DE10353925A1 - Verfahren zum Austausch von Daten zwischen zwei Hosts - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Austausch von Daten zwischen zwei Hosts, insbesondere im Rahmen von Internet-Telefonie, UMTS-Applikationen oder Multimediakommunikation, wobei die beiden miteinander kommunizierenden Hosts - Anrufer und Angerufener - privaten Netzwerken (1, 2) mit jeweils einem eigenen privaten Adressraum angehören und wobei jedes der Netzwerke (1, 2) mindestens einen Netzadressenumsetzer (NAT) (3, 4, 5, 6, 13, 14) zur Umsetzung öffentlicher Adressen in private Adressen und umgekehrt sowie einen vom öffentlichen Adressraum erreichbaren Proxy-Server aufweist, wobei über die Proxy-Server eine Verbindung zwischen den beiden Hosts mittels vorgebbarer Protokolle initialisiert wird, ist derart ausgestaltet, dass jeder der beiden Hosts ein pfadgebundenes Signalisierungsprotokoll (16, 18) in Richtung des Proxy-Servers des Netzwerks (1, 2) des jeweils anderen Hosts sendet, wobei die Richtung anhand von Informationen aus dem Protokoll zur Verbindungsinitialisierung festgelegt wird, und dass jedem Host von demjenigen NAT (4, 13, 6, 14) seines Netzwerks (1, 2), den das pfadgebundene Signalisierungsprotokoll (16, 18) passiert, eine öffentliche Zieladresse zugewiesen wird, unter der der Host Daten vom jeweils anderen Host empfangen kann und die dem jeweils anderen Host mittels des Protokolls zur Verbindungsinitialisierung bekannt gemacht wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Austausch von Daten zwischen zwei Hosts, insbesondere im Rahmen von Internet-Telefonie, UMTS-Applikationen oder Multimediakommunikation, wobei die beiden miteinander kommunizierenden Hosts – Anrufer und Angerufener – privaten Netzwerken mit jeweils einem eigenen privaten Adressraum angehören und wobei jedes der Netzwerke mindestens einen Netzadressenumsetzer (NAT) zur Umsetzung öffentlicher Adressen in private Adressen und umgekehrt sowie einen vom öffentlichen Adressraum erreichbaren Proxy-Server aufweist, wobei über die Proxy-Server eine Verbindung zwischen den beiden Hosts mittels vorgebbarer Protokolle initialisiert wird.
- Dem Datenaustausch über das Internet kommt heutzutage eine immer größere Bedeutung zu. Häufig liegt dabei die Situation vor, dass zwei oder mehrere Personen (Hosts) Daten über die öffentliche Internet-Infrastruktur austauschen möchten, wobei sie selbst verschiedenen internen, beispielsweise firmeneigenen, Netzwerken angehören, die innerhalb eines privaten Adressraums betrieben werden. Hosts und Router befinden sich somit in unterschiedlichen privaten Adressräumen und können daher im Allgemeinen nicht miteinander kommunizieren, da eine private IP-Adresse vom öffentlichen Internet aus nicht ansprechbar ist.
- Zur Umgehung dieses Problems sind moderne Netzwerke im Allgemeinen so aufgebaut, dass an der Grenze zwischen dem Netz mit privatem Adressraum und dem öffentlichen Internet ein oder mehrere Objekte – sogenannte Netzadressenumsetzer (NAT) – vorgesehen sind, die zur Umsetzung öffentlicher Adressen in private Adressen und umgekehrt dienen. Grundsätzlich wird dabei für jeden Anwendungsserver, der von außen, d.h. vom öffentlichen Adressraum, zugänglich sein muss, eine statische Adressenzuordnung (sogenanntes Mapping oder auch Binding) auf dem NAT installiert. Ein solches Mapping wird in der Regel für Web-Server, E-mail-Server, FTP-Server, etc. vorgenommen. In den meisten Fällen werden dabei nicht nur IP-Adressen sondern auch Port-Nummern von Protokollen höherer Schichten, wie z.B. TCP/UDP übersetzt.
- Moderne Kommunikationsmethoden erfordern häufig eine Echtzeitverbindung zwischen den miteinander kommunizierenden Hosts, so z.B. bei der Internet-Telefonie (Voice over IP, VoIP) oder bei Videokonferenzen. Ein Protokoll zum Aufbau derartiger Multimedia-Sitzungen ist das sogenannte Session Initiation Protocol (SIP). Ein Netzwerk mit einem privaten Adressraum betreibt dazu einen SIP-Server (oder auch SIP-Proxy), wobei eine statische Adresszuordnung am NAT des privaten Netzwerks durchgeführt wird, um den SIP-Proxy vom öffentlichen Adressraum zugänglich zu machen. Alternativ könnte der SIP-Proxy auch auf dem NAT selbst mit einem privaten und einem öffentlichen Netzwerk-Interface laufen. Jedenfalls muss sichergestellt sein, dass die Teilnehmer einer SIP-signalisierten Konversation, die sich in Netzwerken mit unterschiedlichen privaten Adressräumen befinden, jeweils an einem global erreichbaren SIP-Proxy registriert sind. Die SIP-Proxys haben jeweils eine reale private Adresse und eine effektive öffentliche Adresse, wobei beide Adressen dem SIP-Proxy bekannt sind. Die miteinander kommunizierenden Hosts in ihrem jeweiligen privaten Adressraum haben hingegen nur eine private Adresse.
- Die SIP-Signalisierung läuft normalerweise über mehrere SIP-Proxys von einem Host zum anderen. Der Weg, den die Signalisierungspakete nehmen, wird in dem Paket selbst – in sogenannten Via-Headern – festgehalten, so dass die SIP-Pakete den gleichen Weg zurück zu dem die Verbindung initialisierenden Host finden.
- Die SIP-Signalisierung ermöglicht es den (beiden) miteinander kommunizierenden Hosts, sich über die genauen Details der aufzubauenden Multimedia-Verbindung zu einigen. Problematisch ist jedoch, dass selbst dann, wenn die SIP-Signalisierung fehlerfrei funktioniert, die eigentlichen Multimedia-Daten für die Sitzung ihr endgültiges Ziel, d.h. den anderen Host, nicht erreichen, da für den Datenverkehr keine statische Adresszuweisung am NAT durchführbar ist. Die Wahl von Port-Nummern wird nämlich an beiden Seiten der Datenverbindung dynamisch gewählt und durch die SIP-Signalisierung geändert. Insofern gibt es für den NAT keine Möglichkeit vorherzusagen, welcher Port gewählt werden wird, so dass die Adresszuweisung am NAT nicht statisch sondern nur auf Anfrage vorgenommen werden kann. Speziell für SIP-signalisierte Sitzungen für IP-Telefonie, bei der User andere User auf der ganzen Welt erreichen möchten, stellt dies ein Problem dar.
- Ein bekanntes Verfahren zur Lösung dieses Problems ist die Verwendung eines sogenannten intelligenten NAT, der ein Paket als ein SIP-Paket erkennt und den Inhalt des SIP-Signalisierungspakets entsprechend der NAT-Konfiguration umschreibt. Wenn der SIP-Proxy überhaupt keine Kenntnis von dem NAT hat, tauscht der intelligente NAT die Adresse des SIP-Proxys in dem Via-Header durch die öf fentliche IP-Adresse des SIP-Proxys aus. Zusätzlich weist der NAT der privaten IP-Adresse und Port-Nummer des anrufenden Hosts eine öffentliche IP-Adresse und Port-Nummer zu. Der NAT ersetzt die private Adresse und Port-Nummer in der SIP-Signalisierungsnachricht durch die neu zugewiesene öffentliche Adresse und Port-Nummer. Auf dem Weg von dem anderen Host – dem Angerufenen – zurück führt der NAT des Netzwerks des Angerufenen exakt die gleichen Schritte durch, d.h. der NAT ersetzt die private Adressen und Port-Nummern des SIP-Proxys und des Angerufenen ebenfalls durch öffentliche Informationen, die an dem NAT festgelegt werden.
- Bestimmte Arten von NATs, insbesondere NATs mit eingebauter Firewall-Funktionalität oder mit Quell- und Ziel-Adresslisten, müssen – bevor sie öffentliche IP-Adressen bekannt geben – die öffentliche Adresse des Angerufenen kennen. In diesem Fall müssen eine Adresse und ein Port am NAT des Netzwerks des Anrufers eingeführt werden, allerdings darf die Adressenübersetzung zunächst noch nicht durchgeführt werden. Erst wenn die öffentliche Adresse und Port-Nummer der anderen Seite, d.h. des Angerufenen, bekannt ist, wird die am NAT des Anrufers eingeführte Adresse und Port-Nummer der Adressumsetzungsliste hinzugefügt, und die Übersetzung ist ermöglicht. Diese Schritte müssen nur auf der Seite des Anrufers durchgeführt werden.
- Das beschriebene Verfahren ist aus mehreren Gründen nachteilig. Zum einen ist es sehr wahrscheinlich, dass der zwischen den miteinander kommunizierenden Hosts gewählte Datenweg nicht optimal ist, da der Datenweg grundsätzlich – zumindest bis zum NAT, d.h. bis zum Verlassen des privaten Netzwerks – dem Signalisierungspfad folgt. Zum anderen dürfen die privaten Netzwerke jeweils nur einen Zugangspunkt zum öffentlichen Netz haben, d.h. das Verfahren ist nicht anwendbar für sogenannte multi-homed Netzwerke. Schließlich ist das Verfahren rechenintensiv und benötigt eine hohe Prozessleistung, da die Textnachrichten der SIP-Signalisierung einer Syntaxanalyse (Parsing) unterzogen werden müssen.
- Ein weiteres gattungsbildendes Verfahren zum Austausch von Daten zwischen zwei Hosts bildet die sogenannte Middelbox-Kommunikation, bei der der NAT von einem Konfigurationsprotokoll ansprechbar ist, welches momentan von der Midcom-Arbeitsgruppe der Internet Engineering Task Force (IETF) standardisiert wird. Der SIP-Proxy kann den NAT ansprechen, um eine Adresszuweisung anzufordern. Dabei muss der SIP-Proxy seine eigene öffentliche IP-Adresse kennen, um diese in den Via-Header zu schreiben. Zusätzlich fordert der SIP-Proxy an dem NAT eine Adresszuweisung für Hosts innerhalb des privaten Adressraums an und überschreibt die private Adresse und Port-Nummer mit der zugewiesenen öffentlichen IP-Adresse und Port-Nummer. Auf dem Weg von dem anderen Host – dem Angerufenen – zurück führt der SIP-Proxy des Netzwerks des Angerufenen genau die gleichen Schritte aus.
- Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass der SIP-Proxy exakt wissen muss, welchen NAT er ansprechen soll, nämlich den NAT, über den später der Datenverkehr laufen soll. Für den Fall, dass ein Netzwerk mehrere NATs umfasst, ist diese Anforderung nur schwer zu erfüllen, und insoweit ist es wahrscheinlich, dass der Datenverkehr nicht über den optimalen Pfad abgewickelt wird. Die Daten werden in der Regel einen anderen Pfad als das Konfigurationsprotokoll nehmen, es handelt sich insoweit um ein pfadungebundenes Protokoll.
- Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Austausch von Daten zwischen zwei Hosts der eingangs genannten Art anzugeben, dass auch für Netzwerke mit mehr als einem NAT problemlos anwendbar ist und bei dem der Datenpfad möglichst günstig gewählt wird.
- Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist das in Rede stehende Verfahren derart ausgebildet, dass jeder der beiden Hosts ein pfadgebundenes Signalisierungsprotokoll in Richtung des Proxy-Servers des Netzwerks des jeweils anderen Hosts sendet, wobei die Richtung anhand von Informationen aus dem Protokoll zur Verbindungsinitialisierung festgelegt wird, und dass jedem Host von demjenigen NAT seines Netzwerks, den das pfadgebundene Signalisierungsprotokoll passiert, eine öffentliche Zieladresse zugewiesen wird, unter der der Host Daten vom jeweils anderen Host empfangen kann und die dem jeweils anderen Host mittels des Protokolls zur Verbindungsinitialisierung bekannt gemacht wird.
- In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass es oftmals nachteilig ist, wenn die Daten den gleichen Pfad nehmen wie das Protokoll zur Verbin dungsinitialisierung. Dies gilt insbesondere dann, wenn Echtzeitdaten zwischen zwei nicht weit voneinander entfernten Hosts ausgetauscht werden sollen, das Protokoll zur Verbindungsinitialisierung jedoch über einen topologisch weit entfernten Proxy-Server läuft. Zur Festlegung eines möglichst günstigen Datenpfads wird erfindungsgemäß von einem der beiden Hosts ein pfadgebundenes Signalisierungsprotokoll in Richtung des Proxy-Servers des Netzwerks des jeweils anderen Hosts geschickt. Pfadgebunden bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Daten später den gleichen Weg nehmen wie das Signalisierungsprotokoll. Informationen aus dem Protokoll zur Verbindungsinitialisierung können verwendet werden, um festzulegen, in welche Richtung das pfadgebundene Signalisierungsprotokoll gesendet werden muss. In erfindungsgemäßer Weise wird dann sowohl dem Anrufer als auch dem Angerufenen von demjenigen NAT ihres jeweiligen Netzwerks, den das pfadgebundene Signalisierungsprotokoll passiert, eine öffentliche Adresse zugewiesen. Unter dieser öffentlichen Zieladresse kann ein Host Daten vom jeweils anderen Host empfangen. Über das Protokoll zur Verbindungsinitialisierung können die beiden Hosts die ihnen jeweils zugewiesene öffentliche Zieladresse einander bekannt machen, und sodann können die eigentlichen Daten zwischen den beiden Hosts problemlos ausgetauscht werden.
- Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert mit allen Arten von Netzadressenumsetzern, einschließlich solchen mit Firewall-Funktionalität. Die NATs können vollkommen unabhängig von dem Protokoll zur Verbindungsinitialisierung betrieben werden, sie müssen lediglich das pfadgebundene Signalisierungsprotokoll erkennen. Weiterhin ist vorteilhaft, dass die Proxy-Server und das pfadgebundene Signalisierungsprotokoll unabhängig voneinander sind, d.h. die Proxy-Server brauchen das pfadgebundene Signalisierungsprotokoll nicht zu erkennen.
- Neben den genannten Anwendungsmöglichkeiten könnte das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere auch zum Austausch von Multimedia-Inhalten in allen Arten mobiler Netzwerke eingesetzt werden, wie z.B. in 2.5G- (GPRS), 3G- bzw. in Zukunft in 4G-Netzen. Denkbar ist auch der Einsatz im Rahmen von Instant Messaging (IM)-Anwendungen, wobei ein Einsatz hier insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn IM-Nachrichten separat zwischen zwei Usern versendet werden.
- Es sei angemerkt, dass sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut für größere Netzwerke mit mehreren Zugangspunkten eignet. Der gewählte Datenpfad wird dann im Allgemeinen nicht mit dem Pfad übereinstimmen, den das Protokoll zur Verbindungsinitialisierung nimmt. Es sei weiterhin angemerkt, dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf die Kommunikation zwischen zwei Hosts beschränkt ist, sondern auch für mehrere miteinander kommunizierende Hosts – beispielsweise Teilnehmer einer Videokonferenz – entsprechend anwendbar ist. Schließlich sei angemerkt, dass ein pfadgebundenes Signalisierungsprotokoll zum Passieren von NATs und Firewalls, wie es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einsatz kommt, momentan von der NSIS (Next Steps In Signaling)-Arbeitsgruppe der IETF (Internet Engineering Task Force) standardisiert wird.
- Im Folgenden wird für die Verbindungsinitialisierung stets auf das Session Initiation Protocol (SIP) Bezug genommen, wobei als Protokoll zur Verbindungsinitialisierung auch das Protokoll H.323 oder ein ähnliches Signalisierungsprotokoll auf Anwendungsbasis verwendet werden könnte.
- Als Proxy-Server könnten SIP-Proxys verwendet werden, die so konfiguriert sind, dass sie ihre öffentliche Adresse im sogenannten Via-Header verwenden. Die öffentliche Adresse könnte dann aus dem Via-Header gelesen werden und auf diese Weise besonders einfach die Richtung festgelegt werden, in die das pfadgebundene Signalisierungsprotokoll gesendet werden muss.
- Im Hinblick auf eine besonders hohe Praktikabilität könnte vorgesehen sein, dass die miteinander kommunizierenden Host nicht nur öffentliche Zieladressen sondern auch entsprechende Port-Nummern einander bekannt machen.
- In besonders vorteilhafter Weise könnten der jeweils erste SIP-Proxy, an den das pfadgebundene Signalisierungsprotokoll zunächst gesendet wird, topologisch nah bei dem jeweiligen das Protokoll aussendenden Host angeordnet sein. Insbesondere könnten die jeweils ersten Proxys innerhalb der privaten Netzwerke zwischen privatem und öffentlichem Adressraum lokalisiert sein. Durch eine derartige Netzwerkkonfiguration wäre sichergestellt, dass das pfadgebundene Signalisierungsprotokoll in die richtige Richtung geroutet wird und den entsprechenden NAT passiert. In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass das pfadgebundene Signalisie rungsprotokoll immer weiter geleitet werden könnte, bis es von einem NAT gestoppt wird, der weiß, dass er der letzte vor dem öffentlichen Adressraum ist. Sollte ein derartiger NAT nicht existieren, so könnte das Signalisierungspaket eventuell aufgegeben werden.
- In einer besonders sicheren Ausgestaltung könnte vorgesehen sein, dass der Angerufene, sobald er ein SIP INVITE Paket vom Anrufer empfängt, in einem ersten Schritt ein pfadgebundenes Signalisierungsprotokoll sendet, und zwar an denjenigen SIP-Proxy, der im ersten Via-Header des SIP INVITE Pakets steht. Je näher die öffentliche IP-Adresse, an die das pfadgebundene Signalisierungsprotokoll gesendet wird, d.h. der erste SIP-Proxy, bei dem Anrufer lokalisiert ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein optimaler Datenpfad gewählt wird. Es sei im Übrigen angemerkt, dass sich die in dieser Anmeldung gewählte Bezeichnung der verschiedenen SIP-Nachrichten an dem durch die IETF festgelegten Standard (RFC
3261 ) orientiert. - In einem nächsten Schritt könnte dem Angerufenen an demjenigen NAT seines privaten Netzwerkes, den das von ihm ausgesendete pfadgebundene Signalisierungsprotokoll passiert, eine öffentliche Adresse zugewiesen werden. Diese frisch zugewiesene Zieladresse könnte dem Anrufer in einem weiteren Schritt über eine SIP 200 OK Nachricht mitgeteilt werden. Daraufhin könnte der Anrufer seinerseits ein pfadgebundenes Signalisierungsprotokoll in Richtung der ihm mitgeteilten öffentlichen Zieladresse des Angerufenen senden, wobei dem Anrufer am entsprechenden NAT seines privaten Netzwerkes eine öffentliche Zieladresse zugewiesen werden könnte. Diese Adresse könnte in einem nächsten Schritt über eine SIP re-INVITE Nachricht dem Angerufenen mitgeteilt werden. Danach könnte die normale SIP-Signalisierung fortgesetzt werden und schließlich der Datenaustausch durchgeführt werden.
- Im Hinblick auf einen schnellen Verbindungsaufbau könnte der SIP-Name des Angerufenen vom Anrufer durch DNS (Domain Name System)-Auflösung in die öffentliche Adresse desjenigen SIP-Proxys umgesetzt werden, an dem der Angerufene registriert ist. In Richtung dieser öffentlichen Adresse könnte der Anrufer sodann ein pfadgebundenes Signalisierungsprotokoll senden. In einem nächsten Schritt könnte dem Anrufer an denjenigen NAT seines privaten Netzwerks, den das von ihm aus gesendete pfadgebundene Signalisierungsprotokoll passiert, eine öffentliche Zieladresse zugewiesen werden. Über eine SIP INVITE Nachricht könnte diese Zieladresse dem Angerufenen mitgeteilt werden. Der NAT des Netzwerks des Anrufers kann dabei allerdings keine Firewall-Funktionalität bereitstellen, da die am NAT festgelegte öffentliche Zieladresse von jedermann außerhalb des privaten Netzwerks global zugänglich ist.
- In einem weiteren Schritt könnte der Angerufene seinerseits ein pfadgebundenes Signalisierungsprotokoll an die ihm nunmehr bekannte öffentliche Zieladresse des Anrufers senden. Auch dem Angerufenen könnte dann an demjenigen NAT seines privaten Netzwerks, den das von ihm ausgesendete pfadgebundene Signalisierungsprotokoll passiert, eine öffentliche Zieladresse zugewiesen werden. Diese könnte dem Anrufer in einem weiteren Schritt über eine SIP 200 OK Nachricht mitgeteilt werden. Danach könnte die normale SIP-Signalisierung fortgesetzt werden, und schließlich könnten die Daten zwischen dem Anrufer und dem Angerufenen mittels der einander bekannt gemachten öffentlichen Zieladressen ausgetauscht werden.
- In einer besonders schnellen Ausgestaltung könnte in einem ersten Schritt zwischen Anrufer und Angerufenem ein SIP INVITE Paket sowie ein SIP Ringing Paket ausgetauscht werden. In einem weiteren Schritt könnte dann der Anrufer ein pfadgebundenes Signalisierungsprotokoll an denjenigen SIP-Proxy senden, der im letzten Via-Header des SIP Ringing Pakets steht. Entsprechend könnte der Angerufene ein pfadgebundenes Signalisierungsprotokoll an denjenigen SIP-Proxy senden, der im ersten Via-Header des SIP INVITE Pakets steht.
- In einem nächsten Schritt könnte dann dem Anrufer und dem Angerufenen an denjenigen NATs ihrer privaten Netzwerke, die die von ihnen ausgesendeten pfadgebundenen Signalisierungsprotokolle passieren, jeweils eine öffentliche Zieladresse zugewiesen werden. Zugunsten eines besonders schnellen Verbindungsaufbaus wären die öffentlichen Adressen dann bereits festgelegt, bevor überhaupt klar ist, ob der Angerufene den Anruf annimmt.
- Über eine SIP 200 OK und eine SIP re-INVITE Nachricht könnten sich Anrufer und Angerufene ihre öffentlichen Zieladressen gegenseitig mitteilen. Im Anschluss dar an könnte die normale SIP-Signalisierung fortgesetzt werden und schließlich die Daten zwischen Anrufer und Angerufenem ausgetauscht werden.
- Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen
-
1 in einer schematischen Ansicht zwei miteinander kommunizierende Hosts, die jeweils in einem eigenen privaten Netzwerk lokalisiert sind, -
2 in einer schematischen Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem der Sicherheitsaspekt des Datenaustauschs im Vordergrund steht, -
3 in einer schematischen Ansicht ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens und -
4 in einer schematischen Ansicht ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem ein besonders schneller Verbindungsaufbau realisiert ist. -
1 zeigt schematisch die typische Situation einer SIP-signalisierten Datenkommunikation zwischen zwei Hosts – Host A und Host B –, die in zwei verschiedenen Netzwerken1 ,2 mit jeweils einem eigenen privaten Adressraum lokalisiert sind. Die beiden Netzwerke1 ,2 sind über die öffentliche Internet-Infrastruktur miteinander verbunden, wobei in dem dargestellten Beispiel an der Grenze zwischen privatem und öffentlichem Adressraum jeweils zwei Netzadressenumsetzer3 ,4 ,5 ,6 vorgesehen sind. Beide privaten Netzwerke1 ,2 betreiben jeweils einen SIP-Proxy7 ,8 . Weitere SIP-Proxys9 , von denen lediglich einer beispielhaft dargestellt ist, befinden sich außerhalb der beiden privaten Netzwerke1 ,2 . Zusätzlich sind in1 innerhalb der Netzwerke1 ,2 lokalisierte Router10 ,11 dargestellt. - Host A – Anrufer – beginnt die SIP-Signalisierung, indem er beispielsweise eine SIP INVITE Nachricht an seinen gewünschten Gesprächspartner Host B – Angerufener – sendet. Die SIP-Signalisierung läuft entlang der in
1 dargestellten Pfeile über den Router10 , die SIP-Proxys7 ,9 und8 und über den Router11 zum Host B. Die IP-Adresse von Host B ist im Allgemeinen weder Host A noch dem SIP-Proxy7 , noch dem SIP-Proxy9 bekannt. Host A kennt lediglich den Namen des gewünschten Gesprächspartners. Die Auflösung des Namens, d.h. die Zuordnung des Namens zu einer IP-Adresse, ist eine Funktion der SIP-Signalisierung und wird demzufolge im Rahmen der SIP-Signalisierung durchgeführt. - Über die SIP-Signalisierung muss Host A Host B mitteilen, unter welcher öffentlichen IP-Adresse er – Host A – bereit ist, für die aufzubauende Sitzung Daten von Host B zu empfangen. In ähnlicher Weise muss Host B Host A mitteilen, unter welcher öffentlichen IP-Adresse er – Host B – Daten empfängt. In den meisten Fällen werden dabei nicht nur IP-Adressen sondern auch Port-Nummern ausgetauscht.
- Das Problem besteht nun darin, dass weder Host A noch Host B eine öffentliche IP-Adresse haben und zudem nicht wissen, welche öffentliche IP-Adresse ihnen zugewiesen werden wird, wenn sie ihr privates Netzwerk
1 ,2 über einen NAT3 ,4 ,5 ,6 verlassen. Das Problem ist insoweit sogar noch verschärft, als beide Hosts noch nicht einmal wissen, über welchen NAT3 ,4 ,5 ,6 sie ihr privates Netzwerk1 ,2 verlassen werden. Aus diesen Gründen ist es ihnen nicht möglich, die notwendigen Informationen – d.h. ihre öffentlichen IP-Adressen und ggf. Port-Nummern – einander mitzuteilen, um einen Datenaustausch für sitzungsspezifische Daten, wie z.B. Multimedia-Daten oder VoIP-Daten, zwischen diesen Adressen durchzuführen. -
2 zeigt – schematisch – ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Austausch von Daten zwischen Host A – Anrufer – und Host B – Angerufener. Die Fig. zeigt in der obersten Zeile zusätzlich zu den beiden miteinander kommunizierenden Hosts einen SIP-Proxy12 und einen NAT13 des privaten Netzwerks von Host A sowie einen SIP-Proxy15 und einen NAT14 des privaten Netzwerks von Host B. Für die dargestellten NATs sei angenommen, dass es sich jeweils um den letzten NAT vor dem öffentlichen Adressraum handelt. Die öffentliche Adresse der SIP-Proxys12 ,15 ist eine NAT-Bindung an den jeweiligen NATs13 ,14 , so dass die SIP-Proxys12 ,15 jeweils eine reale private Adresse und eine virtuelle Adresse besitzen, die von außen, d.h. vom öffentlichen Adressraum, erreichbar ist. - Im Rahmen des SIP-Verbindungsaufbaus sendet Host A zunächst eine SIP INVITE Nachricht an Host B, auf die dieser mit einer SIP Ringing Nachricht antwortet. Host B sendet sodann ein pfadgebundenes Signalisierungspaket
16 in Richtung des ersten SIP-Proxys12 , wobei der erste SIP-Proxy12 derjenige in dem ersten Via-Header der SIP INVITE Nachricht ist. Dieser erste SIP Proxy12 ist innerhalb des privaten Netzwerks1 des Anrufers lokalisiert (SIP-Proxy7 in1 ), so dass das pfadgebundene Signalisierungspaket16 in die richtige Richtung geroutet wird und den entsprechenden NAT14 (NAT6 in1 ) passiert. Am NAT14 wird Host B eine öffentliche IP-Adresse zugewiesen, die Host B über ein an diesen zurückgesendetes pfadgebundenes Signalisierungspaket17 mitgeteilt wird. Damit ist der Anruf von Host B angenommen, was in der Fig. durch den gestrichelten Pfeil mit der Bezeichnung C.A. (Call Accepted) angedeutet ist und physikalisch bspw. dem Abnehmen des Telefonhörers durch Host B entspricht. Daraufhin sendet Host B an den Anrufer eine SIP 200 OK Nachricht, welche die frisch zugewiesene öffentliche Zieladresse enthält. Diese Adresse wird sodann von Host A für ein pfadgebundenes Signalisierungsprotokoll18 verwendet, um am entsprechenden NAT13 (NAT4 in1 ) seines Netzwerks1 eine öffentliche IP-Adresse und Port-Nummer festzulegen, die ihm mit dem pfadgebundenen Signalisierungsprotokoll19 mitgeteilt werden. - Die Host A zugewiesene Adresse wird sodann mittels eines SIP re-INVITE Pakets an Host B gesendet, um diesen über die geänderte Adresse zu informieren. Im Anschluss daran wird die normale SIP-Signalisierung fortgesetzt, und schließlich können Host A und Host B über die einander bekannt gemachten öffentlichen Zieladressen Daten miteinander austauschen.
-
3 zeigt – schematisch – ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bzw. gleiche Verfahrensschritte wie in2 bezeichnen. Im Unterschied zu dem in2 ge zeigten Ausführungsbeispiel wird in einem ersten Schritt sogleich die Adresszuweisung am NAT13 des Anrufers – Host A – durchgeführt. Dazu wird eine DNS-Auflösung des SIP-Namens des gewünschten Gesprächsteilnehmers – Host B – vorgenommen. Der SIP-Name wird einem SIP-Proxy15 (entsprechend einer öffentlichen IP-Adresse) zugeordnet, an dem der Angerufene registriert ist. Ein vom Anrufer in Richtung dieses SIP-Proxys15 gesendetes pfadgebundenes Signalisierungsprotokoll18 wird verwendet, um Host A am NAT13 seines privaten Netzwerks1 eine öffentliche Adresse zuzuweisen. Die Host A zugewiesene Adresse wird sodann über die SIP INVITE Nachricht Host B mitgeteilt. Danach sendet Host B ein pfadgebundenes Signalisierungspaket16 an die Host A frisch zugewiesene öffentliche IP-Adresse und legt auf diese Weise eine öffentliche IP-Adresse und Port-Nummer auf seiner Seite fest. Unter Verwendung der SIP 200 OK Nachricht wird diese Adresse von Host B dem Host A mitgeteilt. Danach wird wiederum die normale SIP-Signalisierung fortgesetzt, und schließlich können Daten zwischen den beiden Hosts ausgetauscht werden. -
4 zeigt schließlich – schematisch – ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Datenaustausch zwischen zwei Hosts. Der Unterschied zu dem in2 erläuterten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Adresszuweisung am NAT13 des Anrufers – Host A – auf Grundlage der SIP Ringing Nachricht durchgeführt wird. Dieses SIP-Paket enthält die gleichen Via-Header-Informationen wie die SIP INVITE Nachricht, wobei lediglich die Reihenfolge der Header vertauscht ist. Das von Host A ausgesendete pfadgebundene Signalisierungsprotokoll18 wird an den letzten Via-Header der Ringing Nachricht gesendet, d.h. an den SIP-Proxy15 (SIP-Proxy8 in1 ), der topologisch nah bei Host B lokalisiert ist. - In diesem Ausführungsbeispiel wurde Host A bereits eine öffentliche Adresse zugewiesen, bevor Host B den Anruf überhaupt akzeptiert hat, beispielsweise durch Abheben des Hörers seines Internet-Telefons. Auf diese Weise ist ein schneller Verbindungsaufbau sichergestellt. Sollte Host B den Anruf nicht akzeptieren, da er sich beispielsweise bereits in einer anderen Sitzung befindet oder gar nicht anwesend ist, so wäre die von Host A durchgeführte Adresszuweisung überflüssig und würde wieder verworfen.
- Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
- Abschließend sei ganz besonders hervorgehoben, dass die zuvor rein willkürlich gewählten Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dienen, diese jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele einschränken.
Claims (27)
- Verfahren zum Austausch von Daten zwischen zwei Hosts, insbesondere im Rahmen von Internet-Telefonie, UMTS-Applikationen oder Multimediakommunikation, wobei die beiden miteinander kommunizierenden Hosts – Anrufer und Angerufener – privaten Netzwerken (
1 ,2 ) mit jeweils einem eigenen privaten Adressraum angehören und wobei jedes der Netzwerke (1 ,2 ) mindestens einen Netzadressenumsetzer (NAT) (3 ,4 ,5 ,6 ,13 ,14 ) zur Umsetzung öffentlicher Adressen in private Adressen und umgekehrt sowie einen vom öffentlichen Adressraum erreichbaren Proxy-Server aufweist, wobei über die Proxy-Server eine Verbindung zwischen den beiden Hosts mittels vorgebbarer Protokolle initialisiert wird, dadurch gekennzeichnet , dass jeder der beiden Hosts ein pfadgebundenes Signalisierungsprotokoll (16 ,18 ) in Richtung des Proxy-Servers des Netzwerks (1 ,2 ) des jeweils anderen Hosts sendet, wobei die Richtung anhand von Informationen aus dem Protokoll zur Verbindungsinitialisierung festgelegt wird, und dass jedem Host von demjenigen NAT (4 ,13 ,6 ,14 ) seines Netzwerks (1 ,2 ), den das pfadgebundene Signalisierungsprotokoll (18 ,16 ) passiert, eine öffentliche Zieladresse zugewiesen wird, unter der der Host Daten vom jeweils anderen Host empfangen kann und die dem jeweils anderen Host mittels des Protokolls zur Verbindungsinitialisierung bekannt gemacht wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Protokoll zur Verbindungsinitialisierung das Session Initiation Protocol (SIP), das Protokoll H.323 oder ein ähnliches Signalisierungsprotokoll auf Anwendungsbasis verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Proxy-Server SIP-Proxys (
7 ,8 ,12 ,15 ) verwendet werden, die so konfiguriert sind, dass sie ihre öffentliche Adresse im Via-Header verwenden. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem jeweils anderen Host neben öffentlichen Zieladressen zusätzlich Port-Nummern bekannt gemacht werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten SIP-Proxys (
7 ,8 ,12 ,15 ) topologisch nah bei den jeweiligen Hosts angeordnet sind. - Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt der Angerufene, sobald er ein SIP INVITE Paket empfängt, ein pfadgebundenes Signalisierungsprotokoll (
16 ) an denjenigen SIP-Proxy (7 ,12 ) sendet, der im ersten Via-Header des SIP INVITE Pakets steht. - Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt dem Angerufenen an demjenigen NAT (
6 ,14 ) seines privaten Netzwerkes (2 ), den das von ihm ausgesendete pfadgebundene Signalisierungsprotokoll (16 ) passiert, eine öffentliche Zieladresse zugewiesen wird. - Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt dem Anrufer über eine SIP 200 OK Nachricht die dem Angerufenen zugewiesene öffentliche Zieladresse mitgeteilt wird.
- Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt der Anrufer ein pfadgebundenes Signalisierungsprotokoll (
18 ) in Richtung der ihm mitgeteilten öffentlichen Zieladresse des Angerufenen sendet. - Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt dem Anrufer an demjenigen NAT (
4 ,13 ) seines privaten Netzwerkes (1 ), den das von ihm ausgesendete pfadgebundene Signalisierungsprotokoll (18 ) passiert, eine öffentliche Zieladresse zugewiesen wird. - Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt dem Angerufenen über eine SIP re-INVITE Nachricht die dem Anrufer zugewiesene öffentliche Zieladresse mitgeteilt wird.
- Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt eine SIP 200 OK und eine SIP ACK Nachricht zwischen Anrufer und Angerufenem ausgetauscht werden.
- Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt Anrufer und Angerufener die Daten zwischen den einander bekannt gemachten öffentlichen Zieladressen austauschen.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt der Anrufer den SIP-Namen des Angerufenen unter Verwendung von DNS (Domain Name System)-Auflösung in die öffentliche Adresse desjenigen SIP-Proxys (
8 ,15 ) umsetzt, an dem der Angerufene registriert ist, und sodann ein pfadgebundenes Signalisierungsprotokoll (18 ) in Richtung dieses SIP-Proxys (8 ,15 ) sendet. - Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt dem Anrufer an demjenigen NAT (
4 ,13 ) seines privaten Netzwerkes (1 ), den das von ihm ausgesendete pfadgebundene Signalisierungsprotokoll (18 ) passiert, eine öffentliche Zieladresse zugewiesen wird. - Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt dem Angerufenen über eine SIP INVITE Nachricht die dem Anrufer zugewiesene öffentliche Zieladresse mitgeteilt wird.
- Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt der Angerufene ein pfadgebundenes Signalisierungsprotokoll (
16 ) an die ihm mitgeteilte öffentliche Zieladresse des Anrufers sendet. - Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt dem Angerufenen an demjenigen NAT (
6 ,14 ) seines privaten Netzwerkes (2 ), den das von ihm ausgesendete pfadgebundene Signalisierungsprotokoll (16 ) passiert, eine öffentliche Zieladresse zugewiesen wird. - Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt dem Anrufer über eine SIP 200 OK Nachricht die dem Angerufenen zugewiesene öffentliche Zieladresse mitgeteilt wird.
- Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt eine SIP ACK Nachricht vom Anrufer an den Angerufenen gesendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt vom Anrufer und vom Angerufenen die Daten zwischen den einander bekannt gemachten öffentlichen Zieladressen ausgetauscht werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt der Anrufer ein SIP INVITE Paket an den Angerufenen sendet und dieser ein SIP Ringing Paket an den Anrufer zurücksendet.
- Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt der Anrufer ein pfadgebundenes Signalisierungsprotokoll (
18 ) an denjenigen SIP-Proxy (8 ,15 ) sendet, der im letzten Via-Header des SIP Ringing Pakets steht, und der Angerufene ein pfadgebundenes Signalisierungsprotokoll (16 ) an denjenigen SIP-Proxy (7 ,12 ) sendet, der im ersten Via-Header des SIP INVITE Pakets steht. - Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt dem Anrufer und dem Angerufenen an denjenigen NATs (
4 ,13 ,6 ,14 ) ihrer privaten Netzwerke (1 ,2 ), die die von ihnen ausgesendeten pfadgebundenen Signalisierungsprotokolle (18 ,16 ) passieren, jeweils eine öffentliche Zieladresse zugewiesen wird. - Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt dem Anrufer über eine SIP 200 OK Nachricht die dem Angerufenen zugewiesene öffentliche Zieladresse und dem Angerufenen über eine SIP re-INVITE Nachricht die dem Anrufer zugewiesene öffentliche Zieladresse mitgeteilt wird.
- Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt eine SIP 200 OK und eine SIP ACK Nachricht zwischen Anrufer und Angerufenem ausgetauscht werden.
- Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt Anrufer und Angerufener die Daten zwischen den einander bekannt gemachten öffentlichen Zieladressen austauschen.
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