CN102647483A - 获取nat类型的方法、p2p端点实体和nat实体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种获取NAT类型的方法、P2P端点实体和NAT实体，其中，获取NAT类型的方法包括：点对点(P2P)端点实体向NAT实体发送NAT类型查询请求消息；所述P2P端点接收所述NAT实体返回的NAT类型查询响应消息，从所述NAT类型查询响应消息中获取NAT类型，并保存到本地。上述获取NAT类型的方法，使得P2P NAT穿越不再需要服务器的辅助，降低了组网的复杂度和成本。

Description

获取NAT类型的方法、P2P端点实体和NAT实体
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种获取网络地址转换(NAT)类型的方法、点对点(P2P)端点实体和NAT实体。
背景技术
网络地址转换(NAT，Network Address Translation)属于接入广域网(WAN)技术，是一种将私有(保留)地址转化为合法IP地址的转换技术，它被广泛应用于各种类型因特网(Internet)接入方式和各种类型的网络中。NAT能够解决IP地址不足的问题。
私网中的一个端点发送报文到一个外部端点，当报文经过NAT设备时，在NAT设备上生成映射，并把报文的源地址和源端口替换成外部地址和外部端口。该外部端点发送报文到私网中的端点时，经过NAT设备时根据所述的映射把报文的目的地址和目的端口替换成内部地址和内部端口。
端口控制协议(PCP，Port Control Protocol)是解决NAT内部网络数据流接收的一种协议。当NAT内部网络的节点接收外部网络的流量时，如果内部节点没有和该流量的源端进行过连接，那么该流量在NAT设备上被丢弃。当流量经过NAT网络之前，使用PCP技术在NAT网络上建立关于该流量的映射，当流量到来时，能够穿过NAT网络而到达到其内部接收节点。PCP分为PCP客户端和PCP服务器端，PCP客户端通过PCP请求消息向PCP服务器端申请或者释放映射。
NAT的类型由NAT的映射类型和过滤类型共同决定。NAT的映射类型具体包括：端点无关映射(Endpoint-Independent Mapping，EIM)、地址相关映射(Address-Dependent Mapping，ADM)、地址和端口相关映射(Addressand Port-Dependent Mapping，APDM)。NAT的过滤类型具体包括：终端无关过滤(Endpoint-Independent Filtering，EIF)、地址相关过滤(Address-Dependent Filtering，ADF)、地址和端口相关过滤(Address andPort-Dependent Filtering，APDF)。
EIM为从相同IP地址和相同端口发送到任何外部IP地址和任何端口的报文在NAT设备上使用相同的映射。
ADM为从相同IP地址和相同端口发送到相同外部IP地址和任一外部端口的报文在NAT设备上使用相同的映射。
APDM为从相同IP地址和相同端口发送到相同外部IP地址和相同外部端口的报文在NAT设备上使用相同的映射。
EIF定义：假设内部地址和内部端口(X：x)连接外部地址和外部端口(Y：y)，在NAT设备上生成相关的映射。对于这个映射，NAT设备实施一个过滤。对于该过滤类型，NAT允许通过任何到内部地址和内部端口(X：x)的报文，而不管报文源IP地址和端口。也就是说，如果私网中的端点到外部的任何IP地址发送过报文，那么NAT就允许任何的外部地址发送报文到该内部端点。
ADF定义：假设内部地址和内部端口(X：x)连接外部地址和外部端口(Y：y)，在NAT设备上生成相关的映射。对于这个映射，NAT设备实施一个过滤。对于该过滤类型，当外部的报文经过NAT时，NAT除了判断该报文是否是到内部地址和内部端口(X：x)的报文，还需要判断报文的源地址是否是Y，来进行报文的过滤。也就是说，如果私网中的端点到外部的一个IP地址发送过报文，那么NAT就允许任何的该IP地址发送报文到该内部端点。
APDF定义：假设内部地址和内部端口(X：x)连接外部地址和外部端口(Y：y)，在NAT设备上生成相关的映射。对于这个映射，NAT设备实施一个过滤。对于该过滤类型，当外部的报文经过NAT时，NAT除了判断该报文是否是到内部地址和内部端口(X：x)的报文，还需要判断报文的源地址和端口是否是Y：y，来进行报文的过滤。也就是说，如果私网中的端点到外部的一个IP地址和端口发送过报文，那么NAT就允许任何的该IP地址和端口发送报文到该内部端点。
映射类型和过滤类型组合确定了NAT的具体类型，如EIM和EIF组合、EIM和ADF组合等。
NAT功能可以位于家庭局域网到WAN的出口家庭网关上，也可以位于运营商网络到因特网出口的网关上。具体产品形态包括：家庭SOHO路由器、数字用户线路(DSL)调制解调器(modem)网关、交互式网络电视(IPTV)机顶盒、家庭安全网关、业务路由器、宽带接入服务器、防火墙、核心路由器、无线核心网网关GPRS支持节点(GGSN)/代理网关(PGW)等。
对等端到对等端或者点对点(Peer to Peer，P2P)技术，指网络的参与者共享他们拥有的资源，这些资源提供的服务和内容被P2P网络中的节点访问，访问不经过P2P网络外的其他中间实体。它是作为一种与服务器/客户端对立的网络架构，其应用在互联网中发展十分迅速，广泛应用于文件共享、协同计算、流媒体、即时通信与网络电话(VoIP)等领域。
随着IPv4地址的枯竭，不管是在家庭网络还是在运营商网络越来越多地部署NAT的功能。但是，由于NAT会过滤连接到私网中的流量，所以NAT的大规模的部署阻碍了P2P应用的正常运行，影响了P2P应用的用户体验。
鉴于P2P应用在NAT部署后的问题，提出了一些P2P NAT穿越方案，如反向连接、服务器中转、用户数据包协议(UDP)打洞、传输控制协议(TCP)打洞等。其中的一些方案只能解决一部分问题，如反向连接，只能在一个P2P端点在公网，另一个P2P端点在私网情况下解决P2P NAT穿越问题；其中一些P2P NAT穿越方案对NAT类型比较敏感，只支持其中某些类型的NAT设备，如对于非EIM类型的NAT，不能使用UDP打洞和TCP打洞技术；其中一些P2P NAT穿越方案负担过重，不到万不得已的情况下不使用，如服务器中转，会加重服务器的处理负担，一般都会作为最后的选择。所以，对于一个具有完备P2P NAT穿越方案的P2P端点来说，实施P2P NAT穿越方案的第一步是判断NAT的类型，继而判断采用何种的穿越方案。
对于判断NAT类型的方法，一般是架设专门的服务器帮助P2P端点收集NAT类型信息。专门架设服务器，增加了组网的复杂性，而且增加了部署的成本。另外，P2P客户端和服务器之间的交互可以采用一些标准，如NAT的UDP简单穿越(STUN)协议，也可以采用私有协议。对于采用私有协议，扩展性差。
发明内容
本发明实施例提供了一种获取NAT类型的方法、P2P端点实体和NAT实体，以解决传统获取NAT类型的方法复杂和成本高的问题。
本发明实施例提供了一种获取网络地址转换(NAT)类型的方法，该方法包括：
点对点(P2P)端点实体向NAT实体发送NAT类型查询请求消息；
所述P2P端点接收所述NAT实体返回的NAT类型查询响应消息，从所述NAT类型查询响应消息中获取NAT类型，并保存到本地。
优选地，所述P2P端点实体向NAT实体发送NAT类型查询请求消息之前，所述方法还包括：
所述P2P端点实体使用扩展的端口控制协议(PCP)封装所述NAT类型查询请求消息。
本发明实施例还提供了一种获取网络地址转换(NAT)类型的方法，该方法包括：
NAT实体接收点对点(P2P)端点实体发送的NAT类型查询请求消息；
所述NAT实体接收所述NAT类型查询请求消息，从本地获取NAT类型，将所述NAT类型封装到NAT类型查询响应消息中，向所述P2P端点实体发送所述NAT类型查询响应消息。
优选地，所述NAT实体将所述NAT类型封装到NAT类型查询响应消息中包括：
所述NAT实体使用扩展的端口控制协议(PCP)将所述NAT类型封装到所述NAT类型查询响应消息中。
本发明实施例还提供了一种点对点(P2P)端点实体，该P2P端点实体包括端口控制协议(PCP)客户端；
所述PCP客户端，用于向NAT实体发送NAT类型查询请求消息；以及，接收所述NAT实体返回的NAT类型查询响应消息，从所述NAT类型查询响应消息中获取NAT类型，并保存到本地。
优选地，所述PCP客户端，还用于向NAT实体发送所述NAT类型查询请求消息之前，使用扩展的PCP封装所述NAT类型查询请求消息。
优选地，所述NAT类型包括NAT的映射类型和NAT的过滤类型。
本发明实施例又提供了一种网络地址转换(NAT)实体，该NAT实体包括端口控制协议(PCP)服务器和NAT属性库，其中：
所述PCP服务器，用于接收点对点(P2P)端点实体发送的NAT类型查询请求消息，并向所述NAT属性库发送查询请求；以及，接收所述NAT属性库返回的所述NAT类型，将所述NAT类型封装到NAT类型查询响应消息中，向所述P2P端点实体发送所述NAT类型查询响应消息；
所述NAT属性库，用于接收所述PCP服务器发送的所述查询请求，根据所述查询请求从本地获取NAT类型，向所述PCP服务器返回所述NAT类型。
优选地，所述PCP服务器，具体用于使用扩展的PCP将所述NAT类型封装到所述NAT类型查询响应消息中。
优选地，所述NAT类型包括NAT的映射类型和NAT的过滤类型。
上述获取NAT类型的方法，使得P2P NAT穿越不再需要服务器的辅助，降低了组网的复杂度和投资；同时，NAT类型查询所使用的协议独立于具体的P2P应用，具有很强的扩展性。
附图说明
图1为本发明P2P端点实体的处理流程示意图；
图2为本发明NAT实体的处理流程示意图；
图3为本发明P2P端点实体和NAT实体的系统组成示意图；
图4为本发明P2P端点实体和NAT实体各个单元间的信令流程图；
图5为本发明IM客户端获取NAT类型以及获取待连接IM客户端地址和端口的信令流程图；
图6为本发明NAT类型为EIM类型，采用UDP打洞的方式进行NAT穿越的信令流程图；
图7为本发明NAT类型为非EIM类型，采用服务器中转的方式进行NAT穿越的信令流程图。
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，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本发明实施例提供了一种获取NAT类型的方法，该实施例是从P2P端点实体的角度进行描述，如图1所示，该方法包括：
步骤101、点对点(P2P)端点实体向NAT实体发送NAT类型查询请求消息；
该步骤之前，还包括：P2P端点实体使用扩展的端口控制协议(PCP)封装所述NAT类型查询请求消息。
步骤102、P2P端点接收所述NAT实体返回的NAT类型查询响应消息；
步骤103、P2P端点从该NAT类型查询响应消息中获取NAT类型，并保存到本地。
本发明实施例还提供了一种获取网络地址转换(NAT)类型的方法，该实施例是从NAT实体的角度进行描述，如图2所示，该方法包括：
步骤201、NAT实体接收点对点(P2P)端点实体发送的NAT类型查询请求消息；
步骤202、NAT实体接收所述NAT类型查询请求消息，从本地获取NAT类型，将所述NAT类型封装到NAT类型查询响应消息中；
所述NAT实体使用扩展的PCP将所述NAT类型封装到所述NAT类型查询响应消息中。
步骤203、NAT实体向所述P2P端点实体发送所述NAT类型查询响应消息。
下面从P2P端点实体和NAT实体交互的角度，对本发明的技术方案进行描述：
P2P端点实体发送NAT类型查询请求消息到NAT实体；NAT实体收到NAT类型查询请求后，从本地获取NAT的类型，封装到NAT类型查询响应消息，发送到P2P端点实体；P2P端点实体收到NAT类型查询响应消息后，解析消息获取NAT类型，保存在P2P端点实体上。
所述NAT类型查询的消息交互是通过扩展PCP协议来实现的；NAT类型查询请求通过扩展PCP请求消息，消息类型设置为NAT类型查询；NAT类型响应通过扩展PCP响应消息，消息类型设置为NAT类型查询，所述响应消息中携带NAT类型。
所述NAT类型包括：NAT的映射类型和NAT的过滤类型。
上述获取NAT类型的方法，使得P2P NAT穿越不再需要服务器的辅助，降低了组网的复杂度和投资；同时，NAT类型查询所使用的协议独立于具体的P2P应用，具有很强的扩展性。
本发明实施例还提供了一种点对点(P2P)端点实体，该P2P端点实体包括端口控制协议(PCP)客户端；所述PCP客户端，用于向NAT实体发送NAT类型查询请求消息；以及，接收所述NAT实体返回的NAT类型查询响应消息，从所述NAT类型查询响应消息中获取NAT类型，并保存到本地。
其中，所述PCP客户端，还用于向NAT实体发送所述NAT类型查询请求消息之前，使用扩展的PCP封装所述NAT类型查询请求消息。
另外，所述NAT类型包括NAT的映射类型和NAT的过滤类型。
相应地，本发明实施例还提供了一种网络地址转换(NAT)实体，该NAT实体包括端口控制协议(PCP)服务器和NAT属性库，其中：
所述PCP服务器，用于接收点对点(P2P)端点实体发送的NAT类型查询请求消息，并向所述NAT属性库发送查询请求；以及，接收所述NAT属性库返回的所述NAT类型，将所述NAT类型封装到NAT类型查询响应消息中，向所述P2P端点实体发送所述NAT类型查询响应消息；
所述NAT属性库，用于接收所述PCP服务器发送的所述查询请求，根据所述查询请求从本地获取NAT类型，向所述PCP服务器返回所述NAT类型。
其中，所述PCP服务器，具体用于使用扩展的PCP将所述NAT类型封装到所述NAT类型查询响应消息中。
本发明实施例还提供了一种包含上述P2P端点实体和NAT实体的系统，如图3所示，该系统包括：P2P端点实体31和NAT实体32，所述P2P端点实体包括PCP客户端；所述NAT实体包括：PCP服务器和NAT属性库。
所述PCP客户端，用于封装PCP NAT类型查询请求消息；发送PCP NAT类型查询请求消息到NAT实体上的PCP服务器；以及，接收NAT实体上的PCP NAT类型查询响应消息；从PCP NAT类型查询响应消息中获取NAT类型，保存到本地。
所述PCP服务器，用于接收P2P端点发送的PCP NAT类型请求消息；向NAT属性库中请求NAT类型；从NAT属性库接收查询到NAT类型；把NAT类型封装到PCP NAT类型查询响应消息中；以及，发送PCP NAT类型查询响应消息到P2P端点的PCP客户端。
所述NAT属性库，用于保存NAT属性，NAT属性包括NAT类型；接收PCP服务器的PCP NAT类型查询请求；以及，向PCP服务器返回NAT类型。
如图4所示，为本发明P2P端点实体和NAT实体各个单元间的信令流程图，该过程包括：
步骤401：P2P端点实体的PCP客户端向NAT实体的PCP服务器发送PCP NAT类型查询请求，以此来获取NAT实体的NAT类型；
步骤402：NAT实体的PCP服务器向NAT属性库查询NAT类型；
步骤403：NAT实体的NAT属性库查询到NAT类型并返回给PCP服务器；
所述的NAT类型包括NAT的映射类型和NAT的过滤类型。
步骤404：NAT实体的PCP服务器封装NAT类型到PCP NAT类型响应消息中，然后发送所述消息到P2P端点实体的PCP客户端；
步骤405：P2P端点实体的PCP客户端收到PCP NAT类型查询响应消息，从消息中获取到NAT类型，然后保存到P2P端点实体上。
上述获取NAT类型的方法，使得P2P NAT穿越不再需要服务器的辅助，降低了组网的复杂度和成本；同时，NAT类型查询所使用的协议独立于具体的P2P应用，具有很强的扩展性。
下面以即时通信查询NAT类型为例对本发明的技术方案进行描述，该过程包括：
首先，IM(即时消息)客户端，通过扩展的PCP NAT类型查询请求获取NAT类型；然后，IM客户端从IM服务器上获取待连接的IM客户端的地址和端口；最后，根据NAT类型选择连接另一个IM客户端的方式。
如图5所示，为本发明IM客户端获取NAT类型以及获取待连接IM客户端地址和端口的信令流程图，该过程包括：
步骤501：IM客户端1发送PCP NAT类型查询请求消息到NAT_1请求获取NAT_1的NAT类型；
NAT_1收到PCP NAT类型查询请求消息后，从本地查询到NAT类型封装到PCP NAT类型查询响应消息中，然后发送到IM客户端1。
IM客户端1收到PCP NAT类型查询响应消息，从消息中获取到NAT_1的类型，然后保存到本地。
所述的NAT类型具体包括：NAT的映射类型和NAT的过滤类型。
IM客户端2按照相同方式获取NAT_2的NAT类型，这里不再赘述。
步骤502：IM客户端1向IM服务器查询到IM客户端2的地址和端口(Y：y)，IM客户端2向IM服务器查询到IM客户端1的地址和端口(X：x)；
需要说明的是，上述IM客户端1和IM客户端2的具体处理不分先后顺序。
下面IM客户端就通过查询到的NAT类型来决定采用哪种NAT穿越技术。
如图6所示，为本发明NAT类型为EIM类型，采用UDP打洞的方式进行NAT穿越的信令流程图，该过程包括：
步骤601：IM客户端1发送UDP报文，目的地址和目的端口(Y：y)为IM客户端2的地址和端口。所述UDP报文经过NAT_1，在NAT_1进行打洞处理；
IM客户端2发送UDP报文，目的地址和目的端口(X：x)为IM客户端1的地址和端口。所述UDP报文经过NAT_2，在NAT_2进行打洞处理。
步骤602：由于在NAT_2上IM客户端2已经为IM客户端1打洞，所以IM客户端1向IM客户端2发送UDP报文能够通过NAT_2到达IM客户端2；
步骤603：由于在NAT_1上IM客户端1已经为IM客户端2打洞，所以IM客户端2向IM客户端1发送UDP报文能够通过NAT_1到达IM客户端1。
如图7所示，为本发明NAT类型为非EIM类型，采用服务器中转的方式进行NAT穿越的信令流程图，该过程包括：
步骤701：IM客户端1把发送到IM客户端2的UDP报文先发送到IM服务器；
步骤702：IM服务器把IM客户端1发送到IM客户端2的UDP报文转发给IM客户端2；
步骤703：IM客户端2把发送到IM客户端1的UDP报文先发送到IM服务器；
步骤704：IM服务器把IM客户端2发送到IM客户端1的UDP报文转发给IM客户端1。
本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，上述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现。相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种获取网络地址转换(NAT)类型的方法，其特征在于，该方法包括：
点对点(P2P)端点实体向NAT实体发送NAT类型查询请求消息；
所述P2P端点接收所述NAT实体返回的NAT类型查询响应消息，从所述NAT类型查询响应消息中获取NAT类型，并保存到本地。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述P2P端点实体向NAT实体发送NAT类型查询请求消息之前，所述方法还包括：
所述P2P端点实体使用扩展的端口控制协议(PCP)封装所述NAT类型查询请求消息。
3.一种获取网络地址转换(NAT)类型的方法，其特征在于，该方法包括：
NAT实体接收点对点(P2P)端点实体发送的NAT类型查询请求消息；
所述NAT实体接收所述NAT类型查询请求消息，从本地获取NAT类型，将所述NAT类型封装到NAT类型查询响应消息中，向所述P2P端点实体发送所述NAT类型查询响应消息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
所述NAT实体将所述NAT类型封装到NAT类型查询响应消息中包括：
所述NAT实体使用扩展的端口控制协议(PCP)将所述NAT类型封装到所述NAT类型查询响应消息中。
5.一种点对点(P2P)端点实体，其特征在于，该P2P端点实体包括端口控制协议(PCP)客户端；
所述PCP客户端，用于向NAT实体发送NAT类型查询请求消息；以及，接收所述NAT实体返回的NAT类型查询响应消息，从所述NAT类型查询响应消息中获取NAT类型，并保存到本地。
6.根据权利要求5所述的P2P端点实体，其特征在于：
所述PCP客户端，还用于向NAT实体发送所述NAT类型查询请求消息之前，使用扩展的PCP封装所述NAT类型查询请求消息。
7.根据权利要求5或6所述的P2P端点实体，其特征在于：
所述NAT类型包括NAT的映射类型和NAT的过滤类型。
8.一种网络地址转换(NAT)实体，其特征在于，该NAT实体包括端口控制协议(PCP)服务器和NAT属性库，其中：
所述PCP服务器，用于接收点对点(P2P)端点实体发送的NAT类型查询请求消息，并向所述NAT属性库发送查询请求；以及，接收所述NAT属性库返回的所述NAT类型，将所述NAT类型封装到NAT类型查询响应消息中，向所述P2P端点实体发送所述NAT类型查询响应消息；
所述NAT属性库，用于接收所述PCP服务器发送的所述查询请求，根据所述查询请求从本地获取NAT类型，向所述PCP服务器返回所述NAT类型。
9.根据权利要8所述的NAT实体，其特征在于：
所述PCP服务器，具体用于使用扩展的PCP将所述NAT类型封装到所述NAT类型查询响应消息中。
10.根据权利要8或9所述的NAT实体，其特征在于：
所述NAT类型包括NAT的映射类型和NAT的过滤类型。
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