CN103516795A - 分布式网络连通性改善方法以及使用该方法的分布式网络 - Google Patents

Abstract

一种分布式网络连通性改善方法以及使用该方法的分布式网络，其中所述分布式网络包括，公网中的Track服务器，Stun服务器，多个在私网中的终端和公网中的OPEN类型的终端；所述方法将需要端口保活的FULL类型的私网终端指定给IP相邻的公网OPEN类型终端，从而提高终端互通情况，并减轻服务器压力；当处于同一公网IP下的Peer发生变化时，Track服务器将同为该公网IP下的Peer公网地址和私有地址列表进行局部广播，使得同一个公网IP下的Peer建立起了连接通路信息，当有连接需求时，使得这些同一公网IP下的Peer可以直接进行流媒体的传输，进一步大大增加了通过局域网高速联通的可能性。

Description

分布式网络连通性改善方法以及使用该方法的分布式网络

技术领域

本申请涉及一种分布式网络，特别的，涉及对分布式网络的负荷进行分担以减轻网络负担，提高网络运行效率的分布式网络连通性改善方法，以及使用该方法的分布式网络。

背景技术

随着P2P技术的发展，P2P已经成为了人们在日常生活中经常使用的一种网络连接方式。而由于网络资源的匮乏，每个用户占用一个公网IP显然是无法做到的，同时由于移动终端的增加，每个用户可能会拥有多个终端，这使得热门不得不在一个家庭或者一个办公环境使用路由器，而后接入各种固定以及移动终端。因此，在私网环境下的P2P连接必然必须解决NAT穿透问题，如何保持这些对等节点（Peer）的网络心跳以及如何传递资源信息等问题。

对于P2P系统而言，网络连通性的好坏直接关系到实际应用的效果和体验。传统的网络连通性方案包括NAT类型的检测(STUN)和NAT防火墙穿透。但在大规模实际使用中，传统的解决方案有以下不足：

1. UDP端口的Binding Life Time（端口保活时间）检测过程复杂，且受到众多因素影响，在一段时间内并不稳定。

2. 在进行UDP端口保活时，传统的方法让需要保活的端口与某个中心服务器进行心跳，在大规模P2P网络中，随身私网下终端数量越来越多，中心服务器的负载会越来越大，导致降低网络性能。

3. 大多数NAT设备不支持Hairpin特性，在同一NAT设备下的终端很难使用公网IP进行直接通讯。

4. 在同一个私网下的终端在不适合做NAT穿透的情况下，无法在私网下进行媒体信息的直接交换，而只能通过服务器中转，降低了效率。

因此，对于分布式网络如何改善网络联通特性，提高在同一私网下各个对等节点的联通特性，避免只能通过服务器中转，成为现有技术中亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种分布式网络连通性改善方法，进而得到一种使用该方法的分布式网络。从而环节心跳过程对服务器的压力，并使得分布式网络媒体传输更加稳定，速度更快。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种分布式网络连通性改善方法，其特征在于：

所述分布式网络包括，公网中的Track服务器，用于管理终端；Stun服务器，用于协助探测终端的网络连通性类型；多个在私网中的终端；公网中的OPEN类型的终端，所述OPEN类型的终端为在公网中已经与Track服务器保持长连接的，不需要端口保活且具有监听任意对端能力的终端；

所述方法包括如下步骤：

101. 所述私网终端登录所述Track服务器，加入分布式网络，并与所述Track服务器保持了一条TCP长连接通路；

102. 所述私网终端与所述Stun服务器进行通信，判断自身网络连通性类型为是否为需要端口保活具有监听任意对端的FULL类型的终端；

103. 所述FULL类型的终端将网络连通性类型信息，自身的公网地址信息Addr1和局域网地址列表发送到所述Track服务器，所述Track服务器通过查找与调度，将与Addr1具有IP相邻的所述OPEN类型的终端的公网地址信息回复给所述私网终端；

104. 收到所述Track服务器的回复后，所述私网终端与所述OPEN类型的终端建立心跳。

进一步的，当新的所述私网终端登陆所述Track服务器，并最终与所述Track服务器或者所述IP相邻的OPEN类型的终端建立心跳时，所述Track服务器告知每个所述私网终端在同一私网下的所有终端的网络信息，同一私网下的所述私网终端能够彼此建立心跳。

进一步的，所述网络信息为在所述同一私网下的终端名，以及对应的私网地址列表。

进一步的，所述同一私网下的所述私网终端能够直接通过局域网进行通信，并进行数据的交换。

进一步的，所述私网终端的心跳时间为端口保活最小估计时间。

进一步的，能够为同一私网下的不同的终端指定不同的IP相邻的OPEN类型的终端。其方法可以为，由所述Track服务器主动指定不同的所述IP相邻的OPEN类型的终端，或者由所述IP相邻的OPEN类型的终端根据已经连接的私网终端数，发信息给所述Track服务器，要求所述Track服务器指定不同的IP相邻的OPEN类型的终端。

本发明还公开了一种分布式网络，其特征在于：

所述分布式网络包括，公网中的Track服务器，用于管理终端；Stun服务器，用于协助探测终端的网络连通性类型；多个在私网中的终端；公网中的OPEN类型的终端，所述OPEN类型的终端为在公网中已经与Track服务器保持长连接的，不需要端口保活且具有监听任意对端能力的终端；

所述分布式网络采用上述所述的分布式网络连通性改善方法。

本发明通过简化网络连通性类型，利用分布式心跳的方式进行端口保活，让需要进行端口保活并具有监听任意对端类型的FULL类型的Peer与公网IP相邻的OPEN类型的Peer进行心跳，并将心跳时间设置为保活时间最小估计值。能在大大提高P2P系统的连通性的同时降低对中心服务器的压力。

本发明的同一个公网IP下的私网内的Peer加入或退出P2P网络时，在Track服务器辅助下，该Peer与私网内的其它Peer进行局域网内的连通性探测，并维持和记录连通性状态，能够提高在同一私网下终端之间的连接性能。

附图说明

图1 是根据本发明的公网-私网分布式心跳的网络结构图；

图2是根据本发明的私网下终端互联的网络结构图。

图中的附图标记所分别指代的技术特征为：

1、Track服务器；2、Stun服务器；3、私网内对等节点；4、公网对等节点。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

一般来说，在P2P网络中，针对各种网络情况的不同，可以将各对等节点（Peer）划分如下：不需要端口保活具有监听任意对端能力的Peer定义为OPEN类型，例如在公网中具有独立IP的Peer。将需要端口保活具有监听任意对端的Peer定义为FULL类型，例如在私网中的Peer。不能发送也无法监听所有对端的Peer定义为BLKED类型，其余为OUT类型。本发明主要针对OPEN类型和FULL类型的Peer。

本发明的方案在于：对于需要端口保活的FULL类型Peer，由于保活时间估算复杂，因此，通过Track管理服务器，将该FULL类型Peer直接将其指定给在公网中与Track管理服务器IP相邻的OPEN类型的Peer。使得私网内的Peer与公网中的Peer保持两者之间的心跳包往返，可选地，心跳时间设定为保活时间最小估计值。这一步用最小估计的保活时间不断进行心跳，替代了保活时间复杂的估算过程，保证了Peer的端口一直处于存活状态。同时，指定IP相邻的OPEN类型的Peer进行心跳，避免了大量Peer直接与服务器进行心跳造成服务器负载过大。

进一步的，可以为私网下的不同的FULL类型Peer指定不同的OPEN类型的Peer，这样，可以进一步的分散该OPEN类型的Peer所承受的压力。避免由于这些OPEN类型的Peer连接私网下的Peer过多而导致负载增多，对其性能的影响，并最终导致网络速度减缓。

进一步的：当处于同一公网IP下的Peer发生变化时，Track服务器将同为该公网IP下的Peer公网地址和私有地址列表进行局部广播，即：告知在同一公网IP下所有的Peer，包括新加入的Peer和已有的Peer，在其所在的同一公网IP下所存在的Peer，以及这些Peer的私网地址。当这些Peer收到广播信息后，尝试与在其同一公网下的其它Peer进行局域网的连接，记录连接状态，连接成功的，进行心跳保持。最终，处于同一个公网IP下的Peer建立起了连接通路信息，当有连接需求时，使得这些同一公网IP下的Peer可以直接进行流媒体的传输，进一步大大增加了通过局域网高速联通的可能性。

实施例一：

参见图1，示出了公网-私网分布式心跳的网络结构图。其中：该网络包括公网中的Track服务器，用于管理Peer；Stun服务器，也称为用户数据报协议（UDP）简单穿越网络地址转换器，用于协助探测Peer的网络连通性类型；在同一私网中的多个终端，例如P1，Pn等；公网中的OPEN类型的终端，所述OPEN类型的终端为在公网中已经与Track服务器保持长连接的，不需要端口保活且具有监听任意对端能力的终端，例如OP1。在图1中，实线双向箭头为长连接通路，虚线双向箭头是UDP消息通路。箭头表示信息联通的方向。

该方法包括如下步骤：

101. 私网终端P1登录Track服务器，加入P2P网络，并与Track服务器保持了一条TCP长连接通路。

102. 私网终端P1与Stun服务器进行通信，判断自身网络连通性类型为FULL，即需要端口保活具有监听任意对端。

103. 私网终端P1将网络连通性类型信息，自身的公网地址信息Addr1和局域网地址列表发送到Track服务器，Track服务器通过查找与调度，将与Addr1具有IP相邻的OPEN类型的终端，例如OP1，的公网地址信息回复给私网终端P1。

104. 收到Track服务器的回复后，私网终端P1与所述OPEN类型的终端OP1建立心跳。

因此，将私网下的FULL类型的Peer与IP地址相邻的OPEN类型的Peer进行结对心跳的分布式心跳方案，与传统的方案相比，可以大大减轻心跳过程对Track服务器的压力。

优选地，可以将心跳时间大大缩小到为固定值的端口保活最小估计时间。因此，与传统的方案相比，去除了复杂的保活时间的检测和端口保活过程，同时也减轻了心跳过程对服务器的压力。

同时进一步地，可以为私网下的不同的Peer指定不同的IP相邻的OPEN类型的终端，这样，可以进一步的分散该OPEN类型的Peer所承受的压力。避免由于当某个私网下终端过多，而导致的，这些过多的私网终端均连接到同一个所述IP相邻的OPEN类型的终端，所述IP相邻的OPEN类型的终端连接私网下的Peer过多而导致负载增多，对其性能的影响，并最终导致网络速度减缓。

指定不同的IP相邻的OPEN类型的终端，可以由Track服务器根据已经分散的终端数目，主动指定不同的所述IP相邻的OPEN类型的终端；也可以由所述IP相邻的OPEN类型的终端根据已经连接的私网终端数，发信息给Track服务器，要求所述Track服务器指定不同的IP相邻的OPEN类型的终端。

因此，实施例1使得私网下的FULL类型终端能够与OPEN类型终端保持心跳，让端口持续保活，同时减轻Track服务器压力。

实施例二：

在本实施例中，当同一公网IP，即同一私网下的终端发生变化时，在Track服务器辅助下，该Peer与私网内的其它Peer进行局域网内的连通性探测，并维持和记录连通性状态。

当新的所述私网终端登陆过所述Track服务器，并与所述Track服务器或者所述IP相邻的OPEN类型的终端建立心跳时，即同一私网下的终端发生变化时，所述Track服务器告知每个所述私网终端在同一私网下的所有终端的网络信息，同一私网下的所述私网终端能够彼此建立心跳。

所述网络信息为在所述同一私网下的终端名，以及对应的私网地址列表。

参见图2，示出了同一私网下终端互联的网络结构图。该实施例是对实施例1的进一步改进。因此，在本实施例中，仅仅描述对其进一步改进的部分。

201. P2登录Track，加入P2P网络后，将网络连通性信息和网络地址信息发送给Track服务器，Track将同一私网下的所有终端的网络地址信息，例如P1的信息回复给P2。应当知道，在此实施例中，P2可以与Track服务器进行心跳进行端口保活，也可以与IP相邻的OPEN类型的终端建立心跳进行端口保活，只要其与Track服务器曾经有过通信，并建立端口保活即可。

202. Track将新登录的P2的网络地址信息发送给同一私网下的其它所有的终端，例如P1。

203. P1和P2收到Track的消息后，各自向对方的局域网地址列表中的地址发送UDP消息，尝试连接；同时，P1和P2若收到对方的UDP消息后，停止继续尝试，记录下该消息的地址信息，回复消息，建立心跳。

因此，由于在Track服务器的协助下，处于同一个公网IP下的Peer建立起了连接通路信息，并维持连接，当有连接需求时，使得这些同一公网IP下的Peer可以直接进行数据的传输，直接通过局域网进行通信，解决了部分不支持Hairpin特性的NAT设备下Peer的连通性问题，且速度更快。

例如，对于P2P流媒体播放网络：用户的播放器客户端是Peer，这些Peer组成一个网络，当有一个Peer需要观看某个节目时，可以向网络中其它拥有这个文件的Peer索要资源。当可直接建立连接的Peer越多，网络共享和加速的效果就越好。本发明可以增强多个Peer之间直连效果，同时减轻对服务器的负担。

还例如：对于即时视频语音通讯，在即时通讯网络中，运用本发明，增强客户端到客户端的连通性，当私网下的两个客户端需要进行即时通讯时，可以直接建立网络连接，发送视频语音信息，改善网速和用户体验。

实施例3：

在本实施例中，公开了一种分布式网络，该分布式网络包括公网中的Track服务器，用于管理Peer；Stun服务器，也称为用户数据报协议（UDP）简单穿越网络地址转换器，用于协助探测Peer的网络连通性类型；在同一私网中的多个终端，例如P1，Pn等；公网中的OPEN类型的终端，所述OPEN类型的终端为在公网中已经与Track服务器保持长连接的，不需要端口保活且具有监听任意对端能力的终端，例如OP1。该分布式网络使用如实施例1，实施例2所述的连通性改善方法。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (9)

1.一种分布式网络连通性改善方法，其特征在于：

所述分布式网络包括，公网中的Track服务器，用于管理终端；Stun服务器，用于协助探测终端的网络连通性类型；多个在私网中的终端；公网中的OPEN类型的终端，所述OPEN类型的终端为在公网中已经与Track服务器保持长连接的，不需要端口保活且具有监听任意对端能力的终端；

所述方法包括如下步骤：

所述私网终端登录所述Track服务器，加入分布式网络，并与所述Track服务器保持了一条TCP长连接通路；

所述私网终端与所述Stun服务器进行通信，判断自身网络连通性类型为是否为需要端口保活具有监听任意对端的FULL类型的终端；

所述FULL类型的终端将网络连通性类型信息，自身的公网地址信息Addr1和局域网地址列表发送到所述Track服务器，所述Track服务器通过查找与调度，将与Addr1具有IP相邻的所述OPEN类型的终端的公网地址信息回复给所述私网终端；

收到所述Track服务器的回复后，所述私网终端与所述OPEN类型的终端建立心跳。

2. 根据权利要求1所述的分布式网络连通性改善方法，其特征在于：

当新的所述私网终端登陆所述Track服务器，并最终与所述Track服务器或者所述IP相邻的OPEN类型的终端建立心跳时，所述Track服务器告知每个所述私网终端在同一私网下的所有终端的网络信息，同一私网下的所述私网终端能够彼此建立心跳。

3. 根据权利要求2所述的分布式网络连通性改善方法，其特征在于：

所述网络信息为在所述同一私网下的终端名，以及对应的私网地址列表。

4. 根据权利要求3所述的分布式网络连通性改善方法，其特征在于：

所述同一私网下的所述私网终端能够直接通过局域网进行通信，并进行数据的交换。

5. 根据权利要求1-4所述的分布式网络连通性改善方法，其特征在于：

所述私网终端的心跳时间为端口保活最小估计时间。

6. 根据权利要求1或2所述的分布式网络连通性改善方法，其特征在于：

能够为同一私网下的不同的终端指定不同的IP相邻的OPEN类型的终端。

7. 根据权利要求6所述的分布式网络连通性改善方法，其特征在于：

由所述Track服务器主动指定不同的所述IP相邻的OPEN类型的终端。

8. 根据权利要求6所述的分布式网络连通性改善方法，其特征在于：

由所述IP相邻的OPEN类型的终端根据已经连接的私网终端数，发信息给所述Track服务器，要求所述Track服务器指定不同的IP相邻的OPEN类型的终端。

9. 一种分布式网络，其特征在于：

所述分布式网络包括，公网中的Track服务器，用于管理终端；Stun服务器，用于协助探测终端的网络连通性类型；多个在私网中的终端；公网中的OPEN类型的终端，所述OPEN类型的终端为在公网中已经与Track服务器保持长连接的，不需要端口保活且具有监听任意对端能力的终端；

所述分布式网络采用权利要求1-8中任一项所述的分布式网络连通性改善方法。

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