SIP协议穿越NAT的研究与实现

论文摘要

随着因特网的迅速发展,用户对新业务的需求不断增加,传统的电信网络和IP网络的融合已成为必然,而基于软交换的下一代网络技术(NGN)可以实现无缝连接,是业界研究的热点。利用软交换技术,可以最大限度保护现有的电信网络的投资,同时提供比传统业务更多、更好的服务,促进现有电信网络向下一代网络平滑演进。 大规模的应用NGN将极大的增加对IP地址的需求。当前解决IP地址匮乏问题的方案有CIDR、NAT技术和IPv6等,使用比较广泛的是NAT技术。NAT技术是在一个网络内部的节点与外部Internet网络进行通讯时,网络中的IP包从源地址在到达目的地址的过程中,NAT修改该IP包的源、目的地址(IP)和源、目的端口(Port),通过这个修改将其内部自定义的IP地址转换为合法的公用IP地址的过程。而基于H.323、SIP等协议的NGN应用需通过信令消息中的IP地址和端口来实现目的地寻址,因此私网内用户在穿越NAT和公网用户通信时不仅需要对TCP/UDP层的端口信息以及IP层的源地址和目的地址进行变换,还需对IP包载荷中的相关地址信息进行变换,由此产生了穿越NAT的相关问题。因此穿越NAT问题是目前开展NGN业务最大的障碍,迫切需要解决。SIP作为软交换中的一个重要协议,目前受到广泛的关注。本文的焦点是针对SIP的特点,研究SIP协议穿越NAT的实现。 本文针对SIP协议穿越NAT的问题以及NAT和SIP各自的特点,分析了目前业界穿越NAT最常用的几种解决方案,在这些基础上提出了SIP应用层网关的解决方案。对SIP应用层网关及其实现,目前虽然已经有了一些研究,但是还很不完善。目前的一些相关草案都仅仅是对SIP报文修改部分或者其他部分做了一些建议。本文在相关资料基础上提出了一个统一的基于SIP的应用层网关实现框架,该框架下定义了实现一个基本的SIP应用层网关所应该完成的工作和遵循的流程。研究和实践表明,本文所提出的SIP的应用层网关的解决方案能够有效的解决典型的SIP穿越NAT问题,为NGN的大规模应用提供了参考。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题关键技术以及研究现状
• 1.2.1 NGN和协议介绍
• 1.2.2 NAT技术概述
• 1.2.3 国内外研究现状
• 1.3 本文主要工作以及组织结构
• 第2章 SIP穿越NAT的相关研究
• 2.1 SIP协议概述
• 2.2 SIP网络元素
• 2.3 SIP的传输机制
• 2.3.1 UDP与TCP传输的比较
• 2.3.2 SCTP的传输机制
• 2.3.3 SIP和SIPS URI结构
• 2.4 SIP协议的消息格式
• 2.4.1 SIP请求消息
• 2.4.2 SIP响应消息
• 2.4.3 SDP的使用
• 2.5 SIP穿越NAT的相关解决方案
• 2.5.1 NAT／ALG方式
• 2.5.2 MIDCOM方式
• 2.5.3 Full Proxy方式
• 2.5.4 STUN方式
• 2.5.5 TURN方式
• 第3章 SIP应用层网关的研究
• 3.1 SIP消息和头域的处理
• 3.2 SIP应用层网关的实现原理
• 3.2.1 注册流程的处理
• 3.2.2 内网用户呼叫外网用户
• 3.2.3 外网用户呼叫内网用户
• 第4章 SIP应用层网关的实现
• 4.1 SIP应用层网关的结构
• 4.2 SIP应用层网关的工作流程
• 4.3 SIP应用层网关功能模块的实现
• 4.3.1 消息收集模块
• 4.3.2 来自内网SIP消息处理模块
• 4.3.3 来自外网SIP消息处理模块
• 4.3.4 消息发送模块
• 4.3.5 NAT处理模块
• 第5章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 发表的论文