KR20050120917A - ＮＡＰＴ 환경에서 ＶｏＩＰ 시스템의 음성 통신방법 - Google Patents

ＮＡＰＴ 환경에서 ＶｏＩＰ 시스템의 음성 통신방법 Download PDF

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Abstract

NAPT 라우터 내부의 VoIP 장비가 명시적으로 매핑(Mapping)된 자신의 어드레스를 리포트해줄 것을 콜 프로세싱 모듈(Call Processing Module)에 요청하는 과정과, 라우터를 거치면서 변경되는 패킷의 소스 어드레스 정보를 콜 프로세싱 모듈에서 NAPT 라우터 내부의 VoIP 장비로 전송하는 과정과, 콜 프로세싱 모듈에서 RTP/RTCP 패킷을 전송할 것을 명령하는 신호와 함께 SSRC(Synchronization Source) 필드값을 VoIP 장비로 전송하는 과정과, 통화를 원하는 VoIP 장비로부터 SSRC가 적용되어 제공되는 RTP/RTCP 패킷을 수신하여 SSRC 필드를 검사하는 과정과, 기다리고 있는 SSRC 필드를 가진 패킷이 수신된 경우, 수신된 패킷의 소스 어드레스 필드를 저장하고 목적지 주소로 설정하는 과정과, 통화 상대방으로부터 기다리고 있던 SSRC를 가진 RTP/RTCP 패킷이 수신되면, 그 패킷의 소스 어드레스를 저장하고 목적지 주소로 설정하는 과정을 포함하여 이루어지는 NAPT 환경에서 VoIP 시스템의 음성 통신방법.

Description

ＮＡＰＴ 환경에서 ＶｏＩＰ 시스템의 음성 통신방법{A telecommunication method via VoIP system in Network Address Port Translation}
본 발명은 VoIP 시스템에서의 음성 데이터 패킷 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 네트워크주소포트변환(Network Address Port Translation: 이하에서 "NAPT"라 함)기술과 VoIP 통신 프로토콜이 동시에 사용되는 경우에 발생하는 통신 장애를 해결할 수 있는 음성통신 방법에 관한 것이다.
인터넷을 사용하기 위해서는 ADSL 또는 케이블모뎀 등을 사용하여 인터넷 서비스 제공장치(Internet Service Provider: ISP)로부터 하나의 공인 인터넷 프로토콜(Internet Protocol: IP) 주소를 할당 받아야 한다. 그러나, 복수의 네트워크 기기가 보급됨에 따라, 하나의 공인 IP를 공유하여 인터넷에 접근할 수 있도록 NAPT 기술이 사용된다.
인터넷 주소 지정방식으로 인터넷 프로토콜인 RFC791에서 권고하는 4 바이트(byte)의 주소영역을 가지는 IPv4 주소 지정방식이 있다. 그러나, 최근 인터넷 사용자들이 급격히 증가하고 IMT-2000 등과 같은 무선 단말기를 이용한 인터넷 서비스를 지원하기 위해서는 IPv4 주소방식으로는 한계가 있다. 이러한 인터넷 어드레스 부족을 해결하기 위해 NAPT 방법이 이용된다. NAPT는 NAT(Network Address Translation)와 PAT(Port Address Translation)가 혼합된 방식이다. 이러한 요소들은 대개 라우터(router) 등에 내장되어 운용된다. 로컬 네트워크(Local Network) 상에서 NAPT 적용 라우터의 내부에 있는 네트워크 장비들은 사설IP 주소를 사용한다. 라우터만이 인터넷에서 사용될 수 있는 공인 IP주소를 WAN 접속에 적용하여 사용한다.
NAPT 라우터는 내부로부터 외부로 송신되는 패킷의 사설 IP 주소와 포트를 자신이 관리하는 공인 IP 주소와 특정 포트에 매핑(Mapping)한다. 그리고, 패킷의 소스 IP 주소와 포트 필드(field)를 매핑된 IP 주소와 포트로 변경한다. 이후, 일정 시간 동안 IP 주소:포트의 매핑을 유지한다. 매핑이 유지되는 시간 동안 외부로부터 매핑된 IP 주소:포트로 수신되는 패킷을 내부에 있는 해당 네트워크 장비로 라우팅한다. 이때에도 물론 수신된 패킷의 목적지 IP 주소:포트를 내부 네트워크 장비의 원래 IP주소:포트로 변경하여 내부로 전송하게 된다.
VoIP 통신 장비는 크게 두 가지 통신 채널을 사용한다. 하나는 시그널링(시그널링)을 위한 것이고, 하나는 음성 데이터(Voice Data)전송을 위한 채널이다. 시그널링을 위한 채널은 H.323 등 스탠다드 프로토콜(Standard Protocol)을 사용하는 경우도 있고, 좀 더 다양하고 세밀한 콜 프로세싱(Call Processing)을 위하여 독자적인 프로토콜(Proprietary Protocol)을 사용하기도 한다. 또한 이러한 시그널링에는 TCP가 사용되기도 하고 UDP가 사용되기도 하며, 경우에 따라 복수개의 통신 채널을 사용하기도 한다. 음성데이터 전송을 위해서는 RTP/RTCP(Real-time Transmission Protocol / Real-Time Transmission Control Protocol)을 사용하는 것이 일반적이다. 이러한 VoIP 통신 프로토콜들의 일반적인 호 설정 방법은 시그널링 채널을 통하여 호 관련 정보를 교환한 후 여기서 정해진 IP 주소 및 포트를 사용하여 RTP/RTCP 패킷 전송을 한다는 점이다.
NAPT와 VoIP 통신 프로토콜들은 각각 다른 영역에서 사용되었을 경우에는 동작하는데 문제가 발생하지 않지만, 함께 사용되는 경우에는 통신에 장애가 발생하게 된다. TCP를 사용하는 시그널링은 NAPT 환경에서도 가능하고 RFC 3489에서 정의된 STUN (Simple Traversal of UDP Through NAT) 등을 사용하면 STUN 서버를 적용하고 있는 NAPT의 타입 및 주소매핑 등에 대한 사항을 알아낼 수도 있다. 즉, 통신하고자 하는 두 장비 사이의 공인 도메인에 있는 STUN 서버에 패킷을 보내고, 응답을 통해 NAPT의 타입과 매핑된 주소를 알아낼 수 있는 것이다. 하지만, VoIP 프로토콜들이 실제로 음성 통신에서 문제를 일으키는 것은 시그널링을 하는 시점에서는 매핑될 IP 주소와 포트를 알 수 없기 때문에 정상적인 RTP/RTCP 통신을 할 수 없다는 것이다.
NAPT와 VoIP 프로토콜들이 함께 사용될 경우 시그널링은 TCP를 사용하거나, UDP를 사용하고 소스주소(Source Address)를 미리 알아야 할 필요가 있을 경우 독립적인 STUN Server을 도입할 수도 있다. 하지만, NAPT 매핑(Mapping)은 목적지(Destination) IP 주소 및 포트에 따라 변화하고 매핑이 종료(Expire)되면 또 다시 다른 IP 주소와 포트로 매핑되기 때문에 시그널링 주소 인증(Address Authentication)를 하는 경우 해법이 되지 못할 수도 있다. RTP의 경우에도 특정 라우터에서 제공하는 ALG(Application Layer Gateway) 서비스를 받을 수도 있다. 하지만 실제 사용환경에서의 특정 제품 사용을 기대하기 힘들고 일부 프로토콜만을 지원하므로 독자적 프로토콜(Proprietary Protocol)의 경우 서비스를 기대할 수 없다. 또한, IPSec 등 암호화를 사용할 경우에는 서비스 자체가 불가능해진다.
도 1은 종래 기술에 따른 NAPT 환경에서의 데이터 통신 방법의 예시도이다. NAPT 라우터(110)의 공인 IP 주소는 (50.50.50.50)이고, 인터넷 전화(111)의 사설 IP 주소는 (10.10.10.1)이다. NAPT(110) 라우터는 외부로 송신되는 패킷의 사설 IP 주소와 포트[10.10.10.1: 1000]를 자신이 관리하는 공인 IP 주소와 특정 포트에 매핑(Mapping)[50.50.50.50: 5000]한다. 한편, 인터넷 전화(122)에서 인터넷 전화(111)의 사설 주소를 이용하여 통신을 수행하려고 해도 Non-NAPT 라우터(120)에서 목적지 주소[10.10.10.1: 1000]를 찾지 못해 통신이 이루어지지 않는다.
본 발명은 NAPT 환경에서의 VoIP 통신을 원할히 수행할 수 있는 음성통신 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 VoIP 시스템에서 음성데이터의 패킷 전송 장애를 해결할 수 있는 음성통신 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 음성통신 방법은 NAPT(Network Address Port Translation) 적용한 라우터(Router) 환경의 VoIP (Voice over Internet Protocol) 시스템에서의 음성 통신방법에 있어서, NAPT 라우터 내부의 VoIP 장비가 명시적으로 매핑(Mapping)된 자신의 어드레스를 리포트해줄 것을 콜 프로세싱 모듈(Call Processing Module)에 요청하는 과정과; 라우터를 거치면서 변경되는 패킷의 소스 어드레스 정보를 콜 프로세싱 모듈에서 NAPT 라우터 내부의 VoIP 장비로 전송하는 과정과; 콜 프로세싱 모듈에서 RTP/RTCP 패킷을 전송할 것을 명령하는 신호와 함께 SSRC(Synchronization Source) 필드값을 VoIP 장비로 전송하는 과정과; 통화를 원하는 VoIP 장비로부터 SSRC가 적용되어 제공되는 RTP/RTCP 패킷을 수신하여 SSRC 필드를 검사하는 과정과; 기다리고 있는 SSRC 필드를 가진 패킷이 수신된 경우, 수신된 패킷의 소스 어드레스 필드를 저장하고 목적지 주소로 설정하는 과정과; 통화 상대방으로부터 기다리고 있던 SSRC를 가진 RTP/RTCP 패킷이 수신되면, 그 패킷의 소스 어드레스를 저장하고 목적지 주소로 설정하는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로한다.
본 발명은 시그널링과 RTP/RTCP 처리의 두 부분으로 이루어져 있다. 본 발명의 구현을 위해서 추가의 장비가 필요하지는 않다. 대신 독자적 프로토콜 (Proprietary Protocol)을 사용하는 IP를 기반으로 하는 키폰 시스템이나 IP를 기반으로 하는 PABX의 경우 네트워크 인터페이스를 갖춘 콜 시그널링 모듈(Call Processing Module)이 필요하다. 이것은 아주 예외적인 경우를 제외하면 IP 기반 시스템의 경우 당연한 사항이 될 것이다. 하지만, 콜 시그널링 모듈(Call Processing Module)과 다른 방법으로 통신하는 네트워크 관련 모듈을 사용해도 구현 가능하다. 표준 프로토콜의 경우 역시 콜 프로세싱을 위한 장비가 필요하다. H.323의 경우 게이트키퍼(Gatekeeper)가 그 예가 될 것이다. 이하의 설명에서는 독자적 프로토콜과 H.323을 위주로 기술할 것이나 유사한 구성을 갖는 다른 프로토콜이나 시스템에도 적용 가능하다.
콜 프로세싱 모듈(Call Processing Module)에는 콜 시그널링 패킷을 처리하는 부분과 RTP/RTCP 패킷이 처리하는 부분이 구현되어야 한다. 콜 프로세싱 모듈(Call Processing Module)의 제어하에 RTP/RTCP를 처리하는 다른 모듈이 있으면 RTP/RTCP 관련 부분은 그 모듈에서 구현하는 것도 가능하다.
RTP/RTCP 관련 부분은 이를 구현하기 위해 추가로 제어 메시지(Control Message)를 구현할 필요는 없다. 콜 시그널링 패킷 처리를 위해서는 매핑된 주소를 NAPT 내부의 장비에 알려주는 메시지에 대한 정의가 필요하다. 경우에 따라서는 NAPT 내부의 장비가 콜 프로세싱 모듈로 콜 시그널링 패킷을 보내면서 매핑된 주소에 대한 정보를 보내 줄 것을 명시적으로 요청하는 제어 메시지를 정의할 수도 있다. 따라서, NAPT 내부에 있는 장비 또한 RTP/RTCP 관련 부분을 위해서 가외로 구현해야 할 부분은 없다. 그러나, 보안을 위하여 콜 시그널링 패킷에 소스 주소를 사용한 인증을 할 경우에는 콜 프로세싱 모듈로부터 매핑된 주소 정보를 받는다. 이 주소를 사용하여 인증을 위한 MAC(Message Authentication Code) 등을 계산해야 한다. 또한, 콜 프로세싱 모듈(Call Processing Module)은 NAPT의 뒤에 있지 말아야 한다. 이는 STUN 서버 및 H.323 게이트키퍼의 운용 조건과 같으며 일반적인 사항이다.
도 2는 본 발명에 따른 NAPT 환경에서의 시그널링 데이터 처리예를 나타내는 예시도이다. 도 4는 본 발명에 따른 NAPT 환경에서의 VoIP 시스템의 음성 통신 처리과정을 나타낸 흐름도이다.
콜 시그널링(Call Signaling)은 음성 통화를 위해 필요한 정보 및 제어를 위해 필요한 부분으로 RTP/RTCP를 사용한 음성데이터의 전송 이전에 이루어진다. 콜 시그널링은 매핑된 주소를 주고 받기 위한 과정 중의 하나로 간주된다. 따라서, 반드시 콜 시그널링이 아니더라도, 예를 들어 NAPT 라우터 내부의 VoIP 장비가 콜 프로세싱 모듈에 등록하는 등의 절차가 있다면 그 시점에 행해도 무관하다. 이 때 고려해야 할 사항은 매핑된 주소를 주고 받은 후, NAPT 라우터에서 매핑을 유지하는 시간을 고려해야 한다는 점이다. 대개 1분에서 3분 내에 해당 VoIP 장비로부터 또는 그 장비로 패킷이 오고 가지 않으면 매핑이 종료(Expire)되어 차후에는 다른 IP 주소 또는 포트로 다시 매핑을 하게 된다. 이를 계속 유지시키기 위해서는 해당 종료 시간 이내에 패킷을 계속해서 주고받는 구성이 필요하다.
이에 대한 예로서는 독자적 프로토콜(Proprietary Protocol)에서 행할 수 있는 콜 프로세싱 모듈(Call Processing Module)과 NAPT 라우터(Router) 내부의 VoIP 장비간의 정기적인 폴링(Polling) 등이 있을 수 있다. 콜 프로세싱 패킷이나 등록(Registration) 패킷을 주고 받기 전에 또는 주고 받는 초기 과정 중 NAPT 라우터 내부의 VoIP 장비(110)는 명시적으로 매핑된 주소를 자신에게 리포트해 줄 것을 콜 프로세싱 모듈에 요청한다(S1). 이 때 콜 프로세싱 모듈은 이러한 요청에 응답하여 NAPT 라우터 내부의 VoIP 장비로부터 보내진 패킷의 소스 주소 부분이 NAPT 라우터를 거치면서 변경된 사항에 대한 정보를 다시 NAPT 라우터 내부의 VoIP 장비(110)로 알려주어야 한다(S2). 적용되는 시스템의 구성에 따라 NAPT 라우터 내부의 VoIP 장비로부터의 요청이 없더라도 콜 프로세싱 모듈이 무조건적으로 또는 소스 주소에 변경이 있을 경우에만 선택적으로 해당 VoIP 장비에 NAPT로 인한 주소 변경 사항을 알려주도록 할 수도 있다. 매핑된 주소에 대한 정보는 독자적 프로토콜을 포함한 해당 VoIP 프로토콜에서 보안상의 이유로 소스 주소를 사용한 인증할 할 경우에는 필수적인 정보가 된다. 이는 NAPT 라우터에서 내부 VoIP 장비로부터의 패킷의 소스 주소 부분을 변경해 버리기 때문에 인증코드의 계산 시 계산 값에 착오가 생겨 인증실패를 유발하기 때문이다. NAPT 라우터 내부의 VoIP 장비는 콜 프로세싱 모듈로부터 받은 매핑된 주소에 대한 정보의 인증 외에도 해당 VoIP 프로토콜의 구성상 또는 그 외에 자신이 NAPT 라우터 외부로 송신하는 패킷의 소스 주소와 관련된 부분에 적용하여 자신이 보낸 패킷의 소스 주소 변경과 관련한 문제점이 발생하지 않도록 적절히 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 NAPT 환경에서의 RTP/RTCP 데이터 처리예를 나타내는 예시도이다. 본 발명의 RTP/RTCP 패킷 처리 방법은 콜 프로세싱 모듈 또는 RTP/RTCP 패킷 처리를 담당하는 모듈이 존재할 경우 그 모듈에서의 처리를 기본으로 한다. 콜 프로세싱 모듈은 RTP/RTCP 패킷 전송을 해당 VoIP 장비에 명령할 경우 RTP/RTCP의 SSRC(Synchronization Source) 필드(Field)값을 함께 내려주게 된다(S3). SSRC는 특정 RTP/RTCP 스트림(Stream)의 세션(Session) ID와 같은 역할을 하는 것으로 능동적인 RTP/RTCP 세션마다 일정하게 할당되며 VoIP 장비는 이 값을 자신으로부터 송신되는 RTP/RTCP 패킷에 적용하고 또한 상대방의 SSRC 값을 모니터링하고 있다가 수신(S4)되는 RTP/RTCP 패킷의 SSRC 필드를 검사(S5)하여 상대방의 SSRC 필드값과 일치할 경우 그 RTP/RTCP 패킷을 처리하게 된다(S6).
콜 프로세싱 모듈이 해당 VoIP 장비가 NAPT 라우터 내부에 있다고 판단되면, RTP/RTCP 패킷을 자신에게 또는 RTP/RTCP 처리를 담당하는 모듈로 보내도록 지시한다. 이는 콜 프로세싱 모듈 또는 RTP/RTCP 처리 모듈이 RTP/RTCP 패킷을 중계하겠다는 의미이며, H.323 게이트키퍼의 경우 게이트키퍼 라우팅 모드로 RTP/RTCP 패킷들을 중계하겠다는 의미가 된다.
통화하고자 하는 두 VoIP 장비가 통화를 위하여 RTP/RTCP 패킷을 보내기 시작하면, 콜 프로세싱 모듈 또는 RTP/RTCP 처리 모듈은 수신되는 RTP/RTCP 패킷의 SSRC 필드를 검사하여 기다리고 있던 SSRC를 지닌 RTP/RTCP 패킷이라 판단되면 수신된 RTP/RTCP 패킷의 소스 주소 필드를 저장하여 둔다(S7).
이 소스 주소는 NAPT 라우터에서 변경된 매핑된 주소이기 때문에 통화 상대방으로부터 수신된 RTP/RTCP 패킷을 이쪽 VoIP 장비로 중계하기 위한 목적지(Destination) 주소로 사용한다. 마찬가지로 통화 상대방으로부터 기다리고 있던 SSRC를 지닌 RTP/RTCP 패킷이 도착하면 그 패킷의 소스 주소를 저장하여 이쪽 VoIP 장비로부터의 RTP/RTCP를 중계하기 위한 목적지(Destination) 주소로 사용한다(S8).
인터넷 전화기(111)는 소스 IP주소와 목적지 주소를 [Src Addr: 10.10.10.1: 1000][Dst Addr: 90.90.90.3:7000] 매핑하여 NAPT 라우터(110)으로 보낸다. NAPT 라우터(110)로부터 전송될 때는 소스 IP 주소와 목적지 주소가 Src Addr: 50.50.50.50: 4000][Dst Addr: 90.90.90.3:7000] 과 같이 바뀐다.
Non-NAPT 라우터(120)를 거쳐 (90.90.90.3)을 주소로 갖는 게이트웨이(123)에 전달된 신호는 다시 (90.90.90.2)를 주소로 갖는 인터넷 전화기(122)로 전달된다. 이후, 게이트웨이(123)을 거쳐 Non-NAPT 라우터(120)를 통해 전송될 때에의 목적지 주소(Dst Addr)는 NAPT 라우터(110)의 공인 IP주소 [50.50.50.50: 4000]를 갖게 된다. 이후, NAPT 라우터(110)를 경유하여 최종 목적지인 인터넷 전화기(111)의 주소인 [10.10.10.1: 1000]로 목적지 주소가 변경된다.
따라서, 중계가 시작되기 전에는 양쪽의 VoIP 장비로 부터의 RTP/RTCP 패킷이 어떠한 소스 IP 주소와 포트를 지닌 채 수신될 지 알 수 없으나 최초의 RTP/RTCP 패킷이 양쪽으로부터 수신된 이후에는 양쪽의 매핑된 주소에 대한 정보를 모두 알고 있기 때문에 이 정보를 이용하여 양쪽으로 RTP/RTCP 패킷을 중계할 수 있게 된다. RTP/RTCP 패킷의 경우 수십 밀리세컨드(msec) 마다 패킷이 전송되기 때문에 NAPT 라우터에서 매핑이 종료될 염려가 없다. VAD (Voice Activity Detection) 등이 적용될 경우에도 일반적으로는 RTP/RTCP 패킷 전송이 중단되는 시간이 수초에 불과하기 때문에 큰 영향은 주지 않으나 양쪽에서 RTP/RTCP 패킷 송신은 중단하는 시간이 NAPT 라우터에서 매핑을 종료시키는 시간보다 길어질 경우 또는 이러한 RTP/RTCP 패킷 전송 중단이 명시적이고 (통화 Mute 상태 등) 오랜 시간 지속될 수 있을 경우에는 Silence에 해당하는 RTP 패킷을 정기적으로 송신하거나 (예를 들어 10초에 한번) 또는 음성데이터에 영향을 주지 않는 RTCP 패킷을 이러한 용도로 사용할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 음성통신 방법은 NAPT가 적용된 라우터 등의 IP 패킷 스위칭 장비와 VoIP 시스템을 구성하고 있는 통신장비가 함께 운용되는 경우 패킷 전송 장애를 해결할 수 있다. 호 시그널링(Call Signaling) 및 RTP/RTCP 패킷 모두에 대해 NAPT 환경에서 데이터 통신을 가능하게 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 NAPT 환경에서의 데이터 통신 방법의 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 NAPT 환경에서의 시그널링 데이터 처리예를 나타내는 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 NAPT 환경에서의 RTP/RTCP 데이터 처리예를 나타내는 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 NAPT 환경에서의 VoIP 시스템의 음성 통신 처리과정을 나타낸 흐름도이다.

Claims (1)

  1. NAPT(Network Address Port Translation) 적용한 라우터(Router) 환경의 VoIP (Voice over Internet Protocol) 시스템에서의 음성 통신방법에 있어서,
    NAPT 라우터 내부의 VoIP 장비가 명시적으로 매핑(Mapping)된 자신의 어드레스를 리포트해줄 것을 콜 프로세싱 모듈(Call Processing Module)에 요청하는 과정과;
    라우터를 거치면서 변경되는 패킷의 소스 어드레스 정보를 콜 프로세싱 모듈에서 NAPT 라우터 내부의 VoIP 장비로 전송하는 과정과;
    콜 프로세싱 모듈에서 RTP/RTCP 패킷을 전송할 것을 명령하는 신호와 함께 SSRC(Synchronization Source) 필드값을 VoIP 장비로 전송하는 과정과;
    통화를 원하는 VoIP 장비로부터 SSRC가 적용되어 제공되는 RTP/RTCP 패킷을 수신하여 SSRC 필드를 검사하는 과정과;
    기다리고 있는 SSRC 필드를 가진 패킷이 수신된 경우, 수신된 패킷의 소스 어드레스 필드를 저장하고 목적지 주소로 설정하는 과정과;
    통화 상대방으로부터 기다리고 있던 SSRC를 가진 RTP/RTCP 패킷이 수신되면, 그 패킷의 소스 어드레스를 저장하고 목적지 주소로 설정하는 과정을 포함하여 이루어지는 NAPT 환경에서 VoIP 시스템의 음성 통신방법.
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