[發(fā)明專(zhuān)利]一種支持NAT穿越的實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)P2P傳輸方案

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010152585.0
• 申請(qǐng)日: 2010-04-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101848235A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 泮華杰;樓奕華;李未
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04L29/08
• 分類(lèi)號(hào): H04L29/08;H04L29/06;H04L29/12
• 代理公司: 北京科迪生專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 李新華

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多媒體數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，涉及一種在互聯(lián)網(wǎng)上點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)的方法。

發(fā)明背景

一般而言，多媒體視頻會(huì)議系統(tǒng)的服務(wù)器端都位于internet上，擁有各自獨(dú)立的IP地址，但大多數(shù)會(huì)議系統(tǒng)的客戶(hù)端卻都是位于NAT設(shè)備之后，通過(guò)NAT設(shè)備連接到Internet，這樣的結(jié)構(gòu)給多媒體視頻會(huì)議系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)帶來(lái)了很多問(wèn)題，例如，通常情況下NAT設(shè)備被配置為不允許外部的主動(dòng)連接，因此很難直接向NAT內(nèi)的用戶(hù)主動(dòng)發(fā)送音視頻數(shù)據(jù)。同時(shí)，大量的音視頻數(shù)據(jù)通過(guò)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)給客戶(hù)端造成了運(yùn)行、帶寬等壓力。

為了突破NAT的限制，配置NAT設(shè)備，對(duì)外部網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放某些端口，利用NAT設(shè)備向內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的某臺(tái)主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。這種做法缺乏靈活性，并且要求具有NAT設(shè)備的管理員權(quán)限，對(duì)于普通用戶(hù)而言，難以實(shí)現(xiàn)。

因此，NSPC的做法是在系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中安裝新的協(xié)議層，所有客戶(hù)端安裝同樣的協(xié)議層，并在服務(wù)器上部署一個(gè)小型輔助管理程序。通過(guò)這一協(xié)議層完成了NAT防火墻的穿越功能。它通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的套接字接口給應(yīng)用程序提供服務(wù)，給來(lái)自上層應(yīng)用程序的多媒體數(shù)據(jù)添加新的報(bào)文頭，然后將封包后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)交給更底層的系統(tǒng)UDP傳輸層。對(duì)于來(lái)自底層的數(shù)據(jù)報(bào)文，該協(xié)議解包數(shù)據(jù)報(bào)文，并把報(bào)文數(shù)據(jù)推送給應(yīng)用程序。這一方法符合網(wǎng)絡(luò)的分層設(shè)計(jì)原則，并且能夠很快應(yīng)用到原有的系統(tǒng)中。同時(shí)為了減少服務(wù)器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的運(yùn)行壓力，NSPC實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)在客戶(hù)端之間的P2P傳輸。

綜上所述，本發(fā)明的任務(wù)在于解決NAT防火墻給多媒體應(yīng)用帶來(lái)的通訊問(wèn)題。同時(shí)，在UDP協(xié)議的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，支持多媒體數(shù)據(jù)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳播，能夠廣泛的用于各種多媒體應(yīng)用程序，提供跨躍NAT防火墻的多媒體實(shí)時(shí)通訊技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種支持NAT穿越的實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)傳輸方案，并具體包括以下步驟：1)NSPC創(chuàng)建一個(gè)UDP套接字，并為該套接字隨機(jī)綁定一個(gè)端口，記該端口號(hào)值為G_Port。NSPC利用該套接字判斷NSPC所在客戶(hù)端的NAT類(lèi)型，并建立與其他NSPC之間的NAT穿越通道；(2)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，NSPC獲取上層應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)報(bào)文，查詢(xún)NSPC套接字控制列表，檢索出該報(bào)文所屬的套接字以及接收端的NAT地址，完成對(duì)報(bào)文的封裝并將報(bào)文發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)；(3)接收數(shù)據(jù)時(shí)，NSPC獲取端口G_Port上到達(dá)的UDP數(shù)據(jù)報(bào)文，判斷報(bào)文是否經(jīng)過(guò)NSPC封裝，若是則去除報(bào)文的封裝并將數(shù)據(jù)推送給相應(yīng)的應(yīng)用程序，等待進(jìn)一步處理。

根據(jù)本方案的一個(gè)方面，其中步驟(1)進(jìn)一步包括：NSPC在第一次被調(diào)用時(shí)，創(chuàng)建一個(gè)UDP套接字，并為該套接字隨機(jī)綁定一個(gè)端口，記該端口的端口號(hào)為G_Port，所有的NSPC報(bào)文均通過(guò)該套接字接收和發(fā)送；NSPC向位于公網(wǎng)的服務(wù)程序發(fā)送NAT類(lèi)型測(cè)試報(bào)文，根據(jù)返回報(bào)文判斷自身所處NAT類(lèi)型；NSPC在發(fā)送數(shù)據(jù)前向服務(wù)程序查詢(xún)接收端的NAT類(lèi)型，并由服務(wù)器告知接收端先向發(fā)送端做NAT反向穿越。

根據(jù)本方案的另一個(gè)方面，其中步驟(2)對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)文的封裝包括：在數(shù)據(jù)段頭部添加發(fā)送端應(yīng)用程序所用套接字的本地端口號(hào)，即源端口號(hào)；在數(shù)據(jù)段頭部添加接收端應(yīng)用程序套接字的本地端口號(hào)，即目的端口號(hào)。

根據(jù)本方案的另一個(gè)方面，其中步驟(2)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，在傳輸層，NSPC獲取應(yīng)用程序發(fā)送的UDP數(shù)據(jù)報(bào)文，修改報(bào)文頭部的源端口字段值為G_Port值，并通過(guò)G_Port端口將該UDP數(shù)據(jù)報(bào)文推送到網(wǎng)絡(luò)層。

根據(jù)本方案的另一個(gè)方面，其中步驟(3)接收數(shù)據(jù)時(shí)，NSPC偵聽(tīng)所有發(fā)往G_Port的UDP數(shù)據(jù)報(bào)文，丟棄未經(jīng)過(guò)NSPC封裝的數(shù)據(jù)報(bào)文；在傳輸層，NSPC讀取UDP報(bào)文中數(shù)據(jù)段頭部封裝的接收端應(yīng)用程序所用套接字的端口號(hào)，將該端口號(hào)寫(xiě)入U(xiǎn)DP報(bào)文頭的目的端口字段，重新計(jì)算UDP報(bào)文的校驗(yàn)碼，將數(shù)據(jù)包向上推送給該目的端口對(duì)應(yīng)的套接字；在傳輸層之上，應(yīng)用層之下，NSPC再次獲取數(shù)據(jù)，去除封裝在報(bào)文數(shù)據(jù)段頭部的附加數(shù)據(jù)，附加數(shù)據(jù)包括：發(fā)送端應(yīng)用程序所用套接字的端口號(hào)和接收端應(yīng)用程序所用套接字的端口號(hào)；最后，NSPC將數(shù)據(jù)推送給相應(yīng)的應(yīng)用程序。

附圖說(shuō)明

圖1給出了NSPC識(shí)別客戶(hù)端不同NAT類(lèi)型的過(guò)程；

圖2示出了NSPC實(shí)現(xiàn)NAT穿越的過(guò)程；

圖3示出了NSPC在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中的相對(duì)位置；

圖4示出了NSPC數(shù)據(jù)報(bào)文的封裝；

圖5示出了NSPC數(shù)據(jù)報(bào)文的發(fā)送與接收流程。

具體實(shí)施方式