[发明专利]基于SIP的P2PNAT穿越解决方案

说明书

技术领域

本发明是针对P2P软件如何顺利穿透各种类型的NAT的研究，主要研究如 何实现UDP以及TCP的NAT无缝穿透，并提出了借助于SIP协议来实现P2P 的NAT穿越方法，涉及新一代通信网络业务识别及安全主动监控技术领域。

背景技术

Peer-to-Peer(P2P)技术是以非集中方式使用分布式资源来完成任务的一种 系统应用，它充分利用了客户端的内容，带宽等资源，具有极强的分布性和自组 织性。目前，P2P的网络应用在互联网上取得了飞速的发展，包括以BT为代表 的P2P文件共享和以Skype为代表的P2P音视频通信。

NAT设备很好地解决了IPv4的地址稀缺和网络安全等问题，因而被广泛应 用，同时也给P2P提出了新的难题，比如内网和外网使用两种不同的IP地址， 而且很多NAT设备会过滤掉外部网络的IP包。如何在NAT环境中，实现P2P应 用是学术界和工业界普遍关注的问题。

SIP(会话发起协议)是IETF提出的基于文本的信令协议，已成为IP通信领 域的核心协议。很多P2P的应用都使用SIP协议作为通信的信令。如何将P2P 和SIP结合起来，相互利用各自的优势，已经成为一个热门的话题。

发明内容

技术问题：本发明选择SIP作为实现P2P NAT穿越的通信协议，该方法适 用于Full Core NAT，Restrict Core NAT和Port Restrict Core NAT，尚不适用于 Symmetric NAT，Symmetric NAT可以通过TURN方法实现穿越。

UDP穿越NAT过程中使用STUN协议探测映射后的公网地址，该方案在笔 者参与的IP-PBX系统中已成功使用；TCP穿越NAT过程中则使用STUNT协议 探测映射后的公网地址，TCP的NAT穿越受很多外界条件的制约，目前还尚未 成熟。

技术方案：本发明提出了一种基于SIP的UDP/TCP穿越NAT的方案。

(1)基于SIP的UDP穿越NAT方案

UDP的NAT穿越相比TCP来说要简单些，根据通信双方是否都位于NAT内部， 可分为三种情况讨论：一、通信一方在NAT内部，另一方在公网上；二、通信双 方分别位于两个不同的NAT内；三、通信双方位于同一个NAT内。其中，当通信 双方位于两个不同NAT内时，交互过程最为复杂。本文就以这种情况介绍基于SIP 的UDP穿越NAT方案(其他两者情况也可使用该方案实现NAT的穿透)。该情况 的网络拓扑结构如附图1所示，NAT设备N和NAT设备M把两个不同的私网连接 到公网上(图中只画出了一台STUN服务器，实际应用中，两主机可以选择不同 的STUN服务器)，公网上的SIP代理服务器用于中转HostA和HostB之间的SIP 消息，以协调NAT穿越中的消息流。

在通信之前通信双方通过与公网上的STUN服务器的通信，可以获得某个内 网传输层地址经NAT映射后的地址，然后通过SIP消息(如INVITE消息)，经SIP 服务器中转，把映射后的本机传输层地址告诉对方。此时，通信双方即可向该传 输层地址发送UDP消息，实现不同NAT内两主机间的直接通信。由于UDP包不需 要通过其他服务器中转，所以传送效率高，时延小。Skype软件就是通过类似的 方法实现不同NAT内主机间的语音通信的。

该方案的具体流程如附图2所示，在流程1中，通信双方HostA和HostB通 过SIP消息的交互，表明建立通信的意图。在流程2中，通过和STUN服务器的 交互分别获得各自经NAT映射后的传输层地址，如主机HostA<a，p>经NAT设备 N映射后的传输层地址为<A，P>，主机HostB<b，q>经NAT设备M映射后的传输层 地址为<B，Q>。在流程3中，主机HostA和HostB通过SIP消息互通映射后的地 址。最后，在流程4中，由于已获得对方的映射地址，此时可以直接通过该地址发送 UDP包，实现端到端的UDP通信。