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GSM-Daten

Aufgrund der Komplexität von GSM müssen zunächst einige grundlegende Begriffe erläutert werden, die zum besseren Verständnis der nachfolgenden Kapitel dienen:

Versorgungsgebiete

Location Area: Aufenthaltsbereich einer Mobilstation. Er besteht aus dem Versorgungsbereich einer oder mehrerer Basisstationen und wird in dasl Visitor Location Register eingetragen. Bleibt der Teilnehmer innerhalb des Bereichs, ist kein Location Update erforderlich.
Home Location Area: Der Zuständigkeitsbereich eines Home Location Registers. Das ist normalerweise das öffentliche Netz als Ganzes. Mit steigenden Teilnehmerzahlen können jedoch pro Vermittlungsstelle mehrere Home Location Register geführt werden.
GSM-Service Area: In diesem Bereich ist der mobile Teilnehmer erreichbar, ohne dass der aktuelle Aufenthaltsort bekannt sein muss. Es findet ein Zusammenschluss von GSM-Netzen mit Ländern statt, wo ein Roaming-Abkommen besteht.

International Mobile Subscriber Identity (IMSI)

Jeder Mobilfunk-Teilnehmer ist durch eine europaweit eindeutige Mobilfunk-Kennung, der sogenannten IMSI (International Mobile Subscriber Identity) identifizierbar. Die Nummer ist dem Teilnehmer nicht bekannt und setzt sich folgendermaßen zusammen:

TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity): Diese temporäre Mobilteilnehmerkennung dient insbesondere dem Datenschutz und schließt eine Teilnehmeridentifizierung von Unbefugten aus. Die von einem Mobilfunkteilnehmer vorgenommenen Transaktionen bleiben somit anonym.
LAI (Location Area Identifier): Wird von der Basisstation zur Gebietskennung benutzt. Sie entsteht aus der Landes-, Netz- und Gebietskennzahl:
MCC (Mobile Country Code): Die Landes-Kennzahl für Deutschland ist 262.
MNC (Mobile Network Code): Die Netz-Kennzahl dient zur Identifizierung des Netzes, z.B. D1 = 01, D2 = 02 und E-Plus = 03.
LAC (Location Area Code): Die Gebiets-Kennzahl gibt den genauen Aufenthaltsbereich innerhalb des Zuständigkeitsbereichs einer Vermittlungsstelle an.

1 SIM-Karte

Das SIM (Subscriber Identity Module) ist eine spezielle Chipkarte (Smard Card), die die zur Teilnehmer-Identifizierung notwendigen Daten speichert. Das hat den Vorteil, dass ein Benutzer mehrere Endgeräte verwenden kann, z.B. Handy und Autotelefon. Ebenso läßt sich Endgerät von mehreren Benutzern benutzen. Auf der SIM-Karte sind sowohl permanente Daten und Sicherheits-Verfahren als auch temporäre Daten gespeichert:

Permanente Daten

PIN (Personal Identification Number)
IMSI (International Mobile Subscriber Identity)
Ki (teilnehmerspezifischer, symmetrischer Schlüssel)
A3-Algorithmus (für das Authentikations- Verfahren)
A8-Algorithmus (zur Generierung des Schlüssels Kc). Dieser Schlüssel wird bei der Verschlüsselung der Nutzdaten gebraucht.

Temporäre Daten

TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) .LAI (Location Area Identifier)
Kc (Chiffrier-Schlüssel)
CKSN (Ciphering Key Sequence Number)

Aufbau

Die SIM-Karte ist ein Mikrocontroller mit RAM, ROM und NVM (Non Volatile Memory). Die Schnittstelle der Karte hat eine effektive Übertragungsgeschwindigkeit von 3,2 kbps je Richtung. Das ROM enthält die nicht kopierbaren Sicherheitsverfahren A3 und A8. Das RAM dient zur Schlüsselberechnung. Das NVM beinhaltet folgende Daten:

IMSI, TMSI, LAI und PIN,
Teilnehmerauthentikations-Schlüssel Ki
-persönliches Rufnummern-Verzeichnis,
empfangene SMS-Nachrichten usw.

Parameter

ROM

RAM

NVM

max. Speichergröße

16 kByte

256 Bytes

8 kByte

typische Speichergröße

4- 6 kByte

126-160 Bytes

2-3 kByte

Tabelle 15: Speicher des SIM

2 Home Location Register (HLR)

Zu den Bestandteilen eines GSM-Netzes gehören mehrere Datenbanken. Das Home Location Register (HLR) ist die zentrale Datenbank im Netz und übernimmt die administrativen Funktionen. Jeder Verbindungsaufbau wird über das HLR abgewickelt. Die Datenbank beinhaltet sowohl semipermanente als auch temporäre Daten:

Semipermanente Daten

MSISDN (Mobile Subscriber International ISDN Number): Hierbei handelt es sich um eine weltweit eindeutige 15-stellige Rufnummer, die sich folgendermaßen zusammensetzt:
CC (Country Code): Die Landes-Kennzahl für Deutschland ist 49.
NDC (National Destination Code): Die Kennzahl für das gebuchte Netz im Land, z.B. die 171 für das D1-Netz oder die 172 für das D2-Netz.
Die Nummer des HLR und die Teilnehmer-Erkennung.
IMSI (International Mobile Subscriber Identity): s.o.
Gebuchtes Dienstprofil: Welche Dienste mit welchen Restriktionen z.B. Beschränkungen beim Roaming. Hier ist vermerkt, ob eine Anrufweiterleitung erfolgen soll.
Gebühren-Daten: Die zur Gebühren-Abrechnung notwendigen Daten, wie z.B. Name des Teilnehmers bzw. der Firma, Anschrift, Zahlungsart usw.

Temporäre Daten

MSRN (Mobile Subscriber Roaming Number): Die Umbuchungs- oder Aufenthaltsnummer beinhaltet die Kennziffer des Landes, des Netzes und der zugehörigen Vermittlungsstelle des aktuellen Aufenthaltsortes (Location Area).
LMSI (Local Mobil Station Identity): Diese Kennziffer dient der beschleunigten Suche von HLR-Daten und wird vom VLR zugewiesen.
VLR- und MSC-Adresse
SMS-Daten für den Kurznachrichtendienst
Authentikationsdaten (RAND, SRES, Kc)

An dieser Stelle sei angemerkt, daß es durchaus mehrere HLRs geben kann. Sie können einer oder mehreren Vermittlungsstellen oder sogar dem Betriebs- und Wartungs-Subsystem zugeordnet werden. Die GSM-Spezifikation läßt hier dem Netzbetreiber bewußt einen gewissen Spielraum, um in Hinblick "Intelligentes Netz" bereits eine Vorreiterrolle gegenüber der Festnetzentwicklung zu bekommen.

3 Visitor Location Register (VLR)

Das Visitor Location Register (VLR) ist eine lokale Datenbank, in der die für das Management benötigten Daten temporär gespeichert werden können, um so einen effizienten Verbindungsaufbau garantieren zu können. Das VLR enthält Kopien von Daten aus dem HLR, aber auch spezifische Daten.

Temporäre Daten

MSISDN (Mobile Subscriber International ISDN Number)
IMSI (International Mobile Subscriber Identity)
MSRN (Mobile Subscriber Roaming Number)
LMSI (Local Mobil Station Identity)
MSC-Adresse
Gebuchtes Dienstprofil
Gebühren-Daten

Spezifische Daten

TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity)
LAI (Location Area Identifier)
CKSN (Ciphering Key Sequence Number)

Equipment Identity Register (EIR)

Im Equipment Identity Register (EIR) sind die GSM-Endgeräte anhand der Gerätekennung IMEI (International Mobile Station Equipment) registriert. Hiermit können fehlerhafte oder gestohlene Endgeräte identifiziert werden. Angaben über Endgeräte werden in drei verschiedenen Listen im Central EIR in Dublin gesammelt und an die Netzbetreiber weitergegeben:

Weiße-Liste (zugelassene Endgeräte)
Graue-Liste (fehlerhafte Endgeräte)
Schwarze- Liste (gestohlene oder technisch defekte Geräte )

Authentication Centre (AC)

In der Zugangssicherungszentrale (Authentication Centre) werden die Kennungen der Mobiifunkteilnehmer und die zur Verschlüsselung notwendigen Algorithmen (A3, A8) gespeichert. Das AC übernimmt auch die Aufgabe der Sperrung einzelner Rufnummern oder gar sämtlicher Anrufe eines Mobiltelefons. Normalerweise ist das AC im HLR integriert. Der Netzbetreiber hat jedoch die Möglichkeit einer beliebigen Realisierung.