專利名稱：通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通信方法，特別涉及一種能夠使得用戶端在對稱型NAT中也能夠?qū)崿F(xiàn)點對點互通的通信方法。
背景技術(shù)：
NAT(網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換器)是在internet IP地址日益缺乏的情況下產(chǎn)生的，它的主要目的就是為了能夠地址重用。NAT負責將某些內(nèi)網(wǎng)IP地址的計算機向外部網(wǎng)絡(luò)發(fā)出的IP數(shù)據(jù)包的源IP地址轉(zhuǎn)換為NAT自己的公網(wǎng)的IP地址，目的IP地址不變，并將IP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給路由器，最終到達外部的計算機。同時負責將外部的計算機返回的IP數(shù)據(jù)包的目的IP地址轉(zhuǎn)換為內(nèi)網(wǎng)的IP地址，源IP地址不變，并最終送達到內(nèi)網(wǎng)中的計算機。
NAT分為兩大類，基本的NAT和NAPT(Network Address/Port Translator，網(wǎng)絡(luò)地址/端口轉(zhuǎn)換器)?；镜腘AT會改變IP包中的原IP地址，但是不會改變IP包中的端口。NAPT不但會改變經(jīng)過這個NAT設(shè)備的IP數(shù)據(jù)報的IP地址，還會改變IP數(shù)據(jù)報的TCP/UDP(用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議)端口。通過NAPT上網(wǎng)的特點決定了只能由NAPT內(nèi)的計算機主動向NAPT外部的主機發(fā)起連接，外部的主機想直接和NAPT內(nèi)的計算機直接建立連接是不被允許的。
所以，數(shù)字信息穿越NAT/FW(防火墻)是internet上各類應(yīng)用，特別是P2P(點到點)應(yīng)用，經(jīng)常需要面對的問題。
對于下面幾種情況，目前已經(jīng)有比較好的解決方案1、發(fā)送方、接收方至少有一方位于公網(wǎng)。
2、發(fā)送方、接收方都位于Cone(圓錐型)NAT(包括Full Cone、RestrictedCone、Port Restricted Cone)。
但是如果是下面的情況，目前采用的方案一般都是通過服務(wù)器進行中轉(zhuǎn)，而無法實現(xiàn)真正的P2P通信。
步驟204、即時通信服務(wù)器根據(jù)確定能查看的用戶狀態(tài)信息，向虛擬形象信息單元取相應(yīng)的虛擬形象信息；這里的虛擬形象信息可以是將要顯示給第一用戶的虛擬形象圖片，也可以是虛擬形象圖片的編號；表2為一個根據(jù)用戶狀態(tài)信息，確定用戶終端應(yīng)該顯示的用戶虛擬形象圖片的例子

表2若第一用戶無權(quán)查看第二用戶的表情狀態(tài)，但有權(quán)查看工作狀態(tài)，則顯示的圖片如表3所示

表3
首先，用戶端1登錄服務(wù)器，NAT1為這次會話分配了一個端口，比如60000，那么服務(wù)器收到的用戶端1的地址是202.187.45.3:60000，這就是用戶端1的外網(wǎng)地址了。同樣，用戶端2登錄服務(wù)器，NAT2給此次會話分配的端口，比如40000，那么服務(wù)器收到的2的地址是187.34.1.56:40000。
此時，用戶端1與用戶端2都可以與服務(wù)器通信了。如果用戶端1此時想直接發(fā)送信息給用戶端2，那么他可以從服務(wù)器那兒獲得用戶端2的公網(wǎng)地址187.34.1.56:40000，現(xiàn)在我們需要的是在NAT2上打一個方向為202.187.45.3(即用戶端1的外網(wǎng)地址)的洞，那么用戶端1發(fā)送到187.34.1.56:40000的信息，用戶端2就能收到了。
因為只有服務(wù)器和用戶端2保持通信。所以，這個打洞操作由服務(wù)器指示用戶端2發(fā)送。即，如果用戶端1想向用戶端2發(fā)送信息，那么用戶端1發(fā)送命令給服務(wù)器，請求服務(wù)器命令用戶端2向用戶端1方向打洞。
以上過程只適合于Cone NAT的情況，如果是Symmetric NAT，那么當用戶端2向用戶端1打洞的端口已經(jīng)重新分配了，用戶端2將無法知道這個端口。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種即使一方為對稱型NAT的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)點對點互通的通信方法。
依照本發(fā)明的用于在第一用戶端和第二用戶端建立連接的通信方法，其中，第一用戶端通過非對稱型NAT與服務(wù)器連接，第二用戶端通過對稱型NAT與服務(wù)器連接。該方法包括步驟a，當?shù)谝挥脩舳苏埱笈c第二用戶端建立連接時，第二用戶端通過對稱型NAT向服務(wù)器的不同端口發(fā)送數(shù)據(jù)包，更新服務(wù)器上的端口跳變列表；步驟b，當端口跳變列表中跳變規(guī)律為規(guī)律跳變時，第二用戶端根據(jù)該跳變規(guī)律打洞，來建立第一用戶端和第二用戶端之間的連接。
依照本發(fā)明的通信方法，當端口跳變規(guī)律為規(guī)律跳變時，可以建立第一用戶端和第二用戶端之間的點對點連接。


圖1為兩用戶端分別通過NAT和服務(wù)器相連的通信系統(tǒng)。
圖2為依照本發(fā)明的連接方法的流程圖。
圖3為端口跳變?yōu)橐?guī)律跳變且加權(quán)值固定時連接方法的流程圖。
圖4為端口跳變?yōu)橐?guī)律跳變但加權(quán)值不固定時連接方法的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明通過UDP端口跳變預(yù)測，實現(xiàn)客戶端在symmetric NAT中也能夠?qū)崿F(xiàn)P2P互通的方法。
symmetric NAT端口跳變，主要存在3種方式1、規(guī)律跳變，如N+M，N+2M，N+3M，權(quán)值M固定2、比較規(guī)律，在一段時間里面一直增加，或者一直減少，變更的權(quán)值不固定。
3、完全無規(guī)律，但無任何規(guī)律的開始增加，過了一會，又減少比如5467，3210，9971，10031，4998...
現(xiàn)網(wǎng)很大一部分symmetric NAT的端口跳變屬于前兩種情況，而且大多數(shù)情況下不會出現(xiàn)跳變的端口比跳變前小的情況。
對于無規(guī)律跳變的情況，通過服務(wù)器中轉(zhuǎn)的方式傳送文件。但對于上述的情況1和2，則可以通過本發(fā)明的方法實現(xiàn)兩用戶端的互連。
參照圖2，描述依照本發(fā)明的在用戶端1和用戶端2之間實現(xiàn)P2P互通的方法，其中用戶端2通過對稱型(symmetric)NAT和服務(wù)器相連。
首先，在步驟S201中，用戶1使用的用戶端1向服務(wù)器提出請求和用戶2使用的用戶端2建立連接的申請。
在步驟S202中，服務(wù)器準備幾個監(jiān)聽端口號，通知處于對稱型NAT的客戶端2向這幾個監(jiān)聽端口發(fā)送數(shù)據(jù)包，這些消息包通過NAT時，源地址端口都發(fā)生跳變。服務(wù)器根據(jù)接收的數(shù)據(jù)包，更新存儲在服務(wù)器上的端口跳變列表，并根據(jù)該端口跳變列表分析跳變規(guī)律。
在步驟S203中，服務(wù)器判斷該跳變規(guī)律是否為無規(guī)律的端口跳變。當確定該跳變規(guī)律為無規(guī)律的端口跳變時，執(zhí)行步驟S210。否則，當確定該跳變規(guī)律為規(guī)律的端口跳變時，執(zhí)行步驟S204。
在步驟S204中，服務(wù)器進一步判斷該規(guī)律的端口跳變是否為加權(quán)值固定的跳變。如果確定該規(guī)律跳變?yōu)榧訖?quán)值固定的跳變時，執(zhí)行步驟S205。否則執(zhí)行步驟S206。
在步驟S205中，服務(wù)器要求用戶端2進行N+M打洞，其中N為在步驟S202中的最后一次跳變的端口，M為在步驟S204中確定的加權(quán)值。
如果端口跳變是規(guī)律跳變但加權(quán)值不固定，則在步驟S206中，采用線形逼近策略。即，服務(wù)器要求用戶端2進行for(i＝N，N+U)打洞，其中N為在步驟S202中的最后一次跳變的端口，U為分析在步驟204中確定的一數(shù)值，該數(shù)值為大于在端口跳變列表中任意前后相鄰打洞的端口之差的值。也就是說，用戶端2進行N，N+1，......，N+U打洞。在本發(fā)明中，式子for(i＝A，B)表示第二用戶端進行端口A到B的打洞。
在執(zhí)行了步驟S205或S206之后，服務(wù)器在步驟S207中要求用戶端1通過在步驟S205或S206中用戶端2的打洞，執(zhí)行兩者之間的連接。也就是說，當加權(quán)值為固定的加權(quán)值M，且執(zhí)行了步驟S205之后，用戶端1向用戶端2的公網(wǎng)地址端口(該端口為N+M)發(fā)送數(shù)據(jù)包；當加權(quán)值為非固定的加權(quán)值，且執(zhí)行了步驟S206之后，用戶端1向用戶端2的公網(wǎng)地址端口(該端口為N，N+1，......，N+U)發(fā)送數(shù)據(jù)包。在步驟S208中，確定連接是否成功。如果成功，則處理結(jié)束。如果沒有成功，則執(zhí)行步驟S209，確定連接重試是否已執(zhí)行了X次。如果確定連接重試執(zhí)行了X次，則執(zhí)行步驟S210。否則返回步驟S203。
在步驟S210中，確定端口更新是否已經(jīng)重試了Y次。如果否，則返回步驟S202。如果是，則執(zhí)行步驟S211。在步驟S211中，利用服務(wù)器中轉(zhuǎn)方式連接用戶端1和用戶端2。
步驟S209和S210的作用是為了防止網(wǎng)絡(luò)異常而導(dǎo)致丟包的情況，X和Y的值一般較小，例如取值2或3。
此外，對于加權(quán)值為非固定的加權(quán)值的情況，當步驟S207中沒有建立用戶端1和用戶端2之間的連接時，可以進一步要求用戶端2進行for(i＝N，N+U×2)打洞，然后執(zhí)行用戶端1和用戶端2之間的連接等。這種情況將在參照圖4的描述中進行詳細的說明。
下面，參照圖3，更詳細地描述在加權(quán)值固定的規(guī)律跳變端口的symmetricNAT的情況下執(zhí)行的通信方法。
用戶端1向服務(wù)器發(fā)送與用戶端2的連接請求。服務(wù)器接收到該連接請求之后，向用戶端2發(fā)送更新端口跳變列表請求。用戶端2接收到該更新端口跳變列表請求時，向服務(wù)器的不同端口發(fā)送數(shù)據(jù)包，更新存儲在服務(wù)器上的端口跳變列表。服務(wù)器根據(jù)端口跳變列表確定端口跳變?yōu)橐?guī)律跳變，且加權(quán)值固定為M。服務(wù)器請求用戶端2進行N+M(N為更新跳變規(guī)律時最后一次跳變的端口)打洞，建立用戶端1和用戶端2的連接。具體的，服務(wù)器請求用戶端2向用戶端1公網(wǎng)IPPort(其為NAT1為用戶端1分配的端口)發(fā)送數(shù)據(jù)包，同時，請求用戶端1向用戶端2公網(wǎng)IPPort(N+M)發(fā)送數(shù)據(jù)包。
比如，NAT1(202.187.45.3)為用戶端1分配UDP端口62000，NAT2(187.34.1.56)為用戶端2分配UDP端口31000。通過與服務(wù)器的對話，用戶端1和用戶端2都相互知道了對方所映射的公網(wǎng)IP和端口。
當用戶端1請求和用戶端2連接時，其發(fā)送請求給服務(wù)器。服務(wù)器請求用戶端2向該服務(wù)器的不同端口發(fā)送數(shù)據(jù)包，更新端口跳變列表。假設(shè)，更新之后的端口跳變列表為31001，31002，31003，31004。從該端口跳變列表可以看出，端口跳變規(guī)律為加權(quán)值為1的規(guī)律跳變。之后，服務(wù)器請求用戶端2向用戶端1公網(wǎng)202.187.45.3:62000發(fā)送數(shù)據(jù)包，用來在NAT2上建立會話對應(yīng)關(guān)系；且服務(wù)器請求用戶端1向用戶端2公網(wǎng)187.34.1.56:31005(31004+1(加權(quán)值))。從而，通過上述步驟，建立了用戶端1和用戶端2之間的連接。
下面，參照圖4，更詳細地描述在上述情況2中的操作過程。
對稱型NAT在很多時候的端口跳變規(guī)律是在原來端口(N)的基礎(chǔ)上，直接每次+M(即上述的情況1)；但是也有很多情況M不是固定(即上述的情況2)。
例如，對方的端口剛開始是3245，趨勢可能是3245 3256 6788 9876 9978(端口數(shù)每次增加的例子)；或3245 1234 1232 1100 1000(端口數(shù)每次減小的例子)。
可以通過循環(huán)重發(fā)機制試探的方式猜測下次變化的端口。
對于上述的端口數(shù)遞增的例子，最簡單的試探方式是從9978-65535(最大的端口數(shù))發(fā)送UDP，這樣基本可以保證連接成功，但是開銷過大，在這個例子中就需要發(fā)送65535-9978＝55557個數(shù)據(jù)包，顯然不合適。即使是根據(jù)抓包分析，30000后的端口很少開，可以改進一下從9978--30000發(fā)送UDP，即使如此開銷也仍然過大。
進一步優(yōu)化，分析每次的遞增趨勢，比如3245 3256 6788 9876 9978可以從后一次減去前一次的差值中得知變化不會超過一個固定的數(shù)，比如500，那么下一步發(fā)送9978～9978+500，共500個包進行試探?？梢赃M一步改進每次以500遞增，發(fā)送9978～9978+500，9978～9978+1000，9978～9978+1500，9978～9978+2000，9978～9978+2500......進行試探。因為是UDP的方式，發(fā)送后不管，因此開銷不大，有一次，打中對方的端口，就以后連接穩(wěn)定了。該策略可以稱之為線性逼近。
需要指出，由于網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定，更多連接不上的情況將是丟包，所以采取如下方式進行多輪打洞for(i＝9978...i＝9978+500)；for(i＝9978...i＝9978+1000)；for(i＝9978...i＝9978+1500)；......
也就是說，在第m輪中，第二用戶端執(zhí)行N至N+U×m循環(huán)打洞，其中N為分析跳變規(guī)律時第二用戶端的最后打洞端口，U為大于在端口跳變列表中任意前后相鄰打洞的端口之差的值。在此處，N＝9978，U＝500。
在該方式中，后一輪覆蓋了前一輪，可以有效地避免由于網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定而導(dǎo)致丟包的情況。
當然，也可以采用這樣的方式for(i＝9978...i＝9978+500)；for(i＝9978...i＝9978+1000)；for(i＝9978+500...i＝9978+1500)；......
也就是說，在第1輪中，第二用戶端執(zhí)行N至N+U循環(huán)打洞，在大于1的第m輪中，第二用戶端執(zhí)行N+U×(m-2)至N+U×m循環(huán)打洞，其中N為分析跳變規(guī)律時第二用戶端的最后打洞端口，U為大于在端口跳變列表中任意前后相鄰打洞的端口之差的值。在此處，N＝9978，U＝500。
在該方式中，對于每個端口，保證至少重試一次，這可以在避免丟包的同時減少了開銷。
如果假設(shè)網(wǎng)絡(luò)是，不考慮丟包的情況，也可以采用下面的方式for(i＝9978...i＝9978+500)；for(i＝9978+500...i＝9978+1000)；for(i＝9978+1000...i＝9978+1500)；......
也就是說，在第m輪中，第二用戶端執(zhí)行N+U×(m-1)至N+U×m循環(huán)打洞，其中N為分析跳變規(guī)律時第二用戶端的最后打洞端口，U為大于在端口跳變列表中任意前后相鄰打洞的端口之差的值。在此處，N＝9978，U＝500。
在該方式中，對每個端口僅進行一次連接嘗試。
以上述的第一種方式為例子，參照圖4，詳細描述該通信方法的流程。
首先，用戶端1向服務(wù)器發(fā)送與用戶端2的連接請求。服務(wù)器接收到該連接請求之后，向用戶端2發(fā)送更新端口跳變列表請求。用戶端2接收到該更新端口跳變列表請求時，向服務(wù)器的不同端口發(fā)送數(shù)據(jù)包，更新存儲在服務(wù)器上的端口跳變列表。服務(wù)器根據(jù)端口跳變列表確定端口跳變?yōu)橐?guī)律跳變，且加權(quán)值固定不固定，但是任意前后相鄰打洞的端口之差不大于U。服務(wù)器請求用戶端2進行N，N+1，......，N+U(N為更新跳變規(guī)律時最后一次跳變的端口)打洞，建立用戶端1和用戶端2的連接。具體的，服務(wù)器請求用戶端2向用戶端1公網(wǎng)IP端口(其為NAT1為用戶端1分配的端口)發(fā)送數(shù)據(jù)包，同時，請求用戶端1向用戶端2公網(wǎng)IP端口(該端口為N，N+1，......，N+U)發(fā)送數(shù)據(jù)包。當該第一輪連接沒有成功時。執(zhí)行第二輪的連接，即服務(wù)器請求用戶端2進行N，N+1，......，N+U×2打洞。如果第二輪也沒有連接成功，則按照這樣的規(guī)律進行第三輪連接，依次類推，在此不再詳細描述。如圖4所示的例子中，在第三輪中建立連接，連接建立時用戶端2的端口為X。
因為網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，或者其他很多不確定因素，特別是處于Symmetric NAT這種端口跳變的校園多級NAT或者企業(yè)網(wǎng)的情況，注冊的端口不是很正規(guī)，有的時候是負數(shù)如(-12345)，有的時候可能是(123&45)，遇到這樣的情況，在分析跳變規(guī)律的時候，不能隨便拋棄這些異常，而要做必要的修正處理，如(-12345)改為(12345)，(123&45)去掉&改為12345。
通過本方案，可以實現(xiàn)用戶端在symmetric NAT中也能夠?qū)崿F(xiàn)P2P互通的方法，滿足當前P2P應(yīng)用的需求。
權(quán)利要求
1.一種用于在第一用戶端和第二用戶端建立連接的通信方法，其中，第一用戶端通過非對稱型NAT與服務(wù)器連接，第二用戶端通過對稱型NAT與服務(wù)器連接，該方法包括步驟a，當?shù)谝挥脩舳苏埱笈c第二用戶端建立連接時，第二用戶端通過對稱型NAT向服務(wù)器的不同端口發(fā)送數(shù)據(jù)包，更新服務(wù)器上的端口跳變列表；步驟b，當端口跳變列表中跳變規(guī)律為規(guī)律跳變時，第二用戶端根據(jù)該跳變規(guī)律打洞，來建立第一用戶端和第二用戶端之間的連接。
2.如權(quán)利要求1所述的通信方法，其中，在步驟b中，當端口跳變?yōu)榧訖?quán)值固定的跳變時，第二用戶端進行N+M打洞，其中N為在步驟a中第二用戶端的最后一次打洞端口，M為加權(quán)值。
3.如權(quán)利要求1所述的通信方法，其中，在步驟b中，當端口跳變?yōu)榧訖?quán)值非固定的跳變時，第二用戶端進行N至N+U循環(huán)打洞，直至建立第一用戶端和第二用戶端之間的連接，其中N為在步驟a中第二用戶端的最后一次打洞端口，U為大于在端口跳變列表中任意前后相鄰打洞的端口之差的值。
4.如權(quán)利要求1所述的通信方法，其中，在步驟b中，當端口跳變?yōu)闊o規(guī)律跳變時，利用服務(wù)器中轉(zhuǎn)方式執(zhí)行第一用戶端和第二用戶端之間的通信。
5.如權(quán)利要求1所述的通信方法，其中，在步驟b中，當端口跳變?yōu)榧訖?quán)值非固定的跳變時，第二用戶端進行n輪打洞，直至建立第一用戶端和第二用戶端之間的連接，n為大于1的整數(shù)，其中，在第m輪中，第二用戶端執(zhí)行N至N+U×m循環(huán)打洞，其中N為在步驟a中第二用戶端的最后一次打洞端口，U為大于在端口跳變列表中任意前后相鄰打洞的端口之差的值，m為1-n的任一整數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的通信方法，其中，在步驟b中，當端口跳變?yōu)榧訖?quán)值非固定的跳變時，第二用戶端進行n輪打洞，直至建立第一用戶端和第二用戶端之間的連接，n為大于1的整數(shù)，其中，在第1輪中，第二用戶端執(zhí)行N至N+U循環(huán)打洞，在第m輪中，第二用戶端執(zhí)行N+U×(m-2)至N+U×m循環(huán)打洞，其中N為在步驟a中第二用戶端的最后一次打洞端口，U為大于在端口跳變列表中任意前后相鄰打洞的端口之差的值，m為2-n的任一整數(shù)。
7.如權(quán)利要求1所述的通信方法，其中，在步驟b中，當端口跳變?yōu)榧訖?quán)值非固定的跳變時，第二用戶端進行n輪打洞，直至建立第一用戶端和第二用戶端之間的連接，n為大于1的整數(shù)，其中，在第m輪中，第二用戶端執(zhí)行N+U×(m-1)至N+U×m循環(huán)打洞，其中N為在步驟a中第二用戶端的最后一次打洞端口，U為大于在端口跳變列表中任意前后相鄰打洞的端口之差的值，m為1-n的任一整數(shù)。
8.如權(quán)利要求1-7任一所述的通信方法，其進一步包括對端口跳變列表中的端口進行修正的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于在第一用戶端和第二用戶端建立連接的通信方法，其中，第一用戶端通過非對稱型NAT與服務(wù)器連接，第二用戶端通過對稱型NAT與服務(wù)器連接。該方法包括步驟a，當?shù)谝挥脩舳苏埱笈c第二用戶端建立連接時，第二用戶端通過對稱型NAT向服務(wù)器的不同端口發(fā)送數(shù)據(jù)包，更新服務(wù)器上的端口跳變列表；步驟b，當端口跳變列表中跳變規(guī)律為規(guī)律跳變時，第二用戶端根據(jù)該跳變規(guī)律打洞，來建立第一用戶端和第二用戶端之間的連接。
文檔編號H04L12/28GK1859314SQ200610058629
公開日2006年11月8日 申請日期2006年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月2日
發(fā)明者何文彬, 孫志斌 申請人:華為技術(shù)有限公司