RFC3581——SIP中的rport機制

記錄人：阿蜜果

日期：2010-5-28

1.    介紹

RFC3581的下載地址：http://www.ietf.org/rfc/rfc3581.txt

該協議比較簡短，主要用于描述rport（response-port）機制。

1.1 NAT分類

NAT：網絡地址轉換(NAT,Network Address Translation)屬接入廣域網(WAN)技術,是一種將私有(保留)地址轉化為合法IP地址的轉換技術,它被廣泛應用于各種類型Internet接入方式和各種類型的網絡中。原因很簡單，NAT不僅完美地解決了lP地址不足的問題，而且還能夠有效地避免來自網絡外部的攻擊，隱藏并保護網絡內部的計算機。

NAT常用的分類如下：

l Full Cone NAT(完全圓錐型)

l Address Restricted Cone NAT(地址限制圓錐型 )

l Port Restricted Cone NAT(端口限制圓錐型)

l Symmetric NAT(對稱型)

1.1.1 完全圓錐型NAT

在完全圓錐型NAT（Full Cone NAT）中，NAT會將客戶機地址{X:y}轉換成公網地址{A:b}并綁定。任何包都可以通過地址{A:b}送到客戶主機的{X:y}地址上。如圖所示：
  

1.1.2 地址限制圓錐型NAT

地址限制圓錐型NAT（Address Restricted Cone NAT）會將客戶機地址{X:y}轉換成公網地址{A:b}并綁定，只有來自主機{P}的包才能和主機{X:y}通信。如下圖所示：
   

1.1.3 端口限制圓錐型NAT

端口限制圓錐型NAT(Port Restricted Cone NAT)會將客戶機地址{X:y}轉換成公網地址{A:b}并綁定，只有來自主機{P,q}的包才能和主機{X:y}通信。如下圖所示：
   

1.1.4 對稱型NAT

對稱型NAT（Symmetric NAT）會將客戶機地址{X:y}轉換成公網地址{A:b}并綁定為{X:y}|{A:b}<->{P:q}。對稱型NAT只接受來自{P:q}的incoming packet，將它轉給{X:y} ，每次客戶機請求一個不同的公網地址和端口，NAT會新分配一個端口號{C,d} 。如下圖所示：
    

1.2問題描述

1.2.1 SIP Proxy無法穿過NAT回送SIP信令

因為SIP信令中的From和Contact頭域記錄的是私網地址和端口,NAT無法識別和轉換。如圖所示：
  

1.2.2 使用UDP Hole Punching的問題

這個內網的NAT上打了一個方向為211.136.91.58的“洞”，（這就是稱為UDP Hole Punching的技術）以后211.136.91.58就可以通過這個洞與內網的192.168.1.223聯系了，但是其他的IP不能利用這個洞。

在沒有活動的時候，這個Hole會過期：

NAT對于地址轉換關系是有一定生命期的，某個地址轉換后在一段時間內沒有被使用將會被清除，當這個業務流再次出現時，將會建立一個新的地址轉換關系。

SIP代理無法穿越

SIP在UDP和TCP上操作。當在UDP中使用的時候，對請求的響應被發送給請求所來自的地址，端口字段帶在請求的Via頭字段中。一半以上的信息（例如：IP地址）帶在 IP包頭中，還有一半的信息（例如：端口信息）帶在SIP消息頭中。SIP這樣做的原因是為了監聽所有的信息，包括請求消息和響應消息。

但是這種方式在客戶端在 NAT中的情況不適用，在NAT的環境中，回應可能發送不過去，因為與在請求中找到的地址不一樣，而且此前也沒有方法讓客戶端來得到源端口信息。

2.    NAT的常用解決方案

解決NAT穿越有很多中解決方案，常用的有：

2.1 ALG（Application Level Gateway）

可以識別SIP信令，能夠適當地修改數據包。ALG可以是單獨的連接于外網和內網之間的設備，也可以是內置于防火墻內的插件。

當FW/NAT發現外網呼叫信令為SIP時，將其轉發到ALG(應用層網關)，通過ALG建立起內網偽地址終端與外網終端的通信連接。

使用ALG需要對現有設備升級改造。例如思科的路由器都支持配置ALG。

2.2 MidCom（IETF MIDCOM(Middlebox Communications）

允許第三方(MIDCOM Agent )成為受FW/NAT信任的實體，然后代表FW/NAT做出決定，強迫其開放端口傳送媒體流或數據流。這些受信任的實體通過“MidCom”定義的新協議與FW/NAT進行通信。

協議的識別不由Middlebox完成，而是由外部的MIDCOM Agent完成。

使用MidCom需要對現有設備升級改造。

2.3 STUN(Simple Traversalof UDP Through Network)

 
      IETF RFC 3489定義了如何確定由NAT分配的公網地址和端口，不需要改造現有NAT。

主要特色：

l 能夠讓客戶端發現NAT的存在以及類型；

l 能夠讓客戶端發現NAT的綁定生命周期；

l 可以工作在多NAT串聯環境下；

l 非常簡單的協議，易于實現，負載低；

l STUN服務器可以位于公網任何地方。

適用范圍：

l 不適用于Symmetric NAT；

l 對于Non- Symmetric NAT都適用；

l 如果雙方都位于同一個NAT之后，就不適用。

2.4 SBC(Session Border Controller)

             
    l Signaling Solution

Ø SBC可以幫助SIP信令穿越已經存在的FW/NAT，而不需要對現有的FW/NAT設備做任何改變；

Ø 對于SIP終端，SIP終端設備會周期性發送注冊消息到SBC。

l Media Traversal Solution

SBC可以把相應的媒體流發送到防火墻上的相關IP地址和端口，然后正確地使媒體流到達防火墻后的用戶側。

3     rport機制講解

3.1 方案描述

獲得IP地址是在Via頭中帶上received參數。為了得到端口信息，也參考了這種方式，即在Via頭中帶上rport屬性來指明端口信息。

當在客戶端和服務器之間是NAT的時候，請求可能會在NAT中創建（或刷新）一個綁定，為了讓客戶端收到響應信息，在事務處理的過程中這個綁定必須保持存在。大多數的NAT綁定有超過1分鐘的超時時間，這超過了non-INVITE事務的持續時間，因而對non-INVITE事務的請求的響應只能在綁定存在的時候存在。INVITE事務倒是不存在這個問題。

為了保持這個綁定，客戶端應該在每隔20s左右重發INVITE請求，這種重發機制需要發生在收到一個臨時的響應后。

當然剛才所說的大概1分鐘的超時時間也不是確定的，有時候會比這長，此時重發機制可以發慢一點，否則，可以發快一點。這些問題可參考RFC3489。

如果是支持rport機制的服務器，它需要在接收到的請求中檢查Via頭是否包含一個沒有值的rport參數。如果有，它需要在回應中帶上rport的值，這與received的處理類似。

為了穿越對稱性的對稱性的NAT，響應需要發送到相同的IP地址和端口。當服務器在多端口或接口的請求上監聽請求時，它必須記住請求是從何處發的。對一個穩定的Proxy，在一個傳輸的持續時間中，記住這些東西是沒有問題的。但是對于不穩定的Proxy，它不存儲請求和響應中的狀態信息，為了達到本規范的要求，它需要將地址和端口信息加密到Via頭字段中，在響應信息到達的時候，它能提取加密的信息并將它放到響應中。

rport機制需要終端支持該種機制，因此應用情況比較受限。但是在筆者的應用場景（呼叫中心）中，主要要解決的問題是坐席能在NAT環境中穿越，給服務器發送信息。因為坐席所使用的SIP軟電話是本公司開發的，所以可以保證是支持rport和received的。

3.2 實例

下面舉一個發送REGISTER信息的實例，在請求信息的Via頭中包含了沒有值的rport參數，如下所示：

REGISTER sip:124.40.120.188:5060 SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 124.42.4.203:15500;branch=z9hG4bK-d8754z-1049ed261d2e643d-1---d8754z-;rport
Max-Forwards: 70
Contact: <sip:19988888888@192.168.2.65:12344;rinstance=7cd1c532e92fdb0e>;expires=0
To: "19988888888"<sip:19988888888@124.40.120.188:5060>
From: "19988888888"<sip:19988888888@124.40.120.188:5060>;tag=203ba359
Call-ID: Yzc4N2IwMzY5OWU4MTdkMzY0NWY4OWU3NjMzNmJiM2U.
CSeq: 1 REGISTER
Allow: INVITE, ACK, CANCEL, OPTIONS, BYE, REFER, NOTIFY, MESSAGE, SUBSCRIBE, INFO
User-Agent: eyeBeam release 1105a stamp 56793
Content-Length: 0

    發送到的服務器支持rport機制，它看到請求中的rport后，將通過分析UDP包信息得到的的NAT的公網地址（124.42.4.203）和端口信息（15500）分別作為received和rport屬性帶給客戶端：

SIP/2.0 200 OK
Via: SIP/2.0/UDP 124.42.4.203:15500;branch=z9hG4bK-d8754z-1049ed261d2e643d-1---d8754z-;rport=15500;received=124.42.4.203
From: "19988888888"<sip:19988888888@124.40.120.188:5060>;tag=203ba359
To: "19988888888"<sip:19988888888@124.40.120.188:5060>;tag=0005-058-7d6dc90516ae2e21
Call-ID: Yzc4N2IwMzY5OWU4MTdkMzY0NWY4OWU3NjMzNmJiM2U.
CSeq: 4 REGISTER
Allow: INVITE,ACK,OPTIONS,BYE,CANCEL,REGISTER,INFO,UPDATE,PRACK,REFER,SUBSCRIBE,NOTIFY,MESSAGE
Contact: <sip:124.40.120.188:5060>
Content-Length: 0

   客戶端在得到響應信息后，知道了所使用的公網地址和端口，在而后定期重發的REGISTER信息中，Contact變換成124.42.4.203: 15500，例如新發的REGISTER信息變為：

REGISTER sip:124.40.120.188:5060 SIP/2.0
Via: SIP/2.0/UDP 124.42.4.203:15500;branch=z9hG4bK-d8754z-1049ed261d2e643d-1---d8754z-;rport
Max-Forwards: 70
Contact: <sip:19988888888@124.42.4.203: 15500;rinstance=7cd1c532e92fdb0e>;expires=0
To: "19988888888"<sip:19988888888@124.40.120.188:5060>
From: "19988888888"<sip:19988888888@124.40.120.188:5060>;tag=203ba359
Call-ID: Yzc4N2IwMzY5OWU4MTdkMzY0NWY4OWU3NjMzNmJiM2U.
CSeq: 2 REGISTER
Allow: INVITE, ACK, CANCEL, OPTIONS, BYE, REFER, NOTIFY, MESSAGE, SUBSCRIBE, INFO
User-Agent: eyeBeam release 1105a stamp 56793
Content-Length: 0

 4.    參考文檔

神州泰岳應用開發事業部鄭昀《SIP穿越NAT》
   RFC3581：http://www.ietf.org/rfc/rfc3581.txt