基于SIP技术的NAT媒体穿越设计与实现的中期报告

基于SIP技术的NAT媒体穿越设计与实现的中期报告一、项目背景随着VoIP技术的不断发展，越来越多的企业和用户开始采用SIP技术进行电话通信。而网络中的NAT设备，尤其是家庭用户的无线路由器等设备，也逐渐普及，这就对基于SIP技术的VoIP通信带来了一定的挑战，因为NAT设备会对SIP协议中的媒体端口进行转换，导致呼叫无法建立或语音质量下降。因此，如何解决NAT问题成为了SIP技术广泛应用的关键之一。针对此问题，我们设计并实现了一个基于SIP技术的NAT媒体穿越方案，旨在解决SIP协议在NAT设备后的通信问题，提高通信质量和稳定性。二、技术方案1.NAT类型的分类和特点在进行NAT媒体穿透之前，需要对不同类型的NAT进行分类和认识。根据RFC3489的定义，NAT类型分为以下四类：FullConeNAT：外部的任何主机都可以访问内部的任何主机和端口，内部的主机也可以向外部的任何主机和端口发送数据包。RestrictedConeNAT：与FullConeNAT相似，只是限制了内部主机只能向连接过的外部主机和端口发送数据包，即只有外部主机发送数据给内部主机时，内部主机才能回传数据。PortRestrictedConeNAT：与RestrictedConeNAT相似，但同一个内部IP地址只能向一个外部IP地址的某一个端口发送数据包。不同的外部IP地址则可以使用不同的端口。SymmetricNAT：每个内部IP地址只能在第一次主动向外部发起连接时才会为其分配一个唯一的外部IP地址和端口，后续的连接请求将会使用相同的外部IP地址和端口。2.NAT穿透的技术方案根据NAT类型的不同，我们选择不同的技术方案来实现NAT媒体穿透：FullConeNAT：由于此类NAT类型不会改变端口号，因此只需要在建立SIP会话时，将SDP中的媒体地址设置为外部IP地址即可完成穿透。RestrictedConeNAT和PortRestrictedConeNAT：这两种类型的NAT都只允许内部主机向连接过的外部主机和端口发送数据包，因此需要通过外部主机发送一个数据包来获取其IP地址和端口号，并将此地址和端口作为SDP中的媒体地址。同时，还需要将NAT设备的映射表中的端口号和SDP中的端口号进行映射，以保证通信的正常进行。SymmetricNAT：此类NAT类型的特点是不同的SIP请求会分配不同的端口号，因此需要采用STUN或TURN协议来获取外部IP地址和端口，并将其作为SDP中的媒体地址。STUN协议是一种简单协议，通过发送一个请求到STUN服务器，就可以知道自己的外部IP地址和端口。而TURN协议则是一种更复杂的协议，需要建立一个代理服务器来进行通信。3.技术实现在技术实现中，我们采用了C++语言编写，并使用了LibreSIPs库来实现SIP协议的解析和处理。同时，还采用了STUN协议来获取外部IP地址和端口，以实现SymmetricNAT的穿透。在具体实现过程中，我们通过封装了一个SIP消息处理类，实现了SIP消息的解析、处理和响应等功能。以及封装了一个STUN客户端类，实现了STUN协议的请求和响应等功能。同时，还需要处理SIP消息和NAT映射表的映射关系，以保证媒体传输的正常进行。三、实验结果经过测试，我们的实现方案可以成功地穿透不同类型的NAT设备，从而实现SIP协议在NAT设备后的通信。在测试过程中，我们主要测试了语音通话的稳定性和质量，结果表明，我们的方案可以保证通话的稳定性和语音质量，同时还可以实现快速建立和释放SIP会话。四、未来工作计划基于当前的技术实现，我们计划在未来的工作中，继续优化和改进方案，以提升其性能和应用范围。具体计划如下：1.进一步优化NAT媒体穿透的方案，提高其兼容性和穿透效率。2.改进SIP消息处理类和STUN客户端类的设计和实现，以提高其稳定性和可扩展性。3.增加更多的功能模块，如加密和鉴权等模块，以加强安全性和可靠性。4.开发WebRTC技术栈，以实现更多的媒体类型和应用场景。五、总结基于SIP技术的NAT媒体穿透方案是解决SIP协议在NAT设备后的通信问题的一种有效方法。在实现过程中，我们通过对不同类型NAT的特点进行分