CN105049545B - 基于国家教育考试网上巡查系统视频标准下的流媒体nat穿越方法 - Google Patents

基于国家教育考试网上巡查系统视频标准下的流媒体nat穿越方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于国家教育考试网上巡查系统视频标准下的流媒体NAT穿越方法，该方法通过在省SIP网关服务器、省流媒体转发服务器、市SIP网关服务器、市流媒体转发服务器之间进行SDP消息的传递，对SDP消息里面的ip和端口进行切换，最终完成整个流程的NAT穿越。本发明能够实现多级树状拓扑结构网络下的流媒体NAT穿越，解决了基于《国家教育考试网上巡查系统视频标准技术规范》下树状结构网络下不能够通过SIP协议和流媒体转发服务器进行NAT音、视频穿越的问题。

Description

基于国家教育考试网上巡查系统视频标准下的流媒体NAT穿 越方法
技术领域
本发明涉及流媒体网络传输的研究领域，特别涉及到国家教育考试网上巡查系统视频标准下，一种多级树状拓扑结构网络下的流媒体NAT穿越方法。
背景技术
《国家教育考试网上巡查系统视频标准技术规范》(JY/T-KS-JS-2007-1)(以下简称“部颁标准”)为全国各个省、市、区及学校的视频互联提供了一套标准，该标准在信令传输上以SIP协议为基础，并且提供了音、视频传输在学校到区，区到市，市到省,省到国家的五级树状网络拓扑结构，以层层转的方式进行传递的方案，然而这种树状拓扑结构却在一定程度上打破了SIP协议进行NAT视频穿越带来的便捷性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于国家教育考试网上巡查系统视频标准下的流媒体NAT穿越方法，通过该方法，流媒体能够在多种NAT环境下进行穿越，而且不打破SIP制定的规范，能够让SIP协议应用于更广泛的网络环境。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：基于国家教育考试网上巡查系统视频标准下的流媒体NAT穿越方法，包括步骤：
(1)用户A向省SIP网关服务器发起带有SDP消息的invite请求，所述SDP消息中的ip表示用户A接受流媒体数据所用机器的IP地址，端口表示用户A接受流媒体数据所用机器的端口；
(2)省SIP网关服务器向省流媒体转发服务器传递SDP消息，省流媒体转发服务器收到SDP消息后会获取到省流媒体转发服务器的IP地址ip2和一个可用的空闲端口port2(可能存在多个流媒体转发情况，为了做均衡处理)，然后省流媒体转发服务器将省SIP网关服务器传送过来的SDP消息里面的ip改为省流媒体转发服务器的地址ip2，将端口改为省流媒体转发服务器打开的接收流媒体数据端口port2；
(3)省流媒体转发服务器传递当前SDP消息至省SIP网关服务器；
(4)省SIP网关服务器此时回复200ok(表示当前事务终结)至用户A，200ok的SDP消息里面携带了ip2和port2；
(5)用户A返回ACK消息至省SIP网关服务器，完成整个SIP消息视频请求流程；
(6)用户A通过port1发送一个打洞消息至省流媒体转发服务器的port2，此时省端流媒体转发服务器会记录用户A通过NAT网络穿越过来的ip3和port3；
(7)与此同时，省SIP网关服务器会重新构建一个带有SDP消息的invite请求，所述SDP消息携带ip2和port2发送至市SIP网关服务器；
(8)市SIP网关服务器向市流媒体转发服务器传递步骤(7)所述的SDP消息，市流媒体转发服务器收到SDP消息后会获取到市流媒体转发服务器的IP地址ip4和一个可用的空闲端口port4(可能存在多个流媒体转发情况，为了做均衡处理)，然后市流媒体转发服务器将市SIP网关服务器传送过来的SDP消息里面的ip改为市流媒体转发服务器的地址ip4，将端口改为市流媒体转发服务器打开的接收流媒体数据端口port4；
(9)市流媒体转发服务器传递步骤(8)最后得到的SDP消息至市SIP网关服务器；
(10)市SIP网关服务器回复200ok至省SIP网关服务器，当前SDP消息里面携带ip4和port4；
(11)省SIP网关服务器返回ACK消息至市SIP网关服务器，完成整个SIP消息视频请求流程；
(12)市SIP网关服务器主动构建并发送invite消息至用户B，携带ip4和port4；
(13)用户B回复200ok至市SIP网关服务器，携带ip4和port4；
(14)市SIP网关服务器主动构建并发送ACK消息至用户B；
(15)用户B推送流媒体数据至市流媒体转发服务器的端口port4；
(16)市流媒体转发服务器推送流媒体数据至省流媒体转发服务器的端口port2；
(17)省流媒体转发服务器推送流媒体数据至本机IP为ip3的本机端口port3，从而完成整个流程的NAT穿越。
具体的，所述用户B是具有SIP网关服务器和流媒体服务器功能的设备。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
在基于当前互联网网状结构下，SIP协议能够很好的完成其协议控制功能，但是在应用于类似于教育部颁布的标准基于树状拓扑结构的模式下进行NAT穿越时会存在一些问题，例如在树状拓扑结构大于三层的时候不能完成正常穿越功能。针对上述缺陷，本发明提出了一种流媒体NAT穿越方法，该方法基于国家教育考试网上巡查系统视频标准，能够很好的应用于类似树状拓扑结构模式的网络下。通过该方法，用户能在NAT环境下进行很好的NAT穿越，而且不打破SIP制定的规范，能够让SIP协议应用于更广泛的网络环境。
附图说明
图1是标准的SIP传输基于流媒体转发进行NAT穿越的逻辑示意图。
图2是在树状拓扑结构网路下流媒体NAT穿越遇到的问题逻辑示意图。
图3是本发明大于两级树状拓扑结构网络下的流媒体NAT穿越方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限与此。
实施例
如图1所示，标准的SIP传输基于流媒体转发进行NAT穿越的方法如下：
用户A和用户B都处于内网，他们已经成功的注册到了SIP网关服务器上面，而传统意义上我们会把SIP网关服务器和流媒体转发服务器放在公网上面，用户A需要获取到用户B的流媒体信息(譬如音视频信息),整个过程会按照下面的步骤(1)～(10)进行：
(1)用户A向SIP网关服务器发送invite消息，消息会要求请求用户B的信息(譬如视频信息)，此时用户A在SDP消息里面携带了本地接收流媒体数据的端口和本地的IP信息；
(2)SIP网关服务器会把invite携带的SDP消息传送给流媒体转发服务器，此时流媒体服务器会打开一个接收流媒体数据的UDP端口，然后修改SDP携带的ip和端口为流媒体转发的IP和刚才打开的端口；
(3)流媒体服务器把修改好的SDP消息传送给SIP网关服务器；
(4)SIP网关服务器会路由invite消息到用户B，用户B收到invite消息后，获取到流媒体转发的ip和打开的端口，并把ip和端口放入在200ok消息的SDP信息里面；
(5)用户B会返回200ok的消息至SIP网关服务器；
(6)SIP网关服务器会转发200ok消息至用户A，用户A收到200ok消息后会解析出SDP消息里面的ip和端口；
(7)用户A会通过自己收流的端口发送一条穿越消息到流媒体转发服务器，此时流媒体转发服务器就会记录该客户端IP和端口穿越的IP1和端口1；
(8)用户A发送ACK消息至用户B；
(9)用户B发送流媒体数据到流媒体转发服务器；
(10)流媒体转发服务器通过记录的IP1和端口1直接推送视频至用户A，完成该种方案的NAT穿越。
标准SIP传输在视频层层转情况下NAT穿越时，由于标准的SIP传输是基于网状结构的，也就是说可能存在多个用户，多个用户基于一个SIP网关服务器，即采用分布式流媒体转发服务器的模式。但是《国家教育考试网上巡查系统视频标准技术规范》却规定的是层层传递的模式，当出现三级的情况的时候就会出现一些问题。参见图2，根据《国家教育考试网上巡查系统视频标准技术规范》，层层转架构应该如此，但是问题出现在步骤(4)的时候SIP消息传递下去的ip和端口是省端流媒体转发服务器的ip和其打开的端口，而消息经过步骤(5)、(6)修改后步骤(7)传递给用户B的ip和端口是市端流媒体转发服务器的IP和端口，而通过步骤(8)、(9)、(10)传递给用户A的ip和端口就变成了市端的IP和端口,而不是省端流媒体转发服务器的IP和端口，整个按照SIP规范进行NAT穿越就会失败，步骤(11)导致了整个NAT穿越失败，步骤(14)无法将流媒体数据传递给省端流媒体转发服务器而是直接传送给了用户A，打乱了整个层层传递架构。
如图3所示，本实施例针对上述缺陷，提出一种基于国家教育考试网上巡查系统视频标准下的流媒体NAT穿越方法，通过该方法可以实现多级树状拓扑结构网络下的流媒体NAT穿越，具体步骤如下：
(1)用户A向省SIP网关服务器发起invite请求,SDP携带的ip1和port1分别为本机IP和接收流媒体数据端口；
(2)省SIP网关服务器向省流媒体转发服务器传递SDP消息，省流媒体转发服务器修改SDP消息，改为省流媒体转发服务器的ip2和省流媒体转发服务器打开接收流媒体数据端口port2；
(3)省流媒体转发服务器传递SDP消息至省SIP网关服务器；
(4)省SIP网关服务器此时需要回复200ok至用户A,200ok的SDP消息里面携带了ip2和port2；
(5)用户A返回ACK消息至省SIP网关服务器，完成整个SIP消息视频请求流程；
(6)用户A通过port1发送一个打洞消息至省流媒体转发服务器的port2,此时省端流媒体转发服务器会记录用户A穿越过来的ip3和port3；
(7)与此同时，省SIP网关服务器会重新构建一个invite消息，携带ip2和port2发送至市SIP网关服务器；
(8)市SIP网关服务器向市流媒体转发服务器传递SDP消息，市流媒体转发服务器修改SDP消息，改为市流媒体转发服务器的ip4和市流媒体转发服务器打开接收流媒体数据端口port4；
(9)市流媒体转发服务器传递SDP消息至市SIP网关服务器；
(10)市SIP网关服务器回复200ok至省SIP网关服务器,SDP消息里面携带ip4和port4；
(11)省SIP网关服务器返回ACK消息至市SIP网关服务器，完成整个SIP消息视频请求流程；
(12)市SIP网关服务器主动构建并发送invite消息至用户B，携带ip4和port4；
(13)用户B回复200ok至市SIP网关服务器,携带ip4和port4；
(14)市SIP网关服务器主动构建并发送ACK消息至用户B；
(15)用户B推送流媒体数据至市流媒体转发服务器port4；
(16)市流媒体转发服务器推送流媒体数据至省流媒体转发服务器port2；
(17)省流媒体转发服务器推送流媒体数据至ip3的port3，完成整个流程的NAT穿越。
对于上述步骤中各个参数具体说明如下：
ip1表示用户A的IP地址；port1表示用户A收取流媒体数据打开的UDP端口。
ip2表示省流媒体转发服务器的IP地址；port2表示省流媒体接受流媒体数据打开的UDP端口。
ip3表示用户A到省流媒体服务器防火墙映射IP；port3表示port1到port2的防火墙映射端口。
ip4表示市流媒体转发服务器的IP地址；port4表示市流媒体接受流媒体数据打开的UDP端口。
当然，本发明的技术方案市级平台用户也能很好的完成视频的NAT穿越观看。
注释说明：用户B可理解为是具有SIP网关服务器和流媒体服务器功能的设备。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.基于国家教育考试网上巡查系统视频标准下的流媒体NAT穿越方法，其特征在于，包括步骤：
(1)用户A向省SIP网关服务器发起带有SDP消息的invite请求，所述SDP消息中的ip表示用户A接受流媒体数据所用机器的IP地址ip1，端口表示用户A接受流媒体数据所用机器的端口port1；
(2)省SIP网关服务器向省流媒体转发服务器传递SDP消息，省流媒体转发服务器收到SDP消息后会获取到省流媒体转发服务器的IP地址ip2和一个可用的空闲端口port2，然后省流媒体转发服务器将省SIP网关服务器传送过来的SDP消息里面的ip改为省流媒体转发服务器的地址ip2，将端口改为省流媒体转发服务器打开的接收流媒体数据端口port2；
(3)省流媒体转发服务器传递当前SDP消息至省SIP网关服务器；
(4)省SIP网关服务器此时回复200ok至用户A，200ok的SDP消息里面携带了ip2和port2；
(5)用户A返回ACK消息至省SIP网关服务器，完成从用户A到省SIP网关服务器的整个SIP消息视频请求流程；
(6)用户A通过port1发送一个打洞消息至省流媒体转发服务器的port2，此时省流媒体转发服务器会记录用户A通过NAT网络穿越过来的ip3和port3；
(7)与此同时，省SIP网关服务器会重新构建一个带有SDP消息的invite请求，所述SDP消息携带ip2和port2发送至市SIP网关服务器；
(8)市SIP网关服务器向市流媒体转发服务器传递步骤(7)所述的SDP消息，市流媒体转发服务器收到SDP消息后会获取到市流媒体转发服务器的IP地址ip4和一个可用的空闲端口port4，然后市流媒体转发服务器将市SIP网关服务器传送过来的SDP消息里面的ip改为市流媒体转发服务器的地址ip4，将端口改为市流媒体转发服务器打开的接收流媒体数据端口port4；
(9)市流媒体转发服务器传递步骤(8)最后得到的SDP消息至市SIP网关服务器；
(10)市SIP网关服务器回复200ok至省SIP网关服务器，当前SDP消息里面携带ip4和port4；
(11)省SIP网关服务器返回ACK消息至市SIP网关服务器，完成从省SIP网关服务器到市SIP网关服务器的整个SIP消息视频请求流程；
(12)市SIP网关服务器主动构建并发送invite消息至用户B，携带ip4和port4；
(13)用户B回复200ok至市SIP网关服务器，携带ip4和port4；
(14)市SIP网关服务器主动构建并发送ACK消息至用户B；
(15)用户B推送流媒体数据至市流媒体转发服务器的端口port4；
(16)市流媒体转发服务器推送流媒体数据至省流媒体转发服务器的端口port2；
(17)省流媒体转发服务器推送流媒体数据至本机IP为ip3的本机端口port3，本机IP是指用户A通过NAT网络穿越转换后的地址，从而完成整个流程的NAT穿越。
2.根据权利要求1所述的基于国家教育考试网上巡查系统视频标准下的流媒体NAT穿越方法，其特征在于，所述用户B是具有SIP网关服务器和流媒体服务器功能的设备。
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