Денис Здесенко
09.01.2020
10996

Обзор протоколов STUN, TURN и ICE, их принципы работы с NAT и использование для VoIP

Введение При работе с IP-телефонией постоянно приходится сталкиваться с разного рода задачами связанными с сетью, т.к. эти области неразрывно связаны. В данной обзорной статье  рассматриваются протоколы STUN и ICE, их методы работы с NAT и практическое применение в работе с VoIP. Протокол STUN Название протокола – аббревиатура, можно расшифровать как Simple Traversal of UDP tрrough […]

Введение

При работе с IP-телефонией постоянно приходится сталкиваться с разного рода задачами связанными с сетью, т.к. эти области неразрывно связаны. В данной обзорной статье  рассматриваются протоколы STUN и ICE, их методы работы с NAT и практическое применение в работе с VoIP.

Протокол STUN

Название протокола – аббревиатура, можно расшифровать как Simple Traversal of UDP tрrough NAT или же по-русски «Простое прохождение UDP через NAT». Почему он нам интересен? Причина проста: как правило, многие устройства,  работающие по SIP’у, будь то голосовые шлюзы, ip-телефоны, софтфоны или же сами сервера с телефонии, по большей степени скрыты за NAT’ом. Это обусловлено по большей степени принципами безопасности и грамотной логикой построения сетей. Но периодически из-за этого возникают различные неприятные ситуации с прохождением, например, голосового потока. Для решения подобных проблем и был разработан этот STUN. Его основное назначение – дать возможность различным девайсам (за NAT’ом) узнать их public IP-адрес и найти пробросы портов. Как правило, STUN использует 3478 порт, которому обращается клиент (протокол является клиент-серверным).

Как это работает:

Устройством отправляется запрос к public IP STUN-сервера через маршрутизатор (шлюз), он, в свою очередь, перенаправляет его на STUN-сервер с внешним IP на порт 3478, ну а сервер отвечает устройству через маршрутизатор, сообщая, что запрос был сделан с внешнего IP маршрутизатора с определенного порта. Схема для наглядности:

Схема отправки запроса STUN-серверу и ответ
Схема отправки запроса STUN-серверу и ответ
В протоколе STUN реализован механизм, позволяющий определить наличие более одного NAT’a в сети

В дополнение к использованию шифрования протокола с TLS, STUN также имеет встроенные механизмы аутентификации и целостности сообщений через специальные типы пакетов.

Протокол STUN очень плохо работает с симметричным NAT’ом (и сервер и клиент находятся за NAT). Это основная причина разработки протокола TURN

Протокол TURN

Теперь немного о протоколе TURN. Расшифровка названия —  Traversal Using Relays around NAT. Предназначается для работы с симметричным NAT’ом. Использует сервер для передачи данных от клиента (как и STUN является клиент-серверным протоколом) любому количеству устройств (пиров).

Принцип работы – грубо говоря, разбиение симметричного NAT на два не симметричных. А теперь немного подробнее:

Клиент с TURN-агентом отправляет сообщение на TURN-сервер для того, чтобы задетектить public IP-адрес (по аналогии со STUN), но вместо этого TURN-сервер посылает свои IP и порт. Клиент, как только получил от TURN-сервера данные, посылает их пиру. По тому же принципу работает и с противоположной стороны. Итогом получаем что голосовой и сегнальный трафик ходит через TURN-сервер (проксирование).

Изобразим этот процесс схематично для большей наглядности:

Схема работы TURN
Схема работы TURN
Протокол TURN по сути своей является дополнением протокола STUN.

Протокол ICE

Interactive Connection Establishment (интерактивное установление соединение) — это еще одно дополнение (суб-протокол) к протоколам STUN и TURN. Основное назначение:

  1. Собрать данные об интерфейсах
  2. Проверить удаленные сервера STUN
  3. Проверить удаленные сервера TURN
  4. Проверить возможность установления соединения

Принцип работы довольно прост и тривиален: протокол последовательно собирает данные о возможности создания локального соединения между устройствами (пирами) по TCP или UDP. Если такой возможности нет, он проверяет возможность использования STUN во внешней сети, если и такой возможности не обнаруживается, ICE проверяет возможность использовать TURN во внешней сети (в том числе и проверяет доступность подключения к нескольким ближайшим TURN-серверам). После окончания сбора информации о структуре окружающей клиента сети, им (клиентом, создающим сессию) отправляется сообщение на TURN-сервер, содержащее полученную архитектуру ближайшей сети, а так же кидает запрос на создание сессии для пира, хранящий пачку IP-адресов, которые знает клиент. Пир соответственно отвечает множественными STUN-сообщениями по каждому из IP. Рано или поздно, хотя бы одно из сообщений прилетит инициатору сессии, проскочив сквозь NAT. Как только клиент ответит на все такие сообщения, у пира появится карта сети по которой будет выбираться самый легкий для прохождения маршрут (этот процесс называется процедура номинирования пар) и выполняться проверка доступности между пиром и клиентом (могут ли они достучаться друг до друга). Приоритезация такая: без STUN – самый высокий приоритет, с использованием STUN – пониже, с TURN’ом – самый низкий. Ну и в конечном итоге, устанавливается соединение.

Логика ICE
Логика ICE
Схема работы ICE
Схема работы ICE
Протокол ICE не актуален для IPv6

Стоит отметить, что протокол ICE не очень подходит для ряда решений:

  1. Если у нас большой прак оборудования
  2. Если мы ведем запись на проксирующем сервере
  3. Если у нас сложная структура сети с пересекающимися подсетями
  4. Если очень критично время установки соединения
У протокола ICE есть расширение под названием Trickle ICE реализующее выполнение механизмов протокола асинхронно, что в разы повышает скорость работы ICE-агента.

Вывод

В процессе изучения протоколов пришел для себя к выводу, что хоть ICE и считается довольно сильным протоколом, по сути своей, делающим всю грязную работу за STUN и TURN, его использование не всегда уместно и оправданно, стоит выбирать, каким из трех протоколов пользоваться, в зависимости от ситуации и поставленной задачи.

Подписаться
Уведомить о
guest
0 комментариев
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии

Остались вопросы?

Я - Першин Артём, менеджер компании Voxlink. Хотите уточнить детали или готовы оставить заявку? Укажите номер телефона, я перезвоню в течение 3-х секунд.

VoIP оборудование

ближайшие курсы

ближайшие Вебинары

ONLINE

10 доводов в пользу Asterisk

Распространяется бесплатно.

Asterisk – программное обеспечение с открытым исходным кодом, распространяется по лицензии GPL. Следовательно, установив один раз Asterisk вам не придется дополнительно платить за новых абонентов, подключение новых транков, расширение функционала и прочие лицензии. Это приближает стоимость владения станцией к нулю.

Безопасен в использовании.

Любое программное обеспечение может стать объектом интереса злоумышленников, в том числе телефонная станция. Однако, сам Asterisk, а также операционная система, на которой он работает, дают множество инструментов защиты от любых атак. При грамотной настройке безопасности у злоумышленников нет никаких шансов попасть на станцию.

Надежен в эксплуатации.

Время работы серверов некоторых наших клиентов исчисляется годами. Это значит, что Asterisk работает несколько лет, ему не требуются никакие перезагрузки или принудительные отключения. А еще это говорит о том, что в районе отличная ситуация с электроэнергией, но это уже не заслуга Asterisk.

Гибкий в настройке.

Зачастую возможности Asterisk ограничивает только фантазия пользователя. Ни один конструктор шаблонов не сравнится с Asterisk по гибкости настройки. Это позволяет решать с помощью Asterisk любые бизнес задачи, даже те, в которых выбор в его пользу не кажется изначально очевидным.

Имеет огромный функционал.

Во многом именно Asterisk показал какой должна быть современная телефонная станция. За многие годы развития функциональность Asterisk расширилась, а все основные возможности по-прежнему доступны бесплатно сразу после установки.

Интегрируется с любыми системами.

То, что Asterisk не умеет сам, он позволяет реализовать за счет интеграции. Это могут быть интеграции с коммерческими телефонными станциями, CRM, ERP системами, биллингом, сервисами колл-трекинга, колл-бэка и модулями статистики и аналитики.

Позволяет телефонизировать офис за считанные часы.

В нашей практике были проекты, реализованные за один рабочий день. Это значит, что утром к нам обращался клиент, а уже через несколько часов он пользовался новой IP-АТС. Безусловно, такая скорость редкость, ведь АТС – инструмент зарабатывания денег для многих компаний и спешка во внедрении не уместна. Но в случае острой необходимости Asterisk готов к быстрому старту.

Отличная масштабируемость.

Очень утомительно постоянно возвращаться к одному и тому же вопросу. Такое часто бывает в случае некачественного исполнения работ или выбора заведомо неподходящего бизнес-решения. С Asterisk точно не будет такой проблемы! Телефонная станция, построенная на Asterisk может быть масштабируема до немыслимых размеров. Главное – правильно подобрать оборудование.

Повышает управляемость бизнеса.

Asterisk дает не просто набор полезных функций, он повышает управляемость организации, качества и комфортности управления, а также увеличивает прозрачность бизнеса для руководства. Достичь этого можно, например, за счет автоматизации отчетов, подключения бота в Telegram, санкционированного доступа к станции из любой точки мира.

Снижает расходы на связь.

Связь между внутренними абонентами IP-АТС бесплатна всегда, независимо от их географического расположения. Также к Asterisk можно подключить любых операторов телефонии, в том числе GSM сим-карты и настроить маршрутизацию вызовов по наиболее выгодному тарифу. Всё это позволяет экономить с первых минут пользования станцией.