[发明专利]一种基于泊松模型的递增型对称NAT的UDP穿透方法与系统

说明书

本发明提供一种基于泊松模型的递增型对称NAT的UDP穿透方法与系统，考虑对称型NAT的两种类型、NAT分配端口的全局性特征、NAT对于释放端口的处理、以及NAT端口分配触底处理这四个重要因素，采用时齐泊松过程模拟内网访问外网的随机过程，从而预测出时间T内可能的内网访问外网数，实现递增型对称NAT的穿透，进而实现真正意义上的P2P通信网络。采用泊松模型模拟网络工作量，预测出NAT分配的下一个端口范围，进而实现递增型对称NAT的穿透。递增型对称NAT穿透前的数据采集、分析与训练；递增型对称NAT所处网络工作量的模拟；对地址敏感的递增型对称NAT的穿透；对端口敏感的递增型对称NAT的穿透。

技术领域

本发明涉及数据通信领域，尤其涉及一种基于泊松模型的递增型对称NAT的UDP穿透方法与系统。

背景技术

目前，实现NAT穿透的技术有很多种，例如：STUN协议、TURN协议、ICE协议、n2n等。这些现有技术都是对于非对称型(锥形)NAT的穿透有着良好的效果，而对于对称型NAT大部分都采用通过中继服务器转发数据包的方式进行客户端之间的通信，极大的增加了服务器的负荷，增高了对服务器带宽的要求。随着网络通信技术的发展，有部分论文以及专利提出了针对对称型NAT穿透的方法。YuanWei等人的论文《ANewMethodforSymmetricNATTraversalinUDPandTCP》提出了一种端口分配方式为递增型的对称型NAT的穿透方法，通过对NAT分配端口的预测来实现穿透，但是这种方法需要降低IP数据包的TTL(Time to Live)值，极度不好控制。UPnP技术也能实现对称型NAT的穿透，但是缺点是需要网络中的所有设备都支持UPnP，一旦单个设备不支持UPnP，也无法实现P2P。

对称型NAT主要分为两种：地址敏感型和端口敏感型。地址敏感是客户端访问同一IP地址的不同端口时，复用NAT上同一端口；客户端访问不同IP地址时，NAT分配不同端口。端口敏感是客户端访问不同IP地址或者不同端口时，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

对称型NAT的端口分配方式有三种：递增型、随机型和特殊型。递增型为从[1024,65535]按顺序等差分配端口，公差为Δp，一般来说Δp＝+1、+2。若NAT端口分配触底则从头开始分配，即上一个端口分配为65535，下一个分配的端口为1024。随机型为取一定端口范围放进队列，采用先进先出的方式分配端口，先释放的端口插入队尾。即在一定范围，随机型具备递增型的特点。之后，完全由端口释放的先后顺序来决定，具备随机性。对于递增型、随机型，端口被占用，则按顺序寻找下一个可用的端口。特殊型为一般情况下，分配端口和本地源端口一致，若发生碰撞，则从[49152,65535]区间内按顺序查找可用的端口。特殊型的分配端口数据具备有跳跃性的特征，可能有一部分数据具备递增性。

同时，影响对称型NAT预测的因素还有内网对于外网的访问。NAT的端口分配具有全局性，NAT后面可能不止有一个客户端，其他客户端对于外网的访问也会占据NAT端口的分配，从而使预测难度增大、预测准度降低。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于泊松模型的递增型对称NAT的UDP穿透方法，方法包括：

第一步，客户端A的注册模块向服务器的通信模块的两个不同PORT发送注册数据包；服务器的通信模块以七元组的形式存储注册数据包映射信息至数据库的NAT端口分配数据表，返回注册成功数据包至客户端A的注册模块，通知客户端A与服务器的连接建立成功；七元组为time,local_ip,local_port,dest_ip,dest_port,mapped_ip,mapped_port的形式；