[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(yáng);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(jì)南舜昊專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 37249
• 代理人: 李舜江

本發(fā)明提供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)，考慮對稱型NAT的兩種類型、NAT分配端口的全局性特征、NAT對于釋放端口的處理、以及NAT端口分配觸底處理這四個重要因素，采用時齊泊松過程模擬內(nèi)網(wǎng)訪問外網(wǎng)的隨機(jī)過程，從而預(yù)測出時間T內(nèi)可能的內(nèi)網(wǎng)訪問外網(wǎng)數(shù)，實現(xiàn)遞增型對稱NAT的穿透，進(jìn)而實現(xiàn)真正意義上的P2P通信網(wǎng)絡(luò)。采用泊松模型模擬網(wǎng)絡(luò)工作量，預(yù)測出NAT分配的下一個端口范圍，進(jìn)而實現(xiàn)遞增型對稱NAT的穿透。遞增型對稱NAT穿透前的數(shù)據(jù)采集、分析與訓(xùn)練；遞增型對稱NAT所處網(wǎng)絡(luò)工作量的模擬；對地址敏感的遞增型對稱NAT的穿透；對端口敏感的遞增型對稱NAT的穿透。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，尤其涉及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)。

背景技術(shù)

目前，實現(xiàn)NAT穿透的技術(shù)有很多種，例如：STUN協(xié)議、TURN協(xié)議、ICE協(xié)議、n2n等。這些現(xiàn)有技術(shù)都是對于非對稱型(錐形)NAT的穿透有著良好的效果，而對于對稱型NAT大部分都采用通過中繼服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的方式進(jìn)行客戶端之間的通信，極大的增加了服務(wù)器的負(fù)荷，增高了對服務(wù)器帶寬的要求。隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，有部分論文以及專利提出了針對對稱型NAT穿透的方法。YuanWei等人的論文《ANewMethodforSymmetricNATTraversalinUDPandTCP》提出了一種端口分配方式為遞增型的對稱型NAT的穿透方法，通過對NAT分配端口的預(yù)測來實現(xiàn)穿透，但是這種方法需要降低IP數(shù)據(jù)包的TTL(Time to Live)值，極度不好控制。UPnP技術(shù)也能實現(xiàn)對稱型NAT的穿透，但是缺點是需要網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備都支持UPnP，一旦單個設(shè)備不支持UPnP，也無法實現(xiàn)P2P。

對稱型NAT主要分為兩種：地址敏感型和端口敏感型。地址敏感是客戶端訪問同一IP地址的不同端口時，復(fù)用NAT上同一端口；客戶端訪問不同IP地址時，NAT分配不同端口。端口敏感是客戶端訪問不同IP地址或者不同端口時，NAT都分配不同端口。如下表1.1、表1.2所示。

表1.1地址敏感型NAT映射示例表

表1.2端口敏感型NAT映射示例表

對稱型NAT的端口分配方式有三種：遞增型、隨機(jī)型和特殊型。遞增型為從[1024,65535]按順序等差分配端口，公差為Δp，一般來說Δp＝+1、+2。若NAT端口分配觸底則從頭開始分配，即上一個端口分配為65535，下一個分配的端口為1024。隨機(jī)型為取一定端口范圍放進(jìn)隊列，采用先進(jìn)先出的方式分配端口，先釋放的端口插入隊尾。即在一定范圍，隨機(jī)型具備遞增型的特點。之后，完全由端口釋放的先后順序來決定，具備隨機(jī)性。對于遞增型、隨機(jī)型，端口被占用，則按順序?qū)ふ蚁乱粋€可用的端口。特殊型為一般情況下，分配端口和本地源端口一致，若發(fā)生碰撞，則從[49152,65535]區(qū)間內(nèi)按順序查找可用的端口。特殊型的分配端口數(shù)據(jù)具備有跳躍性的特征，可能有一部分?jǐn)?shù)據(jù)具備遞增性。

同時，影響對稱型NAT預(yù)測的因素還有內(nèi)網(wǎng)對于外網(wǎng)的訪問。NAT的端口分配具有全局性，NAT后面可能不止有一個客戶端，其他客戶端對于外網(wǎng)的訪問也會占據(jù)NAT端口的分配，從而使預(yù)測難度增大、預(yù)測準(zhǔn)度降低。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供一種基于泊松模型的遞增型對稱NAT的UDP穿透方法，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PORT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；