一种在互联网上传输实时多媒体数据的方法.pdf

本发明提出了一种在互联网上传输实时多媒体数据的方法，并具体包括以下步骤：(A)NSPD将新的数据报文接收到缓冲区中；(B)如果缓冲区满则丢弃某些旧报文并重新分配；如果缓冲区未满则进入下列步骤；(C)根据报文头部的信息来判断该报文是不是正确的NSPD报文，若不是正确的NSPD报文，则丢弃报文并回收缓冲区；若是正确的NSPD报文，则进入下列步骤；(D)遍历NSPD套接字控制块列表，检索出该报文所属的套接字；(E)在检索出正确的套接字控制之后，新的报文接入控制块的报文队列里，等待应用程序的进一步处理。

1、  一种在互联网上传输实时多媒体数据的方法，包括：
(A)NSPD将新的数据报文接收到缓冲区中；
(B)如果缓冲区满则丢弃某些旧报文并重新分配；如果缓冲区未满则进入下列步骤；
(C)根据报文头部的信息来判断该报文是不是正确的NSPD报文，若不是正确的NSPD报文，则丢弃报文并回收缓冲区；若是正确的NSPD报文，则进入下列步骤；
(D)遍历NSPD套接字控制块列表，检索出该报文所属的套接字；
(E)在检索出正确的套接字控制之后，新的报文接入控制块的报文队列里，等待应用程序的进一步处理。

2、  根据权利要求1的方法，其中步骤(C)进一步包括首先检查报文类型的值，如果是0x8048001，则表明这是NSPD穿越报文，否则表明这可能是NSPD虚拟端口值。

3、  根据权利要求1的方法，进一步包括步骤(F)检查套接字IO模式。

4、  根据权利要求3的方法，其中若是调用WSAAsynSelect，则根据该API的参数填充了套接字控制块的相应字段，将报文到达消息投递到SOCKET窗口，应用程序即可接收到SOCKET消息，并且应用程序返回并取走报文。

5、  根据权利要求3的方法，其中若是调用WSAEventSelect，则NSPD根据其参数填充套接字控制块中的相应字段，接收网络事件的事件句柄，这样应用程序即可接收到网络事件通知，并且应用程序返回并取走报文。

6、  根据权利要求3的方法，其中若是调用阻塞IO，则激活阻塞IO的事件句柄，并且应用程序返回并取走报文。

一种在互联网上传输实时多媒体数据的方法
技术领域
本发明属于多媒体软件开发领域，具体地说，涉及一种在互联网上传输实时多媒体数据的方法。
背景技术
一般而言，多媒体视频会议系统的服务器端都位于internet上，拥有各自独立的IP地址，但大多数会议系统的客户端却都是位于NAT设备之后，通过NAT设备连接到Internet，这样的结构给多媒体视频会议系统的开发带来了很多问题，例如，通常情况下NAT设备被配置为不允许外部的主动连接，因此会议系统的服务器很难直接向NAT内的用户主动发送音视频数据。
为了突破NAT的限制，H323等系统的做法是，配置NAT设备，对外部网络开放某些端口，利用NAT设备向内部网络的某台主机转发数据。这种做法缺乏灵活性，并且要求具有NAT设备的管理员权限，对于普通用户而言，难以实现。
因此，NSPD的做法是在系统的网络协议栈中安装新的协议层，位于NAT内部和外部的客户端与服务器上分别安装同样的协议，在这一协议层中完成了NAT防火墙的穿越功能。它通过标准的套接字接口给应用程序提供服务，并给来自上层应用程序的多媒体数据添加新的报文头，然后将封包后的数据转交给更低层的系统UDP传输层，这一方法符合网络的分层设计原则，并且能够很快应用到原有的系统中。
综上所述，本发明的任务在于解决NAT给多媒体应用带来的通讯问题，同时NSPD还结合系统协议的性质，可以实现多媒体数据的安全加密与QoS控制等。
本发明的目的是解决NAT给多媒体应用带来的通讯问题，在UDP协议的基础上实现了一个新的网络协议，能够广泛的用于各种多媒体应用程序，提供跨跃NAT防火墙的多媒体实时通讯技术。
发明内容
针对上面的上面的描述，本发明提出了一种在互联网上传输实时多媒体数据的方法，并具体包括以下步骤：(A)NSPD将新的数据报文接收到缓冲区中；(B)如果缓冲区满则丢弃某些旧报文并重新分配；如果缓冲区未满则进入下列步骤；(C)根据报文头部的信息来判断该报文是不是正确的NSPD报文，若不是正确的NSPD报文，则丢弃报文并回收缓冲区；若是正确的NSPD报文，则进入下列步骤；(D)遍历NSPD套接字控制块列表，检索出该报文所属的套接字；(E)在检索出正确的套接字控制之后，新的报文接入控制块的报文队列里，等待应用程序的进一步处理。
根据本发明的一个方面，其中步骤(C)进一步包括首先检查报文类型的值，如果是0x8048001，则表明这是NSPD穿越报文，否则表明这可能是NSPD虚拟端口值。
根据本发明的另一个方面，进一步包括步骤(F)检查套接字IO模式。
根据本发明的另一个方面，其中若是调用WSAAsynSelect，则根据该API的参数填充了套接字控制块的相应字段，将报文到达消息投递到SOCKET窗口，应用程序即可接收到SOCKET消息，并且应用程序返回并取走报文。
根据本发明的另一个方面，其中若是调用WSAEventSelect，则NSPD根据其参数填充套接字控制块中的相应字段，接收网络事件的事件句柄，这样应用程序即可接收到网络事件通知，并且应用程序返回并取走报文。
根据本发明的另一个方面，其中若是调用阻塞IO，则激活阻塞IO的事件句柄，并且应用程序返回并取走报文。
附图说明
图1示出了NSPD在网络协议栈中的相对位置；
图2给出了识别来自不同内部网络的客户端的流程；
图3给出了应用程序与NSPD SOCKET的关系；
图4给出了NSPD报文接收流程图；
具体实施方式
对下面我们参考附图，对本发明的实施例进行详细的说明。
NSPD是一个独立的网络层服务，位于系统的网络协议栈中，可以被应用程序选择使用。图1示出了NSPD在网络协议栈中的相对位置，按照网络协议的分层原则，它位于UDP传输层与应用层之间。NSPD的处于网络协议栈的中间位置，它向上提供一组调用接口，为应用程序提供服务，并且能同时接纳多个应用程序并发执行，向下，NSPD依赖于系统的UDP传输层模块，在网络上完成实际地数据交换，并在内部集成穿越NAT防火墙的功能，对于上层的应用程序透明。
应用程序通过NSPD提供的API接口间接的访问系统网络层，这些接口的功能应当尽可能完善和易于使用。根据它们各自的功能可以归纳为以下几类。
1、创建和撤销NSPD套接字
在应用程序要求使用NSPD时，NSPD应当为其提供一个全局唯一的标识，不妨称之为”NSPD套接字”。与Berkeley套接字类似，应用程序根据NSPD套接字完成所有的网络通信，一个应用程序可以创建多个NSPD套接字，分别完成各自的网络操作，且相互之间不会有影响。以套接字为基础，NSPD为应用程序提供其他的API。
每一个套接字在NSPD内部对应一个相应的数据结构，我们称之为套接字控制块，在控制块中了保存了所有与套接字相关的信息。套接字的生存期从应用程序创建开始，直到被应用程序撤销。NSPD维护这些套接字的信息，在应用程序发生异常时，自行撤销相应的套接字控制块。
应用程序通过相应的接口通过NSPD发送或接收数据包。发送时，NSPD为报文附加新的字段，与报文内容作为一个整体在网络上传输，接收时，NSPD根据附加字段的内容，将报文内容投递给正确的套接字。
网络应用程序通过IO模式来获取数据，大多数这类程序在接收报文的过程中，都具有以下两种不同的状态：
1.等待，直到可以接收数据
2.将报文从网络层复制到应用程序
按照这种方式，对施加于NSPD套接字的接收过程而言，第一步通常是等待报文从网络上达到NSPD，报文到达后，被接收到NSPD的网络缓冲区中，第二步，将其从NSPD的缓冲区中复制到应用程序的缓冲区。为了提高效率，NSPD应当尽量减少报文复制的次数。
以这些状态为基础，NSPD提供了一些基本的IO模式，能满足大多数应用程序的需求。
(1)阻塞模式
套接字调用报文接收的API时，向NSPD传达希望接收报文的讯号，然后一直处于阻塞状态。当网络数据从NSPD达到该套接字的虚拟端口后，API调用返回，应用程序从NSPD的缓冲区中获得数据。
(2)信号驱动模式
在准备接收报文之前，套接字需要设置好报文接收例程，并可以立即返回，继续其他的操作。此后，每当有数据抵达该套接字，NSPD都会发送相应的信号给应用程序，自动调用前面设置好的报文接收例程。在例程中，应用程序将数据从NSPD的缓冲区中复制到自己的缓冲区里。
应用程序对这些接口的调用具有随意性和不可预测性，因此NSPD在内部维护一组与应用程序相关的机制，以保证NSPD的稳定性和健壮性，这些机制包括虚拟端口映射、防火墙穿越机制和缓冲区管理等。
为了减少系统资源的占用，NSPD被设计为只占用一个UDP端口，不同主机上的NSPD模块都约定好使用同样的端口。这样一来，当有多个应用程序使用NSPD发送和接受数据时，就需要对报文的目的地址做进一步区分，为此我们在NSPD中引入了虚拟端口的概念。虚拟端口是一个16位正整数，每一个NSPD套接字都被绑定到一个全局唯一的虚拟端口上。发送报文时，NSPD将它的值附加到每一个报文中，作为UDP数据包的一部分在网络上传输，在接收报文时，NSPD根据虚拟端口的值，确定接收者的套接字，并且根据该套接字的IO模式，投递正确的信号给创建套接字的应用程序。
NSPD严格区分位于NAT防火墙内外两种不同的网络环境，对内称之为NSPD客户端，对外称之为NSPD服务器。客户端位于内部网络，使用内网IP地址，而服务器位于外部网络，它们被NAT设备阻隔。
利用NAT的原理，客户端需要主动往服务器发送一些数据，目的是在NAT设备上建立NAT地址到客户端内网地址的映射关系，一旦这种映射关系被建立，服务器就能通过NAT设备上对应的端口向客户端转发数据。
图3给出了自动识别来自不同内部网络的客户端的流程图，按照报文所处位置的不同，将流程分为三个步骤。
1.客户端到NAT
客户端套接字记录下本机的IP地址和虚拟端口，并将其发往服务器。未经过NAT设备之前，报文的UDP头部中的源地址与源端口均为客户端的本地地址，即内网地址。
2.经过NAT设备
NAT设备根据自身的规则，将报文的UDP头部中的源地址与源端口替换为NAT设备拥有的Internet注册的地址和端口，并记录修改前的源地址和源端口。
3.NAT到服务器
报文到达服务器之后，服务器记录两个地址：UDP头部中的地址，即NAT地址；报文内容中记录的客户端地址(包括端口)，即内网地址。这两个地址保存在服务器端的地址映射表中。
NSPD服务器的地址映射表的每一项对应一个位于内部网络的客户端，当外部网络上的应用程序通过NSPD往内网发送报文时，只需要根据内网地址和端口反查出NAT地址和端口，然后将报文发送到NAT地址即可。
下面对网络报文抵达NSPD之后的缓冲区管理进行说明，它具有以下特点：
高效率：NSPD最初是为多媒体网络应用程序设计，这类程序具有网络流量大，对实时性要求高等特点，因此NSPD应当尽量减少报文的复制次数和缓冲带来的延迟，提高效率。
稳定：NSPD为每个应用程序都保存了一定的信息，甚至为其缓冲了大量的网络报文，在应用程序发生异常时，很可能来不及回收这些资源。NSPD需要防止这种情况引起的资源泄漏，保证自身的处理能力。
图3给出了根据Windows SPI的设计，应用程序调用WSASocket函数，而Winsock会根据函数调用时提供的地址家族，套接字类型和协议参数等来决定需要加载哪个服务提供者。对于NSPD而言，只要提供对应的协议参数，就可以加载NSPD服务提供者。通常应用程序采用如下的方式来创建NSPD套接字：
WSAPROTOCOL_INFO info；
GetNSPDProviders(&info)； //获取NSPD协议参数
sock＝WSASocket(AF_INET，SOCK_DGRAM，0，
              &info，
              0，0)；
在创建完NSPD套接字之后，应用程序实际上选择了使用NSPD服务提供者。NSPD服务提供者以DLL的形式存在，该DLL导入了一个名为WSPStartup的单一函数条目。在应用程序(NSPD客户机)调用WSPStartup时，便通过一个被当作参数投送的函数派遣表来打开其他的NSPD函数，NSPD服务提供者就是由这些函数组成，它们与Winsock API的对应关系如下表所示：