CN103107983B - 网络系统的数据管理方法及其相关系统 - Google Patents

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Abstract

一种网络系统的数据管理方法及其相关系统。网络系统包括至少一第一、第二与第三网络终端装置以及一穿透服务器且第一与第二网络终端装置可建立连线通道，彼此连线，进行数据的存取。数据管理方法包括：接收来自第一网络终端装置的第一协议格式的第一封包；判断是否需要执行协议转换操作；当判定需执行协议转换操作时，取得可用的网络终端装置列表并指定可用的网络终端装置列表中的第三网络终端装置；通过指定的第三网络终端装置将来自第一网络终端装置的第一协议格式的第一封包转换为可由第二网络终端装置所解码的第二协议格式的第二封包；以及传送第二封包至第二网络终端装置，致使第二网络终端装置于接收到第二封包之后解码得到第一封包的内容。

Description

网络系统的数据管理方法及其相关系统
技术领域
本发明是有关于一种网络系统的数据管理方法，特别是有关于一种可穿透网络地址转译路由器及防火墙在具有不同封包协议格式的网络终端装置间进行数据管理的方法。
背景技术
近年来，由于网络应用的蓬勃发展以及网络的普及、频宽的增加与语音压缩技术的进步，因特网语音传输(VoiceoverIP，简称VoIP)的技术快速发展，使得因特网的使用者能传输实时语音(Voice)及图像(Video)等多媒体信息。使用VoIP时，收话发话两端都必须填入所用计算机的IP地址，才能让两方相连。然而现实网络中可能存在着各种类型的防火墙及网络地址转译器，当网络终端装置位于防火墙或网络地址转译器之后时，例如对于在家中利用拨接或ADSL设备上网或在防火墙后面的使用者，由于难以轻易获知其对外的IP地址，网络终端装置之间就不能直接进行正常的通讯，而造成使用者使用上很大的不便。
为了解决前述问题，VoIP穿越网络地址转译(networkaddresstranslation，以下简称NAT)路由器与防火墙的相关技术便被广泛研究。通过VoIP穿越NAT与防火墙的相关技术，即使使用者是在NAT路由器及/或防火墙之后，VoIP也可以顺利运作。NAT为一种将内部IP与外部IP互相转换的技术，其目的为使用内网IP地址的计算机提供通过少数几台具有公有网络的公共IP地址的计算机访问外部网络的功能。NAT负责将某些内部网络IP地址的计算机向外部网络发出的IP数据包的来源IP地址转换为NAT自己的公有网络的IP地址，目的IP地址不变，并将IP数据包转发给路由器，最终到达外部的计算机。同时负责将外部的计算机返回的IP数据包的目的IP地址转换为内部网络的IP地址，来源IP地址不变，并最终送达到内部网络中的计算机。其中，最著名和最常被使用的VoIP穿越NAT防火墙的解决办法称为用户数据报协议简单穿越网络地址转译器技术(SimpleTraversalofUDPThroughNetworkAddressTranslators，简称STUN)或使用中继网络地址转译器穿越技术(TraversalUsingRelayNAT，简称TURN)。STUN利用位于因特网(Internet)上的服务器帮助防火墙内的网络终端装置获知他们被NAT转换过的外部地址，并协助其它用户的VoIP呼叫穿透防火墙送达墙内的网络终端装置。通过STUN服务器，客户终端可以了解他们的公共地址、挡在他们前面的NAT类型和通过NAT与特定局部端口相连的连接端口。这些信息将被用于建立客户终端与VoIP服务商之间的UDP通信，以便实现通话。当TURN服务器收到封包时，TURN服务器会储存封包来源的IP地址和连接端口(port)，然后转送它所提出要到的地址的请求给对方。TURN服务器之后就作为在两个地址之间的转接者。从第一个地址收到的任何数据会被提供给第二地址，并且从第二地址收到的任何数据也会被提供给第一个。
前述技术的方式虽可穿越防火墙，由于并非所有的网络终端装置均具有穿透NAT路由器及/或防火墙的能力，当传送端的网络终端装置使用VoIP穿越NAT防火墙技术将欲传送的UDP封包包裹成特定格式的封包而送出至接收端的网络终端装置时，接收端的网络终端装置可能无法直接解读所传送的封包，导致无法获得所传输的数据以及无法建立连线。举例来说，当传送端的网络终端装置将欲传送的UDP封包包裹成HTTP/HTTPS封包而送出至接收端的网络终端装置时，接收端的网络终端装置可能无法直接解读HTTP/HTTPS封包，导致无法获得所传输的数据以及无法建立连线。此外，对基于H.323、会话发起协议(sessioninitiationprotocol，简称SIP)等标准应用的网络终端装置来说，其是使用UDP数据包在因特网上传输音频及/或视频数据，然而，真正的媒体连接信息是放在数据包负载中传递，由于两个网络终端装置可能位于NAT之后，因此可能会使得建立连线失败。因此，需要先通过网络端的一协议转换服务器进行封包协议格式转换，将传送端的网络终端装置所送出的HTTP/HTTPS封包转换为可由接收端的网络终端装置所解码的特定格式封包并传送至接收端的网络终端装置。之后，接收端的网络终端装置所送出的特定格式封包也可通过网络端的协议转换服务器转换为可由传送端的网络终端装置所解码的封包格式。
由于前述协议转换服务器通常设置在远程且须同时进行来自多个网络终端装置的大量协议转换操作，通过服务器的路由路径(routingpath)通常较长，容易造成传输延迟、封包遗失、以及无法及时处理的机会。
因此，需要一种能够有效解决前述问题且可管理处于NAT路由器及防火墙之内或之外的网络终端装置的传输数据的数据管理方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种网络系统的数据管理方法及其相关系统，以解决上述的问题。
本发明实施例提供一种网络系统的数据管理方法，适用于一网络系统，网络系统包括至少一第一、第二与第三网络终端装置以及一穿透服务器且第一与第二网络终端装置可通过穿透服务器穿透至少一网络地址转译路由器及/或防火墙建立一连线通道，彼此连线，进行数据的存取。数据管理方法包括下列步骤：接收来自第一网络终端装置的一第一协议格式的一第一封包；判断是否需要执行一协议转换操作；当判定需执行协议转换操作时，取得一可用的网络终端装置列表并指定可用的网络终端装置列表中的一第三网络终端装置；通过指定的第三网络终端装置将来自第一网络终端装置的第一协议格式的第一封包转换为可由第二网络终端装置所解码的一第二协议格式的一第二封包；以及传送第二封包至第二网络终端装置，致使第二网络终端装置于接收到第二封包之后解码得到第一封包的内容。
本发明实施例还提供一种网络系统，包括至少一第一、第二与第三网络终端装置以及一穿透服务器。其中第一与第二网络终端装置可通过穿透服务器穿透至少一NAT路由器及/或防火墙建立一连线通道，彼此连线，进行数据的存取。其中，穿透服务器接收来自第一网络终端装置的一第一协议格式的一第一封包、判断是否需要执行一协议转换操作、以及当判定需执行协议转换操作时，取得一可用的网络终端装置列表并指定可用的网络终端装置列表中的一第三网络终端装置，通过指定的第三网络终端装置将来自第一网络终端装置的第一协议格式的第一封包转换为可由第二网络终端装置所解码的一第二协议格式的一第二封包，以及传送第二封包至第二网络终端装置，致使第二网络终端装置于接收到第二封包之后解码得到第一封包的内容。
本发明上述方法可以通过程序码方式收录于实体媒体中。当程序码被机器加载且执行时，机器变成用以实行本发明的装置。
为使本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
图1是显示一依据本发明实施例的网络系统架构的示意图。
图2是显示一依据本发明实施例的网络系统的数据管理方法的流程图。
[主要元件标号说明]
1-4～网络终端装置；
100～网络系统；
110～私有网络；
A～目录服务服务器；
B～协议转换服务器；
C～穿透服务器；
F1～防火墙；
S202、S204、...、S212～执行步骤。
具体实施方式
图1显示一依据本发明实施例的网络系统架构的示意图。依据本发明实施例的网络系统100至少包括一第一、第二与第三网络终端装置1-4、一目录服务服务器A、一协议转换服务器B以及一穿透服务器C，且第一与第二网络终端装置可通过穿透服务器C穿透至少一NAT路由器及/或防火墙建立一连线通道，彼此连线，以进行第一与第二网络终端装置间的数据的存取。其中，第一、第二或第三网络终端装置可为网络终端装置1-4中的任意一者，例如，第一、第二以及第三网络终端装置可分别为网络终端装置1、2、3。具体来说，穿透服务器C亦可称为NAT/防火墙穿透服务器，可为一STUN/TURN服务器或一HTTP/HTTPS通道服务器，使得处于一NAT路由器及/或一防火墙之内的网络终端装置可通过穿透服务器C与另一个处于一NAT路由器及/或一防火墙之内或之外的网络终端装置建立连线通道，以于彼此之间进行数据存取。其中，可通过STUN/TURN服务器，用户的网络终端装置可找出自己的公共网络例如因特网地址、查出自己在何种类型的NAT之内等信息，以利用这些信息来建立UDP通信，实现网络通话连线，或是通过STUN/TURN服务器作为在两个地址之间的转接者，然后取得网络地址，以建立连线。通过HTTP/HTTPS通道服务器，在防火墙内的用户的网络终端装置可以利用HTTP/HTTPS通道技术(HTTP/HTTPStunneling)将UDP封包包裹在HTTP/HTTPS封包内，再通过常见的HTTP/HTTPS连接端口80/443发送封包来穿透防火墙与防火墙外的另一用户的网络终端装置建立连线。当第一网络终端装置通过一防火墙F1连接至因特网时，则穿透服务器C为一HTTP/HTTPS通道服务器且第一网络终端装置可通过HTTP/HTTPS服务器利用HTTP/HTTPS通道技术穿透防火墙F1以与第二网络终端装置建立一连线通道，从而传递数据。
目录服务服务器A为公有网络例如因特网(INTERNET)上的一个公共服务器，可提供目录服务，其记录有网络系统100中的所有已注册的网络终端装置的使用者名称/代号与其对应的因特网通讯协议地址(IPaddress，以下简称IP地址)与连接端口(comport)的相关信息的对照表。举例来说，当使用者“John”要呼叫另一使用者“Mary”进行VoIP通话时，可先从目录服务服务器A中查表找出“John”与“Mary”的IP地址与连接端口信息，之后，穿透服务器C再从目录服务服务器A找到的IP地址与连接端口、封包数据格式等来安排连线的路由路径(routingpath)。此外，目录服务器A也可记录有目前在线(on-line)用户的用户列表，可通过此用户列表知道有那些用户正在上线中，可用于后续的处理。
其中，穿透服务器C可于两个网络终端装置欲进行数据传输时，依据两者所用的数据格式来决定是否需要通过协议转换服务器B来进行协议转换操作，以对前述两个网络终端装置进行封包协议格式的互换，例如：SIP/H.323与HTTP/HTTPS格式的互换。于一些实施例中，协议转换服务器B可为SIP-HTTP/HTTPS协议转换器，用以进行SIP/H.323格式与HTTP/HTTPS格式的封包互换，亦即，将SIP/H.323格式的封包转换为HTTP/HTTPS格式的封包或将HTTP/HTTPS格式的封包转换为SIP/H.323格式的封包。当两个网络终端装置所用的封包数据格式相同时，则穿透服务器C可直接利用彼此所传送的封包进行数据传递；当两个网络终端装置所用的封包数据格式不相同时，则穿透服务器C需要通过协议转换服务器B来进行协议转换操作，以对前述两个网络终端装置进行封包协议格式的互换。详细的网络系统的数据管理方法将于后进行说明。
图2显示一依据本发明实施例的数据管理方法的流程图，适用于一网络系统，用以穿透防火墙在网络终端装置间进行数据传输。请同时参照图1与图2。于此实施例中，假设网络系统100包括至少一第一网络终端装置1、第二网络终端装置2与第三网络终端装置3、目录服务服务器A以及穿透服务器C且第一网络终端装置1与第二网络终端装置2可通过穿透服务器C穿透至少一NAT路由器及/或防火墙建立一连线通道，彼此连线，进行数据的存取。另外，假设第一网络终端装置1是设置在防火墙F1之下且第一网络终端装置1适用于一第一协议格式的封包，可以利用HTTP/HTTPS通道技术将UDP封包包裹在HTTP/HTTPS封包内，再通过常见的HTTP/HTTPS连接端口80/443发送封包来穿透防火墙与穿透服务器C建立连线。
第一网络终端装置1欲与第二网络终端装置2建立连线以进行一网络应用，例如视频会议或VoIP/V2oIP通话，因此，第一网络终端装置1传送一VoIP通话请求至目录服务服务器A。目录服务服务器A于是根据VoIP通话请求中的来源使用者代号与目的使用者代号，找出来源使用者与目的使用者对应的IP地址、连接端口与所用的封包数据格式等信息，再将找出的信息送至穿透服务器C。举例来说，当使用者“Jason”要呼叫另一使用者“John”进行VoIP通话时，目录服务服务器A可查表找出“Jason”与“John”的IP地址、连接端口与所用的封包数据格式等信息并将找出的信息送至穿透服务器C。
首先，当穿透服务器C接收到来自第一网络终端装置1的第一封包时(步骤S202)，穿透服务器C先判断是否需要执行一协议转换操作(步骤S204)。其中，穿透服务器C可依据目录服务服务器A所找出的信息中得到关于第一网络终端装置1与第二网络终端装置2所用的封包数据格式的信息，并藉此决定是否进行协议转换操作。当第一网络终端装置1与第二网络终端装置2所用的封包数据格式相同时(例如：均为HTTP/HTTPS封包)，表示不需要进行协议转换(步骤S204的否)，因此可接着执行步骤S206，直接传送第一协议格式的第一封包至第二网络终端装置2。当第二网络终端装置2接收第一封包后，可直接利用相同的第一协议解码得到里面的数据，而稍后第二网络终端装置2也可传送第一协议格式的另一封包至穿透服务器C以通过穿透服务器C传送给第一网络终端装置1。
相反地，当第一网络终端装置1与第二网络终端装置2所用的封包数据格式不相同时(例如：一为HTTP/HTTPS封包，一为SIP格式的UDP封包)，表示需要进行协议转换(步骤S204的是)，因此，接着执行步骤S208-S212，准备选择进行协议转换的网络终端装置。
如步骤S208，穿透服务器C自目录服务服务器A中取得一可用的网络终端装置列表，并指定列表中的其中一者来执行协议转换操作。其中，如前述，目录服务器A可记录有目前在线用户的用户列表，可通过此用户列表知道有那些用户正在上线中，而穿透服务器C可自目录服务服务器A中取得此列表以得到一可用的网络终端装置列表，并指定列表中的其中一者来执行协议转换操作。于此实施例中，可用的网络终端装置列表中的每一网络终端装置可同时具有原先的终端装置的功能以及代理协议转换服务器的功能，初始时这些网络终端装置只致能其终端装置的功能，其代理协议转换服务器的功能将为禁能(disable)，而穿透服务器C系依据收发两端的封包格式决定是否须执行一协议转换操作，若是，则选择可用的网络终端装置列表中的其中一网络终端装置来代理协议转换服务器的功能。于一些实施例中，可用的网络终端装置列表中所选取的网络终端装置是依据网络拓扑层级与收发两端的网络终端装置的位置来决定，例如指定邻近于收发两端的网络终端装置的一网络终端装置为选取的网络终端装置来执行协议转换操作。
接着，穿透服务器C通过指定的网络终端装置将来自第一网络终端装置1的第一协议格式的第一封包转换为可由第二网络终端装置2所解码的第二协议格式的第二封包(步骤S210)。其中，穿透服务器C选择一网络终端装置进行前述协议转换操作是通过致能(enable)该网络终端装置的代理协议转换服务器功能。于任一网络终端装置的代理协议转换服务器功能被致能后，该网络终端装置将同时兼具终端装置功能以及具有代理所指定的协议转换服务器的功能。举例来说，假设穿透服务器C指定第三网络终端装置3代理协议转换服务器的功能时，则第三网络终端装置3的代理服务器功能将被致能且可用以当作一般协议转换服务器使用，可将第一协议格式的第一封包(例如：符合HTTP/HTTPS格式的HTTP/HTTPS封包)转换为可由第二网络终端装置2所解码的第二协议格式的第二封包(例如：符合SIP/H.323格式的UDP封包)。之后，穿透服务器C或第三网络终端装置3可传送转换为第二协议格式的第二封包至第二网络终端装置，使得第二网络终端装置2可接收第二封包并利用第二协议解码第二封包得到里面的数据(步骤S212)。类似地，当穿透服务器C接收第二网络终端装置2所送出的第二协议格式的第二封包时，可通过所指定的第三网络终端装置3将第二协议格式的第二封包转换为可由第一网络终端装置1所解码的第一协议格式的第三封包，使得第一网络终端装置1可接收第三封包并利用第一协议解码第三封包得到里面的数据。需提醒的是，虽然第三网络终端装置3可代理协议转换服务器的功能，但由于只需负责少数网络终端装置的协议转换操作，因此不会增加第三网络终端装置3太大的负担且可容易实现。于一些实施例中，如图1所示，当第三网络终端装置3忙碌时，穿透服务器C也可选择其它空闲的网络终端装置4来代理协议转换服务器的功能。
举例来说，参见图1，假设网络终端装置1在防火墙F1内，而网络终端装置2、3、4在防火墙外，其中网络终端装置2只支持符合SIP/H.323协议格式的UDP封包。当网络终端装置1与2要建立通讯连线时，网络终端装置1先将欲发送的符合SIP/H.323协议格式的封包包装成HTTP/HTTPS封包，再通过防火墙F1至目录服务服务器A取得网络终端装置2的IP地址、连接端口、封包数据格式等信息，目录服务服务器A再通知穿透服务器C，穿透服务器C依据网络终端装置1与2的封包数据格式信息，得知需要进行协议转换，因此，便依据目录服务服务器A所提供的可用网络终端装置列表，指定/选择其中一网络终端装置(例如：网络终端装置3)启动其代理协议转换服务器功能，以执行一协议转换操作。穿透服务器C于是发出一消息至网络终端装置3，则被指定的网络终端装置3将于接收到此消息后启动其代理协议转换服务器功能，之后，网络终端装置3便可代理协议转换服务器B，将来自网络终端装置1的符合HTTP/HTTPS格式的第一封包转换为符合SIP/H.323格式的第二封包给网络终端装置2或者将来自网络终端装置2的SIP/H.323格式的第二封包转换为HTTP/HTTPS格式的第三封包给网络终端装置1，使得网络终端装置1与2可通过近端的网络终端装置3交换彼此的数据，无须通过远程的协议转换服务器B。
于一些实施例中，于连线结束之后，当接收到来自任一网络终端装置的连线结束要求时，穿透服务器C可进一步将第三网络终端装置的代理协议转换服务器功能禁能，以避免第三网络终端装置不必要的电源消耗。
综上所述，依据本发明的网络系统的数据管理方法及其相关网络系统，于两个符合不同数据格式标准的网络终端装置间受到NAT路由器及防火墙的阻挡而须通过在因特网上的远程穿透服务器来穿透NAT路由器及防火墙来进行数据传递时，远程穿透服务器可选择邻近的其它可用网络终端装置的其中一者来协助进行协议转换的操作，使得网络终端装置间能顺利地进行数据的传递，提供更高的数据传输效能。此外，通过本发明所提供的具有协议转换功能的网络终端装置架构，可指定近端较适合的网络终端装置来执行协议转换操作，因此无须通过远程的协议转换服务器，可减少远程的协议转换服务器的大量负载，也有效减少传输延迟以及封包遗失的机会，从而可提供更高的视频图像质量。
本发明的方法，或特定型态或其部分，可以以程序码的型态包含于实体媒体，如软盘、光盘片、硬盘、或是任何其它机器可读取(如计算机可读取)储存媒体，其中，当程序码被机器，如计算机加载且执行时，此机器变成用以参与本发明的装置。本发明的方法与装置也可以以程序码型态通过一些传送媒体，如电线或电缆、光纤、或是任何传输型态进行传送，其中，当程序码被机器，如计算机接收、加载且执行时，此机器变成用以参与本发明的装置。当在一般用途处理器实作时，程序码结合处理器提供一操作类似于应用特定逻辑电路的独特装置。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (9)

1.一种网络系统的数据管理方法，用于一网络系统，上述网络系统包括至少一第一、第二与第三网络终端装置以及一穿透服务器且上述第一与第二网络终端装置可通过上述穿透服务器穿透至少一网络地址转译路由器及/或防火墙建立一连线通道，彼此连线，进行数据的存取，上述方法包括：
接收来自上述第一网络终端装置的一第一协议格式的一第一封包；
判断是否需要执行一协议转换操作；
当判定需执行上述协议转换操作时，取得一可用的网络终端装置列表并指定上述可用的网络终端装置列表中的一第三网络终端装置；
通过指定的上述第三网络终端装置将来自上述第一网络终端装置的上述第一协议格式的上述第一封包转换为可由上述第二网络终端装置所解码的一第二协议格式的一第二封包；以及
传送上述第二封包至上述第二网络终端装置，致使上述第二网络终端装置于接收到上述第二封包之后解码得到上述第一封包的内容，
其中上述第三网络终端装置还包括原先的终端装置的功能与一禁能的代理服务器功能，并且上述第三网络终端装置的上述代理服务器功能被致能以代理远程的一协议转换服务器执行上述第一网络终端装置与上述第二网络终端装置之间的上述协议转换操作，且其中上述第三网络终端装置依据网络拓扑层级与上述第一网络终端装置与上述第二网络终端装置的位置来决定。
2.根据权利要求1所述的数据管理方法，其中上述判断是否需要执行上述协议转换操作是判断上述第一协议格式是否符合上述第二协议格式，并且于上述第一协议格式未符合上述第二协议格式时，判定需要执行上述协议转换操作。
3.根据权利要求1所述的数据管理方法，还包括：
于判定不需要执行上述协议转换操作时，直接传送上述第一封包至上述第二网络终端装置。
4.根据权利要求1所述的数据管理方法，还包括：
通过指定的上述第三网络终端装置将来自上述第二网络终端装置的上述第二协议格式的一第三封包转换为上述第一协议格式的一第四封包；以及
传送上述第四封包至上述第一网络终端装置，致使上述第一网络终端装置于接收到上述第四封包之后解码得到上述第四封包的内容。
5.根据权利要求1所述的数据管理方法，其中上述第一协议格式包括HTTP/HTTPS格式，上述第二协议格式包括SIP/H.323格式。
6.根据权利要求1所述的数据管理方法，其中上述可用的网络终端装置列表是由一目录服务服务器所提供。
7.一种网络系统，包括：
至少一第一、第二与第三网络终端装置；以及
一穿透服务器，其中上述第一与第二网络终端装置可通过上述穿透服务器穿透至少一NAT路由器及/或防火墙建立一连线通道，彼此连线，进行数据的存取，
其中上述穿透服务器接收来自上述第一网络终端装置的一第一协议格式的一第一封包、判断是否需要执行一协议转换操作、以及当判定需执行上述协议转换操作时，取得一可用的网络终端装置列表并指定上述可用的网络终端装置列表中的一第三网络终端装置，通过指定的上述第三网络终端装置将来自上述第一网络终端装置的上述第一协议格式的上述第一封包转换为可由上述第二网络终端装置所解码的一第二协议格式的一第二封包，以及传送上述第二封包至上述第二网络终端装置，致使上述第二网络终端装置于接收到上述第二封包之后解码得到上述第一封包的内容，
其中上述第三网络终端装置还包括原先的终端装置的功能与一禁能的代理服务器功能，并且上述穿透服务器致能上述第三网络终端装置的上述代理服务器功能以代理远程的一协议转换服务器执行上述第一网络终端装置与上述第二网络终端装置之间的上述协议转换操作，且上述穿透服务器指定上述第三网络终端装置依据网络拓扑层级与上述第一网络终端装置与上述第二网络终端装置的位置来决定。
8.根据权利要求7所述的网络系统，其中上述穿透服务器还通过指定的上述第三网络终端装置将来自上述第二网络终端装置的上述第二协议格式的一第三封包转换为上述第一协议格式的一第四封包，以及传送上述第四封包至上述第一网络终端装置，致使上述第一网络终端装置于接收到上述第四封包之后解码得到上述第四封包的内容。
9.根据权利要求7所述的网络系统，还包括一目录服务服务器，用以提供上述可用的网络终端装置列表。
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