Providing End-to-End Connectivity to SIP User Agents Behind NATs

The widespread diffusion of private networks in SOHO scenarios is fostering an increased deployment of Network Address Translators (NATs). The presence of NATs seriously limits end-to-end connectivity and prevents protocols like the Session Initiation Protocol (SIP) from working properly. This document shows how the Address List Extension (ALEX), which was originally developed to provide dual-stack and multi-homing support to SIP, can be used, with minor modifications, to ensure end-to-end connectivity for both media and signaling flows, without relying on intermediate relay nodes whenever it is possibl

A Survey on Handover Management in Mobility Architectures

This work presents a comprehensive and structured taxonomy of available techniques for managing the handover process in mobility architectures. Representative works from the existing literature have been divided into appropriate categories, based on their ability to support horizontal handovers, vertical handovers and multihoming. We describe approaches designed to work on the current Internet (i.e. IPv4-based networks), as well as those that have been devised for the "future" Internet (e.g. IPv6-based networks and extensions). Quantitative measures and qualitative indicators are also presented and used to evaluate and compare the examined approaches. This critical review provides some valuable guidelines and suggestions for designing and developing mobility architectures, including some practical expedients (e.g. those required in the current Internet environment), aimed to cope with the presence of NAT/firewalls and to provide support to legacy systems and several communication protocols working at the application layer

Host Identity Protocol-based Network Address Translator traversal in peer-to-peer environments

Osoitteenmuuntajat aiheuttavat ongelmia vertaisverkkojen yhteyksien luomiselle. Myös koneen identiteetti protokolla (HIP) kärsii osoitteenmuuntajien aiheuttamista ongelmista, mutta sopivilla laajennuksilla sitä voidaan käyttää yleisenä osoitteenmuuntajien läpäisymenetelmänä. Interaktiivinen yhteyden luominen (ICE) on tehokas osoitteenmuuntajien läpäisymenetelmä, joka toimii monissa erilaisissa tilanteissa. Tämän diplomityön tavoitteena on mahdollistaa HIP-pohjainen osoitteenmuuntajien läpäisy käyttämällä ICE-menetelmää, ja arvioida menetelmän toimivuutta implementoinnin ja mittausten avulla. Implementoimme ICE-prototyypin ja testasimme sitä eri tyyppisten osoitteenmuuntajien kanssa. Käytimme mittauksissa verkkoa, jossa kaksi isäntäkonetta olivat eri aliverkoissa, ja suoritimme ICE-yhteystestejä näiden koneiden välillä. Mittasimme testeissä lähetettyjen viestien ja tavujen määrän sekä käytetyn ajan. Mittaustulosten perusteella laskimme myös arvion ICE:n ja HIP:in aiheuttamalle ylimääräisten viestien ja ajankäytön määrälle. ICE onnistui luomaan yhteyden kaikissa testaamissamme tilanteissa, mutta käytti välillä enemmän viestejä ja aikaa kuin olisi tarpeen. Selvitimme työssä syyt ylimääräisille viesteille ja esitimme keinoja viestien määrän vähentämiselle. Saimme myös selville, että suuressa osassa tilanteista 4-5 yhteystestiviestiä riittää yhteyden luomiseksi, mutta tietynlaista osoitteenmuunnosta käyttävät osoitteenmuuntajat voivat helposti tuplata viestien määrän. Joka tapauksessa, yhteystestien luomat liikennemäärät ovat vähäisiä, ja käyttämällä lyhyempiä ajastinaikoja kuin mitä ICE spesifikaatio ehdottaa, voidaan ICE:n tehokkuutta kasvattaa merkittävästi. Käyttämällä HIP:iä ICE:n kanssa vertaisverkko-ohjelmat voivat saada käyttöönsä tehokkaan osoitteenmuuntajien läpäisymenetelmän, joka tukee myös yhteyden turvaominaisuuksia, mobiliteettia, sekä useita yhtäaikaisia verkkoliitäntöjä.Network Address Translators (NATs) cause problems when peer-to-peer (P2P) connections are created between hosts. Also the Host Identity Protocol (HIP) has problems traversing NATs but, with suitable extensions, it can be used as a generic NAT traversal solution. The Interactive Connectivity Establishment (ICE) is a robust NAT traversal mechanism that can enable connectivity in various NAT scenarios. The goal of this thesis is to enable HIP-based NAT traversal using ICE and to evaluate the applicability of the approach by implementation and measurements. We implemented an ICE prototype and tested it with different types of NATs. We used a network where two hosts were in different subnets and run ICE connectivity checks between them. The amount of messages and bytes sent during the process, and also how long the process took, was measured and analyzed. Based on the measurements, we calculated the overhead of using HIP with ICE for NAT traversal. ICE was able to create a connection in all the scenarios, but sometimes using more messages and longer time than expected or necessary. We found reasons why too many messages are exchanged and presented solutions on how some of these redundant messages could be avoided. We also found out that while 4-5 connectivity check messages are enough in many scenarios, NATs with specific address mapping behavior can easily double the amount of needed checks. Still, the generated traffic bitrate is modest, and using shorter timeout values than what the ICE specification suggests can have a significant positive impact on performance. By using HIP with ICE, P2P programs can get an efficient NAT traversal solution that additionally supports security, mobility and multihoming

De-ossifying the Internet Transport Layer : A Survey and Future Perspectives

ACKNOWLEDGMENT The authors would like to thank the anonymous reviewers for their useful suggestions and comments.Peer reviewedPublisher PD

Traversing NAT: A Problem

This quasi-experimental before-and-after study measured and analyzed the impacts of adding security to a new bi-directional Network Address Translation (NAT). Literature revolves around various types of NAT, their advantages and disadvantages, their security models, and networking technologies’ adoption. The study of the newly created secure bi-directional model of NAT showed statistically significant changes in the variables than another model using port forwarding. Future research of how data will traverse networks is crucial in an ever-changing world of technology

Raising the Datagram API to Support Transport Protocol Evolution

Some application developers can wield huge resources to build new transport protocols, for these developers the present UDP Socket API is perfectly fine. They have access to large test beds and sophisticated tools. Many developers do not have these resources. This paper presents a new high-level Datagram API that is for everyone else, this has an advantage of offering a clear evolutionary path to support new requirements. This new API is needed to move forward the base of the system, allowing developers with limited resources to evolve their applications while accessing new network services

Firewall Traversal in Mobile IPv6 Networks

Middleboxes, wie zum Beispiel Firewalls, sind ein wichtiger Aspekt für eine Großzahl moderner IP-Netzwerke. Heute IP-Netzwerke basieren überwiegend auf IPv4 Technologien, daher sind viele Firewalls und Network Address Translators (NATs) ursprünglich für diese Netzwerke entwickelt worden. Die Entwicklung von IPv6 Netzwerken findet zur Zeit statt. Da Mobile IPv6 ein relativ neuer Standard ist, unterstützen die meisten Firewalls die für IPv6 Netzwerke verfügbar sind, noch kein Mobile IPv6. Sofern Firewalls sich nicht der Details des Mobile IPv6 Protokolls bewusst sind, werden sie entweder Mobile IPv6 Kommunikation blockieren oder diesen sorgfältig handhaben. Dieses stellt einen der Haupthinderunggründe zum erfolgreichen Einsatz von Mobile IPv6 da.Diese Arbeit beschreibt die Probleme und Auswirkungen des Vorhandenseins von Middleboxes in Mobile IPv6 Umgebungen. Dazu wird zuerst erklärt welche Arten von Middleboxes es gibt, was genau eine Middlebox ist und wie eine solche Middlebox arbeiten und zweitens die Probleme identifiziert und die Auswirkungen des Vorhandenseins von Firewalls in Mobile IPv6 Umgebungen erklärt. Anschließend werden einige State-of-the-Art Middlebox Traversal Ansätze untersucht, die als mögliche Lösungen um die Mobile IPv6 Firewall Traversal Probleme zu bewältigen betrachtet werden können. Es wird detailiert erklärt wie diese Lösungen arbeiten und ihre Anwendbarkeit für Mobile IPv6 Firewall Traversal evaluiert.Als Hauptbeitrag bringt diese Arbeit zwei detailierte Lösungsansätze ein, welche das Mobile IPv6 Firewall Traversal Problem bewältigen können. Der erste Lösungsansatz, der NSIS basierte Mobile IPv6 Firewall Traversal, basiert auf dem Next Steps in Signaling (NSIS) Rahmenwerk und dem NAT/Firewall NSIS Signaling Layer Protocol (NAT/FW NSLP). Anschließend wird der zweite Lösungsansatz vorgestellt, der Mobile IPv6 Application Layer Gateway. Diese Arbeit erklärt detailiert, wie diese Lösungsansätze die Probleme und Auswirkungen des Vorhandenseins von Middleboxes in Mobile IPv6 Umgebungen bewältigen. Desweitern stellt diese Arbeit vor, wie die NSIS basierte Mobile IPv6 Firewall Traversal und die Mobile IPv6 Application Layer Gateway Proof-of-Concept Implementierungen, die im Rahmen dieser Arbeit entwicklet wurden, implementiert wurden. Abschließend werden die Proof-of-Concept Implementierungen sowie die beiden Lösungsansätze allgemein evaluiert und analysiert

Asiakasreunakytkennän testausalustan kehitys

Customer Edge Switching (CES) and Realm Gateway (RGW) are technologies designed to solve core challenges of the modern Internet. Challenges include the ever increasing amount of devices connected to the Internet and risks created by malicious parties. CES and RGW leverage existing technologies like Domain Name System (DNS). Software testing is critical for ensuring correctness of software. It aims to ensure that products and protocols operate correctly. Testing also aims to find any critical vulnerabilities in the products. Fuzz testing is a field of software testing allowing automatic iteration of unexpected inputs. In this thesis work we evaluate two CES versions in performance, in susceptibility of Denial of Service (DoS) and in weaknesses related to use of DNS. Performance is an important metric for switches. Denial of Service is a very common attack vector and use of DNS in new ways requires critical evaluation. The performance of the old version was sufficient. Some clear issues were found. The version was vulnerable against DoS. Oversights in DNS operation were found. The new version shows improvement over the old one. We also evaluated suitability of expanding Robot Framework for fuzz testing Customer Edge Traversal Protocol (CETP). We conclude that the use of the Framework was not the best approach. We also developed a new testing framework using Robot Framework for the new version of CES.Customer Edge Switching (CES) asiakasreunakytkentä ja Realm Gateway (RGW) alueen yhdyskäytävä tarjoavat ratkaisuja modernin Internetin ydinongelmiin. Ydinongelmiin kuuluvat kytkettyjen laitteiden määrän jatkuva kasvu ja pahantahtoisten tahojen luomat riskit. CES ja RGW hyödyntävät olemassa olevia tekniikoita kuten nimipalvelua (DNS). Ohjelmistojen oikeellisuuden varmistuksessa testaus on välttämätöntä. Sen tavoitteena on varmistaa tuotteiden ja protokollien oikea toiminnallisuus. Testaus myös yrittää löytää kriittiset haavoittuvuudet ohjelmistoissa. Sumea testaus on ohjelmistotestauksen alue, joka mahdollistaa odottamattomien syötteiden automaattisen läpikäynnin. Tässä työssä arvioimme kahden CES version suorituskykyä, palvelunestohyökkäyksien sietoa ja nimipalvelun käyttöön liittyviä heikkouksia. Suorituskyky on tärkeä mittari kytkimille. Palvelunesto on erittäin yleinen hyökkäystapa ja nimipalvelun uudenlainen käyttö vaatii kriittistä arviointia. Vanhan version suorituskyky oli riittävä. Joitain selviä ongelmia löydettiin. Versio oli haavoittuvainen palvelunestohyökkäyksille. Löysimme epätarkkuuksia nimipalveluiden toiminnassa. Uusi versio vaikuttaa paremmalta kuin vanha versio. Arvioimme työssä myös Robot Framework testausalustan laajentamisen soveltuvuutta Customer Edge Traversal Protocol (CETP) asiakasreunalävistysprotokollan sumeaan testaukseen. Toteamme, ettei alustan käyttö ollut paras lähestymistapa. Esitämme myös työmme Robot Framework alustaa hyödyntävän testausalustan kehityksessä nykyiselle CES versiolle. Kehitimme myös uuden testausalustan uudelle CES versiolle hyödyntäen Robot Frameworkia

Analysis of RTCWeb Data Channel Transport Options

The Web has introduced a new technology in a more distributed and collaborative form of communication, where the browser and the user replace the web server as the nexus of communications in a way that after the call establishment through web servers, the communication is performed directly between browsers as peer to peer fashion without intervention of the web servers. The goal of Real Time Collaboration on the World Wide Web (RTCWeb) project is to allow browsers to natively support voice, video, and gaming in interactive peer to peer communications and real time data collaboration. Several transport protocols such as TCP, UDP, RTP, SRTP, SCTP, DCCP presently exist for communication of media and non-media data. However, a single protocol alone can not meet all the requirements of RTCWeb. Moreover, the deployment of a new transport protocol experiences problems traversing middle boxes such as Network Address Translation (NAT) box, firewall. Nevertheless, the current implementation for transportation of non-media in the very first versions of RTCWeb data does not include any congestion control on the end-points. With media (i.e., audio, video) the amount of traffic can be determined and limited by the codec and profile used during communication, whereas RTCWeb user could generate as much as non-media data to create congestion on the networks. Therefore, a suitable transport protocol stack is required that will provide congestion control, NAT traversal solution, and authentication, integrity, and privacy of user data. This master's thesis will give emphasis on the analysis of transport protocol stack for data channel in RTCWeb and selects Stream Control Transmission Protocol (SCTP), which is a reliable, message oriented general-purpose transport layer protocol, operating on top of both IPv4 and IPv6, providing congestion control similar to TCP and additionally, some new functionalities regarding security, multihoming, multistreaming, mobility, and partial reliability. However, due to the lack of universal availability of SCTP within the OS(s), it has been decided to use the SCTP userland implementation. WebKit is an open source web browser engine for rendering web pages used by Safari, Dashboard, Mail, and many other OS X applications. In WebKit RTCWeb implementation using GStreamer multimedia framework, RTP/UDP is utilized for the communication of media data and UDP tunnelling for non-media data. Therefore, in order to allow a smooth integration of the implementation within WebKit, we have decided to implement GStreamer plugins using SCTP userland stack. This thesis work also investigates the way Mozilla has integrated those protocols in the browser's network stack and how the Data Channel has been designed and implemented using SCTP userland stack

An Architecture for Global Distributed SIP Network Using IPv4 Anycast

Tato diplomová práce se zabývá metodami pro výběr nejbližší RTP proxy k VoIP klientům s použitím IP anycastu. RTP proxy servery jsou umístěny v síti Internetu a přeposílají RTP data pro VoIP klienty za síťovými překladači adres(NAT). Bez zeměpisně rozmístěných RTP proxy serverů a metod pro nalezení nejbližšího RTP proxy serveru by došlo ke zbytečnému poklesu kvality přenosu médialních dat a velkému zpoždení. Tento dokument navrhuje 4 metody a jejich porovnání s podrobnějšími rozbory metod s využitím DNS resolvování a přímo SIP protokolu. Tento dokument také obsahuje měření chování IP anycastu v porovnání mezi metrikami směrování a metrikami časovými. Nakonec dokumentu je také uvedena implemetace na SIP Express Router platformě.This thesis is about using IP anycast-based methods for locating RTP proxy servers close to VoIP clients. The RTP proxy servers are hosts on the public Internet that relay RTP media between VoIP clients in a way that accomplishes traversal over Network Address Translators (NATs). Without geographically-dispersed RTP proxy servers and methods to find one in client's proximity, voice latency may be unbearably long and dramatically reduce perceived voice quality. This document proposes four methods their comparison with further design of DNS-based and SIP-based methods. It includes IP anycast measurements that provides an overview of IP anycast behaviour in terms of routing metrics and latency metrics. It also includes implementation on SIP Express Router platform.