋放從客戶端至伺服端的可靠會議
同意在協定機能的共同水平上使用能力協議
(capability negotiation)
在客戶端與伺服端利用壓縮編碼交換內容.
暫停/繼續執行會議.
以非同步方式將內容從伺服端送至客戶端.
WSP 交易型態
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Session establishment – 客戶端的 WSP 使用者要
求與伺服端的 WSP 使用者建立會談(session)
Session termination –客戶端的 WSP 使用者終止
會談
Session suspend and resume – 由暫停與繼續執行
的要求啟動
Transaction – 在客戶端與伺服器之間進行資料
交換
Nonconfirmed data push – 伺服器用來傳送非要
求的資訊到客戶端
Confirmed data push –伺服器收到來自客戶端的
傳送確認.
無線交易協定
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Wireless Transaction Protocol (WTP)
適用在簡易型客戶端及低頻寬無線連線的輕型
協定(Lightweight protocol)
WTP 功能
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三種交易服務等級
選項式的 user-to-user 可靠性: WTP 使用者可觸動對
每一個收到的訊息的確認回覆
選項式的 out-of-band data 確認
具有 PDU 串接與延遲的確認以減少訊息的傳送量
非同步交易
WTP 交易等級
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Class 0: 不具結果的不可靠請求訊息
Class 1:不具結果的可靠請求訊息
Class 2:具有一個可靠結果的不可靠請求訊息
WTP 協定資料單元(PDU)型態
WTP 協定資料單元(PDU)型態 (續)
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Invoke PDU – 用以將一要求自發出者運送至回
應者
ACK PDU – 用以確認 Invoke 或 Result PDU
Result PDU –用以將一回應自伺服器運送至客
戶端
Abort PDU – 用以放棄一項交易
分段式 invoke PDU 與分段式 result PDU – 用在
分段及重組
Negative acknowledgment PDU – 用以註明有部
份封包沒被收到
WTP 運作範例
WTP
啟動
WTP
回應
WTP
啟動
Invo
ke P
D
WTP
回應
Invo
ke P
D
U
ACK
U
PDU
(a) 基本等級0交易
WTP
啟動
WTP
回應
(b) 基本等級1交易
WTP
啟動
Invo
ke P
D
WTP
回應
U
lt
Resu
ACK
PDU
Invo
ke P
D
PDU
PDU
ACK
lt P
Resu
(c) 基本等級2交易
ACK
U
DU
PDU
(d) 使用"等待"回應的等級 2交易
圖12.14 WTP操作範例
無線傳輸層安全功能
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Wireless Transport Layer Security (WTLS)
資料完整性Data integrity – 使用訊息認証以確
保在客戶端與 gateway 間傳送的資料不被修改
隱私性Privacy –使用加密方式以確保資料不被
第三者讀取
認証Authentication – 使用數位簽章(digital
certificates)以建立雙方的認証方法
防護 Denial-of-service 的攻擊 – 偵測與拒絕重
複發送或不被驗証的訊息
WTLS 協定堆疊
WTLS
握手協定
WTLS更改
密碼規格協定
WTLS
警報協定
WTLS紀錄協定
WDP或UDP/IP
圖12.16 WTLS協定堆疊
WTP
WTLS 協定堆疊 (續)
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WTLS 由二層協定組成
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WTLS Record Protocol –為不同的 higher-layer
protocols提供基本的安全服務.
Higher-layer protocols:
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
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The Handshake Protocol
The Change Cipher Spec Protocol
The Alert Protocol
WTLS Record Protocol 操作
使用者資料
壓縮
加入MAC
加密
附掛WTLS
紀錄標頭
圖12.17 WTL紀錄協定操作
握手協定(Handshake Protocol)
用戶
伺服器
用戶_hello
建立安全功能, 包括協定版本,
會議ID, 密碼組, 壓縮方法, 與
初始亂數
伺服器_hello
憑證
匙_交換
伺服器_密碼鑰
憑證_請求
時間
伺服器_hello_完
成
伺服器可能送出憑證, 密碼鑰匙
交換, 與請求憑證. 伺服器信號
在hello 訊息相位上結束
憑證
用戶_密碼鑰匙
_交換
憑證_確認
如果是請求則用戶送出憑證. 用
戶出出密碼鑰匙交換. 用戶可能
送出憑證確認
交換_密碼_規格
結束
交換_密碼_規格
交換密碼組與結束握手協定
結束
注意: 陰影部分的轉換是可選擇
的且與狀態相關之訊息, 這個部
分不會時常傳送
Handshake Protocol 的階段改變
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First phase – 用來啟始邏輯連線與建立安全能力
Second phase – 用在伺服器認証及鍵值交換
Third phase –用在客戶端認証及鍵值交換
Forth phase – 完成安全連線的設定
無線資料包協定
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Wireless Datagram Protocol (WDP)
用來容納 higher-layer WAP protocol 到mobile
node 與 WAP gateway 間所用的通訊機制中.
WDP 自WAP其他層協定中隱藏了不同承載網
路(bearer network)的細節.
採納的內容包括:
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為承載網路將資料分割成適當大小片段.
當作與承載網路的介面
無線控制訊息協定
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Wireless Control Message Protocol (WCMP)
在 WDP 執行如同 ICMP 在 IP 中的功能
用在不提供承載IP且不讓他們自已利用 ICMP
的環境.
由 wireless nodes 和 WAP gateways 使用以回報
在處理 WDP datagrams 時所遇到的錯誤
可用來作為資訊及偵錯目的.