專利名稱：通過轉換網絡地址的nat網絡節(jié)點來管理通信連接的方法
通過轉換網絡地址的NAT網絡節(jié)點來管理通信連接的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于在通信系統(tǒng)中管理通信連接的方法。
現(xiàn)有技術中已公開了網絡地址轉換的網絡節(jié)點，這些網絡節(jié)點在專 業(yè)文獻中已知為NAT(網絡地址轉換)。在網絡地址轉換中，"本地的，，、 即僅僅在本地的第 一 網絡區(qū)域內有效的地址被轉換用于與外部的第二 網絡區(qū)域的網絡元素通信。作為發(fā)送器地址或目標地址，使用或者替換 發(fā)送的或者為了接收而確定的網絡元素的相應地址。
此外公開了一種方法，借助該方法，網絡區(qū)域內的網絡元素可以首 先確定是否自有的(eigen)網絡區(qū)域通過轉換網絡地址的網絡節(jié)點形成 邊界，并且借助該方法支持橫越自有的網絡區(qū)域。這種方法也以名稱 STUN (經NAT的UDP的簡單橫越)而公開。
STUN協(xié)議的一個重要操作是自有的公開的網絡地址對STUN服務 器的詢問。附加地，向端口號的詢問也是可能的，其中這些端口號是為 了該詢問而在轉換網絡地址的網絡節(jié)點中被指配的。通過這種方式， STUN支持指配對于跟隨傳輸?shù)南⒂行У木W絡地址、例如IP (因特網 協(xié)議)地址和端口號。
上面描述的指配在通信端點與多個外部的通信端點連接時有問題。 例如當本地網絡具有通過所謂的ISP (因特網服務提供商)的至全球的 數(shù)據網絡的多個接入時，以及通信端點通過這種方式必須使用多個公開 的網絡地址以便通過不同的轉換網絡地址的網絡節(jié)點與多個外部的通 信端點通信時，出現(xiàn)這種情況。
本發(fā)明的任務是，提供一種裝置，通過該裝置能夠實現(xiàn)在多個轉換 網絡地址的網絡節(jié)點參與的情況下管理通信連接。
作為本發(fā)明基礎的該任務通過具有權利要求1所述的特征的方法解決。
根據本發(fā)明，提出了 一種用于在通信系統(tǒng)中管理通信連接的方法， 該方法在第 一步驟中規(guī)定了借助通信系統(tǒng)內部有效的源網絡地址通過 至少一個轉換網絡地址的網絡節(jié)點(特別是NAT網絡節(jié)點)建立到至 少 一 個通信系統(tǒng)外部的網絡元素的至少 一 個連接i青求 (Bindungsanforderung)。在另 一 步驟中，借助至少 一 個能夠被分配給通信系統(tǒng)外部的網絡元 素的、通信系統(tǒng)外部有效的源網絡地址進行至少 一次連接確認的接受。 在最后的步驟中，進行所述至少 一個通信系統(tǒng)內部有效的源網絡地址和 所述至少 一個通信系統(tǒng)外部有效的源網絡地址至被分配給通信系統(tǒng)外
部的網絡元素的連接條目(Bindungseintmg )的分配。
通過至被分配給通信系統(tǒng)外部的網絡元素的連接條目的分配，特別 有利地得到能夠簡單地管理的條目，借助該條目能夠實現(xiàn)通信系統(tǒng)外部 的網纟各元素的尋址，例如VoIP ( Voice over Internet Protocol)電i舌的尋址。
本發(fā)明的有利的改進方案和擴展方案是從屬權利要求的主題。 在下面借助附圖進 一 步闡述具有本發(fā)明的其他優(yōu)點和擴展方案的 實施例。 其中


圖1示出了結構圖和時間上的消息交換圖，用于示意性示出服務器 的外部有效的網絡地址的參考；
圖2示出了結構圖和時間上的消息流程圖，用于示意性示出通信結
構；
圖3示出了帶有示例性的連接條目的連接表的示意圖； 圖4示出了多個網絡部分的示意圖，這些網絡部分通過轉換網絡地 址的網絡元素彼此連接。
開頭所提及的、與轉換網絡地址的網絡節(jié)點關聯(lián)的問題在下面首先 不參照附圖地借助應用情形來闡述，該應用情形特別是與面向分組的語 音通信或VoIP ( Voice over IP ) —同出現(xiàn)。該示例性的應用情形此外通 常不能理解為對于本發(fā)明的應用的限制。因此，所涉及的網絡元素根據 情況也稱為通信終端設備或者通信伙伴，而不會將本發(fā)明限制為網絡元 素的該構型。
對于一般的多媒體通信的、面向分組的語音通信或視頻通信，常常 使用SIP協(xié)議(會話初始協(xié)議)。其為一種用于建立在多個通信端點之 間的通信會話的協(xié)議。SIP在IETF(因特網工程任務組)的文獻RFC 3261 (R叫uest for Comment)中被詳細說明，并且被使用以確定相應的參加 通信的通信端點并且建立通信會話。
實際的通信數(shù)據交換通過會話描述協(xié)議(SDP)和實時傳輸協(xié)議
4(RTP)進行。SDP的任務是協(xié)商在通信端點之間要使用的解碼、傳輸 協(xié)議等等。RTP最后確定在通信端點之間的"凈荷"或實際通信數(shù)據或 有用數(shù)據的交換。術語"有用數(shù)據"或"凈荷"在此指數(shù)據分組的數(shù)據，
這些數(shù)據通常不包含其他的對于該通信會話必需的控制信息或協(xié)議信
臺
如果面向分組的語音通信超出相應的網絡區(qū)域進行，即在被設置在
本地網絡區(qū)域另一邊的通信端點參與的情況下，在使用SIP時出現(xiàn)多個 問題，以下將對這些問題進行簡要概述。
對于兩個端點之間的通信數(shù)據的交換，在RTP的應用中規(guī)定了數(shù)據 流借助UDP協(xié)議(用戶數(shù)據報協(xié)議)來傳輸。為了傳輸通信數(shù)據而使 用的UDP端口被動態(tài)分配，這使得將SIP結合防火墻、NAT路由器或 者NAT "盒子(Boxes)，，(以下稱為轉換網絡地址的網絡節(jié)點)的使 用變得困難，因為大多數(shù)轉換網絡地址的網絡節(jié)點不能將動態(tài)分配的 UDP端口分配給信令連接。
為了繞開該問題，例如使用STUN (NAT的UDP簡單穿越)協(xié)議， 該協(xié)議能夠實現(xiàn)沿著要建立的通信區(qū)段識別轉換網絡地址的網絡節(jié)點， 并且可以克服通過轉換網絡地址的網絡節(jié)點預先給定的、在本地網絡區(qū) 域和處于該本地網絡區(qū)域另一邊的通信端點之間的界限。
相應的方法借助圖l來闡述。圖1示出了網絡元素CLT,其通過轉 換網絡地址的網絡節(jié)點NAT與服務器SRV相連。服務器SRV (僅僅或 尤其)是設計用于在服務器側處理STUN協(xié)議，并且在下面也稱為STUN 服務器。按照STUN協(xié)議的消息交換例如包括由網絡元素CLT出發(fā)的 第一連接請求BRQl,該連接請求在網絡節(jié)點NAT中終止并且以第二連 接請求BRQ2的形式發(fā)送給服務器SRV。服務器SRV相應地發(fā)送第一 連接確認BRPl,該連接確認在網絡節(jié)點NAT上終止，并且以第二連接 確認BRP2的形式傳送給網絡元素CLT。消息在網絡元素上"終止，，在 此理解為相應的消息在相應的網絡元素上結束，即在那里被分析，并 且由相應的網絡元素新組織一個"傳遞(weitergereichte )，，消息。
以下所基于的是，網絡元素CLT具有本地有效的源網絡地址X或 本地有效的端口號x。源網絡地址和網絡元素CLT的端口號的組合以標 志X:x的形式使用在第一連接請求BRQl的報頭或者消息頭條目中。
作為第一連接請求BRQ1的目標網絡地址或目標端口號(通常也稱
5為"目的(Destination)")，輸入標志P:p形式的、服務器SRV的相 應組合。設計為目標的服務器于是通過網絡地址P或者通過端口號p標識。
網絡節(jié)點NAT接收第一連接請求BRQ1,并且關于源網絡地址X 及關于原端口 x進行網絡地址轉換，并且將連接請求以第二連接請求 BRQ2的形式穿過本地網絡的邊界轉發(fā)給服務器SRV。
改變后的連接請求消息BRQ2的特征在于，原始的源網絡地址X被 改變后的源網絡地址A替代了 。改變后的源網絡地址A在此相應于網絡 節(jié)點的網絡地址。上述內容類似地適用于改變?yōu)閍的端口號。
在轉發(fā)連接請求BRQ1的過程中，網絡節(jié)點NAT保留所謂的"針 孔(Pin Hole)，，，其中連接被以所使用的網絡地址或所使用的端口的 預定(Vormerkung)來注明。
在這種情況中，該連接以相應的常見標記來表示(X, x)<- -> (A, a)。該連接導致每個進入的、帶有目標地址A:a的數(shù)據分組被傳 送給具有網絡地址X:x的網絡元素CLT,反之，在離開的數(shù)據分組中， 發(fā)送器地址X:x被改變?yōu)锳:a。這種連接的持續(xù)時間通常在網絡節(jié)點 NAT方面被限制并且可以在需要時以周期間隔被更新。
月良務器SRV以第一連接確認消息BRP1應答，該第一連接確認消息 以上述方式借助網絡地址轉換以第二連接確認BRP2形式被傳送給網絡 元素CLT。
如果網絡元素CLT用于面向分組的語音通信，則在網絡元素CLT 上施加的、用于運行的SIP應用現(xiàn)在可以將外部有效的網絡地址發(fā)送給 (未示出的)SIP代理服務器。
以下進一步參照圖1的功能單元闡述至本地網絡區(qū)域之外的網絡元 素的通信建立。
圖2示出了圖1中已公開的網絡節(jié)點以及圖1中已公開的服務器 SRV。與根據圖1的實施例不同，那里的網絡元素CLT并不直接與網絡 節(jié)點NAT通信。在該圖2的實施例中，替代地設置了通過通信設備CLT 連接的第一通信終端設備PHA。通信設備CLT具有與圖1中公開的網 絡元素CLT相同的參考標記，以便表達通信設備CLT替代第一通信終 端設備PHA接管確定的功能，這些功能在圖1的實施例中必須通過那 里的網絡元素CLT本身來實施。第一通信終端設備PHA是任意的網絡元素，為了借助通信環(huán)境來 描述本發(fā)明，以下用不能理解為限制的方式作為出發(fā)點的是，第一通信 終端設備PHA實施為VoIP通信終端設備。相應地，通信設備CLT被設 計用于面向分組的交換和多個(未示出的)面向分組地通信的通信終端 設備的管理。通信設備CLT通常與多個網絡節(jié)點連接，其中在附圖中出 于概觀的原因僅僅示出了第一網絡節(jié)點NAT。出于概觀的原因，未示出 網絡節(jié)點NAT的其他可能的連接，例如引導至因特網服務提供商(ISP ) 以及其他(未示出的)在其他網絡區(qū)域中的網絡節(jié)點的連接。
網絡節(jié)點NAT以圖1中已公開的方式與STUN服務器SRV相連。 網絡節(jié)點NAT此外與第二通信終端設備PHB相連，針對笫一通信終端 設備PHA所述的內容基本上適用于第二通信終端設備PHB的技術構型。 特別地，第二通信終端設備PHB能夠以類似的方式通過通信設備CLT 與網絡節(jié)點NAT相連。然而這對于進一步的方法描述無關，因此在附 圖中，通信設備CLT在第二通信終端設備PHB側用虛線示出。在圖2 的下部區(qū)域中示出的流程圖由此不涉及虛線示出的通信設備CLT,而是 涉及服務器SRV。
以下將參照圖2的下半部中的^L交換消息的流程圖。
在基于第一通信終端設備PHA的通信建立的設立過程中，由該第 一通信終端設備PHA將邀請消息202 "Invite"發(fā)送給通信設備CLT。 通信設備CLT現(xiàn)在在網絡節(jié)點NAT加入的情況下引入連接請求，該連 接請求伴隨著消息204、 206、 208、 210，這些消息基本上與圖1中公開 的連接請求消息或連接確認消息BRQ1、 BRQ2、 BRP1、 BRP2相同。
在網絡節(jié)點NAT方面進行連接之后，通信設備CLT發(fā)送修改后的 邀請消息212給網絡節(jié)點NAT。修改后的邀請消息與由第一通信終端設 備PHA發(fā)送的邀請消息202的區(qū)別在于，在修改后的邀請消息212中， 包含了關于有用數(shù)據連接的、通過連接而定義的相應的"公開的"網絡 地址。在網絡節(jié)點NAT上獲得的邀請消息212在進行通常的網絡地址 轉換之后，以再次修改后的邀請消息214的形式發(fā)送給所規(guī)定的目標、 即第二通信終端設備PHB。建立通信的另一過程基本上相應于SIP協(xié)議 的規(guī)定，在此過程中，其可選的其他(未示出的)消息一皮交換。
為了通過第二通信終端設備PHB確認連接建立已經就緒，由該第 二通信終端設備PHB發(fā)送確認消息216，該確認消息，在通過網絡節(jié)點NAT的相應地址轉換之后，以修改后的確認消息218的形式由網絡節(jié)點 NAT轉發(fā)給通信設備CLT。隨后，確認消息220由通信設備CLT傳送 給第 一通信終端設備PHA,于是現(xiàn)在所有針對在通信會話中交換有用數(shù) 據的前提條件都被滿足。第一通信終端設備PHH現(xiàn)在與第二通信終端 設備PHB雙向交換有用數(shù)據PLD，這些有用數(shù)據在圖中通過多個雙箭 頭示出。
為了簡化，圖2中僅僅假設第一通信終端設備PHA的外部通信伙 伴具有第二通信終端設備PHB的構型。對于帶有超過一個至全球數(shù)據網 絡的接入和/或帶有至多個SIP提供商的多個接入和/或通過多于一個網 絡節(jié)點NAT的通信環(huán)境的實際情況，替代地得到如下狀況其中通信 終端設備PHA或其起管理作用的通信設備CLT必須適用多于一個公開 的網絡地址，以便通過不同的網絡區(qū)域或不同的網絡節(jié)點NAT與多個 外部的通信終端設備通信。
根據本發(fā)明的STUN客戶管理現(xiàn)在在主要通過通信設備CLT形成 的通信基礎結構內設置了 確定不同的公開網絡地址并且將其存儲在相 應的連4妻條目中。這種確定并非如目前常用的那樣以#~據情況的 (situativen)方式、即以專門(ad hoc)方式進行，而是事先并且由此 能夠以簡單的方式采用。在此，該確定可能在周期性的時刻重復，以便 在受危及的連接結束之前再次修復它。通過這種方式，對于每個外部的 通信終端設備PHB,在引入通信的時刻直接已知對于相應的網絡節(jié)點 NAT的內部通信終端設備PHA的哪些外部的網絡地址或哪些外部的端 口號纟皮通知給相應的外部通信終端設備PHB。
圖3示出了連接表中的多個連接條目的組合。連接表在第一列1中 具有通信系統(tǒng)-外部網絡元素的標識。在該實施例中，通信系統(tǒng)-外部 網絡元素或者通信終端設備通過其呼叫號碼表明特征。在連接表的第一 列1中，示例性地給出了呼叫號碼31488和4711。
在第二列2中，對于相應的連接條目31488和4711記錄了在自有 的網絡區(qū)域內或在自有的通信系統(tǒng)內有效的網絡地址或IP地址。
相應地，在第三列3中記錄了對于第一網絡運營商或ISP有效的外 部網絡地址，以及在第四列4中記錄了對于第二網絡運營商有效的外部 網絡地址。
最后，在列5和6中設置了其他的網絡地址，其例如尋址替代的網
8絡運營商。
圖4示出了通信系統(tǒng)CN,其包括通信設備CLT,多個通信終端設 備連接到該通信設備CLT上。在附圖中又僅僅示例性示出了笫一通信終 端設備PHA。為了連接其他的(沒有參考標記并作為"云"示出的)通 信系統(tǒng)，設置了第一、第二和第三轉換網絡地址的網絡節(jié)點NAT1、 NAT2、 NAT3,其中所述其他的通信系統(tǒng)在目前實施形式的語音應用中 稱為通信系統(tǒng)外部。
在朝向第一通信系統(tǒng)外部的通信伙伴PHB1的方向上示出了通過第 三網絡節(jié)點NAT3的連接。通過替代的ISP的可選的另一連接通過第二 網絡節(jié)點NAT2示出。在朝向第二通信系統(tǒng)外部的通信伙伴PHB2的方 向上示出了通過第二網絡節(jié)點NAT2的連接。在朝向第三通信系統(tǒng)外部 的通信伙伴PHB3的方向上示出了通過第一網絡節(jié)點NAT 1以及通過在 通信系統(tǒng)外部的通信伙伴PHB3的通信系統(tǒng)一方的另一網絡節(jié)點NAT4 的連接。另外的服務器SRV1、 SRV2、 SRV3被分配給相應的外部通信 系統(tǒng)。
借助根據本發(fā)明的用于管理通信連接的裝置，現(xiàn)在可能以通信設備 內部的"呼叫處理(Call Processing)"或"特征處理(Feature Processing)"
的形式來確定向通信系統(tǒng)外部的通信終端設備的通信建立方向的選擇。 對于通過使用SIP協(xié)議建立從第一通信終端設備PHA至外部的通信伙 伴、例如通信系統(tǒng)外部的通信伙伴PHB3的呼叫，基于在通信設備CLT 內部的功率特征或"特征(Feature)"來選沖奪相應的方向，在涉及連接 條目的情況下該方向針對該外部的通信伙伴被選出。
借助本發(fā)明的裝置，由此得到另一優(yōu)點，即使對于其他的功率特征 如最小成本路由、呼叫許可控制、通過特征數(shù)字選出呼叫方向等等，也 可能實現(xiàn)該方向裁決。通過方向裁決，由此也確定了相應的網絡節(jié)點 NAT1、 NAT2、 NAT3，其中呼叫通過這些網絡節(jié)點凈皮引導。在此，所 屬的外部網絡地址的選擇是隱含的。根據本發(fā)明的用于管理通信連接的 方法在此對于要進行呼叫的通信用戶承擔相應的選擇。
可以理解的是，其他實施形式使用替代的NAT技術，而不會影響 本發(fā)明思想的精神。這也包括對于所提及的STUN的替代的協(xié)議。例如 也可以使用因特網連接建立(ICE )或通過Relay方式穿越NAT( TURN ) 的協(xié)議。
權利要求
1. 一種用于在通信系統(tǒng)(CN)中管理通信連接的方法，包括以下步驟a)借助通信系統(tǒng)內部有效的源網絡地址通過至少一個轉換網絡地址的網絡節(jié)點(NAT1，NAT2，NAT3)建立至通信系統(tǒng)外部的網絡元素(PHB1，PHB2，PHB3)的連接請求，b)借助被分配給所述通信系統(tǒng)外部的網絡元素(PHB1，PHB2，PHB3)的、通信系統(tǒng)外部有效的網絡地址接受連接確認，c)進行所述通信系統(tǒng)內部有效的源網絡地址和所述通信系統(tǒng)外部有效的網絡地址至被分配給所述通信系統(tǒng)外部的網絡元素的連接條目的分配。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，-對于所述通信系統(tǒng)(CN)的、多個不同的、通信系統(tǒng)內部有效 的源網絡地址和/或-對于多個不同的、轉換網絡地址的網絡元素(NAT1, NAT2, NAT3),重復實施所述步驟a)至c),并且將這樣形成的多個連接條目記 錄到連接表中。
3. —種計算機程序產品，當該計算機程序產品在用于管理通信終端 設備(PHA)的通信設備(CLT)上運行時，具有用于執(zhí)行根據上述權 利要求之一所述方法的程序代碼。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在通信系統(tǒng)中管理通信連接的方法，包括以下步驟a)借助通信系統(tǒng)內部有效的源網絡地址通過至少一個轉換網絡地址的網絡節(jié)點建立至通信系統(tǒng)外部的網絡元素的連接請求，b)借助被分配給通信系統(tǒng)外部的網絡元素的、通信系統(tǒng)外部有效的網絡地址接受連接確認，c)進行所述通信系統(tǒng)內部有效的源網絡地址和所述通信系統(tǒng)外部有效的網絡地址至被分配給所述通信系統(tǒng)外部的網絡元素的連接條目的分配。
文檔編號H04L29/12GK101485179SQ200780025311
公開日2009年7月15日 申請日期2007年6月29日 優(yōu)先權日2006年7月3日
發(fā)明者B·博佐內克, E·霍瓦思, K·克拉格霍弗 申請人:西門子公司