CN102378064A - 一种iptv网络中实现nat穿越的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IPTV网络中实现NAT穿越的方法及装置，用于解决终端设备依赖其所在的公网服务器来处理NAT穿越的问题。本发明扩展了RTSP协议，通过终端直接携带内网IP的方法来确认内容是否需要NAT穿越，只需要使用RTSP协议即可解决NAT穿越的问题，不需要依赖终端设备所在的公网服务器，提高了系统的可靠性。

Description

一种IPTV网络中实现NAT穿越的方法及装置

技术领域

本发明涉及多媒体通讯领域，尤其涉及一种处于内网的终端设备与下一代交互式网络电视(IPTV)系统服务器交互时的NAT(Network Address Translators，网络地址转换)穿越的方法与装置。

背景技术

NAT是在IP地址日益缺乏的情况下产生的，它的主要目的就是为了能够地址重用。NAT的工作原理是将内网中的网络地址映射为公网的一个地址，以便内网中的设备能够正常的访问公网上的设备。

IPTV系统中，实时流传输协议(Real Time Streaming Protocol，RTSP)协议和实时传输协议(Real-time Transport Protocol，RTP)媒体报文的发送都是通过传输控制协议(Transmission Control Protocol，TCP)或用户数据报协议(UserDatagram Protocol，UDP)来完成的，随着IPTV的发展以及技术的越来越成熟，个人电脑(PC)和手机终端已经融入到下一代IPTV网络中。在这其中，很多的终端设备都处于内网之中，处于内网中的终端设备在与IPTV服务器的交互过程中，需要NAT穿越来实现与服务器的正常交互。

目前一些IPTV服务器系统已经支持NAT穿越的功能，其做法为：用户终端向IPTV服务器发送包含有用户终端介质访问控制(Medium Access Control，MAC)地址的数据包；IPTV服务器请求公网服务器返回所述用户终端MAC地址对应的用户终端的公网IP地址与端口号；IPTV服务器向用户终端发送连接数据；用户端路由器丢弃所述连接数据；IPTV服务器请求公网服务器向用户终端发送指令，所述指令为让用户终端主动向远程控制端发送连接数据；用户终端向IPTV服务器发送连接数据；用户终端与IPTV服务器成功建立连接。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种IPTV网络中实现NAT穿越的方法及装置。用于解决终端设备依赖其所在的公网服务器来处理NAT穿越的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种IPTV网络中实现NAT穿越的方法，包括：

终端设备向RTSP处理模块发送携带所述终端设备在其所属网络中的网络地址的上报消息；所述RTSP处理模块根据所述终端设备上报的网络地址判断是否需要执行NAT穿越流程；

当需要执行NAT穿越流程时，所述RTSP处理模块将媒体服务器的地址下发给终端设备；终端设备接收所述媒体服务器的地址后向所述媒体服务器发送NAT穿越报文。

进一步地，所述判断是否需要执行NAT穿越流程的方法为：

判断所述终端设备在其所属网络中的网络地址是否与所述上报消息报文的源地址相同，如果相同，则不需要执行NAT穿越流程，否则需要执行NAT穿越流程。

进一步地，上报所述终端设备在其所属网络中的网络地址的消息为资源描述(Describe)请求消息。

进一步地，所述RTSP处理模块通过参数设置(SET_PARAMETER)消息将媒体服务器的网络地址及端口下发给终端设备；所述RTSP处理模块发送所述SET_PARAMETER消息的同时，通知对应的媒体服务器进行NAT穿越报文的监听。

进一步地，所述方法还包括，所述媒体服务器在接收到NAT穿越报文后，向RTSP处理模块上报NAT穿越成功消息。

进一步地，在NAT穿越成功后，还包括所述终端设备和所述媒体服务器之间发送和响应NAT穿越心跳消息的步骤，以及所述媒体服务器向RTSP处理模块上报当前码流通道的状态信息的步骤。

进一步地，所述NAT穿越心跳消息的周期参数由所述RTSP处理模块在资源分配(SETUP)请求消息的应答响应消息中发送给所述终端设备。

基于上述方法，本发明还提出一种IPTV网络中实现NAT穿越的装置，该装置包括：

上报单元，位于终端设备，用于向判断单元发送上报消息，上报终端设备在其所属网络中的网络地址；

判断单元，位于RTSP处理模块，用于根据所述终端设备上报的网络地址判断是否需要执行NAT穿越流程；

地址下发单元，位于RTSP处理模块，用于在需要执行NAT穿越流程时，将媒体服务器的地址下发给穿越处理单元；

穿越处理单元，位于终端设备，用于在接收到所述媒体服务器的地址后向所述媒体服务器发送NAT穿越报文。

进一步地，所述判断单元包括：

报文源地址获取单元，用于获取所述上报消息报文的源地址；

比较单元，用于比较所述终端设备在其所属网络中的网络地址与所述上报消息报文的源地址是否相同，如果相同，则不需要执行NAT穿越流程，否则需要执行NAT穿越流程。

进一步地，所述上报单元通过Describe请求消息上报所述终端设备在其所属网络中的网络地址。

进一步地，所述装置还包括：

监听单元，位于媒体服务器，用于监听穿越处理单元发送的NAT穿越报文；

所述地址下发单元通过SET_PARAMETER消息将媒体服务器的网络地址及端口下发给穿越处理单元；所述地址下发单元发送所述SET_PARAMETER消息的同时，通知监听单元进行NAT穿越报文的监听。

进一步地，所述装置还包括：

心跳响应单元，位于媒体服务器，用于接收穿越处理单元发送的NAT穿越心跳消息；向RTSP处理模块上报当前码流通道的状态信息；

所述穿越处理单元还用于向心跳响应单元周期地发送NAT穿越心跳消息。

本发明通过IPTV交互过程中扩展RTSP协议的方式简单而有效的避免了终端设备依赖其所在的公网服务器来处理NAT穿越的技术问题，并保证良好的兼容性，主要的优势在于：

(1)本发明使用终端直接携带内网IP的方法来确认内容是否需要NAT穿越，简化了处理流程。

(2)本发明只需要使用RTSP协议来解决NAT穿越的问题，流程简单而有效，避免了系统的复杂性。

(3)本发明无需依赖客户端所在的公网服务器来处理NAT穿越的问题，提高了系统的可靠性。

附图说明

图1为IPTV网络系统结构示意图；

图2为本发明提供的IPTV网络中NAT穿越的方法流程图；

图3为本发明提供的一种IPTV网络中实现NAT穿越的装置。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举实施例并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1为IPTV网络系统结构示意图，该系统中，终端设备1和终端设备2是处于内网中的设备，通过公网服务器连接到公网中与IPTV服务器进行交互，在与IPTV服务器交互的过程中需要NAT穿越处理；终端设备3是直接处于公网上的设备，可以直接与IPTV服务进行交互，无需NAT穿越处理。

本发明的基本思想是，通过扩展RTSP协议，借助RTSP信令交互流程实现不依赖于公网服务器的NAT穿越。

IPTV服务器主要包含RTSP处理模块和媒体服务器模块，其中RTSP处理模块负责RTSP协议的解析以及对媒体服务器进行控制，媒体服务器模块负责NAT监听以及码流数据的发送。

图2为本发明提供的IPTV网络中NAT穿越的方法流程图，该方法通过扩展RTSP协议，借助RTSP信令交互流程实现不依赖于公网服务器的NAT穿越。该方法的具体步骤包括：

步骤201、首先终端设备发送RTSP协议的资源描述(Describe)请求消息给RTSP处理模块，所述Describe请求消息中携带所述终端设备所在网络的网络地址和端口；

本发明不限制终端设备上报其所在网络的网络地址和端口的信令消息，只要在终端设备向RSTP处理模块发送资源分配(SETUP)请求消息之前，RTSP处理模块通过终端设备发送Describe消息、Option消息或其它消息获得所述终端设备所在网络的网络地址和端口即可。

优选地，本发明对RTSP协议的DESCRIBE消息进行了扩展，在该消息中新增网络地址字段(x-NAT)字段用于携带终端所在网络的网络地址(IP地址)和端口(PORT)，如果终端处于内网之中则携带其内网IP和PORT，该消息示例如下：

DESCRIBE

rtsp://10.40.91.30:554/vod/00000020000000072.mpg？userid＝023455346&vcdnid＝001RTSP/1.0

User-Agent：ZTE Ltd.co RTSP protocal verion 1.0

Accept-Charset：UTF-8

Accept：application/sdp

CSeq：1

x-NAT：192.168.1.101:20019

为了保持系统的兼容性，在DESCRIBE消息中可以不携带该字段，若不携带该字段，默认为该终端不支持该NAT穿越流程，以后的交互使用公网上的终端交互的流程。

步骤202、RTSP处理模块收到该Describe请求后，解析x-NAT字段，判断该字段包含的网络地址与该Describe请求消息报文的源地址是否相同，如果相同，说明该终端设备处于公网之中，如果不相同，则说明终端设备处于内网之中，需要执行NAT穿越流程。

步骤203、RTSP处理模块向终端设备回应Describe请求的200OK接收确认消息；

步骤204、终端设备发送资源分配(SETUP)请求消息给RTSP处理模块，该消息中携带终端设备支持的传输方式以及码流接收地址和端口等信息。

步骤205、RTSP处理模块在收到SETUP请求后，向媒体服务器申请播放所需的资源；

步骤206、媒体服务器进行资源分配，并向RTSP处理模块反馈资源申请成功响应消息；

步骤207、RTSP处理模块向终端设备反馈SETUP的应答响应消息(200OK)；

若需要NAT穿越处理，RTSP处理模块在申请播放所需要的资源后给终端回应答消息。为了保证终端设备和媒体服务器即时获知发送NAT穿越报文的链路是否正常，本发明在终端设备和媒体服务器之间增加心跳保活消息，优选地，本发明在SETUP的200OK应答响应消息中携带保活间隔字段(x-KeepAliveInterval)，该字段用于通知终端设备发送NAT穿越心跳消息的时间间隔，该应答消息示例如下：

RTSP/1.0 200 OK

Server：ZXUSS 100 1.0

x-KeepAliveInterval：5000

CSeq：2

Date：Tue，25May 2010 03:28:15 GMT

Expires：Tue，25May 2010 03:28:15 GMT

Session：262188528

Transport：

MP2T/RTP/UDP；unicast；destination＝192.168.0.7；client_port＝39326-39327；server_port＝29014-29015；mode＝″PLAY″；source＝58.223.255.214

终端设备收到该消息后，解析x-KeepAliveInterval字段，在终端设备获取媒体服务器的地址和端口后，终端设备即根据该字段指定的时间间隔，如上例的5000ms，发送NAT穿越心跳消息给媒体服务器，以确保链路的存活。

本发明不限制将NAT穿越心跳消息的保活间隔以具体何种信令传送给终端设备，只要在终端设备向RSTP处理模块发送播放消息之前，将保活间隔字段的内容发送给终端设备即可，例如，也可将保活间隔字段放在参数设置(SET_PARAMETER)消息中通知给终端设备。

步骤208、RTSP处理模块通过参数设置(SET_PARAMETER)消息通知终端设备媒体服务器的网络地址及端口，以便终端设备能够发送NAT穿越报文到媒体服务器；

SET_PARAMETER消息示例如下：

SET_PARAMETER rtsp://10.40.91.30:554/vod/00000020000000072.mpgRTSP/1.0

Cseq：1

x-Server：10.42.108.1:10014-10015

Session：262188528

其中x-Server字段携带的地址是媒体服务器的地址，即终端设备发送NAT穿越报文的目的地址，按上例，终端需要向10.42.108.1这个IP地址的10014和10015两个端口发送NAT穿越报文。

终端设备在接收到RTSP处理模块发送SET_PARAMETER消息后需回复200OK接收确认消息；

步骤209、在RTSP处理模块发送SET_PARAMETER消息的同时，通知对应的媒体服务器进行NAT穿越报文的监听；媒体服务器需记录要监听的终端设备的网络地址和端口，且媒体服务器需要对应的监听终端设备上报的终端设备所在网络的网络地址和端口及经网络地址转换后的终端设备对应的网络地址和端口；

步骤210、终端设备向SET_PARAMETER消息中携带的媒体服务器的地址发送NAT穿越报文；

由于发送码流所需的链路还没有在公网服务器上建立，所以需要通过发送NAT穿越报文，让公网服务器建立这条链路。

步骤211、当媒体服务器收到NAT穿越报文后，向终端设备回应NAT穿越应答消息；

步骤212、媒体服务器向RTSP处理模块上报NAT穿越成功消息；

步骤213、终端设备向RTSP处理模块发送播放(PLAY)消息；

步骤214、RTSP处理模块通知媒体服务器向终端发送码流；

步骤215、媒体服务器向终端设备发送点播节目的码流，开始正常播放。

步骤216、RTSP处理模块向终端设备发送PLAY请求的200OK应答响应；

步骤217、终端设备依据x-KeepAliveInterval字段的设置，向媒体服务器发送NAT穿越心跳消息；所述NAT穿越心跳消息的报文格式可与NAT穿越报文的消息格式相同。

步骤218、媒体服务器向终端设备响应NAT穿越心跳消息应答；

步骤219、媒体服务器向RTSP处理模块上报NAT穿越心跳状态信息，用于通知RTSP处理模块当前码流通道的状态，若当码流通道出现故障时，可通过NAT穿越心跳消息即时获知当前码流通道的状态，并通知RTSP处理模块进行相应的处理，例如拆除码流通道链路等；

图3为本发明提供的一种IPTV网络中实现NAT穿越的装置，该装置分别包括位于RTSP处理模块、媒体服务器和终端设备中的若干单元模块，分别为：上报单元、判断单元、地址下发单元、穿越处理单元、监听单元、心跳响应单元。

所述上报单元位于终端设备，用于向判断单元发送上报消息，所述上报消息中携带终端设备在其所属网络中的网络地址；优选地，所述上报消息为Describe请求消息。

所述判断单元位于RTSP处理模块，用于根据所述终端设备上报的网络地址判断是否需要执行NAT穿越流程；所述判断单元包括：报文源地址获取单元和比较单元，所述报文源地址获取单元用于获取所述上报消息报文的源地址；所述比较单元用于比较所述终端设备在其所属网络中的网络地址与所述上报消息报文的源地址是否相同，如果相同，则不需要执行NAT穿越流程，否则需要执行NAT穿越流程。

所述地址下发单元位于RTSP处理模块，用于在需要执行NAT穿越流程时，将媒体服务器的地址下发给穿越处理单元；优选地，所述地址下发单元通过SET_PARAMETER消息将媒体服务器的网络地址及端口下发给穿越处理单元；

所述穿越处理单元位于终端设备，用于在接收到所述媒体服务器的地址后向所述媒体服务器发送NAT穿越报文。

所述监听单元位于媒体服务器，用于监听穿越处理单元发送的NAT穿越报文；所述地址下发单元发送所述SET_PARAMETER消息的同时，通知监听单元进行NAT穿越报文的监听。

所述心跳响应单元位于媒体服务器，用于接收穿越处理单元发送的NAT穿越心跳消息，并通过NAT穿越心跳消息的接收情况判断当前码流通道的状态，向RTSP处理模块上报当前码流通道的状态信息；相应地，所述穿越处理单元还用于向心跳响应单元周期地发送NAT穿越心跳消息。

以上所述，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。

Claims (12)

1.一种IPTV网络中实现NAT穿越的方法，其特征在于，包括：

终端设备向实时流传输协议(RTSP)处理模块发送携带所述终端设备在其所属网络中的网络地址的上报消息；所述RTSP处理模块根据所述终端设备上报的网络地址判断是否需要执行网络地址转换(NAT)穿越流程；

当需要执行NAT穿越流程时，所述RTSP处理模块将媒体服务器的地址下发给终端设备；终端设备接收所述媒体服务器的地址后向所述媒体服务器发送NAT穿越报文。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断是否需要执行NAT穿越流程的方法为：

判断所述终端设备在其所属网络中的网络地址是否与所述上报消息报文的源地址相同，如果相同，则不需要执行NAT穿越流程，否则需要执行NAT穿越流程。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，上报所述终端设备在其所属网络中的网络地址的消息为资源描述(Describe)请求消息。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述RTSP处理模块通过参数设置(SET_PARAMETER)消息将媒体服务器的网络地址及端口下发给终端设备；所述RTSP处理模块发送所述SET_PARAMETER消息的同时，通知对应的媒体服务器进行NAT穿越报文的监听。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，所述媒体服务器在接收到NAT穿越报文后，向RTSP处理模块上报NAT穿越成功消息。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在NAT穿越成功后，还包括所述终端设备和所述媒体服务器之间发送和响应NAT穿越心跳消息的步骤，以及所述媒体服务器向RTSP处理模块上报当前码流通道的状态信息的步骤。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述NAT穿越心跳消息的周期参数由所述RTSP处理模块在资源分配(SETUP)请求消息的应答响应消息中发送给所述终端设备。

8.一种IPTV网络中实现NAT穿越的装置，其特征在于，该装置包括：

上报单元，位于终端设备，用于向判断单元发送上报消息，上报终端设备在其所属网络中的网络地址；

判断单元，位于RTSP处理模块，用于根据所述终端设备上报的网络地址判断是否需要执行NAT穿越流程；

地址下发单元，位于RTSP处理模块，用于在需要执行NAT穿越流程时，将媒体服务器的地址下发给穿越处理单元；

穿越处理单元，位于终端设备，用于在接收到所述媒体服务器的地址后向所述媒体服务器发送NAT穿越报文。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述判断单元包括：

报文源地址获取单元，用于获取所述上报消息报文的源地址；

比较单元，用于比较所述终端设备在其所属网络中的网络地址与所述上报消息报文的源地址是否相同，如果相同，则不需要执行NAT穿越流程，否则需要执行NAT穿越流程。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，

所述上报单元通过Describe请求消息上报所述终端设备在其所属网络中的网络地址。

11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

监听单元，位于媒体服务器，用于监听穿越处理单元发送的NAT穿越报文；

所述地址下发单元通过SET_PARAMETER消息将媒体服务器的网络地址及端口下发给穿越处理单元；所述地址下发单元发送所述SET_PARAMETER消息的同时，通知监听单元进行NAT穿越报文的监听。

12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

心跳响应单元，位于媒体服务器，用于接收穿越处理单元发送的NAT穿越心跳消息；向RTSP处理模块上报当前码流通道的状态信息；

所述穿越处理单元还用于向心跳响应单元周期地发送NAT穿越心跳消息。

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