CN101207531A - 一种可跨越多级子网的p2p覆盖网建立方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种可跨越多级子网的P2P覆盖网建立方法，包括以下步骤：(1)初始化P2P服务器，(2)节点探测其所在子网的信息，(3)服务器查找相似节点集合：(3.1)服务器对已加入覆盖网的所有节点进行搜索，将节点i的子网信息加入到覆盖网信息中；(4)服务器建立覆盖网连接，规则为：同一个子网中的节点直接连接；下一级子网中仅有一个节点与上一级子网的节点连接；(5)使用端口反弹跨越NAT网关建立覆盖网连接。及一种用所述可跨越多级子网的P2P覆盖网建立方法构筑的系统。本发明能侦测多级子网结构，使用端口反弹技术连接多层子网，建立多级的覆盖网拓扑，适应级连的NAT网关组，可跨越多级子网，传输效率高。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种可跨越多级子网的P2P覆盖网建立方法及系统。
(二)背景技术
P2P网是“peer-to-peer network”的缩写，称为对等网。从网络传输的方式上来说，点对点是一种传输模式，传统传输方式包括广播和组播等。对等网的概念是指在网络拓扑结构中，存在很多设备和网络主机，只要是以单个网络主机开始到其他单个网络主机的数据传输都称为是点对点，与具体实现的软件、协议和方式无关。对等网络的非集中结构、良好的自治性及容错性等特征，使其可能成为Internet上有效的信息共享模型。然而，内容定位问题仍然是大规模P2P网络中信息共享所面临的挑战。
覆盖网是建立在一个或者多个已存在网络之上的网络，通过增加额外的、间接的、虚拟的层，来改善下层网络部分领域中的一些属性，提高网络的性能。覆盖网络扩展性好、灵活性强，概念一经提出，就引起了人们的重视。特别是近几年以来，在现有的Internet传输网络之上构建的完全位于应用层的覆盖网络系统发展很快。
网络地址转换(NAT)是用于将一个地址域(如：专用Intranet)映射到另一个地址域(如：Internet)的标准方法。NAT允许一个机构专用Intranet中的主机透明地连接到公共域中的主机，无需内部主机拥有注册的(以及越来越缺乏的)Internet地址。采用的NAT进行地址转换可以是静态的，也可以是动态的。静态转换就是如果用户在地址转换查找表中配置具体的地址转换对——将定的内部地址静态地址映射到指定的外部地址。内部地址和外部地址的静态是一对一的，当将NAT边界路由器配置为：知道对哪些内部地址必须进行转换、可以用哪些合法地址时，就会进行动态转换。动态转换可以使用多个合法外部地址集。
不管是静态转换、动态转换还是内部全局地址的复用，在配置过程都具有相同的三个步骤：第一步：定义NAT的内部网络和外部网络。首先需要定义哪些网络需要转换，把网络与路由器的连接接口设置为NAT内部接口，然后确定路由器区域中出口点的位置，即数据包离开路由器区域后去往其目的网络需要通过的接口，通常情况下数据包离开后去往Internet。第二步：确保目的网络与地址池中的地址之间的IP连通性，如果配置的是动态或静态转换方式，必须确保外部网络可以访问内部全局网络的子网，将内部网络转换成公共地址，并确保通过路由选择协议或静态路由来进行传播，这是为了保证外部网络可以访问该子网。第三步：对需要进行转换的网络进行配置，如果动态配置地址池，如静态通静命令来实现转换。
对等网是一种以广域网和局域网为基础的覆盖网。对等网将多个位于广域网或局域网中的设备和网络主机通过UDP协议或TCP协议连接成一个覆盖网。该覆盖网的拓扑结构可以是星形、树形或环形。受到现有底层网络的限制，P2P覆盖网深度只能是两层，即如果在对等网中有节点位于多级包含NAT网关的子网中，则覆盖网无法识别该节点的子网结构，只能将其等同于一级子网中的节点对待，因而不能建立高效的覆盖网结构。因此，需要有一种方法可以对多级的子网结构进行探测，并判断各个对等网节点所在位置，并能够跨越多级NAT网关建立连接，组成覆盖网。
(三)发明内容
为了克服已有技术中P2P覆盖网不能识别多级NAT网关，不能跨越多级子网，传输效率低的不足，本发明提供一种能识别多级NAT网关，可跨越多级子网，传输效率高的一种可跨越多级子网的P2P覆盖网建立方法及系统。
本发明的技术方案是：
一种可跨越多级子网的P2P覆盖网建立方法，包括以下步骤：
(1)初始化P2P服务器：
(1.1)初始化P2P服务器的覆盖网信息，包括整个覆盖网包含的节点数目，节点所在的子网信息、各节点之间的连接情况；初始状况下，该覆盖网信息为空，随节点加入覆盖网的数目增加而增加。
(1.2)启动服务器，开启TCP端口连接监听，等待节点加入；
(2)节点探测其所在子网的信息：
(2.1)节点i收集所在子网的信息，包括IP地址、网络掩码和网关IP地址；
(2.2)通过TCP连接向服务器发送收集到的信息；
(3)服务器查找相似节点集合：
(3.1)服务器对已加入覆盖网的所有节点进行搜索，查找与节点i所在子网最上层的NAT网关IP地址相同的节点集合J；
(3.2)若集合J为空，将节点i的子网信息加入到覆盖网信息中；
(3.3)若集合J不为空，将集合J中的每个子网信息与节点i的子网信息比对，若存在与i相同的子网信息，将节点i加入到覆盖网中；
(3.4)若集合J不为空，且节点i的子网信息不存在集合J中，命令节点i与集合J中的每个节点进行信息交互，根据单向可连特性确定节点i所在子网的深度，并加入覆盖网信息；
(4)服务器计算覆盖网结构：服务器根据探测到的子网结构，对所有节点建立覆盖网连接，规则为：位于同一个子网中的所有节点互相直接连接；下一级子网中仅有一个节点与上一级子网的节点连接；
(5)使用端口反弹跨越NAT网关建立覆盖网连接：
(5.1)服务器将更新后的覆盖网结构发送给每个节点，包括节点之间的连接结构和子网信息；
(5.2)下一级子网中的节点使用基于TCP协议的端口反弹技术主动连接上一级子网中的节点；
(5.3)同一级子网中的节点使用TCP协议或UDP协议互连。
一种用所述的可跨越多级子网的P2P覆盖网建立方法构筑的系统，主要包括：服务器单元和节点单元：
所述的服务器单元包括：
(1)服务器端P2P网络通信模块：用于P2P覆盖网服务器与节点之间的通信，包括接收节点信息及向节点发送覆盖网结构，所述P2P网络通信模块的输出端与节点搜索模块连接；
(2)节点搜索模块：用于查找相似节点集合，其输出端与覆盖网计算模块连接：
(2.1)服务器对已加入覆盖网的所有节点进行搜索，查找与节点i所在子网最上层的NAT网关IP地址相同的节点集合J；
(2.2)若集合J为空，将节点i的子网信息加入到覆盖网信息中；
(2.3)若集合J不为空，将集合J中的每个子网信息与节点i的子网信息比对，若存在与i相同的子网信息，将节点i加入到覆盖网中；
(3)覆盖网计算模块：用于根据收集到的各节点的子网结构及其连接关系，计算最优覆盖网拓扑结构，规则为：位于同一个子网中的所有节点互相直接连接；下一级子网中仅有一个节点与上一级子网的节点连接；
(4)P2P网络信息存储模块：其输入端与覆盖网计算模块连接，用于存储搜集到的底层网络信息的模块；
所述的节点单元包括：
(1)节点P2P网络通信模块：与所述的服务器端P2P网络通信模块互联，用于覆盖网中节点与节点之间、节点与服务器之间的通信；
(2)子网信息侦测模块：用于节点对所在网络进行侦测，及节点与节点之间的互动侦测，侦测不同一层次的子网结构，测定子网的深度与位置，所述子网信息侦测模块的输出端与所述节点P2P网络通信模块连接；
(3)跨NAT网关的覆盖网连接模块：其输入端与节点P2P网络通信模块连接，用于使用端口反弹技术从低层次子网向高层次子网进行TCP主动连接，实现下一层子网节点向上一层节点连接时跨越NAT网关；
(4)子网内的覆盖网连接模块：其输入端与节点P2P网络通信模块连接，用于使用普通的网络连接协议在同一个子网中对两个节点进行互连。
本发明的工作原理是：受到现有底层网络的限制，P2P覆盖网深度只能是两层，即如果在对等网中有节点位于多级包含NAT网关的子网中，则覆盖网无法识别该节点的子网结构，只能将其等同于一级子网中的节点对待，因此不能建立高效的覆盖网结构。本发明在每个节点中加入了对子网信息进行探测的功能，信息包括IP地址、网络掩码和网关IP地址，P2P服务器对所有收集到的子网信息进行保存和评价，如果遇到不能直接确定深度的子网则要求相关节点进行联合侦测，以判断某个子网的深度与位置。服务器根据收集到的子网结构，对覆盖网中的每个节点计算连接结构，包括同一级子网和跨多级子网的情况。最后，覆盖网中的每个节点根据服务器计算的覆盖网结构进行连接，连接协议使用TCP或UDP。如果遇到NAT网关的情况，则使用端口反弹技术进行逆向连接，使用TCP协议。
本发明能够根据具体的底层网络拓扑结构自动进行重构，通过在每个节点中加入子网信息收集和联合子网层次结构侦测的功能，使得P2P服务器在计算覆盖网结构的时候能够准确的判断子网情况，从而计算高效的覆盖网拓扑结构。在进行覆盖网建立的过程中，位于同一子网中的节点直接采用TCP或UDP协议互连，位于不同级子网中的节点使用端口反弹技术使用TCP协议进行互连，从而穿越多层子网间的NAT网关。
本发明所述的一种可跨越多级子网的P2P覆盖网建立方法及系统的有益效果主要表现在：能侦测多级子网结构，使用端口反弹技术连接多层子网，建立多级的覆盖网拓扑，适应级连的NAT网关组，可跨越多级子网，传输效率高。
(四)附图说明
图1是本发明一种可跨越多级子网的P2P覆盖网建立方法的流程图。
图2是本发明一种可跨越多级子网的P2P覆盖网系统的结构图。
(五)具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施例一
参见图1：一种可跨越多级子网的P2P覆盖网建立方法，包括以下步骤：
(1)初始化P2P服务器：
(1.1)初始化P2P服务器的覆盖网信息，包括整个覆盖网包含的节点数目，节点所在的子网信息、各节点之间的连接情况；初始状况下，该覆盖网信息为空，随节点加入覆盖网的数目增加而增加。
(1.2)启动服务器，开启TCP端口连接监听，等待节点加入；
(2)节点探测其所在子网的信息：
(2.1)节点i收集所在子网的信息，包括IP地址、网络掩码和网关IP地址；
(2.2)通过TCP连接向服务器发送收集到的信息；
(3)服务器查找相似节点集合：
(3.1)服务器对已加入覆盖网的所有节点进行搜索，查找与节点i所在子网最上层的NAT网关IP地址相同的节点集合J；
(3.2)若集合J为空，将节点i的子网信息加入到覆盖网信息中；
(3.3)若集合J不为空，将集合J中的每个子网信息与节点i的子网信息比对，若存在与i相同的子网信息，将节点i加入到覆盖网中；
(3.4)若集合J不为空，且节点i的子网信息不存在集合J中，命令节点i与集合J中的每个节点进行信息交互，根据单向可连特性确定节点i所在子网的深度，并加入覆盖网信息；
(4)服务器计算覆盖网结构：服务器根据探测到的子网结构，对所有节点建立覆盖网连接，规则为：位于同一个子网中的所有节点互相直接连接；下一级子网中仅有一个节点与上一级子网的节点连接；
(5)使用端口反弹跨越NAT网关建立覆盖网连接：
(5.1)服务器将更新后的覆盖网结构发送给每个节点，包括节点之间的连接结构和子网信息；
(5.2)下一级子网中的节点使用基于TCP协议的端口反弹技术主动连接上一级子网中的节点；
(5.3)同一级子网中的节点使用TCP协议或UDP协议互连。
本方法的具体步骤如下：
第一步：初始化P2P服务器的覆盖网信息，包括整个覆盖网包含的节点数目，节点所在子网信息，和节点之间的覆盖网连接情况。
第二步：开启TCP端口进行连接监听，等待节点的加入。
第三步：判断是否有节点握手信号，如果有则表示有节点希望加入覆盖网。如果没有检测到握手信号，则跳转至第二步。
第四步：节点i收集所在子网的信息，包括IP地址、网络掩码和网关IP地址。
第五步：节点i通过TCP连接向服务器发送收集到的子网信息。
第六步：服务器对已经加入覆盖网的所有节点进行搜索，查找与节点i所在子网最上层的NAT网关IP地址相同的节点集合J。
第七步：判断查找结果的节点集合J是否为空，如果为空则跳转至第十步。
第八步：节点i与节点集合J中每个节点的子网信息进行比对，如果相同，则表示i所在子网已经被侦测到；如果没有相同的子网存在，则表示i来自未被侦测到的子网，节点i和集合J中的每个节点进行相互连接，共同侦测节点i所在子网的结构。
第九步：将侦测到的节点i的子网结构发送至服务器。
第十步：服务器将节点i的子网信息存储进覆盖网。
第十一步：服务器根据探测到的子网结构，对所有覆盖网中的节点根据其子网特点建立覆盖网连接。规则为：位于同一个子网中的所有节点互相直接连接；下一级子网中仅有一个节点与上一级子网中的节点连接。
第十二步：节服务器将更新后的覆盖网结构发送给每个节点，包括节点之间的连接结构和子网信息。下一级子网中的节点使用基于TCP协议的端口反弹技术主动连接上一级子网中的节点。同一级子网中的节点使用TCP协议或UDP协议互连。
第十三步：服务器判断是否所有节点都在覆盖网中，如果不是则跳转至第二步。
第十四步：覆盖网建立完毕。
实施例二
参见图2：一种用所述的可跨越多级子网的P2P覆盖网建立方法构筑的系统，主要包括：服务器单元和节点单元：
所述的服务器单元包括：
(1)服务器端P2P网络通信模块：用于P2P覆盖网服务器与节点之间的通信，包括接收节点信息及向节点发送覆盖网结构，所述P2P网络通信模块的输出端与节点搜索模块连接；
(2)节点搜索模块：用于查找相似节点集合，其输出端与覆盖网计算模块连接：
(2.1)服务器对已加入覆盖网的所有节点进行搜索，查找与节点i所在子网最上层的NAT网关IP地址相同的节点集合J；
(2.2)若集合J为空，将节点i的子网信息加入到覆盖网信息中；
(2.3)若集合J不为空，将集合J中的每个子网信息与节点i的子网信息比对，若存在与i相同的子网信息，将节点i加入到覆盖网中；
(3)覆盖网计算模块：用于根据收集到的各节点的子网结构及其连接关系，计算最优覆盖网拓扑结构，规则为：位于同一个子网中的所有节点互相直接连接；下一级子网中仅有一个节点与上一级子网的节点连接；
(4)P2P网络信息存储模块：其输入端与覆盖网计算模块连接，用于存储搜集到的底层网络信息的模块；
各模块之间的通信依靠服务器端TCP/UDP通信模块连接，服务器端TCP/UDP通信模块用于在底层网络中进行数据交换的模块，包括基于连接的TCP接口和基于非连接的UDP接口。
所述的节点单元包括：
(1)节点P2P网络通信模块：与所述的服务器端P2P网络通信模块互联，用于覆盖网中节点与节点之间、节点与服务器之间的通信；
(2)子网信息侦测模块：用于节点对所在网络进行侦测，及节点与节点之间的互动侦测，侦测不同一层次的子网结构，测定子网的深度与位置，所述子网信息侦测模块的输出端与所述节点P2P网络通信模块连接；
(3)跨NAT网关的覆盖网连接模块：其输入端与节点P2P网络通信模块连接，用于使用端口反弹技术从低层次子网向高层次子网进行TCP主动连接，实现下一层子网节点向上一层节点连接时跨越NAT网关；
(4)子网内的覆盖网连接模块：其输入端与节点P2P网络通信模块连接，用于使用普通的网络连接协议在同一个子网中对两个节点进行互连。
各模块之间的通信依靠节点TCP/UDP通信模块，节点TCP/UDP通信模块用于在底层网络中进行数据交换的模块，包括基于连接的TCP接口和基于非连接的UDP接口、以及建立在TCP协议基础上的端口反弹接口。
Claims (2)
1.一种可跨越多级子网的P2P覆盖网建立方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)初始化P2P服务器：
(1.1)初始化P2P服务器的覆盖网信息，包括整个覆盖网包含的节点数目，节点所在的子网信息、各节点之间的连接情况；
(1.2)启动服务器，开启TCP端口连接监听，等待节点加入；
(2)节点探测其所在子网的信息：
(2.1)节点i收集所在子网的信息，包括IP地址、网络掩码和网关IP地址；
(2.2)通过TCP连接向服务器发送收集到的信息；
(3)服务器查找相似节点集合：
(3.1)服务器对已加入覆盖网的所有节点进行搜索，查找与节点i所在子网最上层的NAT网关IP地址相同的节点集合J；
(3.2)若集合J为空，将节点i的子网信息加入到覆盖网信息中；
(3.3)若集合J不为空，将集合J中的每个子网信息与节点i的子网信息比对，若存在与i相同的子网信息，将节点i加入到覆盖网中；
(3.4)若集合J不为空，且节点i的子网信息不存在集合J中，命令节点i与集合J中的每个节点进行信息交互，根据单向可连特性确定节点i所在子网的深度，并加入覆盖网信息；
(4)服务器计算覆盖网结构：服务器根据探测到的子网结构，对所有节点建立覆盖网连接，规则为：位于同一个子网中的所有节点互相直接连接；下一级子网中仅有一个节点与上一级子网的节点连接；
(5)使用端口反弹跨越NAT网关建立覆盖网连接：
(5.1)服务器将更新后的覆盖网结构发送给每个节点，包括节点之间的连接结构和子网信息；
(5.2)下一级子网中的节点使用基于TCP协议的端口反弹技术主动连接上一级子网中的节点；
(5.3)同一级子网中的节点使用TCP协议或UDP协议互连。
2.一种用权利要求1所述的可跨越多级子网的P2P覆盖网建立方法构筑的系统，其特征在于：主要包括：服务器单元和节点单元：
所述的服务器单元包括：
(1)服务器端P2P网络通信模块：用于P2P覆盖网服务器与节点之间的通信，包括接收节点信息及向节点发送覆盖网结构，所述P2P网络通信模块的输出端与节点搜索模块连接；
(2)节点搜索模块：用于查找相似节点集合，其输出端与覆盖网计算模块连接：
(2.1)服务器对已加入覆盖网的所有节点进行搜索，查找与节点i所在子网最上层的NAT网关IP地址相同的节点集合J；
(2.2)若集合J为空，将节点i的子网信息加入到覆盖网信息中；
(2.3)若集合J不为空，将集合J中的每个子网信息与节点i的子网信息比对，若存在与i相同的子网信息，将节点i加入到覆盖网中；
(3)覆盖网计算模块：用于根据收集到的各节点的子网结构及其连接关系，计算最优覆盖网拓扑结构，规则为：位于同一个子网中的所有节点互相直接连接；下一级子网中仅有一个节点与上一级子网的节点连接；
(4)P2P网络信息存储模块：其输入端与覆盖网计算模块连接，用于存储搜集到的底层网络信息的模块；
所述的节点单元包括：
(1)节点P2P网络通信模块：与所述的服务器端P2P网络通信模块互联，用于覆盖网中节点与节点之间、节点与服务器之间的通信；
(2)子网信息侦测模块：用于节点对所在网络进行侦测，及节点与节点之间的互动侦测，侦测不同一层次的子网结构，测定子网的深度与位置，所述子网信息侦测模块的输出端与所述节点P2P网络通信模块连接；
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