近年来各种对等通信业务如即时通信、文件共享和多媒体分发等应用广泛流行，已超过Web应用成为占用互联网带宽最多的网络应用。然而，因IP地址短缺、网络接入设备增多、互联互通需求增强等原因，基于NAT技术的多级私网接入Internet结构越来越普遍，其给对等通信的数据传输带来了很大的挑战，传统的NAT穿越解决办法无法在此网络环境下提供统一、高效的穿越服务。如何为各种NAT通信环境下的数据传输提供统一高效的传输路径，特别是为同根多级NAT下对等通信提供优化的NAT穿越办法，是本文主要解决的问题。　　 本文首先介绍了NAT技术、NAT分类以及NAT穿越技术的国内外研究现状，对现有NAT穿越技术的优缺点进行了总结，进而深入分析了STUN、TURN和ICE穿越方案在多级NAT环境下的局限性和低效的原因。　　 然后本文提出了以私网内NAT层级互联信息为基础的NAT下对等通信的数据传输方案，该方案包括多级NAT私网内NAT层级互联信息获取和辅助服务部署、基于名字的用户注册和服务请求以及多级私网下NAT穿越测试和通道建立过程三个部分。另外，在多级NAT下服务器分配时，还提出了一种多级NAT私网下主机IP地址发生覆盖时的判别和回避办法。　　 接着本文详细介绍了NAT环境下对等通信的NAT穿越系统的设计与实现，先整体介绍系统的模块划分和部署，并定义系统实体间各种交互消息，然后详细介绍了终端用户NAT穿越测试过程和通道建立子模块以及基于OpenDHT的信息存储子模块的设计与实现，以及在多种典型的NAT通信环境下对该NAT穿越系统进行测试实验，并对实验结果进行分析讨论。　　 最后，本文从系统的并发性以及可管理性的角度对原系统方案进行了分析，并在此基础上提出了自底向上递归式转发服务器请求办法和辅助服务系统迭代注册的改进方案，并探讨了进一步的工作方向。