Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
SIP on an Overlay Network
KTH, School of Information and Communication Technology (ICT), Communication Systems, CoS. (CCSlab)
2009 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

With the development of mobile (specifically: wide area cellular telephony) technology, users’ requirements have changed from the basic voice service based on circuit switch technology to a desire for high speed packet based data transmission services. Voice over IP (VoIP), a packet based service, is gaining increasing attention due to its high performance and low cost. However, VoIP does not work well in every situation. Today Network address translation (NAT) traversal has become the main obstruction for future VoIP deployment.

In this thesis we analyze and compare the existing NAT traversal solutions. Following this, we introduce a VoIP over IPSec (VOIPSec) solution (i.e., a VoIP over IPSec virtual private network (VPN) scheme) and an extended VOIPSec solution mechanism. These two solutions were tested and compared to measure their performance in comparison to a version of the same Session Initiation Protocol (SIP) user agent running without IPSec.

In the proposed VOIPSec solution, the IPSec VPN tunnel connects each of the SIP clients to a SIP server, thus making all of the potential SIP participants reachable, i.e., solving the NAT traversal problem. All SIP signaling and media traffic for VoIP calls are transmitted through this prior established tunnel. This VPN tunnel provides the desired universal means for VoIP traffic to traverse NAT equipment. Additionally, the IPSec VPN also guarantees the security of VoIP calls at the IP level.

In order to improve the security level of media streams for the VOIPSec solution, we deployed and evaluated an extended VOIPSec solution which provides end-to-end protection of the real time media traffic. In this extended VOIPSec solution, we used SRTP instead of RTP to carry the media content. This extended method was shown to provide all of the advantages of VOIPSec and SRTP without any additional delay for the media traffic (as compared to the VoIPSec solution).

Note that the solution proposed in this thesis may be of limited practical importance in the future as more NATs become VoIP capable; but the solution is currently essential for facilitating the increasing deployment of VoIP systems in practice. For VoIP calls that do not need end-to-end security, we recommend the use of the VOIPSec solution as a means to solve the NAT traversal problem and to protect traffic at the IP level. When application to application security is not needed we prefer the VOIPSec solution to the extended VOIPSec solution for the following reasons: (1) our test results show that the time for call setup for the extended VOIPSec solution is twice time the time needed for the VOIPSec solution and the extended VOIPSec solution requires the use of user agents that support SRTP. While, the VOIPSec solution does not require a special user agent and all VoIP clients in the market are compatible with this solution. However, when more SIP user agents add support for SRTP, the extended VOIPSec solution will be applicable for users of these SIP user agents.

Abstract [sv]

Med utvecklingen av mobil (specifikt: wide area cellulär telefoni)-teknik, har användarnas krav ändras från den grundläggande röst-tjänst som bygger på krets kopplad teknik till att vilja ha hög-hastighets paket baserade dataöverföringstjänster. Voice over IP (VoIP) som vinner allt mer uppmärksamhet på grund av sin höga prestanda och låga kostnader är en paket baserad telefon tjänst. Däremot fungerar VoIP inte bra i alla situationer. Network address translation (NAT) har blivit det största hinder för en framtida användning av VoIP.

I denna avhandling analyserar vi och jämför nuvarande NAT lösningar. Efter detta inför vi en VoIP över IPSec (VOIPSec) lösning (dvs. ett VoIP över IPSec Virtual Private Network (VPN) system) och en utvidgad VOIPSec lösnings mekanism. Dessa två lösningar testas och jämfördes för att mäta prestationer i förhållande till en version av samma SIP User Agent som körs utan IPSec.

I den föreslagna lösningen VOIPSec ansluter IPSec en VPN-tunnel till varje SIP-klient och SIP-server, vilket gör att alla de potentiella SIP deltagarna kan nås, dvs eventuella NAT problem löses. All SIP-signalering och media trafik för VoIP-samtal överförs via denna etablerade tunnel. Denna VPN-tunnel ger allmänna medel för VoIP-trafik att passera NAT utrustningen. Dessutom ger IPSec VPN också garanterad säkerheten för VoIP-samtal på IP-nivå.

För att förbättra skyddsnivån för mediaströmmar med VOIPSec, skapade vi och utvärderade en utsträckt VOIPSec lösning som innehåller end-to-end skydd av realtids media trafik. I denna utökade VOIPSec lösning, använde vi SRTP stället för RTP för att bära medieinnehåll. Denna utvidgade metod visade sig ge alla fördelar VOIPSec och SRTP kunde erbjuda utan ytterligare dröjsmål för media trafiken (jämfört med VoIPSec lösningen).

Observera att den lösning som föreslås i denna avhandling kan vara av begränsad praktisk betydelse i framtiden då fler NAT lösningar blir VoIP kapabla, men lösningen är idag nödvändigt för att underlätta den ökande användningen av VoIP-system i praktiken. För VoIP-samtal som inte behöver end to end säkerhet rekommenderar vi användning av VOIPSec lösningen som ett sätt att lösa NAT problem och för att skydda trafiken på IP-nivå. När end to end säkerhet inte behövs föredrar vi VOIPSec lösningen av följande skäl: (1) våra testresultat visar att tiden för samtal inställning för det förlängda VOIPSec lösningen är dubbelt den tid som krävs för VOIPSec lösningen och den utökade VOIPSec lösningen kräver användning av användarprogram som stödjer SRTP. Medan VOIPSec lösningen inte kräver en speciell användar agent och alla VoIP-klienter på marknaden är kompatibla med denna lösning. Men när fler SIP användaragenter får stöd för SRTP, kommer den förlängda VOIPSec lösning tillämpas för användare av dessa SIP användarprogram.

Place, publisher, year, edition, pages
2009. , 55 p.
Series
Trita-ICT-EX, 2009:105
Keyword [en]
VOIPSec, NAT, IPSec, SIP, SRTP, VPN
National Category
Communication Systems
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-91491OAI: oai:DiVA.org:kth-91491DiVA: diva2:510441
Subject / course
Communications Systems
Educational program
Master of Science - Internetworking
Presentation
2009-09-11, Seminar room Grimeton, Isafjordsgatan 22, Kista, 13:00 (English)
Uppsok
Technology
Supervisors
Examiners
Available from: 2012-03-16 Created: 2012-03-16 Last updated: 2013-09-09Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(1644 kB)772 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 1644 kBChecksum SHA-512
36825f434c60361f7945423918fb48f37993ffa7fb1ee38aa2d4e9dbe98ce08a48ac9b6e08ef98d03604d6f349ad80e55fd1eb787958addac5db7ae7b97dcca0
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Wu, Xiao
By organisation
Communication Systems, CoS
Communication Systems

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 772 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 404 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf