Options for Securing RTP Sessions

The Real-time Transport Protocol (RTP) is used in a large number of different application domains and environments. This heterogeneity implies that different security mechanisms are needed to provide services such as confidentiality, integrity, and source authentication of RTP and RTP Control Protocol (RTCP) packets suitable for the various environments. The range of solutions makes it difficult for RTP-based application developers to pick the most suitable mechanism. This document provides an overview of a number of security solutions for RTP and gives guidance for developers on how to choose the appropriate security mechanism

Options for Securing RTP Sessions

The Real-time Transport Protocol (RTP) is used in a large number of different application domains and environments. This heterogeneity implies that different security mechanisms are needed to provide services such as confidentiality, integrity, and source authentication of RTP and RTP Control Protocol (RTCP) packets suitable for the various environments. The range of solutions makes it difficult for RTP-based application developers to pick the most suitable mechanism. This document provides an overview of a number of security solutions for RTP and gives guidance for developers on how to choose the appropriate security mechanism

Optimizing IETF multimedia signaling protocols and architectures in 3GPP networks : an evolutionary approach

Signaling in Next Generation IP-based networks heavily relies in the family of multimedia signaling protocols defined by IETF. Two of these signaling protocols are RTSP and SIP, which are text-based, client-server, request-response signaling protocols aimed at enabling multimedia sessions over IP networks. RTSP was conceived to set up streaming sessions from a Content / Streaming Server to a Streaming Client, while SIP was conceived to set up media (e.g.: voice, video, chat, file sharing, …) sessions among users. However, their scope has evolved and expanded over time to cover virtually any type of content and media session. As mobile networks progressively evolved towards an IP-only (All-IP) concept, particularly in 4G and 5G networks, 3GPP had to select IP-based signaling protocols for core mobile services, as opposed to traditional SS7-based protocols used in the circuit-switched domain in use in 2G and 3G networks. In that context, rather than reinventing the wheel, 3GPP decided to leverage Internet protocols and the work carried on by the IETF. Hence, it was not surprise that when 3GPP defined the so-called Packet-switched Streaming Service (PSS) for real-time continuous media delivery, it selected RTSP as its signaling protocol and, more importantly, SIP was eventually selected as the core signaling protocol for all multimedia core services in the mobile (All-)IP domain. This 3GPP decision to use off-the-shelf IETF-standardized signaling protocols has been a key cornerstone for the future of All-IP fixed / mobile networks convergence and Next Generation Networks (NGN) in general. In this context, the main goal of our work has been analyzing how such general purpose IP multimedia signaling protocols are deployed and behave over 3GPP mobile networks. Effectively, usage of IP protocols is key to enable cross-vendor interoperability. On the other hand, due to the specific nature of the mobile domain, there are scenarios where it might be possible to leverage some additional “context” to enhance the performance of such protocols in the particular case of mobile networks. With this idea in mind, the bulk of this thesis work has consisted on analyzing and optimizing the performance of SIP and RTSP multimedia signaling protocols and defining optimized deployment architectures, with particular focus on the 3GPP PSS and the 3GPP Mission Critical Push-to-Talk (MCPTT) service. This work was preceded by a detailed analysis work of the performance of underlying IP, UDP and TCP protocol performance over 3GPP networks, which provided the best baseline for the future work around IP multimedia signaling protocols. Our contributions include the proposal of new optimizations to enhance multimedia streaming session setup procedures, detailed analysis and optimizations of a SIP-based Presence service and, finally, the definition of new use cases and optimized deployment architectures for the 3GPP MCPTT service. All this work has been published in the form of one book, three papers published in JCR cited International Journals, 5 articles published in International Conferences, one paper published in a National Conference and one awarded patent. This thesis work provides a detailed description of all contributions plus a comprehensive overview of their context, the guiding principles beneath all contributions, their applicability to different network deployment technologies (from 2.5G to 5G), a detailed overview of the related OMA and 3GPP architectures, services and design principles. Last but not least, the potential evolution of this research work into the 5G domain is also outlined as well.Els mecanismes de Senyalització en xarxes de nova generació es fonamenten en protocols de senyalització definits per IETF. En particular, SIP i RTSP són dos protocols extensibles basats en missatges de text i paradigma petició-resposta. RTSP va ser concebut per a establir sessions de streaming de continguts, mentre SIP va ser creat inicialment per a facilitar l’establiment de sessions multimèdia (veu, vídeo, xat, compartició) entre usuaris. Tot i així, el seu àmbit d’aplicació s’ha anat expandint i evolucionant fins a cobrir virtualment qualsevol tipus de contingut i sessió multimèdia. A mesura que les xarxes mòbils han anat evolucionant cap a un paradigma “All-IP”, particularment en xarxes 4G i 5G, 3GPP va seleccionar els protocols i arquitectures destinats a gestionar la senyalització dels serveis mòbils presents i futurs. En un moment determinat 3GPP decideix que, a diferència dels sistemes 2G i 3G que fan servir protocols basats en SS7, els sistemes de nova generació farien servir protocols estandarditzats per IETF. Quan 3GPP va començar a estandarditzar el servei de Streaming sobre xarxes mòbils PSS (Packet-switched Streaming Service) va escollir el protocol RTSP com a mecanisme de senyalització. Encara més significatiu, el protocol SIP va ser escollit com a mecanisme de senyalització per a IMS (IP Multimedia Subsystem), l’arquitectura de nova generació que substituirà la xarxa telefònica tradicional i permetrà el desplegament de nous serveis multimèdia. La decisió per part de 3GPP de seleccionar protocols estàndards definits per IETF ha representat una fita cabdal per a la convergència del sistemes All-IP fixes i mòbils, i per al desenvolupament de xarxes NGN (Next Generation Networks) en general. En aquest context, el nostre objectiu inicial ha estat analitzar com aquests protocols de senyalització multimèdia, dissenyats per a xarxes IP genèriques, es comporten sobre xarxes mòbils 3GPP. Efectivament, l’ús de protocols IP és fonamental de cara a facilitar la interoperabilitat de solucions diferents. Per altra banda, hi ha escenaris a on és possible aprofitar informació de “context” addicional per a millorar el comportament d’aquests protocols en al cas particular de xarxes mòbils. El cos principal del treball de la tesi ha consistit en l’anàlisi i optimització del rendiment dels protocols de senyalització multimèdia SIP i RTSP, i la definició d’arquitectures de desplegament, amb èmfasi en els serveis 3GPP PSS i 3GPP Mission Critical Push-to-Talk (MCPTT). Aquest treball ha estat precedit per una feina d’anàlisi detallada del comportament dels protocols IP, TCP i UDP sobre xarxes 3GPP, que va proporcionar els fonaments adequats per a la posterior tasca d’anàlisi de protocols de senyalització sobre xarxes mòbils. Les contribucions inclouen la proposta de noves optimitzacions per a millorar els procediments d’establiment de sessions de streaming multimèdia, l’anàlisi detallat i optimització del servei de Presència basat en SIP i la definició de nous casos d’ús i exemples de desplegament d’arquitectures optimitzades per al servei 3GPP MCPTT. Aquestes contribucions ha quedat reflectides en un llibre, tres articles publicats en Revistes Internacionals amb índex JCR, 5 articles publicats en Conferències Internacionals, un article publicat en Congrés Nacional i l’adjudicació d’una patent. La tesi proporciona una descripció detallada de totes les contribucions, així com un exhaustiu repàs del seu context, dels principis fonamentals subjacents a totes les contribucions, la seva aplicabilitat a diferents tipus de desplegaments de xarxa (des de 2.5G a 5G), així una presentació detallada de les arquitectures associades definides per organismes com OMA o 3GPP. Finalment també es presenta l’evolució potencial de la tasca de recerca cap a sistemes 5G.Postprint (published version

Reflections on security options for the real-time transport protocol framework

The Real-time Transport Protocol (RTP) supports a range of video conferencing, telephony, and streaming video ap- plications, but offers few native security features. We discuss the problem of securing RTP, considering the range of applications. We outline why this makes RTP a difficult protocol to secure, and describe the approach we have recently proposed in the IETF to provide security for RTP applications. This approach treats RTP as a framework with a set of extensible security building blocks, and prescribes mandatory-to-implement security at the level of different application classes, rather than at the level of the media transport protocol

Mobile Multimedia Streaming Library

In recent years, multimedia has become a commonly used tool for presenting contents to the users. The employment of multimedia is no longer limited to only the entertainment industry, but spans in other areas as well. In academics, lectures are recorded to audio and video for storage and distribution to students. Free online multimedia hosting services are popularly cherished, such as “youtube.com” and “yahoo video”, and with the increasing affordability of digital camera, hundreds, or maybe thousands, of home-made videos and music audio are created daily and published online. Low-cost digital recorders such as webcams also help promote the use of video for surveillance, both for commercial and personal use. Suddenly, there comes the need for digital multimedia delivery, which happens naturally with the advancement in Internet bandwidth and the popularity of multimedia sharing. Multimedia delivery comes in two methods: downloading and streaming. Streaming requires more complex structure, but rewards with better user experience. Although streaming is the method of choice today, downloading is still useful in ad-hoc situation where streaming is not feasible. This project aims to provide streaming-like capability to mobile devices. Since mobile gadgets are limited in resources compared to personal computers (PC), streaming sometimes is the only way to deliver media contents to user. This work targets devices in the so-called “ad-hoc situation”, and also seeks to save the cost associated with multimedia streaming, which traditionally uses the operator wireless network, by using a LAN-connected proxy and the Bluetooth medium. It is also to serve the educational purpose in learning about multimedia streaming on cellular phones. This project experiments with several approaches to implement streaming on mobile phones. It discusses each approach in details. Finally, a library and a sample application are implemented to demonstrate the solution

Delivering Live Multimedia Streams to Mobile Hosts in a Wireless Internet with Multiple Content Aggregators

We consider the distribution of channels of live multimedia content (e.g., radio or TV broadcasts) via multiple content aggregators. In our work, an aggregator receives channels from content sources and redistributes them to a potentially large number of mobile hosts. Each aggregator can offer a channel in various configurations to cater for different wireless links, mobile hosts, and user preferences. As a result, a mobile host can generally choose from different configurations of the same channel offered by multiple alternative aggregators, which may be available through different interfaces (e.g., in a hotspot). A mobile host may need to handoff to another aggregator once it receives a channel. To prevent service disruption, a mobile host may for instance need to handoff to another aggregator when it leaves the subnets that make up its current aggregator�s service area (e.g., a hotspot or a cellular network).\ud In this paper, we present the design of a system that enables (multi-homed) mobile hosts to seamlessly handoff from one aggregator to another so that they can continue to receive a channel wherever they go. We concentrate on handoffs between aggregators as a result of a mobile host crossing a subnet boundary. As part of the system, we discuss a lightweight application-level protocol that enables mobile hosts to select the aggregator that provides the �best� configuration of a channel. The protocol comes into play when a mobile host begins to receive a channel and when it crosses a subnet boundary while receiving the channel. We show how our protocol can be implemented using the standard IETF session control and description protocols SIP and SDP. The implementation combines SIP and SDP�s offer-answer model in a novel way

Linux-Box: DVB and VoD streaming over local area networks

Aquest treball tracta sobre un projecte comú anomenat Linux-Box portat a terme per diferents persones al departament de Telecomunicacions (IET) de la Universitat de Pisa. Linux-Box és un sistema dotat amb targetes TDT (DVB-T) i de televisió per satèl·lit (DVB-S) que permet transmetre aquests senyals fins a un àmbit domèstic. Més endavant podria ser utilitzat en àmbits privats com les cases de clients o en institucions públiques com escoles, universitats, biblioteques i també seria possible en àmbits empresarials. El projecte està dividit en 4 apartats: 1. Ubuntu 6.06 LTS. Explica perquè s’utilitza Ubuntu en el projecte. A més també s’explica de forma breu que és Linux i les distribucions més utilitzades. 2. Multimedia Network Protocols: s’expliquen els diferents protocols desde la capa de xarxa fins la capa d’aplicació que s’utilitzen en el projecte Linux-Box. Aquests protocols són utilitzats tant en streaming, com en anunciació, unicast/multicast, encapsulat de vídeo i codecs. Els diversos temes tractats aquí es fan amb el propòsit de comparar i no només com a recerca teòrica. A la fi es veuen els programes utilitzats en el projecte per analitzar el tràfic de la xarxa. 3. Linux-Box: s’explica el funcionament i els objectius globals del projecte. Es dedica un sub-apartat a “VideoLan - VLC” part important a nivell de sofware. Més endavant es parla de les característiques de la Linux-Box de forma acurada: streaming de VoD i senyals de TV i s’analitzen els problemes coneguts i les seves solucions proposades. A la fi s’enumeren els llenguatges de programació utilitzats al projecte i en quina part s’utilitzen. Observarem que és una aplicació on diversos llenguatges de programació estan contínuament solapats. 4. Developed Part: es posa en pràctica la teoria estudiada a la resta del treball. Està dividida en 4 seccions: Desenvolupar una aplicació en codi C per convertir la llista de Canals (tant terrestre com de satèl·lit) en format XML. Una secció dedicada al streaming de Canals de TV a la pàgina web principal. Un anàlisis profund dels paquets creats per la Linux-Box i la seva activitat a la xarxa. Finalment s’analitzen els diferents scripts i les seves configuracions. Alguns són útils per a un futur desenvolupament i d’altres s’utilitzen en seccions prèvies. 5. Conclusions: conté les conclusions i línies futures. El projecte compta amb diverses opcions que encara poden ser implementades i estudiades. Aquí exposem les nostres interpretacions i possibles línies futures d’estudi

Linux-Box: DVB and VoD streaming over local area networks

Aquest treball tracta sobre un projecte comú anomenat Linux-Box portat a terme per diferents persones al departament de Telecomunicacions (IET) de la Universitat de Pisa. Linux-Box és un sistema dotat amb targetes TDT (DVB-T) i de televisió per satèl·lit (DVB-S) que permet transmetre aquests senyals fins a un àmbit domèstic. Més endavant podria ser utilitzat en àmbits privats com les cases de clients o en institucions públiques com escoles, universitats, biblioteques i també seria possible en àmbits empresarials. El projecte està dividit en 4 apartats: 1. Ubuntu 6.06 LTS. Explica perquè s’utilitza Ubuntu en el projecte. A més també s’explica de forma breu que és Linux i les distribucions més utilitzades. 2. Multimedia Network Protocols: s’expliquen els diferents protocols desde la capa de xarxa fins la capa d’aplicació que s’utilitzen en el projecte Linux-Box. Aquests protocols són utilitzats tant en streaming, com en anunciació, unicast/multicast, encapsulat de vídeo i codecs. Els diversos temes tractats aquí es fan amb el propòsit de comparar i no només com a recerca teòrica. A la fi es veuen els programes utilitzats en el projecte per analitzar el tràfic de la xarxa. 3. Linux-Box: s’explica el funcionament i els objectius globals del projecte. Es dedica un sub-apartat a “VideoLan - VLC” part important a nivell de sofware. Més endavant es parla de les característiques de la Linux-Box de forma acurada: streaming de VoD i senyals de TV i s’analitzen els problemes coneguts i les seves solucions proposades. A la fi s’enumeren els llenguatges de programació utilitzats al projecte i en quina part s’utilitzen. Observarem que és una aplicació on diversos llenguatges de programació estan contínuament solapats. 4. Developed Part: es posa en pràctica la teoria estudiada a la resta del treball. Està dividida en 4 seccions:  Desenvolupar una aplicació en codi C per convertir la llista de Canals (tant terrestre com de satèl·lit) en format XML.  Una secció dedicada al streaming de Canals de TV a la pàgina web principal.  Un anàlisis profund dels paquets creats per la Linux-Box i la seva activitat a la xarxa.  Finalment s’analitzen els diferents scripts i les seves configuracions. Alguns són útils per a un futur desenvolupament i d’altres s’utilitzen en seccions prèvies. 5. Conclusions: conté les conclusions i línies futures. El projecte compta amb diverses opcions que encara poden ser implementades i estudiades. Aquí exposem les nostres interpretacions i possibles línies futures d’estudi

Optimizing IETF multimedia signaling protocols and architectures in 3GPP networks : an evolutionary approach

Signaling in Next Generation IP-based networks heavily relies in the family of multimedia signaling protocols defined by IETF. Two of these signaling protocols are RTSP and SIP, which are text-based, client-server, request-response signaling protocols aimed at enabling multimedia sessions over IP networks. RTSP was conceived to set up streaming sessions from a Content / Streaming Server to a Streaming Client, while SIP was conceived to set up media (e.g.: voice, video, chat, file sharing, …) sessions among users. However, their scope has evolved and expanded over time to cover virtually any type of content and media session. As mobile networks progressively evolved towards an IP-only (All-IP) concept, particularly in 4G and 5G networks, 3GPP had to select IP-based signaling protocols for core mobile services, as opposed to traditional SS7-based protocols used in the circuit-switched domain in use in 2G and 3G networks. In that context, rather than reinventing the wheel, 3GPP decided to leverage Internet protocols and the work carried on by the IETF. Hence, it was not surprise that when 3GPP defined the so-called Packet-switched Streaming Service (PSS) for real-time continuous media delivery, it selected RTSP as its signaling protocol and, more importantly, SIP was eventually selected as the core signaling protocol for all multimedia core services in the mobile (All-)IP domain. This 3GPP decision to use off-the-shelf IETF-standardized signaling protocols has been a key cornerstone for the future of All-IP fixed / mobile networks convergence and Next Generation Networks (NGN) in general. In this context, the main goal of our work has been analyzing how such general purpose IP multimedia signaling protocols are deployed and behave over 3GPP mobile networks. Effectively, usage of IP protocols is key to enable cross-vendor interoperability. On the other hand, due to the specific nature of the mobile domain, there are scenarios where it might be possible to leverage some additional “context” to enhance the performance of such protocols in the particular case of mobile networks. With this idea in mind, the bulk of this thesis work has consisted on analyzing and optimizing the performance of SIP and RTSP multimedia signaling protocols and defining optimized deployment architectures, with particular focus on the 3GPP PSS and the 3GPP Mission Critical Push-to-Talk (MCPTT) service. This work was preceded by a detailed analysis work of the performance of underlying IP, UDP and TCP protocol performance over 3GPP networks, which provided the best baseline for the future work around IP multimedia signaling protocols. Our contributions include the proposal of new optimizations to enhance multimedia streaming session setup procedures, detailed analysis and optimizations of a SIP-based Presence service and, finally, the definition of new use cases and optimized deployment architectures for the 3GPP MCPTT service. All this work has been published in the form of one book, three papers published in JCR cited International Journals, 5 articles published in International Conferences, one paper published in a National Conference and one awarded patent. This thesis work provides a detailed description of all contributions plus a comprehensive overview of their context, the guiding principles beneath all contributions, their applicability to different network deployment technologies (from 2.5G to 5G), a detailed overview of the related OMA and 3GPP architectures, services and design principles. Last but not least, the potential evolution of this research work into the 5G domain is also outlined as well.Els mecanismes de Senyalització en xarxes de nova generació es fonamenten en protocols de senyalització definits per IETF. En particular, SIP i RTSP són dos protocols extensibles basats en missatges de text i paradigma petició-resposta. RTSP va ser concebut per a establir sessions de streaming de continguts, mentre SIP va ser creat inicialment per a facilitar l’establiment de sessions multimèdia (veu, vídeo, xat, compartició) entre usuaris. Tot i així, el seu àmbit d’aplicació s’ha anat expandint i evolucionant fins a cobrir virtualment qualsevol tipus de contingut i sessió multimèdia. A mesura que les xarxes mòbils han anat evolucionant cap a un paradigma “All-IP”, particularment en xarxes 4G i 5G, 3GPP va seleccionar els protocols i arquitectures destinats a gestionar la senyalització dels serveis mòbils presents i futurs. En un moment determinat 3GPP decideix que, a diferència dels sistemes 2G i 3G que fan servir protocols basats en SS7, els sistemes de nova generació farien servir protocols estandarditzats per IETF. Quan 3GPP va començar a estandarditzar el servei de Streaming sobre xarxes mòbils PSS (Packet-switched Streaming Service) va escollir el protocol RTSP com a mecanisme de senyalització. Encara més significatiu, el protocol SIP va ser escollit com a mecanisme de senyalització per a IMS (IP Multimedia Subsystem), l’arquitectura de nova generació que substituirà la xarxa telefònica tradicional i permetrà el desplegament de nous serveis multimèdia. La decisió per part de 3GPP de seleccionar protocols estàndards definits per IETF ha representat una fita cabdal per a la convergència del sistemes All-IP fixes i mòbils, i per al desenvolupament de xarxes NGN (Next Generation Networks) en general. En aquest context, el nostre objectiu inicial ha estat analitzar com aquests protocols de senyalització multimèdia, dissenyats per a xarxes IP genèriques, es comporten sobre xarxes mòbils 3GPP. Efectivament, l’ús de protocols IP és fonamental de cara a facilitar la interoperabilitat de solucions diferents. Per altra banda, hi ha escenaris a on és possible aprofitar informació de “context” addicional per a millorar el comportament d’aquests protocols en al cas particular de xarxes mòbils. El cos principal del treball de la tesi ha consistit en l’anàlisi i optimització del rendiment dels protocols de senyalització multimèdia SIP i RTSP, i la definició d’arquitectures de desplegament, amb èmfasi en els serveis 3GPP PSS i 3GPP Mission Critical Push-to-Talk (MCPTT). Aquest treball ha estat precedit per una feina d’anàlisi detallada del comportament dels protocols IP, TCP i UDP sobre xarxes 3GPP, que va proporcionar els fonaments adequats per a la posterior tasca d’anàlisi de protocols de senyalització sobre xarxes mòbils. Les contribucions inclouen la proposta de noves optimitzacions per a millorar els procediments d’establiment de sessions de streaming multimèdia, l’anàlisi detallat i optimització del servei de Presència basat en SIP i la definició de nous casos d’ús i exemples de desplegament d’arquitectures optimitzades per al servei 3GPP MCPTT. Aquestes contribucions ha quedat reflectides en un llibre, tres articles publicats en Revistes Internacionals amb índex JCR, 5 articles publicats en Conferències Internacionals, un article publicat en Congrés Nacional i l’adjudicació d’una patent. La tesi proporciona una descripció detallada de totes les contribucions, així com un exhaustiu repàs del seu context, dels principis fonamentals subjacents a totes les contribucions, la seva aplicabilitat a diferents tipus de desplegaments de xarxa (des de 2.5G a 5G), així una presentació detallada de les arquitectures associades definides per organismes com OMA o 3GPP. Finalment també es presenta l’evolució potencial de la tasca de recerca cap a sistemes 5G