解析软交换系统中的私网地址转换

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1、解析软交换系统中的私网地址转换~教育资源库  概述  近年来,随着网络向分组化方向发展,VOIP、软交换等技术开始越来越多地应用于网络。这些新技术在为用户带来更多服务选择的同时,自身也面临许多需要解决的问题,网络中大量使用私有IP地址就是其中之一。   1、问题的产生  先来简单介绍一下软交换系统的用户接入方式。从软交换机放置的等级区分,大致可分两类:(1)通过PSTN接入,软交换机位于汇接局/长途局;(2)通过IP网接入,软交换机相当于本地端局,如图1所示。    软交换用户接入方式  第一种接入方式,通过原有的PSTN交

2、换机接入,和传统方式相比用户侧没有任何变化,也不存在IP地址问题;第二种接入方式(包括IP-IP、IP-PSTN等),IP多媒体用户通过IP网接入,必须分配IP地址。由于IPv4本身地址空间有限,且分配不均,随着互联网用户的飞速发展,IP地址匮乏情况越来越严重,因此运营商、企业用户等大量采用私有IP地址。据估计目前网上使用私有IP地址的设备数量远远超过使用合法IP地址的设备数量。  这些私网用户在访问公网时,一般采用NAT+PAT技术来解决地址转换问题。当私网内部设备试图访问外部网络时,NAT(网络地址转换)技术可将其私有的

3、IP地址转换成合法的IP地址。动态的端口转换(PAT)技术可解决合法IP地址紧缺的问题,PAT将私有地址+TCP/UDP端口转换并为一个合法地址+一个TCP/UDP端口,这样可有多个私有地址对应一个合法地址,用不同的TCP/UDP端口进行区分。NAT与PAT通常被同时使用,称为网络地址端口转换(NAPT)。  NAPT一般只完成IP层地址的转换,而软交换协议(如H.323、SIP、MGCP等)需要依靠封装在高层的地址信息完成通信。一方面,由于NAPT不能相应地修改这些封装在协议包内的地址,使软交换系统无法获得终端正确的地址信

4、息,结果造成无法建立通信;另一方面,私网设备只有在向外部主动发起连接时,才会被分配到合法IP和端口号。若不做特殊处理,设备对外部网络来说是不可见的,也无法接受软交换发来的呼叫请求。  目前业界有多种解决私网穿越的方案。完善的方案应能解决私网穿越中可能遇到的各种问题,如NAT、PAT、对称NAT(SymmetricNAT)、防火墙等,另外在建设时对现有IP承载网和软交换系统的影响要尽可能小。本文介绍两种被多数厂家采用,并已有成熟产品的方案:ALG和SBC。  2、ALG解决方案   ALG(应用层网关,ApplicationL

5、ayerGateGCP/H.248)。ALG方案的组网模型见图2。   ALG组网方案  以SIP协议为例,简述ALG工作原理(MGCP、H.248和H.323情况类似)。假设图2中终端A、C都是SIP终端,软交换机是SIP代理。位于私网的终端A用户通过公网的SIP代理向终端C发出INVITE请求,并创建相应的SDP消息体。当消息通过ALG时,ALG会分析IP包头、UDP包头及SIP/SDP消息体,并用ALG外部端口的合法IP地址和临时分配的UDP端口号来替换相应的终端A的私网地址和端口号。如表1所示。   ALG网关将转换

6、后的消息发往SIP代理(软交换),呼叫接续流程的其它信令消息、转换方式与INVITE类似。SDP描述中RTP信息也相应被ALG修改,这样,参与通信的终端都能获得正确的IP地址和端口信息。如图2所示,当呼叫建立后,终端A、C间的RTP媒体流通过ALG事先分配的端口建立连接。   另外,如果ALG判断出两台终端在同一私网内(如图2中终端A、终端B),将不对IP包做修改,终端A、B可直接用自己的私有地址建立RTP连接。   ALG方式不需要对软交换协议和终端做任何修改,是比较简单的解决方式。在实际应用中,ALG可以是私网原有NAT

7、/防火墙的一部分,也可是与原有NAT/防火墙并列的新增设备。本文建议采用后一种方式,这样可以避免原有设备升级对网络的影响,同时也便于软交换系统的管理,尤其在IP承载网和软交换系统由不同运营商所有的情况。不过,由于ALG放置在客户端,在软交换大规模部署时,对现网改造的工作量还很大。另外,当有新的应用出现时,需要对所有ALG进行升级来支持新的应用协议。   图2所示的方案中,数据应用仍通过网络中原有的NAT访问互联网,软交换应用则通过ALG与公网连接。由于ALG本身可具有防火墙和高层安全应用功能,可以设置只允许通过软交换消息和媒

8、体流,只要选择适当的ALG产品,采用这种建设方案并不会降低原有网络的安全性。  3、SBC解决方案   SBC(边界会话控制器,SessionBorderController)是目前主要的解决方案。与ALG设置在用户侧不同,SBC一般设置在软交换侧,该方案的优点是无需改动现有的NAT设备。

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