WO2006089962A1 - Verfahren zum aufbau von multimediaverbindungen über grenzen von paketvermittelnden kommunikationsnetzen - Google Patents

Verfahren zum aufbau von multimediaverbindungen über grenzen von paketvermittelnden kommunikationsnetzen Download PDF

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Joachim LÜKEN
Mohammad Vizaei
Walter Zinkl
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    • H04L65/1106—Call signalling protocols; H.323 and related

Definitions

  • the invention relates to a method for establishing multimedia connections across the boundaries of packet-switched communication networks according to the Internet Protocol and the ITU Standard H.323.
  • the Internet Protocol IP is responsible for the connectionless transport of data from a sender - possibly over several networks - to the recipient at level 3 of the OSI layer model, whereby neither error detection nor error correction takes place.
  • H.323 For multimedia connections on the Internet there are currently two competing standards for signaling: H.323 and SIP.
  • the ITU standard H.323 (ITU: International Telecommunication Union) was developed for the real-time transmission of multimedia applications such as voice and video communication in packet-oriented networks.
  • Umbrella As the so-called Umbrella standard, it houses a number of protocols, such as signaling, exchange of terminal functionalities and status information, as well as connection and data flow control.
  • H.225, H.245 and H.450 Among the most important protocols of the H.323 standard are H.225, H.245 and H.450.
  • x. H.225 describes signaling protocols such as RAS (Registration, Admission, Status) and Call Signaling.
  • H.245 acts as a Control Protocol for Multimedia Communication.
  • the H.450 standard defines additional telephony features, for example, to map the features from ISDN to IP.
  • the Session Initiation Protocol SIP was developed by the IETF (Internet Engineering Task Force). The standard defines a signaling protocol for establishing, modifying, and terminating sessions with two or more participants.
  • the session initiation protocol SIP also serves to transmit real-time data over packet-based networks and is functionally comparable to the protocols according to ITU standard H.323:
  • the Session Initiation Protocol SIP can convey interactive communication services including voice over IP networks, the transport works over TCP (Transmission Control Protocol) or UDP (User Datagram Protocol).
  • TCP Transmission Control Protocol
  • UDP User Datagram Protocol
  • the Session Initiation Protocol SIP is responsible for the call signaling as well as the localization and registration of users. In particular, it allows also the transmission of the identity of the caller as well as the call forwarding in IP networks.
  • the Session Initiation Protocol SIP is text-oriented, based on HTTP (Hypertext Transfer Protocol) and thus offers an open Internet-based structure. For this reason, new features
  • MGCP Media Gateway Controller protocol
  • H.323 H.323 standard
  • SIP Session Initiation Protocol
  • the invention relates to networks according to the H.323 standard, while their task is to improve multimedia connections across network boundaries.
  • firewalls are in particular used between private networks and public networks according to the NAT (Network Address Translation) method.
  • NAT Network Address Translation
  • NAT is a technique that describes how to translate IP addresses from one network to another and is used on routers or firewalls. This can u.a. Partial networks are protected against virus attacks and the available address space of the Internet is increased. However, multimedia traffic becomes more difficult.
  • this object is achieved with a method for automatic address translation at the boundaries of Communication networks according to the Internet Protocol ITU standard H.323, in which a backward permission cycle is inserted in the standard connection establishment.
  • Fig. 1 is a diagram for using a NAT router for
  • FIG. 2 shows the diagram of a typical message flow between a server and a client
  • the scheme illustrated in FIG. 1 for the use of a NAT router comprises a private network PN, for example a company's intranet and a public network ISP.
  • the two networks are connected via a NAT router.
  • NAT Network Address Translation
  • a network address 10.0.0.2 to 192.168.0.2, another IP 10.0.0.3 to 192.168.0.3 etc. can be implemented with NAT.
  • a special form of NAT exists when the IP addresses of all machines in a network (eg 10.0.0.2 to 10.0.0.253) are converted to a single IP address. This allows the IP addresses of one or more networks to be concealed (mascerading) and a private network is thus presented to the outside through a single IP address eg 172.226.1.254.
  • NAT router As shown in FIG. 2, with the use of the NAT router it is possible to establish a connection between a subscriber of the private network and a subscriber of the public network, provided that this setup is initiated by the subscriber of the private network. In this case, a corresponding entry for the duration of the connection is stored in a so-called NAT table. Constructional attempts by the public network are, however, blocked. Particularly in the case of Internet telephony, as shown in FIGS.
  • this problem is now circumvented by triggering the actual establishment of a connection by the internal subscriber in the case of a call from an external subscriber to an internal subscriber. This is from this internal subscriber, after he has learned about the signaling of a call request of an external subscriber, the connection establishment of the voice connection by a so-called REVERSE ADMISSION CYCLE with the commands REVERSE ADMISSION REQUEST, REVERSE ADMISSION CONFIRM triggered. From “inside” to "outside”, ie from the subscriber within the private network is indeed a connection to a subscriber of the public network easily possible.
  • FIG. 5 showing the functional and FIG. 6 the temporal relationships.
  • connection establishment takes place here by an external subscriber IP-Phone 2 via a server gatekeeper, a firewall NAT device to a called internal subscriber IP-Phone 1.
  • connection setup started in the invention, a REVERSE ADMISSION CYCLE between the called internal subscriber IP-PHONE 1 and the gatekeeper is inserted.
  • the REVERSE ADMISSION REQUEST contains in its source address information about a dynamic IP address and a TCP port via which the connection is to be made to the Server Gatekeeper.
  • a connection is made to the specified addresses of the server Gatekeeper prepared and the setup signal expected. This is followed by the usual connection setup according to H.323 Satndard.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbau von Multimediaverbindungen über Grenzen von paketvermittelnden Kommunikationsnetzen nach dem Internet-Protokoll und dem ITU-Standard H.323 dadurch gekennzeichnet, dass in den standardgemäßen Verbindungsaufbau ein rückwärts gerichteter Erlaubniszyklus ("connect") eingefügt ist. Damit können auf einfache Weise die Einschränkungen von FIREWALLS für Multimediaverbindungen wie insbesondere Voice over IP überwunden werden.

Description

Verfahren zum Aufbau von Multimediaverbindungen über Grenzen von paketvermittelnden Kommunikationsnetzen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbau von Multimediaverbindungen über Grenzen von paketvermittelnden Kommunikationsnetzen nach dem Internet-Protokoll und dem ITU- Standard H.323.
In den letzten Jahren haben sich Computernetzwerke zu einem bedeutenden Kommunikationsmedium entwickelt, über welches eine Vielzahl von Diensten angeboten wird. Das weltweit bekannteste Computernetzwerk ist das Internet, wie die Gesamtheit aller miteinander verbundenen und das Internet Protokoll IP als Transportprotokoll nutzenden Netze bezeichnet wird.
Das Internet Protokoll IP ist auf Ebene 3 des OSI- Schichtenmodells für den verbindungslosen Transport von Daten von einem Sender - gegebenenfalls über mehrere Netze - zum Empfänger zuständig, wobei weder Fehlererkennung noch Fehlerkorrektur erfolgt.
Auf dem Internet Protokoll setzen Transport Protokolle wie das Transmission Control Protocol TCP oder User Datagram Protocol UDP auf, und darauf wiederum eine kaum überschaubare Vielfalt von unterschiedlichen, zum Teil miteinander konkurrierenden Anwendungsprotokollen wie z.B. http, FTP oder für das Management von multimedialen Verbindungen das sogenannte SIP-Protokoll.
Für Multimedia-Verbindungen im Internet existieren derzeit zwei konkurrierende Standards für die Signalisierung: H.323 und SIP. Der ITU-Standard H.323 (ITU: International Telecommunication Union) wurde für die Echtzeitübertragung von Multimediaapplikationen wie Sprach- und Videokommunikation in paketorientierten Netzen entwickelt. Als so genannter Umbrella-Standard beherbergt er eine Reihe von Protokollen, etwa für Signalisierung, Austausch von Endgerätefunktionalitäten und Statusinformationen sowie zur Verbindungs- und Datenflusskontrolle . Zu den wichtigsten Protokollen des H.323-Standards zählen H.225, H.245 und H.450. x. H.225 beschreibt Signalisierungsprotokolle wie RAS (Registration, Admission, Status) und CaIl Signaling. H.245 fungiert als Control Protocol for Multimedia Communication. Der H.450-Standard definiert zusätzliche Telefoniefunktionen, um beispielsweise die Leistungsmerkmale von ISDN auf IP abzubilden.
Das Session Initiation Protocol SIP wurde von der IETF (Internet Engineering Task Force) entwickelt. Der Standard definiert ein Signalisierungsprotokoll zum Aufbauen, Modifizieren und Beenden von Sitzungen mit zwei oder mehr Teilnehmern. Das Session Initiation Protocol SIP dient ebenfalls der Übertragung von Echtzeitdaten über paketgestützte Netze und ist funktional mit den Protokollen gemäß ITU-Standard H.323 vergleichbar: Das Session Initiation Protocol SIP kann interaktive Kommunikationsdienste einschließlich Sprache über IP-Netze vermitteln, der Transport funktioniert über TCP (Transmission Control Protocol) oder UDP (User Datagram Protocol) . Dabei ist das Session Initiation Protocol SIP verantwortlich für die Gesprächssignalisierung sowie die Lokalisierung und Registrierung von Anwendern. Insbesondere ermöglicht es aber auch die Übermittlung der Identität des Anrufers sowie die Anrufweiterleitung in IP-Netzen. Das Session Initiation Protocol SIP ist textorientiert, basiert auf HTTP (Hypertext Transfer Protocol) und bietet damit eine offene internetbasierende Struktur. Aus diesem Grund lassen sich neue Leistungsmerkmale relativ einfach und schnell implementierten .
Ein weiterer wesentlicher Standard für Multimediaverbindungen ist das Media Gateway Controller Protokoll MGCP, welches Telefonie zwischen dem Internet und dem herkömmlichen Telefonnetz unterstützt und dafür ein Verbindungssteuerungs- protokoll (kein Signalisierungsprotokoll) bereitstellt. Zur Übertragung der MGCP-Steuerbefehle können als Protokoll sowohl der H.323 Standard als auch das Session Initiation Protocol SIP eingesetzt werden.
Die Erfindung bezieht sich auf Netze nach dem H.323 Standard, dabei liegt ihr die Aufgabe zugrunde, Multimediaverbindungen über Netzgrenzen hinweg zu verbessern.
An diesen Netzgrenzen sind insbesondere zwischen privaten Netzen und öffentlichen Netzen Firewalls nach dem NAT (Network Adress Translation) Verfahren im Einsatz. NAT ist ein Verfahren, welches das Umsetzen von IP-Adressen von einem Netz in ein anderes Netz beschreibt und kommt auf Routern oder Firewalls zum Einsatz. Damit können u.a. Teil-Netze gegenüber Virusangriffen abgesichert und der verfügbare adressraum des Internets erhöht werden. Der Datenverkehr bei Multimediaverbindungen wird allerdings erschwert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst mit einem Verfahren zur automatischen Adressumsetzung an den Grenzen von Kommunikationsnetzen nach dem Internet-Protokoll ITU-Standard H.323, bei dem in den standardgemäßen Verbindungsaufbau ein rückwärts gerichteter Erlaubniszyklus eingefügt ist.
Die Erfindung wird anhand eines in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen beispielhaft:
Fig. 1 ein Schema zum Einsatz eines NAT-Routers für
Adresstransformationen,
Fig. 2 das Schema eines typischen Meldungsflusses zwischen einem Server und einem Client,
Fig.3 eine typische Verbindung zwischen zwei unterschiedlichen Netzwerken,
Fig.4 einen typischen Ablauf eines Verbindungsaufbaues über einen NAT-Router
Fig.5 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen
Verbindungsaufbaues
Fig.6 ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen
Verbindungsaufbaues unter Berücksichtigung des zeitlichen
Zusammenhanges .
Das in Figur 1 dargestellte Schema zum Einsatz eines Nat- Routers umfasst ein Privates Netz PN beispielsweise das Intranet eines Unternehmens und ein öffentliches Netz ISP.
Die beiden Netze sind über einen NAT-Router miteinander verbunden.
NAT (Network Adress Translation) ist ein Verfahren, welches das Umsetzen von IP-Adressen von einem Netz in ein anderes Netz beschreibt und kommt auf Routern oder Firewalls zum Einsatz. Mit NAT kann z.B. eine Netzadresse 10.0.0.2 zu 192.168.0.2, eine weitere IP 10.0.0.3 zu 192.168.0.3 usw. umgesetzt werden. Eine Sonderform von NAT liegt vor, wenn die IP-Adressen aller Maschinen in einem Netz (z.B. 10.0.0.2 bis 10.0.0.253) auf eine einzige IP-Adresse umgesetzt werden. Damit lassen sich die IP-Adressen einzelner oder mehrerer Netzwerke verbergen (Mascerading) und ein privates Netzwerk wird dadurch nach außen hin durch eine einzige IP-Adresse z.B. 172.226.1.254 präsentiert.
Wie in Fig. 2 dargestellt, ist mit dem Einsatz des NAT- Routers der Verbindungsaufbau zwischen einem Teilnehmer des privaten Netzes und einem Teilnehmer des öffentlichen Netzes möglich, sofern dieser Aufbau vom Teilnehmer des privaten Netzes ausgelöst wird. In diesem Fall wird in einer sogenannten NAT-Tabelle ein entsprechender Eintrag für die die Dauer der Verbindung gespeichert. Aufbauversuche von Seiten des öffentlichen Netzes werden hingegen abgeblockt. Insbesondere bei Internet-Telefonie ist es, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt auf Basis des bestehenden H.323 Standard so, dass eingehende Anrufe von einem Teilnehmer des öffentlichen Netzes (externer Teilnehmer) an einen Teilnehmer eines privaten Netzes (interner Teilnehmer, „hinter einer Firewall") zwar signalisiert werden können, aber wegen NAT keine Sprechverbindung zustande kommt. In anderen Worten, das Telefon des internen Teilnehmers läutet zwar, aber selbst wenn er abhebt, kommt keine Sprechverbindung zustande.
Erfindungsgemäß wird nun diese Problematik dadurch umgangen, dass bei einem Anruf von einem externen Teilnehmer an einen internen Teilnehmer der eigentliche Verbindungsaufbau durch den internen Teilnehmer ausgelöst wird. Dazu wird von diesem internen Teilnehmer, nachdem er über die Signalisierung von einem Anrufwunsch eines externen Teilnehmers erfahren hat, der Verbindungsaufbau der Sprachverbindung durch einen sogenannten REVERSE ADMISSION CYCLE mit den Befehlen REVERSE ADMISSION REQUEST, REVERSE ADMISSION CONFIRM ausgelöst. Von „Innen" nach „Aussen", d.h. von dem Teilnehmer innerhalb des privaten Netzes ist ja ein Verbindungsaufbau zu einem Teilnehmer des öffentlichen Netzes problemlos möglich.
Nach diesem REVERSE ADMISSION CYCLE wird der herkömmliche Verbindungsaufbau gemäß dem bestehenden H.323 Standard weiter fortgesetzt.
Anhand der Figuren 5 und 6 wird dieser Aufbau näher erläutert, wobei Fig. 5 die funktionellen und Fig.6 die zeitlichen Zusammenhänge darstellt.
Der erfindungsgemäße Verbindungsaufbau erfolgt dabei von einem externen Teilnehmer IP-Phone 2 über einen Server Gatekeeper, eine Firewall NAT-Device zu einem gerufenen internen Teilnehmer IP-Phone 1.
Der Ablauf ist dabei wie folgt:
Vom externen Teilnehmer wird gemäß h. 225 Standard ein Verbindungsaufbau gestartet in den erfindungsgemäß ein REVERSE ADMISSION CYCLE zwischen dem gerufenem internen Teilnehmer IP-PHONE 1 und dem Gatekeeper eingefügt wird. Dabei enthält das erfindungsgemäße REVERSE ADMISSION REQUEST in seiner Quelladresse Informationen über eine dynamische IP- Adresse und einen TCP-Port, über welche die Verbindung beim Server Gatekeeper geführt werden soll. Nachdem der internen Teilnehmer IP-PHONE 1 diesen request empfangen hat, wird eine Verbindung zu den angegebnen Adressen des Servers Gatekeeper hergestellt und das Setup Signal erwartet . Danach folgt der übliche Verbindungsaufbau gemäß H .323 Satndard.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Aufbau von Multimediaverbindungen über Grenzen von paketvermittelnden Kommunikationsnetzen nach dem Internet-Protokoll und dem ITU-Standard H.323 dadurch gekennzeichnet, dass in den standardgemäßen Verbindungsaufbau ein rückwärts gerichteter Erlaubniszyklus eingefügt ist.
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