GPRS Roaming in GSM-Netzen

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GPRS Roaming
                                                            in GSM-Netzen

                      Auf der Grundlage weltweiter          GSM-Netzen anderer Netzanbie-           nutzt. Hierzu werden die interna-
                      Roaming-Abkommen können               ter zu telefonieren und uneinge-        tionalen Telefonnetze sowie die be-
                      Kunden des GSM-(Global Sys-           schränkt erreichbar zu sein. Diese      stehenden Abkommen der Telefon-
                      tem for Mobile Communications-)       Möglichkeit wird als GSM-Roa-           netzbetreiber im Festnetzbereich in
                      Netzes heute in vielen Reiselän-      ming bezeichnet und bedeutet,           Anspruch genommen (Bild 1). Im
                      dern telefonieren und Kurznach-       dass sich ein GSM-Kunde in das          Roaming-Fall wird einem GSM-Kun-
                      richten empfangen oder versen-        GSM-Netz eines fremden Anbie-           den, der sich in ein fremdes GSM-
                      den. Neben dem Telefondienst          ters einbuchen und dort die glei-       Netz eingebucht hat (Roamer), für
Der Autor
                      gewinnt für viele Geschäftsrei-       chen Dienste wie in seinem Heimat-      die Dauer des Gesprächs jeweils
Dipl.-Ing. Stefanus   sende auch der mobile Zugang          netz nutzen kann, ohne mit dem          ein bestimmter Kanal zur Verfü-
Römer war bei der     zum Internet über GPRS (Gene-         fremden GSM-Anbieter eine Ver-          gung gestellt. Die Abrechnung un-
T-Data im Produkt-    ral Packet Radio Service) oder        tragsbeziehung eingehen zu müs-         ter den Telefonnetzbetreibern wird
management tätig
und dort insbe-
                      ihr eigenes Firmennetz zuneh-         sen. Die in Anspruch genommenen
sondere für die       mend an Bedeutung. Gerade im          Dienstleistungen (z. B. Telefonge-      1
                                                                                                         Interconnection: Dt. Zusammenschal-
Produktentwick-       geschäftlichen Umfeld ist das         spräche oder Kurznachrichten) wer-           tung. Im liberalisierten Telekommuni-
lung von LAN to       Roaming daher eine der wich-          den vom eigenen GSM-Anbieter in              kationsmarkt die gesetzlich geregelte
LAN GPRS Access                                                                                          physische und logische Verbindung
verantwortlich.
                      tigsten Anforderungen. Für den        der Regel mit speziellen Roaming-            der lizenzierten öffentlichen Telekom-
Seit April 2001       paketvermittelten Datendienst         Tarifen abgerechnet und erschei-             munikationsnetze verschiedener Netz-
ist er bei T-Mobile   GPRS können die vorhandenen           nen auf der gleichen Mobilfunk-              betreiber (Carrier).
im Produkt-           Roaming-Lösungen, die für lei-        rechnung wie Dienstleistungen im
management
beschäftigt und
                      tungsorientierte Dienste wie z. B.    Heimatnetz. Zwischen den verschie-
betreut dort das      Telefonie geschaffen wurden, je-      denen GSM-Anbietern wird die Ab-            Das Thema im Überblick
Produkt Mobile IP     doch nicht genutzt werden. Da-        rechnung der erbrachten Roaming-
VPN.                  her ist der Aufbau neuer Inter-       Leistungen in speziellen Abkom-             Das GPRS Roaming erfüllt we-
                      connections1 und Abrechnungs-         men vereinbart. Diese Abkommen              sentliche Kundenanforderungen,
                      modelle zwischen den GPRS-            regeln die technische und betrieb-          die auf Grund der zunehmenden
                      Netzbetreibern notwendig. Hier-       liche Netz-Zusammenschaltung, die           Mobilität von Personen und Gü-
                      zu gibt es verschiedene techni-       zu erbringenden Roaming-Leistun-            tern über nationale Grenzen hin-
                      sche Möglichkeiten. Wegen der         gen sowie die Verrechnungspreise.           weg sowie der Globalisierung
                      Vielzahl der GPRS-Netzbetreiber                                                   der Handelsbeziehungen ent-
                      sind direkte Punkt-zu-Punkt In-       Mit der Einführung des paketver-            standen. Es ist somit eine wich-
                      terconnections zwischen den           mittelten mobilen Datendienstes             tige Voraussetzung für den Er-
                      einzelnen Netzbetreibern nur im       GPRS mussten die vorhandenen                folg von GPRS. Die wichtigsten
                      begrenzten Umfang praktikabel.        Roaming-Abkommen entsprechend               Anwendungen sind Multimedia
                      Daher wurde mit GRX (GPRS             erweitert werden. Da die bisherigen         Messaging Service (MMS), In-
                      Roaming eXchange) eine flexible       GSM-Netze nur Roaming für ver-              ternet-Access und der gesicher-
                      und skalierbare Netzlösung stan-      bindungsorientierte Dienste ermög-          te mobile Zugang zu Unterneh-
                      dardisiert, die den Aufbau und        lichen, sind hierzu neue technische         mensnetzen,      beispielsweise
                      das Management der vielen Roa-        Interconnections und Abrechnungs-           über das Produkt Mobile IP VPN
                      ming-Beziehungen erleichtert und      verfahren erforderlich. Auf Grund           der T-Mobile. Voraussetzung für
                      damit die Verbreitung von GPRS        der zunehmenden Nutzung der                 die Schaffung einer globalen
                      Roaming beschleunigen wird.           GPRS-Dienste und -Lösungen wie              Roaming-Abdeckung ist die
                      GRX ist inzwischen die bevor-         MMS (Multimedia Messaging Ser-              Nutzung von GRX-Netzen für
                      zugte Form der Netz-Zusammen-         vice), Internet- oder Intranet-Access       den Datenaustausch zwischen
                      schaltung für den Aufbau von          ist ein schneller Ausbau der GPRS-          den einzelnen GPRS-Netzen.
                      GPRS-Roaming-Verbindungen.            Roaming-Verbindungen sehr wich-             Wegen der vielen verschiedenen
                                                            tig.                                        GPRS-Netze sind direkte Netz-
                      1   Ausgangslage                                                                  Zusammenschaltungen nur be-
                                                            2     Sprach-Roaming                        grenzt praktikabel. Das GPRS
                      Eine der wesentlichen Neuerun-                                                    Roaming eXchange (GRX) ist in-
                      gen, die mit der Einführung von       Die vorhandenen GSM-Roaming-                zwischen die bevorzugte Tech-
                      Mobilfunknetzen der zweiten Ge-       Abkommen umfassen nur verbin-               nik für die Bereitstellung von
                      neration (2G) auf der Grundlage der   dungsorientierte und leitungsver-           internationalen Roaming-Verbin-
                      GSM-Standards geschaffen wur-         mittelte Dienste und werden in ers-         dungen.
                      den, ist die Möglichkeit, auch in     ter Linie für Telefongespräche ge-

                                                            456                                               Unterrichtsblätter Jg. 56 8/2003
dann auf der Grundlage von Zeit
und Entfernung vorgenommen. Der
Mobilfunkkunde zahlt auf seiner
Mobilfunkrechnung für den Daten-                           Mobilfunk-
verkehr nach einem speziellen von                                                                                                        O2
                                                           betreiber
der Entfernung unabhängigen Roa-                                        Festnetz-                                            British
ming-Tarif.
                                                                        betreiber                                           Telecom
Die Mobilfunknetzbetreiber unter-
halten für den Roaming-Verkehr
lediglich eine Interconnection zu
einem Telefonfestnetzbetreiber, der
über die notwendigen internationa-                                      Deutsche                                             France
len Sprachverbindungen verfügt,                                         Telekom                                             Telecom
sowie eine Anschaltung an das in-
ternationale SS7-Netz2 für den Aus-                         T-Mobile                                                                    Orange

                                                                                                                                                               Unterrichtsblätter
tausch von Signalisierungsdaten.
Eine direkte Netz-Zusammenschal-
tung zwischen den einzelnen Mo-
bilfunkbetreibern untereinander ist
nicht notwendig und wäre auf Grund
der Vielzahl der GSM-Netzbetrei-
ber nicht praktikabel. Die Verbrei-
tung von GSM-Roaming auf der
Grundlage vorhandener Abkom-                Einzelfall vorkommen, dass be-               funktechnische Teil der GSM-Ar-                         Bild 1:
men sowie Netzlösungen für den              stimmte Angebote in einigen                  chitektur, der aus den Basissta-                        Internationale
                                                                                                                                                 Telefonverbin-
internationalen Sprachverkehr im            Ländern nicht verfügbar sind.                tionen (Base Transceiver Station =                      dungen als
Festnetzbereich konnte daher sehr                                                        BTS) und den Steuereinheiten (Base                      Grundlage für
schnell erfolgen.                       Das GPRS Roaming ist daher nicht                 Station Controller = BSC) besteht,                      Sprach-Roaming
                                        nur ein technisches Thema, son-                  bleibt erhalten. Der SGSN ist über
3 Anforderungen                         dern – noch mehr als Sprach-Roa-                 das so genannte Gb-Interface über
an GPRS Roaming                         ming – eine rechtliche Fragestel-                eine oder mehrere BSC mit dem
                                        lung und zudem ein Aspekt, der bei               funktechnischen Teil des GSM-Net-
Die Einführung von GPRS Roaming         der Anwendungs- und Diensteent-
erfordert nicht nur neue Roaming-       wicklung besondere Berücksichti-
                                                                                         2
Abkommen und Interconnections,          gung finden muss.                                     SS7-Netz: Abk. Signalling System
sondern bringt auch eine Reihe                                                                No. 7, auch als Common Channel Sig-
                                                                                              nalling System No. 7 (CCS7), dt. ZZK7
neuer Aspekte und Problemfelder         4   Grundlagen von GPRS                               (Zentraler Zeichengabekanal Nr. 7), be-
mit sich, die bisher bei Sprach-                                                              zeichnet. Von der ITU standardisierte
Roaming nicht bekannt waren:            Mit der Einführung von GPRS3 wur-                     Signalisierung für das 64-kbit/s-ISDN.
                                        de die bestehende GSM-Netzarchi-                      Zusammenfassend liegt die SS7-Spe-
                                                                                              zifikation in der Q.700-Reihe der ITU-
■   GPRS ist ein IP-(Internet Proto-    tektur um zwei neue logische Pa-                      T-Empfehlungen (Q.700 bis Q.775) vor.
    col-)basierter Datendienst und      ketvermittlungsknoten erweitert:                                                                         Bild 2:
                                                                                         3
                                                                                              Siehe hierzu den Beitrag „Mit GPRS                 Erweiterte
    kann für beliebige IP-Anwen-        den Serving GPRS Support Node                         ins Intranet – Das Produkt LAN to LAN              Netzarchitektur
    dungen genutzt werden. Die An-      (SGSN) sowie den Gateway GPRS                         GPRS Access“, Unterrichtsblätter Nr.               von GSM durch
    zahl der potenziellen IP-Anwen-     Support Node (GGSN) (Bild 2). Der                     3/2001, S. 168 ff.                                 GPRS
    dungen und Dienste, die über
    GPRS genutzt werden, ist so-
    mit nicht überschaubar. Hinzu
    kommt, dass täglich neue IP-
    Anwendungen entwickelt wer-
    den. Daher kann es keine Ga-                                                                                                                Public
    rantie dafür geben, dass alle IP-                                    A
                                                                                  MSC/                                                         Switched
    basierten Dienste im Roaming-                                                 VLR                             GMSC                        Telephone
    Fall uneingeschränkt genutzt                                                                                                               Network
    werden können.
■   Die rechtliche Grundlage für die
    Nutzung von IP-basierten Ver-              BTS         BSC               Gs                     HLR
    schlüsselungs- und Authentisie-
    rungs-Algorithmen ist von Land                                                       Gr                    Gc
    zu Land verschieden. Es kann                                                                                                                 Externes
                                                                                                                                                               Unterrichtsblätter

    daher im Einzelfall zu rechtli-                                               SGSN                              GGSN                            IP-
    chen Problemen kommen, wenn                                         Gb                          Gn                            Gi               Netz
    eine technische Anwendung mit
    speziellen Verschlüsselungsal-                  Optionales Interface
    gorithmen über Ländergrenzen
    hinweg genutzt werden soll.             A, Gx    Schnittstellenbezeichnungen             GPRS        General Packet Radio Service
■   Der Urheberschutz, insbeson-            BSC      Base Station Controller                 IP          Internet Protocol
    dere die Vermarktungsrechte für         BTS      Base Transceiver Station                MSC         Mobile Switching Center
                                            HLR      Home Location Register                  SGSN        Serving GPRS Support Node
    spezielle Content-Angebote kön-         GGSN     Gateway GPRS Support Node               VLR         Visitor Location Register
    nen gegebenenfalls regional be-         GMSC     Gateway Mobile Switching Center
    grenzt sein. Daher könnte es im

Unterrichtsblätter Jg. 56 8/2003                                               457
Mobile Switching Center (MSC),          Die GPRS-Einbuchung setzt das
Verwendete Abkürzungen                                  sowie eine IP-Anbindung für die         Netz darüber in Kenntnis, dass die
                                                        Kommunikation mit den anderen           MS im Netz vorhanden ist. Die MS
2G/3G     Zweite/Dritte Generation                      GPRS Support Nodes. Die Auf-            bucht sich dazu beim SGSN ein.
AAA       Authentication, Authorization and             gaben dieses Knotens entsprechen        Bei der GPRS-Einbuchung gibt die
          Accounting                                    größtenteils den Aufgaben der MSC,      MS ihre Identität bekannt (IMSI
APN       Access Point Name                             wie z. B. Authentifizieren der Mobil-   oder Packet TMSI8) und gibt an, ob
ATM       Asynchronous Transfer Mode                    stationen und Durchführen des           die Einbuchung für Paketvermitt-
BG        Border Gateway                                Mobility Managements. Er besitzt        lung (PS Attach) oder die kombi-
BGP-4     Border Gateway Protocol 4                     eine Datenbasis, in der die GPRS-       nierte Einbuchung für Paketver-
BSC       Base Station Controller                       Subscription- und Mobility-Ma-          mittlung und Leitungsvermittlung/
BSS       Base Station Subsystem                        nagement-Informationen über die         IMSI (PS und CS/IMSI Attach) an-
BTS       Base Transceiver Station                      eingebuchten Mobilstationen tem-        gefordert wird.
CS        Connection Switching                          porär gespeichert werden.
CCS       Common Channel Signalling System                                                      Zum Senden und Empfangen von
CUG       Closed User Group                             Eine weitere Aufgabe dieses Kno-        GPRS-Daten führt die MS nach der
DHCP      Dynamic Host Configuration Protocol           tens besteht in der Verschlüsse-        GPRS-Einbuchung eine PDP-Kon-
DNS       Domain Name System/Server                     lung der übertragenen Daten und         textaktivierung aus. Die PDP-Kon-
GGSN      Gateway GPRS Support Node                     der Erfassung von Abrechnungs-
GMSC      Gateway Mobile Switching Center               daten. Der GGSN bildet die interne
GPRS      General Packet Radio Service                  GSM-Adresse (International Mobile
GRX       GPRS Roaming eXchange                         Subscriber Identity = IMSI4) auf ei-
                                                                                                4
                                                                                                    IMSI: Abk. International Mobile Sub-
GSM       Global System for Mobile                                                                  scriber Identity, dt. Internationale Mo-
                                                        ne IP-Adresse ab. Diese IP-Adres-           bilfunk-Teilnehmerkennung. Im Mobil-
          Communications                                se kann fest oder temporär einer            funksystem GSM ist dies die inter-
GTP       GPRS Tunnelling Protocol                      IMSI zugeordnet werden, und zwar            nationale, höchstens fünfzehnstellige
HGGSN Home GGSN                                         entweder durch den internen RA-             Kennung des Teilnehmers, die auf der
HLR       Home Location Register                                                                    Chipkarte (Subscriber Identity Module
                                                        DIUS5 im GGSN selber oder durch             = SIM) des Mobilfunkgeräts gespei-
HPLMN     Home Public Land Mobile Network               einen externen RADIUS- bzw.                 chert ist und dem Teilnehmer nicht be-
IETF      Internet Engineering Task Force               DHCP-(Dynamic Host Configura-               kannt ist. Der Zusammenhang zwi-
IMSI      International Mobile Subscriber Identity      tion Protocol-)Server. Meldet sich          schen der Kennung IMSI und der
IPv4/IPv6 Internet Protocol Version 4/6                                                             GSM-Rufnummer (Mobile Station
                                                        eine Mobilstation für den GPRS-             ISDN Number = MSISDN) ist nur dem
IPSec     Internet Protocol Security                    Dienst an, wird eine temporäre oder         Netz (Home Location Register = HLR)
IR        Referenzdokument                              eine fest der IMSI zugeordnete IP-          bekannt. Hat der Teilnehmer mehrere
ISP       Internet Service Provider                     Adresse aktiviert. Nach der Aktivie-        GSM-Dienste (z. B. Telefon-, Telefax-
ITU       International Telecommunication Union                                                     und Datendienst) über eine Chipkarte
                                                        rung können ankommende Pakete               abonniert, so erhält er für jeden Dienst
LAN       Local Area Network                            der Mobilstation über SGSN, BSC             eine eigene MSISDN.
MCC       Mobile Country Code                           und BTS zugestellt und empfangen        5
MMS       Multimedia Messaging Service                                                              RADIUS: Abk. Remote Authentication
                                                        werden.                                     Dial-in User Service. Für Remote-Ac-
MNC       Mobile Network Code                                                                       cess-Anwendungen entwickeltes Si-
MS        Mobile Station                                Von besonderer Bedeutung für die            cherheitsprotokoll (RFC 2138, 2139),
MSC       Mobile Switching Center                       Funktionsweise eines GPRS-Net-              um unerlaubte externe Zugriffe auf
MSISDN Mobile Station ISDN Number                                                                   Daten und Systeme zu verhindern.
                                                        zes ist der Domain Name Service             RADIUS funktioniert nach dem Client-
NAS       Network Access Server                         (DNS). Die Aufgabe eines DNS ist            Server-Konzept und legt die Koopera-
PDP       Packet Data Protocol                          es, einen Domain Name in eine IP-           tion zwischen einem AAA-Server (Au-
PLMN      Public Land Mobile Network                    Adresse zu übersetzen. Zur Adres-           thentication, Authorization and Ac-
PS        Packet Switching                                                                          counting Server) und einem Network
                                                        sierung externer IP-Netze (z. B. In-        Access Server (NAS) fest. In diesem
PVC       Permanent Virtual Circuit                     ternet oder Unternehmensnetze)              Konzept kann der AAA-Server als
QoS       Quality of Service                            wird innerhalb des GPRS-Netzes              RADIUS-Server angesehen werden, in
RADIUS Remote Authentication Dial-in User               jeweils ein Access Point Name (APN)         dem sämtliche Informationen über Re-
          Service                                                                                   mote-Benutzer zur Verfügung stehen.
                                                        verwendet.                                  Der RADIUS-Client stellt ein Funktions-
RFC       Request for Comments                                                                      modul dar, das auf dem NAS installiert
SGSN      Serving GPRS Support Node                     Der APN ist – vereinfacht ausge-            wird.
SIM       Subscriber Identity Module                    drückt – ein Domain-Name des ex-        6
                                                                                                    Request for Comments: Sammlung
SS7       Signalling System No. 7                       ternen Netzes nach RFC 1035 (Re-            von Empfehlungen, Artikeln und Stan-
TMSI      Temporary Mobile Subscriber Identity                                                      dards (RFC-Standards), in denen netz-
                                                        quest For Comments6). Er hat eine           relevante Konventionen und allgemei-
UMTS      Universal Mobile Telecommunications           Länge von bis zu 63 alphanumeri-            ne Informationen zum Internet festge-
          System                                        schen Zeichen und wird nur inner-           halten sind. Als RFC sind auch die An-
VGGSN     Visited GGSN                                  halb des GPRS-Backbone benutzt.             regungen und Verbesserungsvorschlä-
VLR       Visitor Location Register                                                                 ge bezeichnet, die die Teilnehmer des
                                                        Er dient dem SGSN zur Auswahl               Internets beim so genannten RFC-Edi-
VPLMN     Visited Public Land Mobile Network            des richtigen GGSN und dem GGSN             tor einreichen.
VPN       Virtual Private Network                       zur Auswahl des richtigen externen      7
                                                                                                    PDP: Abk. Packet Data Protocol. All-
VSGSN     Visited SGSN                                  Zielnetzes. Der APN wird durch ei-          gemeiner Begriff für ein Protokoll, das
                                                        ne Anfrage des SGSN am Domain               Daten in diskreten Einheiten bzw. Pa-
                                                        Name Server (DNS) in die IP-Adres-          keten überträgt. Beispiele sind IPv4
                                                                                                    oder X.25. Das GPRS von T-Mobile
                                                        se des GGSN umgewandelt.                    unterstützt derzeit den PDP-Typ IPv4.
                 zes verbunden. Er besitzt eine SS7-                                            8
                                                                                                    TMSI: Abk. Temporary Mobile Subscri-
                 Anbindung für die Kommunikation        Vor dem Senden von IP-Paketen               ber Identity, dt. Temporäre Teilnehmer-
                 mit der zentralen Teilnehmerdaten-     muss die Mobilstation (MS) eine             kennung. Im GSM die von der Be-
                 bank des GSM-Netzes, dem Home          GPRS-Einbuchung (GPRS Attach)               sucherdatei (Visitor Location Register
                                                                                                    = VLR) für die einzelne Mobilfunkver-
                 Location Register (HLR), und mit der   und eine PDP7-Kontextaktivierung            bindung vergebene Kennung mit Funk-
                 mobilen Vermittlungsstelle für die     (PDP Context Activation) durchfüh-          tionen im Rahmen der GSM-Sicher-
                 leitungsvermittelten Dienste, dem      ren.                                        heitsmechanismen.

                                                        458                                              Unterrichtsblätter Jg. 56 8/2003
textaktivierung macht die MS dem
betreffenden GGSN bekannt, wo-
raufhin Datenübertragungen über
den GGSN in externe Netze mög-                                                                                        GPRS „Root“ DNS
lich sind. Im Rahmen der Kontext-                                                             2
aktiverung adressiert die MS das                                    VPLMN DNS                                    3
externe Zielnetz unter Angabe des
APN. Sofern die MS keinen APN                                                                                    4
angibt, wird die Verbindung mit Hil-                                                                                                          HPLMN DNS
fe eines „Default-APN“ aufgebaut,
der im SGSN fest hinterlegt ist. In                                                                       Inter GPRS
                                                                          1       5
der Regel verbirgt sich hinter die-                                                                       Backbone
sem „Default-APN“ das Internet.                                                                           Private IP
                                                                                                  BG                            BG

                                                                                                                                                            Unterrichtsblätter
Der GGSN wendet bei jeder Anfor-
derung einer PDP-Kontextaktivie-                                                  VSGSN
rung eine Zugangskontrollfunktion                                 BSS
(Admission Control) an. Diese Funk-                               1
tion zieht die weitere Bearbeitung
                                           BG      Border Gateway                              HPLMN     Home Public Land Mobile Network
der Anforderung, die Verhandlung           BSS     Base Station Subsystem                      VPLMN     Visited Public Land Mobile Network
der QoS (Quality of Service) mit der       DNS     Domain Name System/Server                   VSGSN     Visited Serving GPRS Support Node
MS oder deren Zurückweisung,               GPRS    General Packet Radio Service
nach sich. Das System prüft auch,
ob der beauftragte Dienst (Sub-
scription) die Berechtigung für den
Zugriff auf ein bestimmtes externes     Derzeit wird allgemein der Home Ac-               (Bild 3). Sofern dieser DNS die ent-                  Bild 3:
Netz eines ISP (Internet Service        cess bevorzugt. Nachfolgend wird                  sprechende IP-Adresse nicht direkt                    APN-Namens-
                                                                                                                                                umwandlung bei
Provider) oder eines Unternehmens       daher lediglich der Ablauf für den                auflösen kann, kontaktiert dieser                     Home Access
einschließt.                            Home Access beschrieben. Der Lo-                  entweder zunächst einen Root-DNS
                                        cal Access ist wesentlich einfacher               (2) und anschließend den DNS des
5 Funktionsweise                        und lässt sich als Untermenge von                 jeweiligen Heimatnetzes (3) oder
von GPRS Roaming                        Home Access betrachten.                           direkt den DNS des Heimatnetzes
                                                                                          (4).
Die GSM Association unterschei-         Sobald sich die MS mit einem GPRS
det in ihrem Referenzdokument           Attach zum ersten Mal im besuch-                  Die Grundlage für dieses Verfahren
IR.33 zwei grundlegende GPRS-           ten GPRS-Netz anmeldet und sich                   bilden vereinbarte Regeln für die
Roaming-Szenarien:                      damit am VSGSN (Visited SGSN)                     Bildung eines internen APN, der im
                                        registriert, kontaktiert der VSGSN                Rahmen einer DNS-Anfrage (DNS
■   den „Home Access“, wobei der        über das internationale SS7-Netz                  Query) vom SGSN an den DNS über-
    PDP Context der Mobilstation        das HLR im Heimatnetz, um die                     geben wird. Diese Regeln werden
    zum GGSN des Heimatnetzes           Berechtigung für GPRS Roaming                     im Dokument GSM 03.60 Annex A
    aufgebaut wird, und                 zu prüfen. Das HLR im Heimatnetz                  beschrieben. Der interne APN ent-
■   den „Local Access“, wobei der       legt darüber hinaus für jeden ein-                hält folgende Bestandteile:
    PDP Context der Mobilstation        zelnen Teilnehmer fest, ob Home
    zum GGSN des besuchten Net-         Access oder Local Access genutzt                  ■       den externen APN, der über die
    zes aufgebaut wird.                 werden soll. Falls für die MS eine                        Kontextaktivierung von der MS
                                        Roaming-Berechtigung vorhanden                            angegeben wird und das exter-
Der Vorteil des Home Access be-         ist, wird die MS über eine Confirm-                       ne Zielnetz bezeichnet9, sowie
steht darin, dass die jeweiligen        Message entsprechend hierüber                     ■       den Mobile Network Code (MNC),
Dienste, wie z. B. MMS, Intranet        informiert. Danach kann der Benut-                        den Mobile Country Code (MCC)
Access, Portale, ohne spezielle Kon-    zer in gewohnter Weise eine GPRS-                         und die Endung „gprs“, die vom
figurationsänderungen auch beim         Verbindung aufbauen. Hierzu muss                          SGSN ergänzt werden10.
Roaming unverändert zur Verfü-          die MS wie oben beschrieben eine
gung stehen. Ein Nachteil ist, dass     PDP-Kontextaktivierung durchfüh-                  Die Bestandteile externer APN,
beim Home Access der Teilnehmer-        ren und kann dabei den APN eines                  MNC, MCC und Endung werden
verkehr in speziellen Fällen zwischen   Zielnetzes angeben.                               jeweils durch Punkte voneinander
verschiedenen Ländern mehrfach                                                            getrennt:
hin- und hertransportiert wird. Wenn    Beim Home Access bezeichnet der
ein Kunde von T-Mobile Deutsch-         APN ein Zielnetz, das über den                     := .
land beispielsweise über das GPRS-      GGSN des Heimatnetzes, den Home                   ..gprs
Netz eines französischen Betreibers     GGSN (HGGSN), zu erreichen ist,
auf eine Internet-Seite in Frank-       und beim Local Access ist der APN                 – Für das GPRS-Netz der T-Mo-
reich zugreift, so wird der Verkehr     auf dem GGSN des besuchten Net-                     bile wurde für den MNC der
zunächst über die GPRS-Roaming-         zes, dem Visited GGSN (VGGSN),                      Wert 01 und für den MCC der
Verbindung von Frankreich nach          eingerichtet. Um den PDP Context                    Wert 262 festgelegt.
Deutschland und anschließend von        bzw. den GTP-Tunnel (GTP = GPRS
Deutschland nach Frankreich über        Tunneling Protocol) bis zum ent-
das Internet übertragen. Im Falle       sprechenden GGSN aktivieren zu                    9
                                                                                                  Der externe APN wird im Referenz-
des Local Access würde der Inter-       können, muss der APN in eine IP-                          dokument IR.33 „network id“ genannt.
net-Zugang direkt vom jeweiligen        Adresse übersetzt werden. Hierzu                  10
                                                                                                  Die Endung „mnc.mcc.gprs“ wird im
französischen Betreiber zur Verfü-      fragt der VSGSN einen DNS des                             Referenzdokument IR.33 „operator id“
gung gestellt werden.                   besuchten GPRS-Netzes (1) ab                              genannt.

Unterrichtsblätter Jg. 56 8/2003                                              459
Auf Grund der Vielzahl der ver-
                                                                                                                                  schiedenen GPRS-Netze sind di-
                                                                                                                                  rekte Netz-Zusammenschaltungen
                       Operator A                                                                                                 nur begrenzt praktikabel. Die An-
                                                                                        Operator D
                              DNS                                                                                                 zahl der notwendigen direkten In-
                                                                                               DNS                                terconnections steigt quadratisch
                                                     GPRS Roaming Network                                                         mit der Anzahl der Roaming-Part-
               Operator B                                                                       Operator G                        ner. Daher wurde diese Kategorie
                      DNS                  GRX                              GRX                        DNS                        von den meisten Mobilfunkbetrei-
                                                                                                                                  bern nur zu Beginn eingesetzt, um
                                                                                                                                  frühzeitig GPRS Roaming anbieten
                                      DNS                    DNS                  DNS                                             zu können. Mittlerweile setzen je-
              Operator C
                                                                                                                                  doch fast alle GPRS-Netzbetreiber
                     DNS                                                                                                          geroutete Verbindungen über GRX-
                                                             GRX
                                                                                                                                  Netze ein.

                                                                                                             Unterrichtsblätter
                                                                                                                                  Das GRX steht für „GPRS Roaming
                                                                                                                                  Exchange“ und basiert auf der Emp-
                                               Operator E            Operator F                                                   fehlung IR.34 der GSM Associa-
                                                      DNS                   DNS                                                   tion. Im Gegensatz zur Kategorie
                                                                                                                                  der direkten Netz-Zusammenschal-
    DNS         Domain Name System/Server              GRX     GPRS Roaming eXchange                                              tung bietet GRX folgende Vorteile:
    GPRS        General Packet Radio Service
                                                                                                                                  Skalierbarkeit
                                                                                                                                  Neue Roaming-Verbindungen kön-
Bild 4:                   – Die APN-Namensauflösung ist in                interne IP-Netz eines GSM-Betrei-                       nen schneller und günstiger einge-
GRX-Netz-                   GSM TS 03.03/23.030 beschrie-                 bers, in dem SGSN, DNS und GGSN                         richtet und zudem einfacher betrie-
architektur
                            ben.                                          zusammengeschaltet sind, wird im                        ben werden.
                                                                          Gegensatz hierzu „GPRS Intra-
                          Die APN-Bildungsregeln sind die                 PLMN backbone“ genannt. Die                             Erreichbarkeit neuer
                          Grundlage für das Domain Name                   GSM-Netze werden in dieser No-                          Roaming-Partner
                          System, denn nur anhand verein-                 menklatur allgemein als PLMN (Pub-                      Alle bereits an GRX angeschalteten
                          barter Merkmale wie MNC und                     lic Land Mobile Network) bezeich-                       GPRS-Netze sind als Roaming-Net-
                          MCC kann der DNS im besuchten                   net.                                                    ze ohne spezielle Interconnection
                          Netz den zuständigen DNS im Hei-                                                                        erreichbar.
                          matnetz ausfindig machen. Hierzu                Inter-PLMN-Verbindungen sind er-
                          muss im DNS entweder ein Root-                  forderlich, um DNS-Abfragen zwi-                        Sicherheit
                          DNS unter der reservierten Top-                 schen den GPRS-Netzen zu ermög-                         Die Sicherheit ist mit Hilfe der
                          Level Domain „.gprs“ eingetragen                lichen sowie GTP-Tunnels zwischen                       durchgängigen Trennung vom öf-
                          werden oder für jedes Roaming-                  VSGSN und HGGSN im Rahmen                               fentlichen Internet gegeben.
                          Netz wird abhängig von der Kom-                 einer PDP-Kontextaktivierung auf-
                          bination aus MNC und MCC jeweils                bauen zu können. Die Verbindun-                         Quality of Service (QoS)
                          die IP-Adresse eines Heimat-DNS                 gen werden über die Gp-Schnitt-                         Im Gegensatz zu Verbindungen über
                          hinterlegt.                                     stelle zwischen VSGSN und HGGSN                         das öffentliche Internet kann ein
                                                                          geschaltet.                                             GRX-Provider definierte Qualitäts-
                          Die Einrichtung eines speziellen                                                                        klassen für die Datenübertragung
                          Root-DNS für GPRS Roaming wird                  Zur Einrichtung einer Inter-PLMN-                       liefern.
                          zwar von IR.33 empfohlen, ist je-               Verbindung zwischen Heimatnetz
                          doch bisher noch nicht in Betrieb.              und besuchtem GPRS-Netz gibt es                         7     Grundlagen GRX
                          Derzeit müssen daher für jeden                  zwei Möglichkeiten:
                          Roaming-Partner spezielle Eintra-                                                                       Eine GRX-Transportplattform (Bild 4)
                          gungen im DNS vorgenommen und                   ■   direkte Netz-Zusammenschal-                         besteht aus einem Router-Back-
                          aufwendig gepflegt werden, damit                    tung über festgeschaltete Ende-                     bone, einem Domain Name Service
                          DNS-Anfragen vom DNS des be-                        zu-Ende-Übertragungswege                            für die APN-Umwandlung, Netz-
                          suchten GPRS-Netzes direkt an den                   (Layer 1 oder Layer 2) zwischen                     übergänge zu anderen GRX-Platt-
                          DNS des jeweiligen Roaming-Part-                    den PLMN,                                           formen sowie einem Zugangsnetz
                          ners weitergeleitet werden kön-                 ■   indirekte Netz-Zusammenschal-                       zur Anschaltung der GPRS-Netze.
                          nen11.                                              tung mit gerouteten Verbindun-                      Die Roaming-Verbindungen wer-
                                                                              gen über ein gemeinsames IP-
                          6 GPRS Roaming durch                                Transportnetz (Layer 3).
                          Interconnection                                                                                         11
                                                                                                                                       Siehe hierzu das Referenzdokument
                                                                          Beispiele einer direkten Netz-Zu-                            IREG.21.
                          Um die beschriebene Roaming-                    sammenschaltung sind Mietleitun-                        12
                                                                                                                                       IPSec: Abk. Internet Protocol Security.
                          Funktionalität zu erbringen, ist eine           gen oder virtuelle Verbindungen                              In der Internet Engineering Task Force
                          Zusammenschaltung von Heimat-                   (PVC = Permanent Virtual Circuit)                            (IETF) eine Arbeitsgruppe, die sich mit
                                                                                                                                       Erweiterungen des Internet Protocol
                          netz und dem besuchten Netz auf                 über ein Frame Relay oder ATM-                               (IP) befasst, mit denen die Integrität,
                          der Grundlage von IP notwendig.                 (Asynchronous Transfer Mode-)Netz                            Authentizität und Vertraulichkeit der
                          Das Referenzdokument IR.34 der                  eines öffentlichen Providers. Zu die-                        IP-Kommunikation gesichert werden.
                          GSM Association bezeichnet diese                ser Kategorie zählen beispielswei-                           Die IPSec-Erweiterungen sind im Stan-
                                                                                                                                       dard für die Version 6 (IPv6) vorge-
                          als „GPRS inter-PLMN connec-                    se auch IPSec12-Verbindungen zwi-                            schrieben und müssen in allen IPv6-
                          tions“, welche über ein „Inter-PLMN             schen den PLMN über das Inter-                               konformen Implementierungen vor-
                          backbone“ geschaltet werden. Das                net.                                                         handen sein.

                                                                          460                                                               Unterrichtsblätter Jg. 56 8/2003
den über gesicherte VPN-(Virtual          GPRS-Netz und Firmennetz wird           vaten APN vorliegt. Anhand dieser
Private Network-)Tunnels geführt.         dabei über Frame Relay oder ATM         Endung erkennt der DNS, dass es
                                          im Festnetz der Deutschen Telekom       sich um einen APN im eigenen Netz
Auf Grund der Netzübergänge zwi-          hergestellt und ist somit vollständig   handelt, und kann daher die IP-
schen den verschiedenen GRX-An-           vom Internet getrennt. Anstelle von     Adresse des zugehörigen GGSN
bietern genügt für den einzelnen          Verschlüsselung und Tunnelling          direkt ermitteln. Zu dieser IP-Adres-
GPRS-Betreiber eine einzige GRX-          über das Internet kommen Layer-2-       se kann der SGSN einen GTP-Tun-
Anschaltung zu einem Anbieter sei-        Verbindungen (Frame Relay, ATM)         nel zum GGSN aufbauen. Der GTP-
ner Wahl. Aktuell sind GRX-Ange-          zum Einsatz, um die notwendige          Tunnel ist über die Konfiguration im
bote mittlerweile bei fast allen inter-   Transportsicherheit zu gewährleis-      GGSN fest mit einem PVC zum
national tätigen Datennetzanbie-          ten. Das Mobile IP VPN ist derzeit      Firmennetz verknüpft. Über diese
tern erhältlich. Als Zugangstechnik       in Kombination mit den folgenden        Verbindung kann die Mobilstation
für die Anschaltung der GPRS-Net-         Festnetzprodukten erhältlich:           mit dem eigenen Firmennetz Daten
ze an eine GRX-Plattform kommen                                                   austauschen.
folgende Varianten in Frage:              ■   IntraSelect Frame Relay (alter
                                              Name: LAN to LAN Dial In13)         Wird der gleiche APN beim Roa-
■   Layer-1-Anschaltungen                 ■   IntraSelect classic                 ming beispielsweise aus dem
    (z. B. Mietleitung)                   ■   T-ATM Dial In                       GPRS-Netz von Orange France an-
■   Layer-2-Anschaltungen                                                         gesprochen, fügt der VSGSN von
    (z. B. Frame Relay, ATM)              Für jedes Kundennetz richtet T-Mo-      Orange ebenfalls die Endung
■   Layer-3-Anschaltungen                 bile auf der GPRS-Plattform im DNS      „.mnc01. mcc262.gprs“ hinzu, falls
    (z. B. IPSec über Internet)           sowie im GGSN jeweils einen kun-        es sich hierbei um eine T-D1 Karte
                                          denbezogenen privaten APN ein.          mit einer gültigen APN-Subskrip-
Der Anschluss wird vom einen Rou-         Der private APN wird über die Kon-      tion handelt und das entsprechen-
ter, dem Border-Gateway, des GRX-         figuration im GGSN direkt mit ei-       de Teilnehmerprofil im HLR von
Providers am Zugangspunkt des             nem bestimmten Frame Relay PVC          T-Mobile den Home Access vor-
GPRS-Betreibers abgeschlossen.            (Layer 2) zum Kundennetz ver-           sieht. Unter dieser Endung findet
Dieses Border-Gateway bedient in          knüpft. Aus Sicherheitsgründen wird     der DNS von Orange die IP-Adres-
der Regel über eine Firewall des          für jeden privaten APN im HLR der       se des DNS von T-Mobile und führt
GPRS-Operators die Gp-Schitt-             T-Mobile anhand der SIM-(Subscri-       eine entsprechende DNS-Abfra-
stelle des SGSN oder des GGSN.            ber Identity Module-)Karten eine        ge durch. Der DNS von T-Mobile lie-
Die Firewall soll nach der Empfeh-        Closed User Group (CUG) einge-          fert daraufhin die IP-Adresse des
lung des Referenzdokuments IR.34          richtet. Somit können nur bestimm-      HGGSN im T-Mobile Netz. Mit die-
nur den Austausch von Routing-In-         te T-D1 Karten den privaten APN         ser Adresse baut der VSGSN einen
formationen (z. B. mit BGP-4), DNS-       adressieren, sofern sie im HLR für      GTP-Tunnel zum HGGSN auf. Der
Verkehr (z. B. Queries, Updates) so-      den betreffenden APN freigeschal-       HGGSN im GPRS-Netz der T-Mo-
wie GTP-Tunnels erlauben.                 tet sind.                               bile stellt daraufhin die Verbindung
                                                                                  über einen Frame Relay PVC zum
Jeglicher Verkehr zwischen dem            Das Mobile IP VPN umfasst folgen-       Firmennetz her.
VSGSN und dem Heimat-PLMN                 de Bestandteile:
(Routing-, DNS-, GTP-Verkehr) und                                                 9     Ausblick
in umgekehrter Richtung zwischen          ■   Einrichtung einer privaten Netz-
dem HGGSN und dem besuchten                   kennung (APN)                       Die vorgestellten Konzepte für GPRS
GPRS-Netz wird am Edge-Router             ■   Einrichtung und Administration      Roaming bilden eine wesentliche
in einen äußeren VPN-Tunnel ge-               der geschlossenen GPRS-Be-          Grundlage für ein zukünftiges Roa-
packt und über das GRX-Back-                  nutzergruppe                        ming zwischen UMTS-(Universal
bone zum Zielpunkt (z. B. DNS oder        ■   Bereitstellung der Port-Kapazi-     Mobile Telecommunications Sys-
HGGSN) geschickt.                             tät am GPRS-Netzknoten, kun-        tem-)Netzen. Zudem wird ein Roa-
                                              denindividuelle Beschaltung des     ming zwischen 2G (GPRS) und 3G
Der Einsatz des Routing-Protokolls            GGSN                                (UMTS) benötigt, um auch den
BGP-4 wird vom Referenzdoku-              ■   GPRS-Netzleistung für den Ver-      UMTS-Kunden über den „Fallback“
ment IR.34 ausdrücklich empfoh-               kehr über die Netzkennung           auf 2G-Netze die gewohnte Flä-
len, um den betrieblichen Pflege-                                                 chenversorgung zu gewährleisten
aufwand bei lokalen Änderungen            Über GPRS Roaming kann Mobile           und über 2G-Netze auch kurzfristig
von IP-Adressen zu minimieren und         IP VPN auch im Ausland für den si-      ein breites Roaming-Angebot im
somit das globale Roaming-Sys-            cheren Zugang zum Firmennetz            Ausland zu ermöglichen.         (Ge)
tem skalierbar zu halten. Jeder           genutzt werden. Das nachfolgende
GPRS-Operator soll demnach in             Beispiel veranschaulicht die be-
seinem internen IP-Backbone aus-          schriebenen Roaming-Mechanis-           Literaturhinweise
schließlich registrierte IP-Adressen      men eines Mobile IP VPN des Kun-        PRD IR.33, GSM Association, Version
einsetzen und dem GRX-Netz den            den „Firma“.                            3.1.0, 27.04.2000.
von ihm genutzten Adressbereich                                                   PRD IR.34, GSM Association, Version
über BGP-4 bekanntgeben.                  Beispiel                                3.0.0, 28.04.2000.
                                          Der private APN „firma.tda.t-d1.        Martin Witt (Hrsg.): „GPRS – Start in die
8 GPRS Roaming                            de“ im GPRS-Netz der T-Mobile,          mobile Zukunft“, MITP-Verlag, Bonn,
bei Mobile IP VPN                         den ein mobiles Endgerät mit T-D1       2000.
                                          Karte im Rahmen der Kontextakti-
Mobile IP VPN ist eine mobile Netz-       vierung signalisiert, wird vom SGSN
lösung der T-Mobile Deutschland           in den internen APN „firma.tda.t-d1.
für den sicheren Zugriff über GPRS        de.mnc001.mcc262.gprs“ umge-            13
                                                                                       Siehe hierzu den Beitrag „Das Produkt
auf firmeninterne Intranet-Anwen-         setzt, sofern im HLR eine entspre-           LAN to LAN“, Unterrichtsblätter Nr. 2/
dungen. Die Verbindung zwischen           chende Subskription für diesen pri-          2000, S. 82 ff.

Unterrichtsblätter Jg. 56 8/2003                                           461
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