P2P流媒体应用中NAT穿越方案的研究与实现

摘要

传统的流媒体系统一般都基于C/S（Client/Server）模式，这种模式对服务器资源及网络带宽的要求较高，故其发展受到很大限制。而P2P（Peer-to-Peer）模式的引入打破了这一传统的模式，充分利用了以往被忽视的客户机资源，使服务分散化，从而减轻服务器负载并支持更大范围流媒体发布。但与之同时，网络中大量存在的NAT（应用网络地址转换协议）设备，破坏了Internet最基本的“端到端的透明性”设计理念，增加了网络的复杂性，阻碍了P2P机制在流媒体应用中的发展。因此，实现NAT的穿越，顺利建立端到端连接，便成为了P2P流媒体应用的一个关键。本文便是主要针对这一问题进行了相关的研究。 当然，对于这一热点问题，当前业界也提出了诸多的解决方案：ALG（应用层网关）、MIDCOM 类机制、基于修改协议的穿越、基于穿越代理（Proxy）的穿越及基于终端的穿越等。本文在对这些方案进行简要分析对比的基础上，针对P2P流媒体应用的特点，提出了基于STUN技术来实现P2P流媒体应用中的NAT穿越的具体方案。 具体说，本文主要包含以下内容： 首先，简要介绍了当前业界所提出的多媒体通信中NAT穿越的几种解决方案，具体分析了P2P流媒体系统的网络模型及其特点；然后通过分析比较，得出了：采用基于STUN的穿越方案来实现P2P流媒体应用中的NAT穿越具有可行性和合理性。 其次，主要对本文所提出的基于STUN的NAT穿越具体方案进行了详尽的分析和介绍：对实现当前网络中常见类型NAT的穿越进行了分类，并对每种类型的穿越实现方案进行了逐一的分析；然后在搭建或选取的各种类型的NAT存在的网络环境中，对根据该方案所编写的穿越程序进行了测试，取得了较为理想的穿越性能；其中，针对NAT穿越中的难点——对称型NAT（Symmetric NAT）的穿越，进行了重点分析，并在比较两种穿越方案（基于预测的和基于转发的方案）基础上，提出了复合型穿越方案，然后对这三种方案的性能进行了测试比较。 最后，针对实际应用中凸现出的问题，提出了相应的解决改进方案，对本文所提出的基于STUN的NAT穿越方案进行了完善；通过在实际网络环境中进行的大量测试，以及对当前网络环境中常见的NAT设备类型及相关特性所作的统计分析，从实际测试结果和理论评估两方面验证了本文提出并完善的基于STUN的NAT穿越方案的合理性及性能优势。