基于SIP的VoIP电话网关及其安全性的研究与实现

论文摘要

众所周知,VoIP是语音通信的未来。以IP技术为主的分组交换网络将取代传统的电路交换网络,成为将来电信网络的主体。但是,由于技术和成本的问题,它还不可能代替所有存在的电路交换电话,传统电路交换网络(PSTN)与分组交换网络还将会在很长时间内并存。而VoIP存在很多潜在的威胁和安全漏洞,国内许多厂家在VoIP设备的部署上对信息安全性问题认识不足。因此,开发一种具有安全性的、能实现两种网络无缝连接的设备是非常重要的课题。本课题研究了一种新型的VoIP网关设备,该设备是基于互联网工程任务组(IETF)提出的会话初始协议(SIP)设计的,并且使用了一种改进的SIP信令加密方法。它能完成IP网络上SIP用户与PSTN用户语音通信的功能并具有一定安全性。本论文首先介绍了PSTN信令原理、NGN原理以及软交换原理,并重点介绍了SIP协议原理以及操作过程。在分析了IP网络和PSTN网络呼叫原理的基础上给出了基于SIP协议的VoIP电话网关设计方案。通过对VoIP电话网关进行详细的功能分析,选择合适的硬件方案并设计其接口。本文的工作难点以及重心是网关软件及SIP信令加密算法的设计与实现,在研究SIP和RTP协议栈的基础上完成了SIP信令与PSTN信令的转换,针对SIP协议的特点设计了一种SIP信令加密算法并将其应用于网关。文章最后给出了网关的测试方法以及性能分析,测试结果表明网关的性能良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外开发研究现状
• 1.3 课题研究目标和内容
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 PSTN到VoIP的演进
• 2.1 传统公用电话网（PSTN）
• 2.2 VoIP、NGN以及软交换
• 2.2.1 VoIP原理
• 2.2.2 NGN和软交换
• 2.3 PSTN相关协议
• 2.3.1 信令相关概念
• 2.3.2 传统信令分类
• 2.3.3 PSTN的接口
• 2.4 VoIP的技术基础
• 2.4.1 SIP信令技术
• 2.4.2 语音编码技术
• 2.4.3 实时传输技术
• 2.4.4 服务质量
• 2.4.5 安全性技术
• 2.5 本章小结
• 第三章 VoIP电话网关的总体设计
• 3.1 VoIP电话网关的体系结构
• 3.2 VoIP电话网关的功能分析
• 3.3 VoIP电话网关的设计方案
• 3.4 VoIP电话网关的实施方案
• 3.5 本章小结
• 第四章 VoIP电话网关的设计与实现
• 4.1 网关硬件选择方案
• 4.1.1 网关语音板卡的选择
• 4.1.2 语音板卡电路模块
• 4.1.3 语音板卡接口说明
• 4.2 网关软件的设计与实现
• 4.2.1 网关软件分层结构
• 4.2.2 传输层的实现
• 4.2.3 协议栈的实现
• 4.2.4 事务层的实现
• 4.2.5 应用层的实现
• 4.2.6 网关主控流程
• 4.3 网关安全性的实现
• 4.3.1 网关摘要认证的实现
• 4.3.2 信令加密模块的实现
• 4.4 本章小结
• 第五章 测试及性能分析
• 5.1 网关测试方案设计
• 5.2 信令功能测试及分析
• 5.2.1 信令功能测试
• 5.2.2 信令性能测试
• 5.3 语音质量测试
• 5.3.1 语音通信效果测试
• 5.3.2 语音通信性能测试
• 5.4 网关性能分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在攻读硕士期间的主要研究成果