NSIS Signaling in IP Networks

Transkript

1 NSIS Signaling in IP Networks Matthias Altorfer, Daniel Heuberger, Manuel Innerhofer Vortrag vom Seminar Communication Systems IFI, UniZH 1

2 NSIS Übersicht Einleitung NSIS-Framework General Internet Signaling Transport (GIST) QoS NSLP Zusammenfassung Diskussion 2

3 NSIS Einleitung Signalisierung Signalisierung (englisch: signaling),[...], ist die Übermittlung von Information zu Steuerungszwecken. 1 Signaling involves the manipulation of state held in network elements

4 NSIS Einleitung Herausforderungen in IP Netzwerken Service & Netzwerk Diversität QoS Firewall Konfiguration Netzwerk Management 4

5 NSIS Das NSIS Framework Aufgabe der Working Group Die grundlegenden Konzepte des Frameworks Das NSIS Schichtenmodell 5

6 NSIS Framework Aufgabe der Working Group Gemäss IETF: The Next Steps in Signaling Working Group is responsible for standardizing an IP signaling protocol

7 NSIS Framework Die grundlegenden Konzepte Das Signalisierungskonzept Trennung von Nachrichtentransport und Signalisierung Pfadgekoppelte und pfadentkoppelte Signalisierung Trennung von Peer-Ermittlung und Transportmechanismus Flowkonzept Sessionkonzept Signalisierung für Flowaggregate 7

8 NSIS Framework Konzepte Signalisierungsbeispielszenario Host Edge Knoten Router 1 Router 2 Router 3 NSIS Signalisier. Applikation A Verarbeitet Nachrichten Signaltyp A Signalisierungsapplikationstyp B NSIS Signalisier. Applikation A NE NE NE NE Domäne Peer Verbindung/ NSIS hop NE: NSIS Entität 8 Datenfluss (unidirektional) Signalisierung (bidirektional)

9 NSIS Framework Konzepte Szenario mit Proxies Sender Proxy 1 Router 1 Router 2 Proxy 2 Empfänger NSIS Applik. NSIS Applik. NE NE NE NE NE: NSIS Entität Datenfluss (unidirektional) 9 Signalisierung (bidirektional)

10 NSIS Framework Konzepte Auftrennung in 2 Protokolle NSIS Protocol Suite NSIS-Signalisierungsschichtprotokoll (NSLP) NSIS-Transportschichtprotokoll (NTLP) IP 10

11 NSIS Framework Konzepte Pfadgekoppelte Signalisierung Sender Router 1 Router 2 Router 3 Empfänger NE NE NE NE Pfadentkoppelte Signalisierung Sender Router 2 Empfänger NE Router 1 NE Router 3 NE NE NE 11

12 NSIS Framework Konzepte Trennung von Ermittlung + Zustellung Trennung der Ermittlung der Peer Entitäten und der Zustellung der Signalisierungsnachrichten. Dies erst ermöglicht den Einsatz von Standard-Sicherheitsprotokollen, wie zum Beispiel TLS oder IPSec/IKEv2 oder Standard-Transportprotokollen wie TCP oder SCTP. 12

13 NSIS Framework Konzepte Flowkonzept Data Flow: eine unidirektionale Paketsequenz zwischen den gleichen Endpunkten, welche alle demselben Pfad durchs Netzwerk folgen. Flows werden aufgrund von bestimmten IP- Header Feldern, wie bspw. Quell- oder Zieladresse, Protokollnummer usw. identifiziert 13

14 NSIS Framework Konzepte Sessionkonzept Session Identifier: kryptografischer zufälliger Schlüssel, welcher gebraucht wird, um eine Signalisierungssitzung eindeutig zu identifizieren. Vorteil: Flexible Flow:Session Beziehungen Verschiedene Flows (bspw. aufgrund von Handovers oder Multisourcing) können einer einzelnen Session zugeordnet werden 14

15 NSIS Framework Konzepte Signalisierung für Flowaggregate Aggregationspunkt (bspw. durch Vergabe von einem gemeinsamen Differentiated Service Code Punkt oder durch Einsatz von Tunneling) Deaggregationspunkt Reine Per Flow Signalisierung Signalisierung für Aggregation von Flows Reine Per Flow Signalisierung 15

16 NSIS Framework Das NSIS Schichtenmodell Architektur NSIS Transport Layer Protocol (NTLP) NSIS Signaling Layer Protocol (NSLP) 16

17 NSIS Framework Schichtenmodell Architektur NSL QoS NSLP Metering NSLP NAT/Firewall NSLP NSIS GIST NTL Transportsicherheitsschicht UDP TCP SCTP DCCP IP Sicherheitsschicht IP 17

18 NSIS Framework Schichtenmodell Transportschichtprotokoll (NTLP) Bundling und Unbundling von Nachrichten Nachrichten Fragmentierung und fragmentiertes Weiterleiten bis zum Ziel- NSLP Eine Zuverlässige Nachrichtenübermittlung Mechanismen für die Staukontrolle 18

19 NSIS Framework Schichtenmodell Signalisierungsprotokoll (NSLP) Benutzt 2 Basiskontrollprimitive für die Kommunikation Send Message Receive Message Einzelne NSLPs können sich beim NTLP registrieren oder deregistrieren NSLP kann optionale NTLP-Komponenten konfigurieren Fehlerservice: Applikation NTLP Indicationservice: Applikation NTLP 19

20 NSIS Framework Schichtenmodell Einige NSLPs Metering NSLP NAT/Firewall NSLP QoS NSLP 20

21 NSIS Framework Schichtenmodell NSLPs Metering NSLP - Funktionsweise Kollektor MNE MNE MNE MP MP MP MP MP Monitoring Probe Konfigurations- Signalisierungsnachrichten MNE Messentitäten Andere Signalisierungsnachrichten 21

22 NSIS Framework Schichtenmodell NSLPs Metering NSLP - Einsatzszenarien Exakte Verrechnung eines Bezuges von Serviceleistung Genau protokolliert, wer, was, wann, wo und in welcher Servicequalität genutzt hat QoS Monitoring Vertraglich zugesicherte QoS = tatsächlich gemessene Servicequalität? Intrusion Detection Systeme (IDS) Metering NSLP als Messinstrument für die Überwachung von einzelnen Flows 22

23 NSIS Framework Schichtenmodell NSLPs NAT/Firewall NSLP Firewall oder NAT Middlebox mit NATFW NSLP Internet Firewall oder NAT Middlebox mit NATFW NSLP 23

24 NSIS General Internet Signaling Transport Protokoll Stack Routing Transport GIST anhand eines Beispiels 24

25 NSIS GIST Protokoll Stack GIST Encapsulation GIST State Maintenance GIST:Messaging Layer NTLP Transportsicherheitsschicht UDP TCP SCTP DCCP IP Sicherheitsschicht IP 25

26 NSIS GIST Routing Path-Coupled Data Flow 3-way Handshake Query - Response - Confirm Sender Receiver Query Response Confirm 26

27 NSIS GIST Routing Sender Query Receive r GIST- Query Response Confirm GIST-Query > IP(Src=IP#A; Dst=IP#E; RAO for NSLP2); UDP(Src=6789; Dst=GIST) GIST(Header(Type=Query; NSLPID=NSLP2; R=1; S=0) MRI(MRM=Path-Coupled; Flow=F; Direction=down) SessionID(0x1234) NLI(Peer='string1'; IA=IP#B) QueryCookie(0x ) StackProposal(#Proposals=3;1=TLS/TCP; 2=TLS/SCTP; 3=TCP) StackConfigurationData(#MPO=2; TCP(Applicable: all; Data: null) SCTP(Applicable: all; Data: null))) 27

28 NSIS GIST Routing Sender Query Receive r GIST - Response Response Confirm < GIST-Response IP(Src=IP#D; Dst=IP#B); UDP(Src=GIST; Dst=6789) GIST(Header(Type=Response; NSLPID=NSLP2; R=1; S=1) MRI(MRM=Path-Coupled; Flow=F; Direction=up) SessionID(0x1234) NLI(Peer='stringr2', IA=IP#D) QueryCookie(0x ) ResponderCookie(0xacdefedcdfaeeeded) StackProposal(#Proposals=3; 1=TCP; 2=SCTP; 3=TLS/TCP) StackConfigurationData(#MPO=3; TCP(Applicable: 3; Data: port=6123) TCP(Applicable: 1; Data: port=5438) SCTP(Applicable: all; Data: port=3333))) 28

29 NSIS GIST Routing Sender Query Receive r GIST - Confirm Response Confirm GIST-Confirm > TCP SYN > < TCP [Sent within messaging association] SYN/ACK TCP GIST(Header(Type=Confirm; ACK > NSLPID=NSLP2; R=0; S=1) TCP connect(ip Src=IP#B; IP Dst=IP#D; Src Port=9166; Dst Port=6123) MRI(MRM=Path-Coupled; Flow=F; Direction=down) < TLS INIT > SessionID(0x1234) NLI(Peer='string1'; IA=IP#B) ResponderCookie(0xacdefedcdfaeeeded) StackProposal(#Proposals=3; 1=TCP; 2=SCTP; 3=TLS/TCP)) 29

30 NSIS GIST Transport Datagram-Mode UDP Connection-Mode TCP, SCTP, DCCP 30

31 NSIS GIST Beispiel 31

32 NSIS QoS NSLP Rolle von Signaling für QoS QoS soll in IP-Netzwerken die Qualität von Datenübertragungen sicherstellen Für eine reibungslose Übertragung, müssen alle Router zwischen dem Sender und Empfänger die benötigten Ressourcen zur Verfügung stellen. Signalisierung wird zwischen den Akteuren für Auf- und Abbau der Reservationen verwendet. 32

33 NSIS QoS NSLP QoS Signaling Messages RESERVE: Erstellen, erneuern, modifizieren oder entfernen einer QoS Reservation. QUERY: Erfragt Informationen über den Datenpfad. RESPONSE: Antwortnachricht auf RESERVE oder QUERY. NOTIFY: Dient zur Informationsübermittlung an QNEs. 33

34 NSIS QoS NSLP Basic Reservation Initiation 34

35 NSIS QoS NSLP Designentscheidungen (1/2) Soft state: Reservationen müssen periodisch mit einer RESERVE Message erneuert werden. Reduced refresh: Zur Ressourcenschonung gibt es eine verkürzte RESERVE Message, die für die periodische Erneuerung verwendet wird. Session binding: Mehrere Sessions können aneinander gebunden werden. Dadurch können Entscheidungen über Sessions vom Zustand anderer gefällt werden. 35

36 NSIS QoS NSLP Designentscheidungen (2/2) Priorisierung: Signaling Messages können unterschiedliche Priorität haben. Rerouting: Pfadveränderungen werden erkannt und Rerouting-Massnahmen ergriffen. Aggregate reservations: Mehrere Datenflüsse können für eine Reservation zusammengefügt werden. 36

37 NSIS QoS NSLP QoS NSLP einer QNE 37

38 NSIS QoS NSLP GIST Interaktionen GIST verschickt die NSLP Messages Messages werden über ein API übergeben Zusätzliche Informationen werden an GIST übergeben Signaling-Applikations ID flow/session ID Richtungsangabe (Sender, Empfänger) QSPEC Control Information Policy Objekt 38

39 NSIS QoS NSLP QSPEC Object Enthält Informationen welches QoS Modell zu verwenden ist (z.b. DiffServ, IntServ) und die nötigen Parameter Ist u.a. Teil der RESERVE Message Inhalt ist für QoS NSLP undurchsichtig 39

40 NSIS QoS NSLP Lokale QoS Modelle QoS NSLP erlaubt QSPEC Objekte zu stapeln 40

41 NSIS QoS NSLP QoS NSLP versus RSVP (1/2) RSVP NSLP QoS Protokol Struktur Eine Schicht Zwei Schichten Transport IP oder UDP TCP, STCP, UDP, DCCP Reservationsinitiatoren Empfänger States Soft Soft Empfänger und Sender QoS Modelle IntServ, DiffServ IntServ, DiffServ und andere Scope of Signaling End-to-end End-to-end, host-toedge, edge-to-edge 41

42 NSIS QoS NSLP QoS NSLP versus RSVP (2/2) RSVP NSLP QoS Multicast Ja Nein Mobilität Nein Ja Bi-direktional Nein Ja Aggregation Ja Ja Summary Refresh Ja Ja Priority/preemption Ja Ja 42

43 NSIS Zusammenfassung Neue 2 Schichten Denkweise Flexibel einsetzbar Ein Signalisierungsuniversalprotokoll 43

44 NSIS Diskussion Noch ein Protokoll? Realistisch (noch ein API, das Applikationen implementieren müssen)? 44

45 NSIS Diskussion Was ist besser: ein Signalisierungsuniversalprotokoll oder mehrere spezifische Protokolle? 45

46 NSIS Diskussion Ist es sinnvoll das Routing für den Datenfluss unabhängig von der Signalisierung zu machen? 46

47 NSIS Diskussion Warum Transport-Gruppe (Realtime- Applications and Infrastructure Area (Sigtran/SIP) Operations & Management Gruppe? 47