CN102014176A - 基于sip的nat映射保活方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种较少网络消耗，并在NAT上映射被清除后能即时重新创建映射关系的NAT映射保活方法，以及实现该方法的系统。基于SIP的NAT映射保活方法，包括步骤：a、SIP终端通过NAT设备向SIP服务器发起注册；NAT设备在所述SIP终端发起注册时，保存所述SIP终端与NAT设备的映射关系；b、SIP服务器接收到所述SIP终端的注册后，周期性通过NAT设备向所述SIP终端发送UDP类型的保活报文；c、所述SIP终端收到保活报文后，启动定时器；d、所述SIP终端判断在定时器超时时间内是否接收到保活报文，如是，则重置定时器，返回本步骤；如否，则触发SIP终端重新注册，并清除定时器，返回步骤a。

Description

基于SIP的NAT映射保活方法及其系统
技术领域
本技术方案涉及SIP(Session Initiation Protocol，会话初始协议)技术以及NAT(NetworkAddress Translator，网络地址转换)映射保活技术。
背景技术
虽然IPv6取代IPv4是必然趋势，但是IPv4仍然会长期存在，而IPv4的存在必然伴随着大量的NAT，随着VOIP(Voice over IP，IP语音)业务的日益普及，NAT对P2P媒体业务的影响日益显著。
在存在NAT设备的网络环境中，如果SIP终端在私网，SIP服务器在公网，那么当SIP终端向服务器发起注册时，会在NAT上产生私网地址和公网地址的映射关系，此映射关系可以保证SIP服务器发送SIP呼叫请求的时候能够送达SIP终端。但是通常情况下NAT设备上产生的映射关系都是临时的，这个映射存在的时间可能很短，只有几秒钟。如果一段时间没有使用这个地址映射，那么就会超时删除映射，导致服务器无法再呼叫终端用户。那么为了保证SIP服务器能够在任何时候都能呼叫到SIP终端，那么SIP服务器需要保活这个映射，现有实现方法通常是SIP服务器定时发送SIP消息如notify、option等到NAT设备的公网端口来保活此映射，但是SIP消息比较大，并且终端需要复杂的解码，如果再加上映射的存在时间很短，那么需要频繁的发送保活报文，此时，对终端、网络、服务器的压力都是很大的。
另外，当NAT设备重启、NAT地址映射被人为清除或异常删除后，服务器同样不能呼叫SIP终端了，现有实现见中国专利申请《200610119375.5一种SIP网络系统中维持NAT地址绑定的方法及其装置》，通常是终端同样发送保活消息，如option消息，但是option消息只能保活已存在的NAT映射，是不能使得服务器更新其保存的终端映射关系，除非终端重新发起注册，但是终端并不能感知到NAT设备异常，所以只有注册超时才会发起注册，而这个时间可能会很长(RFC3261建议的是一个小时)，那么可能一个小时内该终端用户都收不到服务器的呼叫请求，对VOIP业务影响很大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种较少网络消耗，并在NAT上映射被清除后能即时重新创建映射关系的NAT映射保活方法，以及实现该方法的系统。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，基于SIP的NAT映射保活方法，包括以下步骤：
a、SIP终端通过NAT设备向SIP服务器发起注册；NAT设备在所述SIP终端发起注册时，保存所述SIP终端与NAT设备的映射关系；
b、SIP服务器接收到所述SIP终端的注册后，周期性通过NAT设备向所述SIP终端发送UDP类型的保活报文；
c、所述SIP终端收到保活报文后，启动定时器；
d、所述SIP终端判断在定时器超时时间内是否接收到保活报文，如是，则重置定时器，返回本步骤；如否，则触发SIP终端重新注册，并清除定时器，返回步骤a。
首先，本发明采用UDP类型的保活报文，相比SIP报文，UDP报文数据量小，就算SIP服务器同时向多个SIP终端发送此报文，也不会对SIP服务器的性能产生太大影响。并且，通过定时器超时来触发SIP终端注册，能最大限度减少故障时间，使得NAT设备的映射关系能在短时间内重新建立。如果SIP终端注册后从来没有收到过保活报文，则说明不需要保活，该终端也不会启动定时器。
进一步的，所述保活报文中仅携带保活周期信息；所述步骤c中，SIP终端收到保活报文后取得保活周期信息，并根据此保活周期信息设置定时器的超时时间。
进一步的，定时器的超时时间设置为：保活周期×N+偏移量，其中N为正整数，N的取值根据网络状态可动态调整。加偏移量是为了防止保活周期太小或趋于0，定时器的超时时间被设置得过小，导致网络抖动。
具体的，所述保活报文为KEEPALIVE报文。所述映射关系为SIP终端的私网地址和私网端口对应NAT设备的公网地址和公网端口的映射关系。
另外，实现上述方法的NAT映射保活系统包括SIP终端、NAT设备、SIP服务器，所述SIP终端，用于通过NAT设备向SIP服务器发起注册；未设置定时器的SIP终端收到保活报文后，启动定时器，并监控接收到的报文；已设置了定时器的SIP终端收到保活报文后，重置定时器，并监控接收到的报文；SIP终端判断在定时器超时时间内是否接收到保活报文，如是，则重置定时器；如否，则触发SIP终端重新注册，并清除定时器；
所述NAT设备，用于在SIP终端向SIP服务器发起注册时，保存所述SIP终端与NAT设备的映射关系；
所述SIP服务器，用于SIP服务器接收到所述SIP终端的注册后，周期性通过NAT设备向所述SIP终端发送UDP类型的保活报文。
本发明的有益效果是，以小报文保活NAT私网和公网的地址映射，减少终端、网络和服务器的负担。终端通过保活报文感知NAT地址映射意外失效，终端注册触发机制保证了当NAT地址映射意外失效后能够在最短的时间内恢复，从而保证对VOIP业务影响最小。
附图说明
图1为本发明系统示意图；
图2为实施例应用环境图；
图3为实施例消息流图。
具体实施方式
如图1所示，系统包括SIP终端、NAT设备、SIP服务器，SIP终端与SIP服务器通过NAT设备进行通信。如图2所示，位于私网的SIP终端和位于公网中的SIP服务器之间需要通信，会在NAT设备上产生一个临时的【私网地址：私网端口】至【公网地址：公网端口】的映射，SIP服务器要呼叫SIP终端的话，必须访问NAT设备的【公网地址：公网端口】，NAT设备自动通过对应【私网地址：私网端口】将呼叫转发到SIP终端。
本实施例的NAT映射保活方法如图3所示：
首先SIP终端向SIP服务器发起REGISTER报文进行注册，SIP服务器收到REGISTER报文后不仅需要登记SIP终端信息，还需要记录NAT映射中公网地址和公网端口，然后返回200OK消息。这样，在SIP终端和SIP服务器之间就建立了一个固定通道，此时为了保活NAT映射，SIP服务器发送KEEPALIVE报文。
KEEPALIVE报文内容的格式建议：
“KEEPALIVE t＝10”
其中KEEPALIVE用于标识报文用途，t＝10为保活周期，单位默认为秒。
KEEPALIVE报文除了必要的UDP头以外只包含上述内容。由于这里KEEPALIVE报文很小，并且不需要SIP终端应答，所以SIP服务器可以高频率的发送，比如1秒发送一个，即t＝1，这样就可以保证NAT映射不会超时。就算服务器同时向多个SIP终端同时快速的发送此报文，也不会对SIP服务器性能有太大影响，同样，对于网络影响也不大，对于SIP终端来说，不需要像SIP报文一样进行复杂的报文解析，只需要从此报文中读出保活周期t即可。就算SIP终端收到大量的此报文也不会存在太多的性能负担。
当SIP终端收到了SIP服务器发送到的KEEPALIVE报文，SIP终端启动定时器，关于定时器的超时时间的设置为：(t×N+偏移量)；这里需要N倍保活周期t是为了防止网络掉包等使得发生频繁注册，N的取值根据网络状况设置；加偏移量是防止t时间太小或趋于0，使得定时器超时过快。例如，SIP终端在收到第一个KEEPALIVE报文后，读出其中的保活时间t(t＝1)，假设N设置为2，偏移量设置成10秒，那么，启动一个12秒的定时器，每收到一个KEEPALIVE报文，则重置该定时器。
如果NAT设备因异常、重启导致NAT映射信息丢失、或被人为清除了映射时，SIP服务器就不能再联系到SIP终端了，KEEPALIVE报文也发不到SIP终端上了。SIP终端定时器在12秒后超时，然后启动注册流程，重新发送REGISTER消息到SIP服务器，此时很可能会在NAT上产生一个新的映射，服务器刷新SIP终端用户信息，并且记录新的NAT映射信息，此时SIP服务器又可以呼叫SIP终端了，也就是说，本实施例在12秒内恢复了故障。SIP服务器继续发送KEEPALIVE消息，SIP终端在收到KEEPALIVE后又启动定时器进行监控。这里SIP终端之所以在收到第一个KEEPALIVE后才启动定时器，是为了兼容不支持KEEPALIVE报文的服务器。只有收到过KEEPALIVE报文才启动该功能。同样，在故障触发注册后，暂时关闭监控功能，直到再收到KEEPALIVE才又启动监控。

Claims (10)

1.基于SIP的NAT映射保活方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、SIP终端通过NAT设备向SIP服务器发起注册；NAT设备在所述SIP终端发起注册时，保存所述SIP终端与NAT设备的映射关系；
b、SIP服务器接收到所述SIP终端的注册后，周期性通过NAT设备向所述SIP终端发送UDP类型的保活报文；
c、所述SIP终端收到保活报文后，启动定时器；
d、所述SIP终端监控接收到的报文，判断在定时器超时时间内是否接收到保活报文，如是，则重置定时器，返回本步骤；如否，则触发SIP终端重新注册，并清除定时器，返回步骤a。
2.如权利要求1所述基于SIP的NAT映射保活方法，其特征在于，所述保活报文中仅携带保活周期信息；
所述步骤c中，SIP终端收到保活报文后取得保活周期信息，并根据此保活周期信息设置定时器的超时时间。
3.如权利要求2所述基于SIP的NAT映射保活方法，其特征在于，定时器的超时时间设置为：保活周期×N+偏移量，其中N为正整数，N的取值根据网络状态可动态调整。
4.如上述任意一项权利要求所述基于SIP的NAT映射保活方法，其特征在于，所述保活报文为KEEPALIVE报文。
5.如上述任意一项权利要求所述基于SIP的NAT映射保活方法，其特征在于，所述映射关系为SIP终端的私网地址和私网端口对应NAT设备的公网地址和公网端口的映射关系。
6.基于SIP的NAT映射保活系统，包括SIP终端、NAT设备、SIP服务器，其特征在于，所述SIP终端，用于通过NAT设备向SIP服务器发起注册；未设置定时器的SIP终端收到保活报文后，启动定时器，并监控接收到的报文；已设置了定时器的SIP终端收到保活报文后，重置定时器，并监控接收到的报文；SIP终端判断在定时器超时时间内是否接收到保活报文，如是，则重置定时器；如否，则触发SIP终端重新注册，并清除定时器；
所述NAT设备，用于在SIP终端向SIP服务器发起注册时，保存所述SIP终端与NAT设备的映射关系；
所述SIP服务器，用于SIP服务器接收到所述SIP终端的注册后，周期性通过NAT设备向所述SIP终端发送UDP类型的保活报文。
7.如权利要求6所述基于SIP的NAT映射保活系统，其特征在于，所述保活报文中仅携带保活周期信息；
所述SIP终端，还用于收到保活报文后取得保活周期信息，并根据此保活周期信息设置定时器的超时时间。
8.如权利要求7所述基于SIP的NAT映射保活系统，其特征在于，所述SIP终端将定时器的超时时间设置为：保活周期×N+偏移量，其中N为正整数，N的取值根据网络状态动态调整。
9.如权利要求6、7或8所述基于SIP的NAT映射保活系统，其特征在于，所述保活报文为KEEPALIVE报文。
10.如权利要求6、7或8所述所述基于SIP的NAT映射保活系统，其特征在于，所述映射关系为SIP终端的私网地址和私网端口对应NAT设备的公网地址和公网端口的映射关系。
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