基于混合式P2P网络UDP下NAT穿越方案的研究与设计

摘要

随着P2P网络技术的迅速发展，它给用户带来了巨大的便利和效益，P2P充分利用了网络资源，大大提高了带宽的利用率。NAT技术的广泛应用主要是为了解决公共IP地址不足的问题，却对P2P的深入应用造成障碍，基于P2P的NAT穿越问题已经成为当今的热点议题。本文方案根据混合式P2P网络中特殊结构的特点借鉴skype的成功经验，改进超级节点UDP下NAT穿越的设计，利用超级节记录用户信息帮助P2P应用实现非对称NAT的穿越，利用超级节点中继来解决P2P下对称NAT的穿越，最终实现P2P的正常通信。
　　 本研究主要包括以下内容：详细介绍了网络地址转换(NAT)的概念、NAT的功能、目前常用的NAT技术类型、具体NAT的工作原理以及NAT的工作流程；目前比较流行的P2P网络应用以及P2P技术的发展；深入分析了NAT技术的引入给P2P应用所带来的穿越问题。详细研究了NAT穿越的各种解决方案，并对各种方案做了性能、部署场合、可行性以及可扩展性的分析和总结；对混合式P2P网络结构进行了深入的研究和分析，介绍了超级节点的运作原理和实现过程；针对混合式P2P网络结构的特殊性，提出了对超级节点的功能进行扩展设计进行NAT穿越的方案，增加了STUN探测模块和TURN中继模块，以及建立用户信息记录的设计，对该设计方案的NAT穿越过程进行了详细的介绍和分析。针对超级节点方案进行了系统框架设计和具体模块设计，包括STUN类型检查模块、TURN中继模块的代码设计及流程图设计。对本文中提出的设计方案进行实验验证，并通过分析实验结果，证明该设计方案的正确及有效性。最后总结了本文提出方案的优势与不足，提出了进一步改进的研究内容。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.2.3 研究前景

1.3 论文的主要工作

1.4 论文的结构安排

第2章 P2P下NAT穿越的问题

2.1 NAT技术

2.1.1 概述

2.1.2 NAT基本原理

2.1.3 NAT的类型

2.2 P2P技术

2.2.1 P2P定义

2.2.2 P2P网络结构

2.2.3 P2P网络特点：

2.3 NAT对P2P应用的影响

2.4 本章小结

第3章 混合式P2P网络UDP下的NAT穿越方案

3.1 NAT下穿越的一般解决方案

3.1.1 ALG方式

3.1.2 MIDCOM方式

3.1.3 STUN方式

3.1.4 TURN方式

3.1.5 完全代理(Full Proxy)方式

3.2 混合式P2P网络UDP下NAT穿越方案的设计

3.3 NAT穿越过程及方案的可行性论证

3.3.1 NAT穿越过程

3.3.2 方案可行性论证

3.4 本章小结

第4章 穿越方案的设计

4.1 STUN穿越NAT的设计

4.1.1 STUN协议分析

4.1.2 STUN消息

4.1.3 设计STUNServer与STUNCIient所需的数据结构

4.1.4 服务器端的设计

4.1.5 客户端的设计

4.2 TURN穿越NAT的设计

4.2.1 TURN协议的分析

4.2.2 TURN协议消息

4.2.3 服务器端的设计

4.2.4 客户端的设计

4.3 本章小结

第5章 仿真实验

5.1 实验环境

5.2 测试过程

5.3 实验结果分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢