Traversée d'un équipement de traduction d'adresse NAT pour messages de signalisation conformes au protocole SIP

La présente invention est relative aux réseaux de communication. Elle concerne plus précisément le problème de la transmission de messages de signalisation au travers d'équipements de traductions d'adresses tels des « NAT ».

Les réseaux de communication actuels permettant l'établissement de session de communication au moyen de protocoles de signalisation tels H.323, MGCP (Media Gateway Control Protocol) ou SIP [Session Initiation Protocol) et SDP (Session Description Protocol).

Ce protocole SIP est défini par le RFC 3261 de l'IETF (Internet Engineering Task Force) et il a pour double but de permettre : - la mise en relation entre deux parties,

- la négociation des caractéristiques de la session à établir (débit vidéo, encodeur (CODEC) à utiliser, etc.), via le protocole SDP.

Une partie appelante souhaitant appeler une autre partie peut adresser un message de signalisation (« Invite ») à un élément de signalisation, dit « Proxy », contenant son adresse personnelle, l'adresse physique de son terminal (ou, plus généralement, un client, ou encore un

« user agent ») et l'adresse personnelle de la partie appelée. L'élément de signalisation dispose des moyens (« registrar ») pour mettre en correspondance l'adresse personnelle de la partie appelée et l'adresse physique du terminal correspondant. Grâce à cette mise en correspondance, le message de signalisation peut être acheminé à la partie appelante.

Si elle accepte l'appel, celle-ci répond alors par de nouveaux messages de signalisation comportant l'adresse physique du terminal ou client (ou « user agent »). Ainsi, chacun des deux terminaux connaissant l'adresse

physique de l'autre partie, ils peuvent établir une connexion IP (Internef Protocol) pour la transmission des données (voix, vidéo...).

Un problème se pose toutefois avec les équipements de traduction d'adresses, connus sous l'acronyme de NAT (« Network Address Translation ») ou NAPT (« Network Adress Port Translation ») et définis dans le RFC 1631 ,

« The IP Network Address Translator », et dans le RFC 3022 « Traditional IP

Network Address Translator (Traditional NAT) ». Ces équipements sont prévus pour interfacer un sous-réseau (typiquement, un réseau privé) avec le réseau public Internet. Les équipements (terminaux) du sous-réseau ont des adresses physiques IP dont la validité est limitée au sous-réseau. Lorsqu'ils souhaitent établir des communications avec des équipements situés hors du sous-réseau, l'équipement de traduction d'adresses leur affecte une adresse publique temporaire, valable pour le réseau public, et mémorise l'association entre l'adresse privée du client et son adresse publique temporaire.

L'équipement de traduction d'adresses NAT modifie donc à la volée les messages transmis entre le réseau privé et le réseau public, en

- transformant les adresses privées des terminaux en adresses publiques, dans les entêtes IP des messages sortants, c'est-à-dire allant du réseau privé vers le réseau public, et en

- transformant les adresses publiques des terminaux en adresses privées, dans les entêtes IP des messages entrant, c'est-à-dire allant du réseau public vers le réseau privé.

Un problème se pose donc pour la traversée des équipements de traduction d'adresses par les messages de signalisation SIP/SDP (ou H.323 ou autres). Ce problème est connu sous l'expression « NAT traversai » en langue anglaise (traversée de NAT).

Il est par exemple décrit sur l'encyclopédie participative « wikipedia » à l'adresse : « http://en.wikipedia.org/wiki/NAT_traversal.html » et évoqué

dans le RFC 3235 de l'IETF, intitulé « Network Adàress Translation (NAT) - Friendly Application Design Guidelines ». Il a également été exposé dans le draft IETF intitulé « Considérations for Sélection of Techniques for NAT Traversai » de J. Rosenberg, publié en février 2005.

Les protocoles de signalisation, comme SIP et SDP, sont considérés comme des protocoles applicatifs. Le protocole SIP/SDP, par exemple, peut être transmis par le protocole TCP ou UDP, eux-même étant situés au-dessus de IP dans la pile protocolaire. Un message SIP est donc en fait une suite de paramètres encapsulée dans un message TCP ou UDP, lui-même encapsulé dans un message IP.

Les équipements de traduction d'adresses NAT ne modifient que les paramètres situés au niveau de la couche IP, laissant intacts les paramètres situés dans des couches plus hautes. Autrement dit, les adresses physiques contenues dans les messages

SIP et SDP ne sont pas modifiées par les équipements de traduction d'adresses, au contraire des adresses contenues dans les entêtes IP.

Il en résulte que le destinataire (le client appelé) du message de signalisation ne connaîtra que l'adresse privée du client appelant. Or, celle-ci n'ayant du sens que dans le réseau privé, il ne pourra pas y avoir d'établissement de session de communication.

Ce problème étant bien connu, de nombreuses solutions ont été proposées pour le résoudre. On peut distinguer deux approches principales pour résoudre ce problème : des approches basées sur le client appelant et des approches basées sur un serveur ou un équipement du réseau de communication.

Dans la première catégorie, on peut citer le mécanisme STUN (« Simple Traversai of UDP throυgh NATs »), décrit dans Ie RFC 3489. Ce

mécanisme permet à un client (ou terminal) de connaître son adresse publique. Ainsi, préalablement à l'émission d'un message vers le réseau public, le client appelant transmet une requête à un serveur STUN situé dans ce réseau public. Celui-ci lui répond par un message contenant l'adresse (et le port) sous laquelle il « voit » le client, c'est-à-dire son adresse publique.

Le client peut alors utiliser cette adresse publique pour indiquer, via le protocole SDP, à quelle adresse il souhaite que recevoir des réponses.

Cette solution souffre toutefois d'une limitation majeure, puisque de nombreux NAT sont dits « symétriques » et associent une adresse publique à un couple de parties. Aussi, l'adresse publique attribuée par le NAT au client peut être différente pour la communication avec le serveur STUN et pour la session à établir avec l'autre partie. Dans un pareil cas, la communication entre le client et l'autre partie ne peut pas être établie.

D'autres propositions, basées sur le même principe, ont été faites pour améliorer la situation, comme les mécanismes TURN (« Traversai Using Refay NAT »). Le mécanisme TURN est décrit dans le document « draft- rosenberg-midcom-turn-09.txt », publié en mars 2006 sur le site de l'IETF.

Toutefois ni le mécanisme STUN, ni le mécanisme TURN ne sont adaptés au protocole SIP. Aussi, un nouveau mécanisme, ICE (« Interactive Connectivity

Establishment ») a été proposé pour adapter la traversée des messages de signalisation SIP. Il se base sur les mécanismes STUN et TURN en les adaptant. Le mécanisme ICE est décrit dans le document « draft-ietf-mmusic- ice-10.txt », également publié sur le site de l'IETF en août 2006 et intitulé « Interactive Connectivity Establishment: A Methodology for Network Address Translator (NAT) Traversai for Offer/Answer Protocol ».

La seconde catégorie de solutions repose sur un équipement au sein du réseau de communication. Il est à noter que les premières solutions mettaient en œuvre un serveur au sein du réseau (serveur STUN, par

exemple), mais l'initiative étant celle du client. Dans cette seconde famille de solutions, au contraire, l'initiative et la mise en oeuvre des solutions de traversée de NAT appartient à un équipement de réseau.

Une première solution appartenant à cette famille est par exemple d'associer une passerelle applicative à l'équipement de traduction d'adresses NAT. Ce mécanisme est connu sous le nom de ALG pour « Application Layer Gateway » ou « Application-level Gateway » en langue anglaise et est défini dans le paragraphe 2.9 du RFC 2663 intitulé « /P Network Address Translator (NAT) Terminology and Considérations » publié en août 1999. Cette passerelle (ou un NAT ayant les fonctionnalités d'une telle passerelle) dispose des moyens de compréhension des protocoles applicatifs utilisés par les messages. Elle peut notamment comprendre le contenu des messages de signalisation et traduire les adresses physiques contenus dans les messages SDP afin que les parties échangent leurs adresses publiques et non leurs adresses privées et puissent ainsi établir des sessions de communication.

Une variante de cette solution consiste à utiliser à utiliser un contrôleur de session dit SBC (pour « Session Border Controller ») qui se situera sur les chemins des messages de signalisation. Ce type de produit permet de contrôler la transmission des sessions de communication et des messages de signalisation entre les deux réseaux. Plus précisément, le SBC peut jouer le rôle d'un élément de signalisation « proxy » SIP qui peut contrôler des moyens de transmission de média (un « média proxy ») par un protocole tel Megaco afin que les sessions de communication s'établissent convenablement entre les parties.

Le draft IETF intitulé « Fυnctionality of Existing Session Border Controller (SBC) », publié en février 2005 décrit plus explicitement le fonctionnement d'un contrôleur de session SBC.

D'autres solutions encore existent dans l'une et l'autre de ces deux grandes catégories, sans qu'aucun ne s'impose définitivement par rapport aux autres.

Du coup, un même réseau de communication peut mettre en œuvre simultanément plusieurs solutions. Un client de communication ne sait a priori pas si le réseau auquel il est associé met en oeuvre une solution de traversée : il peut alors mettre en oeuvre une solution de type ICE alors que le réseau met en oeuvre une solution de type ALG ou SBC.

Le fait de déployer deux solutions est redondant et engendre de la perte de ressources, mais en outre les solutions peuvent se perturber mutuellement et engendrer un mauvais fonctionnement du réseau de communication : les adresses contenues dans les messages de signalisation peuvent être modifiées d'une mauvaise façon, ou alors qu'il ne fallait pas, par l'équipement ALG ou SBC. Finalement, les sessions de communication ne peuvent pas être établies.

Ce problème ne semble pas avoir été soulevé jusqu'à aujourd'hui. Une solution que l'on peut proposer serait de désactiver manuellement les mécanismes mis en œuvre par un client SIP (ICE, STUN, TURN...) lorsque celui-ci sait être « attaché » à un SBC ou à une passerelle ALG.

Une telle façon de faire est cependant complexe à mettre en œuvre : pour qu'un client sache qu'il est attaché à une passerelle ALG ou à un SBC, il doit connaître la topologie du réseau de son fournisseur d'accès. De plus, la configuration doit être manuellement modifiée chaque fois que le client est attaché à un nouveau réseau.

Par ailleurs, cette approche n'est pas optimale puisque dès qu'une solution basée sur une passerelle ALG ou un SBC est déployée, elle est, par construction, préférée à la solution basée sur le client. Or, c'est cette dernière solution qui est généralement optimale puisqu'elle permet au client de

maîtriser l'établissement de la session de communication et ne met pas en oeuvre un relais média comme les solutions SBC ou ALG.

Le but de l'invention est de pallier ces inconvénients en proposant une façon de faire cohabiter de façon optimale les solutions basées sur les clients et les solutions basées sur le réseau de communication (ALG, SBC.)

Un premier objet de l'invention est un procédé d'établissement d'une session de communication entre un client (ou « user agent ») de communication appelant et un client de communication appelé, au travers d'un réseau de communication comportant au moins un équipement de traduction d'adresses, dit « NAT ».

Le procédé comporte des étapes de transmissions de messages de signalisation, transitant par le ou les équipements de traduction d'adresses et permettant l'échange des adresses physiques des clients de communication pour l'établissement de la session de communication. Au moins un des clients de communication met en œuvre une solution de traversée d'équipement de traduction d'adresses.

Le procédé se caractérise : - d'une part en ce qu'au moins un des clients de communication ajoute au sein d'au moins un message de signalisation émis, un paramètre représentatif de la mise en œuvre de la solution de traversée d'équipement de traduction d'adresses ; et - d'autre part, en présence d'un tel paramètre, les équipements du réseau de communication ne mettent pas en œuvre leurs propres solutions de traversée d'équipement de traduction d'adresses.

Selon des mises en œuvre de l'invention, le message de signalisation émis est conforme au protocole SIP. Il peut s'agir d'un message « Invite », mais également d'autres types de messages (« Register », « Notify »...)

Le paramètre peut être un entête conforme au protocole SIP, ou bien un paramètre conforme au protocole SDP.

La solution de traversée d'équipement peut être une solution appartenant à un groupe comportant les mécanismes STUN, ICE, TURN...

L'invention peut également prévoir qu'en l'absence du paramètre, les équipements du réseau de communication mettent en œuvre leurs propres solutions de traversée d'équipement de traduction d'adresses.

En outre, lorsqu'un équipement du réseau de communication met en œuvre sa propre solution de traversée, il peut insérer un paramètre dans le message de signalisation sortant représentatif de cette mise en oeuvre.

L'invention a également comme objet un client de communication disposant de moyens d'émission de messages de signalisation pour l'établissement d'une session de communication avec au moins un autre client de communication, et de moyens de traversée d'équipement de traduction d'adresses.

Le client selon l'invention est novateur en ce qu'il dispose de moyens pour, préalablement à l'émission d'un message de signalisation, ajouter au sein de celui-ci, un paramètre représentatif de la mise en œuvre de ces moyens de traversée d'équipement de traduction d'adresses.

Selon des mises en œuvre de l'invention, le message de signalisation émis est conforme au protocole SIP. Il peut s'agir d'un message « Invite », mais également d'autres types de messages (« Register », « Notify »...) Le paramètre peut être un entête conforme au protocole SIP, ou bien un paramètre conforme au protocole SDP.

La solution de traversée d'équipement peut être une solution appartenant à un groupe comportant les mécanismes STUN, ICE, TURN...

Le client selon l'invention peut en outre disposer de moyens pour lorsque les moyens de traversée d'équipement de traduction d'adresses sont

indisponibles, ajouter au sein du message de signalisation émis, un paramètre représentatif de la non-mise en oeuvre des moyens de traversée d'équipement de traduction d'adresses.

L'invention a également comme objet un réseau de communication permettant l'établissement de session(s) de communication entre un client de communication appelant et un client de communication appelé et comportant au moins un équipement de réseau. Le ou les équipements de réseau comprennent au moins un équipement de traduction d'adresses et le réseau de communication comporte en outre des moyens de traversée du ou des équipements de traduction d'adresses.

Le réseau de communication selon l'invention est caractérisé par le fait qu'en présence, au sein d'un message de signalisation reçu, d'un paramètre représentatif de la mise en œuvre de moyens de traversée d'équipement de traduction d'adresses par le client de communication, les équipements de réseau ne mettent pas en œuvre leurs propres moyens de traversée d'équipement de traduction d'adresses.

Selon des mises en œuvre de l'invention, le message de signalisation émis est conforme au protocole SIP. Il peut s'agir d'un message « Invite », mais également d'autres types de messages (« Register », « Notify »...)

Le paramètre peut être un entête conforme au protocole SIP, ou bien un paramètre conforme au protocole SDP.

La solution de traversée d'équipement peut être une solution appartenant à un groupe comportant les mécanismes STUN, ICE, TURN... Le réseau de communication selon l'invention peut également être prévu pour qu'en l'absence de ce paramètre, les équipements du réseau de communication mettent en œuvre leurs propres solutions de traversée d'équipement de traduction d'adresses.

Il peut également être prévu que lorsqu'un équipement du réseau de communication met en œuvre sa propre solution de traversée, il insère un

paramètre dans le message de signalisation sortant, ce paramètre étant représentatif de cette mise en œuvre.

Les caractéristiques et les avantages de l'invention apparaîtront de façon plus claire dans la description qui va suivre, en liaison avec la figure annexée.

Cette figure 1 schématise un exemple de réseau de communication dans lequel l'invention peut être mise en œuvre.

Dans cet exemple de la figure 1 , le réseau de communication est formé de 3 réseaux SN ₁ , SN ₂ et SN, reliés par deux équipements de traduction d'adresses NAT ₁ et NAT ₂ . Il s'agit là d'un cas classique où chaque client de communication C ₁ et C ₂ est connecté à un sous-réseau privé, respectivement SN ₁ et SN ₂ . Chacun de ces sous-réseaux privés est connecté à un réseau public SN par l'intermédiaire d'un équipement de traduction d'adresses, NAT ₁ et NAT ₂ respectivement.

D'autres cas sont toutefois possibles. Par exemple, un seul équipement de traduction d'adresses NAT peut être déployé entre deux sous- réseaux privés appartenant à deux parties d'une entreprise. On peut imaginer aussi la situation où l'un des deux clients est connecté à un sous-réseau privé sans usage d'un NAT. Auquel cas, un seul équipement de traduction d'adresses NAT est déployé, entre l'autre sous-réseau privé et le sous-réseau public.

Le réseau de communication (principalement le réseau public SN) comporte au moins un équipement. Ces équipements peuvent être des noeuds de transmission IP, comme des routeurs, mais également des serveurs, des éléments de signalisation, proxy SIP, de serveurs d'appel... Sur la figure 1 , par soucis de clarté, seuls les équipements de traduction d'adresses NAT ₁ et NAT ₂ , ainsi qu'un serveur d'appel CS ont été représentés. Ce serveur d'appel CS est

considéré par la suite dans son acception la plus générale et recouvre donc les éléments de signalisation « proxy SIP », les « softswitches », les contrôleurs d'appel (« cal/ controller ») etc.

L'établissement d'une session de communication fait partie de l'état de la technique bien connue de l'homme de métier. Schématiquement, elle consiste en des étapes de transmission de message de signalisation entre les deux clients de communication C ₁ et C ₂ . Ce flux de signalisation fs est transmis par le serveur d'appel CS situé dans le réseau public SN. Comme évoqué précédemment, ces transmissions de messages de signalisation permettent l'échange des adresses physiques des clients de communication C ₁ et C ₂ , et permettent ainsi l'établissement de la session de communication fm entre les deux clients de communication : le flux média (voix, données, vidéo...) fm peut alors être transmis entre les deux clients en utilisant ces adresses physiques échangées.

Les messages de signalisation transitent par les équipements de traduction d'adresses NAT ₁ et NAT ₂ . Aussi, chacun des deux clients de communication C ₁ et C ₂ possèdent (pendant une session) une adresse physique publique, attribuée par l'équipement de traduction d'adresses auquel il est attaché et différente de son adresse physique privée.

Afin de pouvoir établir la session de communication fm, les deux clients doivent échanger leurs adresses physiques publiques (et non leurs adresses physiques privées).

On suppose dans l'exemple de la figure 1 que le client de communication appelant C ₁ met en œuvre une solution de traversée d'équipement de traduction d'adresse (« NAT Traversai »). Il est entendu par l'expression « mettre en œuvre » que non seulement le client possède des moyens de traversée d'équipement de traduction d'adresses, mais en outre

que ceux-ci sont activés. On peut en effet imaginer la situation où ces moyens sont désactivés pour différentes raisons (panne, dé-configuration manuelle car l'utilisateur les juge pas assez performants etc.)

Ces moyens de traversée peuvent être conformes aux différentes solutions disponibles dans l'état de la technique existant et à venir, qui sont basées sur les clients de communication. On peut ainsi citer les mécanismes STUN, TURN ou ICE, cités précédemment.

Préalablement à l'émission d'un message de signalisation, le client de communication appelant C ₁ ajoute dans ce message un paramètre qui représente le fait qu'une solution de traversée d'équipement de traduction d'adresses est mise en œuvre par le client C ₁ .

Dans le cadre d'une mise en oeuvre utilisant le protocole SIP, ce message de signalisation est typiquement un message « INVITE ».

Le message de signalisation, une fois émis, est transmis à l'équipement de traduction d'adresses NAT ₁ , puis à d'autres équipements du réseau public SN. Eventuellement, avant de parvenir à l'équipement de traduction d'adresses NAT ₁ , il peut également avoir transité par des équipements du sous-réseau privé SN ₁ .

Certains de ces équipements peuvent posséder des moyens de traversée d'équipements de traduction d'adresses. Ces moyens peuvent être conformes aux solutions exposées précédemment : il peut s'agir de ceux d'une passerelle ALG (Application Loyer Gateway) ou d'un serveur SBC (Session Border Confro//er).

En présence du paramètre représentatif de la mise en œuvre de moyens de traversée de NAT (par le client C ₁ ) dans le message reçu, ces équipements de réseau ne mettent pas en œuvre leurs propres moyens de traversée de NAT.

De cette façon, on garantit que dès lors qu'un client de communication met en oeuvre une solution de traversée de NAT, aucun équipement de réseau ne mettre en oeuvre sa solution propre. Il est donc garanti qu'une et une seule solution est mise en oeuvre, pour un appel donné.

Ce paramètre ajouté par le client dans les messages de signalisation émis peut être une entête selon le protocole SIP. Il peut ainsi prendre la forme d'un mot-clé suivi d'une valeur, tel la chaîne :

« X-Media- Processing: No-Processing »

Le terme « X-Media -Processing » est purement indicatif. Il peut s'agir de n'importe quelle chaîne non encore utilisée dans le cadre du protocole SIP et de ses extensions.

La valeur « No-Processing » est elle-aussi indicative, et précise qu'aucun traitement ne doit être effectuée par les équipements de réseau (c'est à dire aucune mise en oeuvre des moyens de traversée de NAT).

Alternativement, le paramètre peut être un paramètre du protocole SDP (Session Description Protocol). Il pourrait alors prendre la forme d'un mot-clé suivi d'une valeur, tel la chaîne :

« a = media-processing no-processing »

Dans le cas où les moyens de traversée d'équipement de traduction d'adresses du client de communication C ₁ sont indisponibles, il peut : - soit ne pas ajouter de paramètre représentatif de la mise en oeuvre d'une solution de traversée de NAT dans le message de signalisation émis, soit ajouter un paramètre représentatif de la non-mise en oeuvre de solution de traversée de NAT.

Pour ce qui est de la première option, par soucis de compatibilité, les équipements de réseau recevant un message de signalisation ne comportant pas de paramètre représentatif de la mise en oeuvre d'une solution de traversée de NAT adoptent un comportement selon l'état de la technique. Autrement dit, s'ils disposent des moyens de traversée de NAT, ils les mettront en oeuvre.

Pour le second cas, ce paramètre peut être similaire au premier paramètre.

Il peut par exemple s'agir d'un entête SIP qui utilisera le même mot- clé que le premier paramètre. Ainsi, il peut s'agir d'une chaîne de la forme :

« X-Media-Processing: Processing -Required »

La chaîne « Processing -Required » est indicative et signifie qu'aucune solution de traversée de NAT n'étant déployée par le client de communication appelant C ₁ , une solution doit être mise en oeuvre par un équipement du réseau de communication.

Ce paramètre peut également être ajouté comme un paramètre SDP, ainsi qu'expliqué précédemment.

Un client de communication appelant peut être amené à ajouter un tel paramètre, s'il ne dispose pas de moyens de traversée de NAT, ou bien si, en possédant, ceux-ci ne sont pas disponibles (serveur STUN en panne...) ou parce que l'utilisateur a choisi de les désactiver.

Lorsqu'un équipement de réseau a mis en œuvre une solution de traversée de NAT, il peut insérer dans le message de signalisation sortant un paramètre représentatif de cette mise en œuvre, afin qu'un autre éventuel équipement situé sur le chemin du message de signalisation ne mettre également en œuvre ses propres moyens de traversée de NAT.

Ce mode de réalisation de l'invention permet de résoudre le problème supplémentaire qui pourrait être posé par la présence de plusieurs serveurs SBC ou passerelles ALG au sein d'un réseau de communication.

Ce nouveau paramètre peut être implémenté de différentes façons. Il peut s'agir, par exemple, d'un entête SIP ou d'un paramètre SDP distinct de celui représentatif de la mise en œuvre d'une solution de traversée par le client. Il peut également s'agir du même entête SIP ou du même paramètre SDP, prenant alors une valeur spécifique.

Dans le cas d'une implémentation utilisant un entête SIP, ce paramètre peut prendre la forme de la chaîne « X-Media-Processing: Processed », le mot-clé « Processed » étant arbitraire.

Si le message de signalisation entrant contenait un paramètre (par exemple associé à la valeur « Processing-Requested »), sa valeur est modifiée par l'équipement pour devenir « Processed » dans le message de signalisation sortant.

Si le message de signalisation entrant ne contenait pas de paramètre, celui-ci peut alors l'ajouter dans le message de signalisation sortant.