順利邁向成功IMS之道 Part 1

雖然可同時支援有線網路及無線網路的IMS架構問世多年，但國內電信業者在4G/VoLTE基礎建設前，並未大量採用，直到4G多媒體即時服務需求到來才開始引進以IMS為基底的VoLTE平台，此舉可大量降低建置成本及網路複雜度。
早期的電信VoIP是由軟交換機為主的NGN網路，演進至IMS後所要處理的session與services已與NGN大不相同，如Diameter信令、獨立的用戶資料庫以及將服務層從session控制層及傳輸層脫離。而電信業者所面對的最大議題即是在存取端如何界接及延用既有大量的TDM網路，而不立即浪費既有的投資。本文即針對如何順利邁向IMS網路相關議題作一探討。

Q1：NGN主要元件與IMS之對應為何？
A1：NGN網路元件與IMS有許多對應關係，功能大致相同，但IMS實踐上有增強及超越許多：

NGN Function	IMS Function
Media Server	Media Resource Function/Broker (MRF/MRB)
Media Gateway	IMS Media Gateway (IMS MGW)
Softswitch	Media Gateway Control Function (MGCF), Breakout Gateway Control Function (BGCF)
Signaling Transfer Point	Diameter Routing Agent (DRA), Interworking Function (IWF)
Signaling Gateway	Signaling Gateway (SGW)
Session Border Controller	Proxy Call Session Control Function (P-CSCF), Interconnection Border Control Function (IBCF)

Q2：既有網路升級至IMS主要處理議題為何？
A2：引進IMS可能遇上的問題依電信業者既有網路的不同而不同，但各電信業者仍想大大擁抱IMS，其中三個主要的處理議題如下：

1. TDM->VoIP呼叫控制轉換
2. 增強型多媒體服務能力
3. Diameter信令服務

Q3：如何實踐IMS TDM -> VoIP呼叫控制轉換？
A3：IMS定義了許多作智能呼叫控制的機能，包含處理以SIP為基底及以TDM為基底的呼叫控制。其中MGCF提供了SIP與TDM之間的相互轉換，如同在NGN網路的軟交換機角色一般。而Dialogic的Control Switch不僅作為NGN軟交換機使用外，還可無縫接軌演進至IMS網路的MGCF及BGCF的角色，它可以作單一用途使用亦可作多重角色使用，具體與IMS網路關連圖如下所示：

Q4：IMSMGCF/BGCF常見的呼叫流程有那些？
A4：

1. 用戶側智慧型手機送SIP Invite至網路側的P-CSCF
2. P-CSCF轉送Invite至適當的S-CSCF
3. S-CSCF送Invite至BGCF
4. MGCF傳送ISUP至PSTN，同時以H.248通知Media Gateway打開適當的路徑傳送此通呼叫媒體流

Q5：SBC在IMS網路所扮演的角色為何？
A5：SBC可扮演IMS P-CSCF的角色，Dialogic BorderNet 4000 SBC可支援高達同時32,000個SIP Session，使用它也非常容易作為SIP信令間差異的轉換，其設計也與之前所談的Control Switch緊密整合，可提供MGCF、BGCF及P-CSCF之間的互連互通。另外，BorderNet 4000亦可作為IBCF，進而保障網路安全性以及I-CSCF與外網路之間地址翻譯的服務工作，具體與IMS網路關連圖如下所示：

參考文獻:Finally, an Intelligent Migration Path to IMS, Dialogic, 2014

VoIP服務品質監控探討 Part2

上期文章已將行動數據服務品質做一初探，此期則針對即將到來的VoLTE及既有的VoIP服務上之品質監控做一說明。在大型VoIP的網路世界裏，所有的 信令及媒體都會經由SBC(會話邊縁控制器)傳遞甚至轉換，因此以SBC為基底監控VoIP服務品質算是最適當的網路元件。早期的SBC主要作為 Inter-connect或Access界接VoIP核心網路一個很重要的橋樑，下一代的SBC則除原本既有轉接功能外，更要能提供VoIP服務品質的 量測，再根據量測的結果進而後續動態路由的最佳選擇。本文即以新進新世代SBC業者Cataleya產品Orchid One作為探討對象，同時分享在信令及媒體層所應注意的品質指標內容。

Q1：VoIP會話及服務效能包含那些項目?
A1：從信令控制層面的資料分析可推算出許多VoIP的服務效能項目如[1]：

• 呼叫完成率(Attempts to Success Ratio, ASR)
  ASR(%)=(總應答數)/(總呼叫數-3xx回應數) X 100%
• 使用分鐘數 (Minutes of Usage, MOU)
• 網路效能比 (Network Effectiveness Ratio)
  等於(回應200、480、486、600、603的Invite數)/(總Invite數-3xx回應數) X 100%
• 平均呼叫時間(Average Length of Call)
• 服務可用度(Service Availability)
• 信令延遲(Signaling Delays)
  主要量測Invite至第一有效回應訊息(如180、183及200 OK)所花費的時間

Q2：VoIP網路中RTP的效能指標有那些項目?
A2：RTP承載著在VoIP中媒體的部份, 也是與用戶實際使用媒體最相關聯的部份，其各項效能指標[4]與客戶使用感受有密不可分的關係

#	KPIs	Remarks
1	Mos	Average MOS score for all VoIP calls on the network
2	Jitter	Average Jitter for all VoIP calls on the network
3	PacketDelay	Average Packet Delay for all VoIP calls on the network
4	PacketLoss	Average Packet Loss for all VoIP calls on the network
5	DataVolume	Total of all VoIP data traffic on the network
6	ReleaseCauseCode	Release Cause Code distribution for all VoIP calls
7	CDRTable	List of VoIP CDRs for a given period of time
8	FaxTable	List of Fax(T.38) Records for a given period of time
9	RasTable	List of RAS Records for a given period of time
10	CallVolumeLeaders	Top N VoIP Call volume leaders
11	CallDistribution	Total of all VoIP calls per given time period
12	NetworkVolume	Total of all data traffic on the network
13	Total Duration Time	Total aggregated Call Duration Time of VoIP Calls per given time period
14	Simultaneous Calls	The number of simultaneous calls on the network
15	Total Setup Time	Total aggregated Setup Time per given time period
16	TopApps	Top N VoIP protocols on the network

Q3：VoIP之QoS、QoE及SLA其關係為何?
A3：SLA是客戶與服務提供者之間所協議的服務品質等級規範，QoS則是網路相關量化的客觀量測值；而QoE則是客戶實際感受的服務品質，此三者的關係可以下圖說明[1]：

而SLA的具體施行則分為以下三個步驟：
(1) 利用QoS量測規則來對訊務進行分類
(2) 將預先定義的SLA腳本套用在分類的訊務上
(3) 定義一旦違反QoS時所要進行的自動化動作

Q4：新世代SBC經由SLA把關後可產生的動作有那些?
A4：當VoIP服務質量下降時，新世代SBC可有以下積極作為

(1) 根據較好或較差的ASR、ALOC、NER、封包遺失及語音品質量測來選擇一個最適當的對外路由

(2) 主動刪除在路由表上表現不佳的路由
(3) 根據所量測的語音品質進行動態訊務的重新平衡分配，

其處理流程示意圖如下所示：

Q5：VoIP/LTE的主動服務品質控制可有那些?
A5：VoIP服務品質主動控制的方式分為在控制層面及資料層面[3]
(1) 控制層面

• Resource Provisioning
• Admission Control
• Connection Management
• Traffic Engineering
• Resource Reservation

(2) 資料層面

• Buffer Management Scheduling
• Packet Classification
• Shaping
• Policing
• Loss Recovery / Error Concealment

參考文獻
[1] Quality of Service and Service Level Management, 2014
[2] VOIP PERFORMANCE MEASUREMENT USING QoS PARAMETERS, 2005
[3] Survey on QoS Management of VoIP, 2003
[4] QoS Requirements for VoLTE, 2012
 

4G LTE資安議題探討 Part 2

以4G LTE提供客戶高速上網及多媒體應用服務，目前已是各家電信業者的必爭之地，4G雖然帶給電信更大的營收及客戶更大的便利，但其背後網路的資安議題是值得了解與探討的。
Q1：4G LTE網路在IMS之弱點為何？
A1：IMS的多媒體會使得用戶行動終端的電源消耗及複雜度大增，而在IMS中所使用的AKA技術是有可能遭受中間人(Man in the Middle)攻擊的，缺少網路對談序號的同步資訊，一不小心頻寬就會被耗盡，同時也要留意第七層DDoS的攻擊，可能會造成服務中斷。
Q2：4G LTE網路在HeNB之弱點為何？
A2：用戶與HeNB及HeNB與核心網路皆有機會被駭客侵入破壞，同時用戶設備與HeNB之間驗證缺乏更嚴謹的雙認證機制，來確認不會有一方是非法份子；同時地，HeNB也會受到外部DDoS的攻擊而使其無法繼續服務。
Q3：4G LTE網路在MTC之弱點為何？
A3：MTC缺少安全的機制在MTC設備與ePDG(enhanced Packet Data Gateway)之間作為保護，同時較一般客戶終端設備比較起來，MTC設備對網路攻擊較無招架之力；另外大量的MTC設備重新認證(如同一地區停電後復電)，會有造成網路訊務突波之虞，形成另外一類的DDoS攻擊。
Q4：4G LTE MTC資安實踐時需注意事項？
A4：MTC資安實踐時需具備高效能，不影響本身工作為主，在新增加密的複雜度需與所產生的網路流量取得平衡，同時此資安措施要能多元化地適應各種行動化MTC元件。就算没有MTC伺服器的情況下，MTC終端與其它終端間點對點仍需有一定的保護措施，另外群組認證也是需要的，以提昇同時大量MTC元件認證效能。
Q5：4G LTE網路上還有那些其它資安議題？
A5：

• 更嚴謹的資安機制應設計出來，保障用戶設備與eNB與核心網路間之通訊安全，防制有心人士進行通訊協定或實體上的破壞。
• ​AKA認證機制仍需要再提升加強以避免用戶高敏感性資料外洩，同時對DDoS或其它的惡意攻擊行為，需預先備好因應之道。
• 需要更有效率及安全的Handover認證機制，以期達到HeNB間及HeNB與eNB間及3GPP與非3GPP網路間更有效能地運作，同時也較現有解決方案有更好的相容性。
• 認證Key的管理機制及Handover的認證程序應該要更加強，以避免許多在協定上的弱點被有心人士利用。
• 更快及有效地IMS認證機制，簡化IMS的認證流程，同時需防制其它網路上如DDoS的惡意攻擊。
• 因其計算能力有限，在用戶設備及HeNB之間需要更簡單及穩定地雙認證機制， 避免不同種類的協定攻擊。

Q6：從2G/3G網路至4G LTE資安需求變化為何？
A6：2G到3G核心網路架構並無太大變化，都是封閉電路交換網路為主，到了4G後變化則相對大很多，因為整個核心網路都使用了IP扁平化網路，所採用的信令協定皆是基於IP層所發展了，同時在4G網路可收容的服務更加多樣化，但也造成較2G/3G網路更大的網路突破點，相闗的變化比較表如下圖所示：

以下圖做一個總結說明在4G LTE網路上，說明可能暴露在外的進入點及可能造成的衝擊有那些：

參考文獻：
1. Security Investigation in 4G LTE Wireless Networks, Nanyang Technology University, 2012
2. Wireless security in LTE networks, Senza Fili Consulting, 2012

4G LTE資安議題探討 Part 1

以4G LTE提供客戶高速上網及多媒體應用服務，目前已是各家電信業者的必爭之地，4G雖然帶給電信更大的營收及客戶更大的便利，但其背後網路的資安議題是值得了解與探討的。

Q1：4G LTE的系統服務架構為何？
A1：4G LTE網路基礎架構如下圖所示：

(1) IP Connectivity：主要提供高可靠度高效能的核心IP網路
(2) Service Control：主要提供各類電信等級多媒體服務
(3) Radio Access：主要接取各式各樣的行動裝置
(4) Applications & Services：主要是在網際網路上各種應用服務(如OTT Services)

Q2：4G LTE的資安考量有那些層級？
A2：基本分為五大資安層級：
(1) 存取網路(I)：使用者終端設備存取無線LTE網路時之安全考量。
(2) 核心網路(II)：核心有線網路交換信令及使用者資料之安全考量。
(3) 用戶終端(III)：在連上LTE前，用戶終端之USIM與設備之間認證安全考量。
(4) 應用程式(IV)：在用戶終端之應用程式與伺服器端之間安全考量。
(5) 非3GPP相關(V)：使用非3GPP標準協定存取LTE之安全考量。
完整資安層級如下圖所示：

Q3：4G LTE在網路存取之安全考量為何？
A3：應考量以下五種不同面向的網路存取安全

• LTE cellular security
  此部份是用戶終端連上LTE無線網路所做的各式認證，以確保連上網路的用戶皆是合法授權的，其主要採用AKA(Authentication and Key Agreement)作為認證方法。
• LTE handover security
  此部份需考量網內、網外、或是與非3GPP做Handover之安全考量，主要仍以彼此之間Key交換與管理作為主要認證基礎。
• IMS security
  IMS為4G的多媒體服務平台，客戶將用在UICC(Universal  Integrated  Circuit  Card ) 的ISIM(IMS Subscriber Identity Module)作為與CSCF(Call Service Control Functions)認證的媒介，所有用戶需要通過LTE及IMS的認證程序才能順利使用IMS的多媒體服務。
• HeNB security
  此部份主要是談Femto Cell的安全考量，Femto Cell通常是放在用戶家中或辦公室裏以增加收訊的覆蓋度，其安全顧及層面包含有：
  > H(e)NB access security
  > Network domain security
  > H(e)NB service domain security
  > UE access control domain security
  > UE access security domain
• MTC security
  MTC(Machine type Communication)主要用在Machine to Machine之間的通訊，由機器與機器之間直接溝通而没有人員介入。MTC大致分為Client與Server的角色作溝通，其安全考量可分為以下三個部份：
  > MTC裝置與3GPP網路之間的通訊
  > 3GPP網路與MTC伺服器/用戶/應用程式之間的安全考量
  > MTC伺服器/用戶/裝置及應用程式之間的安全考量

Q4：4G LTE在系統架構面之弱點為何？
A4：因4G LTE的核心網路是一個扁平化的IP網路，所以一般IP網路可能有的攻擊皆可能發生在此核心網上，如Injection、Modification、 Eavesdropping attacks、IP address spoofing、DoS attacks、Viruses、Worms, Spam mails等，皆需要對應之電信級資安設備來因應新的弱點會發生在HeNB，是屬於用戶端設備，且與核心網路互連互通，駭客可能會假冒HeNB來與核心網 路連接，另外就是當用戶從某一HeNB/eNB跳至另一個HeNB/eNB時可能會讓駭客有機可乘。

Q5：4G LTE網路存取程序之弱點為何？
A5：AKA機制缺少對敏感性資料的保護，在特定情況下可能會造成ISMI的外洩；同時對DDoS的攻擊需要有因應措施；在跨網間的網路存取需特別注意是否會有不同大量訊務灌入，造成對外服務中斷。

Q6：4G LTE網路在Handover時之弱點為何？
A6：若駭客了解了eNB產生Key的演算法，則可以預測下個Key的鍵值並可冒名與其溝通，或讓整個Handover很不順暢，或讓客戶無法連上網路。

參考文獻：
1. Security Investigation in 4G LTE Wireless Networks, Nanyang Technology University, 2012
2. Wireless security in LTE networks, Senza Fili Consulting, 2012