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研究生： 林俐瑋
Li-wei Lin
論文名稱： 以SIP 為基礎的行動虛擬私人網路之效能分析
Performance Analyses of SIP-based Mobile VPN
指導教授： 陳志成
Jyh-Cheng Chen
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 電機資訊學院 - 通訊工程研究所
Communications Engineering
論文出版年： 2005
畢業學年度： 93
語文別： 英文
論文頁數： 46
中文關鍵詞： 行動虛擬私人網路 、換手
外文關鍵詞： Mobile VPN, handoff
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    • SIP-based mobile VPN 是本實驗室針對即時性應用所提出的一個移動虛擬私人網路的解決方法。目前，大部分的方法多是採用MIP與IPSec來達到移動與資料安全的目的。MIP tunnel與IPSec tunnel會增加封包長度約100bytes，但是即時性應用的封包通常比一般應用的封包小(約40bytes)，因此使用MIP與IPSec會使得即時性應用的封包大幅增大，以及需要更多的頻寬。此外當使用者移動至新的網路、取得新位址時，MIP與IPSec tunnel必須被重新建立，而造成換手延遲(handoff delay)增長。由於即時性應用對於可用頻寬與換手延遲較為敏感，因此，SIP-based mobile VPN捨棄一般方法所使用的MIP與IPSec，採用SIP註冊(registration)與重新邀請(re-invitation)來管理使用者的位置。並結合SRTP與cRTP，使整個封包都可以被保護。此外利用DIAMETER SIP Application來提供認證、授權、計費以及金鑰管理的工作。而金鑰交換的工作，則是由MIKEY負責。MIKEY與IPSec所使用的IKE相比，它只需要較少的訊息交換便可完成金鑰交換。

    SIP-based mobile VPN依據移動方式的不同，共有三種換手方式，分別是(1)從內部網路移動至外部網路、(2)從一個外部網路移至另一個外部網路、(3)從外部網路移回內部網路。在第(1)種換手方式，使用者與內部網路之間會建立一條經過虛擬私人網路閘道的通道，此閘道負責加密內部網路送往外部網路使用者的封包，以及將位於外部網路使用者的封包進行解密。在第(2)種換手方式，只有使用者與閘道之間的通道需要更新，使閘道知道使用者的最新位置。在第(3)種換手方式，當使用者回到內部網路，不需要透過通道，便可直接與內部網路溝通。

    本論文即針對SIP-based mobile VPN，提出有關信號成本(signaling cost)與換手延遲的數學分析。並且以NS2模擬SIP-based mobile VPN。

    This thesis presents the mathematical analyses and simulation of SIP-based mobile VPN.
    SIP-based mobile VPN is a mobile VPN solution, especially designed to provide real-time
    applications better performance and faster handoff. It uses several existing IETF protocols,
    SIP, RTP, SRTP, MIKEY and Diameter SIP Application but not MIP and IPSec, which most
    other mobile VPN solutions use. For example, IETF proposed a MIP- and IPSec-based mobile
    VPN solution, which uses 2 MIP tunnels and 1 IPSec tunnel to forward mobile node
    (MN)s packets. However, the IETF solution increases the packet length greatly especially
    for real-time applications and these 3 tunnels need to be re-established once MN enters a
    new foreign network. These two facts make more bandwidth consumption longer handoff
    delay and are harmful to real-time application, which are sensitive to bandwidth and handoff
    delay. To overcome these drawbacks, SIP-based mobile VPN utilize SIP registration and
    re-invitation to management MN location. Besides, the combination of SRTP and cRTP can
    protect MN packets. DIAMETER server takes charge of not only authentication, authorization
    and accounting but also key management. MIKEY distributes key material with a few
    message exchanges.
    This thesis presents the mathematical analyses of SIP-based mobile VPN to evaluate
    the signaling cost and handoff delay. Besides, NS2 simulation results of SIP-based mobile
    VPN are included in this thesis as well.

    Abstract : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : iv Acknowledgements : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : v List of Tables : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : viii List of Figures : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : ix 1. Introduction : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 1 1.1. Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2. Overview of IETF Mobile VPN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2. SIP-based Mobile VPN : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 5 2.1. Design of SIP-based Mobile VPN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1.1. Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.1.2. Message Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 3. Analytical Model : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 12 3.1. Handoff Signaling Cost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 3.1.1. Numerical Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.2. Handoff delay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 3.2.1. Numerical Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 4. Simulation of SIP-based Mobile VPN : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 27 4.1. Experiment 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 4.2. Experiment 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4.3. Experiment 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 5. Conclusion : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 34 Bibliography : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : 36

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