VoIP 穿越 NAT 和防火牆的方法

一、NAT/ALG 方式

普通NAT是通過修改UDP或TCP報文頭部地址信息實現地址的轉換，但對於VOIP應用，在TCP/UDP淨載中也需帶地址信息，ALG方式是指在私網中的VOIP終端在淨載中填寫的是其私網地址，此地址信息在通過NAT時被修改為NAT上對外的地址。

此時當然要求ALG功能駐留在NAT/Firewall設備中，要求這些設備本身具備應用識別的智能。支持IP 語音和視頻協議（H323、SIP、MGCP/H248）的識別和對NAT/Firewall的控制，同時每增加一種新的應用都將需要對 NAT/Firewall進行升級。

在安全要求上還需要作一些折衷，因為ALG 不能識別加密後的報文內容，所以必須保證報文采用明文傳送，這使得報文在公網中傳送時有很大的安全隱患。

NAT/ALG是支持VOIP NAT穿透的一種最簡單的方式，但由於網絡實際情況是已部署了大量的不支持此種特性的NAT/FW設備，因此，實際應用中，很難采用這種方式。

二、MIDCOM 方式

與NAT/ALG不同的是，MIDCOM的基本框架是采用可信的第三方（MIDCOM Agent）對Middlebox （NAT/FW）進行控制，VOIP協議的識別不由Middlebox完成，而是由外部的MIDCOM Agent完成，因此VOIP使用的協議對Middlebox是透明的 .

由於識別應用協議的功能從Middlebox移到外部的MIDCOM Agent上，根據MIDCOM 的構，在不需要更改Middlebox基本特性的基礎上，通過對MIDCOM Agent的升級就可以支持更多的新業務，這是相對NAT/ALG方式的一個很大的優勢。

在VOIP實際應用中，Middlebox功能可駐留在NAT/Firewall，通過軟交換設備（即MIDCOM Agent）對IP語音和視頻協議（H323、SIP、MGCP/H248）的識別和對NAT/Firewall的控制，來完成VOIP應用穿越 NAT/Firewall .在安全性上，MIDCOM方式可支持控制報文的加密，可支持媒體流的加密，因此安全性比較高。

如果在軟交換設備上實現對SIP/H323/MGCP/H248協議的識別，就只需在軟交換和NAT/FW設備上增加MIDCOM協議即可，而且以後新的應用業務識別隨著軟交換的支持而支持，此方案是一種比較有前途的解決方案，但要求現有的NAT/FW設備需升級支持MIDCOM協議，從這一點上來說，對已大量布署的NAT/FW設備來說，也是很困難的，同NAT/ALG方式有相同的問題。

三、STUN 方式

解決穿透NAT問題的另一思路是，私網中的VOIP終端通過某種機制預先得到出口NAT上的對外地址，然後在淨載中所填寫的地址信息直接填寫出口NAT上的對外地址，而不是私網內終端的私有IP地址，這樣淨載中的內容在經過NAT時就無需被修改了，只需按普通NAT流程轉換報文頭的IP地址即可，淨載中的 IP地址信息和報文頭地址信息是一致的。STUN協議就是基於此思路來解決應用層地址的轉換問題。

STUN的全稱是Simple Traversal of UDP Through Network Address Translators，即UDP對NAT的簡單穿越方式。 應用程序（即STUN CLIENT）向NAT外的STUN SERVER通過UDP發送請求STUN 消息，STUN SERVER收到請求消息，產生響應消息，響應消息中攜帶請求消息的源端口，即STUN CLIENT在NAT上對應的外部端口。然後響應消息通過NAT發送給STUN CLIENT，STUN CLIENT通過響應消息體中的內容得知其NAT上的外部地址，並將其填入以後呼叫協議的UDP負載中，告知對端，本端的RTP接收地址和端口號為NAT 外部的地址和端口號。由於通過STUN協議已在NAT上預先建立媒體流的NAT映射表項，故媒體流可順利穿越NAT.

STUN協議最大的優點是無需現有NAT/FW設備做任何改動。由於實際應用中，已有大量的NAT/FW，並且這些NAT/FW並不支持VoIP的應用，如果用MIDCOM或NAT/ALG方式來解決此問題，需要替換現有的NAT/FW，這是不太容易的。而采用STUN方式無需改動NAT/FW，這是其最大優勢，同時STUN方式可在多個NAT串聯的網絡環境中使用，但MIDCOM方式則無法實現對多級NAT的有效控制。

STUN的局限性在於需要VOIP終端支持STUN CLIENT的功能，同時STUN並不適合支持TCP連接的穿越，因此不支持H323.另外STUN方式不支持對防火牆的穿越，不支持對稱NAT （Symmetric NAT）類型（在安全性要求較高的企業網中，出口NAT通常是這種類型）穿越。

四、TURN方式

TURN方式解決NAT問題的思路與STUN相似，也是私網中的VOIP終端通過某種機制預先得公網上的服務地址（STUN方式得到的地址為出口NAT上外部地址，TURN方式得到地址為TURN Server上的公網地址），然後在報文淨載中所要求的地址信息就直接填寫該公網地址。

TURN的全稱為Traversal Using Relay NAT，，即通過Relay方式穿越NAT.TURN應用模型通過分配TURN Server的地址和端口作為私網中VOIP終端對外的接受地址和端口，即私網終端發出的報文都要經過TURN Server進行Relay轉發，這種方式除了具有STUN方式的優點外，還解決了STUN應用無法穿透對稱NAT（Symmetric NAT）以及類似的Firewall設備的缺陷，同時TURN支持基於TCP的應用，如H323協議。此外TURN Server控制分配地址和端口，能分配RTP/RTCP地址對（RTCP端口號為RTP端口號加1）作為私網終端用戶的接受地址，避免了STUN方式中出口NAT對RTP/RTCP地址端口號的任意分配，使得客戶端無法收到對端發來的RTCP報文（對端發RTCP報文時，目的端口號缺省按RTP端口號加 1發送）。

TURN的局限性在於需要VOIP終端支持TURN Client，這一點同STUN一樣對網絡終端有要求。此外，所有報文都必須經過TURN Server轉發，增大了包的延遲和丟包的可能性。