CN105743739A - 对称式nat的端口预测方法、探测服务器及受测端设备 - Google Patents

Abstract

本发明适用于NAT穿透技术领域，提供一种对称式NAT的端口预测方法、探测服务器及受测端设备，所述方法包括：受测端设备分别向探测服务器上的第一端口和第二端口发送探测封包；所述探测服务器从所述探测封包获取受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)、所述内部地址所映射的第一外部地址(ip_out，p_out1)和第二外部地址(ip_out，p_out2)，以及根据所述内部地址(ip_peer，p_peer)、第一外部地址(ip_out，p_out1)以及第二外部地址(ip_out，p_out2)确定所述受测端设备所处的NAT型态；在所述NAT型态为对称式NAT时，所述受测端设备判断所述对称式NAT是否为可预测的对称式NAT，在所述对称式NAT为可预测的对称式NAT时预测下一个外部端口号。本发明简化了对称式NAT型态侦测的过程，提高了对称式NAT的打洞率。

Description

对称式NAT的端口预测方法、探测服务器及受测端设备

技术领域

本发明属于NAT穿透技术领域，尤其涉及一种对称式NAT的端口预测方法、探测服务器及受测端设备。

背景技术

NAT(即NetworkAddressTranslation，网络地址转换或网络地址翻译)穿透技术，用于为各种NAT路由器下的装置或者服务器建立连接。目前，NAT型态依据外部端口转换的型态划分为四大类，分别为完全圆锥形(Fullcone)、受限圆锥形(Restrictedcone)、端口受限圆锥形(Port-Restrictedcone)、对称式(Symmetric)。下述表1中给出了不同NAT型态的特征。

表2中给出待建立连接(即打洞)的双方的NAT型态匹配关系，其中，符号○表示可打洞，符号×表示无法打洞。

目前的NAT穿透技术主要以STUN和TURN两大协议或者相似概念为基础实现。在STUN协议中，待建立连接的双方通过向STUN服务器发出探测封包来获取其内部地址经过NAT转换后的外部地址，然后通过讯息服务器(SignalingSever)交换双方的端口信息，从而实现打洞(HolePunching)。然而，现有的NAT型态侦测过程复杂，交握次数多，穿透效率低。对于对称式NAT，由于对称式NAT中内部端口向外映射的外部端口是随机的，从而无法进行打洞；需要利用TURN协议通过中转来完成穿透，对称式NAT的可打洞率低，运营成本高。

表1

NAT型态	完全圆锥形	受限圆锥形	端口受限圆锥形	对称式
					完全圆锥形	○	○	○	○
受限圆锥形	○	○	○	○
					端口受限圆锥形	○	○	○	×
对称式	○	○	×	×

表2

发明内容

鉴于此，本发明实施例提供一种对称式NAT的端口预测方法、探测服务器及受测端设备，以简化NAT型态侦测的过程，提高对称式NAT型态侦测的效率，以及提高对称式NAT的可打洞率。

第一方面，提供了一种对称式NAT的端口预测方法，所述方法包括：

受测端设备分别向探测服务器上的第一端口和第二端口发送探测封包，所述第一端口为第一IP地址上的端口，所述第二端口为第二IP地址上的端口；

探测服务器接收所述探测封包，从所述探测封包中获取所述受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)，以及从所述第一端口获取所述内部地址所映射的第一外部地址(ip_out，p_out1)和从所述第二端口获取所述内部地址所映射的第二外部地址(ip_out，p_out2)，其中，所述ip_peer表示受测端设备的内部IP地址、p_peer表示内部端口号，ip_out表示受测端设备的外部IP地址，p_out1表示第一外部端口号，p_out2表示第二外部端口号；

所述探测服务器根据所述受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)、第一外部地址(ip_out，p_out1)以及第二外部地址(ip_out，p_out2)确定所述受测端设备所处的NAT型态；

所述探测服务器将所述第一外部地址(ip_out，p_out1)、第二外部地址(ip_out，p_out2)以及所述NAT型态通过第一端口返回至所述受测端设备；

所述受测端设备接收所述第一外部地址(ip_out，p_out1)、第二外部地址(ip_out，p_out2)以及所述NAT型态；

在所述NAT型态为对称式NAT时，所述受测端设备判断所述对称式NAT是否为可预测的对称式NAT，并在所述对称式NAT为可预测的对称式NAT时预测下一个外部端口号。

第二方面，提供了一种探测服务器，所述探测服务器包括：

第一获取模块，用于通过第一端口和第二端口接收受测端设备发送的探测封包，从所述探测封包中获取所述受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)，以及从所述第一端口获取所述内部地址所映射的第一外部地址(ip_out，p_out1)和从所述第二端口获取所述内部地址所映射的第二外部地址(ip_out，p_out2)，其中，所述ip_peer表示受测端设备的内部IP地址，p_peer表示内部端口号，ip_out表示受测端设备的外部IP地址，p_out1表示第一外部端口号，p_out2表示第二外部端口号；

NAT型态获取模块，用于根据所述受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)、第一外部地址(ip_out，p_out1)以及第二外部地址(ip_out，p_out2)确定所述受测端设备所处的NAT型态；

第一发送模块，用于将所述第一外部地址(ip_out，p_out1)、第二外部地址(ip_out，p_out2)以及所述NAT型态通过第一端口返回至所述受测端设备。

第三方面，提供了一种受测端设备，所述受测端设备包括：

探测模块，用于分别向探测服务器上的第一端口和第二端口发送探测封包，所述第一端口为第一IP地址上的端口，所述第二端口为第二IP地址上的端口，以使得所述探测服务器根据所述探测封包获取所述受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)、所述内部地址所映射的第一外部地址(ip_out，p_out1)和第二外部地址(ip_out，p_out2)以及确定所述受测端设备所处的NAT型态；

接收模块，用于接收所述探测服务器返回的第一外部地址(ip_out，p_out1)、第二外部地址(ip_out，p_out2)以及所述NAT型态；

其中，所述ip_peer表示受测端设备的内部IP地址、p_peer表示内部端口号，ip_out表示受测端设备的外部IP地址，p_out1表示第一外部端口号，p_out2表示第二外部端口号；

预测模块，用于在所述NAT型态为对称式NAT时，判断所述对称式NAT是否为可预测的对称式NAT，并在所述对称式NAT为可预测的对称式NAT时预测下一个外部端口号。

与现有技术相比，本发明实施例由受测端设备分别向探测服务器上的第一端口和第二端口发送探测封包；所述探测服务器接收所述探测封包，从所述探测封包获取受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)，并从第一端口获取所述内部地址所映射的第一外部地址(ip_out，p_out1)，以及从所述第二端口获取所述内部地址所映射的第二外部地址(ip_out，p_out2)，再根据所述内部地址(ip_peer，p_peer)、第一外部地址(ip_out，p_out1)以及第二外部地址(ip_out，p_out2)确定所述受测端设备所处的NAT型态，将所述第一外部地址(ip_out，p_out1)、第二外部地址(ip_out，p_out2)以及NAT型态返回至所述受测端设备；从而减少了受测端设备与探测服务器之间交握的次数，简化了NAT型态侦测的过程，有效地提高了对称式NAT型态侦测的效率。且在所述NAT型态为对称式NAT时，所述受测端设备判断所述对称式NAT是否为可预测的对称式NAT，并在所述对称式NAT为可预测的对称式NAT时预测取下一个外部端口号，有效地提高了对称式NAT的可打洞率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本发明实施例提供的对称式NAT的的端口预测系统的组成结构图；

图2是本发明实施例提供的对称式NAT的端口预测方法的实现流程图；

图3是本发明实施例提供的对称式NAT的端口预测方法中步骤S203的实现流程图；

图4是本发明实施例提供的对称式NAT的端口预测方法中步骤S206的实现流程图；

图5是本发明实施例提供的探测服务器的组成结构图；

图6是本发明实施例提供的受测端设备的组成结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例由受测端设备分别向探测服务器上的第一端口和第二端口发送探测封包；所述探测服务器接收所述探测封包，从所述探测封包获取受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)，并从第一端口获取所述内部地址所映射的第一外部地址(ip_out，p_out1)，以及从所述第二端口获取所述内部地址所映射的第二外部地址(ip_out，p_out2)，再根据所述内部地址(ip_peer，p_peer)、第一外部地址(ip_out，p_out1)以及第二外部地址(ip_out，p_out2)确定所述受测端设备所处的NAT型态，将所述第一外部地址(ip_out，p_out1)、第二外部地址(ip_out，p_out2)以及NAT型态返回至所述受测端设备；从而减少了受测端设备与探测服务器之间交握的次数，简化了NAT型态侦测的过程，有效地提高了对称式NAT型态侦测的效率。且在所述NAT型态为对称式NAT时，所述受测端设备判断所述对称式NAT是否为可预测的对称式NAT，并在所述对称式NAT为可预测的对称式NAT时预测取下一个外部端口号，有效地提高了对称式NAT的可打洞率。本发明实施例还提供了相应的探测服务器和受测端设备，以下分别进行详细的说明。

图1示出了本发明实施例提供的对称式NAT的端口预测系统。

在本发明实施例中，所述对称式NAT的端口预测系统包括至少一个受测端设备1和一个探测服务器2，所述受测端设备1位于内网中，所述探测服务器2位于公网中。所述探测服务器2上设置有两个IP地址，分别记为ip₁、ip₂；每一个IP地址上开启了两个UDP端口，其中，ip₁对应端口p₁、p₂；ip₂对应端口p₃、p₄，共四个端口。为了便于描述，通过IP地址+端口号的方式(即套接字)进行区分，分别为(ip₁，p₁)、(ip₁，p₂)、(ip₂，p₃)和(ip₂，p₄)。对于所述受测端设备，其内部地址记为(ip_peer，p_peer)，所述ip_peer表示受测端设备的内部IP地址、p_peer表示内部端口号，位于所述(ip_peer，p_peer)上的UDP套接字(socket)能够向上述四个端口发送探测封包。

图2示出了本发明实施例提供的对称式NAT的端口预测方法的实现流程。

在步骤S201中，受测端设备分别向探测服务器上的第一端口和第二端口发送探测封包。

在这里，在进行NAT型态侦测时，本发明实施例中的所述受测端设备采取同步探测的方式，即同时向所述探测服务器上的第一端口和第二端口分别发送探测封包。其中，所述第一端口为第一IP地址上的端口，所述第二端口为第二IP地址上的端口。作为本发明的一个优选示例，所述第一端口可以为(ip₁，p₁)，所述第二端口可以为(ip₂，p₃)。

在步骤S202中，探测服务器接收所述探测封包，从所述探测封包中获取所述受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)，以及从所述第一端口获取所述内部地址所映射的第一外部地址(ip_out，p_out1)和从所述第二端口获取所述内部地址所映射的第二外部地址(ip_out，p_out2)。

在这里，所述第一外部地址和第二外部地址均为内网中的受测端设备向公网发送数据时，其内部地址所映射的外部地址(即在公网中的地址)。因此，所述ip_out表示受测端设备中内部IP地址ip_peer向外映射的外部IP地址，p_out1表示第一外部端口号，p_out2表示第二外部端口号。

在步骤S203中，所述探测服务器根据所述受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)、第一外部地址(ip_out，p_out1)以及第二外部地址(ip_out，p_out2)确定所述受测端设备所处的NAT型态。

在本发明实施例中，从表1可知，完全圆锥形NAT、受限圆锥形NAT以及端口受限圆锥形NAT中由同样的内部端口向外映射的外部端口是固定的，对称式NAT由同样的内部端口向外映射的外部端口是随机的。因此，本发明实施例将完全圆锥形NAT、受限圆锥形NAT和端口受限圆锥形NAT统称为圆锥形NAT。所述探测服务器2根据第一外部地址(ip_out，p_out1)和第二外部地址(ip_out，p_out2)中的第一外部端口号和第二外部端口号是否相同来区分是否为对称式NAT。示例性地，图3示出了本发明实施例提供的对称式NAT的端口预测方法中步骤S203的具体实现流程。参阅图3，所述步骤S203包括：

在步骤S301中，比较所述第一外部端口号p_out1与所述第二外部端口号p_out2。

在步骤S302中，若所述第一外部端口号p_out1与所述第二外部端口号p_out2不相同，则确定所述受测端设备所处的NAT型态为对称式NAT。

本发明实施例中，当确定所述NAT型态为对称式NAT时，则继续确认是否为可预测的对称式NAT型态；当为可预测的对称式NAT型态时，进行下一端口的预测。

优选的，本发明中实施例中还可进一步对非对称式NAT型态进行识别，进一步包括以下步骤S303-S305。

在步骤S303中，若所述第一外部端口号p_out1与所述第二外部端口号p_out2相同，则比较所述受测端设备的外部IP地址ip_out与内部IP地址ip_peer以及比较所述第一外部端口号P_out1与所述内部端口号p_peer。

若所述外部IP地址ip_out与内部IP地址ip_peer相同且所述第一外部端口号P_out1与所述内部端口号p_peer相同，则跳转至步骤S304，否则，跳转至步骤S305。

在步骤S304中，确定所述受测端设备处于公网中。

其中，受测端设备处于公网中，即该受测端设备的ip地址是Internet的非保留地址，任何的端点都可以直接访问，而不需经过NAT转译。

在步骤S305中，确定所述受测端设备所处的NAT型态为圆锥形NAT。

进一步地，由表2可得，完全圆锥形NAT与受限圆锥形NAT的打洞性能是相同的，且由表1可得到，端口受限圆锥形NAT中，对方发送封包的某个IP地址上的端口必须是内部地址曾向该端口发送过封包的。在进一步区分所述圆锥形NAT时，所述探测服务器2可通过第三端口向所述受测端设备发送探测封包来实现。在这里，所述第三端口为第一端口所处的第一IP地址上的另一端口。所述受测端设备1判断是否接收到从所述第三端口发送的探测封包，若是，则判定所述圆锥形NAT为完全圆锥形NAT或者受限圆锥形NAT；否则，判定所述圆锥形NAT型态为端口受限圆锥形NAT。

在步骤S204中，所述探测服务器将所述第一外部地址(ip_out，p_out1)、第二外部地址(ip_out，p_out2)以及所述NAT型态通过第一端口返回至所述受测端设备。

在步骤S205中，所述受测端设备接收所述第一外部地址(ip_out，p_out1)、第二外部地址(ip_out，p_out2)以及所述NAT型态。

当所述NAT型态为对称式NAT时，所述方法还包括：

在步骤S206中，所述受测端设备判断所述对称式NAT是否为可预测的对称式NAT，并在所述对称式NAT为可预测的对称式NAT时预测下一个外部端口号。

在本发明实施例中，所述受测端设备1采用了同步探测的方式。在同步探测中，所述受测端设备1只需同步向所述探测服务器2的第一端口和第二端口发送探测封包，而由所述探测服务器2获取所述受测端设备1的内部地址(ip_peer，p_peer)、所述内部地址所映射的第一外部地址(ip_out，p_out1)和第二外部地址(ip_out，p_out2)，以及对所述内部地址(ip_peer，p_peer)、第一外部地址(ip_out，p_out1)和第二外部地址(ip_out，p_out2)进行存储和判断；从而有效地减少了受测端设备1与探测服务器2之间的交握次数，加速了侦测的过程，提高了对称式NAT型态的侦测效率。

作为本发明的一个优选示例，当所述NAT型态为对称式NAT时，所述受测端设备1通过内部地址所映射的四个连续的外部端口号来判断所述对称式NAT的可预测性以及预测下一个外部端口号。图4示出了本发明实施例提供的对称式NAT的端口预测方法中步骤S206的具体实现流程。

参阅图4，步骤S206包括：

在步骤S401中，所述受测端设备分别向所述探测服务器上的第三端口和第四端口发送探测封包。

其中，所述第三端口为第一端口所处的第一IP地址上的另一端口；所述第四端口为第二端口所处的第二IP地址上的另一端口；示例性地，当所述第一端口为(ip₁，p₁)、所述第二端口为(ip₂，p₃)时，所述第三端口可以为(ip₁，p₂)，所述第二端口可以为(ip₂，p₄)。

在步骤S402中，探测服务器接收所述探测封包，并从第三端口获取所述内部地址所映射的第三外部地址(ip_out，p_out3)以及从所述第四端口获取所述内部地址所映射的第四外部地址(ip_out，p_out4)。

其中，所述ip_out表示受测端设备的外部IP地址，所述p_out3表示第三外部端口号，所述p_out4表示第四外部端口号。

在步骤S403中，探测服务器将所述第三外部地址(ip_out，p_out3)、第四外部地址(ip_out，p_out4)通过第三端口返回至所述受测端设备。

在步骤S404中，受测端设备接收所述第三外部地址(ip_out，p_out3)、第四外部地址(ip_out，p_out4)。

在步骤S405中，所述受测端设备判断所述第一外部端口号p_out1、第二外部端口号p_out2、第三外部端口号p_out3、第四外部端口号p_out4是否满足预设公式。

若是，则执行步骤S406。否则，确定所述对称式NAT不可预测。

在步骤S406中，所述受测端设备确定所述对称式NAT为可预测的对称式NAT，并按照所述预设公式预测下一个外部端口号。

示例性地，根据对市面上的路由器的统计分析，所述预设公式可以为：

p_out(n)＝p_out(n-2)+p_out(n-1)-p_out(n-3)；

其中，所述p_out(n)为第n个外部端口号，所述p_out(n-1)为第n-1个外部端口号，所述p_out(n-2)为第n-2个外部端口号，所述p_out(n-3)为第n-3个外部端口号。

当需要预测第n个外部端口号时，则根据第n-1、第n-2、第n-3个外部端口号进行预测，从而实现了对对称式NAT的可预测性的判断以及下一个外部端口的预测，有效地提高了对称式NAT的可打洞率，降低了带宽的需求及运营成本。

本发明实施例由受测端设备分别向探测服务器上的第一端口和第二端口发送探测封包；所述探测服务器接收所述探测封包，从所述探测封包获取受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)，并从第一端口获取所述内部地址所映射的第一外部地址(ip_out，p_out1)，以及从所述第二端口获取所述内部地址所映射的第二外部地址(ip_out，p_out2)，再根据所述受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)、第一外部地址(ip_out，p_out1)以及第二外部地址(ip_out，p_out2)确定所述受测端设备所处的NAT型态，并将所述第一外部地址(ip_out，p_out1)、第二外部地址(ip_out，p_out2)以及NAT型态返回至所述受测端设备；从而减少了受测端设备与探测服务器之间交握的次数，简化了NAT型态侦测的过程，有效地提高了对称式NAT型态侦测的效率。且在所述NAT型态为对称式NAT时，所述受测端设备判断所述对称式NAT是否为可预测的对称式NAT，并在所述对称式NAT为可预测的对称式NAT时根据已知的外部端口号预测下一个外部端口号，有效地提高了对称式NAT的可打洞率。

图5示出了本发明实施例提供的探测服务器的组成结构。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

在这里，所述探测服务器应用于实现上述图2至图4实施例中所述探测服务器2的功能。所述探测服务器2包括但不限于计算机等，位于公网中，其上设置有两个IP地址，分别记为ip₁、ip₂；每一个IP地址上开启了两个UDP端口，其中，ip₁对应端口p₁、p₂，ip₂对应端口p₃、p₄，共四个端口。为了便于描述，通过IP地址+端口号的方式进行区分，分别为(ip₁，p₁)、(ip₁，p₂)、(ip₂，p₃)和(ip₂，p₄)。

参阅图5，所述探测服务器2包括：

第一获取模块21，用于通过第一端口和第二端口接收受测端设备发送的探测封包，从所述探测封包中获取所述受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)，以及从所述第一端口获取所述内部地址所映射的第一外部地址(ip_out，p_out1)和从所述第二端口获取所述内部地址所映射的第二外部地址(ip_out，p_out2)。

其中，所述第一端口为第一IP地址上的端口，所述第二端口为第二IP地址上的端口。作为本发明的一个优选示例，所述第一端口可以为(ip₁，p₁)，所述第二端口可以为(ip₂，p₃)。所述ip_peer表示受测端设备的内部IP地址，p_peer表示内部端口号，ip_out表示受测端设备的外部IP地址，p_out1表示第一外部端口号，p_out2表示第二外部端口号。

NAT型态获取模块22，用于根据所述受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)、第一外部地址(ip_out，p_out1)以及第二外部地址(ip_out，p_out2)确定所述受测端设备所处的NAT型态。

第一发送模块23，用于将所述第一外部地址(ip_out，p_out1)、第二外部地址(ip_out，p_out2)以及所述NAT型态通过第一端口返回至所述受测端设备。

在这里，探测服务器2根据内部地址(ip_peer，p_peer)、第一外部地址(ip_out，p_out1)和第二外部地址(ip_out，p_out2)得到的NAT型态包括：圆锥形NAT、对称式NAT以及公网。所述NAT型态获取模块22包括：

第一比较单元221，用于比较所述第一外部端口号p_out1与所述第二外部端口号p_out2，若所述第一外部端口号p_out1与所述第二外部端口号p_out2不相同，则确定所述受测端设备所处的NAT型态为对称式NAT。

进一步地，在所述NAT型态为对称式NAT时，所述探测服务器2协助所述受测端设备1进行可预测性判断。因此，所述探测服务器2还包括：

第二获取模块24，用于通过第三端口和第四端口接收所述受测端设备发送的探测封包，并从所述第三端口获取所述内部地址所映射的第三外部地址(ip_out，p_out3)以及从所述第四端口获取所述内部地址所映射的第四外部地址(ip_out，p_out4)。

其中，所述第三端口为所述第一端口所在的第一IP地址上的另一端口，所述第四端口为所述第二端口所在的第二IP地址上的另一端口。示例性地，在当所述第一端口为(ip₁，p₁)、所述第二端口为(ip₂，p₃)时，所述第三端口可以为(ip₁，p₂)，所述第二端口可以为(ip₂，p₄)。所述ip_out表示受测端设备的外部IP地址，所述p_out3表示第三外部端口号，所述p_out4表示第四外部端口号。

第二发送模块25，用于将所述第三外部地址(ip_out，p_out3)、第四外部地址(ip_out，p_out4)通过第三端口返回至所述受测端设备，以使得所述受测端设备根据所述第一外部端口号p_out1、第二外部端口号p_out2、第三外部端口号p_out3、第四外部端口号p_out4判断所述对称式NAT是否为可预测的对称式NAT以及在所述对称式NAT为可预测的对称式NAT时预测下一个外部端口号。

进一步地，在本发明实施例中，所述圆锥形NAT为完全圆锥形NAT、受限圆锥形NAT和端口受限圆锥形NAT的统称。为了进一步区分圆锥形NAT时，所述NAT型态获取模块22还包括：

第二比较单元222，用于若所述第一外部端口号p_out1与所述第二外部端口号p_out2相同，则比较所述受测端设备的外部IP地址ip_out与内部IP地址ip_peer以及比较所述第一外部端口号P_out1与所述内部端口号p_peer；若所述外部IP地址ip_out与内部IP地址ip_peer相同且所述第一外部端口号P_out1与所述内部端口号p_peer相同，则确定所述受测端设备处于公网中；否则，确定所述受测端设备所处的NAT型态为圆锥形NAT；

发送单元223，用于当所述受测端设备所处的NAT型态为圆锥形NAT时，通过第三端口向所述受测端设备发送探测封包，所述第三端口为所述第一端口所处的第一IP地址上的另一端口，以使得所述受测端设备在接收到所述探测封包时判定所述圆锥形NAT为完全圆锥形NAT或者受限圆锥形NAT，在未接收到所述探测封包时判定所述圆锥形NAT型态为端口受限圆锥形NAT。

在本发明实施例中，所述受测端设备1只需同步向探测服务器2的第一端口和第二端口发送探测封包，所述探测服务器2则根据所述探测封包获取所述受测端设备1的内部地址(ip_peer，p_peer)、所述内部地址所映射的第一外部地址(ip_out，p_out1)和第二外部地址(ip_out，p_out2)，以及对所述内部地址(ip_peer，p_peer)、第一外部地址(ip_out，p_out1)和第二外部地址(ip_out，p_out2)进行存储和判断所述受测端设备所处的NAT型态，从而有效地减少了受测端设备1与探测服务器2之间的交握次数，加速了侦测的过程，提高了对称式NAT型态侦测的效率，并通过协助受测端设备判断对称式NAT的可预测性，提高了对称式NAT的可打洞率。

图6示出了本发明实施例提供的受测端设备的组成结构。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

在这里，所述受测端设备应用于实现上述图2至图4实施例中所述受测端设备1的功能。所述探测服务器1包括但不限于计算机等，位于内网中。假设有内部地址(ip_peer，p_peer)，所述ip_peer表示所述受测端设备的内部IP地址、p_peer表示内部端口号，位于所述(ip_peer，p_peer)上的UDP套接字(socket)能够向上述四个端口发送探测封包。

参阅图6，所述受测端设备1包括：

探测模块11，用于分别向探测服务器上的第一端口和第二端口发送探测封包，所述第一端口为第一IP地址上的端口，所述第二端口为第二IP地址上的端口，以使得所述探测服务器根据所述探测封包获取所述受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)、向外映射的第一外部地址(ip_out，p_out1)和第二外部地址(ip_out，p_out2)以及确定所述受测端设备所处的NAT型态。

接收模块12，用于接收所述探测服务器返回的第一外部地址(ip_out，p_out1)、第二外部地址(ip_out，p_out2)以及所述NAT型态。

其中，所述ip_out表示受测端设备向外映射的外部IP地址，p_out1表示第一外部端口号，p_out2表示第二外部端口号。

预测模块13，用于在所述NAT型态为对称式NAT时，判断所述对称式NAT是否为可预测的对称式NAT，并在所述对称式NAT为可预测的对称式NAT时预测下一个外部端口号。

在这里，探测服务器2根据内部地址(ip_peer，p_peer)、第一外部地址(ip_out，p_out1)和第二外部地址(ip_out，p_out2)得到的NAT型态包括：圆锥形NAT、对称式NAT以及公网。其中，所述圆锥形NAT为完全圆锥形NAT、受限圆锥形NAT和端口受限圆锥形NAT的统称。因此，所述受测端设备1还包括：

圆锥形NAT区分模块14，用于当所述NAT型态为圆锥形NAT时，判断是否接收到探测服务器通过第三端口发送的探测封包，所述第三端口为所述第一端口所在的第一IP地址上的另一端口；若是，则确定所述圆锥形NAT为完全圆锥形NAT或者受限圆锥形NAT；否则，确定所述圆锥形NAT型态为端口受限圆锥形NAT。

作为本发明的一个优选示例，当所述NAT型态为对称式NAT时，所述受测端设备1通过向外映射的四个连续的外部端口号来判断对称式NAT的可预测性以及预测下一个外部端口号。所述预测模块13包括：

发送单元131，用于当所述NAT型态为对称式NAT时，分别向所述探测服务器上的第三端口和第四端口发送探测封包，所述第三端口为所述第一端口所在的第一IP地址上的另一端口，所述第四端口为所述第二端口所在的第二IP地址上的另一端口，以使得所述探测服务器根据所述探测封包获取所述内部地址所映射的第三外部地址(ip_out，p_out3)以及第四外部地址(ip_out，p_out4)。

其中，所述ip_out表示受测端设备的外部IP地址，所述p_out3表示第三外部端口号，所述p_out4表示第四外部端口号。

接收单元132，用于接收所述探测服务器返回的所述第三外部地址(ip_out，p_out3)、第四外部地址(ip_out，p_out4)。

判断单元133，用于判断所述第一外部端口号p_out1、第二外部端口号p_out2、第三外部端口号p_out3、第四外部端口号p_out4是否满足预设公式。

预测单元134，用于当所述判断单元的判断结果为所述第一外部端口号p_out1、第二外部端口号p_out2、第三外部端口号p_out3、第四外部端口号p_out4满足预设公式时，确定所述对称式NAT为可预测的对称式NAT，并按照所述预设公式预测下一个外部端口号。

在这里，根据对市面上的路由器的统计分析，所述预设公式可以为：

p_out(n)＝p_out(n-2)+p_out(n-1)-p_out(n-3)；

其中，所述p_out(n)为第n个外部端口号，所述p_out(n-1)为第n-1个外部端口号，所述p_out(n-2)为第n-2个外部端口号，所述p_out(n-3)为第n-3个外部端口号。

当需要预测第n个外部端口号时，则根据第n-1、第n-2、第n-3个外部端口号进行预测，从而实现了对对称式NAT的可预测性的判断和下一个外部端口的预测，有效地提高了对称式NAT的可打洞率。

本发明实施例由受测端设备分别向探测服务器上的第一端口和第二端口发送探测封包，以使得所述探测服务器根据所述探测封包获取所述受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)、向外映射的第一外部地址(ip_out，p_out1)和第二外部地址(ip_out，p_out2)以及确定所述受测端设备所处的NAT型态；然后获取所述探测服务器返回的第一外部地址(ip_out，p_out1)、第二外部地址(ip_out，p_out2)以及NAT型态；从而减少了受测端设备与探测服务器之间交握的次数，加速了侦测的过程，简化了NAT型态侦测的过程，有效地提高了对称式NAT型态侦测的效率。且在所述NAT型态为对称式NAT时，所述受测端设备结合向外映射的四个连续的外部端口号对所述对称式NAT的可预测性进行判断，并在所述对称式NAT为可预测的对称式NAT时预测下一个外部端口号，从有效地提高了对称式NAT的可打洞率。

需要说明的是，本发明实施例中的装置可以用于实现上述方法实施例中的全部技术方案，其各个功能模块的功能可以根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可参照上述实例中的相关描述，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的对称式NAT的端口预测方法、探测服务器以及受测端设备，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块、单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元、模块单独物理存在，也可以两个或两个以上单元、模块集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种对称式NAT的端口预测方法，其特征在于，所述方法包括：

受测端设备分别向探测服务器上的第一端口和第二端口发送探测封包，所述第一端口为第一IP地址上的端口，所述第二端口为第二IP地址上的端口；

探测服务器接收所述探测封包，从所述探测封包中获取所述受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)，以及从所述第一端口获取所述内部地址所映射的第一外部地址(ip_out，p_out1)和从所述第二端口获取所述内部地址所映射的第二外部地址(ip_out，p_out2)，其中，所述ip_peer表示受测端设备的内部IP地址、p_peer表示内部端口号，ip_out表示受测端设备的外部IP地址，p_out1表示第一外部端口号，p_out2表示第二外部端口号；

所述探测服务器根据所述受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)、第一外部地址(ip_out，p_out1)以及第二外部地址(ip_out，p_out2)确定所述受测端设备所处的NAT型态；

所述探测服务器将所述第一外部地址(ip_out，p_out1)、第二外部地址(ip_out，p_out2)以及所述NAT型态通过第一端口返回至所述受测端设备；

所述受测端设备接收所述第一外部地址(ip_out，p_out1)、第二外部地址(ip_out，p_out2)以及所述NAT型态；

在所述NAT型态为对称式NAT时，所述受测端设备判断所述对称式NAT是否为可预测的对称式NAT，并在所述对称式NAT为可预测的对称式NAT时预测下一个外部端口号。

2.如权利要求1所述的对称式NAT的端口预测方法，其特征在于，其特征在于，所述在所述NAT型态为对称式NAT时，所述受测端设备判断所述对称式NAT是否为可预测的对称式NAT，并在所述对称式NAT为可预测的对称式NAT时预测下一个外部端口号包括：

当所述NAT型态为对称式NAT时，所述受测端设备分别向所述探测服务器上的第三端口和第四端口发送探测封包，所述第三端口为所述第一端口所处的第一IP地址上的另一端口，所述第四端口为所述第二端口所处的第二IP地址上的另一端口；

探测服务器接收所述探测封包，并从第三端口获取所述内部地址所映射的第三外部地址(ip_out，p_out3)以及从所述第四端口获取所述内部地址所映射的第四外部地址(ip_out，p_out4)，其中，所述ip_out表示受测端设备的外部IP地址，所述p_out3表示第三外部端口号，所述p_out4表示第四外部端口号；

探测服务器将所述第三外部地址(ip_out，p_out3)、第四外部地址(ip_out，p_out4)通过第三端口返回至所述受测端设备；

受测端设备接收所述第三外部地址(ip_out，p_out3)、第四外部地址(ip_out，p_out4)；

所述受测端设备判断所述第一外部端口号p_out1、第二外部端口号p_out2、第三外部端口号p_out3、第四外部端口号p_out4是否满足预设公式；

若是，则确定所述对称式NAT为可预测的对称式NAT，并按照所述预设公式预测下一个外部端口号。

3.如权利要求2所述的对称式NAT的端口预测方法，其特征在于，所述预设公式为：

p_out(n)＝p_out(n-2)+p_out(n-1)-p_out(n-3)；

其中，所述p_out(n)为第n个外部端口号，所述p_out(n-1)为第n-1个外部端口号，所述p_out(n-2)为第n-2个外部端口号，所述p_out(n-3)为第n-3个外部端口号。

4.如权利要求1至3任一项所述的对称式NAT的端口预测方法，其特征在于，所述探测服务器根据所述受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)、第一外部地址(ip_out，p_out1)以及第二外部地址(ip_out，p_out2)确定所述受测端设备所处的NAT型态包括：

比较所述第一外部端口号p_out1与所述第二外部端口号p_out2；

若所述第一外部端口号p_out1与所述第二外部端口号p_out2不相同，则确定所述受测端设备所处的NAT型态为对称式NAT。

5.如权利要求1所述的对称式NAT的端口预测方法，其特征在于，所述探测服务器根据所述受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)、第一外部地址(ip_out，p_out1)以及第二外部地址(ip_out，p_out2)确定所述受测端设备所处的NAT型态包括：

比较所述第一外部端口号p_out1与所述第二外部端口号p_out2；若所述第一外部端口号p_out1与所述第二外部端口号p_out2相同，则比较所述受测端设备的外部IP地址ip_out与内部IP地址ip_peer以及比较所述第一外部端口号P_out1与所述内部端口号p_peer；

若所述外部IP地址ip_out与内部IP地址ip_peer相同且所述第一外部端口号P_out1与所述内部端口号p_peer相同，则确定所述受测端设备处于公网中；否则，确定所述受测端设备所处的NAT型态为圆锥形NAT；

当所述受测端设备所处的NAT型态为圆锥形NAT时，通过第三端口向所述受测端设备发送探测封包，所述第三端口为所述第一端口所处的第一IP地址上的另一端口，以使得所述受测端设备在接收到所述探测封包时判定所述圆锥形NAT为完全圆锥形NAT或者受限圆锥形NAT，在未接收到所述探测封包时判定所述圆锥形NAT型态为端口受限圆锥形NAT。

6.一种探测服务器，其特征在于，所述探测服务器包括：

第一获取模块，用于通过第一端口和第二端口接收受测端设备发送的探测封包，从所述探测封包中获取所述受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)，以及从所述第一端口获取所述内部地址所映射的第一外部地址(ip_out，p_out1)和从所述第二端口获取所述内部地址所映射的第二外部地址(ip_out，p_out2)，其中，所述ip_peer表示受测端设备的内部IP地址，p_peer表示内部端口号，ip_out表示受测端设备的外部IP地址，p_out1表示第一外部端口号，p_out2表示第二外部端口号；

NAT型态获取模块，用于根据所述受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)、第一外部地址(ip_out，p_out1)以及第二外部地址(ip_out，p_out2)确定所述受测端设备所处的NAT型态；

第一发送模块，用于将所述第一外部地址(ip_out，p_out1)、第二外部地址(ip_out，p_out2)以及所述NAT型态通过第一端口返回至所述受测端设备。

7.如权利要求6所述的探测服务器，其特征在于，所述NAT型态获取模块包括：

第一比较单元，用于比较所述第一外部端口号p_out1与所述第二外部端口号p_out2，若所述第一外部端口号p_out1与所述第二外部端口号p_out2不相同，则确定所述受测端设备所处的NAT型态为对称式NAT。

8.如权利要求6或7所述的探测服务器，其特征在于，所述探测服务器还包括：

第二获取模块，用于通过第三端口和第四端口接收所述受测端设备发送的探测封包，并从所述第三端口获取所述内部地址所映射的第三外部地址(ip_out，p_out3)以及从所述第四端口获取所述内部地址所映射的第四外部地址(ip_out，p_out4)，其中，所述第三端口为所述第一端口所处的第一IP地址上的另一端口，所述第四端口为所述第二端口所处的第二IP地址上的另一端口，所述ip_out表示受测端设备的外部IP地址，所述p_out3表示第三外部端口号，所述p_out4表示第四外部端口号；

第二发送模块，用于将所述第三外部地址(ip_out，p_out3)、第四外部地址(ip_out，p_out4)通过第三端口返回至所述受测端设备，以使得所述受测端设备根据所述第一外部端口号p_out1、第二外部端口号p_out2、第三外部端口号p_out3、第四外部端口号p_out4判断所述对称式NAT是否为可预测的对称式NAT以及在所述对称式NAT为可预测的对称式NAT时预测下一个外部端口号。

9.如权利要求7所述的探测服务器，其特征在于，所述NAT型态获取模块还包括：

第二比较单元，用于若所述第一外部端口号p_out1与所述第二外部端口号p_out2相同，则比较所述受测端设备的外部IP地址ip_out与内部IP地址ip_peer以及比较所述第一外部端口号P_out1与所述内部端口号p_peer；若所述外部IP地址ip_out与内部IP地址ip_peer相同且所述第一外部端口号P_out1与所述内部端口号p_peer相同，则确定所述受测端设备处于公网中；否则，确定所述受测端设备所处的NAT型态为圆锥形NAT；

发送单元，用于当所述受测端设备所处的NAT型态为圆锥形NAT时，通过第三端口向所述受测端设备发送探测封包，所述第三端口为所述第一端口所处的第一IP地址上的另一端口，以使得所述受测端设备在接收到所述探测封包时判定所述圆锥形NAT为完全圆锥形NAT或者受限圆锥形NAT，在未接收到所述探测封包时判定所述圆锥形NAT型态为端口受限圆锥形NAT。

10.一种受测端设备，其特征在于，所述受测端设备包括：

探测模块，用于分别向探测服务器上的第一端口和第二端口发送探测封包，所述第一端口为第一IP地址上的端口，所述第二端口为第二IP地址上的端口，以使得所述探测服务器根据所述探测封包获取所述受测端设备的内部地址(ip_peer，p_peer)、所述内部地址所映射的第一外部地址(ip_out，p_out1)和第二外部地址(ip_out，p_out2)以及确定所述受测端设备所处的NAT型态；

接收模块，用于接收所述探测服务器返回的第一外部地址(ip_out，p_out1)、第二外部地址(ip_out，p_out2)以及所述NAT型态；

其中，所述ip_peer表示受测端设备的内部IP地址、p_peer表示内部端口号，ip_out表示受测端设备的外部IP地址，p_out1表示第一外部端口号，p_out2表示第二外部端口号；

预测模块，用于在所述NAT型态为对称式NAT时，判断所述对称式NAT是否为可预测的对称式NAT，并在所述对称式NAT为可预测的对称式NAT时预测下一个外部端口号。

11.如权利要求10所述的受测端设备，其特征在于，所述预测模块包括：

发送单元，用于当所述NAT型态为对称式NAT时，分别向所述探测服务器上的第三端口和第四端口发送探测封包，所述第三端口为所述第一端口所处的第一IP地址上的另一端口，所述第四端口为所述第二端口所处的第二IP地址上的另一端口，以使得所述探测服务器根据所述探测封包获取所述内部地址所映射的第三外部地址(ip_out，p_out3)以及第四外部地址(ip_out，p_out4)，其中，所述ip_out表示受测端设备的外部IP地址，所述p_out3表示第三外部端口号，所述p_out4表示第四外部端口号；

接收单元，用于接收所述探测服务器返回的所述第三外部地址(ip_out，p_out3)、第四外部地址(ip_out，p_out4)；

判断单元，用于判断所述第一外部端口号p_out1、第二外部端口号p_out2、第三外部端口号p_out3、第四外部端口号p_out4是否满足预设公式；

预测单元，用于当所述判断单元的判断结果为所述第一外部端口号p_out1、第二外部端口号p_out2、第三外部端口号p_out3、第四外部端口号p_out4满足预设公式时，确定所述对称式NAT为可预测的对称式NAT，并按照所述预设公式预测下一个外部端口号。

12.如权利要求11所述的受测端设备，其特征在于，所述预设公式为：

p_out(n)＝p_out(n-2)+p_out(n-1)-p_out(n-3)；

其中，所述p_out(n)为第n个外部端口号，所述p_out(n-1)为第n-1个外部端口号，所述p_out(n-2)为第n-2个外部端口号，所述p_out(n-3)为第n-3个外部端口号。

13.如权利要求10所述的受测端设备，其特征在于，所述受测端设备还包括：

圆锥形NAT区分模块，用于当所述NAT型态为圆锥形NAT时，判断是否接收到探测服务器通过第三端口发送的探测封包，所述第三端口为所述第一端口所在的第一IP地址上的另一端口；若是，则确定所述圆锥形NAT为完全圆锥形NAT或者受限圆锥形NAT；否则，确定所述圆锥形NAT型态为端口受限圆锥形NAT。