基于ALG的H.323穿越NAT技术的研究与应用

论文摘要

近年来,随着网络通信技术和信息传播多样化的发展,统一通信发展迅猛,越来越多的企事业单位和个人开始使用统一通信来满足工作和日常生活的信息交流。但由于现在局域网都有NAT设备,统一通信采用的重要协议H.323消息不能穿越NAT设备,给通信带来障碍。因而成功穿越NAT设备是统一通信能否建立连接的关键技术。现在各厂商都已提供NAT穿越技术和方案,ALG技术方案是其中关键的一个。但ALG方案在报文的转发过程中多了一道处理程序,降低了通信效率。因而提高处理程序的处理速度是ALG方案的重点。本文分析了H.323协议通信建立的过程,研究通信过程中穿越NAT时遇到的问题。分析传统ALG方案的工作原理和导致其效率不高的原因发现,在H.323消息经过NAT设备时,传统的ALG方案采用的是对消息进行全部解码,需要找出内含的IP地址并替换后再全部重新编码,占消息很大部分的非地址信息也参与了整个过程,导致效率的降低。如果只解码IP地址部分,其它非地址信息部分不经过解码编码过程,则节省很多时间从而会提高效率。在此基础上,本文提出按需解码的方法来代替传统的全部解码。按需解码即只解码需要处理的字段(如IP地址)并记录位置偏移,再根据偏移和处理逻辑进行IP地址等替换来完成NAT的穿越,缩短解码时间。这样无论是基于性能考虑,还是对底层的处理来说都是最优的。并据此本文设计了一个按需解码的ALG穿越方案,完成H.323协议族中的RAS、Q.931、H.245协议穿越NAT的处理,并在某公司商用路由器上实现。通过对该路由器穿越功能测试得出,该系统在要求的网络环境下能成功完成H.323协议消息的NAT穿越,实现通话功能；通过对该路由器的穿越性能测试得出,与传统的全部解码相比,按需解码需要的时间大大少于全部解码,从而保证了ALG方案的效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及其意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 主要研究内容和目标
• 1.4 论文的组织
• 第二章 H.323穿越NAT问题和ALG方案分析
• 2.1 H.323协议
• 2.1.1 RAS
• 2.1.2 呼叫信令协议
• 2.1.3 H.245控制信令协议
• 2.2 ALG的原理和主要工作分析
• 2.2.1 ALG的原理和优点
• 2.2.2 ALG技术和NAT的关系
• 2.2.3 ALG的主要工作
• 2.3 H.323消息穿越NAT时遇到的问题
• 2.4 全部解码性能不高原因的分析
• 第三章 采用按需解码的ALG方案的设计
• 3.1 按需解码的思想
• 3.2 结构设计
• 3.2.1 ALG-H.323模块与其他模块的关系
• 3.2.2 ALG-H.323模块内部结构
• 3.2.3 ALG-BASE模块内部结构
• 3.3 消息处理过程设计
• 3.3.1 H.323协议需要进行NAT穿越处理分析
• 3.3.2 典型处理流程设计
• 3.4 对性能有影响的因素及解决方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 采用按需解码思想的ALG方案实现
• 4.1 ALG-BASE的数据处理流程
• 4.1.1 ALG-BASE IP处理流程
• 4.1.2 ALG-BASE UDP处理流程
• 4.1.3 ALG-BASE TCP处理流程
• 4.2 ALG-H.323各子模块实现
• 4.2.1 ALG-H.323初始化
• 4.2.2 ALG-H.323 TCP数据接收处理
• 4.2.3 ALG-H.323 RAS协议ALG处理
• 4.2.4 ALG-H.323 Q.931协议ALG处理
• 4.2.5 ALG-H.323 H.245协议ALG处理
• 4.2.6 ALG-H.323 H.323解码处理
• 4.3 本章小结
• 第五章 测试分析
• 5.1 NAT穿越测试
• 5.1.1 直接呼叫模式
• 5.1.2 网守在外网的呼叫模式
• 5.1.3 网守在内网的呼叫模式
• 5.2 解码性能对比测试
• 5.2.1 测试目的
• 5.2.2 测试环境
• 5.2.3 测试方案
• 5.2.4 测试结果
• 5.3 本章小结
• 结束语
• 一、本文工作总结
• 二、未来研究方向展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文