CN103581359B - 一种业务穿越nat设备的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种业务穿越NAT设备的方法及装置，所述方法包括：（1）根据终端与业务服务器建立的呼叫过程会话交互的报文信息，建立终端的报文上下文，并配置报文上下文的IP地址和端口号；（2）解析业务服务器收到的报文的源IP地址和端口号以及目的IP地址和端口号，根据解析出的目的IP地址和端口号定位出相应的报文上下文；（3）比较定位出的报文上下文的IP地址和端口号与解析出的报文的源IP地址和端口号是否相同，若不相同，执行步骤（4），否则，执行步骤（5）；（4）更新所定位出的报文上下文的IP地址和端口号为所解析出的报文的源IP地址和端口号，并执行步骤（5）；（5）处理并转发所接收到的报文。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信领域，尤其涉及一种实现终端可以自由穿越NAT设备和外部网络进行业务交换的业务穿越NAT设备的方法及系统。
背景技术
NAT (Network Address Translation，网络地址转换)设备广泛应用于接入网中，它使得用户通过私网IP地址和端口，能够穿越NAT设备，访问外部网络(业务服务器)。NAT设备完成私网IP地址和端口与外部IP地址和端口的映射转换功能，实现了对私网的隔离和保护，并降低了私网对外部网络地址的需求。
参考图1，现有业务穿越NAT设备的系统实现架构图，结合附图1对NAT转发处理进行说明：NAT设备可以接入多个终端/客户端。对于出去的报文NAT设备将所接收到的报文的源IP和Port(IP-x和Port-x)，映射为IP-y和Port-y后，向外发送；对于进入的报文，NAT设备根据报文的目的IP和Port，搜索映射记录表，如果有匹配记录，则将进入的报文的目的IP和Port(IP-y和Port-y)修改为记录表中对应的IP-x和Port-x，发送到终端/客户端。如果没有匹配记录，则NAT设备将丢弃报文。
对于不同的终端/客户端，或者同一终端/客户端上不同的媒体流，NAT设备上会建立不同的映射记录。终端上多个媒体流的源IP地址可以相同，也可以不同。如图1所示，媒体流1：源(Ip-1,Port-1)（192.168.1.3:5060）——映射后(Ip-3,Port-3)（10.10.11.3:6060）；媒体流2：源(Ip-2,Port-2) （192.168.1.3:5062） ——映射后(Ip-4,Port-4)（10.10.11.3:6062）。
但对于VoIP等应用，在NAT设备后的终端可能无法获得经过NAT映射转换后的IP地址和端口，终端通过NAT设备所访问的业务应用在和终端的会话建立过程中往往也无法获取NAT变换后的媒体流的IP地址和端口号信息。并且当终端在移动过程中，终端的媒体流可能经由不同的NAT设备和外部网络进行业务交互；由于NAT设备为终端到所访问业务网络之间的中间节点设备，NAT设备上的地址和端口映射也存在有效期的问题，当有效期过期或NAT设备出现故障时，IP地址和端口的映射将失效。外部网络由于无法获得终端经由NAT映射后的IP地址和端口号或者其最新映射关系的变化情况，造成外部网络下发给终端的媒体流报文无法穿越NAT而到达终端。
虽然已经有STUN（RFC 3489）等协议，允许位于NAT（或多重NAT）后的客户端找出自己的公网地址，查出自己位于哪种类型的NAT之后以及NAT为某一个本地端口所绑定的Internet端端口。这些信息被用来在两个同时处于NAT 路由器之后的主机之间建立UDP通信。但支持STUN协议对终端提出了额外的功能要求，需要每一种客户端应用支持STUN协议。
因此需要一种业务穿越NAT设备的方法，能够实现终端自由穿越NAT设备和外部网络进行业务交换，不需要对终端(或客户端)以及NAT设备提出额外的功能要求。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种业务穿越NAT设备的方法及系统，使得NAT设备后的终端/客户端应用能够和外部网络进行应用业务交互，使得外部网络下发给终端/客户端的业务报文能够穿越NAT设备，支持终端/客户端经由不同NAT设备接入时的切换和移动，对终端/客户端以及NAT设备无其它要求，能够对NAT设备上IP地址和端口号映射关系的变换完成自适应匹配。
为了实现上述目的，本发明提供了一种一种业务穿越NAT设备的方法，包括如下步骤： （1）根据终端与业务服务器建立的呼叫过程会话交互的报文信息，建立终端的报文上下文，并配置报文上下文的IP地址和端口号；（2）解析业务服务器收到的报文的源IP地址和端口号以及目的IP地址和端口号，根据解析出的目的IP地址和端口号定位出相应的报文上下文；（3）比较定位出的报文上下文的IP地址和端口号与解析出的报文的源IP地址和端口号是否相同，若不相同，执行步骤（4），否则，执行步骤（5）；（4）更新所定位出的报文上下文的IP地址和端口号为所解析出的报文的源IP地址和端口号，并执行步骤（5）；（5）处理并转发所接收到的报文。
为了实现上述目的，本发明还提供了NAT设备的装置，包括配置单元、解析与定位单元、比较单元、更新单元以及处理单元；所述配置单元用于根据终端与业务服务器建立的呼叫过程会话交互的报文信息，建立终端的报文上下文，并配置报文上下文的IP地址和端口号；所述解析与定位单元和所述配置单元相连，用于解析业务服务器收到的报文的源IP地址和端口号以及目的IP地址和端口号，并根据解析出的目的IP地址和端口号定位出相应的报文上下文；所述比较单元分别和所述解析与定位单元、更新单元以及所述处理单元相连，用于比较所述解析与定位单元定位出的报文上下文的IP地址和端口号是否与解析出的报文的源IP地址和端口号相同，若不相同，则调用所述更新单元，否则，直接调用所述处理单元；所述更新单元与所述处理单元相连，用于更新所定位出的报文上下文的IP地址和端口号为所解析出的报文的源IP地址和端口号，并将更新结果传送至所述处理单元；所述处理单元用于处理并转发所接收到的报文。
本发明的优点在于，通过本发明提供的技术方案，NAT设备后的终端/客户端应用能够和外部网络进行应用业务交互，外部网络下发给终端的业务报文能够穿越NAT设备，支持终端经由不同NAT设备接入时的切换和移动，对终端/客户端以及NAT设备无其它要求，能够对NAT设备上IP和端口映射关系的变换完成自适应匹配，也即终端可以自由穿越NAT设备和外部网络(业务服务器)进行业务交换，无需实现其它额外功能，实现简单可靠，适用范围广泛。
附图说明
图1，现有业务穿越NAT设备的系统实现架构图；
图2，本发明业务穿越NAT设备的方法的流程图；
图3，本发明业务穿越NAT设备的系统的架构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的业务穿越NAT设备的方法及装置的具体实施方式做详细说明。
首先结合附图给出本发明所述业务穿越NAT设备的方法的具体实施方式。
附图2所示是本具体实施方式所述业务穿越NAT设备的方法的流程图，接下来对附图2所示的步骤做详细说明。
S210：根据终端与业务服务器建立的呼叫过程会话交互的报文信息，建立终端的报文上下文，并配置报文上下文的IP地址和端口号。
终端与业务服务器建立的呼叫过程会话可以为通过标准的SIP呼叫过程，以及基于传统的H.323协议建立的呼叫过程等；可以配置终端的报文上下文地址信息为IP-0，Port-0。
S220：解析业务服务器收到的报文的源IP地址和端口号以及目的IP地址和端口号，根据解析出的目的IP地址和端口号定位出相应的报文上下文。
业务服务器收到终端发送的报文，解析出报文的源IP和Port和目的IP和Port，其中报文源IP地址和端口号为IP-x，Port-x（IP-x，Port-x是NAT设备映射后的IP地址和端口号）。
作为优选的实施方式，本方发明所述方法在解析业务服务器收到的报文的源IP地址和端口号以及目的IP地址和端口号之后，进一步包括：（20）判断业务服务器收到的报文是否为呼叫过程所建立的会话交互的报文，若是，则执行步骤（21）。由于终端可能会发出多种类型的报文，通过判断步骤，使得只需要针对SIP等呼叫过程建立的会话中交互的报文进行识别及定位。（21）根据解析出的目的IP地址和端口号识别出所收到的报文的发送终端；（22）根据所识别出的发送终端对应的配置信息定位出相应的报文上下文。
S230：比较定位出的报文上下文的IP地址和端口号与解析出的报文的源IP地址和端口号是否相同，即比较(IP-0，Port-0)与（IP-x，Port-x）是否相同；若不相同，执行步骤S240；否则，执行步骤S250。
S240：更新所定位出的报文上下文的IP地址和端口号为所解析出的报文的源IP地址和端口号，并执行步骤S250。
若(IP-0，Port-0)与（IP-x，Port-x）不相同，修改所定位出的报文上下文地址信息中的IP地址和端口号为（IP-x，Port-x），使得终端报文上下文地址信息中的IP和Port始终是业务服务器从NAT设备接收到的最新的报文中的IP-x和Port-x。
S250：处理并转发所接收到的报文。
若(IP-0，Port-0)与（IP-x，Port-x）相同，则正常处理和转发报文；若(IP-0，Port-0)与（IP-x，Port-x）不相同，则根据更新后IP和Port处理和转发报文。即业务服务器根据接收到的报文的IP和Port信息，定位出对应的用户上下文后，完成相关处理，并按照用户上下文的IP和Port等地址信息进行转发。
本发明所述的业务穿越NAT设备的方法中，所有所述报文可以为媒体面报文。即，终端和业务服务器建立会话，比如通过标准的SIP呼叫过程；业务服务器根据SIP等呼叫过程交互的媒体面信息，建立终端的媒体面上下文，配置终端的媒体面地址信息为IP-0，Port-0；业务服务器收到终端发送的报文，解析出报文的源IP和Port和目的IP和Port（其中报文源IP和端口号为IP-x，Port-x），首先判断是否为SIP等呼叫过程所建立的会话，如果是SIP等呼叫过程建立的会话，则业务服务器根据此报文的目的IP和Port识别出发送此报文的终端，从而定位出对应的媒体面上下文；业务服务器比较终端媒体面上下文中的IP和Port是否和所接收媒体面报文的源IP和Port相同，即比较(IP-0，Port-0)与（IP-x，Port-x）是否相同；如果不同，修改终端的媒体面上下文地址信息中的IP和Port为（IP-x，Port-x），使得终端媒体面上下文媒体面地址信息中的IP和Port始终是业务服务器从NAT设备接收到的最新的媒体面报文中的IP-x和Port-x；如果相同，则正常处理和转发报文。
同一终端的媒体面上下文可能有多个，对应多个媒体流；业务服务器也同时为很多个终端提供业务服务。对于同一终端存在多条独立的媒体流，穿越NAT设备的场景，本方法同样适用。即：根据所收到终端发送的媒体面报文的目的IP和Port，识别出对应的终端媒体面上下文；对每个上下文中的媒体面地址信息，根据所收到的媒体面报文的源IP和Port，分别进行比较判断，以及分别进行更新。
本发明所述的业务穿越NAT设备的方法中，所有所述报文可以为控制面报文。即，对于终端通过NAT设备和业务服务器建立会话，完成SIP等呼叫过程，SIP等呼叫信令控制报文对NAT设备的穿越和业务服务器的控制面报文交互，本方法同样适用。同理，业务服务器根据收到的SIP等控制面报文的IP和Port等地址信息，定位出对应的控制面上下文，根据比较结果实时更新终端的控制面上下文地址信息，实现将报文穿越NAT设备送达终端/客户端的目的。
本发明提供的业务穿越NAT设备的方法，适用于终端通过NAT设备和业务服务器新建会话的场景；以及终端已经通过一NAT设备和业务服务器建立了会话，之后终端移动到另一NAT设备，经由该NAT设备接入的场景。通过在会话建立时对报文地址信息进行配置，在会话过程中进行IP和Port的定位、比较以及更新，并在终端发生移动时，重新进行定位、比较以及更新。通过本发明提供的方法，NAT设备后的终端/客户端应用能够和外部网络进行应用业务交互，外部网络下发给终端的业务报文能够穿越NAT设备，支持终端经由不同NAT设备接入时的切换和移动，对终端/客户端以及NAT设备无其它要求，能够对NAT设备上IP和端口映射关系的变换完成自适应匹配，也即终端可以自由穿越NAT设备和外部网络(业务服务器)进行业务交换，无需实现其它额外功能，实现简单可靠，适用范围广泛。
接下来结合附图给出本发明所述业务穿越NAT设备的装置的具体实施方式。
附图3所示是本具体实施方式所述业务穿越NAT设备的装置的架构图，包括配置单元31、解析与定位单元32、比较单元33、更新单元34以及处理单元35。其中，所述业务穿越NAT设备的装置可以设置在业务服务器内，以在终端穿越NAT设备和外部网络(业务服务器)进行业务交换时，能够对NAT设备上IP和端口映射关系的变换完成自适应匹配，实现终端的自由穿越NAT设备。
所述配置单元31用于根据终端与业务服务器建立的呼叫过程会话交互的报文信息，建立终端的报文上下文，并配置报文上下文的IP地址和端口号。终端与业务服务器建立的呼叫过程会话可以为通过标准的SIP呼叫过程，以及基于传统的H.323协议建立的呼叫过程等；可以配置终端的报文上下文地址信息为IP-0，Port-0。
所述解析与定位单元32和所述配置单元31相连，用于解析业务服务器收到的报文的源IP地址和端口号以及目的IP地址和端口号，并根据解析出的目的IP地址和端口号定位出相应的报文上下文。业务服务器收到终端发送的报文，解析出报文的源IP和Port和目的IP和Port，其中报文源IP地址和端口号为IP-x，Port-x（IP-x，Port-x是NAT设备映射后的IP地址和端口号）。
作为优选的实施方式，所述解析与定位单元进一步包括判断模块320、识别模块321以及定位模块322。
所述判断模块320与所述识别模块321相连，用于判断业务服务器收到的报文是否为呼叫过程所建立的会话交互的报文，若是，则调用所述识别模块321。由于终端可能会发出多种类型的报文，通过判断步骤，使得只需要针对SIP等呼叫过程建立的会话中交互的报文进行识别及定位。
所述识别模块321用于根据解析出的目的IP地址和端口号识别出所收到的报文的发送终端。所述定位模块322与所述识别模块321相连，用于根据所识别出的发送终端对应的配置信息定位出相应的报文上下文。
所述比较单元33分别和所述解析与定位单元32、更新单元34、以及所述处理单元35相连，用于比较所述解析与定位单元32定位出的报文上下文的IP地址和端口号是否与解析出的报文的源IP地址和端口号相同，若不相同，则调用所述更新单元34，否则，直接调用所述处理单元35。即比较定位出的报文上下文的IP地址和端口号(IP-0，Port-0)与解析出的报文的源IP地址和端口号（IP-x，Port-x）是否相同。
所述更新单元34与处理单元35相连，用于更新所定位出的报文上下文的IP地址和端口号为所解析出的报文的源IP地址和端口号，并将更新结果传送至所述处理单元35。
若(IP-0，Port-0)与（IP-x，Port-x）不相同，修改所定位出的报文上下文地址信息中的IP地址和端口号为（IP-x，Port-x），使得终端报文上下文地址信息中的IP和Port始终是业务服务器从NAT设备接收到的最新的报文中的IP-x和Port-x。
所述处理单元35用于处理并转发所接收到的报文。若(IP-0，Port-0)与（IP-x，Port-x）相同，则正常处理和转发报文；若(IP-0，Port-0)与（IP-x，Port-x）不相同，则根据更新后IP和Port处理和转发报文。即业务服务器根据接收到的报文的IP和Port信息，定位出对应的用户上下文后，完成相关处理，并按照用户上下文的IP和Port等地址信息进行转发。
对于终端通过NAT设备和业务服务器建立会话，完成SIP等呼叫过程，SIP等呼叫媒体面报文对NAT设备的穿越和业务服务器的媒体面报文交互；以及SIP等呼叫信令控制报文对NAT设备的穿越和业务服务器的控制面报文交互，本装置同样适用。具体参照附图2对应方法流程的描述。
同一终端的媒体面上下文可能有多个，对应多个媒体流；业务服务器也同时为很多个终端提供业务服务。对于同一终端存在多条独立的媒体流，穿越NAT设备的场景，所述比较单元33进一步用于根据解析出的报文的源IP地址和端口号，对定位出的每一报文上下文的IP地址和端口号进行比较判断。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种业务穿越NAT设备的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据终端与业务服务器建立的呼叫过程会话交互的报文信息，建立终端的报文上下文，并配置报文上下文的目的IP地址和端口号；
(2)解析业务服务器收到的报文的源IP地址和端口号以及目的IP地址和端口号，根据解析出的目的IP地址和端口号识别出所收到的报文的发送终端；根据所识别出的发送终端对应的配置信息定位出相应的报文上下文；
(3)比较定位出的报文上下文的源IP地址和端口号与解析出的报文的源IP地址和端口号是否相同，若不相同，执行步骤(4)，否则，执行步骤(5)；
(4)更新所定位出的报文上下文的源IP地址和端口号为所解析出的报文的源IP地址和端口号，并执行步骤(5)；
(5)处理并转发所接收到的报文。
2.根据权利要求1所述的业务穿越NAT设备的方法，其特征在于，步骤(2)中解析业务服务器收到的报文的源IP地址和端口号以及目的IP地址和端口号之后进一步包括：
(21)根据解析出的目的IP地址和端口号识别出所收到的报文的发送终端；
(22)根据所识别出的发送终端对应的配置信息定位出相应的报文上下文。
3.根据权利要求2所述的业务穿越NAT设备的方法，其特征在于，步骤(21)之前进一步包括：
(20)判断业务服务器收到的报文是否为呼叫过程所建立的会话交互的报文，若是，则执行步骤(21)。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的业务穿越NAT设备的方法，其特征在于，所有所述报文为媒体面报文。
5.根据权利要求1～3任意一项所述的业务穿越NAT设备的方法，其特征在于，所有所述报文为控制面报文。
6.根据权利要求1所述的业务穿越NAT设备的方法，其特征在于，对于同一终端存在多条独立的媒体流，步骤(3)进一步包括：根据解析出的报文的源IP地址和端口号，对定位出的每一报文上下文的IP地址和端口号进行比较判断。
7.一种业务穿越NAT设备的装置，其特征在于，包括配置单元、解析与定位单元、比较单元、更新单元以及处理单元；
所述配置单元用于根据终端与业务服务器建立的呼叫过程会话交互的报文信息，建立终端的报文上下文，并配置报文上下文的目的IP地址和端口号；
所述解析与定位单元和所述配置单元相连，用于解析业务服务器收到的报文的源IP地址和端口号以及目的IP地址和端口号，并根据解析出的目的IP地址和端口号识别出所收到的报文的发送终端；根据所识别出的发送终端对应的配置信息定位出相应的报文上下文；
所述比较单元分别和所述解析与定位单元、更新单元以及所述处理单元相连，用于比较所述解析与定位单元定位出的报文上下文的源IP地址和端口号是否与解析出的报文的源IP地址和端口号相同，若不相同，则调用所述更新单元，否则，直接调用所述处理单元；
所述更新单元与所述处理单元相连，用于更新所定位出的报文上下文的源IP地址和端口号为所解析出的报文的源IP地址和端口号，并将更新结果传送至所述处理单元；
所述处理单元用于处理并转发所接收到的报文。
8.根据权利要求7所述的业务穿越NAT设备的装置，其特征在于，所述解析与定位单元进一步包括识别模块以及定位模块；
所述识别模块用于根据解析出的目的IP地址和端口号识别出所收到的报文的发送终端；
所述定位模块与所述识别模块相连，用于根据所识别出的发送终端对应的配置信息定位出相应的报文上下文。
9.根据权利要求8所述的业务穿越NAT设备的装置，其特征在于，所述解析与定位单元进一步包括判断模块；
所述判断模块与所述识别模块相连，用于判断业务服务器收到的报文是否为呼叫过程所建立的会话交互的报文，若是，则调用所述识别模块。
10.根据权利要求7所述的业务穿越NAT设备的装置，其特征在于，对于同一终端存在多条独立的媒体流，所述比较单元进一步用于根据解析出的报文的源IP地址和端口号，对定位出的每一报文上下文的IP地址和端口号进行比较判断。
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