CN101262478A - 穿越网络地址转换nat的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种穿越网络地址转换NAT的方法和设备，应用于包括终端、代理服务器以及服务器的网络，终端以及代理服务器位于内网，服务器位于外网，代理服务器与服务器通过常连接通道连接，包括：所述服务器需要向内网中的终端发送报文时，根据已存储的内网中各终端的地址信息，获取所述终端的地址信息；所述服务器将所述终端的地址信息封装在目的地址为所述代理服务器的报文中，通过所述常连接通道向所述代理服务器发送，以供所述代理服务器将所述需要向内网中的终端发送的报文转发到对应的终端。通过使用本发明，在内网中设置代理服务器，实现了在网络应用层穿越NAT。并且不需要修改现有的组网结果，可以方便的在网络中部署。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种穿越网络地址转换NAT的方法和设备。
背景技术
NAT(Network Address Translation，网络地址转换)技术提供了将一个域中的网络地址转换为另一个域中的网络地址的功能，通过NAT技术可以在两个域中建立地址映射关系。在进行NAT的过程中，对于不同的协议还需要进行端口映射，如UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)协议，TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)协议等。
NAT设备一般放在私网的出口处，实现私网中的用户访问公网的功能。即私网用户访问公网资源时，进行私网地址和公网地址之间的转换，NAT设备分配给私网用户一个公网地址，从而让私网用户能够访问公网资源。
NAT设备分为两种：包括双向NAT和单向NAT设备。双向NAT是指对于从两个域中的任意一个域发起的请求，NAT设备都可以将请求域中的地址转换为另一个域中的地址，并将另一个域的回应通过NAT设备发送给请求域。单向NAT指只能从一个域发起请求，并处理对于被请求域的回应。NAT设备是为了解决公网地址紧张而出现的；所以一般情况下，指的NAT都是指单向NAT。
由于NAT设备的固有特性和单向性，导致从外网发送的请求信息无法到达内网，因此需要实现NAT穿越。现有技术通常采用隧道方式穿越NAT，如在设备上配置GRE(Generic Routing Encapsulation，通用路由封装协议)协议，实现NAT穿越，或采用IPSec进行NAT穿越。
采用隧道方式穿越NAT的方法的缺点在于，NAT穿越需要依赖于设备，取决于设备是否实现了对应的协议隧道等。另外，采用隧道方式，无法实现应用层穿越NAT；应用层的软件***穿越NAT无法采用隧道实现。
发明内容
本发明提供一种穿越网络地址转换NAT的方法和设备，用于在内网设备和外网设备的交互过程中实现对NAT的穿越。
为达到上述目的，本发明提供一种穿越网络地址转换NAT的方法，应用于包括终端、代理服务器以及服务器的网络中，所述终端以及代理服务器位于内网中，所述服务器位于外网中，所述代理服务器与所述服务器通过常连接通道连接，所述方法包括以下步骤：
所述服务器需要向内网中的终端发送报文时，根据已存储的内网中各终端的地址信息，获取所述终端的地址信息；
所述服务器将所述终端的地址信息封装在目的地址为所述代理服务器的报文中，通过所述常连接通道向所述代理服务器发送，以供所述代理服务器将所述需要向内网中的终端发送的报文转发到对应的终端。
其中，所述已存储的内网中各终端的地址信息具体为：
预先配置在所述服务器上的内网中的终端的地址信息；和/或
所述服务器在接收到所述代理服务器转发的终端的报文时，从所述报文中解析获取的内网中的终端的地址信息。
其中，所述服务器需要向内网中的终端发送报文的步骤具体包括：
所述服务器主动发起与内网中的终端通信时，需要向内网中的终端发送报文；或
所述服务器在接收到所述代理服务器转发的终端的报文时，需要向内网中终端发送响应报文。
本发明还提供一种穿越网络地址转换NAT的方法，应用于包括终端、代理服务器以及服务器的网络中，所述终端以及代理服务器位于内网中，所述服务器位于外网中，所述代理服务器与所述服务器通过常连接通道连接，所述方法包括以下步骤：
内网中的代理服务器接收到内网中的终端发送的报文；
所述代理服务器对所述报文进行重新封装，具体为：在封装后的新报文中携带所述终端的地址信息，并将所述新报文的目的地址变为所述服务器；
所述代理服务器将所述封装得到的新报文向外网中的服务器发送。
其中，所述内网中的代理服务器接收到内网中的终端发送的报文前，还包括：
内网中的各终端获取所述内网中的代理服务器的地址信息。
其中，所述将所述封装得到的新报文向外网中的服务器发送后，还包括步骤：
所述代理服务器接收外网中的服务器发送的报文；
所述代理服务器解析所述报文，获取所述报文中的内容、以及终端的地址信息；
所述代理服务器根据所述终端的地址信息，将所述获取的内容封装为报文并向所述终端发送。
本发明还提供一种服务器，应用于包括终端以及代理服务器的网络中，所述终端以及代理服务器位于内网中，所述服务器位于外网中，所述代理服务器与所述服务器通过常连接通道连接，所述服务器包括：
地址获取单元，用于需要向内网中的终端发送报文时，根据已存储的内网中各终端的地址信息，获取所述终端的地址信息；
报文封装单元，用于将所述终端的地址信息封装在目的地址为所述代理服务器的报文中；
报文发送单元，用于将所述报文封装单元封装后的报文通过所述常连接通道向所述代理服务器发送，以供所述代理服务器将所述需要向内网中的终端发送的报文转发到对应的终端。
其中，还包括：
报文解析单元，用于接收所述代理服务器通过所述常连接通道发送的报文，获取所述报文中终端的地址信息；
地址存储单元，用于存储预先配置的内网中的终端的地址信息；和/或存储所述报文解析单元解析获取的内网中的终端的地址信息。
其中，还包括报文获取单元，用于获取需要向内网中的终端发送的报文，所述报文获取单元进一步包括：
第一报文获取子单元，用于主动发起与内网中的终端通信时，获取需要向内网中的终端发送的报文；或
第二报文获取子单元，用于在接收到所述代理服务器转发的终端的报文时，获取需要向内网中的终端响应的报文。
本发明还提供一种代理服务器，应用于包括终端以及代理服务器的网络中，所述终端以及代理服务器位于内网中，所述服务器位于外网中，所述代理服务器与所述服务器通过常连接通道连接，所述代理服务器包括：
代理内网接收单元，用于接收内网中的终端发送的报文；
代理封装单元，用于对所述代理内网接收单元接收的报文进行重新封装，具体为：在封装后的新报文中携带所述终端的地址信息，并将所述新报文的目的地址变为所述服务器；
代理发送单元，用于将所述代理封装单元封装得到的新报文通过所述常连接通道向外网中的服务器发送。
其中，还包括：
代理外网接收单元，用于接收外网中的服务器通过所述常连接通道发送的报文；
代理解析单元，用于解析所述报文，获取所述报文中的内容、以及终端的地址信息；
代理转发单元，用于根据所述终端的地址信息，将所述代理解析单元解析得到的内容向内网中对应的终端发送。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
通过在内网中设置代理服务器，实现了在网络应用层穿越NAT。并且不需要修改现有的组网结果，不依赖于NAT设备，可以方便的在网络中部署。
附图说明
图1是现有技术中内外网通过NAT进行通信的示意图；
图2是本发明中穿越NAT方法所应用的网络示意图；
图3是本发明中穿越NAT方法的一流程图；
图4是本发明中穿越NAT方法的另一流程图；
图5是本发明中内网中的代理服务器和外网中的外网服务器之间的报文结构示意图；
图6是本发明中内网中的代理服务器的结构示意图；
图7是本发明中外网中的服务器的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种穿越网络地址转换NAT的方法和设备，用于满足外网到内网之间的双向通信时穿越NAT的需求。本发明的核心思想在于在网络应用层采用代理穿越NAT，具体的：在内网中放置一台代理服务器，代理所有内网终端到外网服务器的双向通信。该内网中的代理服务器与外网中的服务器间存在常连接通道，外网中的服务器可以通过该常连接通道直接向代理服务器发送目的地址为内网终端的报文，由代理服务器向内网终端转发。
本发明中穿越网络地址转换NAT的方法所应用的网络示意图如图2所示，主要包括：内网中的终端、内网中的代理服务器和外网中的外网服务器。
具体的，本发明中一种穿越NAT的方法如图3所示，包括：
步骤s101、内网中的代理服务器接收到内网中的终端发送的报文。
具体的，内网中的各终端可以预先通过广播等方式获取内网中的代理服务器的地址信息(如代理服务器的IP地址和端口)。内网中的终端获取到内网中的代理服务器的地址后，可以将需要发送给外网服务器的所有报文都直接发送给代理，并通过代理接收响应。当然终端也可以只将特殊业务种类的报文发送到代理服务器，该需要发送到代理服务器的特殊业务种类报文可以预先进行设置。
步骤s102、代理服务器将终端发送的报文进行封装，得到新的报文。
具体的，代理服务器对终端发送的报文，以及该终端的地址信息(包括终端的IP地址以及端口等信息)进行封装，得到新的报文，该新报文的目的地址为外网服务器的地址。
步骤s103、代理服务器将封装得到的新的报文向外网中的服务器发送。
具体的，内网中的代理服务器与外网中的服务器可以通过常连接通道的方式连接，该常连接通道可以通过以下方式实现：在NAT设备上创建静态映射，建立从外网服务器到代理服务器之间的静态地址映射关系，也可以采用应用层报文定期发送请求的方式维持常连接。代理服务器和外网服务器通过该常连接通道进行报文交互时，报文从NAT上透传。
步骤s104、外网中的服务器接收内网中的代理服务器发送的报文。
步骤s105、服务器解析该报文，记录终端的地址并处理解析得到的内容。
具体的，服务器解析该报文，获取所述报文中的内容、以及内网中的终端的地址信息。之后服务器记录所述解析获取的内容、以及所述终端的地址信息；服务器处理解析得到的内容，该处理具体包括：将解析得到的内容进行本地处理或发送到外网中的其他网络设备进行处理。
具体的，本发明中一种穿越NAT的方法如图4所示，还包括：
步骤s201、外网中的服务器获取需要向内网中的终端发送的报文。
具体的，服务器可以在需要主动发起与内网中的终端通信时，获取需要向内网中的终端发送的报文；或服务器也可以在接收到代理服务器转发的终端的报文时，获取需要向内网中的终端响应的报文。
步骤s202、服务器根据预先存储的内网中终端的地址信息，获取终端的地址信息。
具体的，服务器根据需要发送到内网终端的报文、以及已存储的内网中终端的地址信息，获取与需要接收报文的终端的地址信息。服务器中预先存储的内网中终端的地址信息，可以是预先配置在服务器上的(如内网中的终端为静态IP地址时，预先将终端以及对应的静态IP地址配置在服务器上)，也可以是服务器在接收代理服务器转发的来自内网终端的报文时，通过解析报文获得的。服务器根据本地存储的内网终端的地址信息，可以通过代理服务器直接向内网终端发送报文。
步骤s203、服务器将终端的地址信息封装在该报文中，并将报文目的地址设置为代理服务器的地址。
步骤s204、服务器通过常连接通道将封装后的报文向代理服务器发送，以供代理服务器将需要向内网中的终端发送的报文转发到对应的终端。
步骤s205、代理服务器接收外网中的服务器发送的报文。
步骤s206、代理服务器解析该报文，将解析得到的内容向内网中对应的终端发送。
具体的，代理服务器解析该报文，获取报文中的内容、以及终端的地址信息；代理服务器根据所述终端的地址信息，将获取的内容封装为报文并向所述终端发送。
上述图3和图4描述的流程中，内网中的代理服务器和外网中的外网服务器之间的报文结构可以如图5所示。其中内网中的终端与代理服务器交互的数据作为应用层数据封装在报文传输层中。应用层数据中应包含内网终端的地址信息(如IP地址和端口)，考虑到安全性则也可以扩展其他属性，在此不再进行描述。
以下结合一个具体的应用场景，说明本发明的具体实施方式。
假设在内网中存在终端A、终端B，终端A的内网IP地址为192.168.0.101，终端B的内网IP地址为192.168.1.102，内网中还存在代理服务器，其内网IP地址为192.168.0.1。内网与外网边界的NAT设备的内网IP地址为192.168.0.2，外网IP地址为220.181.0.1。外网中的外网服务器的外网IP地址为220.181.0.2，该外网服务器(220.181.0.2)用于对终端的安全状况进行检测。代理服务器(192.168.0.1)与外部服务器(220.181.0.2)通过NAT设备建立常连接通道。
某时刻终端A(192.168.0.101)根据代理服务器的IP地址(192.168.0.1)，向代理服务器发送报文，该报文中携带终端A的安全状况相关信息并请求访问外网服务器(220.181.0.2)。代理服务器将接收到的报文进行封装，除报文中原有携带的内容外，进一步携带终端A(192.168.0.101)的地址信息；并将封装后的报文通过常连接通道向外网服务器(220.181.0.2)发送。
外网服务器(220.181.0.2)接收到代理服务器(192.168.0.1)发送的报文后进行解封装，存储解析得到的终端A(192.168.0.101)的地址信息，并对报文中的内容进行处理，如根据终端A的安全状况相关信息判断需要对终端A的相关软件进行升级，则获取升级所需的信息，并与终端A的地址信息进行封装生成新的报文向代理服务器(192.168.0.1)发送。
代理服务器(192.168.0.1)从外网服务器(220.181.0.2)接收到报文，解析报文中的内容得到终端A的地址信息以及升级所需的信息，则代理服务器(192.168.0.1)将解析得到的升级所需的信息向终端A(192.168.0.101)发送。
再例如某时刻外网服务器(220.181.0.2)需要向内网中的终端A(192.168.0.101)和终端B(192.168.1.102)发送检测终端上的软件状态的命令。则外网服务器(220.181.0.2)根据本地缓存中存储的终端A(192.168.0.101)和终端B(192.168.1.102)的地址，将命令分别与终端A和终端B的地址信息进行封装生成新的报文向代理服务器(192.168.0.1)发送。
代理服务器(192.168.0.1)从外网服务器(220.181.0.2)接收到报文，解析报文中的内容得到向终端A(192.168.0.101)和终端B(192.168.1.102)发送的命令以及地址信息，则代理服务器(192.168.0.1)将命令分别向终端A(192.168.0.101)和终端B(192.168.1.102)发送。
终端A(192.168.0.101)和终端B(192.168.1.102)执行接收到的命令后，分别执行接收到的命令并根据代理服务器的IP地址(192.168.0.1)，向代理服务器发送报文。报文中分别携带终端A和终端B的软件状态相关信息并请求访问外网服务器(220.181.0.2)。
代理服务器将接收到的报文进行封装，除报文中原有携带的内容外，进一步携带终端A(192.168.0.101)和终端B(192.168.1.102)的地址信息；并将封装后的报文通过常连接通道向外网服务器(220.181.0.2)发送。
通过上述流程，通过代理服务器实现了内网中的终端与外网中的服务器的双向交互，交互过程中不需要NAT设备的参与。另外，外网中的服务器根据本地存储的内网终端的地址信息，可以通过代理服务器直接向内网终端发送报文。
本发明中提供的NAT穿越方法中使用的代理服务器以及服务器与现有技术中普遍使用的代理服务器以及外网服务器不同。对于本发明中的代理服务器，需要实现将内网终端的地址信息以及内网终端发送的报文同时封装在向外网服务器发送的报文中；对于本发明中的外网服务器，通过与内网中代理服务器的常连接通道，除了对内网终端发送的报文进行响应外，还可以根据本地存储的内网终端的地址信息，主动向内网终端发送报文，由内网中的代理服务器进行解封装后转发给内网终端。上述功能是现有技术中的代理服务器以及外网服务器无法实现的。现有的外网服务器即使在代理服务器的配合下，也无法实现主动向内网中的终端发送报文的功能。
本发明还提供一种用于实现穿越NAT的***，应用于包括终端、代理服务器、以及服务器的网络中，其中终端以及代理服务器位于内网中，服务器位于外网中，代理服务器与服务器通过常连接通道连接，不同设备的网络结构如本发明中的图2所示。
本发明中的代理服务器的结构如图6所示，包括：
代理内网接收单元11，用于接收内网中的终端发送的报文；
代理封装单元12，对代理内网接收单元11接收的报文进行重新封装，具体为：在封装后的新报文中携带所述终端的地址信息，并将所述新报文的目的地址变为外网中的服务器。
代理发送单元13，用于将代理封装单元12封装得到的新报文通过常连接通道向外网中的服务器发送。
还包括：
代理外网接收单元14，用于接收外网中的服务器发送的报文；
代理解析单元15，用于解析所述代理外网接收单元14接收的报文，获取报文中的内容、以及终端的地址信息；
代理转发单元16，用于根据代理解析单元15解析得到的终端的地址信息，将代理解析单元15解析得到的内容向内网中对应的终端发送。
本发明中的服务器的结构如图7所示，包括：
地址获取单元21，，用于需要向内网中的终端发送报文时，根据已存储的内网中各终端的地址信息，获取终端的地址信息。
报文封装单元22，用于将地址获取单元21获取的终端的地址信息封装在目的地址为代理服务器的报文中。
报文发送单元23，用于将报文封装单元22封装后的报文通过常连接通道向所述代理服务器发送，以供代理服务器将需要向内网中的终端发送的报文转发到对应的终端。
还包括：
报文获取单元24，用于获取需要向内网中的终端发送的报文；报文获取单元24进一步包括：第一报文获取子单元，用于主动发起与内网中的终端通信时，获取需要向内网中的终端发送的报文；或第二报文获取子单元，用于在接收到代理服务器转发的终端的报文时，获取需要向内网中的终端响应的报文。
报文解析单元25，用于接收代理服务器发送的报文，获取报文中终端的地址信息；
地址存储单元26，用于存储预先配置的内网中的终端的地址信息；和/或存储报文解析单元25解析获取的内网中的终端的地址信息。
通过使用本发明提供的方法和设备，在内网中设置代理服务器，实现了在网络应用层穿越NAT。并且不需要修改现有的组网结果，不依赖于NAT设备，可以方便的在网络中部署。需要说明的是，本发明的上述描述中，以代理服务器和外网服务器的数量分别为一台进行说明，但本发明并不对二者的数量进行限制。在实际的组网场景中，代理服务器或者外网服务器的数量可以为多台，仍可以应用本发明提供的方法，属于本发明的保护范围。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。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设备执行本发明各个实施例所述的方法。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (11)
1、一种穿越网络地址转换NAT的方法，其特征在于，应用于包括终端、代理服务器以及服务器的网络中，所述终端以及代理服务器位于内网中，所述服务器位于外网中，所述代理服务器与所述服务器通过常连接通道连接，所述方法包括以下步骤：
所述服务器需要向内网中的终端发送报文时，根据已存储的内网中各终端的地址信息，获取所述终端的地址信息；
所述服务器将所述终端的地址信息封装在目的地址为所述代理服务器的报文中，通过所述常连接通道向所述代理服务器发送，以供所述代理服务器将所述需要向内网中的终端发送的报文转发到对应的终端。
2、如权利要求1所述穿越网络地址转换NAT的方法，其特征在于，所述已存储的内网中各终端的地址信息具体为：
预先配置在所述服务器上的内网中的终端的地址信息；和/或
所述服务器在接收到所述代理服务器转发的终端的报文时，从所述报文中解析获取的内网中的终端的地址信息。
3、如权利要求1所述穿越网络地址转换NAT的方法，其特征在于，所述服务器需要向内网中的终端发送报文的步骤具体包括：
所述服务器主动发起与内网中的终端通信时，需要向内网中的终端发送报文；或
所述服务器在接收到所述代理服务器转发的终端的报文时，需要向内网中终端发送响应报文。
4、一种穿越网络地址转换NAT的方法，其特征在于，应用于包括终端、代理服务器以及服务器的网络中，所述终端以及代理服务器位于内网中，所述服务器位于外网中，所述代理服务器与所述服务器通过常连接通道连接，所述方法包括以下步骤：
内网中的代理服务器接收到内网中的终端发送的报文；
所述代理服务器对所述报文进行重新封装，具体为：在封装后的新报文中携带所述终端的地址信息，并将所述新报文的目的地址变为所述服务器；
所述代理服务器将所述封装得到的新报文向外网中的服务器发送。
5、如权利要求4所述穿越网络地址转换NAT的方法，其特征在于，所述内网中的代理服务器接收到内网中的终端发送的报文前，还包括：
内网中的各终端获取所述内网中的代理服务器的地址信息。
6、如权利要求1所述穿越网络地址转换NAT的方法，其特征在于，所述将所述封装得到的新报文向外网中的服务器发送后，还包括步骤：
所述代理服务器接收外网中的服务器发送的报文；
所述代理服务器解析所述报文，获取所述报文中的内容、以及终端的地址信息；
所述代理服务器根据所述终端的地址信息，将所述获取的内容封装为报文并向所述终端发送。
7、一种服务器，其特征在于，应用于包括终端以及代理服务器的网络中，所述终端以及代理服务器位于内网中，所述服务器位于外网中，所述代理服务器与所述服务器通过常连接通道连接，所述服务器包括：
地址获取单元，用于需要向内网中的终端发送报文时，根据已存储的内网中各终端的地址信息，获取所述终端的地址信息；
报文封装单元，用于将所述终端的地址信息封装在目的地址为所述代理服务器的报文中；
报文发送单元，用于将所述报文封装单元封装后的报文通过所述常连接通道向所述代理服务器发送，以供所述代理服务器将所述需要向内网中的终端发送的报文转发到对应的终端。
8、如权利要求7所述服务器，其特征在于，还包括：
报文解析单元，用于接收所述代理服务器通过所述常连接通道发送的报文，获取所述报文中终端的地址信息；
地址存储单元，用于存储预先配置的内网中的终端的地址信息；和/或存储所述报文解析单元解析获取的内网中的终端的地址信息。
9、如权利要求7或8所述服务器，其特征在于，还包括报文获取单元，用于获取需要向内网中的终端发送的报文，所述报文获取单元进一步包括：
第一报文获取子单元，用于主动发起与内网中的终端通信时，获取需要向内网中的终端发送的报文；或
第二报文获取子单元，用于在接收到所述代理服务器转发的终端的报文时，获取需要向内网中的终端响应的报文。
10、一种代理服务器，其特征在于，应用于包括终端以及代理服务器的网络中，所述终端以及代理服务器位于内网中，所述服务器位于外网中，所述代理服务器与所述服务器通过常连接通道连接，所述代理服务器包括：
代理内网接收单元，用于接收内网中的终端发送的报文；
代理封装单元，用于对所述代理内网接收单元接收的报文进行重新封装，具体为：在封装后的新报文中携带所述终端的地址信息，并将所述新报文的目的地址变为所述服务器；
代理发送单元，用于将所述代理封装单元封装得到的新报文通过所述常连接通道向外网中的服务器发送。
11、如权利要求10所述代理服务器，其特征在于，还包括：
代理外网接收单元，用于接收外网中的服务器通过所述常连接通道发送的报文；
代理解析单元，用于解析所述报文，获取所述报文中的内容、以及终端的地址信息；
代理转发单元，用于根据所述终端的地址信息，将所述代理解析单元解析得到的内容向内网中对应的终端发送。
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| CNA2008100910266A CN101262478A (zh) | 2008-04-10 | 2008-04-10 | 穿越网络地址转换nat的方法和设备 |
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