CN111800330A - 基于无线接入点的外设网络流量的代理加速方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于无线接入点的外设网络流量的代理加速方法，包括：开启移动终端的VPN，建立并维护本地地址与远端地址的映射关系表；当收到外设向目标服务器发送的UDP请求后，记录UDP包的第一源地址，将数据包进行封装，转发至代理服务器；当收到其他UDP回复后，获取其第二源地址，查找映射关系表中的远端地址是否包含该第二源地址，若不包含，则创建一个套接字，并在映射关系表中新增一条记录；若包含，通过映射关系表查找第二源地址对应的本地地址，使用监听本地地址的套接字将该UDP数据包中的数据发送给第一源地址。使得移动终端可以通过热点的方式给外设进行代理加速，可以极大提升玩家的连接速度、稳定性、便携性。

Description

基于无线接入点的外设网络流量的代理加速方法及系统
技术领域
本发明属于代理加速技术领域，具体地涉及一种基于无线接入点的外设网络流量的代理加速方法及系统。
背景技术
传统的游戏代理加速方案通常是通过VPN技术，将游戏数据包通过搭建在高速线路上的VPN隧道进行加速，由于无法向游戏主机中安装自制软件，加速游戏主机必须通过第三者来干预其网络。目前有两种主流技术，通过将PC设置为路由器的角色进行加速，或直接使用专门制造的硬件路由器进行加速。手机本身也是一个网络设备，但其加速方法与传统的路由方法不同，目前主流的手机操作系统有安卓和iOS，在开启VPN后，只能影响到本机应用的网络，而对于通过热点连接的外部设备，为了安全性的考虑，是将他们排除在VPN的作用范围之外的。因此，将游戏主机直接连接到手机热点上，即使手机开启了VPN，也无法获得任何加速效果。
同时，许多主机游戏联网方式采用点对点（P2P）方式连接，为使得联机效果最佳，需要游戏主机NAT类型为完全圆锥形（Full Cone NAT），若达到此效果，需要使得游戏主机能够接收任意主机对该游戏主机的UDP Socket发送的UDP数据包。而传统的VPN因为无法代理游戏主机流量，亦无法对游戏主机NAT网络类型进行优化。
发明内容
针对上述传统手机应用无法通过热点信号分享的方式为游戏主机进行网络代理加速的技术问题，本发明提出了一种基于无线接入点的外设网络流量的代理加速方法及系统，使得移动终端可以通过热点的方式给外设（游戏主机）的TCP及UDP流量进行网络代理加速，并使得外设（游戏主机）的NAT类型为完全圆锥形（Full Cone NAT），极大提升游戏主机玩家的连接速度、稳定性、游戏玩家匹配速度及游戏主机加速场景的便携性。
本发明的技术方案是：
一种基于无线接入点的外设网络流量的代理加速方法，包括以下步骤：
S01：开启移动终端的VPN，建立并维护本地地址与远端地址的映射关系表，通过虚拟网络设备设置代理IP；
S02：通过移动终端监听代理IP地址及端口，并接受向此端口发送的请求，接收通过无线接入点连接的外设的网络流量；
S03：当移动终端收到外设向目标服务器发送的UDP请求后，记录UDP包的第一源地址，将数据包进行代理协议封装，通过虚拟网络设备转发至代理服务器；
S04：当收到其他UDP回复后，获取其第二源地址，查找映射关系表中的远端地址是否包含该第二源地址，若不包含，则创建一个新的UDP Socket，监听一个未被使用的端口，并在映射关系表中新增一条记录；若包含，则进行步骤S05；
S05：通过映射关系表查找第二源地址对应的本地地址，通过绑定关系找到第一源地址，使用监听本地地址的Socket将该UDP数据包中的数据发送给第一源地址。
优选的技术方案中，所述步骤S02还包括在外设中设置代理服务器为独立的IP，并在虚拟网络设备添加该IP。
优选的技术方案中，所述步骤S03中，记录UDP包的第一源地址后，查找是否有与第一源地址绑定的Socket，若无，则创建一个UDP Socket，将UDP请求进行代理协议封装后，发送至代理服务器，并记录第一源地址与Socket的绑定关系；若有，将UDP请求进行代理协议封装后，发送至代理服务器。
本发明还公开了一种基于无线接入点的外设网络流量的代理加速系统，包括：
开启模块，开启移动终端的VPN，建立并维护本地地址与远端地址的映射关系表，通过虚拟网络设备设置代理IP；
监听模块，通过移动终端监听代理IP地址及端口，并接受向此端口发送的请求，接收通过无线接入点连接的外设的网络流量；
代理转发模块，当移动终端收到外设向目标服务器发送的UDP请求后，记录UDP包的第一源地址，将数据包进行代理协议封装，通过虚拟网络设备转发至代理服务器；
查找模块，当收到其他UDP回复后，获取其第二源地址，查找映射关系表中的远端地址是否包含该第二源地址，若不包含，则创建一个新的UDP Socket，监听一个未被使用的端口，并在映射关系表中新增一条记录；若包含，则通过加速模块进行加速；
加速模块，通过映射关系表查找第二源地址对应的本地地址，通过绑定关系找到第一源地址，使用监听本地地址的Socket将该UDP数据包中的数据发送给第一源地址。
优选的技术方案中，所述监听模块还包括在外设中设置代理服务器为独立的IP，并在虚拟网络设备添加该IP。
优选的技术方案中，所述代理转发模块中，记录UDP包的第一源地址后，查找是否有与第一源地址绑定的Socket，若无，则创建一个UDP Socket，将UDP请求进行代理协议封装后，发送至代理服务器，并记录第一源地址与Socket的绑定关系；若有，将UDP请求进行代理协议封装后，发送至代理服务器。
与现有技术相比，本发明的优点是：
本发明使得手机等终端热点可以提供游戏主机等外设网络流量的代理加速，提升了游戏主机等外设加速的应用场景，特别是针对体积较小、移动便利的游戏主机，本发明使得其在室外等场景下可以直接试用手机而非其他外设对其流量进行代理。并且可以使得外设（游戏主机）的NAT类型为完全圆锥形（Full Cone NAT），极大提升游戏主机玩家的连接速度、稳定性、游戏玩家匹配速度及游戏主机加速场景的便携性。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明基于无线接入点的外设网络流量的代理加速方法的基础数据流图；
图2为本发明NAT类型的构建图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进行进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例：
一种基于无线接入点的外设网络流量的代理加速方法，包括以下步骤：
S01：开启移动终端的VPN，建立并维护本地地址与远端地址的映射关系表，通过虚拟网络设备设置代理IP；
S02：通过移动终端监听代理IP地址及端口，并接受向此端口发送的请求，接收通过无线接入点连接的外设的网络流量；
S03：当移动终端收到外设向目标服务器发送的UDP请求后，记录UDP包的第一源地址，将数据包进行代理协议封装，通过虚拟网络设备转发至代理服务器；
S04：当收到其他UDP回复后，获取其第二源地址，查找映射关系表中的远端地址是否包含该第二源地址，若不包含，则创建一个新的UDP Socket，监听一个未被使用的端口，并在映射关系表中新增一条记录；若包含，则进行步骤S05；
S05：通过映射关系表查找第二源地址对应的本地地址，通过绑定关系找到第一源地址，使用监听本地地址的Socket将该UDP数据包中的数据发送给第一源地址。
步骤S02还包括在外设中设置代理服务器为独立的IP，并在虚拟网络设备添加该IP。
步骤S03中，记录UDP包的第一源地址后，查找是否有与第一源地址绑定的Socket，若无，则创建一个UDP Socket，将UDP请求进行代理协议封装后，发送至代理服务器，并记录第一源地址与Socket的绑定关系；若有，将UDP请求进行代理协议封装后，发送至代理服务器。
本发明将上述方法作为移动应用软件（APP）下载到移动终端进行使用，即APP为一种基于无线接入点的外设网络流量的代理加速系统，包括：
开启模块，开启移动终端的VPN，建立并维护本地地址与远端地址的映射关系表，通过虚拟网络设备设置代理IP；
监听模块，通过移动终端监听代理IP地址及端口，并接受向此端口发送的请求，接收通过无线接入点连接的外设的网络流量；
代理转发模块，当移动终端收到外设向目标服务器发送的UDP请求后，记录UDP包的第一源地址，将数据包进行代理协议封装，通过虚拟网络设备转发至代理服务器；
查找模块，当收到其他UDP回复后，获取其第二源地址，查找映射关系表中的远端地址是否包含该第二源地址，若不包含，则创建一个新的UDP Socket，监听一个未被使用的端口，并在映射关系表中新增一条记录；若包含，则通过加速模块进行加速；
加速模块，通过映射关系表查找第二源地址对应的本地地址，通过绑定关系找到第一源地址，使用监听本地地址的Socket将该UDP数据包中的数据发送给第一源地址。
监听模块还包括在外设中设置代理服务器为独立的IP，并在虚拟网络设备添加该IP。
代理转发模块中，记录UDP包的第一源地址后，查找是否有与第一源地址绑定的Socket，若无，则创建一个UDP Socket，将UDP请求进行代理协议封装后，发送至代理服务器，并记录第一源地址与Socket的绑定关系；若有，将UDP请求进行代理协议封装后，发送至代理服务器。
下面以具体的实例进行举例说明，如图1所示，其中，移动终端为手机，外设为游戏主机，目标服务器为游戏服务器。主要包含两大步骤，具体如下：
步骤1：使用手机热点加速的方式与传统VPN的静态路由方式不同，是一种点到点的加速方式，中间不经过任何中间件，即意味着加速相关的逻辑处理，以及流量转发都将通过一部小小的手机实现。具体步骤如下：
1.1 使用移动应用软件（一种基于无线接入点的外设网络流量的代理加速系统）开启对应的Tun设备VPN服务，移动设备VPN启动后会在系统中打开一个Tun设备，即虚拟网络设备，通过模拟一个三层网络设备的形式，来处理通过网络层的流量，也就是处理数据包，系统允许通过接口在Tun设备上设置任意多的IP。当IP被设置后，由于Unix系统规则，查找路由出口时，会优先匹配本地设备上的IP地址，且对外部设备也有效，因此可以强行劫持将想要的代理IP的流量。如果在Tun上设置了一个全球IP，此IP则被系统“黑洞"，被“黑洞”的IP将不被系统识别，而可以通过虚拟网络设备将该IP的流量转发至对应的特定地址，达到网络流量转发的目的。
移动应用软件监听所需要代理的IP地址及端口，并接受向此端口发来的请求，在游戏主机连接手机热点成功并开始发送、接收游戏数据时，由于此IP已被劫持，流量会进入移动应用中，再经由建立的Tun设备将被劫持的流量转发至低延迟的服务器，以此实现流量的转发，达到快速访问降低延迟的目的。移动设备并将出入的数据包进行封装，发送至远端的代理服务器，从而实现移动设备针对游戏主机的代理加速。
由于大多数移动设备中，移动应用软件无权限监听1024以下的端口号，游戏中Http及Https所使用的80及443端口均为1024以下，因此此类端口的流量仅仅通过1.1及1.2无法处理，需要做一些针对此类端口特殊处理，需要另在游戏主机中设置代理服务器为一个独立的IP，并在Tun设备中，在1.1所述IP列表中添加该IP，从而实现游戏主机Http及Https流量代理，主机游戏过程中的UDP等其他流量均在1024以上端口号中进行故步骤1.1及1.2可完成其代理加速服务。
步骤二：在步骤一的基础上，为了使得加速中的游戏主机设备NAT类型为完全圆锥形（Full Cone NAT，以下简称NAT-FC），需要使得被加速主机UDP Socket接收到任意联机对象发来的UDP数据包。然而，安卓及iOS移动设备VPN启用后无法向Tun设备加入新的IP地址来代表联机玩家的IP，于是需要在移动应用中建立一套网络地址转换（NAT）机制，将联机玩家的IP地址和端口用游戏主机可达的IP地址和端口替代，如此之后，系统会将被替换的IP地址所接收的流量转发至目标服务器，在接收和发送数据的过程中进行源地址和目的地址的替换。
建立形式如图2所示，包括以下步骤：
2.1 在步骤一开启后，在移动应用中建立并维护一个“本地地址：远端地址”的映射关系表（以下简称NAT表）以备查询。
当手机设备收到游戏主机向游戏服务器发送的连接发起UDP请求后，记录下该UDP包的源地址A1，查找是否有与A1绑定的Socket，若无，则创建一个UDP Socket S1，用其将UDP请求进行代理协议封装后，发向代理服务器，并记录A1与S1的绑定关系。若有，则跳过此步骤，直接封装后直接发向代理服务器。
当S1收到联机游戏网络中其他游戏主机设备UDP回复后（假设该UDP包的源地址为A2），检查2.1中的NAT表中的远端地址是否包含A2，若不包含，则创建一个新的UDP SocketS2，监听本地热点网卡IP上一个新的未被使用的端口（假设该地址为A3），并向NAT表中新增一条记录，记录内容为：“A3：A2”，若包含，则直接进入2.4流程。
通过NAT表查找A2对应的本地地址A3，通过S1和A1的绑定关系找到目标地址A1，使用监听A3的Socket S2将该UDP数据包中的数据原封不动地发给A1，即完成整个NAT的过程。
经过试验，利用本发明，可以使任天堂Switch游戏主机玩家通过安卓或iOS设备进行加速，相对于市场中常见的利用路由器、电脑等移动性较差的设备，针对任天堂Switch这类移动性较好的游戏主机，本发明具有可观的用户体验提升。
在具体实施过程中，用户只需安装相应移动应用软件，在安装完毕后，点击软件中的开启加速等按钮，软件将启动发明技术方案中所述的Tun设备及监听进程等服务。随后，用户只需将任天堂Switch主机设备连接至手机热点，并按照软件配置相应的Http代理端口，即可实现游戏下载及联机过程中的数据流量加速。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (6)

1.一种基于无线接入点的外设网络流量的代理加速方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：开启移动终端的VPN，建立并维护本地地址与远端地址的映射关系表，通过虚拟网络设备设置代理IP；
S02：通过移动终端监听代理IP地址及端口，并接受向此端口发送的请求，接收通过无线接入点连接的外设的网络流量；
S03：当移动终端收到外设向目标服务器发送的UDP请求后，记录UDP包的第一源地址，将数据包进行代理协议封装，通过虚拟网络设备转发至代理服务器；
S04：当收到其他UDP回复后，获取其第二源地址，查找映射关系表中的远端地址是否包含该第二源地址，若不包含，则创建一个新的UDP Socket，监听一个未被使用的端口，并在映射关系表中新增一条记录；若包含，则进行步骤S05；
S05：通过映射关系表查找第二源地址对应的本地地址，通过绑定关系找到第一源地址，使用监听本地地址的Socket将该UDP数据包中的数据发送给第一源地址。
2.根据权利要求1所述的基于无线接入点的外设网络流量的代理加速方法，其特征在于，所述步骤S02还包括在外设中设置代理服务器为独立的IP，并在虚拟网络设备添加该IP。
3.根据权利要求1所述的基于无线接入点的外设网络流量的代理加速方法，其特征在于，所述步骤S03中，记录UDP包的第一源地址后，查找是否有与第一源地址绑定的Socket，若无，则创建一个UDP Socket，将UDP请求进行代理协议封装后，发送至代理服务器，并记录第一源地址与Socket的绑定关系；若有，将UDP请求进行代理协议封装后，发送至代理服务器。
4.一种基于无线接入点的外设网络流量的代理加速系统，其特征在于，包括：
开启模块，开启移动终端的VPN，建立并维护本地地址与远端地址的映射关系表，通过虚拟网络设备设置代理IP；
监听模块，通过移动终端监听代理IP地址及端口，并接受向此端口发送的请求，接收通过无线接入点连接的外设的网络流量；
代理转发模块，当移动终端收到外设向目标服务器发送的UDP请求后，记录UDP包的第一源地址，将数据包进行代理协议封装，通过虚拟网络设备转发至代理服务器；
查找模块，当收到其他UDP回复后，获取其第二源地址，查找映射关系表中的远端地址是否包含该第二源地址，若不包含，则创建一个新的UDP Socket，监听一个未被使用的端口，并在映射关系表中新增一条记录；若包含，则通过加速模块进行加速；
加速模块，通过映射关系表查找第二源地址对应的本地地址，通过绑定关系找到第一源地址，使用监听本地地址的Socket将该UDP数据包中的数据发送给第一源地址。
5.根据权利要求4所述的基于无线接入点的外设网络流量的代理加速系统，其特征在于，所述监听模块还包括在外设中设置代理服务器为独立的IP，并在虚拟网络设备添加该IP。
6.根据权利要求4所述的基于无线接入点的外设网络流量的代理加速系统，其特征在于，所述代理转发模块中，记录UDP包的第一源地址后，查找是否有与第一源地址绑定的Socket，若无，则创建一个UDP Socket，将UDP请求进行代理协议封装后，发送至代理服务器，并记录第一源地址与Socket的绑定关系；若有，将UDP请求进行代理协议封装后，发送至代理服务器。
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