CN101883156A

CN101883156A - 穿越nat设备的方法

Info

Publication number: CN101883156A
Application number: CN2010102048401A
Authority: CN
Inventors: 陈旸; 王利军
Original assignee: Beijing Shenzhou Taiyue Software Co Ltd
Current assignee: Beijing Shenzhou Taiyue Software Co Ltd
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2030-06-22
Also published as: CN101883156B

Abstract

本发明公开了一种穿越NAT设备的方法，该方法包括步骤：A、客户端发起NAT设备类型检测请求，以获取该客户端对应的NAT设备类型信息；B、客户端向通信对端发起会话，以向通信对端发送该客户端对应的NAT设备类型信息，同时获取通信对端对应的NAT设备类型信息；C、客户端和通信对端根据双方对应的NAT设备类型采用相应的NAT设备穿越方式。本发明通过客户端主动发起NAT类型检测请求，针对检测到的其对应的NAT类型采用相应的穿越方法，能够实现NAT设备的穿越，满足企业内部用户的实时网络应用需求，提高用户的网络体验。

Description

穿越NAT设备的方法

技术领域

本发明涉及互联网通信技术领域，特别是涉及一种穿越NAT设备的方法。

背景技术

目前，随着互联网用户的不断增多，互联网所使用的互联网协议第四版(IPv4)地址资源已经非常紧张了，根本不能够满足让每一位用户都拥有一个能够直接访问因特网的IPv4地址，即公网IP地址。大量的企业单位也只拥有少量的公网IP地址，因此企业内部只能使用大量不能直接访问因特网的私网IP地址来满足企业内用户的内部网络通信需求，为了让企业内的用户能够使用互联网资源，企业一般会采用网络地址转换(Network Address Translation，NAT)设备将企业内部的私网IP地址转换成能够直接访问互联网的公网IP地址，使得企业内的一个或多个用户可以使用一个公网IP地址来访问互联网。

NAT设备的使用虽然能暂时缓解IPv4地址资源的危机，但是，由于NAT设备会限制互联网用户对位于NAT设备后的企业内部用户的访问，所以其会影响互联网的互通性。为了能够让位于互联网中的用户能够访问位于NAT设备后的企业内部用户，需要采用一些策略来穿越NAT设备。

现有的NAT设备一般分为：

全克隆型(Full Cone)：NAT设备把所有来自相同内部IP地址和端口的请求映射到相同的外部IP地址和端口；任何一个外部主机均可通过该映射发送IP包到该内部主机；

受限克隆型(Restricted Cone)：NAT设备把所有来自相同内部IP地址和端口的请求映射到相同的外部IP地址和端口。但只有当内部主机先给IP地址为x的外部主机发送IP包，该外部主机才能向该内部主机发送IP包；

端口受限克隆型(Port Restricted Cone)：端口受限克隆型与受限克隆型类似，只是多了端口号的限制，即只有内部主机先向IP地址为x、端口号为P的外部主机发送1个IP包，该外部主机才能够把源端口号为P的IP包发送给该内部主机；

对称型(Symmetric)：NAT设备把所有来自相同内部IP地址和端口请求映射到相同的外部TP地址和端口。但只有当内部主机先给IP地址为X、端口号为P的外部主机发送IP包、该外部主机才能把源端口号为P的IP包发送给该内部主机。对称型NAT不保证所有会话中的(私网IP地址，私网端口)和(公网IP地址，公网端口)之间绑定的一致性。相反，它为每个新的会话分配一个新的端口号。

互联网工程任务组(IETF)制定了RFC3489，该标准提出了一种简单UDP报文穿越NAT(STUN)协议，其可以穿越全克隆型、受限克隆型和端口受限克隆型NAT，但是不能完成对称型NAT的穿越，后来IETF又提出了中继穿越NAT(TURN)，实现了对称型NAT的穿越。由于网络环境中NAT类型的多样化，单单使用上述任一中NAT穿越方法不能实现企业内部用户自由穿越NAT访问因特网的需求。

鉴于此，IETF又提出了一种综合性的NAT穿越的技术：交互式连接建立(ICE)，其可以整合STUN和TURN以实现让企业内部用户可以穿越各种NAT设备。

ICE的工作原理是：通过STUN或TURN服务器收集自身和通信对端的尽可能多的网络地址信息，尝试在这些网络地址之间建立数据通道，并在此过程中不断更新先前收集到的网络地址信息，从而找到和选择一条能够进行NAT穿越的数据通道。由于ICE实现NAT穿越时需要收集和更新众多的自身和通信对端的网络地址信息，随后还要尝试在这些网络地址之间建立数据通道，才能最终选择进行NAT穿越的数据通道，花费的时间较长，不利于企业内部用户进行实时的网络应用，降低了用户的网络体验。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有NAT穿越技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是：如何实现NAT设备的穿越，满足企业内部用户进行实时的网络应用需求，从而提高用户的网络体验。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，提供一种穿越NAT设备的方法，该方法包括：

A、客户端发起NAT设备类型检测请求，以获取该客户端对应的NAT设备类型信息；

B、客户端向通信对端发起会话，以向通信对端发送该客户端对应的NAT设备类型信息，同时获取通信对端对应的NAT设备类型信息；

C、客户端和通信对端根据双方对应的NAT设备类型采用相应的NAT设备穿越方式。

优选地，步骤B具体包括：

B1、客户端向通信对端发起一个NAT设备类型获取请求，该请求中携带该客户端对应的NAT设备类型信息；

B2、收到所述NAT设备类型获取请求后，该通信对端向该客户端返回一个NAT设备类型获取响应；

B3、收到所述NAT设备类型获取响应后，该客户端从所述NAT设备类型获取响应中获得该通信对端对应的NAT设备类型信息。

优选地，如果客户端和通信对端对应的都是全克隆型NAT设备，则步骤C具体包括：

客户端判断在预定时间内是否收到了通信对端发送来的打洞请求，如果收到，则向通信对端发送一个打洞请求响应，否则，判断超时，打洞失败；客户端判断在规定时间内是否收到了通信对端发送来的打洞请求响应确认，如果收到，则打洞成功；否则，将规定时间加倍，重传次数加1后，再向通信对端发送一个打洞请求响应；如果在规定的重传次数内，仍未收到通信对端发送来的打洞请求响应确认，则判断超时，打洞失败；

通信对端向客户端发送一个打洞请求，并判断在规定时间内是否收到了客户端发送来的打洞请求响应，如果收到，则向客户端发送一个打洞请求响应确认，否则，将规定时间加倍，重传次数加1后，再向客户端发送一个打洞请求；如果在规定的重传次数内，仍未收到客户端发送来的打洞请求响应，则判断超时，打洞失败。

优选地，如果客户端和通信对端中有一方对应的是全克隆型NAT设备而另一方对应的是受限克隆型或端口受限克隆型NAT设备，则步骤C具体包括：

全克隆型NAT设备的对应方判断在预定时间内是否收到了受限克隆型或端口受限克隆型NAT设备的对应方发送来的打洞请求，如果收到，则向受限克隆型或端口受限克隆型NAT设备的对应方发送一个打洞请求响应，否则，判断超时，打洞失败；全克隆型NAT设备的对应方判断在规定时间内是否收到了受限克隆型或端口受限克隆型NAT设备的对应方发送来的打洞请求响应确认，如果收到，则打洞成功；否则，将规定时间加倍，重传次数加1后，再向受限克隆型或端口受限克隆型NAT设备的对应方发送一个打洞请求响应；如果在规定的重传次数内，仍未收到受限克隆型或端口受限克隆型NAT设备的对应方发送来的打洞请求响应确认，则判断超时，打洞失败；

受限克隆型或端口受限克隆型NAT设备的对应方向全克隆型NAT设备的对应方发送一个打洞请求，并判断在规定时间内是否收到了全克隆型NAT设备的对应方发送来的打洞请求响应，如果收到，则向全克隆型NAT设备的对应方发送一个打洞请求响应确认，否则，将规定时间加倍，重传次数加1后，再向全克隆型NAT设备的对应方发送一个打洞请求；如果在规定的重传次数内，仍未收到全克隆型NAT设备的对应方发送来的打洞请求响应，则判断超时，打洞失败。

优选地，如果客户端和通信对端对应的都是受限克隆型或端口受限克隆型NAT设备，则步骤C具体包括：

客户端向通信对端发送一个打洞请求，并判断在规定时间内是否收到了通信对端发送来的打洞请求响应，如果收到，则向通信对端发送一个打洞请求响应确认，否则，将规定时间加倍，重传次数加1后，再向通信对端发送一个打洞请求；如果在规定的重传次数内，仍未收到通信对端发送来的打洞请求响应，则判断超时，打洞失败；

优选地，如果客户端和通信对端中有一方对应的是对称型NAT设备，则步骤C具体包括：

C111、客户端将数据发送到第三方服务器；

C222、收到客户端发送来的数据后，所述第三方服务器将数据转发到通信对端。

优选地，步骤A中使用STUN服务器进行NAT设备类型检测；所述NAT设备类型包括全克隆型、受限克隆型、端口受限克隆型和对称型。

优选地，步骤B所述会话为采用会话初始化协议的音视频通话。

优选地，利用用户数据包协议发送所述打洞请求、打洞请求响应和打洞请求响应确认；所述规定时间初始为100毫秒，重传次数为4次，初始重传次数设置为0。

优选地，所述第三方服务器为TURN服务器。

(三)有益效果

本发明提出了一种穿越NAT设备的方法，通过客户端主动发起NAT类型检测请求，针对检测到的NAT类型采用相应的穿越方法，从而能够实现NAT设备的穿越，满足企业内部用户的实时网络应用需求，提高用户的网络体验。

附图说明

图1是依照本发明一种实施方式穿越NAT设备的方法流程图；

图2本发明实施方式的方法中客户端向通信对端发起会话并获取通信对端对应的NAT设备类型信息的方法流程图；

图3是本发明实施方式的方法中NAT设备穿越方法的主动工作方式流程图；

图4是本发明实施方式的方法中NAT设备穿越方法的被动工作方式流程图；

图5是本发明实施方式的方法中NAT设备穿越方法的中转工作方式流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的主要思想为：客户端发起NAT设备类型检测请求，以获取该客户端对应的NAT设备类型信息；客户端向通信对端发起会话，以向通信对端发送该客户端对应的NAT设备类型信息，同时获取通信对端对应的NAT设备类型信息；客户端和通信对端根据双方对应的NAT设备类型采用相应的NAT设备穿越方式。

图1是依照本发明一种实施方式穿越NAT设备的方法流程图。如

图1所示，本发明所述方法主要包括以下步骤：

步骤A、客户端发起NAT设备类型检测请求，以获取该客户端对应的NAT设备类型信息。

客户端在登录成功后，首先向能够检测NAT设备类型的第三方设备，比如STUN服务器，发送NAT设备类型检测请求；STUN服务器检测出该客户端对应的NAT设备类型并将该客户端对应的NAT设备类型通知该客户端，关于STUN服务器如何检测NAT设备类型为现有技术。

步骤B、客户端向通信对端发起会话，以向通信对端发送该客户端对应的NAT设备类型信息，同时获取通信对端对应的NAT设备类型信息。

该会话可以是采用会话初始化协议(SIP)的音视频通话。

图2是本发明实施方式的方法中客户端向通信对端发起会话并获取通信对端对应的NAT设备类型信息的方法流程图。如图2所示，该方法包括：

步骤B1、客户端向通信对端(即，已经获知自己对应NAT设备类型的客户端)发起一个NAT设备类型获取请求。

该请求中携带该客户端对应的NAT设备类型信息。

步骤B2、收到所述NAT设备类型获取请求后，该通信对端向该客户端返回一个NAT设备类型获取响应。

该通信对端从收到的所述的NAT设备类型获取请求中获得该客户端对应的NAT设备类型信息，并在该NAT设备类型获取响应中携带该通信对端对应的NAT设备类型信息。

步骤B3、收到所述NAT设备类型获取响应后，该客户端从所述NAT设备类型获取响应中获得该通信对端对应的NAT设备类型信息。

这样，该客户端(主叫方)和该通信对端(被叫方)都拥有了两端对应的NAT设备类型信息。

步骤C、客户端和通信对端根据双方对应的NAT设备类型采用相应的NAT设备穿越方式。本步骤中的NAT设备穿越方式分为主动工作方式、被动工作方式和中转工作方式。

图3是本发明方法中NAT设备穿越方法的主动工作方式流程图，如图3所示，以客户端为例，该方法包括：

步骤C1、客户端向通信对端发送一个打洞请求。

步骤C2、客户端判断在规定时间内是否收到了通信对端发送来的打洞请求响应，如果收到，则进入步骤C3，否则，将规定时间加倍，重传次数加1后，返回步骤C1；如果在规定的重传次数内，仍未收到通信对端发送来的打洞请求响应，则判断超时，打洞失败。

本步骤中的规定时间初始可以设为100毫秒，重传次数设为4次，初始设置重传次数为0。

步骤C3、向通信对端发送一个打洞请求响应确认。

可以利用用户数据包协议(UDP)发送上述打洞请求、打洞请求响应和打洞响应确认。

自此，打洞成功，双方可以穿越NAT设备进行通信。

图4是本发明方法中NAT设备穿越方法的被动工作方式流程图，如图4所示，以客户端为例，该方法包括：

步骤C11、客户端判断在预定时间内是否收到了通信对端发送来的打洞请求，如果收到，则进入步骤C22，否则，判断超时，打洞失败。

本步骤中的预定时间可以设为3秒。

步骤C22、客户端向通信对端发送一个打洞请求响应。

步骤C33、客户端判断在规定时间内是否收到了通信对端发送来的打洞请求响应确认，如果收到，则打洞成功；否则，将规定时间加倍，重传次数加1后，返回步骤C22；如果在规定的重传次数内，仍未收到通信对端发送来的打洞请求响应确认，则判断超时，打洞失败。

图5是本发明方法中NAT设备穿越方法的中转工作方式流程图，如图5所示，以客户端为例，该方法包括：

步骤C111、客户端将数据发送到第三方服务器。

比如，该第三方服务器可以为能够实现中继穿越NAT设备的TURN服务器。

步骤C222、收到客户端发送来的数据后，所述第三方服务器将数据转发到通信对端。

具体的数据转发方式为现有技术。

同理，通信对端也可以将数据发送到该第三方服务器，然后该第三方服务器再把数据转发给客户端。

这样，通过一个第三方服务器实现了NAT设备的穿越。

如果客户端和通信对端对应的都是全克隆型NAT设备，则主叫方(即客户端)采用图3所示的被动工作方式，而被叫方(即通信对端)采用图4所示的主动工作方式；

也可以是主叫方采用主动工作方式，被叫方采用被动工作方式。

如果主叫方和被叫方中，有一方对应的是全克隆型NAT设备而另一方对应的是受限克隆型或端口受限克隆型NAT设备，则全克隆型NAT设备的对应方采用图3所示的被动工作方式而受限克隆型或端口受限克隆型NAT设备的对应方采用图4所示的主动工作方式；

如果主叫方和被叫方对应的都是受限克隆型或端口受限克隆型NAT设备，则主叫方和被叫方均采用图4所示的主动工作方式；

如果主叫方和被叫方中有一方对应的是对称型NAT设备，则采用图5所示的中转工作方式。

由以上实施例可以看出，本发明实施例通过提出了一种穿越NAT设备的方法，通过客户端主动发起NAT类型检测请求，针对检测到的NAT类型采用相应的穿越方法，能够实现NAT设备的穿越，满足企业内部用户的实时网络应用需求，提高用户的网络体验。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种穿越NAT设备的方法，其特征在于，该方法包括步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B具体包括：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果客户端和通信对端对应的都是全克隆型NAT设备，则步骤C具体包括：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果客户端和通信对端中有一方对应的是全克隆型NAT设备而另一方对应的是受限克隆型或端口受限克隆型NAT设备，则步骤C具体包括：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果客户端和通信对端对应的都是受限克隆型或端口受限克隆型NAT设备，则步骤C具体包括：

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，如果客户端和通信对端中有一方对应的是对称型NAT设备，则步骤C具体包括：

C111、客户端将数据发送到第三方服务器；

7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，步骤A中使用STUN服务器进行NAT设备类型检测；所述NAT设备类型包括全克隆型、受限克隆型、端口受限克隆型和对称型。

8.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，步骤B所述会话为采用会话初始化协议的音视频通话。

9.如权利要求3-5任一项所述的方法，其特征在于，利用用户数据包协议发送所述打洞请求、打洞请求响应和打洞请求响应确认；所述规定时间初始为100毫秒，重传次数为4次，初始重传次数设置为0。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第三方服务器为TURN服务器。