CN1881916B - 一种在通信设备间实现通信的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在通信设备间实现通信的方法，用以解决现有技术采用UDP方式实现P2P通信时，存在信息交互慢和因会出现丢包而不能较好地保证通信效果的问题；该方法为：第一通信设备通过服务器向第二通信设备发送建立P2P连接的请求消息；在第一和第二通信设备间直接建立P2P通道；第一和第二通信设备中的一个通过P2P通道传送数据包，接收到所述数据包的一个通信设备从该数据包中提取序列号，当通过将该序列号与之前接收到的数据包中的序列号进行比较确定出现丢包时，向对方通信设备发送的数据包中携带重发数据包的消息和需要重发的数据包信息。本发明还公开了一种实现所述方法的通信设备。

Description

一种在通信设备间实现通信的方法及装置
技术领域
本发明涉及计算机及通信领域，尤其涉及一种在通信设备间实现通信的方法及其装置。 
背景技术
随着互联网技术的发展，基于互联网的应用也越来越多，如基于互联网的网络游戏、即时通信等，而且这些应用对传输速度和对服务器处理速度的要求也越来越高。由于互联网是以服务器/浏览器(Server/Browser)或服务器/客户端(S/C)结构的应用模式为主，这样的应用必须在网络内设置一个服务器，信息通过服务器才可以传递。信息或是先集中上传到服务器保存，然后再分别下载(如网站)，或是信息按服务器上专有规则(软件)处理后才可在网络上传递流动(如邮件)。 
一些基于互联网的应用对网速要求较高，如果网速较慢，则会影响该类应用的流畅性和效果，因此这类应用在实现时采用了P2P(即Peer to Peer，称为对等连接或对等网络)技术。P2P起源于最初的联网通信方式，如在建筑物内计算机(PC)通过局域网互联，不同建筑物间通过调制解调器(Modem)远程拨号互联。其中建立在传输控制协议/互联网协议(TCP/IP协议)之上的通信模式构成了今日互联网的基础，所以从基础技术角度看，P2P不是新技术，而是新的应用技术模式。 
P2P技术主要指由硬件形成连接后的信息控制技术，其代表形式是软件，而P2P通信可以采取传输控制协议(TCP)、用户数据报协议(UDP)两种通信方式。对于要求数据包要尽可能的快速达到目的地的应用来说，如果一个数据包达到目的地比较晚，则很可能丧失了它的意义，如高对抗性的键盘类网络游戏。这类应用又大多会采取UDP的方式实现P2P通信。
在互联网中，服务器采取多互联网数据中心(IDC)方式架设，引导用户进入跟自己连接速度较快的服务器，采取客户端-服务器-客户端(CSC)模式通信。因此，采取UDP方式实现P2P通信的应用，特别是网络游戏，只要用户与服务器之间的网络速比较快，应用的流畅性就可以得到保障。 
虽然上述方法的通信模型和实现简单，对于客户端可控性也较高，但存在以下缺点： 
1、由于UDP方式是面向非连接的，因此，在网络中不能保证数据包的传送顺序，而且在网络繁忙时会出现大量丢包的情况，从而导致应用的流畅性和效果得不到保证。 
2、由于数据都需服务器转发，使得服务器的数据量和负载非常大，导致用户信息交互比较慢。 
发明内容
本发明提供一种在通信设备间实现通信的方法及其装置，用以解决现有技术采用UDP方式实现P2P通信时，存在信息交互慢和因会出现丢包而不能较好地保证通信效果的问题。 
为解决上述问题，本发明提供以下技术方案： 
一种在通信设备间实现通信的方法，包括如下步骤： 
A、第一通信设备通过服务器向第二通信设备发送建立P2P连接请求消息； 
B、第一和第二通信设备中至少一个通信设备发起与对方建立P2P连接的命令，并根据所述建立P2P连接的命令在第一和第二通信设备间直接建立P2P通道； 
C、第一和第二通信设备中的一个通过P2P通道传送数据包，接收到所述数据包的一个通信设备从该数据包中提取序列号，当通过将该序列号与之前接收到的数据包中的序列号进行比较确定出现丢包时，将需要对方通信设备重发数据包的消息和标识这些包的信息通过数据包携带给对方通信设备，在通过发送的数据包携带丢包信息时，向对方通信设备发送的数据包的包头中增加多个字节，用于标识丢失的数据包中序列号最小的数据包之后的若干个数据包的状 态和丢失的数据包中序列号最大的数据包之前的若干个数据包的状态，对方通信设备根据所述状态确定需要重发的数据包。 
第一通信设备在发送所述请求消息后，若接收到第二通信设备主动发起的建立P2P连接的请求消息，则在步骤B中，由第一通信设备发起与第二通信设备建立P2P连接的命令。 
第二通信设备接收到第一通信设备的请求消息后，若第二通信设备确定本通信设备处于公网，则第二通信设备发起与第一通信设备建立P2P通道的命令，若第二通信设备确定本通信设备处于私网，则第二通信设备通过服务器向第一通信设备发送建立P2P连接的请求消息。 
在发送建立P2P通道请求前，所述第一、第二通信设备分别向服务器发送报文，服务器从该报文获知通信设备的地址信息并将其返回给对应的通信设备。 
若第一或第二通信设备处于私网，则在所述建立P2P连接的请求消息中还携带私网地址信息。 
若第一和第二通信设备处于同一私网内，则直接在该私网内建立所述通道。 
通信设备在发起建立P2P通道命令后，向对方发送测试数据包，以确定是否已建立P2P通道。 
一种实现在通信设备间通信的方法的通信设备，包括： 
第一接口，用于接收应用程序发送的第一数据包和将网络侧的数据包发送给应用程序； 
编解码模块，对通过第一接口发向网络侧的数据进行编码和对发向第一接口的数据进行解码； 
第二接口，用于将编码后的数据发送到网络和将从网络接收的数据发送到编解码模块； 
第一通信模块，用于控制通信设备与网络中的服务器的通信信息和通信方式； 
第二通信模块，用于控制通过对等方式(P2P)连接的其他通信设备的通信信息和通信方式； 
用于从第一接口接收到所述第一数据包中提取序列号，当通过将该序列号 与之前接收到的数据包中的序列号进行比较确定出现丢包时，将需要对方通信设备重发数据包的消息和标识这些包的信息通过数据包携带给对方通信设备，在通过发送的数据包携带丢包信息时，向通过P2P连接的其他通信设备发送的数据包的包头中增加多个字节，用于标识丢失的数据包中序列号最小的数据包之后的若干个数据包的状态和丢失的数据包中序列号最大的数据包之前的若干个数据包的状态的模块。 
本发明具有以下有益效果： 
1、本发明通过服务转发通信设备之间的建立P2P通道请求后，直接在通信设备之间建立P2P通道进行通信，不再需要服务器转发数据，从而降低了服务器的负荷，可提高用户信息的交互速度。 
2、在UDP通信中引入重发机制，保证了消息传递的可靠性，从而使基于网络的应用的流畅性和效果得到有效保障，尤其适合于网络游戏和即时通信类应用。 
附图说明
图1为本发明的通信设备结构示意图； 
图2为本发明中通信设备判断自身网络情况的流程图； 
图3为本发明中通信设备间直接建立P2P通道并进行通信的流程图。 
具体实施方式
参阅图1所示，本发明的通信设备包括：第一接口(或称应用层接口)、第二接口(或称套接字(Socket)接口)、编解码模块、第一通信模块和第二通信模块，其中： 
第一接口用于接收应用程序发送向网络侧发送的数据包，以及将网络侧发送来的数据包传送给通信设备上的应用程序。 
编解码模块用于对通过第一接口发向网络侧的数据进行编码，还可对数据进行加密处理；以及对发往第一接口的网络侧的数据进行解码，如果数据已经过加密处理，该模块还对数据进行对应的解密处理。 
第二接口，用于将编码后的数据发送到网络，和将从网络接收的数据发送到编解码模块。 
第一通信模块，用于控制通信设备与网络中的P2P服务器的通信信息和通信方式。当某一通信设备需要与另一通信设备通信时，必须先登录网络中的P2P服务器。P2P服务器是具有公网固定IP地址，其作用是为各通信设备之间建立P2P通道提供服务。第一通信模块通过与P2P服务器交互即可获得连接到P2P服务器的各通信设备的地址信息。 
第二通信模块，用于控制通过对等方式(P2P)连接的其他通信设备的通信信息和通信方式，以及从第一通信模块得到通信设备的地址信息。一个通信设备中的第二通信模块可以为多个，每个第二通信模块用于控制与一个其他通信设备通信。 
在一个通信系统中，具有多个上述的通信设备。当本机应用程序要向网络其他通信设备发送数据时，它先将数据发送到第一接口，由于应用程序中保存有通信终端的ID信息，第一接口收到数据后根据ID信息将数据发给指定的第二通信模块；通过第一通信模块和第二通信模块获得待发送数据的目的地址及相关信息；然后调用编解码模块对数据进行编码，最后将已编码的数据通过第二接口发送到网络。 
当通信设备从网络获取数据时，通过第二接口获得数据，然后发送到编解码模块对数据进行解码，然后将解码后的数据通过第二模通信模块和第一接口发送给本通信设备上的应用程序。 
本发明通过在网络中的第一通信设备通过服务器向第二通信设备发送建立P2P连接的请求消息之后，由第一通信设备和第二通信设备中至少一个通信设备发起与对方建立P2P通道的命令，然后由网络中的资源控制设备直接在第一和第二通信设备之间建立P2P通道来实现UDP方式通信，在P2P通道建立后，通信设备之间相互发往对方的数据不再由服务器转发，从而减少服务器的负荷和加快交互信息的响应速度。 
由于网络中的通信设备可能处于公网，也可能处于私有网防火墙后面。处于私网的通信设备不管是主动请求建立P2P通道，还是被请求建立P2P通道，都必须通过服务器向对方发起建立P2P通道请求后才能开始建立P2P通道，即 双方设备均要在网关上建立私网地址与公网地址的映射关系，这样处于私网内的通信设备才能接收到从公网发送来的数据包。若被请求方处于公网，则可以直接发起建立P2P通道命令来建立通道。 
通信设备连接到通信系统中的服务器后，服务器即可获知各通信设备的IP地址和端口等地址信息，因此，通信设备可以通过向服务器发送数据包来获知自己是处于公网还是处于私网，参阅图2所示，其流程如下： 
步骤10、通信设备与服务器连接； 
步骤11、通信设备向服务器发送用于获知本通信设备的网络情况的UDP数据包。 
步骤12、服务器接收到通信设备的UDP数据包后，提取该数据包中的源IP地址和端口号(即服务器所看到的通信设备的IP地址和端口号)，并向通信设备发送携带所述IP地址和端口号的数据包。 
步骤13、通信设备从服务器发送来的数据包中提取所述IP地址和端口号，并与通信设备的IP地址和端口号进行比较，如果IP地址和端口号相同，则确定本通信设备处于公网，若IP地址和端口号不相同，则可确定本通信设备处于私网内。 
参阅图3所示，第一通信设备与第二通信设备之间建立P2P通道并经该通道传送数据的流程如下： 
步骤20、第一通信设备向服务器发送请求与第二通信设备建立P2P通道的消息。 
若第一通信设备处于私网内，则在请求消息中带可携带通信设备的私网IP地址和端口号。 
步骤21、服务器将请求消息发送到第二通信设备，并向第一通信设备返回响应消息。 
步骤22、第二通信设备接收到请求消息后，若本通信设备处于私网，则进行步骤23，否则根据请求消息中的第一通信设备的地址，发起建立P2P通道 命令。在所述请求消息中还可携带第二通信设备的私网IP地址和端口号。 
步骤23、第二通信设备向服务器发送请求与第一通信设备建立P2P通道的消息。 
步骤24、服务器将请求消息发送到第一通信设备，并向第二通信设备返回响应消息。 
步骤25、第一通信设备和第二通信设备中的任何一方收到对方的请求消息和地址信息(IP地址和端口号)后，发起建立P2P通道命令。 
步骤26、网络中的资源控制设备在第一通信设备与第二通信设备之间建立直接的P2P通道，第一通信设备和第二通信设备通过该通道传输UDP数据包。 
在步骤26中，如果第一通信设备和第二通信设备都在同一个私有网络，则可在该私有网络内建立所述通道。 
在执行上述流程的步骤20后，即第一通信设备向服务器发起与第二通信设备建立P2P通道的请求后，若第一通信设备接收到第二通信设备主动发起的建立P2P通道的请求，此时第一通信设备可直接发起与第二通信设备建立P2P连接的命令，然后进行步骤26。这是因为，通过发送请求消息，在私网中的通信设备已在网关上建立了私网地址与公网地址的映射关系，所以可以直接发起建立P2P连接的命令。 
在建立P2P连接过程中，第一、第二通信设备发起建立P2P连接的命令后，可以立即开始向对方发送测试数据包，以确定是否已建立P2P通道。对方在收到测试包后返回一个响应，发送方收到该响应后再发送一个P2P通道已建立的确认消息，然后开始传送数据。 
为了在数据传输过程中保证UDP数据包接收的可靠性，在本发明引入重发机制。在第一通信设备与第二通信设备通过P2P通道传送UDP数据包时，收到数据包的一方从包头信息中提取序列号，将其与前后收到的数据包的序列号进行比较，以判断是否存在丢包和确定有哪些数据包没有收到。在判断有丢包的情况下请求对方重发这些数据包。
由于接收数据的通信设备也可能需要向对方发送数据，因此，为了节约网络带宽和降低网络拥塞的概率，提高通信质量，可以将需要对方重发数据包的消息和标识这些包的信息可以通过数据包携带给对方。 
在通过发送的数据包携带丢包信息时，通过在数据包的包头中增加两个字节，其中一个字节用于标识未收到的数据包中序列号最小的数据包之后的8个数据包的状态，另一个字节用于标识序列号最大的数据包之前的8个数据包的状态。这是因为没有收到数据包表明网络可能发生拥塞，丢失的数据包中序列号最小的数据包之后的连续多个数据包丢失的可能性比较大，一般情况下这些数据也密切关联，因此，这里也用一个字节表示其后8个封包的接收状态，以确定哪些封包需要重传；同样，丢失数据包中序列号最大的数据之前连续多个数据丢失的可能比较大，一般情况下这些数据也密切关联。该序列号最大的数据包代表最近的消息，序列号最小的数据包因等待时间长，所以这些数据包的重发优先级较高。这样，用于一个字节表示8个数据包的状态以确定哪些需要重传，能够避免传送数据的序列号，使数据包头尽可能小而包含的信息量尽可能大。当然，也可根据需要在包头中增加更多字节，如四个，其处理方式同理。 
上述方法尤其适用于网络游戏，对于高对抗性的键盘类游戏要求网速高和数据尽可能快速到达目的地，因此，通过P2P通道在游戏终端之间直接传送UDP数据包并结合重传机制，可大幅度地的提高游戏的流畅性和信息交互速度，克服了现有技术通过服务器转发数据而存在的不足。 
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种在通信设备间实现通信的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、第一通信设备通过服务器向第二通信设备发送建立对等P2P连接的请求消息；
B、第一和第二通信设备中至少一个通信设备发起与对方建立P2P连接的命令，并根据所述建立P2P连接的命令在第一和第二通信设备间直接建立P2P通道；
C、第一和第二通信设备中的一个通过P2P通道传送数据包，接收到所述数据包的一个通信设备从该数据包中提取序列号，当通过将该序列号与之前接收到的数据包中的序列号进行比较确定出现丢包时，将需要对方通信设备重发数据包的消息和标识这些包的信息通过数据包携带给对方通信设备，在通过发送的数据包携带丢包信息时，向对方通信设备发送的数据包的包头中增加多个字节，用于标识丢失的数据包中序列号最小的数据包之后的若干个数据包的状态和丢失的数据包中序列号最大的数据包之前的若干个数据包的状态，对方通信设备根据所述状态确定需要重发的数据包。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一通信设备在发送所述请求消息后，若接收到第二通信设备主动发起的建立P2P连接的请求消息，则在步骤B中，由第一通信设备发起与第二通信设备建立P2P连接的命令。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二通信设备接收到第一通信设备的请求消息后，若第二通信设备确定本通信设备处于公网，则第二通信设备发起与第一通信设备建立P2P通道的命令，若第二通信设备确定本通信设备处于私网，则第二通信设备通过服务器向第一通信设备发送建立P2P连接的请求消息。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在发送建立P2P通道的请求消息前，所述第一、第二通信设备分别向服务器发送报文，服务器从该报文获知通信设备的地址信息并将其返回给对应的通信设备。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，若第一或第二通信设备处于私网，则在所述建立P2P连接的请求消息中还携带私网地址信息。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，若第一和第二通信设备处于同一私网内，则直接在该私网内建立所述通道。
7.如权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，通信设备在发起建立P2P通道命令后，向对方通信设备发送测试数据包，以确定是否已建立P2P通道。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤C中，基于用户数据报协议UDP在P2P通道中传送数据包。
9.一种实现权利要求1所述方法的通信设备，其特征在于，包括：
第一接口，用于接收应用程序发送的第一数据包和将网络侧的数据包发送给应用程序；
编解码模块，对通过第一接口发向网络侧的数据进行编码和对发向第一接口的数据进行解码；
第二接口，用于将编码后的数据发送到网络和将从网络接收的数据发送到编解码模块；
第一通信模块，用于控制通信设备与网络中的服务器的通信信息和通信方式；
第二通信模块，用于控制通过对等方式P2P连接的其他通信设备的通信信息和通信方式；
用于从第一接口接收到所述第一数据包中提取序列号，当通过将该序列号与之前接收到的数据包中的序列号进行比较确定出现丢包时，将需要他通信设备重发数据包的消息和标识这些包的信息通过数据包携带给他通信设备，在通过发送的数据包携带丢包信息时，向通过P2P连接的其他通信设备发送的数据包的包头中增加多个字节，用于标识丢失的数据包中序列号最小的数据包之后的若干个数据包的状态和丢失的数据包中序列号最大的数据包之前的若干个数据包的状态的模块。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述第二通信模块为多个。
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