基于软交换SIP协议的NAT穿越研究

论文摘要

随着计算机和通信技术的不断发展,通过在一个公共分组网络中承载话音、数据和视频已经被越来越多的运营商和设备制造商所认同。在这样的业务驱动和网络融合的趋势下,诞生了下一代网络（NGN）模型,实现在分组网络中,采用分布式网络结构,有效承载话音、数据和多媒体业务。作为NGN的核心技术,软交换的发展受到越来越多的关注,软交换设备是网络演进以及下一代分组网络的核心设备之一。 作为承载在IP层上的NGN面临一系列的问题,特别是SIP协议作为多媒体传输协议应用在部署大量NAT设备的今天,传统的NAT设备对于RTP媒体流的隔离成为VOIP快速发展的瓶颈,基于SIP协议的NAT穿越也成为NGN研究中的一个重点问题。 本文首先从理论上系统地描述了NGN网络拓扑结构和软交换在NGN网络中的应用及其相关通信协议的互通。主要就本人在2005年2月—2005年10月在华为核心网软交换产品线测试部实习的实践经验,对华为NGN解决方案U-SYS进行简要的分析,同时对软交换产品SOFTX3000的系统原理、系统结构、应用协议和组网等方面进行相应的研究。 对SIP协议的NAT穿越的研究是本文的重点。论文分析了SIP应用在NGN组网中的地位,同时依据RFC3261标准对SIP消息体结构、SDP消息、SIP的呼叫与注册流程进行了详细的研究。由于IPV4地址的紧缺而大量部署的NAT设备对SIP协议的RTP媒体流穿越造成的影响,本文从IP地址与端口映射的角度对NAT的原理和类型进行阐述,着重论述了NAT机制产生的背景、IP地址映射原理以及NAT设备的存在对SIP协议的VOIP应用的影响。 STUN协议由于其实现简单、对具体的媒体流消息无任何影响和对现有组网改动较小等特点,可以有效的解决SIP协议的NAT穿越问题,也是本文研究的重点。论文根据STUN标准,对STUN协议进行深入的研究、设计和建模。在WIN32系统上实现STUN协议对NAT探测的模拟。最后对STUN模拟探测系统进行了测试,并对测试结果进行了分析。

论文目录

• 第1章 引言
• 1.1 课题的背景与意义
• 1.2 国内外研究成果与最新动态
• 1.2.1 NGN系统研究现状
• 1.2.2 SIP协议和 NAT技术
• 1.2.3 SIP的NAT穿越几种主要的解决方案
• 1.3 本论文的主要研究工作
• 第2章 NGN软交换网络结构
• 2.1 NGN网络拓扑结构
• 2.2 宽窄带电路转换组网
• 2.3 NGN中的接入层
• 2.4 NGN中VOIP技术
• 第3章 SIP协议分析
• 3.1 SIP在 NGN中的网络结构
• 3.2 SIP协议消息
• 3.2.1 消息类型
• 3.2.2 消息结构
• 3.2.3 SDP消息
• 3.3 SIP呼叫流程
• 3.4 SIP注册流程
• 第4章 NAT协议分析
• 4.1 NAT简介
• 4.2 NAT的分类
• 4.2.1 完全圆锥型NAT（Full Cone NAT）
• 4.2.2 地址限制圆锥型 NAT（Address Restricted Cone NAT）
• 4.2.3 端口受限圆锥型 NAT（Port Restricted Cone NAT）
• 4.2.4 对称型（Symmetric NAT）
• 4.3 NAT在NGN中的应用
• 第5章 SIP协议的 NAT穿越问题
• 5.1 NAT对 SIP用户VOIP应用的影响
• 5.2 SIP信令流NAT穿越分析
• 5.3 通过配置的方法解决SIP的媒体流穿越
• 第6章 SIP协议的 NAT穿越解决方案
• 6.1 MIDCOM解决方案
• 6.2 应用层网关（ALG）解决方案
• 6.3 STUN解决方案
• 第7章 STUN穿越的系统设计与实现
• 7.1 系统开发测试环境和工具
• 7.2 为什么选择STUN协议
• 7.3 STUN模拟探测系统消息发送机制
• 7.4 系统架构与模块功能
• 7.5 NAT探测过程
• 7.6 软件测试
• 7.6.1 测试环境
• 7.6.2 功能测试1
• 7.6.3 功能测试2
• 第8章 总结
• 参考文献
• 缩略语
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文