[发明专利]减小视频会议系统网络地址转换穿越的系统时延的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过P2P技术结合H.323系统减小视频会议系统NAT穿越造成的系统时延的方法。

背景技术

网络地址转换(NAT，Network Address Translation)属接入广域网(WAN)技术，是一种将私有(保留)地址转化为合法IP地址的转换技术，它被广泛应用于各种类型Internet接入方式和各种类型的网络中。NAT不仅完美地解决了1P地址不足的问题，而且还能够有效地避免来自网络外部的攻击，隐藏并保护网络内部的计算机。

借助于NAT，私有(保留)地址的“内部”网络通过路由器发送数据包时，私有地址被转换成合法的IP地址，一个局域网只需使用少量IP地址(甚至是1个)即可实现私有地址网络内所有计算机与Internet的通信需求。NAT将自动修改IP报文的源IP地址和目的IP地址，IP地址校验则在NAT处理过程中自动完成。有些应用程序将源IP地址嵌入到IP报文的数据部分中，所以还需要同时对报文进行修改，以匹配IP头中已经修改过的源IP地址。否则，在报文数据都分别嵌入IP地址的应用程序就不能正常工作。但是，NAT本身也有许多缺陷：

(1)不能处理嵌入式IP地址或端口。NAT设备不能翻译那些嵌入到应用数据部分的IP地址或端口信息，它只能翻译那种正常位于IP首部中的地址信息和位于TCP/UDP首部中的端口信息，由于对方会使用接收到的数据包中嵌入的地址和端口进行通信，这样就可能产生连接故障。

(2)不能从公网访问内部网络服务。由于内网是私有IP，所以不能直接从公网访问内部网络服务，比如WEB服务，对于这个问题，一般可以采用建立静态映射的方法来解决。

(3)有一些应用程序用A端口发送数据，用B端口进行接收，但NAT设备翻译时却不知道这一点，它仍然建立一条针对A端口的映射，结果对方响应的数据要传给B端口时，NAT设备却找不到相关映射条目而会丢弃数据包。

(4)如果NAT本身又位于另一个NAT之后，则也会出现一些问题，为了节约IP资源，现在很多的ISP在它们内部架设NAT，然后再把服务提供给用户。

(5)一些P2P应用在NAT后无法进行。对于那些没有中间服务器的纯P2P应用来说，如果大家都位于NAT设备之后，双方是无法建立连接的。因为没有中间服务器的中转，使得NAT设备后的P2P程序在NAT设备上不会有映射条目，因此对方不能向你发起一个连接。

要解决上面的部分问题，可以应用NAT穿越技术(NAT Traversal)，NAT穿越技术拥有这样的功能，它能够让网络应用程序主动发现自己位于NAT设备之后，并且会主动获得NAT设备的公网IP，并为自己建立端口映射条目。也就是说，在NAT穿越技术中，NAT设备后的应用程序处于主动地位，它已经明确地知道NAT设备要修改它外发的数据包，于是它主动配合NAT设备的操作，主动地建立好映射，这样就不像以前由NAT设备来建立映射了。这样就会解决很多以前由NAT引起的网络连接问题。

解决穿透NAT问题的最常用的一种思路是，私网中的终端通过某种机制预先得到出口NAT上的对外地址，然后在载荷中所填写的地址信息直接填写出口NAT上的对外地址，而不是私网内终端的私有IP地址，这样载荷中的内容在经过NAT时就无需被修改了，只需按普通NAT流程转换报文头的IP地址即可，载荷中的IP地址信息和报文头地址信息是一致的。STUN协议就是基于此思路来解决应用层地址的转换问题。

STUN的全称是Simple Traversal of UDP Through Network Address Translators，即UDP对NAT的简单穿越方式。应用程序(即STUN CLIENT)向NAT外的STUN服务器(STUN SERVER)通过UDP发送请求STUN消息，STUN SERVER收到请求消息，产生响应消息，响应消息中携带请求消息的源端口，即STUN CLIENT在NAT上对应的外部端口。然后响应消息通过NAT发送给STUN CLIENT，STUN CLIENT通过响应消息体中的内容得知其NAT上的外部地址，并将其填入以后呼叫协议的UDP负载中，告知对端，本端的RTP(Real-timeTransportProtocol实时传输协议)接收地址和端口号为NAT外部的地址和端口号。由于通过STUN协议已在NAT上预先建立媒体流的NAT映射表项，故媒体流可顺利穿越NAT。