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SIP ALG穿透NAT的實現

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摘要:為解決SIP應用穿透NAT的問題,剖析了NAT的工作原理,並針對SIP協議信令過程的特點,提出了採用ALG設備解決NAT的穿透問題,具體設計了ALG的結構和相關實現算法,並給出了詳細的實現方案。關鍵詞:會話發起協議(SIP)網絡地址轉換(NAT)會話描述協議(SDP)信令


  會話發起協議SIP [1] (Session Initiation Protocol)是由IETF組織於1999年提出的在Internet網絡環境中實現實時通信應用的一種信令協議。SIP引發了現代通信體系結構的變革,然而它卻在視頻能力、會議控制方面沒有一個完善的標準;同時,由於大量企業和駐地網都採用了私有編址[2],並通過網絡地址轉換NAT (Network Address Translation)來控制與公共網絡的通信,而SIP數據包需通過信令消息中的IP地址和端口號來實現目的地尋址,且它的媒體流端口是動態分配的,這就為在NAT上配置固定的包過濾策略帶來了困難。因此,SIP穿透NAT是絕大多數VoIP運營商亟待解決的問題。
  當前,幾種主要的NAT穿透技術有SIP ALG、Full Proxy、MidCom、VPN、隧道穿透、STUN等。其中,SIP ALG方式是在傳統的NAT上進行擴展,使之具備感知SIP呼叫控制協議的能力,從而對基於SIP呼叫的地址實現穿透。它是一種比較簡單的方案,最突出的特點是ALG和具體的SIP系統無關,對於一個SIP系統不需要做任何修改,只要在響應的NAT上加載SIP ALG,就能完成私網到公網甚至私網中的兩個用戶之間的SIP連接。1 SIP應用穿透NAT面臨的問題1.1 NAT的工作原理  NAT [3]被置於兩網間的邊界。NAT技術使得一個私有網絡可以通過Internet註冊IP連接到外部世界。位於內網和外網中的NAT路由器在發送數據包之前,負責把內部IP翻譯成外部合法地址。當從外網來的含公網地址信息的數據包到達NAT時,NAT使用預設好的規則(其組元包含源地址、源端口、目的地址、目的端口、協議)來修改數據包,然後再轉發給內網接收點。NAT的基本工作原理如圖1所示,NAT設備實際上是在維護一個狀態表,該表用於把非法的IP地址映射到合法的IP地址上。

1.2技術難點  與傳統NAT支持HTTP等數據的穿透不同,SIP應用中的語音和視頻數據需通過信令消息中的IP…

Wi-Fi Multimedia (WMM)

Wi-Fi Multimedia (WMM)是第一個以802.11標準為基礎和通過Wi-Fi聯盟認證的QoS協定,Wi-Fi聯盟已採用這種優先權式的QoS方法做為QoS功能基準,這功能基準是802.11e所定義最新QoS功能的子集。WMM透過增強型分散式協議功能(EDCF: Enhanced Distributed Channel Access)、許可控制、爆發模式傳輸確認以及執行4個優先權式 QoS佇列的能力來提供QoS服務WMM基準功能很適合負載較小的環境;EDCF是以機率為基礎,在統計上來說,對於高優先權流量較為有利。雖然 EDCF無法完全保証QoS(尤其在高負載環境下),但這些功能對於無線網路語音應用在低負載卻有用處EDCF是以增強型協調通道存取(EDCA)做為通道存取機制。

IEEE 802.11e共指定了EDCA和混合協調通道存取(HCCA)兩種通道存取機制。Wi-Fi多媒體方案存取(WMM-SA)規格除了EDCA外,還支援以HCCA為基礎的集中式排程機制。HCCA包含更多QoS功能,能提供參數化QoS以及更精確的QoS參數控制,像是延遲時間、排程和頻寬保證。EDCA主要是在傳輸媒體使用權的競爭階段工作,但是QoS接取點(QAP)有權在競爭階段控制傳輸媒體,然後以輪詢方式決定使用權。

參數化QoS會用到流量規範(TSPEC),QoS Station (QSTA)用TSPEC對QAP發出QoS要求。QAP接取點可以接受或拒絕TSPEC要求。HCCA還增加了一項功能,就是無需確認的傳輸方式,這對於語音和串流媒體等即時應用極有幫助,因為即時應用對於延遲時間和延遲時間變動(jitter)的要求極為嚴苛,所以無法容忍重傳封包所造成的時間延誤,因為重新傳送的封包也會因為太晚抵達而變得毫無用處。

未提供Wi-Fi QoS功能的典型802.11b網路約能同時支援5通VoIP電話,採用WMM-SA HCCA的802.11a/g則能支援20通以上電話,這是因為802.11a/g頻寬的提升,及HCCA會利用TDMA集中式輪詢機制減少VoIP裝置爭奪控制權的情形。

在OSI第二層加入QoS功能的最終目的是支援802.11e標準,這套標準包含WMM以及WMM-SA兩種方法其中還有許多其它功能對於串流應用也很有幫助,像是直接鏈路設定(DLS)、區塊確認和省電功能DLS可將覆蓋率提高一倍以…

功率單位mW和dBm換算

無線基地台輸出的射頻信號,通過電纜傳送到天線,由天線以無線波形式射頻出去。無線波形到達接收地點後,由天線接收下來(僅僅接收很小很小一部分功率),並通過電纜送到無線基地台接收。因此在無線網路架設規劃中,如何知道無線基地台的發射功率與天線的無線波型射頻能力是非常重要的。 Tx是發射( Transmits )的簡稱。無線基地台的發射功率是指在使用頻段範圍內的能量,通常有兩種測量標準: 1、功率( W ): 相對 1 瓦( Watts )的線性水平。例如,WiFi 無線網卡的發射功率通常為 0.063W ,或者說63mW 。 2、增益( dBm ):相對 1 毫瓦( milliwatt )的比例水準。例如是市售 WiFi 無線網卡的發射 增益 為 15.56dBm~18dBm 。 兩種表達方式可以互相轉換: 1、dBm = 10 x log[ 功率 mW]2、mW = 10[ 增益 dBm / 10 dBm]在無線網路系統中,天線被用來把電流波轉換成電頻波,在轉換過程中還可以對發射和接收的信號進行"放大",這種能量放大的度量成為 "增益(Gain)"。 天線增益的度量單位為" dBi "。由於無線系統中的電頻波能量是由發射設備的發射能量和天線的放大總和產生,因此計算發射能量最好同一單位-增益( dB ),例如,發射設備的功率為 100mW ,或20dBm;天線的增益為 10dBi ,則:發射總能量=發射功率( dBm )+天線增益( dBi ) = 20dBm + 10dBi = 30dBm或者: = 1000mW = 1W在"無線產品功率"中(例如無線區域網路設備)每個 dB 都非常重要,特別要記住" 3 dB 法則"。每增加或降低 3 dB ,意味著增加一倍或降低一半的功率: -3 dB = 1/2 功率 -6 dB = 1/4 功率 +3 dB = 2x 功率 +6 dB = 4x 功率 例如, 100mW 的無線發射功率為 20dBm ,而 50mW 的無線發射功率為 17dBm ,而200mW 的發射功率為 23dBm 。 (dBm):放大器的輸出能力,一般單位為W、mW、dBm。dBm是取1mW作基準值,以分貝表示的絕對功率。 換算公式:Power值(dBm)=1…