NAT穿越技术研究改进及NAT穿越中间件的设计实现

摘要

该文主要对现有NAT穿越解决方案进行了研究和改进,并在此基础上实现了一个NAT穿越中间件系统.该文首先讨论了不同NAT穿越解决方案的差别,接着选择了其中的STUN方案进行进一步的研究和改进.作为一种在用户端进行干预的NAT穿越解决方案,STUN方法具有系统负担小,容易实现,可以实现多级NAT管理等优点.但是,STUN方法无法实现对对称型NAT的穿越,而在多数对安全性要求较高的企业网中,使用的通常是对称型NAT.为了解决这个问题,我们提出了一种基于STUN方法的NAT穿越解决方案P-STUN.P-STUN方法采用了预测技术,通过获取足够的信息来预测建立连接时所使用的外部IP地址和端口,从而完成STUN方法无法完成的对称型NAT穿越.在P-STUN方法中,预测的成功率受到多方面因素的影响,对其中的主要因素进行了分析,并提出了相应的解决方案来确保预测的高成功率,如缩短临界时间长度,失败重试以及多端口预测等.该文的后半部分详细讨论并具体实现了一个NAT穿越中间件MoNT(Middleware of NAT Traversal).MoNT系统运行在终端节点上,调用并管理底层模块的功能函数,并向上层用户程序提供一系列简单而易于理解的API.用户程序调用这些API并设置性能参数,MoNT系统将自动完成对不同NAT类型的识别和穿越,建立相应的对等连接,并返回socket句柄供用户程序进行下一步的数据通信工作.首先讨论了MoNT系统的设计问题,包括设计要求,基本结构以及一些具体设计问题的解决.在此基础上,讨论了MoNT系统的具体实现,包括模块化结构,功能性流程以及主要的功能函数.我们使用Microsoft Visual C++实现了MoNT系统,该系统可以运行在Windows和Linux平台上.在第五章中对所实现的MoNT系统进行了性能测试.主要测试了MoNT系统的有效性以及对系统性能造成的负担.通过测试结果分析我们发现,MoNT系统能够完成绝大多数情况下的NAT穿越和对等连接建立,具有很高的有效性;同时,MoNT系统能够将系统负担维持在一个相对较低的水平,从而较好的达到了该文的设计要求.

目录

摘要

Abstract

第一章引言

1.1 NAT技术

1.2中间件技术

1.3论文结构安排

第二章主要的NAT穿越解决方案

2.1 UPnP NAT穿越解决方案

2.2其它主要的NAT穿越解决方案

2.3不同NAT解决方案的比较

第三章基于预测的NAT穿越方案P-STUN

3.1 STUN NAT穿越方式

3.2基于预测方法的NAT穿越方案P-STUN

3.3影响P-STUN方法的因素分析与改进方法

3.4 P-STUN性能测试及数据分析

3.5小结

第四章NAT穿越中间件的设计与实现

4.1 NAT穿越中间件的设计动机和设计要求

4.2 MoNT系统基础结构设计

4.3 MoNT系统的具体设计

4.4 MoNT系统的具体实现

4.5小结

第五章MoNT系统性能测试及数据分析

5.1测试程序的设计

5.2测试环境及参数设置

5.3测试数据及分析

5.4小结

第六章总结和展望

6.1本文主要工作

6.2今后相关研究工作

参考文献

附录研究生期间撰写论文

致谢

论文独创性声明及论文使用授权声明