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基于SIP的VoIP中SBC的研究及其关键模块的实现

作　者: 袁浩
导　师: 肖沙里
学　校: 重庆大学
专　业: 光学工程
关键词: VoIP SIP ITCP 会话边界控制器 ITCS NAT/防火墙穿透
分类号: TP311.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 79次
引　用: 2次
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内容摘要


计算机网络技术的发展给全球的各个方面带来了巨大的变化,其中基于IP网络的VoIP(Voice Over Internet Protocol,IP电话)通话方式为人们的远距离交流提供了一种廉价的途径。近几年出现的软交换技术标志着以多媒体通信为主体的新一代VoIP通信方式的到来。但VoIP在发展的过程中也遇到了一些问题,阻碍了VoIP的进一步发展,这些问题主要是:①为解决IP地址不足以及网络安全问题而提出的NAT(Network Address Translator,网络地址转换)技术和防火墙技术却导致了VoIP的端到端通信问题。②接入设备身份认证问题。③接入设备管理配置问题。④VoIP网络安全问题。⑤VoIP QoS(Quality of Service,服务质量)问题。针对上述问题,港湾网络有限公司作为电信设备供应商,从组网层面来解决问题,推出了一种新的解决方案,采用基于ITCP(Intelligence Terminal Convergence Protocol,智能终端汇聚协议)协议的会话边界控制器(Session Border Controller,SBC)解决方案――ITCS方案(Intelligence Terminal Convergence System,智能终端汇聚系统),为运营商提供多种组网策略选择。ITCS方案不仅仅是解决NAT/防火墙穿透问题,实现网络的端到端无障碍互通;同时还可以解决接入设备注册认证和管理配置及VoIP网络安全问题。本论文是作者在参与港湾网络ITCS项目的基础之上,对ITCS服务器部分开发中的一些理论与实践进行了总结,并在此基础上对VoIP系统进行研究之后完成的。本论文的主要研究内容和工作成果有如下几个方面:①分析了VoIP技术的原理与发展,并对VoIP技术的关键问题进行了理论研究。VoIP虽然发展迅猛,但仍有一系列问题未很好解决,如NAT/防火墙穿透问题,QoS保障问题,安全保证问题等,本文对这三个问题进行了较深入地研究。②分析了基于软交换技术的VoIP系统通信所采用的SIP(Session Initiation Protocol,会话初始化协议)协议,并结合SIP协议对语音通话流程和NAT环境下SIP端到端通信遇到的问题进行了详细分析。③对SBC通信模型和工作原理进行了研究,并从信道层面及会话层面进行了分析。④针对当前VoIP组网遇到的诸多问题,本文提出了基于ITCP协议的SBC解决方案――ITCS方案,该方案在ITCP协议簇的配合下较好的解决了上述问题。本文概要阐述了ITCS系统的总体设计及其所提供的主要功能的实现机制,由于ITCP协议是ITCS解决方案的基础,在第四章单独对ITCP协议栈的设计进行了详细说明。⑤最后着重介绍了作者在ITCS项目中所负责的SIP模块的软件设计与实现,并对SIP模块进行了功能和性能测试分析。本文所提出的ITCS方案在不需要对网络传输设备(交换机/路由器/NAT)以及防火墙设备做任何改动的情况下,较好地解决了当前VoIP面临的问题。该方案的商用产品在云南、香港等地开设实验局已收到良好效果,为VoIP的大规模应用提供了帮助。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
1 绪论  11-19
  1.1 课题背景及实用意义  11-16
    1.1.1 VoIP 技术的原理与发展  11-14
    1.1.2 当前VoIP 发展面临的问题  14-16
  1.2 研究现状  16-17
    1.2.1 NAT/防火墙穿透技术  16
    1.2.2 基于SIP 的VoIP 安全分析  16
    1.2.3 VoIP 的QoS 保障技术  16-17
  1.3 本文的主要研究内容及章节安排  17-18
    1.3.1 本文的主要研究内容  17
    1.3.2 本文的章节安排  17-18
  1.4 本章小结  18-19
2 SIP 协议及相关内容  19-33
  2.1 SIP 协议  19-25
    2.1.1 SIP 协议的提出  19-20
    2.1.2 SIP 协议的特点和相关概念  20-21
    2.1.3 SIP 实体  21
    2.1.4 SIP 协议的消息格式  21-23
    2.1.5 几个重要的SIP 消息头  23-25
  2.2 SDP 协议  25-27
  2.3 NAT 环境下SIP 会话遇到的问题  27-30
    2.3.1 正常情况下的 SIP 会话流程  27-29
    2.3.2 NAT 环境下SIP 会话遇到的问题  29-30
  2.4 SIP 协议潜在的安全问题  30-31
  2.5 本章小结  31-33
3 基于ITCP 协议的SBC 解决方案  33-43
  3.1 SBC 的工作原理  33-35
    3.1.1 SBC 的应用环境  33-34
    3.1.2 SBC 的内部结构  34-35
  3.2 SBC 方案通信模型分析  35-39
    3.2.1 信道模型  35-36
    3.2.2 信道的基本参数  36-37
    3.2.3 信道的静态参数  37-38
    3.2.4 信道的建立  38
    3.2.5 信道的维护  38
    3.2.6 信道的拆除  38-39
  3.3 基于ITCP 协议的SBC 解决方案  39-42
    3.3.1 解决方案采用的智能终端汇聚协议(ITCP)  39-41
    3.3.2 对支持解决方案的会话边界控制器、接入网关和网管系统的分析  41-42
  3.4 本章小结  42-43
4 ITCP 协议栈设计  43-55
  4.1 ITCP 协议栈  43-44
    4.1.1 ITCP 协议栈网络模型  44
    4.1.2 ITCP 协议栈数据处理流程  44
  4.2 协议对象  44-46
    4.2.1 协议对象的数据结构  45
    4.2.2 协议对象的数据结构说明  45-46
    4.2.3 协议对象工作原理  46
  4.3 ITCP 协议  46-48
    4.3.1 ITCP 帧结构  46-47
    4.3.2 ITCP 帧字段描述表  47
    4.3.3 ITCP 协议解析和封装流程  47-48
  4.4 事务处理层  48-50
    4.4.1 事务的数据结构  48
    4.4.2 事务控制块的接口  48-49
    4.4.3 事务的状态机  49
    4.4.4 处理接收到的事务  49-50
    4.4.5 处理发送的事务  50
  4.5 RAP 协议  50-53
    4.5.1 RAP 协议帧结构  50-51
    4.5.2 RAP 协议帧字段描述表  51
    4.5.3 RAP 协议命令字列表  51-52
    4.5.4 RAP 命令参数列表  52
    4.5.5 RAP 编码示例  52
    4.5.6 RAP 协议事务处理  52-53
  4.6 CTP 协议  53-54
    4.6.1 CTP 协议命令字列表  53-54
    4.6.2 CTP 命令参数列表  54
  4.7 本章小结  54-55
5 ITCS 总体方案设计  55-67
  5.1 ITCS 实现目标  55
  5.2 ITCS 总体结构  55-58
  5.3 ITCS 主要功能实现机制  58-66
    5.3.1 ITCS 身份认证机制  58-59
    5.3.2 穿透NAT 和防火墙机制  59-60
    5.3.3 ITCS 动态加解密机制  60-61
    5.3.4 VoIP 终端管理和维护机制  61-63
    5.3.5 即插即用机制  63-64
    5.3.6 VoIP 终端漫游机制  64
    5.3.7 自动升级机制  64-65
    5.3.8 IP 复用机制  65
    5.3.9 VoIP 网络安全  65-66
    5.3.10 VoIP QoS 保障  66
  5.4 本章小结  66-67
6 SIP 模块的实现与测试  67-85
  6.1 SIP 模块的功能  67
  6.2 SIP 模块与其他模块的接口图  67-68
  6.3 SIP 模块的工作流程  68-74
    6.3.1 SIP 消息解析流程  68-71
    6.3.2 SIP 消息生成流程  71
    6.3.3 SIP 信令状态机  71-74
  6.4 SIP 模块消息处理流程  74-78
    6.4.1 消息的处理思路  74
    6.4.2 处理AG 侧SIP 消息  74-76
    6.4.3 处理SS 侧SIP 消息  76-78
  6.5 SIP 模块实现的代码文件  78
  6.6 SIP 模块实现的主要数据结构  78-81
  6.7 SIP 模块实现的主要接口函数  81
  6.8 SIP 模块测试  81-84
    6.8.1 SIP 模块测试组网图  82
    6.8.2 SIP 模块测试  82-84
  6.9 本章小结  84-85
7 全文总结与展望  85-87
  7.1 全文总结  85-86
  7.2 后续工作展望  86-87
致谢  87-89
参考文献  89-92
附录A:作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录和参加的科研工作  92-93
附录B:缩略语清单  93

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机软件 > 程序设计、软件工程 > 软件工程 > 软件开发
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