CN112055037A - Nat穿透连接方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种NAT穿透连接方法，包括:令一用户端向一服务器发送第一连接请求，以请求与一第一设备建立连接；令服务器向一第二设备端发送协助连接命令，以及向第一设备端与用户端发送第二设备端的IP地址端口信息；令第二设备端向第一设备端与用户端发送穿透信息；令第一设备端向第二设备端发送第一报到信息；令用户端向第二设备端发送第二连接请求；以及令第二设备端向第一设备端发送第一连接命令以及向用户端发送第二连接命令，用以指示第一设备端与用户端穿透NAT以建立点对点连接。

Description

NAT穿透连接方法及系统

技术领域

本发明涉及NAT穿透连接方法及系统,尤其涉及一种应用于建立点对点连接的NAT穿透连接方法及系统。

背景技术

在现有技术的互联网路(Internet)系统中，装置端与用户端想要建立点对点(P2P，peer to peer)连接必须要藉由服务器的帮助，这是因为装置端与用户端是透过网络地址转换(NAT)连接至网络。一般而言，现有技术中建立点对点连接的步骤包括：装置端向服务器报到以及用户端向服务器发送连接请求，服务器向准备连接的装置端与用户端发送包括对方所在的IP地址及端口(Port)数据的封包，用以指挥装置端与用户端向对方发送封包，从而穿透NAT以建立点对点连接。

然而在实际应用中，装置端与用户端为了要穿透NAT以建立点对点连接必须经过多次尝试，因此会有相当多的封包密集的往返于服务器、装置端与用户端之间，再加上一台服务器需要提供多个装置端与用户端的建立连接服务，为了提供点对点连接服务需要相当大的服务器网络流量以及服务器负载，从而增加成本。

因此，如何提供一种能降低服务器成本以及提高点对点连接成功率的NAT穿透连接方法及系统，即为各家业者亟待解决的课题。

发明内容

鉴于现有技术的种种缺失，本发明的主要目的，即在于提供一种能降低服务器成本以及提高点对点连接成功率的NAT穿透连接方法及系统。

为了达到上述目的及其他目的，本发明提供一种NAT穿透连接方法，包括:令一用户端向一服务器发送第一连接请求，以请求与一第一设备建立连接；令服务器向一第二设备端发送协助连接命令，以及向第一设备端与用户端发送第二设备端的IP地址端口信息；令第二设备端向第一设备端与用户端发送穿透信息；令第一设备端向第二设备端发送第一报到信息；令用户端向第二设备端发送第二连接请求；以及令第二设备端向第一设备端发送第一连接命令以及向用户端发送第二连接命令，用以指示第一设备端与用户端穿透NAT以建立点对点连接。

在一实施例中，在令服务器向第二设备端发送协助连接命令之前，NAT穿透连接方法还包括:令第二设备端定期向服务器的第一端口发送第二报到信息；令服务器由第二端口向第二设备端发送第一回报信息；若第二设备端有接收到第一回报信息，则令第二设备端向服务器发送第二回报信息；以及令服务器根据所接收到的第二回报信息记录第二设备端的数据并集合成列表。

在一实施例中，NAT穿透连接方法还包括:令服务器自列表中选择特定的第二设备端，以作为发送协助连接命令的目标。

在一实施例中，在令服务器自列表中选择特定的第二设备端的步骤中，服务器是随机选择或是根据用户端、服务器、第一设备端及第二设备端的相关数据来选择特定的第二设备端。

在一实施例中，第一连接命令包括用户端的IP地址及端口数据，以及第二连接命令包括第一设备端的IP地址及端口数据。

本发明还提供一种NAT穿透连接系统包括第一设备端、用户端、至少一第二设备端以及服务器。

第一设备端、用户端、第二设备端通过NAT与网络连接；以及服务器与网络连接，其中，用户端还用以向服务器发送第一连接请求，服务器接收后向第二设备端发送协助连接命令，以及向第一设备端与用户端发送第二设备的IP地址端口信息，第二设备端接收协助连接命令后向第一设备端与用户端发送穿透信息，第一设备端向第二设备端发送第一报到信息，用户端向第二设备端发送第二连接请求，以及第二设备端接收后向第一设备端发送第一连接命令以及向用户端发送第二连接命令，用以指示第一设备端与用户端穿透NAT以建立点对点连接。

在一实施例中，第二设备端还用以定期向服务器的第一端口发送第二报到信息，服务器由第二端口向第二设备端发送第一回报信息，若第二设备端有接收到第一回报信息，则第二设备端向服务器发送第二回报信息，以及服务器根据所接收到的第二回报信息记录第二设备端的数据并集合成列表。

在一实施例中，服务器还用以自列表中选择特定的第二设备端，以作为发送协助连接命令的目标。

在一实施例中，第二设备端是通过IP地址绑定(IP-restricted)类型的NAT与网络连接。

在一实施例中，第一设备端以及第二设备端具有特定的识别代码。

相较于现有技术，本发明的NAT穿透连接方法及系统在服务器接收到用户端的第一连接请求后，即向一第二设备端发送协助连接命令，以及提供第二设备的IP地址端口信息给第一设备端与用户端，之后第二设备端接收第一设备端的第一报到信息以及用户端的第二连接请求，并在接收后指示第一设备端与用户端穿透NAT以建立点对点连接。由于以第二设备端代替服务器来协助建立点对点连接，因此可减少服务器的网络流量以及负载，此外若有多个第二设备端参与过程，还能提高点对点连接的成功率以及速度，充分克服了现有技术中所具有的问题。

附图说明

图1为本发明第一实施例的NAT穿透连接方法的步骤流程图。

图2为本发明第二实施例的NAT穿透连接方法的步骤流程图。

图3为本发明第三实施例的NAT穿透连接系统的架构示意图。

符号说明

S10-S15 步骤

S20-S24 步骤

30 第一设备端

31 用户端

32a、32b 第二设备端

33 服务器

34a、34b、34c、34d NAT

具体实施方式

以下藉由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明亦可藉由其他不同的具体实施例加以施行或应用。

请参阅图1，图1为本发明第一实施例的NAT穿透连接方法的步骤流程图。如图所示，本发明提供的一种NAT穿透连接方法，包括以下步骤:

S10.令一用户端向一服务器发送第一连接请求，以请求与一第一设备建立连接。

S11.令服务器向至少一第二设备端发送协助连接命令，以及向第一设备端与用户端发送第二设备端的IP地址端口信息。

S12.令第二设备端向第一设备端与用户端发送穿透信息。

S13.令第一设备端向第二设备端发送第一报到信息。

S14.令用户端向第二设备端发送第二连接请求。

S15.令第二设备端向第一设备端发送第一连接命令以及向用户端发送第二连接命令，用以指示第一设备端与用户端穿透NAT以建立点对点连接。

在一实施例中，本发明的NAT穿透连接方法是应用在互联网路系统中，例如物联网(IOT)系统，但不以此为限。用户端可例如是手机或计算器等等，而第一设备端、第二设备端可例如是应用在IOT系统中可操控的电器设备或其他具有网络功能的设备。用户端、第一设备端及第二设备端是通过NAT连接网络并交换信息，在现有技术的情况下，用户端及第一设备端必须藉由服务器的协助才能进行P2P连接。第一设备端及第二设备端还可以具有识别代码(ID)，并以ID向服务器定期登入报到。

在步骤S10中，用户端向服务器发送第一连接请求，第一连接请求可为包括第一设备端ID的封包，用以向服务器请求与第一设备建立连接。

在步骤S11中，服务器接收第一连接请求后，向至少一第二设备端发送协助连接命令，协助连接命令中可包括第一设备端与用户端的IP地址与端口，服务器还向第一设备端与用户端发送第二设备端的IP地址端口信息。在此步骤中，提高参与协助的第二设备端数量可提高效率。

在步骤S12中，第二设备端向第一设备端与用户端发送穿透信息，穿透信息可以是任意封包。

在步骤S13中，第一设备端向第二设备端发送第一报到信息，第一报到信息中可包括第一设备端的相关数据。

在步骤S14中，用户端向第二设备端发送第二连接请求，第二连接请求中可包括第一设备端或用户端的相关数据。

在步骤S15中，第二设备端向第一设备端发送第一连接命令以及向用户端发送第二连接命令，在一实施例中，第一连接命令可包括用户端的IP地址及端口数据，以及第二连接命令可包括第一设备端的IP地址及端口数据。第二设备端指示第一设备端与用户端穿透NAT以建立点对点连接，第一设备端与用户端会互相向对方所在的IP:Port发送NAT穿透用途的封包，且可不只发送一个封包，可尝试向目标端口号旁边的端口发送，以增加NAT穿透成功率。

在本发明的NAT穿透连接方法中，服务器仅在步骤S10、S11有参与封包传递，且未直接参与第一设备端与用户端进行穿透NAT的过程而不需要大量的封包往返，由于以第二设备端代替服务器来协助建立点对点连接，因此可减少服务器的网络流量以及负载，此外若有多个第二设备端参与过程，还能提高点对点连接的成功率以及速度。

请参阅图2，图2为本发明第二实施例的NAT穿透连接方法的步骤流程图。在一实施例中，在S11令服务器向第二设备端发送协助连接命令之前，NAT穿透连接方法还可包括以下步骤:

S20.令第二设备端定期向服务器的第一端口发送第二报到信息。

S21.令服务器由第二端口向第二设备端发送第一回报信息。

S22.若第二设备端有接收到第一回报信息，则令第二设备端向服务器发送第二回报信息。

S23.令服务器根据所接收到的第二回报信息记录第二设备端的数据并集合成列表。

在一实施例中，为了让第二设备端的NAT能允许第一设备端与用户端的封包从internet进入，S11中服务器先通知第二设备端，并在S12中令第二设备端向第一设备端与用户端的所在IP:Port先发送一个任意封包，但如果第二设备端的NAT不是IP地址绑定类型的NAT，则第二设备端有可能收不到第一设备端或用户端的封包。因此在较佳的实施例中，会先进行S20-S23挑选合适的第二设备端。

在步骤S20中，第二设备端定期向服务器的第一端口发送第二报到信息。

在步骤S21中，服务器收到第二报到信息后，由不同于第一端口的第二端口向第二设备端发送第一回报信息。

在步骤S22中，若第二设备端有接收到第一回报信息，则代表此第二设备端适合担任协助NAT穿透的设备，此时令第二设备端向服务器发送第二回报信息。

在步骤S23中，令服务器根据所接收到的第二回报信息记录第二设备端的数据并集合成列表，服务器记录有发送第二回报信息的第二设备端。

在一实施例中，NAT穿透连接方法还包括:

S24.服务器自列表中选择特定的第二设备端，以作为发送协助连接命令的目标，列表中的第二设备端都是适合担任协助NAT穿透的设备，服务器将在步骤S11中向选为目标的第二设备端发送协助连接命令。

在一实施例中，在S24令服务器自列表中选择特定的第二设备端的步骤中，服务器是随机选择或是根据用户端、服务器、第一设备端及第二设备端的相关数据来选择特定的第二设备端。举例来说，可由用户端指定特定的第二设备端ID，或是根据第一设备端及第二设备端的IP、国家地区、ISP运营商的信息，IP相近较易连接，此外不同ISP业者提供NAT可能会不同，某些ISP业者所使用的NAT可能特别适合。

请参阅图3，图3为本发明第三实施例的NAT穿透连接系统的架构示意图。如图所示，本发明还提供一种NAT穿透连接系统包括第一设备端30、用户端31、至少一第二设备端32a、32b以及服务器33。在此实施例中是以2个第二设备端32a、32b作为例子，但不以此为限，可以是1个或是更多个第二设备端。

第一设备端30、用户端31、第二设备端32a、32b分别通过各自的NAT 34a、34b、34c、34d与网络连接；以及服务器33与网络连接，其中，用户端31还用以向服务器33发送第一连接请求，服务器33接收后向第二设备端32a、32b发送协助连接命令，以及向第一设备端30与用户端31发送第二设备端32a、32b的IP地址端口信息，第二设备端32a、32b接收协助连接命令后向第一设备端30与用户端31发送穿透信息，第一设备端30向第二设备端32a、32b发送第一报到信息，用户端31向第二设备端32a、32b发送第二连接请求，以及第二设备端32a、32b接收后向第一设备端30发送第一连接命令以及向用户端31发送第二连接命令，用以指示第一设备端30与用户端31穿透NAT以建立点对点连接。

在一实施例中，第二设备端32a、32b还用以定期向服务器33的第一端口发送第二报到信息，服务器33由第二端口向第二设备端32a、32b发送第一回报信息，若第二设备端32a、32b有接收到第一回报信息，则第二设备端32a、32b向服务器33发送第二回报信息，以及服务器33根据所接收到的第二回报信息记录第二设备端32a、32b的数据并集合成列表。

在一实施例中，假如第二设备端32b因为NAT 34d的类型而无法收到第一回报信息，则仅有第二设备端32a会向服务器33发送第二回报信息，服务器33记录下第二设备端32a以建立适合担任协助NAT穿透的设备列表。

在一实施例中，服务器33还用以自列表中选择特定的第二设备端，以作为发送协助连接命令的目标。

在一实施例中，第二设备端32a、32b是通过IP地址绑定类型的NAT与网络连接。

在一实施例中，第一设备端30以及第二设备端32a、32b具有特定的识别代码，并以此ID定期向服务器33报到。

综上所述，本发明的NAT穿透连接方法及系统在服务器接收到用户端的第一连接请求后，即向一第二设备端发送协助连接命令，以及提供第二设备的IP地址端口信息给第一设备端与用户端，之后第二设备端接收第一设备端的第一报到信息以及用户端的第二连接请求，并在接收后指示第一设备端与用户端穿透NAT以建立点对点连接。由于以第二设备端代替服务器来协助建立点对点连接，因此可减少服务器的网络流量以及负载，此外若有多个第二设备端参与过程，还能提高点对点连接的成功率以及速度，充分克服了现有技术中所具有的问题。

藉由以上较佳具体实施例的描述，本领域具有通常知识者当可更加清楚本发明的特征与精神，惟上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，而非用以限制本发明。因此，任何对上述实施例进行的修改及变化仍不脱离本发明的精神，且本发明的权利范围应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种NAT穿透连接方法，其特征在于，所述NAT穿透连接方法包括:

令一用户端向一服务器发送第一连接请求，以请求与一第一设备建立连接；

令所述服务器向至少一第二设备端发送协助连接命令，以及向所述第一设备端与所述用户端发送所述第二设备端的IP地址端口信息；

令所述第二设备端向所述第一设备端与所述用户端发送穿透信息；

令所述第一设备端向所述第二设备端发送第一报到信息；

令所述用户端向所述第二设备端发送第二连接请求；以及

令所述第二设备端向所述第一设备端发送第一连接命令以及向所述用户端发送第二连接命令，用以指示所述第一设备端与所述用户端穿透NAT以建立点对点连接。

2.如权利要求1所述的NAT穿透连接方法，其特征在于，在令所述服务器向所述第二设备端发送协助连接命令之前，所述NAT穿透连接方法还包括:

令所述第二设备端定期向所述服务器的第一端口发送第二报到信息；

令所述服务器由第二端口向所述第二设备端发送第一回报信息；

若所述第二设备端有接收到所述第一回报信息，则令所述第二设备端向所述服务器发送第二回报信息；以及

令所述服务器根据所接收到的所述第二回报信息记录所述第二设备端的数据并集合成列表。

3.如权利要求2所述的NAT穿透连接方法，其特征在于，所述NAT穿透连接方法还包括:

令所述服务器自所述列表中选择特定的所述第二设备端，以作为发送所述协助连接命令的目标。

4.如权利要求3所述的NAT穿透连接方法，其特征在于，在令所述服务器自所述列表中选择特定的所述第二设备端的步骤中，所述服务器是随机选择或是根据所述用户端、所述服务器、所述第一设备端及所述第二设备端的相关数据来选择特定的所述第二设备端。

5.如权利要求1所述的NAT穿透连接方法，其特征在于，所述第一连接命令包括所述用户端的IP地址及端口数据，以及所述第二连接命令包括所述第一设备端的IP地址及端口数据。

6.一种NAT穿透连接系统，其特征在于，所述NAT穿透连接系统包括:

第一设备端，通过NAT与网络连接；

用户端，通过NAT与网络连接；

至少一第二设备端，通过NAT与网络连接；以及

服务器，与网络连接，

其中，所述用户端还用以向所述服务器发送第一连接请求，所述服务器接收后向所述第二设备端发送协助连接命令，以及向所述第一设备端与所述用户端发送所述第二设备端的IP地址端口信息，所述第二设备端接收所述协助连接命令后向所述第一设备端与所述用户端发送穿透信息，所述第一设备端向所述第二设备端发送第一报到信息，所述用户端向所述第二设备端发送第二连接请求，以及所述第二设备端接收后向所述第一设备端发送第一连接命令以及向所述用户端发送第二连接命令，用以指示所述第一设备端与所述用户端穿透NAT以建立点对点连接。

7.如权利要求6所述的NAT穿透连接系统，其特征在于，所述第二设备端还用以定期向所述服务器的第一端口发送第二报到信息，所述服务器由第二端口向所述第二设备端发送第一回报信息，若所述第二设备端有接收到所述第一回报信息，则所述第二设备端向所述服务器发送第二回报信息，以及所述服务器根据所接收到的所述第二回报信息记录所述第二设备端的数据并集合成列表。

8.如权利要求7所述的NAT穿透连接系统，其特征在于，所述服务器还用以自所述列表中选择特定的所述第二设备端，以作为发送所述协助连接命令的目标。

9.如权利要求6所述的NAT穿透连接方法，其特征在于，所述第二设备端是通过IP地址绑定类型的NAT与网络连接。

10.如权利要求6所述的NAT穿透连接方法，其特征在于，所述第一设备端以及所述第二设备端具有特定的识别代码。

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