一种利用UPnP帮助SIP穿越NAT方案的设计与实现

论文摘要

VoIP(Voice over Internet Protocol)是一种以IP电话为主,并推出相应的增值业务的技术。VoIP最大的优势是能广泛地采用Internet和全球IP互连的环境,提供比传统业务更多、更好的服务。它也是目前Internet应用领域的一个热门话题。SIP协议作为NGN重要协议之一,广泛应用于VoIP等多媒体通信业务中,但SIP本身不支持SIP信令和媒体流穿越NAT和防火墙。VoIP的大规模应用将极大地增加对IP地址的需求,当前VoIP主要使用NAT技术来解决地址匮乏的问题,随之而来却是NAT穿越的问题。这一技术问题阻碍了SP和运营商从VoIP中得到好处。NAT穿越是目前开展VoIP业务最大的障碍,迫切需要解决。本文首先分析了基于SIP的VoIP系统中相关协议,介绍了防火墙与NAT以及Linux下防火墙和NAT的实现方式,并介绍了目前业界NAT穿越的几种解决方案。本文着重给出了一种利用UPnP实现SIPNAT穿越的方案和实现。实现方案归纳了SIP穿越NAT时,所必要的UPnP辅助过程,并提出了一个SIP和UPnP配合工作的流程图,该状态机不仅能够使SIP信令顺利穿越NAT,还可以动态地根据网络的变化保证穿越的持续。本文遵循软件工程的要求,对方案进行了功能测试、性能测试等。研究和实践表明,本文所提出的方案能够有效的解决典型的SIP穿越NAT问题,为VoIP的大规模应用提供了一种手段和帮助。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 基于SIP协议的VOIP概述
• 1.1.2 VOIP基本原理
• 1.1.3 VOIP的关键技术
• 1.1.4 VoIP发展所面临的问题
• 1.2 研究目的
• 1.3 作者的工作和实现情况
• 1.4 论文结构
• 第二章 VOIP协议概述
• 2.1 会话初始化协议——SIP
• 2.1.1 SIP概述
• 2.1.2 SIP功能
• 2.1.3 SIP组件
• 2.1.4 SIP消息介绍
• 2.1.4.1 SIP消息类型
• 2.1.4.2 SIP消息格式
• 2.1.4.3 SIP方法
• 2.1.4.4 SIP响应码
• 2.1.4.5 SIP消息头（Message header）
• 2.1.4.6 SIP请求的6个必须消息头
• 2.1.4.7 SIP扩展方法
• 2.1.5 SIP-URL和寻址
• 2.2 会话描述协议（SDP）
• 2.2.1 SDP协议介绍
• 2.2.2 SDP协议格式
• 2.3 RTP和RTCP协议
• 2.3.1 RTP协议
• 2.3.1.1 RTP工作机制
• 2.3.1.2 RTP协议的报文结构
• 2.3.2 RTCP协议
• 2.3.2.1 RTCP工作机制
• 2.3.2.2 RTCP数据报
• 2.3.3 RTP和RTCP的工作过程
• 第三章 NAT的影响
• 3.1 NAT概述
• 3.2 常规NAT操作
• 3.3 NAT与应用程序之间的常见问题
• 3.4 对VoIP的具体影响
• 第四章 NAT的穿越方案比较及选择
• 4.1 传统NAT穿越方案
• 4.1.1 NAT/ALG方式
• 4.1.2 MIDCOM方式
• 4.1.3 STUN方式
• 4.1.4 TURN方式
• 4.2 UPnP穿越NAT
• 4.3 解决方案的选择
• 第五章 利用UPnP辅助SIP穿越NAT
• 5.1 SIP穿越NAT的分析
• 5.1.1 NAT对基于SIP的VOIP的影响的具体分析
• 5.1.2 应用程序利用UPnP穿越NAT的一般思路
• 5.1.3 利用UPnP实现NAT穿越的可行性
• 5.2 SIP穿越NAT的设计和实现
• 5.2.1 具体的实现环境
• 5.2.1.1 硬件环境
• 5.2.1.2 软件环境
• 5.2.2 在具体设计上的考虑
• 5.2.3 SIP模块的初始化过程以及UPnP功能切入点
• 5.2.4 集成于SIP模块的mini UPnP Client功能的设计
• 5.2.4.1 mini UPnP client task的工作流程。
• 5.2.4.2 mini UPnP client和SIP模块之间的接口和互操作。
• 5.2.4.2.1 子系统
• 5.2.4.2.2 流程说明
• 5.2.5 实现细节
• 第六章 测试方案与性能说明
• 6.1 测试方案设计
• 6.1.1 测试网络
• 6.1.2 测试步骤
• 6.1.3 实际测试过程摘要及说明
• 6.2 系统性能说明
• 第七章 结束语
• 7.1 论文工作总结
• 7.2 问题和展望
• 参考文献
• 附录一 缩略语
• 附录二 图表索引
• 致谢