基于P2P網(wǎng)絡應用的NAT穿越方案的分析與設(shè)計.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，越來越多的用戶連入網(wǎng)絡，使得原有的IPv4地址資源日漸匱乏，為了解決這個問題，人們提出了多種解決方案。其中長期有效的根本解決方案是擴充IP地址資源，IPv4的資源地址向IPv6轉(zhuǎn)換，而短期有效的解決方案是利用網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換技術(shù)(NAT)，它很好地緩解了地址短缺問題。目前實際網(wǎng)絡中已經(jīng)大量部署了NAT的設(shè)備。NAT技術(shù)的出現(xiàn)一方面解決了地址緊缺問題，同時也隱藏了內(nèi)部網(wǎng)絡拓撲，帶來了一定的安全性。然而它也帶來了一定的負面

2、問題：NAT技術(shù)的引入破壞了IP網(wǎng)絡互聯(lián)模型，阻止了外網(wǎng)主機發(fā)起主動對內(nèi)網(wǎng)主機的連接。 近幾年來，基于P2P網(wǎng)絡技術(shù)的應用迅速發(fā)展起來。以BT、Emule為代表的P2P網(wǎng)絡下載軟件，以QQ、Gtalk為代表的網(wǎng)絡聊天軟件，以PPLive、Skypy為代表的音、視頻流軟件給Internet用戶帶來了巨大的便利和效益，它們充分利用了網(wǎng)絡帶寬，大大提高了帶寬的利用率。P2P技術(shù)要求點到點的對等的連接與通信。然而NAT技術(shù)卻嚴重阻礙了P

3、2P應用的發(fā)展，因為NAT技術(shù)改變了網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包的地址信息，使得對等連接無法成功建立，因此許多P2P應用無法運行在NAT網(wǎng)關(guān)設(shè)備存在的私有網(wǎng)絡環(huán)境中。 為了解決這個問題，業(yè)界提出了一些相應的解決方案，這些方案可以大致分為用戶端進行干預的解決方案和對網(wǎng)絡NAT設(shè)備進行功能升級的解決方案。前者的代表性解決方案有STUN方法和TURN方法等，而后者的代表性解決方案則包括UPnP穿越NAT解決方案，ALG方式等。這些解決方案有各自的優(yōu)點和

4、不足，在實際應用的時候應該從升級要求、網(wǎng)絡業(yè)務量、網(wǎng)絡質(zhì)量、投資狀況等角度進行綜合考慮，選擇適當?shù)慕鉀Q方案。 本文首先討論了NAT技術(shù)原理和工作流程，并且根據(jù)NAT的行為特性，對它們進行了STUNT分類，本文對于這些不同類型的NAT進行了比較深入的分析和研究。然后，本文討論了目前幾種比較流行的NAT穿越技術(shù)、不同NAT穿越解決方案的差別，接著選擇了其中的STUN方案進行進一步的研究和改進。作為一種在用戶端進行干預的NAT穿越解決

5、方案，STUN方法具有系統(tǒng)負擔小、易實現(xiàn)、可以實現(xiàn)多級NAT管理等優(yōu)點。但是，STUN方法無法實現(xiàn)對稱型NAT的穿越，而在多數(shù)對安全性要求較高的企業(yè)網(wǎng)中，使用的通常是對稱型NAT。為了解決這個問題，本文提出了一種基于STUNT方法的NAT穿越解決方案：端口預測STUNT方案。此方法采用端口預測技術(shù)和端口遍歷技術(shù)，通過獲取足夠的信息來預測建立連接時所使用的外部IP地址和端口，從而完成STUNT方法無法完成的對稱型NAT穿越。在此改進方案中