Mobilitätsunterstützung auf der Anwendungsebene

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Lehrstuhl für Informatik 4
Kommunikation und verteilte Systeme
WWW - HTTP und Mobilität
• Eigenschaften
Zustandslos, Client/Server, Anfrage/Antwort
Erfordert verbindungsorientiertes Protokoll (TCP)
Primitive Caching- und Sicherheitsmodelle
Kapitel 2
• Technische Grundlagen: Schicht 1
• Verfahren zum Medienzugriff: Schicht 2
Kapitel 3
• Drahtlose Netze: WLAN, Bluetooth,
WirelessMAN, WirelessWAN
• Mobilfunknetze: GSM, GPRS, UMTS
• Satellitensysteme und Broadcastnetze
Kapitel 4
• Mobilität in der Netzwerkschicht
• Mobilität in der Transportschicht
• Mobilitätsunterstützung
Auswirkungen auf die Anwendungsebene
• „Mobile WWW“
• WAP
Kapitel 4.3: Auswirkung der Mobilität auf die Anwendungsebene
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Ansätze in Richtung Web für mobile
Endgeräte
HTML und mobile Endgeräte
• Anwendungs-Gateways, erweiterte Server
Einfache Clients, Vorberechnungen im Festnetz
Kompression, Filterung, Inhaltsextraktion
Automatische Anpassung an Netzwerkgegebenheiten
• HTML
Entworfen für Endgeräte höherer Leistung, Farbdisplay, Maus
Optimierung der „Ästhetik“, nicht des Kommunikationsaufwandes
• Mobile Endgeräte haben oft nur kleine Anzeigen niedriger Auflösung und sehr
eingeschränkte Eingabemöglichkeiten
• Beispiele
Skalierung von Grafiken, Farbreduktion, Änderung des
Dokumentenformats (z.B. PS nach TXT)
Detailbetrachtungen, Ausschnitte, Zoom
Extraktion von Überschriften, Zusammenfassung des Textes
HDML: einfache, HTML-ähnliche Sprache mit speziellem Browser
HDTP: passendes Protokoll, entwickelt von Unwired Planet
• weitere „Features“
Animierte GIFs, Frames, ActiveX Controls, Filmclips, Audio, ...
Heute schon werden Echtfarbendarstellung, Multimedia-Unterstützung,
hohe Auflösungen beim Entwurf von Web-Seiten vorausgesetzt
• Die Mehrzahl der HTML-Seiten enthält Fehler; Browser müssen sehr
leistungsfähig sein, um diese Fehler „auszugleichen“
• Probleme
Proprietäre Ansätze, erfordern eine Menge spezieller Zusätze für
Browser
Große Geräteheterogenität erschwert Ansätze
• Heterogenität der Endgeräte wird weitgehend ignoriert!
Also werden z.B. auch große Bilder automatisch zum Mobiltelefon mit
geringer Auflösung unter hohen Kosten übertragen!
• Probleme
Entworfen für große Bandbreiten und geringe Verzögerungen
Große und redundante Protokollköpfe (lesbar für Menschen)
Unkomprimierte Übertragung von Inhalten
Dynamische Objekte können nicht im Cache abgelegt werden, Mobilität
macht oft Caches unmöglich
POST (d.h. Senden zum Server) kann i.A. nicht gepuffert werden, damit
problematisch falls gerade abgekoppelt
Mit TCP: Großer Overhead pro Anfrage durch 3-Way-Handshake
verglichen mit dem eigentlichen Inhalt, Slow-start Problematik
DNS-Lookup durch Client erzeugt zusätzlichen Verkehr
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Systemunterstützung für „mobiles WWW“
Mobiler Client
Erweiterte Browser
• Pre-fetching, Caching und abgekoppelte
Nutzung
• z.B. Internet Explorer
Client Proxy
Nutzung
• z.B. Caubweb, TeleWeb, Weblicator,
WebWhacker, WebEx, WebMirror, ...
Integrierte
Erweiterung
Browser
Web
Server
Netzwerk Proxy
• Adaptive Inhaltstransformation bei
schlechter Verbindung, pre-fetching,
Caching
• z.B. TranSend, Digestor
Browser
Begleitende
Anwendung
Web
Server
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Mobiler Client
Browser
Netzwerk
Proxy
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Spezielles Netzwerk Subsystem
• Adaptive Inhaltstransformation bei
schlechter Verbindung, pre-fetching,
Caching
• z.B. Mowgli
Client
Proxy
Web
Server
Client und Netzwerk Proxy
• Kombination der Nutzen plus
Protokollvereinfachungen
• z.B. MobiScape, WebExpress
Browser
Web
Server
Mobiler Client
Zusätzliche, begleitende Anwendung
Nutzung
• z.B. ursprünglicher WebWhacker
Mobiler Client
WAP - Wireless Application Protocol
Mobiler Client
Browser
Client
Proxy
Web
Server
Netzwerk
Proxy
Ziele
• Internet-Inhalte und erweiterte Dienste sollen zu mobilen Endgeräten
(Telefone, PDA, ...) geliefert werden
• Unabhängigkeit von Standards drahtloser Netze
• Offen für alle, Vorschläge („weltweite Protokollspezifikation“) werden
Standardisierungsgremien vorgelegt
• Anwendungen sollen über aktuelle Transportmedien/Gerätetypen hinweg
skalieren und auch auf zukünftige Entwicklungen anwendbar sein
Mobiler Client
Browser
Client
Proxy
Web
Server
Netzwerk
Proxy
Plattformen
• beispielsweise GSM (900, 1800, 1900), CDMA IS-95, TDMA IS-136, Systeme
der 3. Generation wie IMT-2000, UMTS, W-CDMA, cdma2000 1x EV-DO
Forum
• Früher: WAP-Forum, mitgegründet von u.a. Ericsson, Motorola, Nokia,
Unwired Planet
• Jetzt: Open Mobile Alliance
Zusätzlich viele Server-Erweiterungen machbar
• „Channels“, Inhaltsaushandlung, ...
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WAP 1.x - Schichtenarchitektur und
Protokolle
WAP - Standardisierungsinhalte
Internet
• Browser
„Micro-Browser“, ähnlich den bekannten Browsern im Internet
HTML, Java
A-SAP
WAP
Application Layer (WAE)
S-SAP
• Script-Sprache
Ähnlich zu Java-Script, angepasst an das mobile Umfeld
Weitere Dienste und
Anwendungen
Session Layer (WSP)
HTTP
TR-SAP
Transaction Layer (WTP)
• WTA/WTAI
Wireless Telephony Application/Interface: Zugriff auf
Telefonfunktionalitäten
SEC-SAP
SSL/TLS
Security Layer (WTLS)
T-SAP
• Inhaltsformate
z.B. Visitenkarten (vCard), Kalenderereignisse (vCalender)
TCP/IP,
UDP/IP,
Medien
• Protokollstapel
Transport-, Sicherheits- und Sitzungsschicht
Transport Layer (WDP)
WCMP
Trägerdienste (GSM, UMTS, ...)
WAE beinhaltet z.B. WML (Wireless Markup Language), WML Script, WTAI
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WAP - Protokolle
WAP - Protokolle
Wireless Transaction Protocol (WTP)
• Leichtgewichtiges, transaktionsorientiertes Protokoll
• Speicherplatzschonend, Effizienz bezüglich der Luftschnittstelle
• Unterstützung verschiedener Kommunikationsformen, Anwendung bestimmt
den Grad der Zuverlässigkeit:
Klasse 0: unzuverlässiger Request (Beispiel: Push-Dienst)
Klasse 1: zuverlässiger Request (Beispiel: Verlässlicher Push-Dienst)
Klasse 2: zuverlässiger Request/Response (Mit/Ohne ACK, Beispiel:
Typisches Web-Browsing)
• Es gibt keinen expliziten Verbindungsaufbau/-abbau!
Wireless Datagram Protocol (WDP)
• Protokoll der Transportschicht der WAP-Architektur
• Liegt direkt auf den Übertragungsdiensten der verschiedenen
Netzwerktechnologien (GSM [SMS, GPRS, ...], DECT, ...) auf
• Mit Hilfe von WDP, das nach unten entsprechend des Übertragungsdienstes
angepasst ist, soll ein global interoperables Transportsystem geschaffen
werden.
• Zusätzlich dient WCMP (Wireless Control Message Protocol) ähnlich wie
ICMP der Steuerung/Fehleranzeige
Wireless Transport Layer Security (WTLS)
• Datenintegrität, Privatheit, Authentifikation, Schutz vor Denial-of-Service
Attacken
• WTLS basiert auf dem TLS (Transport Layer Security) - Protokoll (ehemals
SSL, Secure Sockets Layer), hier optimiert für schmalbandige
Kommunikationskanäle
Wireless Session Protocol (WSP)
• HTTP 1.1 Funktionalität: Request/Reply, Verhandlung über Inhaltstypen, ...
• Unterstützung von Client/Server, Transaktionen (simultan, asynchron), PushTechnik
• Schlüsselverwaltung, Authentifikation, Internet-Sicherheitsdienste
• Verwaltung von Sitzungen (Unterbrechung, Wiederaufnahme,...)
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WAE - Wireless Application Environment
WAE - logisches Modell
Ziele
• Netzwerkunabhängige Anwendungsumgebung für schmalbandige drahtlose Geräte
• Integriertes Internet/WWW-Programmiermodell hoher Interoperabilität
Ursprungs-Server
Anforderungen
• Geräte- und netzwerkunabhängig, internationale Unterstützung
• Herstellerbestimmbare Mensch-Maschine-Schnittstelle
• Beachtung von langsamen Verbindungen, geringem Speicher, begrenzter
Rechenleistung, kleinem Bildschirm, einfache Eingabe
Antwort
mit
Inhalt
Web
Server
andere
Server
Komponenten
• Architektur: Anwendungsmodell, Browser, Gateway, Server
• WML: XML-Syntax, basiert auf Karteikartenmetapher, Variablen, ...
• WMLScript: prozedural, Schleifen, Bedingungen, ... (ähnlich JavaScript)
• WTA: Telefonanwendungen wie Rufsteuerung, Textnachrichten, Telefonbuch, ...
(von WML/WMLScript zugreifbar)
• Inhaltsformate: vCard, vCalendar, Wireless Bitmap, WML, ...
Gateway
Client
kodierte
Antwort
mit
Inhalt
Kodierer
&
Dekodierer
push
Inhalt
kodierter
push
Inhalt
Anfrage
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kodierte
Anfrage
WTA
User Agent
WML
User Agent
andere
WAE
User Agents
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Wireless Markup Language (WML)
WAP - Netzwerkelemente
Festnetz
• WML folgt einer Stapel/Blatt (Skat) [deck] und Karten [card] Metapher
WML-Dokumente bestehen aus vielen Karten, Karten werden zu Stapeln
gruppiert
Ein Stapel ist einer HTML-Seite ähnlich und stellt eine
Übertragungseinheit dar
WML beschreibt nur die Absicht einer Interaktion in einer abstrakten Art
Die Umsetzung/Präsentation hängt dann von den Gerätefähigkeiten ab
Internet
HTML
WML
HTML
Filter
WAP
Proxy
Binary WML
WML
HTML
Web
Server
• Eigenschaften
Texte, Bilder
Benutzerinteraktion
Navigation
Inhaltsverwaltung
Mobilnetz
HTML
Filter/
WAP
Proxy
WTA
Server
Binary WML
Binary WML
Telefonnetz
• Weiterhin: WMLScript als „Analogie“ zu JavaScript
Binary WML: Binäres Datenformat für Clients
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Wireless Telephony Application (WTA)
Beispiele für WAP-Protokollstapel (WAP 1.x)
• Sammlung telefonspezifischer Erweiterungen
• Erweiterung des Standard-WAE-Anwendungsmodells
Content Push
• Ein Server kann Inhalte direkt auf einen Client schieben
• Der Client kann nun evtl. bisher unbekannte Ereignisse verarbeiten
Behandlung von Netzereignissen
• Eine Tabelle zeigt auf, wie auf bestimmte Ereignisse vom Netz zu
reagieren ist
Zugang zu Telefonfunktionen
• Jede Anwendung auf dem Client kann auf Telefonfunktionen
zugreifen
• Beispiel
Rufen einer Nummer (WML)
wtai://wp/mc;07216086415
WAP-Standardisierung
WAE User Agent
außerhalb WAP
WAE
WTP
WTP
UDP
WDP
IP
non IP
Datagrammbasierte
Anwendungen
WTLS
(GPRS, ...) (SMS, ...)
UDP
WDP
IP
non IP
WTLS
(GPRS, ...) (SMS, ...)
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UDP
WDP
IP
non IP
(GPRS, ...) (SMS, ...)
Reine
Datenanwendungen
evtl. ohne zusätzlich
benötigte Sicherheit
Typische WAPAnwendung mit
komplettem
Protokollstapel
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Inhaltsformate
Externe
Dienste EFI
KryptoBibliotheken
WAE/WTA User Agent
(WML, XHTML)
Push
Provisioning
Authentisierung
Navigation
Discovery
Identifikation
Service
Lookup
PKI
Gesicherter
Transport
Gesicherte
Träger
• Ziel: Integration von WWW, Internet, WAP und alternativen
Ansätzen, z.B. i-mode
Capability Negotiation
Push
OTA
Cookies
Synchronisation
Hypermedia Transfer
(WTP+WSP, HTTP)
CSD
IPv6
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Verbindungen
(TCP mit
wireless profile)
Datagramme
(WDP, UDP)
IPv4
MMS
Nachrichten
Streaming
USSD
SMS
GUTS
FLEX
MPAK
...
...
Protokollrahmenwerk
Multimedia Messaging
(Email)
Sitzung
Sicherheitsdienste
Transfer
• Neue Anwendungen
Farbgrafik
Animation
Laden großer Dateien
Ortsabhängige Dienste
Synchronisation mit PIMs
Pop-up/kontextsensitive Menüs
Dienstelokalisierung
Transport
• Neu für Entwickler
XHTML
TCP mit „Wireless Profile“
HTTP
Anwendungsrahmenwerk
WAP 2.0 Architektur
Träger
WAP 2.0 (Juli 2001)
Transaktionsbasierte
Anwendungen
WTLS
Rufen einer Nummer (WMLScript)
WTAPublic.makeCall("07216086415");
WSP
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Java 2 Platform Micro Edition (J2ME)
Mobile, tragbare Multimedia-Ausstattung …
• „Java-Boom erwartet“ (?)
Desktop-Bereich: über 90% Standard-PC-Architektur, Intel-x86kompatibel, meist MS-Windows-Systeme
Was soll hier Plattformunabhängigkeit helfen?
• ABER: Heterogene, „kleine“ Geräte
Internet Appliances, Mobilfunktelefone, eingebettete Steuerungen,
Autoradios, ...
Aus technischer Notwendigkeit (Temperatur, Platz, Leistungsaufnahme,
...) und Kostengründen unterschiedliche Hardware benötigt
• J2ME
Bereitstellung einer einheitlichen Plattform
Teilweise eingeschränkter Funktionsumfang im Vergleich zu StandardJava-Plattform
• Idee geht über WAP 1.x oder Ansätze wie i-mode hinaus
Vollständige Anwendungen auf Mobiltelefonen, nicht nur Browser
Auch Systemaktualisierungen, Ende-zu-Ende-Verschlüsselung
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Mobilitätsunterstützung auf der Anwendungsebene

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