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VoIP穿透防火墙技术研究

作　者: 聂朝东
导　师: 杨兵；武忠诚
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 语音IP 防火墙网络地址转换 RFC3519
分类号: TN916.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 41次
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内容摘要

随着网络应用的迅猛发展,VoIP (Voice over IP,语音IP即网络电话)技术得到了广泛应用。它以其强大的功能、低廉的价格以及高度的灵活性对传统的PSTN电话提出了强大的挑战。VolP不仅支持语音传输,而且能够提供图像、数据以及传真协议等多种服务。VolP是新一代网络时代发展起来的最具代表性和发展前途的应用技术之一但是,为解决IP地址不足及网络安全问题而提出的网络地址翻译(Network Address Translation, NAT)技术和防火墙(Firewall)技术却导致了VoIP应用不可避免地碰到一些困难和问题。FW/NAT处于网络的边缘,为内部网络提供安全保证。通常住宅ADSL用户也绑带了基于软件的FW和NAT。这样FW/NAT对商业和住宅用户都有影响。这个问题可以从两部分来看：一方面,虽然Firewall能动态地打开和关闭多个端口,有些正是VoIP信令端口,如SIP(会话发起协议)所要用到的5060端口,但一些会话消息打开的媒体流却无法到达Firewall内部。另一方面,由于客户端(如SIP电话)要把私网的地址与端口添加到消息包中,而这些私网地址在公网上是不可路由的,NAT将阻止双向的语音和多媒体通信。VOIP勺FW/NAT穿透问题严重阻碍了VoIP商用化的进程。如何有效解决信令、媒体流的防火墙/NAT穿越问题,将是VoIP业务能否广泛推广应用的关键。通过对、VoIP技术在Firewall/NAT的环境下建立通信过程进行详细研究,结合目前已有的VoIP穿透Firewall/NAT的主流解决方案进行分析,发现这些穿透方式有一个共同的特性即都需要修改网络构架中的Firewall/NAT或者新增加服务设备,不同的VoIP协议需要实现不同的穿透方式,给Firewall/NAT穿透的部署带来了困难,而且这些穿透方式无法实现在点对点通信方式下的通信。基于对目前已有的穿透方式的缺陷分析,论文通过应用移动IP穿透NAT(RFC3519)技术的实现原理实现VoIP的Firewall/NAT穿透,RFC3519协议的核心思想是采用隧道的方式实现Firewall/NAT的穿透,同时采用隧道技术实现对高层应用进行透明传输。通过利用PC机、VoIP网关、VoIP终端、TornadoⅡ、VxWorks、Iptables等软硬件设备搭建实验平台测试证明了此穿透方案的可行性,在理论和实现两个方面对这一方案进行详细的介绍并给出了测试的结果。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-18
  1.1 VoIP技术介绍  8-9
  1.2 VoIP关键技术  9-10
  1.3 VoIP的信令协议  10-14
    1.3.1 H.323协议及发展  10-11
    1.3.2 SIP协议及其发展  11-13
    1.3.3 SIP和H.323的关系  13-14
  1.4 VoIP通信方式  14-16
    1.4.1 服务器代理方式  14-16
    1.4.2 点对点通信方式  16
  1.5 本文的工作和任务  16-18
第二章 VoIP通信在FW/NAT环境下遇到的问题  18-24
  2.1 防火墙  18-19
  2.2 NAT设备  19-21
    2.2.1 Full cone(完全模式)  19-20
    2.2.2 Restricted Cone(限制模式)  20
    2.2.3 Port Restricted Cone(端口限制模式)  20
    2.2.4 Symmetric(对称模式)  20-21
  2.3 在FW/NAT环境下VoIP通信存在的问题  21-24
    2.3.1 VoIP FW/NAT环境下的信令问题  22-23
    2.3.2 VoIP媒体通信问题  23-24
第三章现有解决方案探讨  24-30
  3.1 NAT/ALG方式  24
  3.2 MIDCOM方式  24-25
  3.3 STUN方式  25-26
  3.4 TURN方式  26
  3.5 FullProxy方式  26-27
  3.6 比较分析  27-30
第四章 RFC3519实现原理分析  30-50
  4.1 RFC3519的简介  30
  4.2 隧道技术介绍  30-35
  4.3 RFC3519协议消息类型  35-37
  4.4 RFC3519实现VoIP的FW/NAT穿透原理  37-41
    4.4.1 RFC3519实现FW/NAT穿透的流程  37-39
    4.4.2 建立隧道检测方案  39-40
    4.4.3 隧道配置  40-41
  4.5 RFC3519实现FW/NAT穿透流程设计  41-45
    4.5.1 数据发送处理流程  42-43
    4.5.2 数据接收处理流程  43
    4.5.3 RFC3519协议信令流程  43-45
  4.6 隧道封装方式的选择  45-48
    4.6.1 IP的IP封装  45-46
    4.6.2 最小封装  46-47
    4.6.3 通用路由封装  47
    4.6.4 三种隧道封装方式比较  47-48
  4.7 开发环境  48-50
    4.7.1 硬件环境  48
    4.7.2 软件平台  48
    4.7.3 测试软件  48-50
第五章关键问题分析、解决及优化  50-60
  5.1 数据包获取  50-51
  5.2 隧道配置列表和隧道会话列表  51-53
  5.3 RFC3519隧道建立  53-55
    5.3.1 请求隧道建立流程  53-54
    5.3.2 接收隧道建立流程  54-55
  5.4 隧道封装和解封装  55-60
    5.4.1 隧道解封装流程  55-56
    5.4.2 隧道封装流程  56-60
第六章测试方案及结果分析  60-66
  6.1 测试环境  60-62
  6.2 测试报告及分析  62-66
    6.2.1 隧道功能性测试  62-63
    6.2.2 VoIP通话测试及性能评估  63-66
第七章总结与技术展望  66-68
  7.1 本论文创新之处  66-67
  7.2 未来的研究工作  67
  7.3 技术展望  67-68
致谢  68-70
参考文献  70-72

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