[發(fā)明專利]一種基于泊松模型的遞增型對稱NAT的UDP穿透方法與系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810908823.2
• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號: CN109120737B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃嘉煜;王巍;劉揚;王佰玲;傅春樂;何清剛
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海)
• 主分類號: H04L29/12
• 分類號: H04L29/12;H04L12/24;H04L29/08
• 代理公司: 濟南舜昊專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 37249
• 代理人: 李舜江

1.一種基于泊松模型的遞增型對稱NAT的UDP穿透方法，其特征在于，

方法采用基于泊松模型的遞增型對稱NAT的UDP穿透系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)庫，服務(wù)器以及分別與服務(wù)器通信連接的至少兩個客戶端；

客戶端包括：注冊模塊，NAT穿透模塊以及數(shù)據(jù)傳輸模塊；

服務(wù)器包括：通信模塊，采集分析訓(xùn)練模塊以及預(yù)測模塊；

采集分析訓(xùn)練模塊包括：分類器，端口敏感型數(shù)據(jù)采集模塊，地址敏感型數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)分析模塊以及訓(xùn)練數(shù)據(jù)模塊；

預(yù)測模塊包括：網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)模擬模塊以及端口預(yù)測模塊；

數(shù)據(jù)傳輸模塊用于客戶端之間的數(shù)據(jù)傳輸；

方法包括：

第一步，客戶端A的注冊模塊向服務(wù)器的通信模塊的兩個不同端口發(fā)送注冊數(shù)據(jù)包；服務(wù)器的通信模塊以七元組的形式存儲注冊數(shù)據(jù)包映射信息至數(shù)據(jù)庫的NAT端口分配數(shù)據(jù)表，返回注冊成功數(shù)據(jù)包至客戶端A的注冊模塊，通知客戶端A與服務(wù)器的連接建立成功；七元組為time,local_ip,local_port,dest_ip,dest_port,mapped_ip,mapped_port的形式；

第二步，服務(wù)器通信模塊根據(jù)NAT A公網(wǎng)IP查詢數(shù)據(jù)庫的NAT信息表，若無記錄，則進入第三步；

第三步，分類器以客戶端A的本地地址和NAT A的公網(wǎng)IP作為local_addr、mapped_ip字段查詢數(shù)據(jù)庫的NAT端口分配信息表；若mapped_port不同，則進入第四步；若mapped_port相同，則進入第五步；

第四步，端口敏感型數(shù)據(jù)采集模塊命令客戶端A的注冊模塊在t1＝iT,t2＝iT+ε,i＝1,2,3,…，ε10ms向服務(wù)器的不同端口發(fā)送UDP數(shù)據(jù)采集包，經(jīng)過預(yù)設(shè)時長后進入第六步；T為端口老化時間，T≥3min；

第五步，地址敏感型數(shù)據(jù)采集模塊命令客戶端A的注冊模塊在t1＝iT,t2＝iT+ε,i＝1,2,3,…，ε10ms向服務(wù)器的不同端口發(fā)送UDP數(shù)據(jù)采集包，經(jīng)過預(yù)設(shè)時長后進入第六步；T為端口老化時間，T≥3min；

第六步，數(shù)據(jù)分析模塊查詢、分析數(shù)據(jù)庫的NAT端口分配數(shù)據(jù)表，以NAT A公網(wǎng)IP作為mapped_ip字段提取出所有相關(guān)記錄，按時間順序排列；計算時間間隔△t10ms的相鄰端口差值，得到集合{p1,p2,p3,…}；計算時間間隔為T的相鄰端口差值，得到集合{x1,x2,x3,…}；將兩個差值集合發(fā)送至訓(xùn)練數(shù)據(jù)模塊；

第七步，訓(xùn)練數(shù)據(jù)模塊接收來自數(shù)據(jù)分析模塊的數(shù)據(jù)，使用平均值法計算出Δp的估計量，取正整數(shù)；將差值集合{x1,x2,x3,…}依次除以得到集合{y1,y2,y3,…}；使用公式，

變量n代入{y1,y2,y3,…}，t取時間T，得到概率集合{f1,f2,f3,…}；采用極大似然算法，計算出λ的估計量和存儲至數(shù)據(jù)庫的NAT信息表；

第八步，客戶端A請求建立與客戶端B的P2P連接，向服務(wù)器的通信模塊發(fā)送P2P請求數(shù)據(jù)包；通信模塊記錄P2P請求數(shù)據(jù)包接收時刻t_A以及NAT A分配的端口號mPORT_A，以客戶端B的本地地址作為local_ip字段查詢數(shù)據(jù)庫的NAT端口分配數(shù)據(jù)表，獲取NAT B的公網(wǎng)IP、最近一次分配端口mPORT_B以及時間t_B；發(fā)送NAT A、NAT B的映射地址與時刻t_A、t_B至網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)模擬模塊；

第九步，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)模擬模塊接收來自通信模塊的數(shù)據(jù)，根據(jù)NAT A、NAT B的公網(wǎng)IP查詢數(shù)據(jù)庫的NAT信息表，通過步驟六和步驟七獲取NAT B的λ；以及獲取NAT A的λ；記錄現(xiàn)在時刻t₁，使用公式

模擬出[t_A,t₁]內(nèi)NAT A內(nèi)網(wǎng)對于外網(wǎng)的訪問數(shù)X_A，以及[t_B,t₁]時間內(nèi)NAT B內(nèi)網(wǎng)對于外網(wǎng)的訪問數(shù)X_B；發(fā)送客戶端A的mPORT_A、客戶端B的mPORT_B、X_A、X_B以及NAT A的和NAT B的至端口預(yù)測模塊；

第十步，端口預(yù)測模塊接收來自網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)模擬模塊的數(shù)據(jù)，根據(jù)公式prePORT＝mPORT+Δp(1+X)，分別計算出客戶端A的預(yù)測端口值和客戶端B的預(yù)測端口值，發(fā)送至通信模塊；

第十一步，通信模塊將客戶端A、客戶端B的預(yù)測端口值分別發(fā)送至客戶端B的NAT穿透模塊和客戶端A的NAT穿透模塊；客戶端A的NAT穿透模塊和客戶端B的NAT穿透模塊分別向客戶端B的預(yù)測端口值以及附近范圍，客戶端A的預(yù)測端口值以及附近范圍發(fā)送多個UDP猜詢包；若客戶端A和客戶端B均接收到UDP猜詢包，則穿透成功，將穿透映射信息存儲在數(shù)據(jù)庫的NAT端口分配數(shù)據(jù)表中。