CN104243628A - 一种连续多端口申请方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种连续多端口申请方法和装置，本发明的方案中，PCP Client和PCP Server之间通过PCP扩展映射请求和响应消息交互过程为业务终端分配外网连续多端口，通过PCP扩展预分配映射请求和响应消息交互过程为业务终端预分配外网连续多端口，本发明业务终端可通过一次PCP协商过程申请获得连续的多个外网端口资源，且能够为高优先级用户预留NAT资源，从而提高业务终端申请NAT资源的效率、满足要求端口连续的特殊应用的需求，并保障高级别用户的服务质量。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及PCP协议中连续多端口的申请方法和装置。
背景技术
现今，英特网协议版本4即IPv4地址已经分配耗尽，而IPv6远未发展到能够替代普IPv4的程度。大量网络客户端依赖NAT(Network AddressTranslate，网络地址转换)技术来访问英特网。NAT技术存在很多限制，最典型的问题就是NAT穿越问题。
UPnP(Universal Plug and Play，通用即插即用)规范是基于TCP/IP协议和针对设备彼此间通讯而制订的新的Internet协议，UPNP整体框架可以通过IGD-PCP IWF(Internet Gateway Device-Port Control Protocol InterworkingFunction，英特网网关设备-端口控制协议互通功能)方法实现NAT穿越(参见RFC6970)。
IGD(Internet Gateway Device，因特网网关设备)通过PCP(Port ControlProtocol，端口控制协议)(参见RFC6887)向NAT设备申请公网地址和端口，通过动态申请到的地址端口，内部服务器可以对外提供服务(比如HTTP)，这个技术也可以用于应用程序的NAT穿越(比如FTP port方式穿越NAT)。
比如内网用户希望对外提供HTTP服务，就可以使用UPNP，通过IGD向PCP服务器申请一个NAT外网地址和端口。PCP服务器在分配地址端口的同时会建立映射表项。外网用户通过访问NAT外网地址和端口可以映射到内网实际的HTTP服务器上。
目前，有些应用类型需要申请连续端口，例如语音类的应用经常会用到多端口而且必须是连续端口，比如VOIP(Voice Over Internet Protocol，网络电话)语音数据流最常用的RTP(Realtime Transport Protocol，实时传输协议)/RTCP(Realtime Transport Control Protocol，实施传输控制协议)，端口就必须是连续的。然而现有的PCP协议，位于IGD的PCP Client必需进行多次PCP交互，分别多次获取NAT外网地址和端口，无法保证分配的端口连续。因此现有的PCP协议无法支持这类复杂应用的NAT穿越。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种连续多端口申请方法和装置，用于实现PCP协议对连续多端口的申请和分配，满足复杂应用穿越NAT和资源分配的需求。
基于本发明实施例，本发明提供了一种连续多端口申请方法，应用于包括端口控制协议客户端PCP Client和端口控制协议服务端PCP Server的网络中，所述方法包括：
PCP Client在接收到业务终端在实际开展业务时发送的连续多端口的请求时，向PCP Server发送PCP扩展映射请求消息，其中携带业务终端的内网连续多端口信息；
PCP Client接收PCP Server发送的PCP扩展映射响应消息，其中携带NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP地址及外网连续多端口信息，所述内网连续多端口与所述外网连续多端口具有映射关系；
PCP Client将网络地址转换NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP地址及外网连续多端口反馈给业务终端。
进一步地，所述方法还包括：
当PCP Client接收到通用即插即用UPnP服务器发送的为所述业务终端预分配资源的通知时，向PCP Server发送PCP扩展预分配映射请求消息，其中至少携带预分配的外网连续多端口数量信息；
PCP Client接收PCP Server发送的PCP扩展预分配映射响应消息，其中携带NAT功能实体为业务终端预分配的外网IP地址及外网连续多端口信息；
PCP Client将NAT功能实体为业务终端预分配的外网IP地址及外网连续多端口信息通知给UPnP控制器。
进一步地，所述PCP扩展映射请求消息和所述PCP扩展预分配映射请求消息中至少包括内部起始端口和端口个数字段；所述PCP扩展映射响应消息和所述PCP扩展预分配映射响应消息中至少包括内部起始端口、端口个数、分配的外部起始端口及分配的外部IP地址字段。
进一步地，所述方法还包括：
当存在多级NAT映射，所述PCP Client作为后一级NAT的PCP Client，且该后一级NAT的PCP Client作为前一级NAT的PCP Server接收到前一级NAT的PCP Client发送的PCP扩展映射请求消息时，请求前一级的NAT功能实体为所述业务终端分配前一级NAT的外网IP及外网连续多端口；
所述后一级NAT的PCP Client在所述前一级的NAT功能实体为所述业务终端分配资源成功后，向后一级PCP Server发送PCP扩展映射请求消息，其中携带前一级的NAT功能实体为所述业务终端分配外网IP及外网连续多端口信息；
当所述后一级NAT的PCP Client接收到后一级PCP Server发送的PCP扩展映射响应消息时，将后一级NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP及外网连续多端口信息携带在前一级的PCP扩展映射响应消息中发送给前一级的PCP Client。
基于上述方法，本发明还提供一种连续多端口申请装置，应用于包括端口控制协议客户端PCP Client和端口控制协议服务端PCP Server的网络中的PCP Client中，所述装置包括：
请求模块，用于在接收到业务终端在实际开展业务时发送的连续多端口的请求时，向PCP Server发送PCP扩展映射请求消息，其中携带业务终端的内网连续多端口信息；
响应模块，用于接收PCP Server发送的PCP扩展映射响应消息，其中携带NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP地址及外网连续多端口信息，所述内网连续多端口与所述外网连续多端口具有映射关系；以及将网络地址转换NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP地址及外网连续多端口反馈给业务终端。
进一步地，所述请求模块还用于，当接收到通用即插即用UPnP服务器发送的为所述业务终端预分配资源的通知时，向PCP Server发送PCP扩展预分配映射请求消息，其中至少携带预分配的外网连续多端口数量信息；
所述响应模块还用于，接收PCP Server发送的PCP扩展预分配映射响应消息，其中携带NAT功能实体为业务终端预分配的外网IP地址及外网连续多端口信息；以及将NAT功能实体为业务终端预分配的外网IP地址及外网连续多端口信息通知给UPnP控制器；
其中，所述PCP扩展映射请求消息和所述PCP扩展预分配映射请求消息中至少包括内部起始端口和端口个数字段；所述PCP扩展映射响应消息和所述PCP扩展预分配映射响应消息中至少包括内部起始端口、端口个数、分配的外部起始端口及分配的外部IP地址字段。
进一步地，当存在多级NAT映射，所述装置所在的PCP Client作为后一级NAT的PCP Client，且该后一级NAT的PCP Client作为前一级NAT的PCP Server接收到前一级NAT的PCP Client发送的PCP扩展映射请求消息时：
所述请求模块还用于，请求前一级的NAT功能实体为所述业务终端分配前一级NAT的外网IP及外网连续多端口；以及在所述前一级的NAT功能实体为所述业务终端分配资源成功后，向后一级PCP Server发送PCP扩展映射请求消息，其中携带前一级的NAT功能实体为所述业务终端分配外网IP及外网连续多端口信息；
所述响应模块还用于，当接收到后一级PCP Server发送的PCP扩展映射响应消息时，将后一级NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP及外网连续多端口信息携带在前一级的PCP扩展映射响应消息中发送给前一级的PCP Client。
基于本发明实施例，本发明还提供一种连续多端口申请方法，应用于包括端口控制协议客户端PCP Client和端口控制协议服务端PCP Server的网络中，所述方法包括：
PCP Server接收PCP Client发送的PCP扩展映射请求消息，其中携带业务终端的内网连续多端口信息；
PCP Server请求NAT功能实体为业务终端分配外网IP地址及外网连续多端口，并在分配成功后，向所述PCP Client发送PCP扩展映射响应消息，其中携带NAT功能实体为业务终端分配外网IP地址及外网连续多端口，所述内网连续多端口与所述外网连续多端口具有映射关系。
进一步地，所述方法还包括：
所述PCP Server接收PCP Client发送的PCP扩展预分配映射请求消息，其中至少携带为业务终端预分配的外网连续多端口数量信息；
所述PCP Server请求NAT功能实体为业务终端预分配外网连续多端口，当预分配成功时，所述PCP Server向PCP Client发送PCP扩展预分配映射响应消息，其中携带NAT功能实体为业务终端预分配的外网IP地址及外网连续多端口信息。
进一步地，所述方法还包括：
当存在多级NAT映射，所述PCP Server作为后一级NAT的PCP Client时，所述PCP Server在请求本级NAT功能实体为业务终端分配外网IP地址及外网连续多端口成功后，向后一级NAT的PCP Server发送PCP扩展映射请求消息，其中携带本级NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP及外网连续多端口信息；
所述PCP Server接收到后一级NAT的PCP Server发送的PCP扩展映射响应消息时，将后一级NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP及外网连续多端口信息携带在本级的PCP扩展映射响应消息中发送给本级的PCPClient。
进一步地，所述PCP扩展映射请求消息和所述PCP扩展预分配映射请求消息中至少包括内部起始端口和端口个数字段；所述PCP扩展映射响应消息和所述PCP扩展预分配映射响应消息中至少包括内部起始端口、端口个数、分配的外部起始端口及分配的外部IP地址字段。
基于上述方法，本发明还提供一种连续多端口申请装置，应用于包括端口控制协议客户端PCP Client和端口控制协议服务端PCP Server的网络中的PCP Server中，所述装置包括：
第一处理模块，用于接收PCP Client发送的PCP扩展映射请求消息，其中携带业务终端的内网连续多端口信息；以及请求NAT功能实体为业务终端分配外网IP地址及外网连续多端口，并接收NAT功能实体的响应；
第二处理模块，用于在NAT功能实体为业务终端分配外网IP地址及外网连续多端口成功后，向所述PCP Client发送PCP扩展映射响应消息，其中携带NAT功能实体为业务终端分配外网IP地址及外网连续多端口，所述内网连续多端口与所述外网连续多端口具有映射关系。
进一步地，所述第一处理模块还用于，接收PCP Client发送的PCP扩展预分配映射请求消息，其中至少携带为业务终端预分配的外网连续多端口数量信息；以及请求NAT功能实体为业务终端预分配外网连续多端口；
所述第二处理模块还用于，当预分配成功时，向PCP Client发送PCP扩展预分配映射响应消息，其中携带NAT功能实体为业务终端预分配的外网IP地址及外网连续多端口信息；
进一步地，所述PCP扩展映射请求消息和所述PCP扩展预分配映射请求消息中至少包括内部起始端口和端口个数字段；所述PCP扩展映射响应消息和所述PCP扩展预分配映射响应消息中至少包括内部起始端口、端口个数、分配的外部起始端口及分配的外部IP地址字段。
进一步地，当存在多级NAT映射，所述装置所在的PCP Server作为后一级NAT的PCP Client时；
所述第一处理模块还用于在请求本级NAT功能实体为业务终端分配外网IP地址及外网连续多端口成功后，向后一级NAT的PCP Server发送PCP扩展映射请求消息，其中携带本级NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP及外网连续多端口信息；
所述第二处理模块还用于在接收到后一级NAT的PCP Server发送的PCP扩展映射响应消息时，将后一级NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP及外网连续多端口信息携带在本级的PCP扩展映射响应消息中发送给本级的PCP Client。
本发明实施例中，PCP Client和PCP Server之间通过PCP扩展映射请求和响应消息交互过程为业务终端分配外网连续多端口，通过PCP扩展预分配映射请求和响应消息交互过程为业务终端预分配外网连续多端口，本发明业务终端可通过一次PCP协商过程申请获得连续的多个外网端口资源，且能够为高优先级用户预留NAT资源，从而提高业务终端申请NAT资源的效率、满足要求端口连续的特殊应用的需求，并保障高级别用户的服务质量。
附图说明
图1为本发明提供的一种连续多端口申请方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例提供的单级NAT网络中业务终端申请连续多端口步骤流程图；
图3为本发明实施例提供的多级NAT网络中业务终端申请连续多端口步骤流程图；
图4为本发明实施例提供的PCP扩展映射请求消息结构示意图；
图5为本发明实施例提供的PCP扩展映射响应消息结构示意图；
图6为本发明实施例提供的语音业务终端请求预分配NAT资源的流程图；
图7为本发明提供的装置所在设备的一种硬件结构示意图；
图8为本发明一实施例提供的位于PCP Client中的用于实现连续多端口申请的装置结构示意图；
图9为本发明另一实施例提供的位于PCP Server中的用于实现连续多端口申请的装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明实施例及实施例中的特征可以相互组合。
图1为本发明提供的一种连续多端口申请方法的步骤流程图，该方法应用在包括业务终端、端口控制协议客户端PCP Client和端口控制协议服务端PCP Server的网络中，当业务终端实际开展业务时，例如作为业务的发起端准备发起业务请求时，或作为业务的提供方准备为外网提供业务服务时，需要首先通过PCP协议请求NAT设备为其分配外网IP及外网连续多端口，只有在NAT设备实际建立了内外网地址及端口的映射关系后，业务终端方能正常的开展业务。该方法包括：
步骤100、业务终端向端口控制协议客户端PCP client发送连续多端口请求，其中携带所要请求的本地的连续多端口信息；
本发明中所述的业务终端指位于本地局域网内的具体运行某个业务功能或控制功能的功能实体，虽然称为业务终端，但可以理解的是，该业务终端也可以是一个为外网提供业务服务功能的功能实体，该业务终端可以与PCPClient分别运行在不同的设备上，也可以运行在一个设备上。例如，业务终端可以位于本地主机Local Host或因特网网关设备控制节点IGD ControlPoint上，也可以是业务终端、PCP Client都为位于IGD设备上。
本发明实施例中，PCP client通常位于英特网网关设备IGD上，在多级NAT的情况下，前一级的PCP Server还会作为后一级PCP Client。
步骤102、端口控制协议客户端PCP client接收到业务终端发送的申请连续多端口请求时，向端口控制协议服务端PCP server发送PCP扩展映射请求，所述PCP扩展映射请求中携带业务终端的内网连续多端口信息；
本发明实施例为PCP协议扩展了一种新的PCP映射请求消息格式，具体实例参见图4，其中携带了内部起始端口Internal Port-Start和建议外部起始端口Suggested External Port-Start以及端口个数Port Count，Port Count用于标识本次请求映射的端口个数，期望外部IP地址Suggested External IPAddress为业务终端期望分配的外网IP地址。
步骤104、PCP Server接收到PCP扩展映射请求后，根据PCP扩展映射请求中的信息向NAT功能实体请求为业务终端的内网连续多端口分配对应的外网连续多端口，NAT功能实体分配成功后将分配结果反馈给PCP Server；
PCP Server通常位于NAT设备上，当PCP Server接收到PCP扩展映射请求后，根据PCP扩展映射请求消息中的内部连续多端口向NAT设备上的NAT功能实体请求为所述业务终端分配外网IP地址及连续多端口，NAT功能实体参考PCP扩展映射请求中业务终端建议分配的IP地址及建议的外部连续多端口为业务终端分配外网IP地址及外网连续多端口，分配成功后会在NAT功能实体建立NAT映射表项，用于存储业务终端的内网IP与NAT设备所分配的外网IP之间的映射关系以及业务终端的内网连续多端口与NAT设备所分配的外网连续多端口之间的映射关系。NAT功能实体在完成上述分配和映射操作后，向PCP Server反馈分配结果，即将分配的外网IP及外网连续多端口通知给PCP Server。
步骤106、PCP Server向PCP Client发送PCP扩展映射响应消息，其中携带NAT功能实体为业务终端分配的外网IP地址及外网连续多端口信息；
本发明实施例为PCP协议扩展了一种新的PCP映射响应消息格式，具体实例参见图5，其中携带了NAT功能实体为业务终端分配的外网IP地址及外网连续多端口信息。如图5所示，其中端口个数Port Count及内部起始端口Internal Port-Start与对应的PCP扩展映射请求中的对应字段内容相同，分配的外部起始端口Assigned External Port-Start为实际分配的外网连续多端口中的起始端口号，分配的外部IP地址Assigned External IP Address为实际分配的外网IP地址。图4及图5中的当前映射随机数Mapping Nonce用于标识一次完整的映射和响应的过程，与现有协议作用相同。
步骤108、PCP Client收到PCP扩展映射响应消息后，将NAT功能实体分配的外网IP地址及外网连续多端口信息告知给业务终端。
业务终端在获得NAT设备分配的连续多端口信息后，即可与外网的业务终端或服务器建立业务连接，例如，基于ICE(Interactive ConnectivityEstablishment，交互式连接建立)框架，内网的业务终端可以与外网业务终端建立连接。
通过上述流程可知，业务终端基于扩展的PCP映射协商过程，通过一次协商即可请求NAT设备为其分配多个连续外网端口，可以大大提高应用的工作效率并降低应用的实现复杂度。比如可以彻底避免应用多次进行单端口申请可能碰到的业务应用的部分失败导致的回退或者其他操作问题。
图2为本发明一具体实施例中基于本发明提供的连续多端口申请方法，业务终端通过扩展PCP协议申请获得外网IP地址及外围连续多端口，从而实现NAT穿越的目的。如图所示，该实施例中，PCP Client位于IGD设备上，PCP Server位于NAT设备上，且只有一级NAT。该实施例以语音业务为例进行描述，但同样也适用于其他业务类型。语音业务终端UA-1计划发起语音访问时，需要协商语音通道的RTP/RTCP地址和端口，在协商之前，语音业务终端需要通过PCP请求NAT设备为其分配外网IP地址及外网连续多端口。RTP和RTCP地址端口有如下要求：地址必须相同，RTP端口必须为偶数，RTCP端口为RTP端口号+1，即要求RTP端口和RTCP端口为连续的端口号。基于本发明提供的连续多端口申请方法，语音业务终端UA-1申请连续端口的过程如下：
步骤201、UA-1通知IGD设备上PCP Client需要申请连续端口；
语音业务终端在上线之后，准备发起语音访问时，首先通知IGD设备需要申请连续端口，假设UA-1的RTP、RTCP内网地址及端口为:IP:A/Port:a～a+1(连续端口)，UA-1需将该内网地址和端口告知IGD设备。
步骤202、PCP Client向PCP Server发送扩展映射请求消息，其中携带UA-1的内网地址及RTP、RTCP内网端口；
参考图4所示消息结构，PCP扩展映射请求消息中，端口个数Port Count为2，内部起始端口为端口a。
步骤203、PCP Server向NAT设备上的NAT功能实体申请外网IP及连续的外网端口；
步骤204、NAT功能实体分配外网IP及连续外网端口，并建立映射表后通知PCP Server映射结果；
假设NAT功能实体分配的外网即公网地址和端口为：IP:B/Port:b～b+1(连续端口)，且b必须为偶数。
此时NAT设备建立两条映射关系：
IP:A/Port:a<--->IP:B/Port:b(语音RTP通道的地址端口映射)
IP:A/Port:a+1<--->IP:B/Port:b+1(语音RTCP通道的地址端口映射)
步骤205、PCP Server向PCP Client发送扩展映射响应消息，其中携带NAT功能实体分配的外网IP及连续的外网端口；
参考图5所示的消息结构，PCP扩展映射响应消息中，端口个数PortCount为2，内部起始端口为端口a，外部起始端口为b，外部IP地址为B。
步骤206、PCP Client将扩展映射响应消息中的外网IP及外网连续端口信息告知给UA-1。
在UA-1获得分配的外网IP及连续的外网端口后，即可向位于外网的语音业务终端UA-2发起语音通道协商，其中载荷携带从PCP Server获得的外网IP及连续外网端口。UA-2发起语音连接时能，在NAT设备上RTP/RTCP通道分别使用各自的映射表进行地址转换。RTP/RTCP连接超时断开或者UA-1通话结束时由UA-1主动通知NAT设备，都可以触发NAT设备同时删除RTP/RTCP的映射表。
图3为本发明另一具体实施例中基于本发明提供的连续多端口申请方法，语音业务终端UA-1在有多级NAT映射的网络环境中，通过扩展PCP协议申请获得外网IP地址及外围连续多端口的过程示意图。与前一实施例不同的是，如果网络环境中存在多级NAT，IGD需要获取到的是最后一级NAT分配的地址端口，但是中间NAT设备也必须同时建立映射关系，才能保证整个NAT转换过程正确。中间NAT设备既作为PCP Client也作为PCP Server工作。
如图3所示，该实施例中，第一级PCP Client位于IGD设备上，第一级PCP Server位于NAT-1设备上，第二级PCP Client也位于NAT-1设备上，第二级的PCP Server位于NAT-2设备上。该实施例以语音业务为例进行描述，但同样也适用于其他业务类型。语音业务终端UA-1计划发起语音连接时，需要协商语音通道的RTP/RTCP地址和端口。RTP和RTCP地址端口的要求同前述实施例，即要求RTP端口和RTCP端口为连续的两个端口，语音业务终端只需一次申请即可获得两个连续端口。语音业务终端UA-1申请连续端口的过程如下：
步骤301、UA-1通知IGD设备上第一级PCP Client需要申请连续端口；
假设UA-1的RTP、RTCP内网地址端口为:IP:A/Port:a～a+1(连续端口)；
步骤302、IGD设备上PCP Client向位于NAT-1上的第一级PCP Server发送扩展映射请求消息，其中携带UA-1的内网地址及RTP、RTCP内网端口，消息结构参考图4所示；
步骤303、第一级PCP Server向NAT-1设备上的第一级NAT功能实体申请外网IP及连续的外网端口；
步骤304、第一级NAT功能实体分配第一级NAT的外网IP及连续外网端口，并建立映射表后通知第一级PCP Server映射结果；
假设第一级NAT功能实体分配的外网即公网地址和端口为：IP:B/Port:b～b+1，且b必须为偶数。
此时NAT-1设备建立两条映射关系：
IP:A/Port:a<--->IP:B/Port:b(语音RTP通道的地址端口映射)
IP:A/Port:a+1<--->IP:B/Port:b+1(语音RTCP通道的地址端口映射)
步骤305、第一级PCP Server在收到映射结果后，作为第二级的PCPClient向第二级PCP Server发送第二级PCP扩展映射请求消息，消息中携带第一级NAT设备分配的第一级外网IP地址及第一级外网连续端口，格式参考图4所示。
基于步骤304，第二级PCP扩展映射请求消息中，端口个数为2，内部起始端口为b，第二级PCP扩展映射请求消息的源IP地址使用第一级NAT设备分配的外网IP即IP:B。
步骤306、第二级的PCP Server接收到第二级PCP扩展映射请求消息后，向NAT-2设备上的第二级NAT功能实体申请外网IP及连续的外网端口；
步骤307、第二级NAT功能实体分配第二级NAT的外网IP及连续外网端口，并建立映射表后通知第二级PCP Server映射结果；
基于步骤304，假设NAT-2分配外网IP及外网连续端口地址为：IP:C/Port:c～c+1，则第二级NAT功能实体建立两条映射关系如下：
IP:B/Port:b<--->IP:C/Port:c
IP:B/Port:b+1<--->IP:C/Port:c+1
步骤308、第二级PCP Server通过第二级扩展映射响应消息将映射结果发送给第一级PCP Server，消息结构参考图5，其中端口个数Port Count为2，内部起始端口为端口b，外部起始端口为c，外部IP地址为C。
步骤309、第一级PCP Server接收到第二级PCP Server发送的扩展映射响应消息后，根据第一级的地址及端口映射关系获知IP:B/Port:b～b+1映射到IP:A/Port:a～a+1，向第一级PCP Client发送第一级PCP扩展映射响应消息，其中，端口个数Port Count为2，内部起始端口为端口a，外部起始端口为c，外部IP地址为C。
通过上述步骤，位于IGD的第一级PCP Client获取到了最后一级NAT设备即NAT-2分配的外网IP及外网连续端口，同时中间NAT设备即NAT-1也建立起了对应的映射关系，从而保证整个NAT转换过程的正确性。
步骤310、位于IGD的PCP Client将接收到的第一级PCP扩展映射响应消息中的外网IP及外网连续端口即IP:C/Port:c～c+1告知给UA-1，最终UA-1得到了最外层的NAT2设备分配的外网地址及端口，UA-1在与对端业务终端例如UA-2协商语音及数据通道时，需告知对端最外层NAT2设备分配的外网地址及端口，在这种情况下UA-1访问外网或者对外网提供服务的报文都需要经过两级NAT转换。
在某些应用场景下，为了保证高级别用户拥有满足其业务的充足的NAT资源，需要为高级别的业务终端预分配NAT资源，这样可以保证这部分用户有更优先的网络资源使用权，从而在资源有限的情况下保证这些用户业务正常稳定的运行。通过资源的预分配步骤，既可以保证对高级别用户的网络服务质量，也可以限制这部分用户发起的连接数，对保护网络稳定和防攻击都有益处。为达到上述目的，本发明提供的连续多端口申请方法还包括资源预分配的步骤。下面以UPnp框架下的语音业务为例进行说明。
该资源预分配的步骤可与前述实施例结合，实现在语音业务终端发起语音业务之前，为其优先分配资源，从而保证其业务的正常运行及业务质量。如图6所示，步骤如下：
步骤601、业务终端上线后通知UPnP控制器；
该实施例中，UPnp控制器及PCP Client都位IGD上。在UPnP框架下，IGD设备可做为UPnP控制器，负责为UPnP终端申请和管理NAT资源。
步骤602、UPnP控制器决定为业务终端预分配资源的数量，并通知PCPClient需要预分配的资源数量；
UPnP控制器根据语音业务终端的用户优先级、服务质量Qos等用户属性判断是否需要为该终端与分配外网IP及外网连续端口资源，如确定需要预分配，则由UPnP控制器根据预设策略或配置决定需要为其预分配的资源的数量，比如UA1的级别低，只能分配100个端口；UA2的级别高，需要申请200个端口。
步骤603、PCP Client根据UPnP控制器确定的预分配资源的数量，向PCP Server发送PCP扩展预分配映射请求消息，其中至少携带预分配的外网连续多端口数量信息；
本发明一实施例中，PCP扩展预分配映射请求消息的格式仍使用如图4所示的消息结构，其中，内部起始端口字段置为0，表示该消息为预分配资源请求消息，建议外部起始端口字段可以设置也可以不设置，由NAT功能实体参考外部起始端口字段或自行决定预分配的连续端口块的起始位置，端口个数字段指示请求预分配的外网连续多端口的个数，期望外部IP地址字段为NAT功能实体提供预分配外网IP的参考。
步骤604、PCP Server接收到PCP扩展预分配映射请求消息后，根据PCP扩展预分配映射请求消息中的信息向NAT功能实体请求为业务终端预分配所请求的端口资源，NAT功能实体分配成功后将分配结果反馈给PCP Server；
NAT功能实体在接收到PCP Server的预分配请求后，为业务终端预分配所请求的业务资源，在预分配成功后，NAT功能实体在本地的预分配资源映射表中建立对应的映射表项，该预分配资源映射表中存储了为业务终端预先分配的外网IP及外网连续多端口资源，以供业务终端在实际发起业务时使用。
需要进一步说明的是，PCP扩展预分配映射请求的目的是让NAT功能实体预留资源，而后续的PCP扩展映射请求的目的是创建实际的内网端口到公网端口的映射。业务终端在实际开展业务时所请求分配外网IP及外网连续端口都是基于在业务终端上线时为其预分配的外网IP及外网连续端口块进行分配的，NAT功能实体根据预分配资源映射表的记录，从为该业务终端预留的资源中取出所需要的业务资源分配给业务终端使其开展实际的业务，同时从预分配资源映射表剔除掉已分配给业务终端的预留资源。当该业务终端的预留的业务资源用尽时，NAT功能实体会向PCP Server反馈映射失败的响应，PCP Server在通过PCP协议通知PCP Client。
步骤606、PCP Server向PCP Client发送PCP扩展预分配映射响应消息，其中携带NAT功能实体为业务终端预分配的外网IP地址及外网连续多端口信息；
本发明一实施例中，PCP扩展预分配映射响应消息仍采用如图5所示的消息结构，其中端口个数字段为预分配成功的外网连续端口块中端口的数量，内部起始端口字段置为0表示为预分配消息，分配的外部起始端口字段为预分配的外部连续端口块的起始端口号。
步骤608、PCP Client收到PCP扩展预分配映射响应消息后，将NAT功能实体为业务终端预分配的外网IP地址及外网连续多端口信息反馈给UPnP控制器。
步骤609、UPnP控制器将资源分配结果反馈给业务终端。
业务终端在获得NAT设备预分配的资源信息后，即可开展后续的实际业务，在发起业务请求或对外提供业务服务之前，从预分配的资源中申请所需的资源且NAT设备执行实际的映射。
当存在多级NAT映射时，前一级的PCP Server会作为后一级NAT的PCP Client向后一级PCP Server发送PCP扩展预分配映射请求消息，在后一级NAT功能实体预留资源成功后，会向前一级的PCP Client反馈PCP扩展预分配映射响应消息，其中携带后一级NAT功能实体为业务终端预分配的外网IP地址及外网连续多端口信息。
基于前述实施例，本发明还提供用于实现连续多端口申请方法的各步骤功能的装置。该连续多端口申请装置包含在PCP Client所在设备上的装置及在PCP Server所在设备上的装置两个部分。上述装置可以通过软件实现，也可以通过硬件或者软硬件结合的方式实现。以软件实现为例，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在设备的处理器将非易失性存储器中对应的计算机程序指令读取到内存中运行形成的。从硬件层面而言，如图7所示，为本发明提供的装置所在设备的一种硬件结构示意图，除了图7所示的处理器、网络接口、内存以及非易失性存储器之外，实施例中装置所在的设备通常还可以包括其他硬件，如负责处理报文的转发芯片等等；从硬件结构上来讲该设备还可能是分布式的设备，可能包括多个接口卡，以便在硬件层面进行报文处理的扩展。
图8为本发明一实施例提供的位于PCP Client中的用于实现连续多端口申请的装置结构示意图，该装置800包括：请求模块801和响应模块802。
请求模块801用于在接收到业务终端在实际开展业务时发送的连续多端口的请求时，向PCP Server发送PCP扩展映射请求消息，其中携带业务终端的内网连续多端口信息；
响应模块802用于接收PCP Server发送的PCP扩展映射响应消息，其中携带NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP地址及外网连续多端口信息，所述内网连续多端口与所述外网连续多端口具有映射关系；以及将网络地址转换NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP地址及外网连续多端口反馈给业务终端。
基于上述装置，请求模块801还用于在接收到通用即插即用UPnP服务器发送的为所述业务终端预分配资源的通知时，向PCP Server发送PCP扩展预分配映射请求消息，其中至少携带预分配的外网连续多端口数量信息；
响应模块802还用于接收PCP Server发送的PCP扩展预分配映射响应消息，其中携带NAT功能实体为业务终端预分配的外网IP地址及外网连续多端口信息；以及将NAT功能实体为业务终端预分配的外网IP地址及外网连续多端口信息通知给UPnP控制器；
其中，PCP扩展映射请求消息和PCP扩展预分配映射请求消息中至少包括内部起始端口和端口个数字段；PCP扩展映射响应消息和PCP扩展预分配映射响应消息中至少包括内部起始端口、端口个数、分配的外部起始端口及分配的外部IP地址字段。
基于上述装置，当存在多级NAT映射，所述装置所在的PCP Client作为后一级NAT的PCP Client，且该后一级NAT的PCP Client作为前一级NAT的PCP Server接收到前一级NAT的PCP Client发送的PCP扩展映射请求消息时：
请求模块801还用于请求前一级的NAT功能实体为所述业务终端分配前一级NAT的外网IP及外网连续多端口；以及在所述前一级的NAT功能实体为所述业务终端分配资源成功后，向后一级PCP Server发送PCP扩展映射请求消息，其中携带前一级的NAT功能实体为所述业务终端分配外网IP及外网连续多端口信息；
响应模块802还用于在接收到后一级PCP Server发送的PCP扩展映射响应消息时，将后一级NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP及外网连续多端口信息携带在前一级的PCP扩展映射响应消息中发送给前一级的PCPClient。
图9为本发明另一实施例提供的位于PCP Server中的用于实现连续多端口申请的装置结构示意图，该装置900包括：第一处理模块901和第二处理模块902。
第一处理模块901用于接收PCP Client发送的PCP扩展映射请求消息，其中携带业务终端的内网连续多端口信息；以及请求NAT功能实体为业务终端分配外网IP地址及外网连续多端口，并接收NAT功能实体的响应；
第二处理模块902用于在NAT功能实体为业务终端分配外网IP地址及外网连续多端口成功后，向PCP Client发送PCP扩展映射响应消息，其中携带NAT功能实体为业务终端分配外网IP地址及外网连续多端口，内网连续多端口与外网连续多端口具有映射关系。
基于上述装置，第一处理模块901还用于接收PCP Client发送的PCP扩展预分配映射请求消息，其中至少携带为业务终端预分配的外网连续多端口数量信息；以及请求NAT功能实体为业务终端预分配外网连续多端口；
第二处理模块902还用于当预分配成功时，向PCP Client发送PCP扩展预分配映射响应消息，其中携带NAT功能实体为业务终端预分配的外网IP地址及外网连续多端口信息；
其中，PCP扩展映射请求消息和PCP扩展预分配映射请求消息中至少包括内部起始端口和端口个数字段；PCP扩展映射响应消息和PCP扩展预分配映射响应消息中至少包括内部起始端口、端口个数、分配的外部起始端口及分配的外部IP地址字段。
基于上述装置，当存在多级NAT映射，该装置所在的PCP Server作为后一级NAT的PCP Client时；
第一处理模块901还用于在请求本级NAT功能实体为业务终端分配外网IP地址及外网连续多端口成功后，向后一级NAT的PCP Server发送PCP扩展映射请求消息，其中携带本级NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP及外网连续多端口信息；
第二处理模块902还用于在接收到后一级NAT的PCP Server发送的PCP扩展映射响应消息时，将后一级NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP及外网连续多端口信息携带在本级的PCP扩展映射响应消息中发送给本级的PCP Client。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (14)
1.一种连续多端口申请方法，应用于包括端口控制协议客户端PCPClient和端口控制协议服务端PCP Server的网络中，其特征在于，所述方法包括：
PCP Client在接收到业务终端在实际开展业务时发送的连续多端口的请求时，向PCP Server发送PCP扩展映射请求消息，其中携带业务终端的内网连续多端口信息；
PCP Client接收PCP Server发送的PCP扩展映射响应消息，其中携带NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP地址及外网连续多端口信息，所述内网连续多端口与所述外网连续多端口具有映射关系；
PCP Client将网络地址转换NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP地址及外网连续多端口反馈给业务终端。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当PCP Client接收到通用即插即用UPnP服务器发送的为所述业务终端预分配资源的通知时，向PCP Server发送PCP扩展预分配映射请求消息，其中至少携带预分配的外网连续多端口数量信息；
PCP Client接收PCP Server发送的PCP扩展预分配映射响应消息，其中携带NAT功能实体为业务终端预分配的外网IP地址及外网连续多端口信息；
PCP Client将NAT功能实体为业务终端预分配的外网IP地址及外网连续多端口信息通知给UPnP控制器。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述PCP扩展映射请求消息和所述PCP扩展预分配映射请求消息中至少包括内部起始端口和端口个数字段；
所述PCP扩展映射响应消息和所述PCP扩展预分配映射响应消息中至少包括内部起始端口、端口个数、分配的外部起始端口及分配的外部IP地址字段。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当存在多级NAT映射，所述PCP Client作为后一级NAT的PCP Client，且该后一级NAT的PCP Client作为前一级NAT的PCP Server接收到前一级NAT的PCP Client发送的PCP扩展映射请求消息时，请求前一级的NAT功能实体为所述业务终端分配前一级NAT的外网IP及外网连续多端口；
所述后一级NAT的PCP Client在所述前一级的NAT功能实体为所述业务终端分配资源成功后，向后一级PCP Server发送PCP扩展映射请求消息，其中携带前一级的NAT功能实体为所述业务终端分配外网IP及外网连续多端口信息；
当所述后一级NAT的PCP Client接收到后一级PCP Server发送的PCP扩展映射响应消息时，将后一级NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP及外网连续多端口信息携带在前一级的PCP扩展映射响应消息中发送给前一级的PCP Client。
5.一种连续多端口申请方法，应用于包括端口控制协议客户端PCPClient和端口控制协议服务端PCP Server的网络中，其特征在于，所述方法包括：
PCP Server接收PCP Client发送的PCP扩展映射请求消息，其中携带业务终端的内网连续多端口信息；
PCP Server请求NAT功能实体为业务终端分配外网IP地址及外网连续多端口，并在分配成功后，向所述PCP Client发送PCP扩展映射响应消息，其中携带NAT功能实体为业务终端分配外网IP地址及外网连续多端口，所述内网连续多端口与所述外网连续多端口具有映射关系。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述PCP Server接收PCP Client发送的PCP扩展预分配映射请求消息，其中至少携带为业务终端预分配的外网连续多端口数量信息；
所述PCP Server请求NAT功能实体为业务终端预分配外网连续多端口，当预分配成功时，所述PCP Server向PCP Client发送PCP扩展预分配映射响应消息，其中携带NAT功能实体为业务终端预分配的外网IP地址及外网连续多端口信息。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述PCP扩展映射请求消息和所述PCP扩展预分配映射请求消息中至少包括内部起始端口和端口个数字段；
所述PCP扩展映射响应消息和所述PCP扩展预分配映射响应消息中至少包括内部起始端口、端口个数、分配的外部起始端口及分配的外部IP地址字段。
8.根据权利要求5、6或7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当存在多级NAT映射，所述PCP Server作为后一级NAT的PCP Client时，所述PCP Server在请求本级NAT功能实体为业务终端分配外网IP地址及外网连续多端口成功后，向后一级NAT的PCP Server发送PCP扩展映射请求消息，其中携带本级NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP及外网连续多端口信息；
所述PCP Server接收到后一级NAT的PCP Server发送的PCP扩展映射响应消息时，将后一级NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP及外网连续多端口信息携带在本级的PCP扩展映射响应消息中发送给本级的PCPClient。
9.一种连续多端口申请装置，应用于包括端口控制协议客户端PCPClient和端口控制协议服务端PCP Server的网络中的PCP Client中，其特征在于，所述装置包括：
请求模块，用于在接收到业务终端在实际开展业务时发送的连续多端口的请求时，向PCP Server发送PCP扩展映射请求消息，其中携带业务终端的内网连续多端口信息；
响应模块，用于接收PCP Server发送的PCP扩展映射响应消息，其中携带NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP地址及外网连续多端口信息，所述内网连续多端口与所述外网连续多端口具有映射关系；以及将网络地址转换NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP地址及外网连续多端口反馈给业务终端。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，
所述请求模块还用于，当接收到通用即插即用UPnP服务器发送的为所述业务终端预分配资源的通知时，向PCP Server发送PCP扩展预分配映射请求消息，其中至少携带预分配的外网连续多端口数量信息；
所述响应模块还用于，接收PCP Server发送的PCP扩展预分配映射响应消息，其中携带NAT功能实体为业务终端预分配的外网IP地址及外网连续多端口信息；以及将NAT功能实体为业务终端预分配的外网IP地址及外网连续多端口信息通知给UPnP控制器；
其中，所述PCP扩展映射请求消息和所述PCP扩展预分配映射请求消息中至少包括内部起始端口和端口个数字段；所述PCP扩展映射响应消息和所述PCP扩展预分配映射响应消息中至少包括内部起始端口、端口个数、分配的外部起始端口及分配的外部IP地址字段。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，
当存在多级NAT映射，所述装置所在的PCP Client作为后一级NAT的PCP Client，且该后一级NAT的PCP Client作为前一级NAT的PCP Server接收到前一级NAT的PCP Client发送的PCP扩展映射请求消息时：
所述请求模块还用于，请求前一级的NAT功能实体为所述业务终端分配前一级NAT的外网IP及外网连续多端口；以及在所述前一级的NAT功能实体为所述业务终端分配资源成功后，向后一级PCP Server发送PCP扩展映射请求消息，其中携带前一级的NAT功能实体为所述业务终端分配外网IP及外网连续多端口信息；
所述响应模块还用于，当接收到后一级PCP Server发送的PCP扩展映射响应消息时，将后一级NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP及外网连续多端口信息携带在前一级的PCP扩展映射响应消息中发送给前一级的PCP Client。
12.一种连续多端口申请装置，应用于包括端口控制协议客户端PCPClient和端口控制协议服务端PCP Server的网络中的PCP Server中，其特征在于，所述装置包括：
第一处理模块，用于接收PCP Client发送的PCP扩展映射请求消息，其中携带业务终端的内网连续多端口信息；以及请求NAT功能实体为业务终端分配外网IP地址及外网连续多端口，并接收NAT功能实体的响应；
第二处理模块，用于在NAT功能实体为业务终端分配外网IP地址及外网连续多端口成功后，向所述PCP Client发送PCP扩展映射响应消息，其中携带NAT功能实体为业务终端分配外网IP地址及外网连续多端口，所述内网连续多端口与所述外网连续多端口具有映射关系。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，
所述第一处理模块还用于，接收PCP Client发送的PCP扩展预分配映射请求消息，其中至少携带为业务终端预分配的外网连续多端口数量信息；以及请求NAT功能实体为业务终端预分配外网连续多端口；
所述第二处理模块还用于，当预分配成功时，向PCP Client发送PCP扩展预分配映射响应消息，其中携带NAT功能实体为业务终端预分配的外网IP地址及外网连续多端口信息；
其中，所述PCP扩展映射请求消息和所述PCP扩展预分配映射请求消息中至少包括内部起始端口和端口个数字段；所述PCP扩展映射响应消息和所述PCP扩展预分配映射响应消息中至少包括内部起始端口、端口个数、分配的外部起始端口及分配的外部IP地址字段。
14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，
当存在多级NAT映射，所述装置所在的PCP Server作为后一级NAT的PCP Client时；
所述第一处理模块还用于，在请求本级NAT功能实体为业务终端分配外网IP地址及外网连续多端口成功后，向后一级NAT的PCP Server发送PCP扩展映射请求消息，其中携带本级NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP及外网连续多端口信息；
所述第二处理模块还用于，在接收到后一级NAT的PCP Server发送的PCP扩展映射响应消息时，将后一级NAT功能实体为所述业务终端分配的外网IP及外网连续多端口信息携带在本级的PCP扩展映射响应消息中发送给本级的PCP Client。
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