CN101945141A - 基于tcp的穿越nat设备的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于TCP的穿越NAT设备的方法，包括：客户端通过位于公网的探测服务器获取经过NAT映射后的IP地址和端口，并探测自身的NAT类型，NAT类型包括：开放型、对称型和锥型；发送方客户端将经过NAT映射后的IP地址和端口及NAT类型通过位于公网的SIP服务器发送给接收方客户端；接收方客户端根据双方的NAT类型决策出双方各自的穿越策略，并将穿越策略通过所述SIP服务器发送给发送方客户端；发送方客户端和接收方客户端根据穿越策略进行穿越，以建立双方客户端的TCP连接。本发明还公开了一种基于TCP的穿越NAT设备的系统。本发明在不同类型NAT之间建立TCP通路，在传输大文件时减小服务器的负荷。

Description

基于TCP的穿越NAT设备的方法及系统
技术领域
本发明涉及计算机网络通信技术领域，特别涉及一种基于TCP的穿越NAT设备的方法及系统。
背景技术
计算机网络技术是通信技术与计算机技术相结合的产物。近年来，计算机网络通信在人们的日常生活中有着越来越重要的地位，用户可以在计算机网络上进行文字、声音和视频的交流，共享文件、图片和视频信息等，从而方便用户的生活、工作和学习。在使用计算机网络进行沟通交流的过程中，服务器压力非常巨大，为了降低服务器的压力，文件传输及音视频传输常采用端到端(peer to peer，P2P)的传输方式。如果两个节点间存在NAT设备，就会给传输造成很大障碍，因此需要在NAT设备之间建立通路，而ITEF RFC3489制定了一些分类方法并对NAT进行了简单分类，但是并未针对不同的NAT设备及其组合给出可建立通路的方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何穿越NAT设备，并在不同的NAT类型设备之间建立TCP通路。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种基于TCP的穿越NAT设备的方法，包括以下步骤：
S1：客户端通过位于公网的探测服务器获取经过NAT映射后的IP地址和端口，并探测自身的NAT类型；
S2：发送方客户端将经过NAT映射后的IP地址和端口及NAT类型通过位于公网的SIP服务器发送给接收方客户端；
S3：所述接收方客户端根据双方的NAT类型决策出双方各自的穿越策略，并将穿越策略通过所述SIP服务器发送给发送方客户端；
S4：发送方客户端和接收方客户端根据穿越策略进行穿越，以建立发送方客户端和接收方客户端的TCP连接。
其中，所述步骤S1中对NAT类型的探测在所述客户端登录服务端时进行，并将探测到的NAT类型缓存到客户端本地。
其中，所述步骤S1中获取经过NAT映射后的IP地址和端口的步骤包括：
所述客户端向所述探测服务器发送数据包；
所述探测服务器收到所述数据包后将所述经过NAT映射后的IP地址和端口发送给所述客户端。
其中，所述NAT类型包括：开放型、对称型和锥型，所述步骤S1中客户端探测自身NAT类型的步骤包括：
S101：向第一探测服务器发送探测请求，要求第一探测服务器回应给客户端数据所使用的IP和端口要与客户端连接到该探测服务器的IP和端口都相同；
S102：收到第一探测服务器的回应后，判断连接的第一探测服务器的IP是否和客户端本地IP相同，若相同，则NAT类型为开放型，否则执行步骤S103；
S103：向第二探测服务器发送探测请求，要求第一探测服务器回应给客户端数据所使用的IP和端口要与客户端连接到该探测服务器的IP和端口都相同；
S104：收到第二探测服务器的回应后，判断连接的第一探测服务器获得的经过NAT映射后的IP和端口是否与连接的第二探测服务器获得的经过NAT映射后的IP和端口分别相同，若相同，则NAT类型为锥型，否则为对称型。
其中，所述步骤S4中根据穿越策略穿越过程中，当客户端A的NAT为开放型，客户端B的NAT为对称型或锥型时，包括以下步骤：
A端启动监听，等待连接；
B端直接连接A端；
A端返回可用于通信的套接字，通路建立成功。
其中，所述步骤S4中根据穿越策略穿越过程中，当客户端A的NAT为锥型，客户端B的NAT为对称型时，包括以下步骤：
A端向B端对应应用程序端口及按端口号顺序在指定端口前后各5个端口发送打洞包；
A端启动监听，等待连接；
B端直接连接A端；
A端返回可用于通信的套接字，通路建立成功。
其中，所述步骤S4中根据穿越策略穿越过程中，当客户端A和B的NAT都为锥型时，包括以下步骤：
A端开启第一线程向B端对应应用程序端口发送打洞包；
A端启动监听，等待连接；
A端开启第二线程，直接连接B端；
B端开启与所述第一线程相同的线程向A端指定端口发送打洞包；
B端启动监听，等待连接；
B端开启与所述第二线程相同的线程，直接连接A端。
本发明还提供了一种基于TCP的穿越NAT设备的系统，包括：
探测模块，用于客户端通过位于公网的探测服务器获取经过NAT映射后的IP地址和端口，并探测自身的NAT类型；
地址及NAT类型传输模块，用于发送方客户端将经过NAT映射后的IP地址和端口及NAT类型通过位于公网的SIP服务器发送给接收方客户端；
穿越策略制定模块，用于所述接收方客户端根据双方的NAT类型决策出双方各自的穿越策略，并将穿越策略通过所述SIP服务器发送给发送方客户端；
穿越模块，用于发送方客户端和接收方客户端根据穿越策略进行穿越，以建立发送方客户端和接收方客户端的TCP连接。
(三)有益效果
本发明通过公网的探测服务器和SIP服务器获得经过NAT转换后的IP和端口，并制定不同NAT类型之间了穿越策略，建立了不同NAT类型的基于TCP的连接通路，以该通路传输大文件(如音视频文件)时降低了服务器的负荷，提高了传输效率。
附图说明
图1是本发明实施例的一种基于TCP的穿越NAT设备的方法流程图；
图2是图1方法中探测NAT类型的流程图；
图3是图1方法中穿越不同NAT类型设备建立TCP通路的流程图；
图4本发明实施例的一种基于TCP的穿越NAT设备的系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例的基于传输控制协议(TransmissionControl Protocol，TCP)的跨网络地址转换(Network AddressTranslation，NAT)设备的文件传输方法流程图。包括：
步骤S1，客户端通过位于公网的探测服务器获取经过NAT映射后的IP地址和端口，并探测自身的NAT类型，NAT类型包括：开放型(open)、对称型(symmetrical)和锥型(cone)。获取经过NAT映射后的IP地址和端口的步骤包括：客户端向探测服务器发送stun格式数据包；探测服务器收到该数据包后将经过NAT映射后的IP地址和端口发送给客户端，具体地，发送一个stun格式数据包，其中包含经过NAT映射后的IP地址和端口，客户端收到该数据包后就可得到经过NAT映射后的IP地址和端口。探测NAT类型时，客户端通过与探测服务器的多次交互，获得自己的NAT类型，具体步骤如图2所示，包括：
步骤S201，向第一探测服务器发送探测请求，要求第一探测服务器回应给客户端数据所使用的IP和端口要与客户端连接到该探测服务器的IP和端口都相同；
步骤S202，收到第一探测服务器的回应后，判断连接的第一探测服务器的IP是否和客户端本地IP相同，若相同，则NAT类型为开放型，否则执行步骤S203；
步骤S203，向第二探测服务器发送探测请求，要求第一探测服务器回应给客户端数据所使用的IP和端口要与客户端连接到该探测服务器的IP和端口都相同；
步骤S204，收到第二探测服务器的回应后，判断连接的第一探测服务器获得的经过NAT映射后的IP和端口是否与连接的第二探测服务器获得的经过NAT映射后的IP和端口分别相同，若相同，则NAT类型为锥型，否则为对称型。
客户端获得自身的经过NAT映射后的IP地址和端口优选在登录服务器时进行，并把NAT类型缓存在本地，避免重复探测。
步骤S2，发送方客户端将经过NAT映射后的IP地址和端口及NAT类型通过位于公网的SIP服务器发送给接收方客户端。
步骤S3，接收方客户端根据双方的NAT类型决策出双方各自的穿越策略，并将穿越策略通过SIP服务器发送给发送方客户端。
步骤S4，发送方客户端和接收方客户端根据穿越策略进行穿越。穿越步骤如图3所示。
当客户端A的NAT为open型，客户端B的NAT为对称型或锥型时，如图3中(a)所示，包括以下步骤：
A端启动监听，等待连接；
B端直接连接A端；
A端返回可用于通信的套接字，通路建立成功，具体调用accept函数返回可用于通信的套接字。
当客户端A的NAT为锥型，客户端B的NAT为对称型时，如图3中(b)所示，包括以下步骤：
A端向B端对应应用程序端口及按端口号顺序在指定端口前后各5个端口发送打洞包，如，80端口的前后为：75、76、77、78、79和81、82、83、84、85端口；
A端启动监听，等待连接；
B端直接连接A端；
A端返回可用于通信的套接字，通路建立成功，具体调用accept函数返回可用于通信的套接字。
当客户端A和B的NAT都为锥型时，如图3中(c)所示，包括以下步骤：
A端开启第一线程向B端指定端口发送打洞包；
A端启动监听，等待连接；
A端开启第二线程，直接连接B端；
B端开启与所述第一线程相同的线程向A端对应应用程序端口发送打洞包；
B端启动监听，等待连接；
B端开启与所述第二线程相同的线程，直接连接A端。
其中，上述打洞包为stun格式数据包。上述探测结束后即建立了客户端A和B的跨NAT设备的TCP连接。
本发明还公开了一种基于TCP的穿越NAT设备的系统，如图4所示，包括：探测模块，用于客户端通过位于公网的探测服务器获取经过NAT映射后的IP地址和端口，并探测自身的NAT类型；地址及NAT类型传输模块，用于发送方客户端将经过NAT映射后的IP地址和端口及NAT类型通过位于公网的SIP服务器发送给接收方客户端；穿越策略制定模块，用于所述接收方客户端根据双方的NAT类型决策出双方各自的穿越策略，并将穿越策略通过所述SIP服务器发送给发送方客户端；穿越模块，用于发送方客户端和接收方客户端根据穿越策略进行穿越，以建立发送方客户端和接收方客户端的TCP连接。
本发明广泛用在位于NAT设备后的计算机节点大量交互数据的情形，尤其用于即时通信软件的客户端位于NAT设备之后，且要传输视频、音频等文件时能够穿越NAT设备建立TCP连接，以传输文件。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (8)

1.一种基于TCP的穿越NAT设备的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：客户端通过位于公网的探测服务器获取经过NAT映射后的IP地址和端口，并探测自身的NAT类型；
S2：发送方客户端将经过NAT映射后的IP地址和端口及NAT类型通过位于公网的SIP服务器发送给接收方客户端；
S3：所述接收方客户端根据双方的NAT类型决策出双方各自的穿越策略，并将穿越策略通过所述SIP服务器发送给发送方客户端；
S4：发送方客户端和接收方客户端根据穿越策略进行穿越，以建立发送方客户端和接收方客户端的TCP连接。
2.如权利要求1所述的基于TCP的穿越NAT设备的方法，其特征在于，所述步骤S1中对NAT类型的探测在所述客户端登录服务端时进行，并将探测到的NAT类型缓存到客户端本地。
3.如权利要求1或2所述的基于TCP的穿越NAT设备的方法，其特征在于，所述步骤S1中获取经过NAT映射后的IP地址和端口的步骤包括：
所述客户端向所述探测服务器发送数据包；
所述探测服务器收到所述数据包后将所述经过NAT映射后的IP地址和端口发送给所述客户端。
4.如权利要求1或2所述的基于TCP的穿越NAT设备的方法，其特征在于，所述NAT类型包括：开放型、对称型和锥型，所述步骤S1中客户端探测自身NAT类型的步骤包括：
S101：向第一探测服务器发送探测请求，要求第一探测服务器回应给客户端数据所使用的IP和端口要与客户端连接到该探测服务器的IP和端口都相同；
S102：收到第一探测服务器的回应后，判断连接的第一探测服务器的IP是否和客户端本地IP相同，若相同，则NAT类型为开放型，否则执行步骤S103；
S103：向第二探测服务器发送探测请求，要求第一探测服务器回应给客户端数据所使用的IP和端口要与客户端连接到该探测服务器的IP和端口都相同；
S104：收到第二探测服务器的回应后，判断连接的第一探测服务器获得的经过NAT映射后的IP和端口是否与连接的第二探测服务器获得的经过NAT映射后的IP和端口分别相同，若相同，则NAT类型为锥型，否则为对称型。
5.如权利要求4所述的基于TCP的穿越NAT设备的方法，其特征在于，所述步骤S4中根据穿越策略穿越过程中，当客户端A的NAT为开放型，客户端B的NAT为对称型或锥型时，包括以下步骤：
A端启动监听，等待连接；
B端直接连接A端；
A端返回可用于通信的套接字，通路建立成功。
6.如权利要求4所述的基于TCP的穿越NAT设备的方法，其特征在于，所述步骤S4中根据穿越策略穿越过程中，当客户端A的NAT为锥型，客户端B的NAT为对称型时，包括以下步骤：
A端向B端对应应用程序端口及按端口号顺序在指定端口前后各5个端口发送打洞包；
A端启动监听，等待连接；
B端直接连接A端；
A端返回可用于通信的套接字，通路建立成功。
7.如权利要求4所述的基于TCP的穿越NAT设备的方法，其特征在于，所述步骤S4中根据穿越策略穿越过程中，当客户端A和B的NAT都为锥型时，包括以下步骤：
A端开启第一线程向B端对应应用程序端口发送打洞包；
A端启动监听，等待连接；
A端开启第二线程，直接连接B端；
B端开启与所述第一线程相同的线程向A端指定端口发送打洞包；
B端启动监听，等待连接；
B端开启与所述第二线程相同的线程，直接连接A端。
8.一种基于TCP的穿越NAT设备的系统，其特征在于，包括：
探测模块，用于客户端通过位于公网的探测服务器获取经过NAT映射后的IP地址和端口，并探测自身的NAT类型；
地址及NAT类型传输模块，用于发送方客户端将经过NAT映射后的IP地址和端口及NAT类型通过位于公网的SIP服务器发送给接收方客户端；
穿越策略制定模块，用于所述接收方客户端根据双方的NAT类型决策出双方各自的穿越策略，并将穿越策略通过所述SIP服务器发送给发送方客户端；
穿越模块，用于发送方客户端和接收方客户端根据穿越策略进行穿越，以建立发送方客户端和接收方客户端的TCP连接。
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