臺灣博碩士論文加值系統

隨著網路頻寬的增加以及無線網路的普及，IP位址的需求量也越來越多，NAT成為了一個很簡單的解決辦法。它除了能解決IPv4網路位址不足的問題，也可以保護NAT內的私有網路用戶不受外部公眾網路的駭客進行破壞攻擊，所以即使未來IPv6能完全取代IPv4網路，NAT也不會因此而淘汰，其仍有存在的價值。但也因為這樣的保護措施，同時也影響到P2P通信領域的發展。

現今國際標準組織IETF制定的SIP或RTSP等網際網路公認協定之運用也越來越普遍，但這些協定往往並沒考慮到NAT產生的問題，造成無法達到真正P2P通信，即使後來IETF也針對NAT穿越問題制定了STUN，但該方法遇到一些特殊行為的NAT，仍會導致穿越失敗，因此本論文針對NAT的特性做深入的研究，並針對研究結果在NAT穿越上設計一套點對點通訊協定C2C(Client to Client)，改善了STUN在NAT穿越上的不足。

C2C協定同時也是一套具模組化的函式庫，該函式庫可以搭載在SIP或RTSP中，利用函式庫建立P2P通道，並把資訊提供給控制SIP或RTSP使用者使用，而且系統不只小且輕量，對於網路開發業者可以在不動SIP或RTSP等核心程序下，以最低成本來完成P2P通信；而C2C協定同時也可以取代SIP或RTSP等協定，可以完全獨立交換雙方彼此的重要資訊。

As network bandwidth increases and the popularity of wireless networks, IP addresses demand become more and more, so NAT has also become a very simple solution. NAT can solve the problem about the shortage of IPv4 network address, and it can also protect users within the private network from hacker’s attack on external public network. So even if IPv6 can completely replace IPv4 network in the future. NAT also will not be eliminated, its value is still there. But such protection measures also affects the P2P communication fields.

SIP, RTSP and other protocols developed by IETF are increasingly common today. However, these protocols does not take the NAT issues into account, so that they are hard to achieve P2P communication. Even though the IETF developed the STUN for NAT traversal, but this method encounters some special behavior of NAT, it still cause failure. Therefore, this thesis focuses on NAT features for a detailed study, and develop a brand-new protocol C2C (Client to Client) to improve STUN solution.

C2C protocol is also a modular library of API, it can be implemented to a product, and mounted on SIP or RTSP. P2P channel can be established by C2C in advance and to provide the information to SIP or RTSP users. And the system is not only small and lightweight. For some network development industry, they don’t need to modify the SIP or RTSP core. They can cost down to complete the P2P. C2C also can replace SIP or RTSP and other protocols. It can be completely independent too.

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誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 viii

第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 1
1.3 研究方向 2
1.4 章節概要 3

第二章 相關網路元件知識 4
2.1 用戶代理 4
2.2 代理伺服器 4
2.3 重定位伺服器 5
2.4 註冊伺服器 5
2.5 位址伺服器 6
2.6 媒體匝道器 6
2.7 媒體伺服器 6
2.8 媒體中繼伺服器 7

第三章 NAT的行為與特性 8
3.1 基本運作原理 8
3.2 過濾器(Filtering)行為 10
3.2.1 EI過濾 12
3.2.2 AD過濾 13
3.2.3 PD過濾 14
3.2.4 APD過濾 15
3.3 映射器(Mapping)行為 16
3.3.1 EI映射 18
3.3.2 AD映射 19
3.3.3 PD映射 20
3.3.4 APD映射 21
3.4 對ICMP封包的特性 22
3.4.1 回應性 22
3.4.2 吸收性 23
3.4.3 敏感性 23
3.4.4 Inbound 24
3.4.5 Outbound 25
3.5 九大型別分類法 26
3.6 埠口映射數學模型 28
3.6.1 埠口分析法 28
3.6.2 埠口線性與非線性分配 29
3.6.3 建立二階跳躍函式 31
3.6.4 建立多階跳躍函式 33
3.6.5 確立多階跳躍系統 36
3.6.6 非平行跳躍系統 38
3.7 埠口關門時間 40

第四章 C2C協定實作 41
4.1 系統架構 41
4.2 註冊程序(Register Session) 42
4.2.1 尋值演算 44
4.2.2 註冊實作 49
4.2.3 過濾器檢測 51
4.2.4 映射器檢測 52
4.3 通道識別碼(SSID) 54
4.4 格式交換程序(Profile Session) 55
4.4.1 訪問方法 55
4.4.2 決定方法 57
4.5 邀請程序(Invite Session) 59
4.5.1 UAS權限驗證過程 59
4.5.2 正式邀請方法 60
4.6 穿越VOP程序(Traversal of VOP Session) 63
4.6.1 V模型(Vulgar) 65
4.6.2 O模型(Overthrow) 66
4.6.3 P同步模型(Prediction in phase) 67
4.6.4 實體IP穿透特例 71
4.7結束程序(Bye Session) 72

第五章 實驗結果與分析 73
5.1 市面NAT檢測數據 73
5.1.1 實驗環境 73
5.1.2 特性數據總覽 74
5.1.3 型別佔有率分析 76
5.1.4 VOP穿透模型使用率評估 77
5.1.5 與其他業者的穿透率比較 79
5.2 模擬關門及尋值結果分析 82
5.2.1 單次模擬結果 83
5.2.2 震盪現象與抑制 87
5.2.3 批次模擬結果 89

第六章 結論與未來展望 92
6.1 結論 92
6.2 未來展望 93

參考文獻 94

[1] 賈文康，「SIP會談啟始協議操典」，松崗，2008，第2章12-16頁。
[2] 鐘建宇，「NAT穿透法於SIP通訊協定之研究與實作」，國立臺北科技大學碩士論文，民國九十六年六月，第17頁。
[3] K. Egevang and P. Francis, “The IP Network Address Translator”, RFC1631, IEFT, May 1994.
[4] Andreas Muller, and Georg Carle, “Behavior and Classification of NAT Devices and Implications for NAT Traversal”, Technische Universitat Munchen, Andreas Klenk, Universitat Tubingen, 2008. (references)
[5] 陳冠霖，「新一代VoIP通訊協定暨嵌入式閘道器之研究與實作」，國立臺北科技大學碩士論文，民國九十五年六月。
[6] M. Handley, and V. Jacobson, “SDP:Session Description Protocol”, RFC2327, IETF, April 1998.
[7] J. Rosenberg, J. Weinberger, C. Huitema and R. Mahy, “STUN-Simple Traversal of UDP Throught NATs”, RFC3489, IETF, March 2003.
[8] http://upnp.org/