【摘 要】通過(guò)分析P2P通信方案的特點(diǎn)，提出綜合型的NAT穿透機(jī)制，引入服務(wù)器集群設(shè)計(jì)思路，在保證通信機(jī)制的穩(wěn)定性和可靠性基礎(chǔ)上，能夠最大程度避免NAT設(shè)備的誤判并提高NAT設(shè)備的穿透概率，經(jīng)過(guò)大量的實(shí)際測(cè)試，該機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)能夠在低網(wǎng)速的校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下得到充分體現(xiàn)，實(shí)際測(cè)試與理論分析基本吻合。

【關(guān)鍵詞】P2P 服務(wù)器集群 NAT設(shè)備 TCP

一、P2P通信分析

P2P通信主要依賴于NAT設(shè)備的機(jī)制，傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法有以下幾種：1、通信雙方利用一臺(tái)具備公網(wǎng)合法IP的服務(wù)器作為中介，各自登陸，然后利用服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)信息。該方法效率低2、通信雙方利用一臺(tái)公網(wǎng)合法IP服務(wù)器，但服務(wù)器只參與向雙方提供穿透NAT設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，不進(jìn)行真正傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。信息可靠性不高，且NAT設(shè)備類型會(huì)影響其可靠性。3、通信雙方仍利用一臺(tái)合法公網(wǎng)IP服務(wù)器，在提供端口映射關(guān)系等信息給節(jié)點(diǎn)時(shí)，依次判斷每個(gè)節(jié)點(diǎn)的NAT狀態(tài)，并提供端口猜測(cè)機(jī)制。該方法提出了猜測(cè)端口的思想，但命中幾率很低，并且通過(guò)NAT設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)來(lái)提高猜中幾率是相當(dāng)困難的。

二、通信方案設(shè)計(jì)

（一）群組服務(wù)器模型設(shè)計(jì)。服務(wù)器集群即將多臺(tái)服務(wù)器集中到一起工作，每臺(tái)服務(wù)器將計(jì)算出的結(jié)果進(jìn)行匯總以便得出最準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。因此需要多臺(tái)服務(wù)器在不同校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行分析。當(dāng)有節(jié)點(diǎn)接入服務(wù)器后，服務(wù)器立即驗(yàn)證登陸，并將該節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部端口和外部端口的映射關(guān)系進(jìn)行分析，綜合后將計(jì)算結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)UI表中，當(dāng)某節(jié)點(diǎn)發(fā)出通信申請(qǐng)后，服務(wù)器會(huì)根據(jù)發(fā)起方所請(qǐng)求的目的IP，取出相應(yīng)的映射關(guān)系表信息并進(jìn)行判斷，此過(guò)程服務(wù)器會(huì)確定最佳的通信線路并一直跟蹤該映射關(guān)系對(duì)應(yīng)的NAT設(shè)備，最后選定通信方案并將本次通信備錄到數(shù)據(jù)庫(kù)。

（二）節(jié)點(diǎn)類型判斷方法。判斷NAT設(shè)備類型方法是利用服務(wù)器返回的狀態(tài)來(lái)確定，第一步：節(jié)點(diǎn)向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，服務(wù)器收到請(qǐng)求后返回客戶端的外部IP和PORT，如果二者一致，則說(shuō)明節(jié)點(diǎn)無(wú)需做NAT穿透，如果不一致，則進(jìn)行第二步。第二步：節(jié)點(diǎn)向服務(wù)器1發(fā)出請(qǐng)求，服務(wù)器1將獲取的節(jié)點(diǎn)外部IP和PORT告訴服務(wù)器2，服務(wù)器2向節(jié)點(diǎn)發(fā)出請(qǐng)求，如果能收到請(qǐng)求，則判定節(jié)點(diǎn)NAT設(shè)備為A型，如果不能則進(jìn)行第三步。第三步：客戶端同時(shí)利用相同內(nèi)部IP和PORT向服務(wù)器1和2發(fā)出請(qǐng)求，服務(wù)器返回兩組外部IP和PORT，對(duì)比看是否相同，不同則說(shuō)明是D型，相同則進(jìn)行第四步。第四步：節(jié)點(diǎn)向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，服務(wù)器用相同的IP但不同的PORT向節(jié)點(diǎn)返回信息，如果節(jié)點(diǎn)收不到信息則說(shuō)明是C型，如果收的到則說(shuō)明是B型。

三、測(cè)試結(jié)果分析

（一）T1和穿透概率關(guān)系。我們先討論T1、T2取值對(duì)穿透NAT成功概率的影響，如圖1所示，橫坐標(biāo)為T(mén)1取值，縱坐標(biāo)為概率。其中從左至右分別為在網(wǎng)速0K-5K、5K-20K的環(huán)境下測(cè)試的，從圖上可以看出T1值只是在低校園網(wǎng)速下對(duì)穿透概率有影響，當(dāng)校園網(wǎng)速較好時(shí)，T1值取2s即可滿足B型設(shè)備穿透要求。

圖1 T1與穿透概率關(guān)系圖

（二）T2和穿透概率關(guān)系。如圖2所從左至右分別為：在0K-10K、10K-50K的環(huán)境下測(cè)試的，橫坐標(biāo)為T(mén)2取值，縱坐標(biāo)為概率。從圖上可以看出T2也是在低網(wǎng)速下才會(huì)對(duì)穿透概率有影響，校園網(wǎng)速較好時(shí)取4S即可滿足C型設(shè)備穿透要求。同時(shí)可以看出，T2值>T1值，這是因?yàn)镃型設(shè)備在做NAT穿透時(shí)，多了更多的限制條件，因此需要更多的延時(shí)來(lái)保證穿透的可靠性，數(shù)據(jù)結(jié)論與理論基本一致。

圖2 T2與穿透概率關(guān)系圖

四、結(jié)束語(yǔ)

本文在傳統(tǒng)P2P通信方法上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于服務(wù)器集群模型的高效P2P在校園網(wǎng)中的通信機(jī)制，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)該機(jī)制中的T1、T2、N1、N2等重要參數(shù)進(jìn)行了數(shù)據(jù)處理，得出結(jié)論：該機(jī)制在校園網(wǎng)速較快的環(huán)境下，與普通P2P通信差別不大，但是在低校園網(wǎng)速的環(huán)境下，能夠很好的保證NAT穿透的穩(wěn)定性。

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作者簡(jiǎn)介：

蘭青青.（1982 -），男，漢族，工作單位（中英文）是四川城市職業(yè)學(xué)院，Sichuan Urban Vocational College，碩士研究生，講師，研究領(lǐng)域是分布式系統(tǒng).