A Secured Load Mitigation and Distribution Scheme for Securing SIP Server

Managing the performance of the Session Initiation Protocol (SIP) server under heavy load conditions is a critical task in a Voice over Internet Protocol (VoIP) network. In this paper, a two-tier model is proposed for the security, load mitigation, and distribution issues of the SIP server. In the first tier, the proposed handler segregates and drops the malicious traffic. The second tier provides a uniform load of distribution, using the least session termination time (LSTT) algorithm. Besides, the mean session termination time is minimized by reducing the waiting time of the SIP messages. Efficiency of the LSTT algorithm is evaluated through the experimental test bed by considering with and without a handler. The experimental results establish that the proposed two-tier model improves the throughput and the CPU utilization. It also reduces the response time and error rate while preserving the quality of multimedia session delivery. This two-tier model provides robust security, dynamic load distribution, appropriate server selection, and session synchronization

Probe-based end-to-end overload control for networks of SIP servers

The Session Initiation Protocol (SIP) has been adopted by the IETF as the control protocol for creating, modifying and terminating multimedia sessions. Overload occurs in SIP networks when SIP servers have insufficient resources to handle received messages. Under overload, SIP networks may suffer from congestion collapse due to current ineffective SIP overload control mechanisms. This paper introduces a probe-based end-to-end overload control (PEOC) mechanism, which is deployed at the edge servers of SIP networks and is easy to implement. By probing the SIP network with SIP messages, PEOC estimates the network load and controls the traffic admitted to the network according to the estimated load. Theoretic analysis and extensive simulations verify that PEOC can keep high throughput for SIP networks even when the offered load exceeds the capacity of the network. Besides, it can respond quickly to the sudden variations of the offered load and achieve good fairness

IMPROVING QoS OF VoWLAN VIA CROSS-LAYER BASED ADAPTIVE APPROACH

Voice over Internet Protocol (VoIP) is a technology that allows the transmission of voice packets over Internet Protocol (IP). Recently, the integration of VoIP and Wireless Local Area Network (WLAN), and known as Voice over WLAN (VoWLAN), has become popular driven by the mobility requirements ofusers, as well as by factor of its tangible cost effectiveness. However, WLAN network architecture was primarily designed to support the transmission of data, and not for voice traffic, which makes it lack ofproviding the stringent Quality ofService (QoS) for VoIP applications. On the other hand, WLAN operates based on IEEE 802.11 standards that support Link Adaptive (LA) technique. However, LA leads to having a network with multi-rate transmissions that causes network bandwidth variation, which hence degrades the voice quality. Therefore, it is important to develop an algorithm that would be able to overcome the negative effect of the multi-rate issue on VoIP quality. Hence, the main goal ofthis research work is to develop an agent that utilizes IP protocols by applying a Cross-Layering approach to eliminate the above-mentioned negative effect. This could be expected from the interaction between Medium Access Control (MAC) layer and Application layer, where the proposed agent adapts the voice packet size at the Application layer according to the change of MAC transmission data rate to avoid network congestion from happening. The agent also monitors the quality of conversations from the periodically generated Real Time Control Protocol (RTCP) reports. If voice quality degradation is detected, then the agent performs further rate adaptation to improve the quality. The agent performance has been evaluated by carrying out an extensive series ofsimulation using OPNET Modeler. The obtained results of different performance parameters are presented, comparing the performance ofVoWLAN that used the proposed agent to that ofthe standard network without agent. The results ofall measured quality parameters hav

Secure Service Provisioning (SSP) Framework for IP Multimedia Subsystem (IMS)

Mit dem Erscheinen mobiler Multimediadienste, wie z. B. Unified Messaging, Click-to-Dial-Applikationen, netzwerkübergeifende Multimedia-Konferenzen und nahtlose Multimedia-Streming-Dienste, begann die Konvergenz von mobilen Kommunikationsetzen und Festnetzen, begleitet von der Integration von Sprach- und Datenkommunikations-Übertragungstechnik Diese Entwicklungen bilden die Voraussetzung für die Verschmelzung des modernen Internet auf der einen Seite mit der Telekommunikation im klassischen Sinne auf der anderen. Das IP Multimedia-Subsystem (IMS) darf hierbei als die entscheidende Next-Generation-Service-Delivery-Plattform in einer vereinheitlichten Kommunikationswelt angesehen werden. Seine Architektur basiert auf einem modularen Design mit offenen Schnittstellen und bietet dedizierte Voraussetzungen zur Unterstützung von Multimedia-Diensten auf der Grundlage der Internet-Protokolle. Einhergehend mit dieser aufkommenden offenen Technologie stellen sich neue Sicherheits-Herausforderungen in einer vielschichtigen Kommunikationsinfrastruktur, im Wesentlichen bestehend aus dem Internet Protokoll (IP), dem SIP-Protokoll (Session Initiation Protocol) und dem Real-time Transport Protokoll (RTP). Die Zielsetzung des Secure Service Provisioning-Systems (SSP) ist, mögliche Angriffsszenarien und Sicherheitslücken in Verbindung mit dem IP Multimedia Subsystem zu erforschen und Sicherheitslösungen, wie sie von IETF, 3GPP und TISPAN vorgeschlagen werden, zu evaluieren. Im Rahmen dieser Forschungsarbeit werden die Lösungen als Teil des SSP-Systems berücksichtigt, mit dem Ziel, dem IMS und der Next-Generation-SDP einen hinreichenden Schutz zu garantieren. Dieser Teil, der als Sicherheitsschutzstufe 1 bezeichnet wird, beinhaltet unter anderem Maßnahmen zur Nutzer- und Netzwerk-Authentifizierung, die Autorisierung der Nutzung von Multimediadiensten und Vorkehrungen zur Gewährleistung der Geheimhaltung und Integrität von Daten im Zusammenhang mit dem Schutz vor Lauschangriffen, Session-Hijacking- und Man-in-the-Middle-Angriffen. Im nächsten Schritt werden die Beschränkungen untersucht, die für die Sicherheitsschutzstufe 1 charakteristisch sind und Maßnahmen zu Verbesserung des Sicherheitsschutzes entwickelt. Die entsprechenden Erweiterungen der Sicherheitsschutzstufe 1 führen zu einem Intrusion Detection and Prevention-System (IDP), das Schutz vor Denial-of-Service- (DoS) / Distributed-Denial-of-Service (DDoS)-Angriffen, missbräuchlicher Nutzung und Täuschungsversuchen in IMS-basierten Netzwerken bietet. Weder 3GPP noch TISPAN haben bisher Lösungen für diesen Bereich spezifiziert. In diesem Zusammenhang können die beschriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten einen Beitrag zur Standardisierung von Lösungen zum Schutz vor DoS- und DDoS-Angriffen in IMS-Netzwerken leisten. Der hier beschriebene Ansatz basiert auf der Entwicklung eines (stateful / stateless) Systems zur Erkennung und Verhinderung von Einbruchsversuchen (Intrusion Detection and Prevention System). Aus Entwicklungssicht wurde das IDP in zwei Module aufgeteilt: Das erste Modul beinhaltet die Basisfunktionen des IDP, die sich auf Flooding-Angriffe auf das IMS und ihre Kompensation richten. Ihr Ziel ist es, das IMS-Core-Netzwerk und die IMS-Ressourcen vor DoS- und DDoS-Angriffen zu schützen. Das entsprechende Modul basiert auf einer Online Stateless-Detection-Methodologie und wird aktiv, sobald die CPU-Auslastung der P-CSCF (Proxy-Call State Control Function) einen vordefinierten Grenzwert erreicht oder überschreitet. Das zweite Modul (IDP-AS) hat die Aufgabe, Angriffe, die sich gegen IMS Application Server (AS) richten abzufangen. Hierbei konzentrieren sich die Maßnahmen auf den Schutz des ISC-Interfaces zwischen IMS Core und Application Servern. Das betreffende Modul realisiert eine Stateful Detection Methodologie zur Erkennung missbräuchlicher Nutzungsaktivitäten. Während der Nutzer mit dem Application Server kommuniziert, werden dabei nutzerspezifische Zustandsdaten aufgezeichnet, die zur Prüfung der Legitimität herangezogen werden. Das IDP-AS prüft alle eingehenden Requests und alle abgehenden Responses, die von IMS Application Servern stammen oder die an IMS Application Server gerichtet sind, auf ihre Zulässigkeit im Hinblick auf die definierten Attack Rules. Mit Hilfe der Kriterien Fehlerfreiheit und Processing Delay bei der Identifikation potenzieller Angriffe wird die Leistungsfähigkeit der IDP-Module bewertet. Für die entsprechenden Referenzwerte werden hierbei die Zustände Nomallast und Überlast verglichen. Falls die Leistungsfähigkeit des IDP nicht unter den Erwartungen zurückbleibt, wird ein IDP-Prototyp zur Evaluation im Open IMS Playground des Fokus Fraunhofer 3Gb-Testbeds eingesetzt, um unter realen Einsatzbedingungen z. B. in VoIP-, Videokonferenz- , IPTV-, Presence- und Push-to-Talk-Szenarien getestet werden zu können.With the emergence of mobile multimedia services, such as unified messaging, click to dial, cross network multiparty conferencing and seamless multimedia streaming services, the fixed–mobile convergence and voice–data integration has started, leading to an overall Internet–Telecommunications merger. The IP Multimedia Subsystem (IMS) is considered as the next generation service delivery platform in the converged communication world. It consists of modular design with open interfaces and enables the flexibility for providing multimedia services over IP technology. In parallel this open based emerging technology has security challenges from multiple communication platforms and protocols like IP, Session Initiation Protocol (SIP) and Real-time Transport Protocol (RTP). The objective of Secure Service Provisioning (SSP) Framework is to cram the potential attacks and security threats to IP Multimedia Subsystem (IMS) and to explore security solutions developed by IETF, 3GPP and TISPAN. This research work incorporates these solutions into SSP Framework to secure IMS and next generation Service Delivery Platform (SDP). We define this part as level 1 security protection which includes user and network authentication, authorization to access multimedia services, providing confidentiality and integrity protection etc. against eavesdropping, session hijacking and man-in-the middle attacks etc. In the next step, we have investigated the limitations and improvements to level 1 security and proposed the enhancement and extension as level 2 security by developing Intrusion Detection and Prevention (IDP) system against Denial-of-Service (DoS)/Distributed DoS (DDoS) flooding attacks, misuses and frauds in IMS-based networks. These security threats recently have been identified by 3GPP and TISPAN but no solution is recommended and developed. Therefore our solution may be considered as recommendation in future. Our approach based on developing both stateless and stateful intrusion detection and prevention system. From development point of view, we have divided the work into two modules: the first module is IDP-Core; addressing and mitigating the flooding attacks in IMS core. Its objective is to protect the IMS resources and IMS-core entities from DoS/DDoS flooding attacks. This module based on online stateless detection methodology and activates when CPU processing load of P-CSCF (Proxy-Call State Control Function) reaches or crosses the defined threshold limit. The second module is IDP-AS; addressing and mitigating the misuse attacks facing to IMS Application Servers (AS). Its focus is to secure the ISC interface between IMS Core and Application Servers. This module is based on stateful misuse detection methodology by creating and comparing user state (partner) when he/she is communicating with application server to check whether user is performing legitimate or illegitimate action with attacks rules. The IDP-AS also compared the incoming request and outgoing response to and from IMS Application Servers with the defined attacks rules. In the performance analysis, the processing delay and attacks detection accuracy of both Intrusion Detection and Prevention (IDP) modules have been measured at Fraunhofer FOKUS IMS Testbed which is developed for research purpose. The performance evaluation based on normal and overload conditions scenarios. The results showed that the processing delay introduced by both IDP modules satisfied the standard requirements and did not cause retransmission of SIP REGISTER and INVITE requests. The developed prototype is under testing phase at Fraunhofer FOKUS 3Gb Testbed for evaluation in real world communication scenarios like VoIP, video conferencing, IPTV, presence, push-to-talk etc