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P2P网络中NAT穿透方法的研究与实现

作　者: 秦添
导　师: 杨贯中；杨志新
学　校: 湖南大学
专　业: 软件工程
关键词: P2P通信网络地址转换传输控制协议网络地址转换穿透内外网
分类号: TP393.02
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 113次
引　用: 1次
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内容摘要

P2P通信模式在Internet中的广泛应用使得用户之间的沟通和交互变得更直接、更便捷。目前随着Internet网络用户的迅速增加,IPv4地址出现了严重的短缺。网络地址转换(NAT)设备的出现解决了这个问题。然而在NAT之后的主机IP地址在Internet上是不可见的,Internet上的主机不能主动访问这些位于NAT后的主机,但P2P网络要求任何主机之间都能直接对等交换信息。因此它们给使用P2P协议建立连接造成了困难。如何解决内外网P2P通信的NAT穿透问题已成为通信界的一个重要研究课题。本文在研究了众多不同方式的NAT穿透技术的基础上,提出了一种基于TCP穿透NAT的P2P通信方法。主要包括以下几个方面的内容：介绍了NAT的概念、NAT的工作原理、NAT的分类、NAT的配置管理以及NAT对通信的影响。介绍了P2P的概念,分析了P2P网络的特点、P2P网络的应用以及P2P网络的网络结构。对已有的NAT穿透关键技术进行了详细介绍,分析了几种目前流行的NAT穿透技术,归纳出了它们的优点和限制之处。提出了一种基于TCP穿透NAT的穿透技术,该方案能使两台分别位于防火墙/NAT后面的内网主机在一台位于公网上的服务器的协助下建立可靠的TCP连接。本文给出了该解决方案的具体步骤和示意图,通过理论分析,证明了该方法的有效性。用Visual C++开发了基于TCP穿透NAT的实验模型,实现了两台位于NAT后主机的互相通信,用实验结果证明了所提出解决方案的可行性,并通过测试分析了建立连接成功率的问题。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
插图索引  9-10
附表索引  10-11
第1章绪论  11-17
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-15
  1.3 本文主要内容  15-16
  1.4 本文组织结构  16-17
第2章 NAT概念综述  17-28
  2.1 NAT介绍及原理  17-21
  2.2 NAT设备分类  21-24
    2.2.1 全锥型(Full Cone)NAT  21-22
    2.2.2 受限锥型(Restricted Cone)NAT  22
    2.2.3 端口受限锥型(Port Restricted Cone)NAT  22-23
    2.2.4 对称型(Symmetric)NAT  23-24
  2.3 NAT的配置  24-26
    2.3.1 接口配置模式  24
    2.3.2 全局配置模式  24
    2.3.3 特权模式  24-25
    2.3.4 高级配置模式  25-26
  2.4 NAT设备对通信的影响  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章 NAT穿透的关键技术  28-40
  3.1 经典的NAT穿透技术  28-30
  3.2 基于IETF协议的穿透技术  30-35
  3.3 UDP打洞技术  35-37
  3.4 其它NAT穿透技术  37-38
  3.5 UDP与TCP穿透NAT的分析比较  38-39
  3.6 本章小结  39-40
第4章基于TCP的NAT穿透  40-50
  4.1 P2P网络模式  40-41
    4.1.1 集中目录式结构  40
    4.1.2 纯P2P网络模型  40-41
    4.1.3 混合式网络模型  41
    4.1.4 结构化网络模型  41
  4.2 本文所研究的P2P网络环境  41-43
  4.3 基于规则的NAT映射类型测试方法  43-44
  4.4 ICMP消息在NAT设备中的处理  44-45
  4.5 三次握手过程的状态变化  45-46
  4.6 应用程序协助完成TCP穿透  46-49
  4.7 本章小结  49-50
第5章基于TCP的NAT穿透系统设计与实现  50-65
  5.1 系统分析  50-51
    5.1.1 需求分析  50
    5.1.2 设计目标  50
    5.1.3 运行平台和开发工具  50-51
  5.2 系统设计  51-61
    5.2.1 整体设计  51-52
    5.2.2 消息类型和数据结构体设计  52-54
    5.2.3 客户端设计  54-58
    5.2.4 服务器端设计  58-61
  5.3 系统实现  61-63
    5.3.1 开发环境界面  61
    5.3.2 服务器端界面  61-62
    5.3.3 客户端界面  62-63
  5.4 系统评价  63
  5.5 连接效率及测试分析  63-64
  5.6 本章小结  64-65
结论  65-67
参考文献  67-70
致谢  70-71
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  71

P2P网络中NAT穿透方法的研究与实现

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