随着近年来的互联网发展，IP地址不断地消耗，IP地址短缺的问题却始终难以得到解决，因此，NAT技术部署越来越广泛。根据RFC定义，网络地址翻译器(NAT)是一种将IP地址从一个编址域(realm)映射到另外一个编址域的方法[1]。不过，NAT技术的应用也给网络拓扑带来更多的复杂性，增加了互联网应用的部署难度。其中多媒体业务穿透NAT就是难点之一。这几年，网络流媒体应用越来越广泛，许多创新型的应用都是基于互联网的多媒体业务，而这也正是下一代互联网发展趋势——更大数据量更高速的进行传输。而NAT穿透功能则是这些多媒体应用所不可缺少的，目前国内外在流媒体穿透NAT的研究领域上，存在许多不同的技术，并没有统一的标准，各种技术都存在优点和缺点。本文主要研究内容是基于其中一种NAT穿透方法——ICE协议，通过改进ICE协议，实现了流媒体穿透NAT的技术方案。在文中的原理理论论述中，概述了NAT问题的发展起源以及NAT相关的类型，同时，针对国内外对NAT穿透问题的研究现状进行了分析，综合比较了它们各自的优势与劣势。在这些研究的基础上，着重对ICE协议进行了研究，并提出了改进的算法与架构设计，引进了分布式与P2P的理论研究，同时基于改进的ICE协议进行了穿透NAT系统的设计与实现。通过采用软件工程的理论，对系统各个模块进行分析设计，并进行了相关测试，利用测试结果来验证理论，表明本文研究的解决方案可以很好地应用与实际项目中。