CN100576847C - 客户终端建立直联隧道的方法及其通信方法以及服务器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的Server-Client模式下的客户终端建立直联隧道的方法为：客户终端通过注册报文向服务器注册，所述服务器根据所述注册报文判断该客户终端的网络类别并进行记录；当客户终端之间进行通信时，所述服务器根据所述客户终端的网络类别发送通知报文，接收到所述通知报文的客户终端建立与对端客户终端的直联隧道。通过在客户终端建立直联隧道时，服务器经过对客户终端的网络类别进行分析，确定是否建立直联通道的Client，控制如何发送通知消息，保证客户终端之间尽可能会快的建立直联隧道，减轻网络服务器的负担，提高网络性能。解决网络应用中和NAT设备的配合问题，加快建立直联隧道的速度。

Description

客户终端建立直联隧道的方法及其通信方法以及服务器

技术领域

本发明涉及Server-Client协议模式的NAT穿越技术，具体涉及一种Server-Client协议模式下客户终端建立直联通道的方法，及客户终端的通信方法，以及该模式下对应的服务器。

背景技术

私网是针对INTERNET公网网络地址不足的问题产生的，实现私网和公网的通信需要通过NAT(Network Address Translator，网络地址转换)进行私网地址与公网地址的相互转换。NAT将大量的内网IP地址转换为一个或少量的公网IP地址，减少对公网IP地址的占用。NAT的最典型应用是：在一个局域网内，只需要一台网络设备连接上Internet，就可以利用NAT共享Internet连接，使局域网内其他网络设备也可以连接到Internet。使用NAT协议，局域网内的设备可以主动访问Internet上的设备，但Internet上的设备无法主动访问局域网内的设备。

Server-Client协议模式是构建私网和公网时广泛应用的一种模式。Server-Client模式的网络服务应用，需要一台网络设备提供网络服务应用的Server功能，其他的设备都作为网络应用的Client。Server设备需要声明提供某种网络服务，而所有的Client都明确网络服务的Server的详细信息。如果Client需要使用该种网络服务时，Client需要根据具体的网络服务应用协议在Server上进行注册。当Client成功的完成注册过程，Client可以正常使用网络服务资源。根据实际的服务应用，Server-Client模式应用可以划分为两种类型：一种为纯粹的Server-Client协议模式，即所有的Client只能和Server建立直接通道，如果Client之间需要进行通信，Client可以在Server上确定对端信息并建立逻辑的通信服务，但是Client之间的通信信息必须通过Server进行转发；另一种可以称为逻辑的Server-Client模式，即Server不但可以提供网络服务，而且Server可以将目标Client的信息通知给源Client，Client之间可以建立直接通道，后续的Client之间的通信数据不再需要Server进行转发。

以DVPN(Dynamic Virtual Private Network，动态虚拟专用网)为例，阐述目前使用上述逻辑Server-Client模式的组网方法。图1为DVPN网络服务应用的网络模型。虚拟专用网VPN1，VPN2和VPN3通过隧道构建成DVPN网络。首先DVPN Client1和DVPN Client2设备需要在DVPN Server设备上成功的完成注册，Client1通过Server可以获得Client2的信息，从而在Client1和Client2之间建立直联通道，保证VPN2和VPN3之间的通信数据直接通过直联通道，而不需要再通过Server进行转发。应用中，Client1和Client2只需要确定Server的信息，对于其他Client的信息均可以通过Server动态获得。

但是现有技术中客户终端建立直联隧道的方法仅适用于客户终端均位于外部公网的情况，如图2所示，DVPN Server和DVPN Client1位于外部公有网络或者Internet，而DVPN client2位于NAT设备的内部私有网络。如果Client1主动请求和Client2建立连接时，NAT设备会丢弃所有的Client1的报文，因为Client1无法主动访问NAT设备的私有网络设备。造成直联隧道的无法建立，VPN1和VPN2之间的所有报文都需要经过Server进行转发，增加了Server的负担，降低了网络的性能。

另外，如图3所示，DVPN Server和DVPN Client2位于同一NAT设备的内部私有网络，DVPN Client1位于外部公有网络或者Internet。如果Client1主动发送数据到Client2，Server将Client2的NAT的外部公网地址，即NAT设备的网络地址通知Client1。Client1根据得到的Client2的地址发起连接请求，所有的报文将因为没有路由而被丢弃或者被NAT设备丢弃，造成隧道的无法建立，同样增加了Server的负担，降低了网络的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：客户终端建立直联隧道的方法及其通信方法以及服务器，能够加快建立直联隧道的速度，提高网络性能，减轻网络服务器的负担。

为解决上述技术问题，本发明提供一种Server-Client模式下的客户终端建立直联隧道的方法，客户终端通过注册报文向服务器注册，所述服务器根据所述注册报文判断该客户终端的网络类别并进行记录；当位于公网的客户终端和位于私网的客户终端进行通信时，所述服务器根据所述客户终端的网络类别向位于私网的客户终端发送通知报文，接收到所述通知报文的客户终端建立与对端客户终端的直联隧道。

进一步，还包括：

当进行通信的客户终端均位于公网或位于同一个私网中时，所述服务器分别向两端的客户终端发送通知报文。

其中，所述注册报文包括：注册报文的源地址信息和发送该注册报文的客户终端的地址信息，以及注册报文的目的地址信息和所述服务器的地址信息。

其中，还包括在服务器中设置网络类别标识，用于标识所述客户终端的网络类别。

本发明还公开一种Server-Client模式下的服务器，所述服务器包括信息解析模块，用于解析来自客户终端的注册报文信息；判决模块，用于判断所述客户终端的网络类型；通信模块，用于接收客户终端的注册报文，并在位于公网的客户终端和位于私网的客户终端进行通信时，根据所述客户终端的网络类型向相应的位于私网的客户终端发送通知报文。

本发明还公开一种Server-Client模式下的客户终端通信的方法，客户终端通过注册报文向服务器注册，所述服务器根据所述注册报文判断该客户终端的网络类别并进行记录；当客户终端之间进行通信时，所述服务器根据所述客户终端的网络类别发送通知报文，接收到所述通知报文的客户终端建立与对端客户终端的直联隧道，通过所述直联隧道与对端客户终端进行通信，未接收到所述通知报文的客户终端通过所述服务器与所述对端客户终端进行通信。

其中，所述服务器发送通知报文的具体过程为：

当位于公网的客户终端和位于私网的客户终端进行通信时，所述服务器向位于私网的客户终端发送通知报文。

其中，所述服务器发送通知报文的过程还包括：

当进行通信的客户终端均位于公网或位于同一个私网中时，所述服务器分别向两端的客户终端发送通知报文。

其中，所述注册报文包括注册报文的源地址信息和发送该注册报文的客户终端的地址信息，以及注册报文的目的地址信息和所述服务器的地址信息。

本发明还公开一种Server-Client模式下的客户终端建立直联隧道的方法，所述客户终端包括位于公网的第一客户终端和位于私网的第二客户终端，所述第一客户终端和第二客户终端分别通过注册报文向服务器注册，所述服务器根据所述注册报文判断该客户终端的网络类别并进行记录；当所述第一客户终端向所述第二客户终端发送数据报文时，所述服务器判断所述第一客户终端的网络类别后，将所述数据报文发送至所述第二客户终端；当所述第二客户终端向所述第一客户终端发送数据报文时，所述服务器判断所述第二客户终端的网络类别后，向所述第二客户终端发送通知报文，所述第二客户终端建立与第一客户终端的直联隧道。

本发明还公开一种Server-Client模式下的客户终端建立直联隧道的方法，所述客户终端包括位于公网的第一客户终端和位于私网的第二客户终端，所述第一客户终端和第二客户终端分别通过注册报文向服务器注册，所述服务器根据所述注册报文判断该客户终端的网络类别并进行记录；当所述第一客户终端与所述第二客户终端之间进行通信时，所述服务器同时判断两个客户终端的网络类别后，向所述第二客户终端发送通知报文，所述第二客户终端建立与第一客户终端的直联隧道。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过在客户终端建立直联隧道时，服务器经过对客户终端的网络类别进行分析，确定是否建立直联通道的Client，控制如何发送通知消息，保证客户终端之间尽可能会快的建立直联隧道，减轻网络服务器的负担，提高网络性能。解决了网络应用中和NAT设备的配合问题，提高网络服务应用的广泛性，加快建立直联隧道的速度。

附图说明

图1是所有设备位于公网的网络结构图；

图2是一个Client位于NAT私网的网络结构图；

图3是Server和一个Client位于公共的NAT私网的网络结构图；

图4是Client向Server注册的流程图；

图5是Server设置NAT-Flag的值的流程图；

图6是Server控制通知消息发送的流程图。

具体实施方式

本发明主要为了解决各种网络应用中和NAT设备的配合问题。NAT穿越技术可以广泛应用于Server-Client模式网络应用中的NAT设备检测和穿越，协商报文的控制(Server可以通过控制通知消息，从而控制NAT私有网络的设备主动发起协议协商)，实现直联隧道的建立，加快建立直联隧道的速度。

本发明提供的Server-Client模式下的客户终端建立直联隧道的方法，客户终端通过注册报文向服务器注册，所述服务器根据所述注册报文判断该客户终端的网络类别并进行记录；当客户终端之间进行通信时，所述服务器根据所述客户终端的网络类别发送通知报文，接收到所述通知报文的客户终端建立与对端客户终端的直联隧道。当位于公网的客户终端和位于私网的客户终端进行通信时，所述服务器向位于私网的客户终端发送通知消息；当进行通信的客户终端均位于公网或位于同一个私网中时，所述服务器分别向两端的客户终端发送通知消息。

所述报文信息包括报文的源地址信息和发送该报文的客户终端的地址信息。当通过所述源地址信息和客户终端的地址信息判断该客户终端是否位于私网时，可以解决客户终端位于私网，服务器位于公网的情况，以及客户终端位于一个私网，服务器位于不同的另一个私网的情况。

为了解决客户终端和服务器位于同一个私网的情况，本发明所述报文信息还包括报文的目的地址信息和所述服务器的地址信息。

本发明所述的客户终端建立直联隧道的方法是通过Server-Client模式下的网络系统实现的，该网络系统包括客户终端和服务器，所述服务器包括信息解析模块，用于解析来自客户终端的报文信息；判决模块，用于判断所述客户终端的网络类别；通信模块，用于接收客户终端的报文，并根据网络类别向客户终端发送通知报文。

利用本发明所述的客户终端建立直联隧道的方法，客户终端通信的方法为：客户终端通过注册报文向服务器注册，所述服务器根据所述注册报文判断该客户终端的网络类别并进行记录；当客户终端之间进行通信时，所述服务器根据所述客户终端的网络类别发送通知报文，接收到所述通知报文的客户终端建立与对端客户终端的直联隧道，通过所述直联隧道与对端客户终端进行通信，未接收到所述通知报文的客户终端通过所述服务器与所述对端客户终端进行通信。

本发明中针对服务器控制通知消息发送的方式公开了两种Server-Client模式下的客户终端建立直联隧道的方法，所述客户终端包括位于公网的第一客户终端和位于私网的第二客户终端，第一种的方法是：所述第一客户终端和第二客户终端分别通过注册报文向服务器注册，所述服务器根据所述注册报文判断该客户终端的网络类别并进行记录；当所述第一客户终端向所述第二客户终端发送数据报文时，所述服务器判断所述第一客户终端的网络类别后，将所述数据报文发送至所述第二客户终端；当所述第二客户终端向所述第一客户终端发送数据报文时，所述服务器判断所述第二客户终端的网络类别后，向所述第二客户终端发送通知报文，所述第二客户终端建立与第一客户终端的直联隧道。

而第二种Server-Client模式下的客户终端建立直联隧道的方法为：所述第一客户终端和第二客户终端分别通过注册报文向服务器注册，所述服务器根据所述注册报文判断该客户终端的网络类别并进行记录；当所述第一客户终端与所述第二客户终端之间进行通信时，所述服务器同时判断两个客户终端的网络类别后，向所述第二客户终端发送通知报文，所述第二客户终端建立与第一客户终端的直联隧道。

以下以本发明在DVPN的网络服务应用中为例，具体阐述本发明的应用过程。

实施例中Server需要记录所有注册Client的地址信息。在本实施例中Server需要为注册Client创建一个NAT-Flag标志，即本发明所述的网络类型标识，用来记录该Client的NAT信息，本实施例中用NAT信息作为判断该Client和Server之间的网络关系。

由于Client在进行注册前，已获悉Server公网地址，以便所有的Client可以通过这个地址在Server上进行注册。

图4描述了DVPN在协商过程中需要传递的与NAT穿越相关的报文信息。本实施例中，在Client向Server注册时，Client发送的注册请求报文中，Client的地址信息以及配置的Server的地址信息都被封装到DVPN应用协议的控制报文信息中，当Server接收到注册请求报文后，解析出其中的控制报文信息，并对其中的地址信息进行判断，同时设置NAT-Flag标志，然后在协商成功后根据该NAT-Flag标志控制通知消息的发送。

图5为Server设置NAT-Flag的工作流程图。本实施例中用两个标识位分别表示Server和Client的对应网络关系类别，个位数字表示Client，十位表示Server。当Server接收到Client的报文时(S1)，从DVPN载荷解析出Client的地址信息(S2)，首先判断Client的地址和报文的源地址信息是否一致(S3)，如果一致，则将表示NAT-Flag的表示Client的标识位置为0，否则，Client的地址信息与报文的源地址信息不一致时，将Client的标识位置为1；然后进一步从解析出的DVPN载荷中的Server地址信息(S4)；判断Server的目的地址信息与Client发送的报文的目的地址是否一致(S5)，如果一致，则说明该服务器位于公网中，将NAT-FLAG的表示Server的网络类别的标识位置为0，如果不一致，则说明Server位于NAT的私网中，将Server的标识位置为1；根据两次判断结果设置NAT-Flag的值(S6)。由上可知，NAT-Flag的值包括00、01、10、11四种状态。之后，Server回应协商成功报文给Client(S7)。值得一提的是，Client是否知道NAT-Flag标志与解决本发明的技术问题无关。

Server记录所有的Client的公网、私网地址信息以及NAT-Flag标志，当Client之间有报文需要进行转发，Server根据记录的Client的信息判断是否发送通知消息。如果发送通知消息，则Client在该通知消息中获得对端的Client的信息，从而自动的和对端Client发起隧道建立协商。

图6为Server对Client的通知消息的控制流程。Server接收到源Client到目的Client的数据报文后(S61)，首先判断目的Client的NAT-Flag值是否为01(S61)，如果是，则转发数据报文，而不将目的Client的信息通知源Client(S65)；如果不是，则进一步判断源Client的NAT-Flag的值是否为10(S62)，如果否，则Server将目的Client的信息通过通知消息通知源Client(S64)；如果是，则进一步判断目的Client的NAT-Flag的值是否为10(S66)，如果是，Server将目的Client的信息通过通知消息通知源Client(S64)，否则，Server转发数据报文(S65)。

以下是Client和Server位于各种网络中时应用本发明的详细过程。

参见图2，客户终端包括Client1和Client2，其中Client1位于公网VPN2，Server位于公网VPN1中，Client2位于NAT内部的私网VPN3中。图中的Client1为数据报文的源，而Client2则为数据报文的目的。Client1发起的数据通信需要Server转发到Client2。如图5所示，此时Client1和Client2均通过上述步骤成功在Server上进行了注册，此时Client1的NAT-Flag标志应该为00，表明Client1和Server之间没有NAT设备；然而Client2的NAT-Flag的标志应该为01，表明Client2和Server之间存在NAT设备，并且Client2相对于Server位于NAT设备的内部私网。Server控制通知消息的过程如图6所示，当Server接收到从Client1到Client2的报文时，判断Client2是否位于私网中，由于Client2的NAT-Flag的值为01，因此不允许Client1主动向Client2建立直联隧道，因此不会向Client1发送通知消息，而仅将Client1的数据报文转发至Client2。当Client2的回应报文需要通过Server转发给Client1时，此时源为Client2，目的为Client1，如图6所示，Server根据Client1的NAT-Flag标识00，以及Client2的NAT-Flag标识01，可以判断Client2可以主动和Client1建立直联通道。Server将Client1的信息通过通知消息通知Client2，当Client2接收到该通知消息，获取Client1的地址信息，从而可以主动在Client2和Client1之间建立一条直联通道。

Server的控制过程中，采用了数据报文的单向处理方式，即通知消息只会向报文的源Client发送，而不会向目的Client发送。例如图2所示，当从Client1到Client2的报文通过Server进行转发时，由于Client2在NAT的私有网络，Server不会将Client2的信息通知给Client1。当Client2回应报文再次通过Server转发给Client1时，Server会将Client1的信息通知给Client2，从而Client2可以发起和Client1建立直联隧道的协商请求，Client2通过直联隧道向Client1发送数据报文。另外一种控制方式为，当有反向的报文通过Server进行转发时可以完成另一个方向的通知消息，该种方式没有实质上的差别。例如图2所示，当从Client1到Client2的报文通过Server进行转发时，由于Client2在NAT的私有网络，Server不会将C1ient2的信息通知给Client1，而是直接继续进行反向的判断，将Client1的信息通知给Client2。

参见图3，客户终端包括Client1和Client2，其中Client1位于外部公网，Server和Client2位于相同NAT设备的内部私网，即Client1仍然需要通过Server与Client2进行通信。当Client2向Server发送注册请求报文进行注册时，由于没有经过NAT转换，Client2的地址信息和报文的源地址信息均为NAT的私网地址信息。Client1和Client2均通过上述步骤成功在Server上进行了注册，此时Client1的NAT-Flag标志应该为10，表明Client1和Server之间有NAT设备，且Server相对于Client1位于私网内；而Client2的NAT-Flag的标志应该为00，表明Client2与Server位于相同的私网中。仍以Client1为数据报文的源Client，而Client2则为数据报文的目的Client为例进行阐述。参见图6，当Server接收到从Client1到Client2的报文时，判断Client2的NAT-Flag的值为00，则进一步判断Client1的NAT-Flag的值为10，Client2的NAT-Flag的值也为10，说明Client2相对于Client1在NAT设备的私网中，因此不允许Client1主动向Client2建立直联隧道，因此不会向Client1发送通知消息，Server在进行通知消息的发送控制时，采用双向处理方式，也就是说，当Server需要将Client1的报文转发给Client2时，先判断是否可以将Client2的信息发送给Client1，然后继续判断是否可以将Client1的信息发送给Client2，然后将通知消息发送至Client2，Client2建立于Client1的直联通道，与Client1直接进行通信。Client2是否允许与Client1通信的过程仍然如图6所示，但是此时的源Client为Client2，目的Client为Client1，判断过程不再赘述。值得注意的是，对于Server控制通知消息采用第一实施例的单向处理方式与采用第二实施例的双向处理方式适用于各种网络类型。

另外，当Client1位于外部公网VPN1，Server位于NAT的内部私网VPN2中，Client2位于另一个私网VPN3中时，Client1仍然需要通过Server与Client2进行通信。当Client1和Client2均通过上述步骤成功在Server上进行了注册，此时Client1的NAT-Flag标志应该为10，表明Client1和Server之间有NAT设备，且Server位于私网；而Client2的NAT-Flag的标志应该为11，表明Client2和Server均位于NAT设备的私网中。因此Server仅将通知消息发送至Client2，Client2建立于Client1的直联通道，与Client1直接进行通信。对于Server对通知消息的控制过程参见图6，不再赘述。

对于源Client和目的Client均位于外部公网的情况或者位于同一个私网中，Server将分别向源Client和目的Client发送通知消息，建立Client间的直联隧道；对于源Client和目的Client分别位于私网和公网的情况，Server将向位于NAT私网中的Client发送通知消息，建立Client间的直联隧道；相反，如果源Client和目的Client均位于不同的私网中，则仅能通过Server进行数据转发，而无法建立Client之间的直联隧道。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1、一种Server-Client模式下的客户终端建立直联隧道的方法，其特征在于：

客户终端通过注册报文向服务器注册，所述服务器根据所述注册报文判断该客户终端的网络类别并进行记录；当位于公网的客户终端和位于私网的客户终端进行通信时，所述服务器根据所述客户终端的网络类别向位于私网的客户终端发送通知报文，接收到所述通知报文的客户终端建立与对端客户终端的直联隧道。

2、根据权利要求1所述的Server-Client模式下的客户终端建立直联隧道的方法，其特征在于，还包括：

当进行通信的客户终端均位于公网或位于同一个私网中时，所述服务器分别向两端的客户终端发送通知报文。

3、根据权利要求2所述的Server-Client模式下的客户终端建立直联隧道的方法，其特征在于，所述注册报文包括：注册报文的源地址信息和发送该注册报文的客户终端的地址信息，以及注册报文的目的地址信息和所述服务器的地址信息。

4、根据权利要求3所述的Server-Client模式下的客户终端建立直联隧道的方法，其特征在于，还包括在服务器中设置网络类别标识，用于标识所述客户终端的网络类别。

5、一种Server-Client模式下的服务器，其特征在于：所述服务器包括信息解析模块，用于解析来自客户终端的注册报文信息；判决模块，用于判断所述客户终端的网络类别；通信模块，用于接收客户终端的注册报文，并在位于公网的客户终端和位于私网的客户终端进行通信时，根据所述客户终端的网络类别向相应的位于私网的客户终端发送通知报文。

6、一种Server-Client模式下的客户终端通信的方法，其特征在于：

客户终端通过注册报文向服务器注册，所述服务器根据所述注册报文判断该客户终端的网络类别并进行记录；当客户终端之间进行通信时，所述服务器根据所述客户终端的网络类别发送通知报文，接收到所述通知报文的客户终端建立与对端客户终端的直联隧道，通过所述直联隧道与对端客户终端进行通信，未接收到所述通知报文的客户终端通过所述服务器与所述对端客户终端进行通信。

7、根据权利要求6所述的Server-Client模式下的客户终端通信的方法，其特征在于，所述服务器发送通知报文的具体过程为：

当位于公网的客户终端和位于私网的客户终端进行通信时，所述服务器向位于私网的客户终端发送通知报文。

8、根据权利要求6所述的Server-Client模式下的客户终端通信的方法，其特征在于，所述服务器发送通知报文的过程还包括：

当进行通信的客户终端均位于公网或位于同一个私网中时，所述服务器分别向两端的客户终端发送通知报文。

9、根据权利要求8所述的Server-Client模式下的客户终端通信的方法，其特征在于，所述注册报文包括注册报文的源地址信息和发送该注册报文的客户终端的地址信息，以及注册报文的目的地址信息和所述服务器的地址信息。

10、一种Server-Client模式下的客户终端建立直联隧道的方法，所述客户终端包括位于公网的第一客户终端和位于私网的第二客户终端，其特征在于：

所述第一客户终端和第二客户终端分别通过注册报文向服务器注册，所述服务器根据所述注册报文判断该客户终端的网络类别并进行记录；当所述第一客户终端向所述第二客户终端发送数据报文时，所述服务器判断所述第一客户终端的网络类别后，将所述数据报文发送至所述第二客户终端；当所述第二客户终端向所述第一客户终端发送数据报文时，所述服务器判断所述第二客户终端的网络类别后，向所述第二客户终端发送通知报文，所述第二客户终端建立与第一客户终端的直联隧道。

11、一种Server-Client模式下的客户终端建立直联隧道的方法，所述客户终端包括位于公网的第一客户终端和位于私网的第二客户终端，其特征在于：

所述第一客户终端和第二客户终端分别通过注册报文向服务器注册，所述服务器根据所述注册报文判断该客户终端的网络类别并进行记录；当所述第一客户终端与所述第二客户终端之间进行通信时，所述服务器同时判断两个客户终端的网络类别后，向所述第二客户终端发送通知报文，所述第二客户终端建立与第一客户终端的直联隧道。

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