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【摘 要】通过分析P2P通信方案的特点，提出综合型的NAT穿透机制，引入服务器集群设计思路，在保证通信机制的稳定性和可靠性基础上，能够最大程度避免NAT设备的误判并提高NAT设备的穿透概率，经过大量的实际测试，该机制的优点能够在低网速的校园网络环境下得到充分体现，实际测试与理论分析基本吻合。
【关键词】P2P 服务器集群 NAT设备 TCP
一、P2P通信分析
P2P通信主要依赖于NAT设备的机制，传统的实现方法有以下几种：1、通信双方利用一台具备公网合法IP的服务器作为中介，各自登陆，然后利用服务器转发信息。该方法效率低2、通信双方利用一台公网合法IP服务器，但服务器只参与向双方提供穿透NAT设备的数据信息，不进行真正传输的数据转发。信息可靠性不高，且NAT设备类型会影响其可靠性。3、通信双方仍利用一台合法公网IP服务器，在提供端口映射关系等信息给节点时，依次判断每个节点的NAT状态，并提供端口猜测机制。该方法提出了猜测端口的思想，但命中几率很低，并且通过NAT设备运行状态来提高猜中几率是相当困难的。
二、通信方案设计
（一）群组服务器模型设计。服务器集群即将多台服务器集中到一起工作，每台服务器将计算出的结果进行汇总以便得出最准确的计算结果。因此需要多台服务器在不同校园网络环境下进行分析。当有节点接入服务器后，服务器立即验证登陆，并将该节点的内部端口和外部端口的映射关系进行分析，综合后将计算结果存入数据库UI表中，当某节点发出通信申请后，服务器会根据发起方所请求的目的IP，取出相应的映射关系表信息并进行判断，此过程服务器会确定最佳的通信线路并一直跟踪该映射关系对应的NAT设备，最后选定通信方案并将本次通信备录到数据库。
（二）节点类型判断方法。判断NAT设备类型方法是利用服务器返回的状态来确定，第一步：节点向服务器发出请求，服务器收到请求后返回客户端的外部IP和PORT，如果二者一致，则说明节点无需做NAT穿透，如果不一致，则进行第二步。第二步：节点向服务器1发出请求，服务器1将获取的节点外部IP和PORT告诉服务器2，服务器2向节点发出请求，如果能收到请求，则判定节点NAT设备为A型，如果不能则进行第三步。第三步：客户端同时利用相同内部IP和PORT向服务器1和2发出请求，服务器返回两组外部IP和PORT，对比看是否相同，不同则说明是D型，相同则进行第四步。第四步：节点向服务器发出请求，服务器用相同的IP但不同的PORT向节点返回信息，如果节点收不到信息则说明是C型，如果收的到则说明是B型。
三、测试结果分析
（一）T1和穿透概率关系。我们先讨论T1、T2取值对穿透NAT成功概率的影响，如图1所示，横坐标为T1取值，纵坐标为概率。其中从左至右分别为在网速0K-5K、5K-20K的环境下测试的，从图上可以看出T1值只是在低校园网速下对穿透概率有影响，当校园网速较好时，T1值取2s即可满足B型设备穿透要求。
图1 T1与穿透概率关系图
（二）T2和穿透概率关系。如图2所从左至右分别为：在0K-10K、10K-50K的环境下测试的，横坐标为T2取值，纵坐标为概率。从图上可以看出T2也是在低网速下才会对穿透概率有影响，校园网速较好时取4S即可满足C型设备穿透要求。同时可以看出，T2值>T1值，这是因为C型设备在做NAT穿透时，多了更多的限制条件，因此需要更多的延时来保证穿透的可靠性，数据结论与理论基本一致。
图2 T2与穿透概率关系图
四、结束语
本文在传统P2P通信方法上，设计并实现了一种基于服务器集群模型的高效P2P在校园网中的通信机制，通过大量实验测试对该机制中的T1、T2、N1、N2等重要参数进行了数据处理，得出结论：该机制在校园网速较快的环境下，与普通P2P通信差别不大，但是在低校园网速的环境下，能够很好的保证NAT穿透的稳定性。
参考文献：
[1]王韬.从P2P技术发展历程浅析P2P识别技术[J].出国与就业，2011，11（32）：164.
[2]孙卫喜，席少龙.对等网联下NAT穿越问题的研究[J].电子技术应用，2013，39（5）：132-134.
[3]余以胜.P2P网络的NAT穿越技术研究[J]. 研究与设计，2012，28（1）：28-30.
作者简介：
兰青青.（1982 -），男，汉族，工作单位（中英文）是四川城市职业学院，Sichuan Urban Vocational College，硕士研究生，讲师，研究领域是分布式系统.
【关键词】P2P 服务器集群 NAT设备 TCP
一、P2P通信分析
P2P通信主要依赖于NAT设备的机制，传统的实现方法有以下几种：1、通信双方利用一台具备公网合法IP的服务器作为中介，各自登陆，然后利用服务器转发信息。该方法效率低2、通信双方利用一台公网合法IP服务器，但服务器只参与向双方提供穿透NAT设备的数据信息，不进行真正传输的数据转发。信息可靠性不高，且NAT设备类型会影响其可靠性。3、通信双方仍利用一台合法公网IP服务器，在提供端口映射关系等信息给节点时，依次判断每个节点的NAT状态，并提供端口猜测机制。该方法提出了猜测端口的思想，但命中几率很低，并且通过NAT设备运行状态来提高猜中几率是相当困难的。
二、通信方案设计
（一）群组服务器模型设计。服务器集群即将多台服务器集中到一起工作，每台服务器将计算出的结果进行汇总以便得出最准确的计算结果。因此需要多台服务器在不同校园网络环境下进行分析。当有节点接入服务器后，服务器立即验证登陆，并将该节点的内部端口和外部端口的映射关系进行分析，综合后将计算结果存入数据库UI表中，当某节点发出通信申请后，服务器会根据发起方所请求的目的IP，取出相应的映射关系表信息并进行判断，此过程服务器会确定最佳的通信线路并一直跟踪该映射关系对应的NAT设备，最后选定通信方案并将本次通信备录到数据库。
（二）节点类型判断方法。判断NAT设备类型方法是利用服务器返回的状态来确定，第一步：节点向服务器发出请求，服务器收到请求后返回客户端的外部IP和PORT，如果二者一致，则说明节点无需做NAT穿透，如果不一致，则进行第二步。第二步：节点向服务器1发出请求，服务器1将获取的节点外部IP和PORT告诉服务器2，服务器2向节点发出请求，如果能收到请求，则判定节点NAT设备为A型，如果不能则进行第三步。第三步：客户端同时利用相同内部IP和PORT向服务器1和2发出请求，服务器返回两组外部IP和PORT，对比看是否相同，不同则说明是D型，相同则进行第四步。第四步：节点向服务器发出请求，服务器用相同的IP但不同的PORT向节点返回信息，如果节点收不到信息则说明是C型，如果收的到则说明是B型。
三、测试结果分析
（一）T1和穿透概率关系。我们先讨论T1、T2取值对穿透NAT成功概率的影响，如图1所示，横坐标为T1取值，纵坐标为概率。其中从左至右分别为在网速0K-5K、5K-20K的环境下测试的，从图上可以看出T1值只是在低校园网速下对穿透概率有影响，当校园网速较好时，T1值取2s即可满足B型设备穿透要求。
图1 T1与穿透概率关系图
（二）T2和穿透概率关系。如图2所从左至右分别为：在0K-10K、10K-50K的环境下测试的，横坐标为T2取值，纵坐标为概率。从图上可以看出T2也是在低网速下才会对穿透概率有影响，校园网速较好时取4S即可满足C型设备穿透要求。同时可以看出，T2值>T1值，这是因为C型设备在做NAT穿透时，多了更多的限制条件，因此需要更多的延时来保证穿透的可靠性，数据结论与理论基本一致。
图2 T2与穿透概率关系图
四、结束语
本文在传统P2P通信方法上，设计并实现了一种基于服务器集群模型的高效P2P在校园网中的通信机制，通过大量实验测试对该机制中的T1、T2、N1、N2等重要参数进行了数据处理，得出结论：该机制在校园网速较快的环境下，与普通P2P通信差别不大，但是在低校园网速的环境下，能够很好的保证NAT穿透的稳定性。
参考文献：
[1]王韬.从P2P技术发展历程浅析P2P识别技术[J].出国与就业，2011，11（32）：164.
[2]孙卫喜，席少龙.对等网联下NAT穿越问题的研究[J].电子技术应用，2013，39（5）：132-134.
[3]余以胜.P2P网络的NAT穿越技术研究[J]. 研究与设计，2012，28（1）：28-30.
作者简介：
兰青青.（1982 -），男，汉族，工作单位（中英文）是四川城市职业学院，Sichuan Urban Vocational College，硕士研究生，讲师，研究领域是分布式系统.