圖片來自于互聯(lián)網(wǎng)

　　我們一說到NAT問題，讀者馬上就會(huì)聯(lián)想到路由器配置或者路由器的地址轉(zhuǎn)換方面的內(nèi)容。今天，我們針對(duì)應(yīng)用層的NAT-ALG進(jìn)行一個(gè)比較完整的詳解介紹，幫助讀者進(jìn)一步加深對(duì)SIP中的ALG配置，和其帶來的影響。

　　大部分的讀者可能已經(jīng)了解了網(wǎng)絡(luò)OSI的架構(gòu)，這里不再做過多介紹。ALG全稱是Application-level gateway。其應(yīng)用包括很多。我們使用的SIP是其中一種。

　　圖片來自于互聯(lián)網(wǎng)

　　ALG支持4種功能，其中一個(gè)比較重要的功能就是“防火墻”功能。注意，這里的防火墻是加了引號(hào)的，因?yàn)樵诋?dāng)前針對(duì)SIP的部署環(huán)境中，SBC承擔(dān)了SIP防火墻的功能。關(guān)于SBC的完整的介紹，讀者可以查閱筆者的歷史文檔，筆者對(duì)SBC部署發(fā)布了大量的技術(shù)資料，因此，這里不再重復(fù)。

　　如何搭建一個(gè)完整免費(fèi)的邊界會(huì)話控制器（SBC）測(cè)試場(chǎng)景

　　ALG可以把網(wǎng)絡(luò)層的地址公網(wǎng)地址和內(nèi)網(wǎng)地址進(jìn)行NAT處理轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)進(jìn)行互聯(lián)互通。在具體的實(shí)際應(yīng)用中，ALG會(huì)重寫一些SIP修改的消息內(nèi)容來保證SIP服務(wù)器端和SIP終端之間地址的統(tǒng)一，保證其連接正常。這里，讀者一定要注意幾個(gè)需要注意到提示：

　　因?yàn)榇蟛糠值腟IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用基本上都涉及了外網(wǎng)用戶注冊(cè)的問題，設(shè)備在NAT后，或者SIP服務(wù)器是公網(wǎng)部署。所以部署方案會(huì)帶來很多潛在的問題。很多時(shí)候，在一些中小型企業(yè)通信的部署環(huán)境中，通過修改路由器的ALG配置可以解決一定的問題。但是，隨著部署環(huán)境越來越復(fù)雜，客戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)使用的靈活性要求越來越高，因此VOIP解決方案部署和NAT問題一直處于一種并存狀態(tài)，這種狀態(tài)給客戶帶來很多呼叫問題，包括單通，呼叫掉線，呼叫后無語音等問題。通過ALG開啟或者關(guān)閉的設(shè)置，一些簡(jiǎn)單的問題都可以被輕松處理。接下來，我們具體介紹一下ALG針對(duì)SIP和SDP到底做了哪些處理。

　　首先說明，ALG可以做NAT轉(zhuǎn)換同樣的工作，但是，ALG僅在第七層中進(jìn)行處理。因?yàn)锳LG是路由器的內(nèi)置功能，因此，ALG主要做以下幾個(gè)方面的工作：

　　簡(jiǎn)單示例說明，如果一個(gè)在內(nèi)網(wǎng)的SIP終端需要和公網(wǎng)的SIP服務(wù)器連接，它首先需要通過路由器出局，并且告訴公網(wǎng)SIP服務(wù)器其SIP終端的公網(wǎng)地址。否則，SIP公網(wǎng)服務(wù)器不能和一個(gè)私人網(wǎng)IP的終端進(jìn)行通信。那怎么辦呢？只能通過路由器的ALG轉(zhuǎn)換一個(gè)公網(wǎng)地址，然后和SIP服務(wù)器連接互通，返回時(shí)，路由器再通過這個(gè)綁定消息返回到內(nèi)網(wǎng)SIP終端。這就是ALG簡(jiǎn)單的工作原理。在ALG處理中，SIP和SDP都需要進(jìn)行修改處理：

　　注意，在七層協(xié)議中，ALG和proxy服務(wù)器的地址轉(zhuǎn)換有所不同。ALG設(shè)置無需SIP用戶端進(jìn)行配置，而proxy則需要用戶端或者SIP服務(wù)器進(jìn)行適當(dāng)配置。以下示例就是一個(gè)典型的在路由器上開啟ALG功能設(shè)置以后，SIP內(nèi)網(wǎng)終端連接外網(wǎng)SIP服務(wù)器時(shí)的一個(gè)呼叫請(qǐng)求，在這個(gè)呼叫請(qǐng)求，SIP終端的Via，Contact發(fā)生轉(zhuǎn)換的流程，ALG把Via和Contact通過公網(wǎng)地址進(jìn)行了修改，替換為路由器公網(wǎng)地址，然后發(fā)送到SIP服務(wù)器。

　　圖片來自于互聯(lián)網(wǎng)

　　我們討論了關(guān)于ALG處理的一些參數(shù)。為了解決NAT問題，其實(shí)很多終端或者服務(wù)器端已經(jīng)增加了針對(duì)NAT的功能支持，可以非常友好地解決NAT問題。但是，還有一部分產(chǎn)品沒有支持NAT檢測(cè)功能。因此，有時(shí)需要ALG開啟，有時(shí)又需要ALG關(guān)閉。接下來，我們將討論開啟或者關(guān)閉ALG的必要性。

　　現(xiàn)在NAT問題非常普遍，很多SIP終端設(shè)備已經(jīng)具備了NAT檢測(cè)功能。但是市場(chǎng)上一些SIP終端（可能思科話機(jī)和比較老的品牌的話機(jī)有一部分不支持NAT檢測(cè)）仍然沒有支持NAT檢測(cè)。不支持NAT檢測(cè)功能的SIP終端對(duì)七層應(yīng)用中消息寫入一個(gè)私網(wǎng)IP地址。遠(yuǎn)端SIP服務(wù)器就會(huì)根據(jù)這個(gè)私網(wǎng)地址返回SIP響應(yīng)。因?yàn)檫@個(gè)SIP終端是在NAT背后的私網(wǎng)地址，所以，SIP服務(wù)器端返回的消息永遠(yuǎn)不會(huì)抵達(dá)SIP終端。這樣的話，類似這樣的SIP終端就需要路由器開啟ALG支持，通過ALG來修正到正確的IP地址上。如果SIP終端是在NAT背后的話，并且此SIP終端沒有支持NAT檢測(cè)，那么，這些設(shè)備就需要開啟路由器的ALG功能設(shè)置。過路由器以后，沒有開啟ALG功能。路由器出局的IP地址仍然是一個(gè)私網(wǎng)地址。如下示例：

　　開啟路由器的ALG功能以后，SIP服務(wù)器/IPPBX收到的SIP和SDP地址則修改為其公網(wǎng)地址，包括SIP header和SDP消息體內(nèi)容。在下面的示例中，我們?cè)诼酚善鏖_啟了ALG設(shè)置，SIP服務(wù)器可以收到其帶公網(wǎng)地址的SIP/SDP消息。這樣的話，不支持NAT檢測(cè)的SIP終端如果路由器開啟了ALG設(shè)置的話，則可以成功修改相關(guān)IP地址，可以保證和外網(wǎng)SIP服務(wù)器進(jìn)行正常互通。

　　因此，如果是不帶NAT檢測(cè)功能的終端，如果在NAT環(huán)境下，大部分情況下需要開啟ALG功能。

　　前面我們討論了在一些必要的SIP終端缺乏支持NAT檢測(cè)功能的時(shí)候，需要開啟ALG功能來解決公網(wǎng)IP地址的問題。但是，在很多場(chǎng)景中，SIP呼叫業(yè)務(wù)又不需要開啟ALG功能。很多時(shí)候，我們經(jīng)常聽到技術(shù)人員說“檢測(cè)路由器，關(guān)閉ALG設(shè)置”。確實(shí)，關(guān)閉ALG設(shè)置可以解決很多問題。但是，我們?cè)谑裁磿r(shí)候需要關(guān)閉ALG呢？通常情況下，有幾種情況需要讀者考慮關(guān)閉ALG功能：

　　在當(dāng)前的部署環(huán)境中，我們看到的環(huán)境大部分是SIP服務(wù)器端支持NAT檢測(cè)，SIP終端很少需要NAT檢測(cè)的設(shè)置。所以，很多廠家，包括一些開源的SIP軟交換或媒體服務(wù)器都能夠支持NAT檢測(cè)設(shè)置。如果是一個(gè)能夠檢測(cè)NAT的SIP服務(wù)器，它可以檢測(cè)到自己的公網(wǎng)IP地址，并且發(fā)送SIP消息之前，會(huì)把自己的公網(wǎng)地址寫入到SIP和SDP消息中。NAT檢測(cè)可以綁定某些外網(wǎng)的分機(jī)，通過修改地址的方式發(fā)送到NAT環(huán)境以外的SIP終端�，F(xiàn)在，我們討論兩個(gè)基本點(diǎn)使用場(chǎng)景。一種是SIP服務(wù)器或者IPPBX在NAT背后場(chǎng)景。如果此SIP服務(wù)器在NAT背后的話是這樣處理的，ALG關(guān)閉以后，在內(nèi)網(wǎng)的SIP服務(wù)器或者IPPBX會(huì)自動(dòng)檢測(cè)NAT設(shè)置，在發(fā)送SIP消息前修改SIP/SDP中的內(nèi)網(wǎng)地址為公網(wǎng)地址，然后發(fā)送到外網(wǎng)的SIP終端，SIP終端就會(huì)收到一個(gè)帶公網(wǎng)地址的SIP服務(wù)器的SIP/SDP消息，這樣就會(huì)保證其互通成功。如果這種環(huán)境下開啟ALG設(shè)置的話，可能會(huì)干擾SIP/SDP地址的發(fā)送。

　　另外一種情況是SIP服務(wù)器或者IPPBX部署在公網(wǎng)環(huán)境或者云平臺(tái)，SIP分機(jī)在帶NAT的內(nèi)網(wǎng)環(huán)境中。通常的處理方式可以是這樣的：在SIP 服務(wù)器創(chuàng)建分機(jī)時(shí)，其分機(jī)屬性設(shè)置支持NAT=yes以后，內(nèi)網(wǎng)的SIP終端對(duì)SIP服務(wù)器端發(fā)送消息，路由器的ALG是關(guān)閉狀態(tài)，SIP服務(wù)器收到SIP終端的消息后，包括其SIP終端的內(nèi)網(wǎng)地址和SDP消息，看到分機(jī)設(shè)置為NAT=yes的設(shè)置，SIP服務(wù)器就會(huì)意識(shí)到有一個(gè)來自帶NAT處理請(qǐng)求的SIP終端，這個(gè)終端要求修改SIP/SDP的內(nèi)網(wǎng)地址為發(fā)送消息的公網(wǎng)地址。外網(wǎng)的SIP 服務(wù)器或者IPPBX就會(huì)替換掉Via中的SIP內(nèi)網(wǎng)地址為一個(gè)Receivedd IP地址。SIP服務(wù)器通過這個(gè)Via 中的IP地址返回到公網(wǎng)地址和SIP終端。以下是一個(gè)FreePBX中關(guān)于NAT=yes的設(shè)置策略，這個(gè)參數(shù)設(shè)置比較智能地解決了NAT問題，同時(shí)也不需要開啟路由器的ALG設(shè)置。

　　這里，路由器的ALG是關(guān)閉狀態(tài)，因此SIP終端的內(nèi)網(wǎng)IP地址就會(huì)發(fā)送到SIP服務(wù)器端，根據(jù)NAT=yes的設(shè)置選項(xiàng)，SIP服務(wù)器端修改了Via此SIP的公網(wǎng)地址，然后返回到此公網(wǎng)。這樣的設(shè)置可以解決大部分的NAT問題。注意，有一些路由器也會(huì)干擾消息的處理，如果關(guān)閉ALG不能工作的話，技術(shù)人員需要開啟ALG設(shè)置做進(jìn)一步的測(cè)試。

　　因此，如果SIP服務(wù)器/IPPBX那個(gè)智能支持一個(gè)NAT=yes的選項(xiàng)，SIP服務(wù)器端自己首先進(jìn)行NAT處理，無需開啟路由器的ALG，可以幫助用戶能夠快速智能地解決大部分的問題。

　　提醒讀者，開源Asterisk或者FreeSWITCH都能非常智能地支持類似的功能，具體的設(shè)置語法包括：

　　FreeSWITCH撥號(hào)規(guī)則中使用 <condition field="${sip_nat_detected}" expression="true">

　　Asterisk中的PJSIP配置文件中的local_net 和external_media_address等參數(shù)

　　如果通過FreePBX界面配置的話，參考www.freepbx.org.cn 的技術(shù)資料

　　除了我們剛才討論的是否開啟ALG NAT功能以外，關(guān)于ALG設(shè)置還有兩個(gè)比較重要的功能，它們分別是ALG超時(shí)設(shè)置和ALG媒體轉(zhuǎn)發(fā)功能（sip-direct-media）。相對(duì)ALG地址的轉(zhuǎn)換以外，這兩個(gè)功能使用的場(chǎng)景可能相對(duì)比較少，但是它們有時(shí)仍然可能對(duì)呼叫產(chǎn)生一定的影響。在SIP會(huì)話處理過程中，一個(gè)呼叫可能涉及了多個(gè)定時(shí)器，包括最底層的路由器的UDP超時(shí)設(shè)置和SIP服務(wù)器/IPPBX端的SIP終端的會(huì)話的超時(shí)設(shè)置。但是，這些超時(shí)設(shè)置取值的大小會(huì)引起相互之間的沖突。例如，如果路由器的UDP超時(shí)設(shè)置是60秒的話，SIP服務(wù)器的SIP終端超時(shí)設(shè)置為120秒，那么，路由器中ALG的這個(gè)UDP超時(shí)會(huì)首先啟動(dòng)，超時(shí)后，UDP端口可能就會(huì)關(guān)閉，SIP服務(wù)器仍然多關(guān)閉的端口發(fā)送SIP呼叫的話，最終呼叫就會(huì)失敗。因此，路由器的ALG超時(shí)設(shè)置一定要高于SIP服務(wù)器的各種會(huì)話超時(shí)設(shè)置-keepalive（注冊(cè)超時(shí)，option超時(shí)，呼叫超時(shí)設(shè)置）的最低值，這樣可以保證SIP服務(wù)器端的SIP終端可能始終獲得開放的UDP端口。

　　在一些特殊情況下或者SIP服務(wù)提供商為了節(jié)省帶寬費(fèi)用，SIP呼叫需要支持媒體轉(zhuǎn)發(fā)功能，繞過了SIP服務(wù)器的媒體處理能力支持，直接轉(zhuǎn)發(fā)到其他媒體服務(wù)器。通常情況下，如果需要支持類似的功能的話，技術(shù)人員需要在SIP服務(wù)器/IPPBX端進(jìn)行設(shè)置，現(xiàn)在的PBX都有類似的功能支持。這樣的可以降低直接對(duì)接的SIP媒體服務(wù)器的負(fù)載，降低了帶寬資源的耗費(fèi)，提高了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)呼叫的效率提高，但是會(huì)導(dǎo)致SIP服務(wù)器錄音丟失，CDR記錄缺乏，缺乏呼叫控制等其他問題。路由器的ALG也可以支持類似的功能（sip-direct-media），如果用戶在路由器端的ALG上設(shè)置了類似的功能，那么，呼叫的媒體轉(zhuǎn)發(fā)就會(huì)直接在ALG上進(jìn)行處理。

　　目前很多工具可以排查ALG的問題。Wireshark是首選的排查工具，用戶可以通過對(duì)路由器抓包來觀察進(jìn)入路由器和離開路由器期間地址的變化。路由器開啟ALG以后，抓包測(cè)試SIP服務(wù)器地址，或者終端地址的變化。有時(shí)，一些用戶如果不能直接訪問路由器的設(shè)置的話，也可以下載測(cè)試工具來檢查自己的路由器是否開啟或者關(guān)閉了ALG設(shè)置。如下示例，如果筆者的網(wǎng)絡(luò)中支持了ALG開關(guān)，ALG檢測(cè)工具可以檢測(cè)到true或者false的設(shè)置。

　　sip-alg-detector

　　https://github.com/ibc/sip-alg-detector

　　當(dāng)前的SIP呼叫業(yè)務(wù)的要求越來越復(fù)雜，本身路由器針對(duì)ALG功能支持相對(duì)比較簡(jiǎn)單，它天生具有一定的局限性。所以，如果使用SIP呼叫時(shí)，很多用戶一般都關(guān)閉了ALG功能，通過SBC來處理SIP呼叫業(yè)務(wù)�，F(xiàn)在，我們討論幾個(gè)關(guān)于ALG功能局限性話題：

　　根據(jù)目前市場(chǎng)上，用戶對(duì)ALG的反饋，一些路由器廠家針對(duì)ALG或者SIP設(shè)置功能的支持不友好，帶來一些不穩(wěn)定的因素，所以很多用戶一般選擇關(guān)閉ALG功能。

　　ALG在NAT處理過程中替換一些必要的地址，有可能會(huì)替換掉SIP消息中的Call-ID的IP地址參數(shù)。如果修改了call-id的話，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)SIP會(huì)話管理出現(xiàn)問題，同一呼叫中系統(tǒng)出現(xiàn)了不同的會(huì)話消息，呼叫就會(huì)失敗。

　　一些兼容性不好的路由器針對(duì)ALG的語法構(gòu)建支持不好，很多時(shí)候在重寫SIP消息時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)一些非法的字符，ALG處理以后的SIP內(nèi)容格式破壞了SIP語法格式，SIP服務(wù)器端解析消息出現(xiàn)問題。

　　ALG僅支持了SDP的Payload，缺少針對(duì)SIP的其他支持，例如加密的SDP，TLS，F(xiàn)QDN解析處理，SIP認(rèn)證處理機(jī)制，IPv6環(huán)境中對(duì)SIP的支持比較弱等問題。

　　針對(duì)SIP終端支持的BLF功能，其ALG兼容性相對(duì)比較弱（ALG僅支持3000-byte SIP 消息數(shù)據(jù)）。因?yàn)锽LF需要產(chǎn)生大量的Notify消息，這些消息數(shù)據(jù)會(huì)超過ALG所限定的數(shù)據(jù)量。大家可以想象一下，如果幾百臺(tái)SIP話機(jī)都開啟了BLF功能的話，都需要經(jīng)過ALG處理的話，它們之間相互交互交互就會(huì)導(dǎo)致路由器負(fù)載很高。如果因?yàn)榇罅繑?shù)據(jù)交換引起系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，也可能最終導(dǎo)致其他的消息格式錯(cuò)誤。因?yàn)閁DP數(shù)據(jù)損壞導(dǎo)致的問題已經(jīng)是SIP呼叫的一個(gè)大的問題。UDP Fragmentation Breaks SIP in Today's IP-PBXs

　　http://blog.tmcnet.com/third-screen/2009/03/udp_fragmentation_breaks_sip_in_todays_ip-pbxs.html

　　ALG缺少針對(duì)SIP methods和安全，其他SIP拓展的支持。市場(chǎng)上，大部分的路由器缺少專門針對(duì)SIP應(yīng)用等功能比較完善的支持，一些廠家也針對(duì)ALG增加了一些針對(duì)SIP協(xié)議場(chǎng)景的拓展功能，因此，ALG功能得到了一定的提升。但是，其功能仍然很難完全滿足運(yùn)營(yíng)級(jí)SIP呼叫的業(yè)務(wù)需求。畢竟，路由器的產(chǎn)品定位和會(huì)話邊界控制器（SBC）的定位是不一樣的。因此，如果需要非常專業(yè)的專門針對(duì)SIP和媒體處理的業(yè)務(wù)需求，強(qiáng)烈建議用戶使用SBC來管理SIP呼叫和其他相關(guān)的業(yè)務(wù)功能。

　　通過SBC實(shí)現(xiàn)SIP分機(jī)的外網(wǎng)注冊(cè)功能

　　路由器的ALG配置一直是用戶非常關(guān)心的話題。筆者認(rèn)為，通過本文章完整的介紹，讀者可以基本上了解了關(guān)于ALG的功能，啟用/關(guān)閉ALG的條件場(chǎng)景，以及ALG目前的局限性。

　　首先，筆者介紹了ALG的使用背景和技術(shù)特點(diǎn)，然后筆者針對(duì)具體的場(chǎng)景分別做了不同的說明。用戶需要在什么時(shí)候開啟ALG功能，什么時(shí)候關(guān)閉ALG功能。通過非常細(xì)節(jié)的拓?fù)鋱D示例說明了工作的流程。然后，筆者介紹了幾款關(guān)于ALG檢測(cè)的實(shí)用工具，用戶可以直接通過本地根據(jù)來檢查路由器開啟狀態(tài)。最后，筆者討論了ALG的一些局限性，幫助讀者能夠?qū)�ALG有一個(gè)完整專業(yè)的認(rèn)識(shí)，也幫助用戶能夠了解針對(duì)SIP的部署的解決方案-SBC。通過SBC部署滿足越來越復(fù)雜的SIP相關(guān)技術(shù)需求。

　　最后，筆者這里再次說明，本人沒有可能耗費(fèi)太多精力去測(cè)試多臺(tái)路由器的ALG功能，因此不會(huì)針對(duì)每一款產(chǎn)品做出非常準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，因此，在文章編寫過程中可能出現(xiàn)一些錯(cuò)誤的表述，望讀者諒解。因?yàn)槁酚善鲝S家對(duì)ALG功能支持的力度有所不同，可能導(dǎo)致不同的設(shè)置結(jié)果。因此，強(qiáng)烈建議讀者自己親自在自己的環(huán)境中，通過不同配置，然后使用排查工具來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

　　https://tools.ietf.org/html/rfc2663

　　https://github.com/ibc/sip-alg-detector

　　https://tools.ietf.org/html/rfc4566#section-5

　　https://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/ios-xml/ios/ipaddr_nat/configuration/xe-3s/nat-xe-3s-book/iadnat-fw-sip-alg-hardng.html

　　https://wiki.asterisk.org/wiki/display/AST/Configuring+res_pjsip+to+work+through+NAT

　　https://www.researchgate.net/publication/291299719_Firewall-friendly_VoIP_secure_gateway_and_VoIP_security_issues/link/56c54e3a08ae736e704719a1/download

　　https://support.ringlogix.com/index.php?/Knowledgebase/Article/View/167/38/sip-alg-detector

　　https://fortinetweb.s3.amazonaws.com/docs.fortinet.com/v2/attachments/01b12c6d-1a17-11e9-9685-f8bc1258b856/fortigate-sip-60.pdf

　　https://www.juniper.net/documentation/en_US/junos/topics/topic-map/security-sip-alg.html

　　https://www.ecg.co/blog/125-sip-and-fragments-together-forever

　　關(guān)注微信公眾號(hào)：asterisk-cn，獲得有價(jià)值的Asterisk/SIP技術(shù)和行業(yè)分享

　　權(quán)威Asterisk freepbx FreeSBC技術(shù)文檔： www.freepbx.org.cn

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