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2008-10-13 16:09:37
UPPC系统NAT穿透技术
作者出处不详
1．介绍
由于安全方面的考虑和IPv4地址数量的限制，现实中的Internet中存在大量NAT和防火墙设备。这些设备的存在严重阻碍了点对点多媒体通讯。UPPC采用类似于TURN (Traversal Using Relay NAT)的架构实现NAT/FW穿透，具有智能高效和穿透能力强，可穿透任意层NAT，无须改动网关设备配置等优点。UPPC的信令和媒体传输都是基于UDP协议，所以下文不讨论TCP的穿透NAT防火墙技术，下面先介绍防火墙和NAT对于多媒体通讯阻碍的基本情况。
2．防火墙NAT介绍
防火墙主要用于限制特定类型或特定方向通讯，从而保护内网不受来自外部攻击。主要限制包括：
1．只允许TCP或UDP通讯
2．禁用部分端口或只开放部分端口
由于TCP协议的高延迟特性，交互式多媒体通讯基本都采用基于UDP的媒体传输协议。对于只允许TCP的防火墙，UPPC的NAT/FW方案也无法穿透。
NAT则有四类，下面简单描述一个场景，然后说明四种NAT的原理。假设一个网络如下：
1．A机器在内网
2．NAT
3．B和C机器在公网
1．Full Cone：当A和B通讯过后，NAT替A打开一个公网端口，C随后就可以通过访问这个公网端口与A通讯。
2．Restricted Cone：C无法通过A访问B时NAT打开的公网端口与A通讯，NAT只允许B通过这个端口与A通讯，NAT限制外网机器的IP地址
3．Port Restricted Cone：B只能使用当初A访问B时的端口与A通讯，NAT限制外网机器的IP：Port对。
4．Symmetric：以上三种通称Cone型NAT，特征就是NAT打开的外网端口和内网机器IP：Port是一一对应的，只要是从同一个内部地址和端口出来的包，NAT都将它转换成同一个外部地址和端口。但是Symmetric不同，具体表现在：只要是从同一个内部地址和端口出来，且到同一个外部目标地址和端口，则NAT也都将它转换成同一个外部地址和端口。但如果从同一个内部地址和端口出来，是到另一个外部目标地址和端口，则NAT将使用不同的映射，转换成不同的端口。Symmetric的公网地址取决于完整通讯的五元组。
目前NAT/FW穿透方案如ALG, STUN等主要用于Cone型通讯，对于Symmetric无能为力，UPPC采用类似与TURN的方案，当通讯双方都在不同Symmetric NAT后时，利用一个公网上的Relay Service (具体就是UC Distribution Service)转发，其他情况使用反向连接，也就是发送和接受使用同一个端口解决穿透问题。
3． UPPC防火墙原理
3.1 信令
UPPC主要组件有UCSN（Super Node）,UCDS (Distribution Service), Web Phone客户端构成。其中Web Phone的信令和媒体流都使用Symmetric Connection与外界通讯，Web Phone启动后首先尝试登录UCSN，UCSN通过比较收到的地址与信令中的地址确定Web Phone是否在NAT后面，如果是的话，通知该客户端启动Keep Alive任务，通过周期性的主动Ping UCSN的信令端口，从而保持同一端口打开，当呼叫接入时，UCSN通过Keep Alive的信道将信令发给NAT后的客户端。
3.2 媒体
当Web Phone A需要与外界Web Phone B建立媒体连接时，UCSN根据双方的NAT情况决定其通讯方式：
A．当A, B都在公网时，双方直接建立媒体通讯。
B．当A, B有一方在NAT后时，UCSN让NAT后的一方主动向公网上的一方发起反向连接，然后公网上的B在通过这个通道与A通讯。
C. 当A, B在同一个NAT后面是，双方直接建立媒体通讯
D. 当A, B在不同的NAT后时，UCSN通知UCDS打开若干个端口(一个媒体类型一个通道)，然后告诉A, B直接与UCDS的指定端口通讯，UCDS将从不同地址收到的媒体包互相转发，完成媒体中继。