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视频会议系统中NAT机制的研究与实现的中期报告

一、研究背景与意义

随着视频会议的广泛应用，NAT（网络地址转换）机制的研究变得越来越重要。在视频会议中，NAT的存在会导致一些问题，如无法建立直接连接和数据包丢失等。因此，如何解决NAT的问题成为视频会议系统中的一个重要研究方向。

为了提高视频会议系统的连通率和稳定性，采用一些NAT穿透技术是必要的。常见的穿透技术包括STUN（SimpleTraversalofUDPthroughNATs）、TURN（TraversalUsingRelayNAT）和ICE（InteractiveConnectivityEstablishment）等。

二、研究目标

本文的研究目标是：

1.研究NAT的基本原理和常见的穿透技术；

2.实现基于STUN和TURN技术的NAT穿透，并测试其效果；

3.研究ICE协议并对其进行实现，并测试其效果；

4.比较各种穿透技术并分析其优缺点。

三、研究方法

本文采用的研究方法是实验研究。首先，对NAT的基本原理和常见的穿透技术进行了研究，并选择STUN、TURN和ICE三种穿透技术进行实现。其次，使用实验平台对三种穿透技术进行测试，比较其效果并分析优缺点。

四、研究内容

1.NAT的基本原理

NAT（NetworkAddressTranslation），即网络地址转换，是一种将私有网络地址转换成公网地址的机制，可以在不同网络之间建立通信连接。NAT有两种工作模式：静态NAT和动态NAT。

2.STUN的实现

STUN是最简单的穿透技术，其原理是通过公网STUN服务器获取NAT映射的外部IP和端口信息，然后将这些信息告知另一方。STUN服务器通常运行在互联网上，并遵循RFC5389标准。

本文采用了coturn作为STUN服务器，并使用C++语言实现了STUN客户端。客户端首先连接STUN服务器发送请求，服务器返回客户端的外部IP和端口信息。然后客户端将这些信息发送给另一方，并等待对方的回应。在收到对方的回应后，客户端通过NAT映射建立直接连接。

3.TURN的实现

TURN是一种常用的穿透技术，其原理是通过一个中转服务器建立通信连接。TURN服务器是一种对称NAT穿透技术，可以解决对称NAT的难题，但需要中转服务器进行转发，因此效率较低。

本文同样采用了coturn作为TURN服务器，并使用C++语言实现了TURN客户端。客户端首先连接TURN服务器发送请求，服务器返回客户端的中转地址和端口信息。然后客户端将这些信息发送给对方，并等待对方的回应。在收到对方的回应后，客户端通过中转服务器建立连接。

4.ICE的实现

ICE（InteractiveConnectivityEstablishment）是一种通过多种NAT穿透技术建立通信连接的协议。ICE协议可以自动判断NAT类型，并根据NAT类型选择合适的穿透技术，以保证连接成功率。ICE协议实现起来较为复杂，需要在客户端和服务器端都进行实现。

本文使用C++语言实现了ICE协议，并将其与coturn集成。客户端首先会执行STUN检测，获取NAT类型并选择合适的穿透技术。如果NAT类型是对称型NAT，则使用TURN技术；否则使用STUN或TURN技术。在建立连接的过程中，ICE协议会自动切换不同的穿透技术，以保证连接的成功率。

五、预期成果

1.实现基于STUN和TURN技术的NAT穿透，并测试其效果；

2.研究ICE协议并对其进行实现，并测试其效果；

3.比较各种穿透技术并分析其优缺点。

预计在完成本文的研究后，可以更好地解决视频会议中的NAT问题，提高视频会议系统的连通率和稳定性。