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基于软交换的SIP网关的设计与实现

作　者: 邢璐
导　师: 沈备军
学　校: 上海交通大学
专　业: 软件工程
关键词: 软交换平台 SIP网关防火墙 NGN
分类号: TN915.05
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 65次
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内容摘要

在电信技术高速发展的时代,基于传统PSTN(Public Switched Telephone Network)的电信网络已经无法满足用户的需求;另外一方面,考虑到成本优势,传统的电信运营商和新兴的服务提供商都希望把低成本的、非电信级的、不太可靠的VoIP(Voice over IP),即时通讯等新兴技术应用到电信级的业务服务中。对于设备提供商,也希望可以提供一整套的解决方案和硬件设备,NGN(Next Generation Network,下一代网络)就此诞生并逐渐发展。NGN在近几年的发展速度很快,但也遇到了不少挑战,其中比较大的困难是基于软交换的用户接入问题,NGN需要将各种媒体网关、信令网关、智能终端、媒体服务器等接入到整个网络中。考虑到目前IPv4的地址资源越来越少,很多公司都会在内网使用私网地址,拥有这些私网地址的终端或者服务器在NGN网络上很难被公司外网的用户或者应用访问到;另外大部分公司都会在内、外网间加上防火墙来保护公司内部资源,从而更加增加了公司内外网间进行语音和视频通信的难度。因此,研究一个成熟的低成本解决方案急不可待。在此背景下,本文通过研究NGN、软交换平台所使用的各种ITU(International Telecommunication Union)、IETF(Internet Engineering Task Force)协议标准,设计出一个基于SIP(Session Initiation Protocol)协议的软交换平台;进而在这个平台的基础上,通过比较现有NGN防火墙穿越解决方案,分析其各自的优缺点,提出并实现了一种智能的、低成本的、安全的、有较高扩展性的基于SIP协议及其协议簇的网关设计方案,搭建一套比较完整的NGN安全智能网络,保护客户在网络安全产品上已有的巨额投资,并提供灵活的扩展功能,使网关能无缝连接到其他安全、认证、计费系统中去。本文的具体工作包括:1)从软交换平台的功能出发,开发出一个基于SIP协议的,支持语音、视频、文字沟通的软交换平台;2)分析现有NGN网络中防火墙穿越方案的不足,提出了一种基于SIP软交换的,智能、安全的SIP网关接入方案;3)基于该方案,分析、设计和实现了SIP网关,包括:功能需求和非功能需求的分析,静态模型、动态模型、数据模型、安全性、出错处理等多维度的设计。SIP网关通过应用层的过滤,控制防火墙满足客户的音视频沟通要求,能与软交换平台、智能终端、SIP服务器等的互联互通,同时在PKI的基础上,提供更高级别的访问控制功能;4)将SIP软交换平台与网关进行集成,并进行了功能测试、性能测试、稳定性测试和安全性测试,最后在某市政府办公网络平台中进行了试运行。测试和试运行结果表明,所开发的SIP网关与支持SIP协议的软交换平台达到了预期的目标,满足企业用户进行安全语音视频通讯的要求。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
1 绪论  12-18
  1.1 研究背景  12-15
  1.2 研究目的和意义  15-16
  1.3 研究目标和内容  16-17
  1.4 论文结构  17-18
2 相关技术  18-22
  2.1 SIP 协议及其协议簇  18-20
    2.1.1 SIP 协议中的实体  18-20
    2.1.2 SDP 协议及其在SIP 协议中的应用  20
  2.2 防火墙  20
  2.3 防火墙入侵检测技术  20-22
3 基于SIP 协议的软交换平台的开发  22-49
  3.1 软交换平台的定位和需求分析  22-24
    3.1.1 软交换平台在NGN 网络中的定位  22-23
    3.1.2 软交换平台的需求分析  23-24
  3.2 软交换平台的设计  24-26
    3.2.1 软交换平台的架构设计  24
    3.2.2 软交换平台的内部结构设计  24-26
  3.3 关键模块的详细设计与实现  26-49
    3.3.1 CSM 的详细分析和设计  27-43
    3.3.2 CSM Manager 的详细分析和设计  43-46
    3.3.3 脚本解释器的详细分析和设计  46-49
4 SIP 网关的设计  49-80
  4.1 软交换平台接入防火墙的解决方案  49-56
    4.1.1 面临的挑战  49-51
    4.1.2 应用层网关防火墙  51-52
    4.1.3 MiddleBox/MIDCOM 代理  52-53
    4.1.4 VPN  53-54
    4.1.5 STUN  54
    4.1.6 TURN  54-55
    4.1.7 本文的解决方案  55-56
  4.2 SIP 网关的需求分析  56-60
    4.2.1 SIP 网关的功能需求分析  56-58
    4.2.2 SIP 网关的非功能需求分析  58-60
  4.3 SIP 网关的工作原理  60-62
  4.4 SIP 网关的静态模型设计  62-67
    4.4.1 SIP 网关的逻辑结构  62-65
    4.4.2 SIP 网关的接口设计  65-66
    4.4.3 SIP 网关的软硬件资源  66
    4.4.4 SIP 网关的运行环境  66-67
  4.5 SIP 网关的动态模型设计  67-72
    4.5.1 SIP 网关的典型应用  67-69
    4.5.2 注册运行控制的时序图  69-71
    4.5.3 呼叫运行控制的时序图  71-72
  4.6 SIP 网关的数据模型设计  72-76
    4.6.1 ER 图设计  73
    4.6.2 表格设计  73-75
    4.6.3 模块和表格的映射  75-76
  4.7 SIP 网关的安全保密设计  76-77
  4.8 SIP 网关的出错处理设计  77-80
    4.8.1 出错信息  77-78
    4.8.2 补救措施  78-80
5 SIP 网关的测试和应用  80-96
  5.1 测试环境  80-81
  5.2 测试条件  81-82
  5.3 功能测试  82-93
    5.3.1 外网注册流程的测试  83-85
    5.3.2 外网状态订阅流程的测试  85-87
    5.3.3 外网通报流程的测试  87-89
    5.3.4 内外网通讯流程的测试  89-91
    5.3.5 内外网短信通讯流程的测试  91-93
    5.3.6 功能测试结果  93
  5.4 性能测试  93-94
    5.4.1 压力测试  93-94
    5.4.2 稳定性测试  94
  5.5 安全性测试  94-95
  5.6 SIP 网关应用试点  95-96
6 总结与展望  96-98
  6.1 本文工作小结  96-97
  6.2 展望  97-98
参考文献  98-100
致谢  100-101
攻读学位期间发表的学术论文目录  101

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