CN102075588B - 一种实现网络地址转换nat穿越的方法、系统和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现网络地址转换(NAT)穿越的方法和系统，客户端和前端设备分别获取自身以及对端设备的备选IP地址，并根据获取到的备选IP地址，确定所能组成的传输链路，进而根据不同传输链路的优先级依次对各传输链路进行测试，利用测试结果为通的传输链路进行视频数据传输。本发明同时公开了一种用户设备，该用户设备为客户端或前端设备。应用本发明所述的方案，不但简单安全，而且能够降低数据的延迟和丢包率，并能够减轻分发服务器的负载。

Description

一种实现网络地址转换NAT穿越的方法、系统和设备

技术领域

本发明涉及移动通信技术，特别涉及一种实现网络地址转换(NAT，Network Address Translator)穿越的方法、系统和设备。

背景技术

随着互联网(Internet)和第三代移动通信(3G，3^rd Generation)网络的发展，公网互联网协议(IP，Internet Protocol)地址短缺已经成为一个十分突出的问题，为此，很多私网内部都需要使用私网IP地址，如现有3G网络中，手机等客户端所获得的都是私网IP地址。与此同时，随着技术的不断发展，基于宽带技术的视频监控应用逐步得到了推广，并且，随着3G网络的不断普及，视频监控应用已逐渐进入了无线时代，用户可以通过客户端以及前端设备等实现远程监控以及视频点播等功能，所述客户端通常是指手机或个人计算机(PC，Personal Computer)等，而前端设备则通常是指摄像机、云台、视频服务器以及视频录像机等。

另外，对于私网内的设备，当其接入公网时，由于私网设备使用的是私网IP地址，该地址对于公网来说是不可见的，因此需要采用NAT穿越技术，将私网IP地址映射为公网IP地址，这样，才能实现与公网之间的通信。在3G网络的视频监控应用中，由于客户端使用的为私网IP地址，因此很多情况下，比如客户端和前端设备分别位于两个不同的局域网内，两者之间需要通过互联网进行通信时，就需要用到NAT穿越技术。具体来说，可采用以下两种NAT穿越方式：

1)通过端口映射来实现NAT穿越

简单来说，端口映射就是指建立公网网关的端口与私网IP地址之间的映射关系，通过这个端口往来的所有数据均对应到该私网IP地址上。但是，这种方式需要由网络管理员来对相关的路由器进行配置，当网络环境比较复杂时，需要逐级配置，过程非常烦琐；另外，由于牵涉到多个路由器，为了确保安全性，需要对每个路由器均采取一定的措施进行保护，即进行多点保护，以防止路由器受到病毒或黑客的攻击，但多点保护通常很难实现，难免会出现漏洞。

2)通过使用分发路由器进行中转来实现NAT穿越

使用分发服务器进行中转的方式是指为不同的客户端和前端设备分别配置对应的分发服务器，通过分发服务器来实现NAT穿越。但是，这种处理方式在实际应用中也会存在一定的问题，因为：客户端与前端设备间往来的所有数据均需要无选择地通过分发服务器进行转发，可某些情况下，比如客户端和前端设备处于同一私网内时，本来是不需要分发服务器参与，两者之间即可直接进行通信的，但按照现有处理方式，无论何种情况，均需要分发服务器的参与，以客户端发送给前端设备的数据为例，需要先将该数据通过私网发送到互联网，然后再通过互联网返回到私网，这样一来，无疑增加了数据的延迟和丢包率，而且也增加了分发服务器的负载，降低了系统的稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种实现网络地址转换NAT穿越的方法，该方法简单安全，且能够降低数据的延迟和丢包率，并能够减轻分发服务器的负载。

本发明的另一目的在于提供一种实现网络地址转换NAT穿越的系统，该系统简单安全，且能够降低数据的延迟和丢包率，并能够减轻分发服务器的负载。

本发明的又一目的在于提供一种用户设备，应用该设备简单安全，且能够降低数据的延迟和丢包率，并能够减轻分发服务器的负载。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种实现网络地址转换NAT穿越的方法，该方法包括：

客户端以及前端设备分别收集各自的备选互联网协议IP地址，并发送给各自对应的分发服务器；

所述客户端对应的分发服务器将接收到的备选IP地址通过所述前端设备对应的分发服务器发送给所述前端设备；所述前端设备对应的分发服务器将接收到的备选IP地址通过所述客户端对应的分发服务器发送给所述客户端；

所述客户端和/或所述前端设备根据自身收集到的备选IP地址以及接收到的备选IP地址，确定所能组成的传输链路，并按照预先设置的优先级由高到低的顺序，对所组成的各传输链路进行测试，并在当测试结果为通时，将该传输链路确定为实际传输链路；

所述客户端和所述前端设备利用所述实际传输链路进行视频数据传输。

一种实现网络地址转换NAT穿越的系统，包括：

客户端，用于收集自身的备选互联网协议IP地址，并发送给自身对应的分发服务器；

前端设备，用于收集自身的IP地址，并发送给自身对应的分发服务器；

所述客户端对应的分发服务器，用于将接收到的备选IP地址通过所述前端设备对应的分发服务器发送给所述前端设备；

所述前端设备对应的分发服务器，用于将接收到的备选IP地址通过所述客户端对应的分发服务器发送给所述客户端；

所述客户端和/或所述前端设备进一步用于，根据自身收集到的备选IP地址以及接收到的备选IP地址，确定所能组成的传输链路，并按照预先设置的优先级由高到低的顺序，对所组成的各传输链路进行测试，并在当测试结果为通时，将该传输链路确定为实际传输链路；所述客户端和所述前端设备利用所述实际传输链路进行视频数据传输。

一种用户设备，该用户设备为客户端或前端设备，包括：

发送单元，用于收集所述用户设备的备选互联网协议IP地址，并发送给所述用户设备对应的分发服务器以及传输单元；

接收单元，用于接收所述用户设备对应的分发服务器发送来的对端设备的备选IP地址，并发送给所述传输单元；

所述传输单元，用于根据接收到的所述用户设备的备选IP地址以及所述对端设备的备选IP地址，确定所能组成的传输链路，并按照预先设置的优先级由高到低的顺序，对所组成的各传输链路进行测试，并在当测试结果为通时，将该传输链路确定为实际传输链路，利用所述实际传输链路与所述对端设备进行视频数据传输。

可见，采用本发明的技术方案，客户端和前端设备分别获取自身以及对端设备的备选IP地址，并根据获取到的备选IP地址确定所能组成的传输链路，进而根据不同传输链路的优先级依次测试各传输链路，利用测试结果为通的传输链路进行视频数据传输。与现有方式1)相比，本发明所述方案无需人为地对各级路由器进行繁琐的配置，因此实现起来简单方便，而且也节省了端口资源，另外，本发明所述方案只需对分发服务器进行单点保护，便于实现，增强了安全性。与现有方式2)相比，本发明所述方案在进行视频数据传输之前，首先按照优先级选择合适的传输链路，比如，将客户端与前端设备之间可直接进行通信的传输链路的优先级设置为最高，如果通过测试发现该传输链路为通，那么则直接利用该传输链路进行视频数据传输，而无需分发服务器的参与，这样，不但降低了数据的延迟和丢包率，而且也减轻了分发服务器的负载，提高了系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明方法实施例的流程图。

图2为本发明方法实施例中的备选IP地址示意图。

图3为本发明方法实施例中所组成的5条传输链路示意图。

图4为本发明系统实施例的组成结构示意图。

图5为本发明用户设备实施例的组成结构示意图。

具体实施方式

针对现有技术中存在的问题，本发明中提出一种实现NAT穿越的方案：首先，客户端以及前端设备分别收集各自的备选IP地址，并发送给各自对应的分发服务器；然后，客户端对应的分发服务器将接收到的备选IP地址通过前端设备对应的分发服务器发送给前端设备，前端设备对应的分发服务器将接收到的备选IP地址通过客户端对应的分发服务器发送给客户端；之后，客户端和/或前端设备根据自身收集到的备选IP地址以及接收到的备选IP地址，确定所能组成的传输链路，并按照预先设置的优先级由高到低的顺序，对所组成的各传输链路进行测试，并在当测试结果为通时，将该传输链路确定为实际传输链路；最后，客户端和前端设备利用所确定的实际传输链路进行视频数据传输。

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步地详细说明。

图1为本发明方法实施例的流程图。如图1所示，包括以下步骤：

步骤11：客户端向中心管理服务器发送查询视频请求。

步骤12：中心管理服务器将接收到的查询视频请求转发给前端设备。

步骤11和12的具体实现均为现有技术，不再赘述。

步骤13：发送出查询视频请求后，客户端收集自身的备选IP地址。

所述备选IP地址包括：客户端对应的分发服务器的公网IP地址、客户端的私网IP地址以及客户端的公网IP地址，这些地址均为后续建立媒体会话连接的备选地址。图2为本发明方法实施例中的备选IP地址示意图。其中，客户端的公网IP地址即为客户端的私网IP地址通过NAT技术映射后的公网IP地址。

步骤14：客户端向自身对应的分发服务器进行注册，并在注册过程中将收集到的备选IP地址发送给该分发服务器。

步骤13中，客户端可以将收集到的备选IP地址封装为一个数据包，并在注册过程中将该数据包发送给自身对应的分发服务器。

如何进行注册为现有技术，不再赘述。

步骤15：前端设备接收到来自分发服务器的查询视频请求后，收集自身的备选IP地址。

同样，所述备选IP地址包括：前端设备对应的分发服务器的公网IP地址、前端设备的私网IP地址以及前端设备的公网IP地址，这些地址均为后续建立媒体会话连接的备选地址。

需要说明的是，本步骤中所提到的前端设备对应的分发服务器的公网IP地址和步骤13中所提到的客户端对应的分发服务器的公网IP地址可能是相同的，也可能是不同的。也就是说，客户端和前端设备各自对应的分发服务器可能是同一个分发服务器，也可能是两个不同的分发服务器，根据网络的具体设置情况而定。假设本实施例中的客户端对应的分发服务器和前端设备对应的分发服务器为两个不同的分发服务器。

步骤16：前端设备向自身对应的分发服务器进行注册，并在注册过程中将收集到的备选IP地址发送给该分发服务器。

步骤17：客户端设备对应的分发服务器将接收到的备选IP地址通过前端设备对应的分发服务器发送给前端设备，前端设备对应的分发服务器将接收到的备选IP地址通过客户端对应的分发服务器发送给客户端。

即在客户端和前端设备之间进行备选IP地址的交换，这样一来，客户端以及前端设备便均获取到了自身以及对端设备的共6个备选IP地址。

步骤18：客户端根据自身收集到的备选IP地址以及接收到的对端设备的备选IP地址，确定所能组成的传输链路，并按照预先设置的优先级由高到低的顺序，对所组成的各传输链路进行测试，并在当测试结果为通时，将该传输链路确定为实际传输链路。

在实际应用中，本步骤可以是由客户端来完成的，也可以是由前端设备来完成的，还可以是由两者共同完成的，具体实现方式不限。假设本实施例中由客户端来完成。

如前所述，客户端总共获取到6个备选IP地址，分别为：客户端对应的分发服务器的公网IP地址、客户端的私网IP地址、客户端的公网IP地址、前端设备对应的分发服务器的公网IP地址、前端设备的私网IP地址以及前端设备的公网IP地址。

根据这6个备选IP地址，可组成5条传输链路。如图3所示，图3为本发明方法实施例中所组成的5条传输链路示意图。假设将传输链路1的优先级设置为最高，将传输链路2和3的优先级设置为次高，将传输链路4和5的优先级设置为最低。那么在实际应用中，首先对传输链路1进行测试，如果测试结果为通，则将传输链路1确定为实际传输链路，后续利用传输链路1进行视频数据传输，或者，为确保后续视频数据传输的质量，还可在测试结果为通的基础上，进一步判断传输链路1的丢包率和响应速度是否符合要求，如果是，则将传输链路1确定为实际传输链路，否则，继续进行测试。

如果传输链路1不通或丢包率和响应速度不符合要求，则继续测试传输链路2和3，如果这两条传输链路的测试结果显示只有一个传输链路为通，则将该测试结果为通的传输链路确定为实际传输链路，并可按上述方式进一步判断其丢包率和响应速度是否符合要求；如果这两条传输链路的测试结果均为通，则可将丢包率低且响应速度快的传输链路确定为实际传输链路，或者，如果出现一条传输链路的丢包率比另一条传输链路低，但响应速度却慢于另一条传输链路的情况，那么以丢包率为准，将丢包率低的传输链路确定为实际传输链路。

传输链路4和5的处理方式与传输链路2和3相同，不再赘述。

上述各传输链路的优先级信息均为人为设置，并预先保存的客户端中的，如果前端设置也需要执行本步骤所述过程，那么在前端设备中也需要进行同样的设置。

另外，本步骤中，测试某一传输链路是否为通的方式可以是：利用该传输链路向对端设备发送测试消息，如果能接收到反馈响应，则确定该传输链路为通。

步骤19：客户端和前端设备利用确定出的实际传输链路进行视频数据传输。

本步骤中，客户端和前端设备利用确定出的实际传输链路建立媒体会话连接，并利用所建立的连接进行视频数据传输。本步骤的具体实现为现有技术，不再赘述。

至此，即完成了本发明方法实施例所示流程。

基于上述方法，图4为本发明系统实施例的组成结构示意图。如图4所示，包括：

客户端41，用于收集自身的备选IP地址，并发送给自身对应的分发服务器42；

前端设备43，用于收集自身的备选IP地址，并发送给自身对应的分发服务器44；

客户端41对应的分发服务器42，用于将接收自客户端41的备选IP地址通过前端设备43对应的分发服务器44发送给前端设备43；

前端设备43对应的分发服务器44，用于将接收自前端设备43的备选IP地址通过客户端41对应的分发服务器42发送给客户端41；

客户端41和/或前端设备43进一步用于，根据自身收集到的备选IP地址以及接收到的备选IP地址，确定所能组成的传输链路，并按照预先设置的优先级由高到低的顺序，对所组成的各传输链路进行测试，并在当测试结果为通时，将该传输链路确定为实际传输链路；客户端41和前端设备43利用所述实际传输链路进行视频数据传输。

此外，该系统中进一步包括：

中心管理服务器45，用于接收来自客户端41的查询视频请求，并将其转发给前端设备43；前端设备43在接收到所述查询视频请求后，收集自身的备选IP地址。

另外，客户端41和/或前端设备43还可进一步用于，当处于同一优先级且测试结果为通的传输链路为一条时，判断该传输链路的丢包率和响应速度是否符合要求，如果是，则将该传输链路确定为实际传输链路，否则，继续进行测试；当处于同一优先级且测试结果为通的传输链路至少为两条时，将丢包率最低且响应速度最快的传输链路确定为实际传输链路，或者，将丢包率最低的传输链路确定为实际传输链路。

在实际应用中，上述客户端41对应的分发服务器42以及前端设备43对应的分发服务器44可具体用于实现视频流请求、视频流接收以及视频流分发等功能，中心管理服务器45作为整个视频监控应用的核心部分，还可用于实现前端设备和客户端的接入、各部分信令处理、报警信息接收处理以及业务支撑信息管理等，由于这些与本发明所述方案无直接关系，故不作详细介绍。

图5为本发明用户设备实施例的组成结构示意图。该用户设备可以是图4所示客户端41或前端设备43。如图5所示，包括：

发送单元51，用于收集用户设备的备选IP地址，并发送给用户设备对应的分发服务器以及传输单元53；

接收单元52，用于接收用户设备对应的分发服务器发送来的对端设备的备选IP地址，并发送给传输单元53；

传输单元53，用于根据接收到的用户设备的备选IP地址以及对端设备的备选IP地址，确定所能组成的传输链路，并按照预先设置的优先级由高到低的顺序，对所组成的各传输链路进行测试，并在当测试结果为通时，将该传输链路确定为实际传输链路，利用所述实际传输链路与对端设备进行视频数据传输。

其中，传输单元53可进一步用于，当处于同一优先级且测试结果为通的传输链路为一条时，判断该传输链路的丢包率和响应速度是否符合要求，如果是，则将该传输链路确定为实际传输链路，否则，继续进行测试；当处于同一优先级且测试结果为通的传输链路至少为两条时，将丢包率最低且响应速度最快的传输链路确定为实际传输链路，或者，将丢包率最低的传输链路确定为实际传输链路。

另外，所述用户设备的备选IP地址包括：用户设备对应的分发服务器的公网IP地址、用户设备的私网IP地址以及用户设备的公网IP地址；对端设备的备选IP地址包括：对端设备对应的分发服务器的公网IP地址、对端设备的私网IP地址以及对端设备的公网IP地址。

图4和5所示系统和设备实施例的具体工作流程请参照图1所示方法实施例中的相应说明，此处不再赘述。

总之，采用本发明的技术方案，客户端和前端设备分别获取自身以及对端设备的备选IP地址，并根据获取到的备选IP地址确定所能组成的传输链路，进而根据不同传输链路的优先级依次测试各传输链路，利用测试结果为通的传输链路进行视频数据传输。与现有方式1)相比，本发明所述方案无需人为地对各级路由器进行繁琐的配置，因此实现起来简单方便，而且也节省了端口资源，另外，本发明所述方案只需对分发服务器进行单点保护，便于实现，增强了安全性。与现有方式2)相比，本发明所述方案在进行视频数据传输之前，首先按照优先级选择合适的传输链路，比如，将客户端与前端设备之间可直接进行通信的传输链路的优先级设置为最高，如果通过测试发现该传输链路为通，那么则直接利用该传输链路进行视频数据传输，而无需分发服务器的参与，这样，不但降低了数据的延迟和丢包率，而且也减轻了分发服务器的负载，提高了系统的稳定性。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种实现网络地址转换NAT穿越的方法，其特征在于，该方法包括：

客户端以及前端设备分别收集各自的备选互联网协议IP地址，并发送给各自对应的分发服务器；

所述客户端对应的分发服务器将接收到的备选IP地址通过所述前端设备对应的分发服务器发送给所述前端设备；所述前端设备对应的分发服务器将接收到的备选IP地址通过所述客户端对应的分发服务器发送给所述客户端；

所述客户端或所述前端设备根据自身收集到的备选IP地址以及接收到的备选IP地址，确定所能组成的传输链路，并按照预先设置的优先级由高到低的顺序，对所组成的各传输链路进行测试，并在当测试结果为通时，将该传输链路确定为实际传输链路，并结束测试；其中，将客户端与前端设备之间可直接进行通信的传输链路的优先级设置为最高；

所述客户端和所述前端设备利用所述实际传输链路进行视频数据传输；

其中，所述将该传输链路确定为实际传输链路之前，进一步包括：判断该传输链路的丢包率和响应速度是否符合要求，如果是，则将该传输链路确定为实际传输链路，否则，继续进行测试；

该方法进一步包括：当处于同一优先级且测试结果为通的传输链路至少包括两条时，将丢包率最低且响应速度最快的传输链路确定为实际传输链路，或者，将丢包率最低的传输链路确定为实际传输链路；

所述发送给各自对应的分发服务器包括：所述客户端和前端设备分别向各自对应的分发服务器进行注册，并在注册过程中将各自收集到的备选IP地址封装为一个数据包发送给各自对应的分发服务器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述客户端以及前端设备分别收集各自的备选IP地址包括：

所述客户端向中心管理服务器发送查询视频请求，并在发送出所述查询视频请求后，收集自身的备选IP地址；

所述中心管理服务器将所述查询视频请求转发给所述前端设备；

所述前端设备接收到所述查询视频请求后，收集自身的备选IP地址。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所组成的各传输链路进行测试包括：利用各传输链路发送测试消息，并确定是否接收到反馈响应，如果是，则确定传输链路为通。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，

所述客户端的备选IP地址包括：所述客户端对应的分发服务器的公网IP地址、所述客户端的私网IP地址以及所述客户端的公网IP地址；

所述前端设备的备选IP地址包括：所述前端设备对应的分发服务器的公网IP地址、所述前端设备的私网IP地址以及所述前端设备的公网IP地址。

5.一种实现网络地址转换NAT穿越的系统，其特征在于，包括：

客户端，用于收集自身的备选互联网协议IP地址，并发送给自身对应的分发服务器；

前端设备，用于收集自身的IP地址，并发送给自身对应的分发服务器；

所述客户端对应的分发服务器，用于将接收到的备选IP地址通过所述前端设备对应的分发服务器发送给所述前端设备；

所述前端设备对应的分发服务器，用于将接收到的备选IP地址通过所述客户端对应的分发服务器发送给所述客户端；

所述客户端或所述前端设备进一步用于，根据自身收集到的备选IP地址以及接收到的备选IP地址，确定所能组成的传输链路，并按照预先设置的优先级由高到低的顺序，对所组成的各传输链路进行测试，并在当测试结果为通时，将该传输链路确定为实际传输链路，并结束测试，其中，将客户端与前端设备之间可直接进行通信的传输链路的优先级设置为最高；所述客户端和所述前端设备利用所述实际传输链路进行视频数据传输；

其中，所述客户端或所述前端设备进一步用于，当处于同一优先级且测试结果为通的传输链路为一条时，判断该传输链路的丢包率和响应速度是否符合要求，如果是，则将该传输链路确定为实际传输链路，否则，继续进行测试；当处于同一优先级且测试结果为通的传输链路至少包括两条时，将丢包率最低且响应速度最快的传输链路确定为实际传输链路，或者，将丢包率最低的传输链路确定为实际传输链路；

所述客户端和所述前端设备进一步用于，分别向各自对应的分发服务器进行注册，并在注册过程中将各自收集到的备选IP地址封装为一个数据包发送给各自对应的分发服务器。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，该系统进一步包括：

中心管理服务器，用于接收来自所述客户端的查询视频请求，并将所述查询视频请求转发给所述前端设备；

所述前端设备接收到所述查询视频请求后，收集自身的备选IP地址。

7.根据权利要求5～6中任一项所述的系统，其特征在于，

所述客户端的备选IP地址包括：所述客户端对应的分发服务器的公网IP地址、所述客户端的私网IP地址以及所述客户端的公网IP地址；

所述前端设备的备选IP地址包括：所述前端设备对应的分发服务器的公网IP地址、所述前端设备的私网IP地址以及所述前端设备的公网IP地址。

8.一种用户设备，该用户设备为客户端或前端设备，其特征在于，包括：

发送单元，用于收集所述用户设备的备选互联网协议IP地址，并发送给所述用户设备对应的分发服务器以及传输单元；

接收单元，用于接收所述用户设备对应的分发服务器发送来的对端设备的备选IP地址，并发送给所述传输单元；

所述传输单元，用于根据接收到的所述用户设备的备选IP地址以及所述对端设备的备选IP地址，确定所能组成的传输链路，并按照预先设置的优先级由高到低的顺序，对所组成的各传输链路进行测试，并在当测试结果为通时，将该传输链路确定为实际传输链路，并结束测试，其中，将客户端与前端设备之间可直接进行通信的传输链路的优先级设置为最高，利用所述实际传输链路与所述对端设备进行视频数据传输；

其中，所述传输单元进一步用于，当处于同一优先级且测试结果为通的传输链路为一条时，判断该传输链路的丢包率和响应速度是否符合要求，如果是，则将该传输链路确定为实际传输链路，否则，继续进行测试；当处于同一优先级且测试结果为通的传输链路至少包括两条时，将丢包率最低且响应速度最快的传输链路确定为实际传输链路，或者，将丢包率最低的传输链路确定为实际传输链路；

所述发送单元进一步用于，向所述用户设备对应的分发服务器进行注册，并在注册过程中将收集到的备选IP地址封装为一个数据包发送给所述用户设备对应的分发服务器。

9.根据权利要求8所述的用户设备，其特征在于，

所述用户设备的备选IP地址包括：所述用户设备对应的分发服务器的公网IP地址、所述用户设备的私网IP地址以及所述用户设备的公网IP地址；

所述对端设备的备选IP地址包括：所述对端设备对应的分发服务器的公网IP地址、所述对端设备的私网IP地址以及所述对端设备的公网IP地址。