CN113179315A - 在多重局域网内提供设备间通信的方法、系统及可读存储介质 - Google Patents

在多重局域网内提供设备间通信的方法、系统及可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种在多重局域网内提供设备间通信的方法、系统及可读存储介质，其中方法步骤包括：S1在多重局域网内架设转发服务器，并开启网内路由器UPnP功能；S2设备经路由器接入多重局域网，通过UPnP方式获得到外网的转换路径，并向转发服务器上报；S3设备间发起通信时向转发服务器发起通信请求，转发服务器根据第一判断标准，判断当前通信设备间是否可以直接连接；S4根据步骤S3当判断为可以直接连接的，根据转换路径，找出设备间最近公共祖先路由器，以令设备发起连接；S5根据步骤S3当判断为不能直接连接的，转发服务器为设备间建立缓存，来为设备间提供转发。籍此实现在复杂的多重局域网拓扑中，任意两台终端设备都能通信。

Description

在多重局域网内提供设备间通信的方法、系统及可读存储 介质
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种在多重局域网内提供设备间通信的方法、系统及可读存储介质。
背景技术
随着互联网规模日益增大，网络的拓扑结构越来复杂。在不远的未来，各种局域网构造的自治域组合嵌套成将会形成非常复杂的网络通信环境。
而现实应用中，路由器构造的某个子网，子网内还可能存在某个路由器构造的子网，导致物理网络环境变得十分复杂。加上各种虚拟技术，容器技术，在原本复杂的物理网络环境上，再叠加一层抽象网络环境，从而导致网络中并不是任意两台设备都能完成高效的通信，甚至两台设备之间无法实现都能互相访问。
而现在对于设备间的通信的应用场景远远大于过去任何时候，随着P2P技术的发展，需要两台设备直接通信的场景越来越多，高清高码率低延迟的流媒体播放的需求，多人实时游戏，以及分布式、容器云技术等依赖虚拟局域网的技术出现，使得在复杂的网络拓扑结构中，任意两台设备都有可能需要实现高效数据交换的需求。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种在多重局域网内提供设备间通信的方法、系统及可读存储介质，以实现在复杂的多重局域网拓扑中，任意两台终端设备都能通信。
为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种在多重局域网内提供设备间通信的方法，步骤包括：
S1在多重局域网内架设转发服务器，并开启网内路由器UPnP功能；
S2设备经路由器接入多重局域网，通过UPnP方式获得到外网的转换路径，并向转发服务器上报；
S3设备间发起通信时向转发服务器发起通信请求，转发服务器根据第一判断标准，判断当前通信设备间是否可以直接连接；
S4 根据步骤S3当判断为可以直接连接的，根据转换路径，找出设备间最近公共祖先路由器，以令设备发起连接；
S5 根据步骤S3当判断为不能直接连接的，转发服务器为设备间建立缓存，来为设备间提供转发。
在优选实施方式中，其中S3步骤中，转发服务器的第一判断标准步骤包括：S3.1当判断设备的转换路径存在重复时，判断不可直连；S3.2 当未存在步骤S3.1情况时，判断可以直连；S3.4 当存在步骤S3.2判断结果下直连失败时，判断不可直连。
在优选实施方式中，其中转发服务器仅对收信设备的转换路径中的IP是否重复进行判断。
在优选实施方式中，其中所述转换路径包括：IP地址和子网掩码。
在优选实施方式中，所述转发服务器被部署在当前多重局域网的最外层路由器下。
为了实现上述目的，根据本发明的第二个方面，还提供了一种在多重局域网内提供设备间通信的系统，其包括：stun服务器，其在多重局域网最外层路由器上部署，且网内路由器开启UPnP功能；
终端设备，其由器接入多重局域网，通过UPnP方式获得到外网的转换路径，并向stun服务器上报；
其中当终端设备间发起通信时，向stun服务器发起通信请求，stun服务器判断终端设备间存在相同的转换路径时，查询出设备间最近公共祖先路由器，以令各终端设备与其发起连接；
其中当终端设备请求UPnP时，若发现其转换路径中出现IP重复时，则开启一个进程连向stun服务器，并监听预设端口以接收数据；当发信端的终端设备欲与其通信时，则向stun服务器发送数据包，并由stun服务器向其转发；
其中当终端设备间以公共祖先路由器连接失败时，收信终端设备开启一个进程连向stun服务器，并监听预设端口以接收数据；当发信端的终端设备欲与其通信时，则向stun服务器发送数据包，并由stun服务器向其转发。
在优选实施方式中，stun服务器仅对收信终端设备的转换路径中的IP是否重复进行判断。
在优选实施方式中，所述转换路径包括：IP地址和子网掩码。
为了实现上述目的，根据本发明的第三个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，会实现本发明第一个方面优选实施方案中任一项方法的步骤。
通过本发明提供的该在多重局域网内提供设备间通信的方法、系统及可读存储介质，可根据设备所处多重局域网结构下的网络情况进行分类，并进行适应性的网络通信方式调整，从而实现两台需要通信的设备之间，直连时，可走最短的路由路径进行通信，以提高通信效率，或在不能直接通信的情况时，通过代理转发实现通信，籍此实现在复杂的多重局域网拓扑中，任意两台终端设备都能通信。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明第一、二实施例的多重局域网构架示意图；
图2是根据本发明第一、二实施例中判断能否直连通信的逻辑示意图；
图3是根据本发明第一、二实施例中通过UPnP方式获取转换路径的逻辑示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细地说明。以下示例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本领域的技术人员更好的理解本发明方案，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的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，在本领域普通技术人员没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“S1”、“S2”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
为实现在复杂的多重局域网拓扑中，任意两台终端设备都能通信，本发明的技术方案在构思上主要利用UPnP技术来理清网内各设备所处当前网络中的路径关系，从而根据该路径关系来进行分析判断，以为各个设备间的通信提供适应性的方案，籍此确保设备间能够稳定有效的建立通信。
其中Universal Plug and Play(UPnP)是微软公司提出的协议，其目的是要简化家庭或企业中设备的连网过程。使用TCP/IP协议透过网络自动彼此连接在一起，而且连接过程中无需用户的参与和使用中央服务器，UPnP设备可以自动探索网络并配置网络地址设定。
（一）
在优选实施方式中，如图1至图3所示，本案提供的该在多重局域网内提供设备间通信的方法，其步骤包括：
S1在多重局域网内架设转发服务器，且所述转发服务器被部署在当前多重局域网的最外层路由器下，并开启网内路由器UPnP功能；
S2设备经路由器接入多重局域网，通过UPnP方式获得到外网的转换路径，并向转发服务器上报；其中所述转换路径包括：IP地址和子网掩码；
S3设备间发起通信时向转发服务器发起通信请求，转发服务器根据第一判断标准，判断当前通信设备间是否可以直接连接；
S4 根据步骤S3当判断为可以直接连接的，根据转换路径，找出设备间最近公共祖先路由器，以令设备发起连接；
S5 根据步骤S3当判断为不能直接连接的，转发服务器为设备间建立缓存，来为设备间提供转发。
其中S3步骤中，转发服务器的第一判断标准步骤包括：S3.1 当判断设备的转换路径存在重复时，判断不可直连；S3.2 当未存在步骤S3.1情况时，判断可以直连；S3.4 当存在步骤S3.2判断结果下直连失败时，判断不可直连。
举例来说，以图1为例，默认图中所有局域网的子网掩码均为255.255.255.0，1.2.3.4为该局域网的公网出口IP。为了简化例子，假设每一台设备均监听本机80端口(0.0.0.0:80)，来对外提供服务。
其中，当一台设备接入该局域网中的某个路由器时，首先需要进行网络链路探测，并且将其所处的局域网环境分成“可直连”与“不可直连”，并上报转发服务器，而本实施例下该转发服务器优选为stun服务器。
而本实施例下，判断是否能直连的判断依据为IP地址的转换是否出现重复。如图1、图2所示，A，B，C设备IP转换路径均未有重复，而D设备IP转换路径中出现了两次192.168.2.1，因此D设备为“不可直连”，而A，B，C均为“可直连”。
其次，若判断为处于“可直连”状态，则需要层层UPnP 请求，如图1、图3所示，如C设备，会先请求192.168.9.1，请求UPnP映射192.168.9.2：80，而192.168.9.1：180，再向192.168.8.1请求UPnP映射192.168.9.1：180，而192.168.8.1：280，再向192.168.7.1请求UPnP映射192.168.8.1：280，而192.168.7.1：380，再向192.168.4.1请求UPnP映射192.168.7.1：380，而192.168.4.1：480，再向192.168.1.1请求UPnP映射192.168.4.1：480，直至192.168.1.1：580。从而将该C设备这整一路的映射表，即转换路径发往stun服务器。
从而当判断设备间可直接通信时，假定X设备需要向Y设备发起通信，即X设备为发信设备，Y设备为收信设备，X设备则请求stun服务器获取Y设备的局域网状态，若Y设备经判断为“可直连”状态，则通过stun服务器上的转换路径表，获取X与Y的最近公共祖先。假定X设备为A，Y设备为C，如图1所示，A与C的最近公共祖先为192.168.4.1。则A设备向192.168.4.1：480发起通信，即可完成直连，以向C设备80端口通信，从而建立A与C设备间的直连通信。
但若判断设备间不可直接通信时，假设X设备需要向Y设备发起通信，若Y设备的转换路径中的IP地址存在重复时，即判断Y设备处于“不可直连”的状态 ，如Y设备为图1中的D设备，则该设备无法从外部被直接访问，则是让该设备发起并保持与stun服务器的TCP连接，而别的设备要向该设备通信时，需将数据发给stun服务器，通过stun服务器转发实现。
具体如：stun服务器中针对每一个处于“不可直连”的终端建立一个缓存。如图1所示，假设A设备需要向D设备通信，A设备将数据包发给stun服务器，stun服务器将该数据包放置在缓存中。
而D设备由于其请求UPnP时，发现其转换路径中出现IP重复，因此其会开启一个进程连向stun服务器，以保持与stun服务器建立的TCP连接，并监听预设端口以接收数据，从而一旦stun服务器的缓存中有发往D设备的数据时。stun服务器就会将该数据包通过该TCP转发至D设备，籍此完成整个网络中，各个入网的设备间都能够实现通信的目的。
此外还需要说明的时，判断设备间不可直接通信的方式，也可以包括即便初次判断可以直连，但建立直连后始终存在问题连不上时，也可以转由判断为不可直连。
此时假设X设备仍然需要向Y设备发起通信时，则记录Y设备为不可直连设备，并让Y设备发起并保持与stun服务器的TCP连接，而X设备要向该设备通信时，需将数据发给stun服务器，通过stun服务器转发实现。
具体如：stun服务器中针对每一个处于“不可直连”的终端建立一个缓存。假设X设备仍然需要向Y设备通信时，X设备将数据包发给stun服务器，stun服务器将该数据包放置在缓存中。
而Y设备此时因为被记录为不可直连设备，因此其会开启一个进程连向stun服务器，以保持与stun服务器建立的TCP连接，并监听预设端口以接收数据，从而一旦stun服务器的缓存中有发往Y设备的数据时。stun服务器就会将该数据包通过该TCP转发至Y设备。
籍此通过上述方案，使得在整个复杂的多重局域网络中，各个入网的设备间都能稳定可靠的实现通信的目的。
此外值得一提的是，本实施例方案下，该X设备需要向Y设备通信时，仅需要依据Y设备所处的路由转换状态，即其是否存在不可直连的上述特征，进行策略选择，而X设备的路由状态可不作为任何判断的依据，从而提高网络通信链路架设和判断的执行效率。
（二）
为了实现发明目的，请参阅图1至图3所示，本发明的第二个方面，还提供了一种在多重局域网内提供设备间通信的系统，其包括：
stun服务器，其在多重局域网最外层路由器上部署，且网内路由器开启UPnP功能。
终端设备，其由器接入多重局域网，通过UPnP方式获得到外网的转换路径，并向stun服务器上报。
第一阶段，当stun服务器识别终端设备的转换路径中存在IP地址重复时，判断其为“不可直连”，否则则判断为“可直连”。
从而当判断设备间可直接通信时，假定X设备需要向Y设备发起通信，即X设备为发信终端设备，Y设备为收信终端设备，X设备则请求stun服务器获取Y设备的局域网状态，若Y设备经判断为“可直连”状态，则通过stun服务器上的转换路径表，获取X与Y的最近公共祖先路径，并且返回去掉公共祖先路径之后，所需要访问的IP和端口号给X设备，从而即可建立X与Y设备间的直连通信。
但若判断设备间不可直接通信时，假设X设备需要向Y设备发起通信，若Y设备的转换路径中的IP地址存在重复时，即判断Y设备处于“不可直连”的状态 ，则该设备无法从外部被直接访问，则是让该终端设备发起并保持与stun服务器的TCP连接，而别的终端设备要向该终端设备通信时，需将数据发给stun服务器，通过stun服务器转发实现。
具体如：stun服务器中针对每一个处于“不可直连”的终端建立一个缓存。如假设X设备需要向Y设备通信，X设备将数据包发给stun服务器，stun服务器将该数据包放置在缓存中。
而Y设备由于其请求UPnP时，发现其转换路径中出现IP重复，因此其会开启一个进程连向stun服务器，以保持与stun服务器建立的TCP连接，并监听预设端口以接收数据，从而一旦stun服务器的缓存中有发往Y设备的数据时。stun服务器就会将该数据包通过该TCP转发至Y设备，籍此完成整个网络中，各个入网的设备间都能够实现通信的目的。
第二阶段，当stun服务器识别终端设备建立直连后始终存在问题连不上时，转由判断为“不可直连”。
此时假设X设备仍然需要向Y设备发起通信时，则记录Y设备为不可直连设备，并让Y设备发起并保持与stun服务器的TCP连接，而X设备要向该设备通信时，需将数据发给stun服务器，通过stun服务器转发实现。
具体如：stun服务器中针对每一个处于“不可直连”的终端建立一个缓存。假设X设备仍然需要向Y设备通信时，X设备将数据包发给stun服务器，stun服务器将该数据包放置在缓存中。
而Y设备此时因为被记录为不可直连设备，因此其会开启一个进程连向stun服务器，以保持与stun服务器建立的TCP连接，并监听预设端口以接收数据，从而一旦stun服务器的缓存中有发往Y设备的数据时。stun服务器就会将该数据包通过该TCP转发至Y设备。
籍此通过上述方案，使得在整个复杂的多重局域网络中，各个入网的终端设备间都能稳定可靠的实现通信的目的。
此外值得一提的是，本实施例方案下，该X设备需要向Y设备通信时，仅需要依据Y设备所处的路由转换状态，即其是否存在不可直连的上述特征，进行策略选择，而X设备的路由状态可不作为任何判断的依据，从而提高网络通信链路架设和判断的执行效率。
（三）
为了实现上述目的，根据本发明的第三个方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，会实现本发明第一、第二实施例中任一项方法的步骤。
综上所述，通过本发明提供的该在多重局域网内提供设备间通信的方法、系统及可读存储介质，可根据设备所处多重局域网结构下的网络情况进行分类，并进行适应性的网络通信方式调整，从而实现两台需要通信的设备之间，直连时，可走最短的路由路径进行通信，以提高通信效率，或在不能直接通信的情况时，通过代理转发实现通信，籍此实现在复杂的多重局域网拓扑中，任意两台终端设备都能通信。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
本领域技术人员可以理解，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
此外实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器（processor）执行本申请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-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccess Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (9)

1.一种在多重局域网内提供设备间通信的方法，其特征在于步骤包括：
S1在多重局域网内架设转发服务器，并开启网内路由器UPnP功能；
S2设备经路由器接入多重局域网，通过UPnP方式获得到外网的转换路径，并向转发服务器上报；
S3设备间发起通信时向转发服务器发起通信请求，转发服务器根据第一判断标准，判断当前通信设备间是否可以直接连接；
S4 根据步骤S3当判断为可以直接连接的，根据转换路径，找出设备间最近公共祖先路由器，以令设备发起连接；
S5 根据步骤S3当判断为不能直接连接的，转发服务器为设备间建立缓存，来为设备间提供转发。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S3步骤中，转发服务器的第一判断标准步骤包括：
S3.1 当判断设备的转换路径存在重复时，判断不可直连；
S3.2 当未存在步骤S3.1情况时，判断可以直连；
S3.4 当存在步骤S3.2判断结果下直连失败时，判断不可直连。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，转发服务器仅对收信设备的转换路径中的IP是否重复进行判断。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述转换路径包括：IP地址和子网掩码。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，转发服务器被部署在当前多重局域网的最外层路由器下。
6.一种在多重局域网内提供设备间通信的系统，其特征在于包括：
stun服务器，其在多重局域网最外层路由器上部署，且网内路由器开启UPnP功能；
终端设备，其由器接入多重局域网，通过UPnP方式获得到外网的转换路径，并向stun服务器上报；
其中当终端设备间发起通信时，向stun服务器发起通信请求，stun服务器判断终端设备间存在相同的转换路径时，查询出设备间最近公共祖先路由器，以令各终端设备与其发起连接；
其中当终端设备请求UPnP时，若发现其转换路径中出现IP重复时，则开启一个进程连向stun服务器，并监听预设端口以接收数据；当发信端的终端设备欲与其通信时，则向stun服务器发送数据包，并由stun服务器向其转发；
其中当终端设备间以公共祖先路由器连接失败时，收信终端设备开启一个进程连向stun服务器，并监听预设端口以接收数据；当发信端的终端设备欲与其通信时，则向stun服务器发送数据包，并由stun服务器向其转发。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，stun服务器仅对收信终端设备的转换路径中的IP是否重复进行判断。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述转换路径包括：IP地址和子网掩码。
9.一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述的多重局域网内提供设备间通信的方法的步骤。
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