基于NGN的NAT穿越技术研究

NAT穿越技术研究摘要:音视频通信应用的快速发展和IPv4地址资源不足的矛盾提出了NAT穿越问题。针对NGN中两种典型的呼叫控制协议体系——H.323和SIP,系统地论述了私网/公网、公网/私网、私网/公网/私网各种情况下信令和RTP媒体流的NAT穿越技术,讨论了适于企业网应用的STUN技术和解决方案。关键词:NAT穿越;NGN;实时传送协议;会话启动协议:TN915.14文献标识码:AResearchonNATTraversalAsbtract:Asaresultofinconsistencybetweentherapiddevelopmentofreal-timeaudio/videocommunicationapplicationsinNGNandtheshortageofIPv4address,theNATtraversalproblemhasbeenraised.ThepaperdissertatessystematicallytheNATtraversalmethodsofsignalingandRTPmediastreamintopologiessuchasprivatenetwork/publicnetwork、publicnetwork/privatenetworkandprivatenetwork/publicnetwork/privatenetworkbasedonthetypicalcallingcontrolprotocolsystemsinNGN,SIPandH.323,discussestheSTUNtechnologyandsolutionfittedforenterprisenetwork.Keywords:NATtraversal;NGN;real-timetransferprotocol;sessioninitialprotocol0引言随着NGN的发展,目前IPv4有限的IP地址资源已经无法满足提供以综合通信为目标的NGN大规模应用。从长远来看,IP地址匾乏问题将通过IPv6予以解决,但是当前更实际的解决方案是采用NAT(网络地址翻译)技术。如企业网、校园网普遍在防火墙中增设NAT功能模块,采用私有地址扩展地址空间,公网运营商在接人网中采用私有地址以扩展其用户等。NAT技术通过提供私有地址和公有地址的转换有效地扩展了IP地址空间并成功地支持私网用户和公网用户之间的通信。但是由于H.332、SIP(会话启动协议)等多媒体信令协议所特有的信令交互和媒体流传送相分离的设计使得基于这两种协议的实时音视频通信业务在现有NAT环境下存在“NAT穿越”的问题。其原因在于,通信终端在信令交互阶段需要将用于收发媒体流的IP和端口地址封装在此类协议消息体中传递给通信对端,进行媒体能力协商之后再建立UDP(用户数据报)媒体流,因此客观上存在信令通过NAT时不仅要对IP和运输层报头的地址信息进行变换,还需对相应协议消息净荷中地址信息进行变换的问题。H.323和SIP分别是由ITU-T和IETF提出的旨在基于分组网提供灵活、实时、可交互的多媒体业务的信令标准,二者对VoIP和实时音视频通信业务提出了各自的解决方案并得到实际商用。本文将对NAT进行简单的介绍并针对这两种协议标准研究NTA穿越问题。1NGN网络概述总体上看,NGN(NextGenerationNetwork)网络分为核心网和客户端这两大部分。两部分之间通过IP(InternetProtocol)网络相互连接。在核心网侧,主要处理来自客户端的注册请求和呼叫处理,接续客户端的呼叫,并且具有相关计费、网络管理功能[1]。而在客户端侧则主要是各种接入终端,如:iAD(综合接入设备)设备,MGCP(MediaGatewayControlProtocol)话机、SIP(SessionInitiationProtocol)话机以及PCPhone等设备。客户端通过IP网络的方式和核心网相连接,并发起呼叫,在呼叫信令建立完成后,仍然通过IP网络承载媒体流达到相互通讯的目的。1.1NAT技术的引入在NGN网络中,无论是核心网还是终端侧,所有的设备都承载在IP网络上。但是在IP网络中通讯的设备都必须具备网络的三层地址,即IP地址。通过IP地址终端才可以正常的访问核心网的呼叫服务器(CallServer),通过IP地址终端也才能相互传输媒体流。所以我们需要给所有设备分配相应的IP地址,包括每个终端。众所周知,在目前IPv4网络时代,在Internet上IP地址的资源是相当宝贵的,而且让用户终端完全暴露在Internet之下,也存在安全隐患,在IP网中有NAT技术可以解决这些难题。1.2NAT概述NAT是NetworkAddressTranslation的缩写,为网络地址翻译的意思。NAT技术的引入实际上是为了解决日益枯竭的IPv4的地址资源。在IPv4协议规范制定的时候,人们从没有意识到IP地址需求会变得如此之大,在IPv6未提出之前,为了减缓IP地址的分配的压力,提高IP地址的使用效率,IANA于是提出了公网地址和私网地址的概念。NAT用来实现私有地址和公有地址之间的转换[2]。私有地址是指...

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