DE602004010920T2 - Verfahren zur Implementierung eines Multimediaprotokolls mit Durchlauf durch eine Netzwerkadressentransformations-Einrichtung - Google Patents
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Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft Multimediakommunikationstechnologie, insbesondere ein Verfahren zum Ausführen von Traversierung von Multimediaprotokollen durch eine Netzwerkadressübersetzungs-Vorrichtung.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Sämtliche Multimediakommunikationsprotokolle bringen die Übertragung von Medienströmen (Audio-/Videoströme) mit sich; und es ist zweckmäßiger, zur Übertragung von Medienströmen in IP-Netzwerken ein UDP-Protokoll zu verwenden. Daher verwenden gegenwärtig die meisten Multimediakommunikationsprotokolle UDP zum Tragen von Medienströmen. Da UDP indes ein nicht verbindungsorientiertes Transportschichtprotokoll ist, sind Vorrichtungen für Netzwerkadressübersetzung (Network Address Translation – NAT) nicht in der Lage, zu bestimmen, zu welchem privaten Netzwerk die ankommenden UDP-Pakete weitergeleitet werden sollten; infolgedessen werden UDP-Pakete, die von einem öffentlichen Netzwerk zu einem privaten Netzwerk übertragen werden, durch die NAT-Vorrichtungen zurückgewiesen, was letztendlich zu einem Fehlschlagen der Multimediakommunikation führt.
- Die Betriebsarten für die Adressübersetzung von NAT-Vorrichtung können in die folgenden Klassen eingeteilt werden: statische NAT, dynamische NAT, und Netzwerkadressportübersetzung (Network Address Port Translation – NAPT). Gegenwärtig sind Traversierungslösungen für Multimediakommunikationsprotokolle durch NAT in beiden der vorhergehend beschriebenen NAT-Betriebsarten verfügbar: statische NAT-Lösung und dynamische NAT-Lösung.
- Die statische NAT-Lösung wird wie folgt ausgeführt: Die IP-Adressen des privaten Netzwerks von Endgeräten (Terminals), die Multimediakommunikationen anfordern, werden bei der NAT IP-Adressen des öffentlichen Netzwerks zugeordnet, das heißt, die NAT reserviert im Voraus IP-Adressen des öffentlichen Netzwerks für die Multimedia-Endgeräte in privaten Netzwerken.
- Basierend auf der statischen NAT-Lösung wird eine dynamische NAT-Lösung eingeführt: wenn eine Multimediakommunikation vorliegt (bei einem bekannten Port ermittelt, zum Beispiel ist der bekannte aufrufende Port für das H.323-Protokoll 1720), weist die NAT dem Multimedia-Endgerät im privaten Netzwerk dynamisch eine bestimmte IP-Adresse des öffentlichen Netzwerks zu, bis die Multimediakommunikation abgeschlossen ist. Obgleich diese Lösung im Vergleich zur statischen NAT-Lösung verbessert wurde, ist es immer noch nicht möglich, IP-Adressressourcen in öffentlichen Netzwerken einzusparen. Dies ist so, da, wenn eine bestimmte IP-Adresse eines öffentlichen Netzwerks einem bestimmten privaten Netzwerk-Endgerät zugewiesen ist, andere Endgeräte diese IP-Adresse des öffentlichen Netzwerks nicht verwenden können, bevor die Multimediakommunikation dieses Endgeräts abgeschlossen wurde.
- Die veröffentlichte
US-Patentanmeldung 2002/114319 A1 offenbart ein Verfahren für Audiokommunikation zwischen einem ersten Telefonclient, der sich hinter einem Netzwerkadressübersetzungs-Server befindet, und einem entfernten zweiten Telefonclient, in welchem ein Kalibrierungsdatagramm vom ersten Telefonclient auf einem Kanal eines Benutzerdatagrammprotokolls („User Datagram Protocol” – UDP), der zum Senden von Audiodaten identifiziert wurde, an den zweiten Telefonclient gesendet wird, wobei der zweite Telefonclient die Quelladresse und die Portnummer extrahiert, um einen UPD-Rückkanal zum Senden von Audiodaten an den ersten Telefonclient zu identifizieren. - Die
US-Patentanmeldung 2003/048780 A1 offenbart eine Anordnung, die Echtzeit-Datenstreaming über einen Netzwerkadressenübersetzer ermöglicht, in dem die bestehende Netzwerkadressenübersetzer-Konfiguration verwendet wird, um Benutzerdatagramm-Protokollvorbereitung durchzuführen, nachdem eine TCP-Verbindung eingerichtet wurde, die Benutzerdatagramm-Protokollvorbereitung richtet einen Datenkanal ein, durch den Daten über einen bestehenden Netzwerkadressenübersetzer zwischen zwei Netzwerk-Endpunkten gestreamt werden können. - Die veröffentlichte internationale Patentanmeldung
WO 01/30036 A1 - Für die NAPT-Betriebsart besteht indes immer noch keine Lösung für Multimediaprotokoll-Traversierung durch NAT. NAT-Vorrichtungen sind dafür ausgelegt, IP-Adressressourcen öffentlicher Netzwerke einzusparen. Es ist aber in den bestehenden Lösungen nicht möglich, dass eine IP-Adresse eines öffentlichen Netzwerks von mehreren Multimediakommunikations-Endgeräten in einem privaten Netzwerk geteilt wird. In vielen Fällen, in denen private Netzwerk-Endgeräte (oder andere H.323-Knoten) zum Einsatz kommen, lässt sich die Vergeudung von IP-Adressen öffentlicher Netzwerke nicht vermeiden, was dazu führt, dass die Hauptfunktion von NAT-Vorrichtungen – das Einsparen von IP-Adressen öffentlicher Netzwerke – in Multimediaanwendungen sinnlos wird.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Schaffen eines Verfahrens zum Ausführen von Multimediaprotokoll-Traversierung durch eine Netzwerkadressübersetzungs-Vorrichtung, um das Problem zu lösen, dass Multimedia-Kommunikationsprotokolle des Standes der Technik nicht in der Lage sind, über eine NAT-Vorrichtung in der NAPT-Betriebsart Traversierung auszuführen.
- Die vorliegende Erfindung stellt eine technische Lösung für das vorhergehend beschriebene Problem bereit, wobei die technische Lösung Folgendes umfasst:
Ein Verfahren zum Ausführen von Multimediaprotokoll-Traversierung über eine Netzwerkadressübersetzungs-Vorrichtung, wobei die Vorrichtung für Netzwerkadressübersetzung (Network Address Translation – NAT) eine Zuordnungsrelation zwischen Endgerätadresse (Terminaladresse) in einem privaten Netzwerk und Endgerätadresse (Terminaladresse) in einem öffentlichen Netzwerk einrichtet und es dem Endgerät (Terminal) im privaten Netzwerk ermöglicht, mit einer gemeinsamen Adresse auf das öffentliche Netzwerk zuzugreifen, um die Interaktion von Medienströmen zwischen dem Endgerät (Terminal) im privaten Netzwerk und dem Endgerät (Terminal) im öffentlichen Netzwerk auszuführen, in der die gemeinsame Adresse eine Adresse des privaten Netzwerks zum Zugreifen auf das öffentliche Netzwerk ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Das Endgerät im privaten Netzwerk erfasst die Adresse des Endgeräts im öffentlichen Netzwerk zum Senden von Medienströmen;
Das Endgerät im privaten Netzwerk sendet ein Umadressierungspaket, in dem die Zieladresse des Umadressierungspakets die Adresse des Endgeräts im öffentlichen Netzwerk zum Senden von Medienströmen ist;
Die NAT-Vorrichtung ersetzt die Quelladresse im Umadressierungspaket durch die gemeinsame Adresse und sendet das ersetzte Umadressierungspaket an das Endgerät des öffentlichen Netzwerks und richtet eine Zuordnungsrelation zwischen den Adressen im Umadressierungspaket vor der Ersetzung und den Adressen in Umadressierungspaket nach der Ersetzung ein;
Das Endgerät im öffentlichen Netzwerk sendet den Medienstrom, in dem die Zieladresse des Medienstroms die gemeinsame Adresse ist, die NAT-Vorrichtung ersetzt die Zieladresse im Medienstrom gemäß der Zuordnungsrelation mit der Adresse des Endgeräts im privaten Netzwerk, wobei das Endgerät im privaten Netzwerk periodisch Umadressierungspakete sendet (4), um die Time-out-Zeit für die Zuordnungsrelation aufzufrischen. - Gemäß der vorhergehend beschriebenen Lösung:
Die Quelladresse des Umadressierungspakets ist die Nummer des empfangenden Ports und die IP-Adresse des privaten Netzwerks des Endgeräts des privaten Netzwerks. - Das Endgerät im privaten Netzwerk sendet eine Anforderungsnachricht an das Endgerät im öffentlichen Netzwerk, um die Adresse des Endgeräts im öffentlichen Netzwerk zum Senden von Medienströmen zu erfassen.
- Das Endgerät des privaten Netzwerks sendet die Anforderung, wenn der Medienstrom, der vom Endgerät des öffentlichen Netzwerks gesendet wird, nicht innerhalb eines voreingestellten Zeitraums empfangen wird, nachdem die Zeichengabe „Medienkanal öffnen" vom Endgerät des öffentlichen Netzwerks empfangen wurde.
- Der voreingestellte Zeitraum ist kürzer als die Zeit, für die das Endgerät des privaten Netzwerks die Verbindung automatisch trennen wird, wenn kein Codestrom empfangen wird.
- Das Endgerät des privaten Netzwerks sendet periodisch Umadressierungspakete, um die Timeout-Zeit für die Zuordnungsrelation in der NAT-Vorrichtung aufzufrischen.
- Das Endgerät des privaten Netzwerks führt die Interaktion durch ein Erweiterungsfeld in der Protokollnachricht durch, wenn das Endgerät des privaten Netzwerks eine Anforderung an das Endgerät des öffentlichen Netzwerks sendet, um die Quelladresse zum Senden von Medienströmen zu erhalten.
- Die vorliegende Erfindung führt erfolgreiche Traversierung von Protokollen durch, ohne dass Veränderungen an der Firewall (FW)/NAT-Vorrichtung notwendig sind. Mit der vorliegenden Erfindung können Benutzer Multimediakommunikation (z.B. H.323-Kommunikation) zwischen öffentlichen Netzwerken und privaten Netzwerken ausführen, ohne dass der Kauf einer neuen Vorrichtungen erforderlich ist; daher kann nicht nur das Problem des Fehlschlagens von Kommunikation von Multimedia-Kommunikationsprotokollen, die die NAT durchqueren, gelöst werden, sondern auch eine gemeinsame IP-Adresse des öffentlichen Netzwerks verwendet werden, um IP-Adressressourcen öffentlicher Netzwerke einzusparen.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist ein schematisches Diagramm einer Vernetzung zum Ausführen der vorliegenden Erfindung; -
2 ist ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Hiernach wird die vorliegende Erfindung in einer Ausführungsform anhand eines Beispiels eines H.323-Protokolls beschrieben, welches ein Multimedia-Kommunikationsprotokoll ist, das sehr weit verbreitet ist.
- Nun mit Bezug auf
1 sind das Endgerät T1 und das Endgerät T2 zwei H.323-Endgeräte in einem privaten Netzwerk; das Endgerät T3 ist ein H.323-Endgerät in einem öffentlichen Netzwerk; GK ist ein GateKeeper in einem H.323-Protokoll. - Mit Bezug auf
2 wird das Verfahren, in dem das Endgerät T1 des privaten Netzwerks das Endgerät T3 des öffentlichen Netzwerks aufruft, wie folgt ausgeführt:
Das Endgerät T1 des privaten Netzwerks sendet eine Aufbauzeichengabe an das Endgerät T3 des öffentlichen Netzwerks;
Beim Empfang der Aufbauzeichengabe vom Endgerät T1 des privaten Netzwerks, sendet das Endgerät T3 des öffentlichen Netzwerks eine Verbindungszeichengabe an das Endgerät T1 des privaten Netzwerks;
T1 richtet unter Verwendung der H.245-Adresse des Endgeräts T3 des öffentlichen Netzwerks, die in der Verbindungszeichengabe getragen wurde, eine H.245-Verbindung mit T3 ein; dann führen T1 und T3 miteinander die H.245-Signalgebungsinteraktion aus. - Das vorhergehende Verfahren erfüllt sämtliche Vorschriften der Spezifikation des H.323-Protokolls. Für ausführliche Informationen über das Verfahren wird auf die „ITU-T Empfehlung H.323" verwiesen.
- Da die Interaktion die Vorschriften des Standardprotokolls vollständig erfüllt, ist es für Medienströme unmöglich, vom öffentlichen Netzwerk Endgeräte des privaten Netzwerks zu erreichen. Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe freier Kommunikation zwischen Endgeräten des öffentlichen und des privaten Netzwerks durch Durchführen der Interaktion von einigen Erweiterungsinformationen (nicht im Protokoll angegeben) basierend auf dem Standardprotokoll. Das Verfahren der Erweiterungsinformationsinteraktion wird wie folgt ausführlich beschrieben:
- 1. Wenn ein Endgerät des privaten Netzwerks eine Zeichengabe „Medienkanal öffnen Empfangsbestätigung (OMC Ack)" von einem gegenüberliegenden Endgerät (d.h. dem Endgerät des öffentlichen Netzwerks, mit dem es sich verbindet) empfängt, wird Timer 0 gestartet, in dem das Zeitintervall des Timers kürzer sein sollte, als die Zeit, bei der das Endgerät die Verbindung automatisch trennt, wenn kein Codestrom empfangen wird, vorzugsweise 5 Sekunden.
- Der Timer 0 wird angehalten, wenn ein korrekter Medienstrom innerhalb der Zeit, während der der Timer 0 im Time-out ist, empfangen wird. Dass das Endgerät den Medienstrom empfangen hat, bedeutet, dass keine NAT-Vorrichtung vorhanden ist, die das H.323-Protokoll nicht unterstützt, die normale Kommunikation kann durchgeführt werden, ohne das Verfahren zu verwenden, das in der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird; deshalb folgt das Aufrufverfahren, nachdem der Timer 0 angehalten wurde, dem Standard-H.323-Protokoll und die folgenden Schritte sind nicht notwendig.
- Wenn das Endgerät T1 des privaten Netzwerks keinen Medienstrom vom Endgerät T3 des öffentlichen Netzwerks empfangen hat, nachdem der Timer 0 im Time-out ist, bedeutet dies, dass (eine) NAT-Vorrichtung(en) vorhanden ist/sind, die das H.323-Protokoll nicht unterstützt/unterstützen; daher muss das Verfahren, das in der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird, verwendet werden, um erfolgreiche Traversierung von Medienströmen durch die NAT-Vorrichtung(en) zu ermöglichen, und das Verfahren muss mit Schritt 2 fortgesetzt werden.
- 2. T1 fordert die Quell-IP-Adresse (d.h. die Quell-IP des UDP-Paketkopfs, der den Medienstrom trägt) und den Quellport (d.h. den Quellport des UDP-Paketkopfs, der den Medienstrom trägt) des Medienstroms durch ein Erweiterungsfeld in einer H.245-Nachricht an, nachdem der Timer 0 sich im Time-out befindet.
- 3. Auf ähnliche Weise benachrichtigt das Endgerät 3 des öffentlichen Netzwerks das Endgerät des privaten Netzwerks über die Quell-IP-Adresse und den Quellport (ip_b, port_b1) des Medienstroms durch das Erweiterungsfeld in der H.245-Nachricht, wenn es die vom Endgerät T1 des privaten Netzwerks gesendete Anforderung empfängt.
- 4. Das Endgerät des privaten Netzwerks sendet periodisch Umadressierungspakete, die in der folgenden Tabelle definiert sind, an die Quelladresse (ip_b, port_b1) des Medienstroms des gegenüberliegenden Endgeräts, wenn es die H.245-Nachricht empfängt, die das vom gegenüberliegenden Endgerät gesendete Erweiterungsfeld trägt:
- NAT ersetzt die Quelladresse im Umadressierungspaket durch die gemeinsame Adresse des öffentlichen Netzwerks und richtet die Zuordnungsrelation zwischen der Quelladresse und der Zieladresse vor der Ersetzung und der Quelladresse und der Zieladresse im Umadressierungspaket nach der Ersetzung ein, wenn das Umadressierungspaket die NAT-Vorrichtung durchquert. Wenn die Firewall auch NAT-Verarbeitung verwendet, ist das Verfahren auch auf die Traversierung durch die Firewall anwendbar. Die gebildete Adresszuordnungsrelation wird in der folgenden Tabelle gezeigt:
Vor Firewall/NAT Nach Firewall/NAT src ip src Port dst ip dst Port src ip src Port dst ip dst Port ip_a port_a ip_b port_b1 ip_t port_t Ip_b port_b1 - Wobei ip_t und port_t öffentliche Netzwerkadressen sind.
- Da in der Adresszuordnungsrelation in der Firewall/NAT-Vorrichtung eine Time-out-Zeit vorhanden ist, frischt das Endgerät T1 des privaten Netzwerks die Timeout-Zeit durch periodisches Senden von Umadressierungspaketen auf, und es ist möglich, zu gewährleisten, dass das Endgerät des öffentlichen Netzwerks die Umadressierungspakete sogar empfangen kann, wenn einige der Umadressierungspakete verloren gehen.
- 5. Das Endgerät T3 des öffentlichen Netzwerks stellt die Zieladresse ein, an die ein bestimmter Medienstrom an die Quell-IP (ip_t) und den Quellport (port_t) gesendet wird, der den UDP-Kopf eines Umadressierungspakets vom Umadressierungspaket gewinnt, wenn T3 das Umadressierungspaket an der Sendeadresse (ip_b, port_b1) des Medienstroms empfängt.
- Dann erreicht der durch das Endgerät T3 des öffentlichen Netzwerks gesendete Medienstrom nach der Umadressierung das Endgerät T1 des privaten Netzwerks durch umgekehrte Adresszuordnung der Firewall/NAT-Vorrichtung.
- Obgleich die vorliegende Erfindung in der vorhergehenden Ausführungsform anhand des Beispiels eines H.323-Protokolls beschrieben wurde, ist das Aufrufverfahren in anderen Multmedia-Kommunikationsprotokollen, wie dem SIP-Protokoll, ähnlich, außer dass der spezifische Zeichengabename und Feldname unterschiedlich sind; daher ist die vorliegende Erfindung auch auf andere Multimedia-Kommunikationsprotokolle anwendbar.
UDP-Kopf | Wert | Beschreibung |
Quell-IP-Adresse | ip_a | IP-Adresse von Endgerät T1 des privaten Netzwerks (eine Adresse im privaten Netzwerk) |
Ziel-IP-Adresse | ip_b | Das Umadressierungspaket, das die IP-Adresse vom Endgerät T3 des öffentlichen Netzwerks empfangt (aus dem Erweiterungsfeld in der H.245-Nachricht gewonnen, d.h. die Quell-IP-Adresse, wenn T3 einen Medienstrom an T1 sendet) |
Quellport | Port_a | Rtp, der die Portnummer von T1 empfängt |
Zielport | Port_b1 | Das Umadressierungspaket, das den Port vom Endgerät T3 des öffentlichen Netzwerks empfängt (aus dem Erweiterungsfeld in der H.245-Nachricht gewonnen, d.h. die Quellportnummer, wenn T3 den Medienstrom an T1 sendet) |
Claims (6)
- Verfahren zum Implementieren von Traversierung von Multimediaprotokollen durch eine Vorrichtung für Netzwerkadressübersetzung (Network Address Translation – NAT), wobei die NAT-Vorrichtung eine Zuordnungsrelation zwischen einer Adresse eines Terminals (T1, T2) in einem privaten Netzwerk und einer Adresse eines Terminals (T1, T2, PC) in einem öffentlichen Netzwerk herstellt, und es dem Terminal (GK, T3) im privaten Netzwerk ermöglicht, mit einer gemeinsamen Adresse auf das öffentliche Netzwerk zuzugreifen, um eine Interaktion von Medienströmen zwischen dem Terminal im privaten Netzwerk und dem Terminal im öffentlichen Netzwerk zu implementieren, wobei die gemeinsame Adresse eine Adresse des privaten Netzwerks zum Zugreifen auf das öffentliche Netzwerk ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: das Terminal (T1, T2, PC) im privaten Netzwerk erfasst eine Adresse des Terminals (T3, GK) im öffentlichen Netzwerk zum Senden von Medienströmen; das Terminal (T1, T2, PC) im privaten Netzwerk sendet ein Umadressierungspaket, in dem Zieladresse des Umadressierungspakets die Adresse des Terminals (T3, GK) im öffentlichen Netzwerk zum Senden von Medienströmen ist; die NAT-Vorrichtung ersetzt die Quelladresse im Umadressierungspaket durch die gemeinsame Adresse und sendet das ersetzte Umadressierungspaket an das Terminal (T3, GK) des öffentlichen Netzwerks und stellt eine Zuordnungsrelation zwischen den Adressen im Umadressierungspaket vor der Ersetzung und den Adressen im Umadressierungspaket nach der Ersetzung her; das Terminal (T3, GK) im öffentlichen Netzwerk sendet den Medienstrom, in dem die Zieladresse des Medienstroms die gemeinsame Adresse ist; die NAT-Vorrichtung ersetzt die Zieladresse im Medienstrom durch die Adresse des Terminal (T1, T2, PC) im privaten Netzwerk gemäß der Zuordnungsrelation, wobei das Terminal (T1, T2, PC) im privaten Netzwerk periodisch Umadressierungspakete sendet (4), um die Timeout-Zeit für die Zuordnungsrelation aufzufrischen.
- Verfahren zum Ausführen von Traversierung von Multimedia-Protokollen durch Netzwerkadressübersetzungs-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Quelladresse im Umadressierungspaket die Nummer des Empfangsports und die IP-Adresse des privaten Netzwerks des Terminals (T1, T2, PC) des privaten Netzwerks ist.
- Verfahren zum Ausführen von Traversierung von Multimedia-Protokollen durch eine Netzwerkadressübersetzungs-Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Terminal (T1, T2, PC) im privaten Netzwerk eine Anforderungsnachricht an das Terminal (GK, T3) im öffentlichen Netzwerk sendet, um die Adresse des Terminals (GK, T3) im öffentlichen Netzwerk zum Senden von Medienströmen zu erfassen.
- Verfahren zum Ausführen von Traversierung von Multimedia-Protokollen durch eine Netzwerkadressübersetzungs-Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Terminal (PC, T1, T2) des privaten Netzwerks die Anforderungsnachricht sendet, wenn der vom Terminal (GK, T3) des öffentlichen Netzwerks gesendete Medienstrom nicht innerhalb eines voreingestellten Zeitraums empfangen wird, nachdem die Zeichengabe „Open Media Channel" vom Terminal (GK, T3) des öffentlichen Netzwerks empfangen wurde.
- Verfahren zum Ausführen von Traversierung von Multimedia-Protokollen durch eine Netzwerkadressübersetzungs-Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der voreingestellte Zeitraum kürzer als die Zeit ist, für die das Terminal (PC, T1, T2) des privaten Netzwerks die Verbindung automatisch trennen wird, wenn kein Codestrom empfangen wird.
- Verfahren zum Ausführen von Traversierung von Multimedia-Protokollen durch eine Netzwerkadressübersetzungs-Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Terminal (PC, T1, T2) des privaten Netzwerks die Interaktion durch ein Erweiterungsfeld in der Protokollnachricht durchführt, wenn das Terminal (PC, T1, T2) des privaten Netzwerks eine Anforderungsnachricht an das Terminal (GK, T3) des öffentlichen Netzwerks sendet.
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