VoIP穿越NAT和防火墙的方法

      一、NAT/ALG 方式

 

　　普通NAT是通过修改UDP或TCP报文头部地址信息实现地址的转换，但对于VOIP应用，在TCP/UDP净载中也需带地址信息，ALG方式是指在私网中的VOIP终端在净载中填写的是其私网地址，此地址信息在通过NAT时被修改为NAT上对外的地址。

　　此时当然要求ALG功能驻留在 NAT/Firewall设备中，要求这些设备本身具备应用识别的智能。支持IP 语音和视频协议(H323、SIP、 MGCP/H248)的识别和对NAT/Firewall的控制，同时每增加一种新的应用都将需要对 NAT/Firewall进行升级。

　　在安全要求上还需要作一些折衷，因为ALG 不能识别加密后的报文内容，所以必须保证报文采用明文传送，这使得报文在公网中传送时有很大的安全隐患。

　　NAT/ALG是支持VOIP NAT穿透的一种最简单的方式，但由于网络实际情况是已部署了大量的不支持此种特性的NAT/FW设备，因此，实际应用中，很难采用这种方式。

 

　　二、MIDCOM 方式

 

　　与NAT/ALG不同的 是，MIDCOM的基本框架是采用可信的第三方(MIDCOM Agent)对Middlebox (NAT/FW)进行控制，VOIP协议的识别不由Middlebox完成，而是由外部的MIDCOM Agent完成，因此VOIP使用的协议对Middlebox是透明的 .

　　由于识别应用协议的功能从 Middlebox移到外部的MIDCOM Agent上，根据MIDCOM 的构，在不需要更改Middlebox基本特性的基础上，通过对MIDCOM Agent的升级就可以支持更多的新业务，这是相对NAT/ALG方式的一个很大的优势。

　　在VOIP实际应用 中，Middlebox功能可驻留在NAT/Firewall，通过软交换设备(即MIDCOM Agent)对IP语音和视频协议(H323、SIP、MGCP/H248)的识别和对NAT/Firewall的控制，来完成VOIP应用穿越 NAT/Firewall .在安全性上，MIDCOM方式可支持控制报文的加密，可支持媒体流的加密，因此安全性比较高。

　　如果在软交换设备上实现对 SIP/H323/MGCP/H248协议的识别，就只需在软交换和NAT/FW设备上增加MIDCOM协议即可，而且以后新的应用业务识别随着软交换的 支持而支持，此方案是一种比较有前途的解决方案，但要求现有的NAT/FW设备需升级支持MIDCOM协议，从这一点上来说，对已大量布署的NAT/FW 设备来说，也是很困难的，同NAT/ALG方式有相同的问题。

 

　　三、STUN 方式

 

　　解决穿透NAT问题的另一思路是，私 网中的VOIP终端通过某种机制预先得到出口NAT上的对外地址，然后在净载中所填写的地址信息直接填写出口 NAT上的对外地址，而不是私网内终端的私有IP地址，这样净载中的内容在经过NAT时就无需被修改了，只需按普通NAT流程转换报文头的IP地址即可， 净载中的 IP地址信息和报文头地址信息是一致的。STUN协议就是基于此思路来解决应用层地址的转换问题。

　　STUN的全称是Simple Traversal of UDP Through Network Address Translators，即 UDP对NAT的简单穿越方式。 应用程序(即STUN CLIENT)向NAT外的STUN SERVER通过UDP发送请求STUN 消息， STUN SERVER收到请求消息，产生响应消息，响应消息中携带请求消息的源端口，即STUN CLIENT在NAT上对应的外部端口。然后响应消息通过NAT发送给STUN CLIENT，STUN CLIENT通过响应消息体中的内容得知其NAT上的外部地址，并将其填入以后呼叫协议的UDP负载中，告知对端，本端的RTP接收地址和端口号为NAT 外部的地址和端口号。由于通过STUN协议已在NAT上预先建立媒体流的NAT映射表项，故媒体流可顺利穿越NAT.

　　STUN协议最大的优点是无需现有 NAT/FW设备做任何改动。由于实际应用中，已有大量的NAT/FW，并且这些NAT/FW并不支持VoIP的应用，如果用MIDCOM或NAT /ALG方式来解决此问题，需要替换现有的NAT/FW，这是不太容易的。而采用STUN方式无需改动NAT/FW，这是其最大优势，同时STUN方式可 在多个NAT串联的网络环境中使用，但MIDCOM方式则无法实现对多级NAT的有效控制。

　　STUN的局限性在于需要VOIP终 端支持STUN CLIENT的功能，同时STUN并不适合支持TCP连接的穿越，因此不支持H323.另外 STUN方式不支持对防火墙的穿越，不支持对称NAT (Symmetric NAT)类型(在安全性要求较高的企业网中，出口NAT通常是这种类型)穿越。

 

　　四、TURN方式

 

　　TURN方式解决NAT问题的思路与 STUN相似，也是私网中的VOIP终端通过某种机制预先得公网上的服务地址(STUN方式得到的地址为出口 NAT上外部地址，TURN方式得到地址为TURN Server上的公网地址)，然后在报文净载中所要求的地址信息就直接填写该公网地址。

　　TURN的全称为Traversal Using Relay NAT，即通过Relay方式穿越NAT.TURN应用模型通过分配 TURN Server的地址和端口作为私网中VOIP终端对外的接受地址和端口，即私网终端发出的报文都要经过TURN Server进行Relay转发，这种方式除了具有STUN方式的优点外，还解决了STUN应用无法穿透对称NAT(Symmetric NAT)以及类似的Firewall设备的缺陷，同时TURN支持基于TCP的应用，如H323协议。此外TURN Server控制分配地址和端口，能分配RTP/RTCP地址对(RTCP端口号为RTP端口号加1)作为私网终端用户的接受地址，避免了STUN方式中 出口NAT对RTP/RTCP地址端口号的任意分配，使得客户端无法收到对端发来的RTCP报文(对端发RTCP报文时，目的端口号缺省按RTP端口号加 1发送)。

　　TURN的局限性在于需要VOIP终端支持TURN Client，这一点同STUN一样对网络终端有要求。此外，所有报文都必须经过TURN Server转发，增大了包的延迟和丢包的可能性。