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1. HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1.1 GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein entsprechendes
Mittel zur Datenübertragung
zwischen Computersystemen und/oder mobilen Datenverarbeitungseinheiten.
Insbesondere schlägt
die vorliegende Erfindung eine Lehre zum Kompensieren nachteiliger
Eigenschaften eines Datenübertragungsprotokolls
in solchen Fällen
vor, in denen das Datenübertragungsprotokoll
selbst nicht ersetzt werden kann.
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1.2 BESCHREIBUNG DES STANDES
DER TECHNIK UND SEINER NACHTEILE
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Die
vorliegende Erfindung befasst sich mit der Behandlung der Nachteile
eines Datenübertragungsprotokolls.
Solche Nachteile sind (wie später zu
sehen ist) manchen Arten von Datenübertragungsprotokollen eigen.
Da sich solche Nachteile besonders bei Protokollen der drahtlosen
Datenübertragung
zeigen, konzentriert sich die vorliegende Beschreibung besonders
auf Protokolle der drahtlosen Datenübertragung. Dieselben oder ähnliche
Nachteile sind jedoch auch bei anderen Arten von Datenübertragungsprotokollen
anzutreffen; die Lehre der vorliegenden Erfindung kann natürlich auch
auf diese Datenübertragungsprotokolle
angewendet werden. Sie ist unabhängig
vom jeweiligen Datenübertragungsprotokoll,
auf das sie angewendet wird.
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Bereits
seit einigen Jahren sagen Industrieexperten eine explosionsartig
zunehmende Internetnutzung über
drahtlose Datenübertragung
voraus. Da der Markt mehr als 200 Millionen Internetnutzer und mehr
als 400 Millionen Mobilfunkteilnehmer umfasst, besteht aller Grund
zu der Annahme, dass die Art der Informationsgewinnung durch diese
wachsende Industrie stark beeinflusst werden wird.
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Der
Markt der mobilen Datenübertragung wächst weiterhin äußerst schnell,
wobei das zu erwartende Umsatzwachstum durch eine immer stärker zunehmende
Vielfalt von neuen Diensten und neuen Zielgruppen gefördert wird.
Jeder dieser Dienste bzw. jede dieser Zielgruppen stellt neue Anforderungen
an Geschäftsvorgänge außerhalb
der traditionellen Bürotätigkeiten.
Durch die drahtlose Internetnutzung sind Unternehmen in der Lage,
neuartige Dienste für
interne Unternehmensabläufe
wie beispielsweise die Verkaufssteuerung oder das Dokumentenmanagement
oder für
externe Vorgänge wie
beispielsweise Reisebuchungen, Aktienhandel, Informationsangebote
schneller und leichter als bisher zur Verfügung zu stellen. Die mobile
Datenübertragung
setzt neue Standards im Unternehmensbereich, die einen schnellen
Zugang zu Menschen und Informationen zu ermöglichen. Alle Führungskräfte, Geschäftspartner
und Kundenbetreuer, die vermutlich mehr Zeit hierfür aufwenden
dürften,
werden vom fernen Zugriff auf Unternehmensnetze profitieren.
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Die
mobile Datenübertragung
und ihre zunehmende Akzeptanz durch die Benutzer wird den Ausbau
der terrestrischen Netze stark beeinflussen. Außer den Auswirkungen auf die
Infrastruktur, die sich aus der Erweiterung der mobilen Funkübertragungsnetze
ergeben, gibt es eine Reihe von speziellen Problemen, die in drahtlosen
Datenübertragungsprotokollen
zum Ausdruck kommen; allerdings weisen auch andere Datenübertragungsprotokolle
diese Mängel
auf. Einige dieser Nachteile bestehen in Folgendem:
- 1. Geringe Bandbreite/Übertragungsgeschwindigkeit – die Übertragungsbandbreite
von Datenübertragungsdiensten über Funk
erreicht heutzutage bei weitem nicht die Bandbreite von stationären Netzen.
- 2. Hohe Kosten – die
Kosten der Übertragung über drahtlose
Datenübertragungsnetze
sind wesentlich höher
als die Kosten von stationären
Netzen.
- 3. Hohe Komplexität – in einer
dynamischen Architektur müssen
logische Verbindungen auf unterschiedliche physische Strukturen
abgebildet werden.
- 4. Geringe Zuverlässigkeit – drahtlose
Verbindungen sind wesentlich unsicherer als drahtgebundene Verbindungen.
- 5. Große
Latenzzeit – die
Wartezeit bei drahtlosen Verbindungen ist wesentlich länger als
bei terrestrischen Verbindungen.
- 6. Großer
Systemaufwand für
die Verbindungen – jede
Datenanforderung für
einen TCP/IP-Server fordert vom Client, einen TCP/IP-Anschluss zu öffnen. Daraus
ergibt sich, dass mehr Daten übertragen
werden müssen
und die Latenzzeit länger wird.
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Es
kann zu einer Vielzahl von Problemen kommen, wenn drahtlose Datenübertragungsendgeräte Signale
per Funk senden und empfangen. Die Signale aller Endgeräte können sich
gegenseitig stören.
Die Eigenschaften des Übertragungsmediums ändern sich
unerwartet, während
sich die Benutzer bewegen, und der Mobilfunkkanal bewirkt unvorhersehbare Änderungen
der empfangenen Signalstärke sowie
andere Störungen,
zum Beispiel Frequenzverschiebungen und Streuen der Signale im Verlauf
der Zeit. Wenn Signale per Funk übertragen
werden, sind sie anfälliger
für Datenstau
und Abhören
als bei Übertragung
durch Drahtleitungen oder Lichtwellenleiter. Dadurch können übertragene
Datenpakete verloren gehen. Diesen Einschränkungen wird oft durch eine
Kombination von ausgeklügelten
Signalverarbeitungsverfahren und Antennen begegnet, es gibt jedoch
keine umfassende Softwarelösung.
Diese Lösungen
komplizieren außerdem
die drahtlosen Netze noch mehr und sind mit höherem Strombedarf verbunden.
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Die
geringe Bandbreite ist ein weiterer Grund dafür, dass die Kosten der Datenverbindungen
von drahtlosen Endgeräten
so hoch sind. Gegenwärtig
ist die Übertragungsgeschwindigkeit
auf 9600 Bit/s (ISDN: 64000 Bit/s) beschränkt. Diese Einschränkung ist
auf das technische Konzept von GSM (Global system for mobile communication,
globales Mobilfunksystem) zurückzuführen. Bei
diesem System können
je Kanal nur etwa 13 kBit/s übertragen
werden. Um diese Nachteile wenigstens zu mindern, sind verschiedene
Versuche unternommen worden. Die Spezifikation des GSM Phase II
gibt einen Datenmodus mit einer Übertragungsrate
von 14,4 kBit/s an. Die höhere Übertragungsrate
geht jedoch zu Lasten der Fehlerkorrektur bei der Datenweiterleitung.
Daher nimmt die Verbindungsqualität bei gleicher Infrastruktur
ab.
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Das
GSM ist eigentlich nicht für
den mobilen Zugriff auf das Internet geeignet. Selbst bei einer
Datenübertragungsrate
von 14,4 kBit/s bieten diese Prozeduren nur einzelne Verbesserungen.
Die grundlegenden Nachteile des ursprünglich für die Sprachübertragung
konzipierten Systems werden dadurch nicht behoben. Die Kanalreservierung
des GSM ist für
ein Netzwerk mit Leitungsvermittlung geeignet. Somit muss die Leitung
für die
gesamte Dauer des Gesprächs
oder der Datenübertragung
bezahlt werden.
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Im
Gegensatz zu anderen Bereichen der Informationstechnologie müssen die
Standards der drahtlosen Datenübertragung
auf einen oder zumindest einige wenige Standards reduziert werden.
Es zeigt sich jedoch, dass diese Vielfalt noch auf absehbare Zeit
bestehen bleiben wird. Solange ein solcher technischer Standard
noch nicht zur Verfügung
steht, muss nach anderen Wegen (möglicherweise nach Softwarelösungen)
gesucht werden, um zu einer Lösung
der oben genannten Problemen zu kommen.
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Durch
die Verwendung des TCP/IP-Protokolls in Funknetzen kommt es zu einem
weiteren Problem einer ganz anderen Größenordnung. Eine solche Kombination
eines ersten und eines zweiten Protokolls ist mitunter unumgänglich.
Das erste Protokoll TCP/IP muss verwendet werden, weil es einfach „das" Internetprotokoll
ist; das zweite Protokoll hingegen, das Funkübertragungsprotokoll, muss
aufgrund der speziellen Übertragungsbedingungen
verwendet werden, weil es hierfür
kein anderes Protokoll gibt. In solchen Situationen kann man auf das
Problem stoßen,
wie man mit den nachteiligen Eigenschaften eines bestimmten Protokolls
umgehen muss, die entweder diesem Protokoll selbst eigen sind oder
die sich aus der Kombination von zwei Protokollen ergeben. Gegenwärtig führt die
Verwendung des TCP/IP-Protokolls in Funknetzen durch lange Verzögerungszeiten
und schwankende Datenverluste bei vielen Multimedia-Standardanwendungen
in Zusammenhang mit solchen sicheren Protokollen wie dem TCP/IP-Protokoll
zu einer unbefriedigenden Leistungsfähigkeit. Multimediaanwendungen
und sichere Protokolle passen sich zwar für dauerhafte Endpunkt-zu-Endpunkt-Verbindungen
an die Abschätzungen
der Verzögerungszeiten
und Paketverluste zwischen der Datenquelle und der Zieladresse an. Sie
laufen aber nicht so gut, wenn es zu kurzzeitigen Schwankungen der
Netzwerkeigenschaften kommt, weil diese Abschätzungen dadurch starken Abweichungen
unterliegen. Um diese Anwendungen und Protokolle leistungsfähiger zu
machen, muss das Protokoll zur Datenübertragung an mobile Hoststationen
für sichere
Verbindungen und vernachlässigbare
Datenverluste sorgen (was bei den Funkübertragungsprotokollen nicht
der Fall ist).
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Der
drahtlose Internetzugang funktioniert normalerweise fast genauso
wie der Netzzugang über
stationäre
Datenmodems. Das mobile Endgerät (eine
Kombination aus einem Notebook-Computer und einem Mobiltelefon)
ruft normalerweise einen stationären
Netzmodem auf der Seite des Internet-Dienstanbieters (Internet service
provider, ISP) an. Dabei verwendet es das Endpunkt-zu-Endpunkt-Protokoll
(Point-to-Point Protocol, PPP) (RFC1662) oder das Internetprotokoll
für serielle
Leitungen (Serial Line Internet Protocol, SLIP) (RFC1055), um eine
Verbindung mittels des TCP/IP-Protokolls über Telefonleitungen herzustellen (außerdem gibt
es auch individuelle Lösungen
von einzelnen Funknetzbetreibern). Sowohl das PPP- als auch das
SLIP-Protokoll sind
wegen des hohen Übertragungsaufwandes
für unsichere
Funkverbindungen nicht sehr geeignet. Auf der Sende- und der Empfangsseite
muss ein bestimmter Übertragungsaufwand
in Form der Verwaltung von Zeitgebern, Planungsprozessen und speziellen
Steuerdaten der Protokolle betrieben werden.
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Das
Internetprotokoll IP ist ein verbindungsunabhängiges, paketorientiertes Protokoll
der Netzwerkschicht des OSI-Referenzmodells.
In der Transportschicht wird normalerweise das Übertragungskontrollprotokoll
TCP angewendet. Das TCP ist ein verbindungsorientiertes und sicheres
Protokoll, welches Komponenten zur Fehlererkennung und -korrektur,
zur Datenflusssteuerung, zur Vermeidung von Datenstaus in den Leitwegrechnern
und zur Gewährleistung
der Gleichberechtigung zwischen den Netzwerkkomponenten enthält.
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Ein
Benutzer des TCP-Protokolls kann sicher sein, dass er seine Daten
vollständig
und fehlerfrei empfängt.
Dies wird durch eine langsamere Übertragung über fehleranfällige Kanäle erkauft.
Diesen Mangel beseitigt das TCP jedoch durch eine perfektionierte
Fenstertechnik. Durch ein Schiebefenster ist das TCP in der Lage,
mehrere Datensegmente zu senden und anschließend auf deren Empfangsbestätigungen
zu warten. Sobald eine Empfangsbestätigung empfangen wurde, wird
das Fenster verschoben und ein weiteres Segment gesendet. Das TCP startet
für jedes
gesendete Segment einen extra Zeitgeber, der eine eventuell ausstehende
Empfangsbestätigung
anzeigt und eine erneute Übertragung
dieses Segments auslöst.
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Mittels
der Funktionen Stauvermeidung, multiplikatives Zurückfahren
und Langsamstart passt sich das TCP an die Netzwerkbedingungen an
und verhindert so eine Überlastung
des Netzwerks.
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Die
derzeit anzutreffenden Netzwerke bieten sehr geringe Fehlerraten
(~10–6).
Die Mechanismen des TCP sind deshalb für Festnetze mit sehr geringen
Fehlerraten vorgesehen. Ein typisches Funknetz vermag eine so hohe Übertragungsqualität und so kurze
Verzögerungszeiten
nicht zu bieten. Darüber hinaus
setzen die unteren Schichten des OSI-Referenzmodells für Funknetze
Fehlererkennungs- und -korrekturverfahren ein, welche die Verzögerungszeiten
noch weiter verlängern.
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Solche
Verzögerungszeiten
können
durch das TCP zur Stauvermeidung genutzt werden. Während die
perfektionierten Mechanismen der Funknetzschichten eine fehlerfreie Übertragung
gewährleisten,
laufen die TCP-Zeitgeber ab und starten Übertragungen erneut. Diese
Zeitgeber werden durch Messung der Durchlaufzeit dynamisch angepasst.
Eine neue Zeitzählung
erfolgt erst dann, wenn eine Empfangsbestätigung für ein Segment empfangen wird,
das noch nicht erneut gesendet wurde. Wenn eine bestimmte Zeit lang
Daten fehlerfrei übertragen
worden sind, laufen die Zeitgeber entsprechend ab.
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Sobald
eine kurze Störungsphase
oder schlechte Übertragungsbedingungen
eintreten, erzeugen die Fehlerkorrekturmechanismen der Funknetzschichten
längere
Verzögerungszeiten
und dadurch längere
Durchlaufzeiten des TCP-Protokolls. Das TCP reagiert darauf mit
dem Ablaufen von Zeitgebern und mit der Wiederholung von Übertragungen.
Dies ist jedoch überflüssig, da
die Funknetzschichten bereits für
eine fehlerfreie Übertragung sorgen.
Das TCP-Protokoll deutet die abgelaufenen Zeitgeber (oder Datenverluste)
immer als ein Anzeichen für
Datenstau. Daraufhin werden die Zeitgeberlimits verlängert und
die Größe des Schiebefensters verringert.
Die Übertragungsrate
sinkt dramatisch. Selbst wenn die Übertragung über das Netzwerk wieder in
Ordnung ist, benötigt
das TCP-Protokoll
eine gewisse Zeit, um seine Zeitgeber wieder an diesen Zustand anzupassen.
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Da
das TCP-Protokoll alle Verzögerungen der
Empfangsbestätigungen
als Datenstau deutet, kann es auf diese für ein Funknetz typischen Situationen
nicht angemessen reagieren. Damit stellt das TCP-Protokoll keine
optimale Lösung
für ein
Protokoll zur Datenübertragung
in Funknetzen dar.
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In
der US-Patentschrift 5 673 322 wird eine Schnittstelle zwischen
einem geschützten
Computer oder Computernetz und dem World Wide Web (WWW) beschrieben.
Die Schnittstelle umfasst ein virtuelles Teilungssystem, welches
die TCP/IP-Übertragungen
als Scriptübertragung
abtrennt und so den Zugriff auf das WWW über einen Funkmodem oder ein
anderes Datenübertragungsnetz
mit geringer Bandbreite deutlich verbessert.
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1.3 ZIELSETZUNG DER ERFINDUNG
-
Die
Erfindung geht von der Zielsetzung aus, einen Ansatz bereitzustellen,
mittels dessen die nachteiligen Eigenschaften eines Datenübertragungsprotokolls
in solchen Fällen
kompensiert werden können,
in denen das Datenübertragungsprotokoll
selbst nicht ersetzt werden kann.
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2. ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG UND DEREN
VORTEILE
-
Die
Zielsetzungen der Erfindung werden durch die Hauptansprüche erreicht.
Weitere vorteilhafte Anordnungen und Ausführungsarten der Erfindung sind
in den entsprechenden Unteransprüchen dargelegt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Mittel und ein Verfahren zur
Datenübertragung,
welche die Eigenschaften eines ersten Protokolls zur Datenübertragung
zwischen einer Client-Anwendung
und einer Server-Anwendung kompensieren.
-
Kommunikationsanforderungen
der Client-Anwendung und der Server-Anwendung, welche zu einem zweiten
Protokoll gehören,
werden durch eine Client-Abfangeinheit und eine Server-Abfangeinheit abgefangen.
-
Die
Abfangeinheiten bilden zum Ersten das zweite Protokoll auf das erste
Protokoll und umgekehrt ab und kompensieren zum Zweiten die dem ersten
Protokoll eigenen oder sich aus der Kombination der beiden Protokolle
ergebenden nachteiligen Eigenschaften auf transparente Weise.
-
Den
Entwicklern von Anwendungen in modernen Computernetzen ist die Auswahl
der Art des Datenübertragungsprotokolls
oftmals nicht freigestellt. Beispielsweise sind die meisten Anwendungen für den Zugriff
auf das Internet auf die Nutzung des TCP/IP-Protokolls angewiesen.
Auf der anderen Seite findet eine explosionsartige technologische
Entwicklung der mobilen und verteilten Datenverarbeitungseinheiten
statt. Bei diesen neuartigen Datenverarbeitungseinheiten müssen neuere
Arten von Datenübertragungsprotokollen
auf unterer Ebene für
die Verbindung dieser Einheiten untereinander verwendet werden.
-
Die
direkte Datenübertragung
mittels des TCP/IP-Protokolls über
diese Protokolle auf unterer Ebene führt sehr oft zu den oben erwähnten Mängeln. Der
Ansatz mit Abfangeinheiten der vorliegenden Erfindung führt zu einem
leistungsfähigen
Verfahren zur Kompensation dieser Mängel auf transparente Weise.
-
3. KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 stellt
eine typische Situation nach dem Stand der Technik dar, welche zu
den oben erwähnten
Problemen führt.
-
2 veranschaulicht,
wie und wo die Situation nach dem Stand der Technik von 1 um
den vorgeschlagenen Abfangmechanismus erweitert wird.
-
3 zeigt
eine Gesamtsituation, in welcher das vorgeschlagene Abfangverfahren
vorteilhaft genutzt werden kann.
-
4 veranschaulicht
die Systemarchitektur der Abfanglösung in einem Schichtenmodell.
-
5 veranschaulicht
die Abfangarchitektur von 4 in Moduldarstellung.
-
6 stellt
ein typisches GSM-Netzwerk nach dem Stand der Technik dar, in welchem
ein Mobiltelefon mit der Serveranwendung verbunden wird.
-
7 zeigt,
wie der Ansatz mit Abfangeinheiten zum Multiplexen einer Vielzahl
paralleler Verbindungen über
eine Einzelverbindung genutzt werden kann.
-
4. BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSARTEN
-
In
den Zeichnungen und der Beschreibung ist eine bevorzugte Ausführungsart
der Erfindung dargelegt worden, wobei zwar spezielle Begriffe verwendet
wurden, diese aber lediglich im allgemeinen Sinne und zur Beschreibung
gebraucht wurden, ohne eine Einschränkung zu bezwecken.
-
Die
vorliegende Erfindung kann in Form von Hardware, Software oder einer
Kombination von Hardware und Software realisiert werden. Hierfür eignet
sich jede Art von Computersystem oder Vorrichtung, welche die hier
beschriebenen Verfahren ausführen
kann. Eine typische Kombination von Hardware und Software kann ein
Universalcomputersystem mit einem Computerprogramm sein, das in
das Computersystem geladen und ausgeführt wird und dieses dadurch
so steuert, dass es die hier beschriebenen Verfahren ausführt. Die
vorliegende Erfindung kann auch in ein Computerprogrammprodukt integriert
werden, welches alle zur Realisierung der hier beschriebenen Verfahren
erforderlichen Merkmale umfasst, in ein Computersystem geladen wird
und diese Verfahren ausführen
kann.
-
Unter
einem Computerprogrammmittel oder Computerprogramm ist im vorliegenden
Zusammenhang ein beliebiger Ausdruck eines Befehlssatzes in einer
beliebigen Sprache, Codierung oder Notation zu verstehen, mittels
dessen ein Datenverarbeitungssystem entweder direkt oder nach einer
der beiden folgenden Aktivitäten
eine bestimmte Funktion ausführen
kann:
- a) Umwandlung in eine andere Sprache,
Codierung oder Notation;
- b) Darstellung in einer anderen materiellen Form.
-
Die
vorliegende Erfindung wird anhand eines Beispiels eines Funkübertragungsprotokolls
und des TCP/IP-Protokolls dargestellt, welche für ein erstes und ein zweites
Protokoll repräsentativ
sind. Ungeachtet dessen ist die vorliegende Erfindung vollkommen
unabhängig
von der speziellen Art eines verwendeten Protokolls und kann somit
auch auf andere Protokolle angewendet werden.
-
4.1 EINLEITUNG UND ÜBERBLICK ÜBER DIE VORGESCHLAGENE
ABFANGEINHEIT
-
1 veranschaulicht
eine typische Situation nach dem Stand der Technik, die zu den oben
erwähnten
Problemen führt.
-
Die
Kommunikationsplattform 101, 102, 103 ermöglicht mobilen
Client-Einheiten 104 bis 105, über drahtlose Funknetzwerke 109 (z.B.
das GSM-Netzwerk) Daten mit einer stationären Gateway-Komponente 103 auszutauschen.
Die Kommunikationsplattform sorgt für eine sichere und leistungsfähige Datenübertragung.
Sie stellt unterbrochene Verbindungen wieder her und senkt die Kosten durch
Nutzung der Leitungskapazität
in Abhängigkeit von
der Auslastung auf ein Mindestmaß. Sie komprimiert die Daten,
um die Übertragung
zu beschleunigen und senkt die Kosten dadurch weiter. Die Client-Einheit
der Kommunikationsplattform ermöglicht einer
Client-Anwendung 106 und 107 in jeder mobilen Einheit,
Daten mit einer Server-Einheit 108 auszutauschen, die mit
der Gateway-Einheit der Kommunikationsplattform verbunden ist. Zu
jedem Zeitpunkt kann jeweils nur eine Server-Anwendung mit der Gateway-Komponente
der Kommunikationsplattform verbunden werden. Mit der Gateway-Einheit können mehrere
mobile Einheiten gleichzeitig verbunden werden, sodass mehrere Client-Anwendungen
mit dieser Server-Anwendung Daten austauschen können.
-
Ungeachtet
der erwähnten
Probleme, die sich aus der in 1 dargestellten
Situation ergeben, können
sich für
aus der Ferne zugreifende Benutzer neue Mobilitätschancen ergeben, wenn von
PCs mit GSM-Funktionalität
digitale Datenverbindungen zu Unternehmensdatenzentren hergestellt
werden. Die durch die vorliegende Erfindung vorgeschlagene Lösung mit
Abfangeinheiten macht von dieser Möglichkeit Gebrauch und erweitert
sie noch, um die der GSM-Datenübertragung
eigenen Nachteile zu beseitigen, nämlich die hohen Kosten, die
unsicheren Verbindungen, die begrenzte Bandbreite und mangelnde Vertraulichkeit
und Integrität.
-
Die
Abfangeinheit verwendet einen Abfangmechanismus, um die Übertragungsqualität der drahtlosen
Datenübertragung
zu verbessern und bestimmte nachteilige Eigenschaften des Funkübertragungsprotokolls
zu kompensieren.
-
2 stellt
im Gegensatz zu 1 dar, wo und wie der vorgeschlagene
Abfangmechanismus, der durch eine Client-Abfangeinheit 201 und 202 sowie
eine Server-Abfangeinheit dargestellt ist, die Situation nach dem
Stand der Technik erweitert.
-
Beim
Abfangmechanismus erfährt
die Abfangeinheit nichts über
die vorhandenen Anwendungen. Alle abgehenden TCP/IP-Verbindungen werden auf
der Client- und der Server-Seite mittels Abfangmechanismen auf unterer
Ebene auf transparente Weise abgefangen; dann werden die Verbindungen zu
der Übertragungseinheit
weitergeleitet, welche sie wiederum mittels Merkmalen der drahtlosen
Datenübertragung
weiterleitet. Dieser Ansatz erfordert keinerlei Änderung des TCP/IP-Stapels,
da er auf speziellen Mechanismen des Betriebssystem zum Abfangen
von Anforderungen beruht. Dadurch kann die Aufgabe sehr wirksam
gelöst
werden, ohne die auf dem TCP/IP-Protokoll beruhende Client-/Server-Anwendung ändern zu
müssen.
Dieses hoch leistungsfähige
System besteht aus zwei Grundbausteinen, einer integrierten Komponente
zum Abfangen von TCP/IP-Anforderungen auf transparente Weise und einer
Plattform für
mobile Datenübertragung.
Die Abfangeinheit verwendet Komponenten, die sowohl auf der Client-
als auch auf der Server-Seite laufen, zum Ersetzen und Optimieren
des Protokolls bzw. allgemein zum Kompensieren von Mängeln des
zugrunde liegenden Funkübertragungsprotokolls.
Die Plattform für
mobile Datenübertragung
bewirkt, dass die Art und das Verhalten eines physischen Funknetzes
für die
Anwendungen transparent ist. Diese Softwarekomponente lässt sich
auf unterschiedliche Arten von Mobilfunknetzen anwenden und ist
so beschaffen, dass sie den Anforderungen an die erwartete Bandbreitennutzung
und die verkürzte
TCP/IP-Zugriffszeit eines Funknetzes nicht nur entspricht, sondern
diese auch übertrifft.
-
Die
Abfangeinheit ermöglicht
die Konfigurierung des Datenaustausches zwischen einem Client und
seinem Server in der Weise, dass spezielle Anforderungen erfüllt werden.
Der Datenverkehr kann entweder verbindungsorientiert oder verbindungsunabhängig sein;
mit anderen Worten, die Lehre der vorliegenden Erfindung kann auf
beide Protokollklassen angewendet werden. Bei einem verbindungsorientierten
Protokoll können
zum Kompensieren der nachteiligen Eigenschaften des zugrunde liegenden Protokolls
die folgenden Funktionalitäten
in die Abfangeinheit integriert werden:
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1. Skalierbarkeit
-
Die
Unternehmensumgebung kann durch eine Vielfalt von Topologien konfiguriert
werden, um die Anforderungen spezieller Anwendungen und Installationen
zu erfüllen.
Die Abfangeinheit kann verschiedene Mobilfunknetze gleichzeitig
verarbeiten.
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2. Übertragungssicherheit
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Alle
Daten werden unverändert
und verlustfrei übertragen.
Während
der Mobilfunkanrufe kann es zu unerwartet zu Unterbrechungen kommen – zum Beispiel,
wenn man während
des Herunterladens eines Dokuments in einen Tunnel fährt. Die
Abfangeinheit ist in ihrer Mobilität überaus elastisch und hält die Sitzung
in einem besonderen logischen Offline-Modus so lange aufrecht, bis
die Verbindung durch eine automatische Wahlwiederholung wiederhergestellt
werden kann.
-
3. Sparmodus
-
Unter
dem Sparmodus ist zu verstehen, dass die Wählleitung im Leerlauf nicht
mehr aufrecht erhalten werden muss; die Abfangeinheit erkennt diese Leerlaufperioden,
trennt die Wählleitung
und verbindet sie wieder, wenn der Datenverkehr wieder zunimmt.
Durch diesen Modus können
die Verbindungskosten deutlich gesenkt werden.
-
4. Ersetzen des TCP/IP-Protokolls
durch ein optimiertes Funkübertragungsprotokoll
-
Der
abgehende TCP/IP-Datenstrom wird abgefangen. Alle Anforderungen
werden über
eine Funkverbindung geleitet, um den teuren Aufwand für die Herstellung
von Verbindungen zu vermeiden. Die Anforderungen und Antworten werden über diese Verbindung
gemultiplext. Die Funkverbindung verwendet ein spezielles optimiertes
Protokoll, um den Datenverkehr einzuschränken. Somit multiplext die Abfangeinheit
N Verbindungen über
eine einzige Verbindung des Funkübertragungsprotokolls
und realisiert so eine N-1-N-Abbildung
der Verbindungen.
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5. Berechtigungsprüfung
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Der
Client muss der Gateway-Einheit zunächst seine Berechtigung mitteilen,
bevor er mit der Datenübertragung
beginnen kann. Da es während der
Benutzersitzung möglicherweise
zu Unterbrechungen (beabsichtigt oder unbeabsichtigt) kommen kann,
sind Sicherheitsvorkehrungen wichtig. Entscheiden ist, dass ein
Benutzer sich nicht in eine unterbrochene Offline- oder Sparverbindung
eines anderen Benutzers einschalten kann. Der Sicherheitsansatz
der Abfangeinheit stellt durch eine entsprechende Funktionalität sicher,
dass dies nicht geschehen kann.
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6. Komprimierung
-
Um
die Datenübertragung
zu beschleunigen und die Kosten zu senken, wird der Datenverkehr mittels
eines V43bis-Algorithmus komprimiert. Mit anderen Worten, die Abfangeinheit
verwendet auch spezielle Komprimierungsalgorithmen.
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Wie
bereits erwähnt,
ist der obige Ansatz auf Basis von Abfangeinheiten nicht auf verbindungsorientierte
Protokolle (zwischen der Client-Abfangeinheit und der Server-Abfangeinheit) beschränkt. Zur Senkung
der Übertragungskosten
unterstützt
die Abfangeinheit in derselben Weise außerdem auch verbindungsunabhängige Funknetze.
-
4.2 ARCHITEKTUR DER ABFANGEINHEIT
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3 zeigt
eine Gesamtsituation, in welcher die vorgeschlagene Technologie
auf Basis von Abfangeinheiten vorteilhaft eingesetzt werden kann.
Die Figur kann als ein typisches Szenario für die Verwendung der Abfangeinheit
angesehen werden. Der durch das Client-System 301 (zum
Beispiel ein mobiler Computer oder ein Mobiltelefon) dargestellte
Mobilfunknutzer kann verschiedene Anwendungen auf Basis des TCP/IP-Protokolls
nutzen. Beispiele für solche
Anwendungen sind Internetbrowser auf Basis des Protokolls HTTP,
eMail-Programme auf Basis des Protokolls SMTP, Nachrichten auf Basis
des Protokolls NNTP, Endgerät-Emulationsprogramme
auf Basis von TELNET oder Lotus Notes auf Basis eines eigenen Programms.
Der entsprechende Anwendungsserver 302 kann Teil eines
Intranets oder des Internets sein.
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Außer den
Benutzeranwendungen besteht das Client-System noch aus den Client-Bestandteilen
von SOCKS (Socket Secure Server), der Abfangeinheit 303 und
der Kommunikationsplattform. Der SOCKS-Client dient dazu, alle abgehenden TCP/IP-Verbindungen
zum Abfang-Client umzuleiten. Der Abfang-Client empfängt alle
von der Benutzeranwendung über
eine solche TCP/IP-Verbindung gesendeten Daten und sendet diese
mittels des Clients der Datenübertragungsplattform über das
Funknetz 304. Die von der Datenübertragungsplattform aus dem
Funknetz empfangenen Daten werden über den Abfang-Client zur entsprechenden
Benutzeranwendung übertragen.
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Das
Server-System umfasst die entsprechenden Gegenstücke des Abfang-Client und des Client
der Datenübertragungsplattform,
also den Abfang-Server 305 und den Server der Datenübertragungsplattform.
Die vom Client-System über
das Funknetz gesendeten Daten werden durch den Server der Datenübertragungsplattform
empfangen und von dort zum Abfang-Server weitergeleitet. Wenn der Abfang-Server
die IP-Adresse und den Zielanschluss kennt, sendet er die Daten über die
TCP/IP-Verbindung zum entsprechenden Anwendungs-Server. Umgekehrt
werden vom Anwendungs-Server über die
TCP/IP-Verbindung
zum Abfang-Server gesendete Daten mittels des Server der Datenübertragungsplattform über das
Funknetz zum Client-System übertragen.
Bei dem in 3 dargestellten Szenario kann
der potenzielle Anwendungs-Server 306 ein beliebiger Server
im Internet sein; der Anwendungs-Server 308 kann sich auch
hinter einer Firewall 307 in einem privaten Intranet befinden,
ohne von der vorliegenden Lehre abzuweichen.
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Diese
Architekturdarstellung spiegelt die besondere Beziehung zwischen
der Client-Anwendung, der Client-Abfangeinheit, der Server-Anwendung
und der Server-Abfangeinheit ausgezeichnet wider. Aus der Sicht
der Client-Anwendung stellt die Client-Abfangeinheit vermeintlich die Server-Anwendung
dar. Wenn sich die Client-Anwendung und die Client-Abfangeinheit
wie im vorliegenden Fall in derselben (mobilen oder verteilte) Datenverarbeitungseinheit befinden
und über
eine TCP/IP- Verbindung
miteinander verbunden sind (ein sicheres Datenübertragungsmedium vorausgesetzt),
ist diese Verbindung keinerlei Störungen ausgesetzt. Die Lehre
der vorliegenden Erfindung kann zwar ebenso auch auf eine Situation
angewendet werden, bei der sich die Client-Anwendung und die Client-Abfangeinheit in
verschiedenen Datenverarbeitungseinheiten befinden; der größte Nutzen
wird jedoch erzielt, wenn sich beide Einheiten in ein und derselben
Datenverarbeitungseinheit befinden, da die TCP/IP-Verbindung in diesem
Falle so gut wie überhaupt
nicht gestört
werden kann. Aus der Sicht der Server-Anwendung stellt die Server-Abfangeinheit
vermeintlich die Client-Anwendung dar. Der größte Nutzen wird dann erzielt, wenn
sich die Server-Abfangeinheit in diesem Datenverarbeitungssystem
befindet, welches den Endpunkt der unsicheren Verbindung (im vorliegenden Falle über ein
Funknetz) darstellt. In einer typischen Umgebung befinden sich die
Server-Anwendungen in Datenverarbeitungssystemen außerhalb
desjenigen Datenverarbeitungssystems, in welchem sich die Server-Abfangeinheit
befindet; das schließt
jedoch nicht aus, dass sich die Server-Abfangeinheit und die Server-Anwendung
in ein und demselben Datenverarbeitungssystem befinden.
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4 veranschaulicht
in einem Schichtenmodell die Systemarchitektur der auf Abfangeinheiten
basierenden Lösung.
Die Datenübertragungsplattform
im Client-System 401 ist über ein erstes Protokoll, im
vorliegenden Falle ein Funknetz 403, mit der Datenübertragungsplattform
im Server-System 402 verbunden. Aus logischer Sicht wird
hierdurch eine Datenübertragung 404 zwischen
den beiden Datenübertragungsplattformen
ermöglicht.
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Die
Client-Anwendung 405 würde
nach dem Stand der Technik eine TCP/IP-Verbindung (das zweite Protokoll) über die
Datenübertragungsplattform
mit ihrem Anwendungs-Server 406 einrichten. Dadurch käme eine
logische Datenübertragungsverbindung 407 zwischen
dem Anwendungs-Client und dem Anwendungs-Server zustande.
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Die
Lehre der vorliegenden Erfindung führt zusätzlich zum Stand der Technik
zwei neue Einheiten ein, die Client-Abfangeinheit 408 und die Server-Abfangeinheit 409.
Wenn die Client-Anwendung auf der Basis des zweiten Protokolls (des TCP/IP-Protokolls)
eine Verbindung zur Server-Anwendung einrichten will, wird eigentlich
eine Verbindung zur Client-Abfangeinheit
hergestellt. Die Client-Abfangeinheit stellt somit gewissermaßen gegenüber der
Client-Anwendung vermeintlich die Server-Anwendung dar. Die Client-Abfangeinheit fängt alle
Datenübertragungsanforderungen
von der Client-Anwendung ab und bildet diese Anforderungen vom zweiten
Protokoll (TCP/IP) auf das erste Protokoll (das unsichere Funknetz)
ab; dann setzt sie sich über
die Datenübertragungsplattform
mit ihrem Gegenstück,
der Server-Abfangeinheit,
in Verbindung. Durch diese logische Abfangeinheit-zu-Abfangeinheit-Datenübertragung 410 wurde
die Grundlage zum Kompensieren der Mängel des ersten Protokolls geschaffen.
Anschließend
richtet die Server-Abfangeinheit eine Verbindung zur Server-Anwendung ein
und bildet umgekehrt das erste Protokoll auf das zweite Protokoll
ab. Durch dieses Abfangen stellt die Server-Abfangeinheit gegenüber der
Server-Anwendung
vermeintlich die Client-Anwendung dar.
-
Die
in 4 gezeigte Architektur mit Abfangeinheiten ist
in 5 in Moduldarstellung gezeigt. 5 zeigt
gemäß der Beschreibung
von 4:
- • die Client-Anwendungen 501 bis 502,
- • das
Senden von Datenübertragungsanforderungen über das
zweite Protokoll 503,
- • die
Client-Abfangeinheit 504, welche diese Datenübertragungsanforderungen
abfängt
und auf das erste Protokoll 505 abbildet,
- • den
Client 506 und den Server 507 der Datenübertragungsplattform,
die über
dieses erste Protokoll Daten austauschen,
- • die
Server-Abfangeinheit 508, welche die umgekehrte Abbildung
zwischen dem ersten und dem zweiten Protokoll 509 durchführt, und
- • die
Server-Anwendungen 510 bis 511.
-
Bei
dem Beispiel von 5 besteht die Abfangeinheit
aus einem mobilen (Client) und einem stationären (Server) Teil.
-
4.3 ARCHITEKTUR DER ABFANGEINHEIT
UND DIE VERSCHIEDENEN DATENÜBERTRAGUNGSPROTOKOLLE
-
1. Das Standardszenario
LAN-Client/Server über TCP/IP-Verbindungen
-
Bei
diesem Szenario tauschen die Client-Anwendungen über TCP/IP-Verbindungen mit
den Server-Anwendungen Daten aus. Beide Verbindungspartner können entweder
Verbindungen aufbauen oder Daten über ankommende Verbindungen
empfangen. Die Eigenschaften des lokalen Netzes erfüllen die
konstruktiven Anforderungen des TCP-Protokolls. In einer solchen
Umgebung können
durch die auf Abfangeinheiten basierende Architektur jedoch nicht
alle Vorteile genutzt werden. Zum Beispiel lässt sich der (oben beschriebene)
Vorteil der größeren Sicherheit
in einer ausschließlich
lokalen Netzumgebung nicht nutzen.
-
2. Das drahtlose Übertragungsszenario
in einem verbindungsorientierten Funknetz (z.B. in einem GSM-Netz)
-
Im
GSM-Netz können
die Verbindungen für die
Datenübertragung
durch Anwählen
einer Telefonnummer hergestellt werden. Die für die Datenübertragung eingerichteten GSM-Telefone
besitzen üblicherweise
eine Hayes-kompatible Schnittstelle zu einem Computer, zum Beispiel
einen Modem. Auf diese Weise ist es möglich, zum Verbinden eines
Computers über
das GSM-Netz mit einem lokalen Netz Standardausführungen des PPP-Protokolls
(siehe RFC1661) zu verwenden. Solche Umgebungen sind jedoch durch
wesentliche Mängel
gekennzeichnet. Aufgrund der folgenden Eigenschaften des GSM-Netzes
und anderer verbindungsorientierter Funknetze war es erforderlich,
anstelle des PPP-Protokolls (Endpunkt-zu-Endpunkt-Protokoll) andere
Lösungen
zu entwickeln:
- • Funknetze bieten gegenwärtig nur
niedrige Datenübertragungsraten
(normalerweise 9600 Bit/s),
- • je
nach Versorgungsgrad des Funknetzes kann die Datenübertragungsrate
wesentlich niedriger sein,
- • wenn
das Funknetz nicht mehr erreichbar ist, kann eine Datenverbindung
unterbrochen werden,
- • wenn
der mobile Rechner eine Ortsveränderung vornimmt,
kann sich die Netzversorgung schnell und dauerhaft ändern.
-
Diese
Eigenschaften führen
beim PPP-Protokoll zu den folgenden Problemen:
- • sobald
die Datenverbindung unterbrochen ist, werden auch alle TCP/IP-Verbindungen
unterbrochen,
- • die
Zeitlimitüberschreitungsmechanismen
des TCP-Protokolls sind nicht für
Netzwerke vorgesehen, bei denen es zu solch veränderlichen Übertragungsraten und Durchlaufzeiten
kommt (siehe RFC813).
-
Die
vorgeschlagene Lehre der vorliegenden Erfindung stellt eine vielversprechende
Lösung
dieser Probleme dar. Durch die auf Abfangeinheiten beruhende und
an die speziellen Eigenschaften des Funknetzes angepasste Technologie
werden die oben erwähnten
Probleme vermieden.
- • Unterbrochene Datenverbindungen
in der Netzwerkschicht werden wiederhergestellt, ohne dass sich
dies auf die vorhandenen TCP/IP-Verbindungen auswirkt.
- • Das
TCP-Protokoll wird nicht auf der drahtlosen Verbindung eingesetzt,
stattdessen verwendet die Datenübertragungsplattform
ein Protokoll mit angepassten Zeitüberschreitungsmechanismen.
-
Die
Lösung
ist für
die Client- und Server-Anwendungen transparent. Das heißt, dass
diese ihre alte TCP/IP-Schnittstelle
weiter verwenden. Durch die Abfangeinheit-Komponente, welche den TCP/IP-Datenverkehr
(mittels SOCKS) abfängt
und mittels der Datenübertragungsplattform
weiterleitet, können
bereits vorhandene Client- und Server-Anwendungen ihren Nutzen aus der Lehre
der vorliegenden Erfindung ziehen, ohne dass diese Anwendungen angepasst
werden müssen;
mit anderen Worten, vorhandene Anwendungen können die Lehre der vorliegenden
Erfindung auf transparente Weise nutzen. Beispielsweise können die
folgenden Protokolle durch die auf Abfangeinheiten beruhende Technologie
verarbeitet werden: HTTP (siehe RFC2068), SMTP (Internet Mail, siehe
RFC821), NNTP (Internet News, siehe RFC977) und viele weitere.
-
3. SOCKS
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsart
nutzt die vorliegenden Erfindung das SOCKS-Protokoll (siehe RFC1928),
um alle von einer Client-Anwendung zu einer Server-Anwendung eingerichteten TCP/IP-Verbindungen
abzufangen. Das SOCKS-Protokoll
dient normalerweise zum Herstellen von TCP/IP-Verbindungen über eine Firewall. Ein SOCKS-Client
leitet die Herstellung der TCP/IP-Verbindung zu einem SOCKS-Server
um. Die ersten über
eine neue Verbindung übertragenen
Bytes teilen dem SOCKS-Server die IP-Adresse und den Zielanschluss
der Client-Anwendung mit, die ursprünglich bei der Herstellung
der Verbindung verwendet wurden. Dadurch kann der SOCKS-Server mit
dieser IP-Adresse und dem Zielanschluss eine zweite TCP/IP-Verbindung herstellen
und den Datenverkehr jeder der TCP/IP-Verbindungen an seine Gegenstelle übermitteln.
-
Der
Abfangeinheit-Client dient als SOCKS-Server; dadurch kann die Client-Abfangeinheit
vermeintlich die entsprechende Server-Anwendung darstellen. Ein
SOCKS-Client muss im mobilen Rechner installiert sein, um alle abgehenden TCP/IP- Verbindungen (außer lokalen
Ringleitungsverbindungen) zum Abfangeinheit-Client („lokaler Hostrechner", IP-Adresse 127.0.0.1)
umzuleiten. SOCKS-Clients werden praktisch von jedem Betriebssystem
bereitgestellt.
-
4.4 Abfangen, Verbindungsbehandlung
und Namensauflösung
-
Der
Abfangeinheit-Client und der Abfangeinheit-Server tauschen über die
Datenübertragungsplattform
Daten miteinander aus. Jedes Mal, wenn eine Client-Anwendung eine
TCP/IP-Verbindung zu einer Server-Anwendung herstellen will, wird
die Verbindung zum Abfangeinheit-Client umgeleitet. Der Abfangeinheit-Client
extrahiert mittels des SOCKS-Protokolls die IP-Zieladresse und den
fernen Zielanschluss. Anschließend
leitet er diese Information zum Abfangeinheit-Server weiter, der
unter Verwendung dieser IP-Adresse und des fernen Zielanschlusses
eine TCP/IP-Verbindung zur Server-Anwendung herstellt.
-
Wenn
der Abfangeinheit-Server die Verbindung zur Server-Anwendung nicht herzustellen
kann, schließt
der Abfangeinheit-Client
die Verbindung zur Client-Anwendung.
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Alle
von der Client-Anwendung über
eine TCP/IP-Verbindung gesendeten Daten werden vom Abfangeinheit-Client über die
Datenübertragungsplattform
zum Abfangeinheit-Server weitergeleitet, der sie dann zur entsprechenden
Server-Anwendung sendet.
-
Alle
von der Server-Anwendung über
eine TCP/IP-Verbindung gesendeten Daten werden durch den Abfangeinheit-Server über die
Datenübertragungsplattform
zum Abfangeinheit-Client weitergeleitet, der sie dann zur entsprechenden
Client-Anwendung
sendet.
-
Wenn
die Client- oder die Server-Anwendung eine TCP/IP-Verbindung trennt,
trennt die Abfangeinheit auch die Verbindung zu seiner Gegenseite.
-
Der
vorgeschlagene Abfangmechanismus muss auch das Problem der Namensauflösung lösen. Die
eigentliche Namensauflösung
wird normalerweise durch so genannte „Domänen-Namensdienste" (DNS) erledigt.
Die meisten SOCKS-Clients können
nur TCP/IP-Datenverkehr
verarbeiten. Das ist insofern problematisch, als die Client-Anwendungen
möglicherweise
aus der Auflösung
des Domänennamens
(DNS, siehe RFC1101) eine IP-Adresse des Hostrechners einer Server-Anwendung
ermitteln. Die DNS (Domänen-Namensdienste)
verwenden das UDP (Benutzer-Datenpaketprotokoll).
-
Aus
diesem Grunde schlägt
die Lehre der vorliegenden Erfindung vor, die Abfangeinheit so einzusetzen,
dass sie die Funktion eines Domänen-Namensservers
ausführen
können.
Jede von einer Client-Anwendung empfangene Anforderung nach Namensauflösung wird
zu einem Abfangeinheit-Server weitergeleitet, die diese wiederum
zu einem echten Domänen-Namensserver
weiterleitet. Für
die Weiterleitung jeder Anforderung verwendet der Abfangeinheit-Server
einen anderen lokalen UDP-Anschluss, sodass die Antworten des echten
Domänen-Namensservers
den anfordernden Clients zugeordnet werden können. Der Abfangeinheit-Server
sendet diese Antworten wieder zum entsprechenden Abfangeinheit-Client
zurück,
der sie dann zum ursprünglichen
Absender (d.h. zur Client-Anwendung) weiterleitet. Die systemweite
Domänen-Namensserveradresse
des Client-Systems muss als „lokaler Hostrechner" (IP-Adresse 127.0.0.1)
konfiguriert werden, damit der DNS durch die Abfangeinheit unterstützt wird.
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4.5 KOMPENSATIONSFUNKTIONEN
DER ABFANGEINHEIT
-
Gemäß der obigen
Erläuterung
der bevorzugten Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung wurde vorgeschlagen, das SOCKS-Protokoll durch die
Client- und die Server-Abfangeinheit abzufangen. SOCKS ist ein Protokoll,
welches TCP-Sitzungen in einem Firewall-Hostrechner übermittelt,
damit Benutzer einer Anwendung auf transparente Weise über die
Firewall hinweg zugreifen können.
Da das Protokoll von Anwendungsprotokollen unabhängig ist, kann es für viele
unterschiedliche Dienste eingesetzt werden (und ist bereits eingesetzt
worden), zum Beispiel für
telnet, ftp, finger, whois, gopher, WWW usw. Der Server übermittelt
die Daten einfach zwischen dem Client und dem Anwendungs-Server,
sodass der Verarbeitungsaufwand so gering wie möglich bleibt. Da SOCKS keine
Kenntnis über
das Anwendungsprotokoll benötigt,
dürfte
es auch einfach Anwendungen verarbeiten können, welche die Daten zum
Schutz vor neugierigen Eindringlingen verschlüsseln.
-
Bei
der bevorzugten Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung kommuniziert der SOCKS-Client nicht mit
dem SOCKS-Server, sondern mit dem Abfangeinheit-Client, der sich
in der mobilen Einheit befindet. Alle Daten, die der Abfangeinheit-Client
vom SOCKS-Client empfängt,
werden mittels der Datenübertragungsplattform
zum Abfangeinheit-Server gesendet. Die normalerweise vom SOCKS-Server
ausgeführten
Aufgaben werden nun vom Abfangeinheit-Client und -Server erledigt.
-
6 zeigt
ein typisches GSM-Netzwerk nach dem Stand der Technik, in welchem
Mobiltelefone 602 in mobilen Einheiten 601 zum
Herstellen einer Verbindung zu einer Server-Anwendung 603 verwendet
werden.
-
Die
Client-Netzwerkschicht 604 verwendet zum Herstellen einer
physischen Verbindung zur Gateway-Netzwerkschicht ein GSM-Telefon 602. Das
GSM-Telefon stellt eine Verbindung zu einer Basisstation 605 des
GSM-Netzwerkbetreibers her, wo die Vermittlungszentrale 606 des
Netzbetreibers über ISDN 607 (unter
Verwendung des Protokolls V.110) die Verbindung zur Gateway-Netzwerkschicht 608 herstellt.
-
Wenn
die Abfangtechnologie in der oben beschriebenen Weise in die Umgebung
des dargestellten Beispiels eingeführt würde,
- • würde in jeder
der mobilen Einheiten 601 eine Client-Abfangeinheit zwischen den Client-Anwendungen 609 und
den Datenübertragungsplattformen 604 und
- • eine
Server-Abfangeinheit zwischen der Server-Anwendung 603 und
dem Gateway 608 der Datenübertragungsplattform installiert.
-
Bei
einer solchen durch die vorgeschlagene Abfangtechnologie verbesserten
beispielhaften Umgebung würden
sich für
das Zusammenwirken zwischen der Client-Abfangeinheit und der Server-Abfangeinheit
deutliche Vorteile ergeben, da die folgenden Problemsituationen
erfolgreich bewältigt
werden können:
-
1. Wiederherstellung unterbrochener
Verbindungen
-
Physische
Verbindungen über
GSM-Netzwerke können
infolge mangelnder Netzversorgung jederzeit unterbrochen werden.
Das geschieht oft dann, wenn eine echte Ortsveränderung der mobilen Einheit
vorgenommen wird. Dieser Mangel wird durch die Abfangtechnologie
kompensiert: jedes Mal, wenn eine Netzwerkschicht Daten senden will
und keine physische Verbindung zur Verfügung steht, versucht sie eine
neue physische Verbindung zu ihrem Partner herzustellen. Die Versuche
zur Herstellung einer Verbindung werden so lange wiederholt, bis
sie erfolgreich sind oder die logische Verbindung durch die Sitzungsschicht
geschlossen wird, da die Zuverlässigkeitsschicht
eine Zeitüberschreitung
der Sitzung erkannt hat.
-
2. Sparmodus
-
Die
Abfangtechnologie unterbricht physische Verbindungen, die längere Zeit
nicht benutzt werden, um Kosten zu sparen und den Verwaltungsaufwand für ungenutzte
Verbindungen zu verringern. Sobald die Zuverlässigkeitsschicht neue Daten übermittelt, wird
die Verbindung wieder aktiviert. Der auf den Abfangeinheiten basierende
Ansatz ermöglicht,
Leistungsmängel
des zugrunde liegenden Protokolls zu kompensieren.
-
3. Herstellen einer neuen
Verbindung
-
Wenn
ein Client auf Basis des TCP/IP-Protokolls eine Verbindung zu einem
Anwendungs-Server herstellen will, muss der SOCKS-Client zuerst
eine TCP-Verbindung zum Abfangeinheit-Client herstellen. Wenn die Verbindungsanforderung
erfolgreich ist, sendet der SOCKS-Client eine Versionskennung bzw.
eine Nachricht zur Methodenauswahl. Der Abfangeinheit-Client sendet
eine Nachricht zur Methodenauswahl zum SOCKS-Client mit der Bedeutung „KEIN BERECHTIGUNGSNACHWEIS
ERFORDERLICH".
-
Anschließend sendet
der SOCKS-Client eine Anforderung VERBINDEN zum Abfangeinheit-Client, in
welcher die Zieladresse und der Zielanschluss enthalten sind. Der
Abfangeinheit-Client bewertet die Anforderung und sendet eine Antwortnachricht
zum SOCKS-Client zurück
mit der Bedeutung „ERFOLGREICH".
-
Darüber hinaus
sendet der Abfangeinheit-Client ein Paket mit der Anforderung „Verbindung
einrichten" mittels
der Datenübertragungsplattform über das
Funknetz zum Abfangeinheit-Server. Dieses Paket mit der Anforderung „Verbindung
einrichten" enthält die Zieladresse,
den Zielanschluss und eine Client-Verbindungskennung (client conn
id). Der Abfangeinheit-Server stellt anhand der vorliegenden Zieladresse
und des Zielanschlusses eine TCP-Verbindung zum Anwendungs-Server
her. Diese TCP-Verbindung wird der vorliegenden Client-Verbindungskennung
und der Client-Kennung (client id) zugeordnet.
-
4. Beenden einer Verbindung
-
Sowohl
der Anwendungs-Client als auch der Anwendungs-Server können eine
Verbindung beenden. Im ersten Falle sendet der Abfangeinheit-Client ein
Paket mit der Anforderung „Verbindung
beenden" mittels
der Datenübertragungsplattform
zum Abfangeinheit-Server, welcher daraufhin die TCP-Verbindung zum
Anwendungs-Server beendet. Im zweiten Falle sendet der Abfangeinheit-Server
ein Paket mit der Anforderung „Verbindung
beenden" mittels der
Datenübertragungsplattform
zum Abfangeinheit-Client, welcher daraufhin die TCP-Verbindung zum
Anwendungs-Client beendet.
-
5. Datenübertragung
-
Die
von der Client-Anwendung stammenden Daten werden zum Abfangeinheit-Client
gesendet. Der Abfangeinheit-Client fügt den Daten die Client-Verbindungskennung
hinzu und sendet sie dann zum Abfangeinheit-Server. Anhand der Information der
Client-Verbindungskennung entscheidet der Abfangeinheit-Server, über welche
TCP-Verbindung die Daten zum entsprechenden Anwendungs-Server gesendet
werden sollen.
-
Die
von der Server-Anwendung stammenden Daten werden über die
bestehende TCP-Verbindung zum Abfangeinheit-Server gesendet. Der
Abfangeinheit-Server fügt
den Daten die Client-Verbindungskennung
für die
TCP-Verbindung hinzu. Andererseits kennt der Abfangeinheit-Server
die Client-Kennung (client id) für
die TCP-Verbindung und kann die Daten zum Abfangeinheit-Client senden. Anhand
der Information der Client-Verbindungskennung
entscheidet der Abfangeinheit-Client, über welche TCP-Verbindung die
Daten zum entsprechenden Anwendungs-Client gesendet werden sollen.
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6. Unzureichende Übertragungskapazität
-
Wenn
die Abfangeinheiten feststellen, dass die Kapazität (das heißt, die
Bandbreite) der Verbindung zur Verarbeitung der Übertragungsanforderung innerhalb
eines bestimmten Zeitrahmens nicht ausreicht, können die Client-Abfangeinheit
und die Server-Abfangeinheit festlegen, dass zwischen beiden weitere
Parallelverbindungen eingerichtet werden. Durch die Vielzahl paralleler
Verbindungen stehen nun zusätzliche Übertragungskapazitäten zur
Verfügung,
sodass die Abfangeinheiten die Übertragung nun
innerhalb eines wesentlich kürzeren
Zeitrahmen durchführen
können.
-
7. Multiplexen einer Vielzahl
von Verbindungen
-
7 zeigt,
wie der auf Abfangeinheiten beruhende Ansatz zum Multiplexen einer
Vielzahl von parallelen Verbindungen über eine einzige Verbindung
genutzt werden kann.
-
Die
Client-Anwendung 701 in 7 steht über eine
Client-Abfangeinheit 702,
eine Datenübertragungsplattform 703 im
Client-System, eine Datenübertragungsplattform 704 im
Server-System und eine
Server-Abfangeinheit 705 mit der Server-Anwendung 706 in Verbindung. 7 zeigt,
dass die Client-Abfangeinheit
und die Server-Abfangeinheit zum Multiplexen einer Vielzahl von
parallelen Verbindung 707 über eine einzige Verbindung 708 genutzt werden
können.
Durch diese auf Abfangeinheiten basierende Funktionalität kann das
zugrunde liegende Protokoll bezüglich
Leistung und Kosten optimiert werden.