CN100493033C - 一种穿越网络地址转换的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种穿越网络地址转换的方法，该方法为：SBGF实体收到用户终端UE发送的用户注册请求的IP报文后，获取IP报文头中源IP地址/端口，将该IP报文中IP报文头进行NAT地址转换后发送给AF实体；AF实体获取该IP报文中报文负载中携带的用户的IP地址/端口及SBGF实体转换后的IP报文地址/端口；注册成功后，AF实体保存SBGF实体转换后的IP报文地址/端口，将所述报文负载中携带的用户的IP地址/端口信息发送给SBGF实体；SBGF实体将用户注册报文的源IP地址与AF实体发来的报文负载中携带的用户的IP地址/端口信息进行比较，如果不一致，确定UE与SBGF实体之间存在NAT设备，定期向该UE发送NAT保活报文。该方法减轻了AF的处理负担。
Description
技术领域
本发明涉及分组业务技术领域，特别是指一种分组业务网络中穿越网络地址转换功能(NAT)的方法。
背景技术
由于IP地址不足或安全考虑等原因，在接入网络及企业网络出口部署了大量的NAT设备，这些NAT设备为运营商或企业节省了大量的IP地址，使得各种数据业务能正常的开展，但同时由于NAT设备的存在，导致会话业务无法正常的开展。这主要是由于NAT设备改变了报文的IP地址，同时隔离了不同的地址域，而信令报文中标识的媒体流的地址仍然是原来的私有IP地址，结果导致会话建立后媒体流报文无法正常的转发，无法进行通信。上述问题则被称为NAT穿越的问题，目前IMS网络应用到在固定接入网络环境中时，存在一个很大的问题就是如何解决NAT穿越问题，当然该问题在某些无线网络环境下同样存在，但由于大量的NAT存在于固定网络中，因此该问题在固定网络应用中更加突出。
由于NAT存在的位置不同分为两种情形：一种是NAT位于运营商的网络边界，由运营商的设备完成NAT转换功能；另一种是NAT位于用户端网络环境，即位于用户终端和运营商网络实体之间，该方式被称为HostedNAT。
目前，现有IMS网络中Hosted NAT穿越方案基本思路如下：
图1所示为现有的Hosted NAT的组网模型。从图1中可以看出，用户终端通过客户端网络与运营商网络进行通信。客户端网络中包括NAT设备，运营商网络中包括P-CSCF、BGF和IMS/NGN网络。
参见图2所示，在图1所示的组网结构下，现有Hosted NAT的注册过程如下：
步骤201：用户端向P-CSCF发送用户注册请求的IP报文。
步骤202：P-CSCF收到用户端发送的用户注册请求的IP报文后，比较该IP报文中IP报文头中源IP地址和报文负载中携带的用户的IP地址/端口信息，是否一致，如果一致，则认为用户端与P-CSCF之间没有NAT设备，执行步骤203，如果不一致，则认为用户端与P-CSCF之间有NAT设备，执行步骤203。
这里，报文负载中携带的用户的IP地址/端口信息为报文中的Contact地址或Via头域中记录的用户域名地址信息。
步骤203～208：P-CSCF通过BGF向网络侧发送用户注册请求，并与网络侧的其它网络实体进行交互得到注册请求报文响应消息，然后向用户端返回注册请求报文。如果用户注册成功，并在步骤203中确定用户端与P-CSCF之间有NAT设备的情况下，P-CSCF保存经过NAT设备变换后的地址/端口，包括源和目的地址/端口，再将保存的该地址/端口作为用户端的Contact地址，并定期向用户端发送保活报文，该NAT设备在转发保活报文的同时，更新自身保存的该用户端的NAT表项。
从上述过程可以看出，P-CSCF作为集中的信令处理设备，能支持大容量的用户终端接入，如果P-CSCF周期性地向所有这些接入用户发送保活报文，每周期的最大间隔约为10分钟，将给P-CSCF的内部处理带来极大的性能负担，。
另外，申请人在申请号为200510068227.0的申请中提出了一种组网结构。该组网结构参见图3所示，该组网结构包括：第一网络、第二网络、信令控制功能实体和若干个信令静态变换功能实体。图中示出的网络A为第一网络，网络B为第二网络。其中，信令控制功能实体与网络B、信令静态变换功能实体相连，每个信令静态变换功能实体与网络A、网络B以及信令控制功能实体相连。信令静态变换功能实体可以为媒体转发功能实体中的逻辑实体，也可以是独立的物理实体。
信令静态变换功能实体，主要完成信令的NAT变换，NAT表项的保活，以及信令的流量控制，和P-CSCF之间有控制接口。用于转发网络A与信令控制功能实体间的信令报文。当信令静态变换功能实体首次转发网络A中一个用户终端的信令报文时，即网络A中一个用户终端的注册请求时，需要动态创建网络A中该用户终端信令报文的NAT表项，如：该用户终端在第一网络中的IP地址/端口与信令静态变换功能实体自己分配的IP地址/端口的对应关系，用于对此后接收到的来自第一网络或信令功能控制实体的信令报文进行NAT地址转换，进而实现信令报文的转发。进一步地，信令静态变换功能实体根据信令控制功能实体的信令保活报文完成自身报文保存的NAT表项的保活，以及信令的流量控制等。
信令控制功能实体用于对接收到的信令报文进行分析处理，并与网络B中的功能实体进行信令交互。当信令控制功能实体接收到信令静态变换功能实体转发来的注册请求的信令报文后，获取信息报文中用户身份标识，并保存用户身份标识与该信令报文中源IP地址/端口号的对应关系，这里，源IP地址/端口号即为信令静态变换功能实体自己分配的IP地址/端口号。
在上述组网情况下，由于运营商网络中存在NAT设备，即BGF中需要进行NAT转换，由于应用功能实体，如P-CSCF，作为集中式的大容量控制设备，从组网和安全的角度考虑，P-CSCF通常会位于运营商网络的中心机房，而不会位于网络边界，此时客户端网络中NAT和P-CSCF之间的信令通道可能在运营商的网络中无法建立，因此，在上述组网中可能无法使信令报文穿越NAT设备。为描述方便，以下将完成上述组网中信令静态变换功能实体功能的实体称为信令边界网关功能(SBGF)，该SBGF可以是独立的物理实体，也可以作为逻辑实体存在任何接入网与核心网间的物理实体中，比如BGF。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种穿越网络地址转换功能的方法，使其能减小应用功能实体的负担。
本发明提供的一种穿越网络地址转换功能的方法是这样实现的：
a.用户终端通过接入网络向SBGF实体发送用户注册请求的IP报文，SBGF实体收到该IP报文后，获取该IP报文中的IP报文头中的源IP地址/端口，并将该IP报文的IP报文头进行NAT地址转换后发送给分组业务网络中的应用功能实体；9
b.应用功能实体收到该IP报文后，获取该IP报文的报文负载中携带的用户的IP地址/端口信息以及经过SBGF实体转换后的IP报文地址/端口，并通过与分组业务网络交互获得用户注册请求响应的IP报文；
c.应用功能实体根据该用户注册请求响应的IP报文判断注册是否成功，如果注册成功，则保存步骤b中SBGF实体转换后的IP报文地址/端口与该用户终端用户标识的对应关系；并且，将步骤b中获取的该IP报文中的报文负载中携带的用户的IP地址/端口信息发送给SBGF实体；
d.SBGF实体将步骤a中获取的源IP地址/端口与应用功能实体发送的报文负载中携带的用户的IP地址/端口信息进行比较，如果不一致，则确定用户终端与SBGF实体之间存在NAT设备，则定期向该用户终端发送NAT保活报文，所述NAT设备在向该用户终端转发该NAT保活报文时更新自身保存的NAT表项。
所述报文负载中携带的用户的IP地址/端口信息为该IP报文中的Contact地址或Via头域中记录的用户域名地址。
在步骤a中进一步包括：SBGF创建网络地址转换NAT表项，并且在步骤c中注册成功后，通知SBGF实体用户注册成功，步骤d中SBGF收到注册成功的通知后，保存步骤a中为该用户终端创建的NAT表项，在步骤d之后，进一步包括：
e1、应用功能实体收到分组业务网络的信令报文，利用步骤c中保存的对应关系获取SBGF实体转换后的IP报文地址/端口，将该信令报文转发给SBGF实体；
e2、SBGF实体根据自身保存的NAT表项转换该信令报文的IP报文地址/端口，并将转换地址/端口的IP报文向用户终端发送；
e3、NAT设备转发步骤e2的IP报文时，利用自身保存的NAT表项转发给用户终端。
所述接入网络为无线接入方式的网络。
所述接入网络为xDSL、W1an、Cable或WiMax。所述分组业务网络为IP多媒体子***IMS，或NGN网络。
当NGN为ITU-T定义的通信网络时，所述应用功能实体为业务控制代理功能SCPF实体。
当分组业务网络为IMS时，所述应用功能实体为代理呼叫会话功能P-CSCF实体。
所述接入网络采用IPv4地址格式、或IPv6地址格式；
所述分组业务网络采用IPv4地址格式、或IPv6地址格式。
所述SBGF实体为独立的物理实体，或为BGF中的逻辑实体，或为接入网与核心网间网关设备中的逻辑实体。
本发明的方法应用在包括分组业务网络、接入网络以及连接分组业务网络和接入网络的边界网关功能SBGF实体的***中，并且，该SBGF实体具有NAT地址转换功能。本发明在该***中实现Hosted NAT穿越时，由SBGF来判断是否存在Hosted NAT的方式，并且由位于边界的SBGF来发起HostedNAT表项的保活报文，而不是由AF发起，如现有技术中提到的P-CSCF发起，因此本发明能保证用户与网络侧之间的信令通道始终存在，减轻了AF的处理负担以及减轻网络的流量。
并且，由于所应用的组网中，信令控制功能实体不直接与接入网络相连，即不提供与接入网络的直接接口，因此用户的信令报文必须经过SBGF才能到达信令控制功能实体。因此，可以减少用户对网络信令控制功能实体的恶意攻击，使整个***更加安全。同时，本发明还能很灵活的适应实际各种组网中复杂的地址情况，满足不同运营商的组网需求，安全性较高。
附图说明
图1为现有技术中Hosted NAT的组网模型；
图2为基于图1所示的模型实现Hosted NAT的用户注册流程示意图；
图3为现有技术中的一种组网结构示意图；
图4为基于图3所示的Hosted NAT的组网模型；
图5为本发明在图4所示的组网模型下实现Hosted NAT的用户注册流程示意图；
图6为图4的Hosted NAT的组网模型的一个具体实施例；
图7为图6所示的所示的组网模型下实现Hosted NAT的用户注册流程示意图。
具体实施方式
本发明所应用的组网架构是以图3所示的组网构架为基础的。图4为基于图3所示的Hosted NAT的组网模型。图4中的网络架构包括接入网络、包含应用功能实体(AF)的分组业务网络、用户终端、SBGF。其中，SBGF为具有信令的NAT变换，、NAT表项的保活的实体，接入网络为图3中的网络A，图4中的分组业务网络为图3中的网络B。接入网络中具有NAT设备，即Hosted NAT。接入网络可以为各种接入方式的接入网，如xDSL、Wlan、Cable、WiMax及无线网络。分组业务网络可以为IMS网络、NGN网络。比如，ITU-T、TISPAN定义的NGN网络。接入网络和分组业务网络可以使用IPv4或IPv6等不同地址格式。并且，所述SBGF实体为独立的物理实体，或为BGF中的逻辑实体，或为接入网与核心网间网关设备中的逻辑实体。
在ITU-T定义的NGN网络架构中，上述AF和SBGF为SCPF和BGF；在TISPAN定义的NGN网络架构中，上述AF和SBGF为AF和A-BGF，或为AGCF和GW等。
基于图4的组网结构，并参见图5所示，实现本发明的方法包括以下步骤：
步骤500：用户终端通过接入网络向SBGF实体发送用户注册请求的IP报文。
步骤501：SBGF实体收到该IP报文后，获取该IP报文中IP报文头中的源IP地址/端口，创建网络地址转换NAT表项，并将该IP报文进行NAT地址转换后发送给分组业务网络中的AF实体。
步骤502：AF实体收到BGF实体发送的IP报文后，获取该IP报文中报文负载中携带的用户IP地址/端口信息，以及经过SBGF实体转换后的IP报文地址/端口，并通过与分组业务网络交互获得用户注册请求响应的IP报文。步骤503：AF实体根据该用户注册请求响应的IP报文判断注册是否成功，如果注册成功，则保存BGF实体转换后的IP报文地址/端口与该用户终端用户标识的对应关系，执行步骤504，如果不成功，AF向SBGF实体下发删除指示，此后SBGF实体根据该指示，删除自身保存的该用户终端对应的NAT表项，并结束本流程。用户标识可以是用户号码。
步骤504：AF实体通知SBGF实体用户注册成功，将步骤502中获取的报文负载中携带的用户的IP地址/端口信息发送给BGF实体。
步骤505：SBGF实体保存步骤401中为该用户终端创建的NAT表项，并且根据步骤501中获取的源IP地址/端口与AF发送的报文负载中携带的用户的IP地址/端口信息进行比较，如果不一致，则确定用户终端与BGF实体之间存在NAT设备，执行步骤506，如果一致，则确定用户终端与BGF实体之间存在NAT设备，按照现有流程处理，结束本流程。
步骤506：SBGF实体定期向该用户终端发送NAT保活报文，所述NAT设备在向该用户终端转发该NAT保活报文时更新自身保存的NAT表项。
在图3所示的组网结构中，如果运营商网络为IMS/NGN网络，则上述分组业务网络为IMS/NGN网络中的P-CSCF，参见图6所示。
参见图7所示，基于图6所示的组网模型下的Hosted NAT注册过程如下：
步骤701：用户终端向SBGF发送用户注册请求的IP报文。
步骤702：SBGF收到该用户注册请求的IP报文后，获取该IP报文中IP报文头中的源IP地址/端口，创建NAT表项，利用该NAT表项对该IP报文进行地址转换，然后再向P-CSCF发送用户注册请求的IP报文。
步骤703～706：P-CSCF收到该用户注册请求的IP报文后，通过与核心网侧的其它网络实体的交互，获得注册请求响应的IP报文。并且，通过SBGF将注册请求响应的IP报文发送给用户终端。
步骤707：P-CSCF根据收到的注册请求响应的IP报文判断该用户终端是否注册成功，如果注册成功，则保存经过SBGF进行地址转换后的用户注册请求的IP报文中IP地址/端口，并将该IP地址/端口作为Contact地址，以转发网络侧向用户终端发送的信令报文。
步骤708：P-CSCF向SBGF发送控制信令，指示SBGF用户注册成功，并且将用户注册请求报文的报文负载中携带的用户的IP地址/端口信息发送给SBGF。
步骤709：SBGF收到该控制信令后，保留为该用户端动态创建的NAT表项，同时根据收到的用户注册请求的IP报文中的源IP地址/端口和用户注册请求的IP报文中的报文负载中携带的用户的IP地址/端口信息进行比较，如果两者一致，则认为用户端与SBGF之间不存在NAT设备，如果两者不一致，则认为用户端与SBGF之间存在NAT设备。
步骤710～711：SBGF定期向用户终端发送NAT保活报文，NAT设备根据该NAT保活报文更新自身报文的NAT表项。
此后，如果P-CSCF收到IMS/NGN网络的信令报文，利用步骤从c中保存的对应关系获取SBGF实体转换后的IP报文地址/端口，将该信令报文转发给SBGF实体；SBGF实体根据自身保存的NAT表项转换该信令报文的IP报文地址/端口，并将转换地址/端口的IP报文发送出去；NAT设备转发IP报文时，利用自身保存的NAT表项转发给用户终端。反之，从用户终端向IMS/NGN网络信令报文同样需要经过NAT设备、SBGF、P-CSCF至IMS/NGN网络。其中，NAT设备和BGF分别进行两次NAT转换。
需要说明的是，在TISPAN定义的NGN RACS架构中，P-CSCF和BGF之间的交互会经过SPDF，即主要完成根据业务需求基于某种策略实现对承载层的控制来进行，本发明方案中P-CSCF和SBGF之间的交互既可以是经过SPDF的，也可以是不经过SPDF，两种模式不影响本专利的保护范围，或本专利对两种方式都适用。
Claims (10)
1、一种穿越网络地址转换的方法，应用于包括分组业务网络、接入网络以及连接分组业务网络和接入网络的边界网关功能SBGF实体的***中，其特征在于，该方法包括以下步骤：
a.用户终端通过接入网络向SBGF实体发送用户注册请求的IP报文，SBGF实体收到该IP报文后，获取该IP报文中的IP报文头中的源IP地址/端口，并将该IP报文的IP报文头进行NAT地址转换后发送给分组业务网络中的应用功能实体；
b.应用功能实体收到该IP报文后，获取该IP报文的报文负载中携带的用户的IP地址/端口信息以及经过SBGF实体转换后的IP报文地址/端口，并通过与分组业务网络交互获得用户注册请求响应的IP报文；
c.应用功能实体根据该用户注册请求响应的IP报文判断注册是否成功，如果注册成功，则保存步骤b中SBGF实体转换后的IP报文地址/端口与该用户终端用户标识的对应关系，并且将步骤b中获取的该IP报文中的报文负载中携带的用户的IP地址/端口信息发送给SBGF实体；
d.SBGF实体将步骤a中获取的源IP地址/端口与应用功能实体发送的报文负载中携带的用户的IP地址/端口信息进行比较，如果不一致，则确定用户终端与SBGF实体之间存在NAT设备，则定期向该用户终端发送NAT保活报文，所述NAT设备在向该用户终端转发该NAT保活报文时更新自身保存的NAT表项。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述报文负载中携带的用户的IP地址/端口信息为该IP报文中的Contact地址或Via头域中记录的用户域名地址。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤a中进一步包括：SBGF创建网络地址转换NAT表项，并且在步骤c中注册成功后，通知SBGF实体用户注册成功，步骤d中SBGF收到注册成功的通知后，保存步骤a中为该用户终端创建的NAT表项，在步骤d之后，进一步包括：
e1、应用功能实体收到分组业务网络的信令报文，利用步骤c中保存的对应关系获取SBGF实体转换后的IP报文地址/端口，将该信令报文转发给SBGF实体；
e2、SBGF实体根据自身保存的NAT表项转换该信令报文的IP报文地址/端口，并将转换地址/端口的IP报文向用户终端发送；
e3、NAT设备转发步骤e2的IP报文时，利用自身保存的NAT表项转发给用户终端。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接入网络为无线接入方式的网络。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接入网络为xDSL、Wlan、Cable或WiMax。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分组业务网络为IP多媒体子***IMS，或NGN网络。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当NGN为ITU-T定义的通信网络时，所述应用功能实体为业务控制代理功能SCPF实体。
8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当分组业务网络为IMS时，所述应用功能实体为代理呼叫会话功能P-CSCF实体。
9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接入网络采用IPv4地址格式、或IPv6地址格式；
所述分组业务网络采用IPv4地址格式、或IPv6地址格式。
10、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SBGF实体为独立的物理实体，或为BGF中的逻辑实体，或为接入网与核心网间网关设备中的逻辑实体。
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