面向会话边界控制的NAT穿越方案设计与实现

论文摘要

随着网络应用的迅猛发展,基于IP网络的VoIP (Voice over IP, IP电话)技术得到了广泛应用。VoIP最大的优势是能广泛的应用于Internet和全球IP互连的环境,提供比传统的PSTN电话更低廉、更广泛的语音服务。同时,由于SIP (Session Initial Protocol,会话初始协议)与H.323协议相比具有更大的优势,VoIP系统越来越多的基于SIP实现。VoIP的大规模应用将极大地增加对IP地址的需求,但是为解决IP地址不足以及网络安全问题而提出的网络地址转换(Network Address Translation, NAT)技术和防火墙技术却导致了VoIP的端到端通信问题。如何有效解决信令、媒体流的NAT穿越问题,将是VoIP业务能否广泛推广应用的关键。会话边界控制器(Session Border Controller, SBC)是一种新型的VoIP接入层设备,它通过在网络的边界处对会话进行一定的控制,实现NAT穿越功能,同时还可以进行带宽限制、会话管理、流量统计等。本文针对SBC所涉及的NAT穿越问题开展研究。首先分析了基于SIP的VoIP系统中的相关协议,介绍了NAT技术以及目前业界NAT穿越的几种解决方案。在此基础上,提出了一种面向SBC的NAT穿越方案,并在理论和实现两个方面对这一方案进行了详细的描述。同时,基于本方案实现了SBC原型系统的设计和开发,并进行了相关的功能测试和性能测试。测试结果表明SBC原型系统的功能和性能均达到了预期的效果。能够支持基于SIP的正常IP语音通信以及信令流交互,较好地解决了典型的SIP协议穿越NAT问题,为VoIP的大规模应用提供了参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.1.1 VoIP技术的原理和发展
• 1.1.2 NAT/防火墙带来的问题
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 NAT穿越技术研究现状
• 1.2.2 SBC研究现状
• 1.3 本文主要内容和组织结构
• 第2章 SIP协议与NAT相关技术
• 2.1 SIP协议介绍
• 2.1.1 SIP协议的提出
• 2.1.2 SIP实体与组网结构
• 2.1.3 SIP消息与信令流程
• 2.1.4 几个重要的SIP头域
• 2.2 SDP协议介绍
• 2.3 NAT技术介绍
• 2.3.1 NAT技术简介
• 2.3.2 常见NAT分类
• 2.4 NAT环境下会话出现的问题
• 2.5 本章小结
• 第3章 面向SBC的NAT穿越方案研究
• 3.1 现有NAT穿越方案及存在的问题
• 3.1.1 应用层网关方案
• 3.1.2 MIDCOM方案
• 3.1.3 STUN方案
• 3.1.4 TURN方案
• 3.1.5 隧道透明穿越方式
• 3.1.6 ICE方案
• 3.2 SBC方案通信模型分析
• 3.2.1 信道模型
• 3.2.2 信道的参数
• 3.2.3 信道的建立
• 3.2.4 信道的维护
• 3.2.5 信道的拆除
• 3.3 SBC的工作原理
• 3.3.1 SBC的应用环境
• 3.3.2 SBC的架构和原理
• 3.4 面向SBC的NAT穿越方案
• 3.4.1 内网终端的注册
• 3.4.2 内网终端呼叫外网终端
• 3.4.3 外网终端呼叫内网终端
• 3.4.4 媒体穿越
• 3.4.5 跨网络呼叫的总结
• 3.5 本章小节
• 第4章 原型系统的设计与实现
• 4.1 设计目标及需求
• 4.2 系统总体设计
• 4.2.1 设计思想
• 4.2.2 体系结构设计
• 4.2.3 运行流程设计
• 4.2.4 存储结构设计
• 4.3 Socket通信模块
• 4.4 信令代理
• 4.4.1 SIP协议解析器
• 4.4.2 SIP消息处理模块
• 4.5 媒体代理
• 4.6 数据维护模块
• 4.6.1 注册信息表
• 4.6.2 会话信息表
• 4.6.3 RTP信息表
• 4.7 配置文件及参数定义
• 4.8 本章小结
• 第5章 穿越方案的测试
• 5.1 测试环境
• 5.2 测试目标
• 5.3 测试过程
• 5.4 测试结果
• 5.5 本章小结
• 第6章 结束语
• 6.1 课题总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢