VoIP穿越NAT和防火墻的方法
2007/08/28
一、NAT/ALG 方式
普通NAT是通過修改UDP或TCP報(bào)文頭部地址信息實(shí)現(xiàn)地址的轉(zhuǎn)換，但對(duì)于VOIP應(yīng)用，在TCP/UDP凈載中也需帶地址信息，ALG方式是指在私網(wǎng)中的VOIP終端在凈載中填寫的是其私網(wǎng)地址，此地址信息在通過NAT時(shí)被修改為NAT上對(duì)外的地址。
語音和視頻協(xié)議（H323、SIP、MGCP/H248）的識(shí)別和對(duì)NAT/Firewall的控制，同時(shí)每增加一種新的應(yīng)用都將需要對(duì) NAT/Firewall進(jìn)行升級(jí)。
在安全要求上還需要作一些折衷，因?yàn)锳LG 不能識(shí)別加密后的報(bào)文內(nèi)容，所以必須保證報(bào)文采用明文傳送，這使得報(bào)文在公網(wǎng)中傳送時(shí)有很大的安全隱患。
NAT/ALG是支持VOIP NAT穿透的一種最簡單的方式，但由于網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況是已部署了大量的不支持此種特性的NAT/FW設(shè)備，因此，實(shí)際應(yīng)用中，很難采用這種方式。
二、MIDCOM 方式
與NAT/ALG不同的是，MIDCOM的基本框架是采用可信的第三方（MIDCOM Agent）對(duì)Middlebox （NAT/FW）進(jìn)行控制，VOIP協(xié)議的識(shí)別不由Middlebox完成，而是由外部的MIDCOM Agent完成，因此VOIP使用的協(xié)議對(duì)Middlebox是透明的 .
由于識(shí)別應(yīng)用協(xié)議的功能從Middlebox移到外部的MIDCOM Agent上，根據(jù)MIDCOM 的構(gòu)，在不需要更改Middlebox基本特性的基礎(chǔ)上，通過對(duì)MIDCOM Agent的升級(jí)就可以支持更多的新業(yè)務(wù)，這是相對(duì)NAT/ALG方式的一個(gè)很大的優(yōu)勢。
在VOIP實(shí)際應(yīng)用中，Middlebox功能可駐留在NAT/Firewall，通過軟交換設(shè)備（即MIDCOM Agent）對(duì)IP語音和視頻協(xié)議（H323、SIP、MGCP/H248）的識(shí)別和對(duì)NAT/Firewall的控制，來完成VOIP應(yīng)用穿越 NAT/Firewall .在安全性上，MIDCOM方式可支持控制報(bào)文的加密，可支持媒體流的加密，因此安全性比較高。
如果在軟交換設(shè)備上實(shí)現(xiàn)對(duì)SIP/H323/MGCP/H248協(xié)議的識(shí)別，就只需在軟交換和NAT/FW設(shè)備上增加MIDCOM協(xié)議即可，而且以后新的應(yīng)用業(yè)務(wù)識(shí)別隨著軟交換的支持而支持，此方案是一種比較有前途的解決方案，但要求現(xiàn)有的NAT/FW設(shè)備需升級(jí)支持MIDCOM協(xié)議，從這一點(diǎn)上來說，對(duì)已大量布署的NAT/FW設(shè)備來說，也是很困難的，同NAT/ALG方式有相同的問題。
三、STUN 方式
解決穿透NAT問題的另一思路是，私網(wǎng)中的VOIP終端通過某種機(jī)制預(yù)先得到出口NAT上的對(duì)外地址，然后在凈載中所填寫的地址信息直接填寫出口NAT上的對(duì)外地址，而不是私網(wǎng)內(nèi)終端的私有IP地址，這樣凈載中的內(nèi)容在經(jīng)過NAT時(shí)就無需被修改了，只需按普通NAT流程轉(zhuǎn)換報(bào)文頭的IP地址即可，凈載中的 IP地址信息和報(bào)文頭地址信息是一致的。STUN協(xié)議就是基于此思路來解決應(yīng)用層地址的轉(zhuǎn)換問題。
STUN的全稱是Simple Traversal of UDP Through Network Address Translators，即UDP對(duì)NAT的簡單穿越方式。 應(yīng)用程序（即STUN CLIENT）向NAT外的STUN SERVER通過UDP發(fā)送請求STUN 消息，STUN SERVER收到請求消息，產(chǎn)生響應(yīng)消息，響應(yīng)消息中攜帶請求消息的源端口，即STUN CLIENT在NAT上對(duì)應(yīng)的外部端口。然后響應(yīng)消息通過NAT發(fā)送給STUN CLIENT，STUN CLIENT通過響應(yīng)消息體中的內(nèi)容得知其NAT上的外部地址，并將其填入以后呼叫協(xié)議的UDP負(fù)載中，告知對(duì)端，本端的RTP接收地址和端口號(hào)為NAT 外部的地址和端口號(hào)。由于通過STUN協(xié)議已在NAT上預(yù)先建立媒體流的NAT映射表項(xiàng)，故媒體流可順利穿越NAT.
STUN協(xié)議最大的優(yōu)點(diǎn)是無需現(xiàn)有NAT/FW設(shè)備做任何改動(dòng)。由于實(shí)際應(yīng)用中，已有大量的NAT/FW，并且這些NAT/FW并不支持VoIP的應(yīng)用，如果用MIDCOM或NAT/ALG方式來解決此問題，需要替換現(xiàn)有的NAT/FW，這是不太容易的。而采用STUN方式無需改動(dòng)NAT/FW，這是其最大優(yōu)勢，同時(shí)STUN方式可在多個(gè)NAT串聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用，但MIDCOM方式則無法實(shí)現(xiàn)對(duì)多級(jí)NAT的有效控制。
STUN的局限性在于需要VOIP終端支持STUN CLIENT的功能，同時(shí)STUN并不適合支持TCP連接的穿越，因此不支持H323.另外STUN方式不支持對(duì)防火墻的穿越，不支持對(duì)稱NAT （Symmetric NAT）類型（在安全性要求較高的企業(yè)網(wǎng)中，出口NAT通常是這種類型）穿越。
四、TURN方式
TURN方式解決NAT問題的思路與STUN相似，也是私網(wǎng)中的VOIP終端通過某種機(jī)制預(yù)先得公網(wǎng)上的服務(wù)地址（STUN方式得到的地址為出口NAT上外部地址，TURN方式得到地址為TURN Server上的公網(wǎng)地址），然后在報(bào)文凈載中所要求的地址信息就直接填寫該公網(wǎng)地址。
TURN的全稱為Traversal Using Relay NAT，即通過Relay方式穿越NAT.TURN應(yīng)用模型通過分配TURN Server的地址和端口作為私網(wǎng)中VOIP終端對(duì)外的接受地址和端口，即私網(wǎng)終端發(fā)出的報(bào)文都要經(jīng)過TURN Server進(jìn)行Relay轉(zhuǎn)發(fā)，這種方式除了具有STUN方式的優(yōu)點(diǎn)外，還解決了STUN應(yīng)用無法穿透對(duì)稱NAT（Symmetric NAT）以及類似的Firewall設(shè)備的缺陷，同時(shí)TURN支持基于TCP的應(yīng)用，如H323協(xié)議。此外TURN Server控制分配地址和端口，能分配RTP/RTCP地址對(duì)（RTCP端口號(hào)為RTP端口號(hào)加1）作為私網(wǎng)終端用戶的接受地址，避免了STUN方式中出口NAT對(duì)RTP/RTCP地址端口號(hào)的任意分配，使得客戶端無法收到對(duì)端發(fā)來的RTCP報(bào)文（對(duì)端發(fā)RTCP報(bào)文時(shí)，目的端口號(hào)缺省按RTP端口號(hào)加 1發(fā)送）。
TURN的局限性在于需要VOIP終端支持TURN Client，這一點(diǎn)同STUN一樣對(duì)網(wǎng)絡(luò)終端有要求。此外，所有報(bào)文都必須經(jīng)過TURN Server轉(zhuǎn)發(fā)，增大了包的延遲和丟包的可能性。
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