UDP用打洞技术穿透NAT的原理与实现
首先先介紹一些基本概念：
??????????? NAT(Network Address?
??????????? Translators)，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換：網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換是在IP地址日益缺乏的情況下產(chǎn)生的，它的主要目的就是為了能夠地址重用。NAT分為兩大類，基本的NAT和NAPT(Network?
??????????? Address/Port Translator)。
??????????? 最開(kāi)始NAT是運(yùn)行在路由器上的一個(gè)功能模塊。
??????????? 最先提出的是基本的NAT，它的產(chǎn)生基于如下事實(shí)：一個(gè)私有網(wǎng)絡(luò)（域）中的節(jié)點(diǎn)中只有很少的節(jié)點(diǎn)需要與外網(wǎng)連接（呵呵，這是在上世紀(jì)90年代中期提出的）。那么這個(gè)子網(wǎng)中其實(shí)只有少數(shù)的節(jié)點(diǎn)需要全球唯一的IP地址，其他的節(jié)點(diǎn)的IP地址應(yīng)該是可以重用的。
??????????? 因此，基本的NAT實(shí)現(xiàn)的功能很簡(jiǎn)單，在子網(wǎng)內(nèi)使用一個(gè)保留的IP子網(wǎng)段，這些IP對(duì)外是不可見(jiàn)的。子網(wǎng)內(nèi)只有少數(shù)一些IP地址可以對(duì)應(yīng)到真正全球唯一的IP地址。如果這些節(jié)點(diǎn)需要訪問(wèn)外部網(wǎng)絡(luò)，那么基本NAT就負(fù)責(zé)將這個(gè)節(jié)點(diǎn)的子網(wǎng)內(nèi)IP轉(zhuǎn)化為一個(gè)全球唯一的IP然后發(fā)送出去。(基本的NAT會(huì)改變IP包中的原IP地址，但是不會(huì)改變IP包中的端口)
??????????? 關(guān)于基本的NAT可以參看RFC 1631
??????????? 另外一種NAT叫做NAPT，從名稱上我們也可以看得出，NAPT不但會(huì)改變經(jīng)過(guò)這個(gè)NAT設(shè)備的IP數(shù)據(jù)報(bào)的IP地址，還會(huì)改變IP數(shù)據(jù)報(bào)的TCP/UDP端口。基本NAT的設(shè)備可能我們見(jiàn)的不多（呵呵，我沒(méi)有見(jiàn)到過(guò)），NAPT才是我們真正討論的主角。看下圖：
??????????? Server S1
??????????? 18.181.0.31:1235
??????????? |
??????????? ^ Session 1 (A-S1) ^ |
??????????? | 18.181.0.31:1235 | |
??????????? v 155.99.25.11:62000 v |
??????????? |
??????????? NAT
??????????? 155.99.25.11
??????????? |
??????????? ^ Session 1 (A-S1) ^ |
??????????? | 18.181.0.31:1235 | |
??????????? v 10.0.0.1:1234 v |
??????????? |
??????????? Client A
??????????? 10.0.0.1:1234
??????????? 有一個(gè)私有網(wǎng)絡(luò)10.*.*.*，Client?
??????????? A是其中的一臺(tái)計(jì)算機(jī)，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)（一個(gè)NAT設(shè)備）的外網(wǎng)IP是155.99.25.11(應(yīng)該還有一個(gè)內(nèi)網(wǎng)的IP地址，比如10.0.0.10)。如果Client?
??????????? A中的某個(gè)進(jìn)程（這個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建了一個(gè)UDP?
??????????? Socket,這個(gè)Socket綁定1234端口）想訪問(wèn)外網(wǎng)主機(jī)18.181.0.31的1235端口，那么當(dāng)數(shù)據(jù)包通過(guò)NAT時(shí)會(huì)發(fā)生什么事情呢？
??????????? 首先NAT會(huì)改變這個(gè)數(shù)據(jù)包的原IP地址，改為155.99.25.11。接著NAT會(huì)為這個(gè)傳輸創(chuàng)建一個(gè)Session（Session是一個(gè)抽象的概念，如果是TCP，也許Session是由一個(gè)SYN包開(kāi)始，以一個(gè)FIN包結(jié)束。而UDP呢，以這個(gè)IP的這個(gè)端口的第一個(gè)UDP開(kāi)始，結(jié)束呢，呵呵，也許是幾分鐘，也許是幾小時(shí)，這要看具體的實(shí)現(xiàn)了）并且給這個(gè)Session分配一個(gè)端口，比如62000，然后改變這個(gè)數(shù)據(jù)包的源端口為62000。所以本來(lái)是（10.0.0.1:1234->18.181.0.31:1235）的數(shù)據(jù)包到了互聯(lián)網(wǎng)上變?yōu)榱?#xff08;155.99.25.11:62000->18.181.0.31:1235）。
??????????? 一旦NAT創(chuàng)建了一個(gè)Session后，NAT會(huì)記住62000端口對(duì)應(yīng)的是10.0.0.1的1234端口，以后從18.181.0.31發(fā)送到62000端口的數(shù)據(jù)會(huì)被NAT自動(dòng)的轉(zhuǎn)發(fā)到10.0.0.1上。（注意：這里是說(shuō)18.181.0.31發(fā)送到62000端口的數(shù)據(jù)會(huì)被轉(zhuǎn)發(fā)，其他的IP發(fā)送到這個(gè)端口的數(shù)據(jù)將被NAT拋棄）這樣Client?
??????????? A就與Server S1建立以了一個(gè)連接。
??????????? 呵呵，上面的基礎(chǔ)知識(shí)可能很多人都知道了，那么下面是關(guān)鍵的部分了。
??????????? 看看下面的情況：
??????????? Server S1 Server S2
??????????? 18.181.0.31:1235 138.76.29.7:1235
??????????? | |
??????????? | |
??????????? +----------------------+----------------------+
??????????? |
??????????? ^ Session 1 (A-S1) ^ | ^ Session 2 (A-S2) ^
??????????? | 18.181.0.31:1235 | | | 138.76.29.7:1235 |
??????????? v 155.99.25.11:62000 v | v 155.99.25.11:62000 v
??????????? |
??????????? Cone NAT
??????????? 155.99.25.11
??????????? |
??????????? ^ Session 1 (A-S1) ^ | ^ Session 2 (A-S2) ^
??????????? | 18.181.0.31:1235 | | | 138.76.29.7:1235 |
??????????? v 10.0.0.1:1234 v | v 10.0.0.1:1234 v
??????????? |
??????????? Client A
??????????? 10.0.0.1:1234
??????????? 接上面的例子，如果Client A的原來(lái)那個(gè)Socket(綁定了1234端口的那個(gè)UDP Socket)又接著向另外一個(gè)Server?
??????????? S2發(fā)送了一個(gè)UDP包，那么這個(gè)UDP包在通過(guò)NAT時(shí)會(huì)怎么樣呢？
??????????? 這時(shí)可能會(huì)有兩種情況發(fā)生，一種是NAT再次創(chuàng)建一個(gè)Session，并且再次為這個(gè)Session分配一個(gè)端口號(hào)（比如：62001）。另外一種是NAT再次創(chuàng)建一個(gè)Session，但是不會(huì)新分配一個(gè)端口號(hào)，而是用原來(lái)分配的端口號(hào)62000。前一種NAT叫做Symmetric?NAT，后一種叫做Cone?NAT。我們期望我們的NAT是第二種，呵呵，如果你的NAT剛好是第一種，那么很可能會(huì)有很多P2P軟件失靈。（可以慶幸的是，現(xiàn)在絕大多數(shù)的NAT屬于后者，即Cone?NAT）
??????????? 好了，我們看到，通過(guò)NAT,子網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)向外連結(jié)是很容易的（NAT相當(dāng)于透明的，子網(wǎng)內(nèi)的和外網(wǎng)的計(jì)算機(jī)不用知道NAT的情況）。
??????????? 但是如果外部的計(jì)算機(jī)想訪問(wèn)子網(wǎng)內(nèi)的計(jì)算機(jī)就比較困難了（而這正是P2P所需要的）。
??????????? 那么我們?nèi)绻霃耐獠堪l(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)給內(nèi)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)有什么辦法呢？首先，我們必須在內(nèi)網(wǎng)的NAT上打上一個(gè)“洞”（也就是前面我們說(shuō)的在NAT上建立一個(gè)Session），這個(gè)洞不能由外部來(lái)打，只能由內(nèi)網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)來(lái)打。而且這個(gè)洞是有方向的，比如從內(nèi)部某臺(tái)主機(jī)（比如：192.168.0.10）向外部的某個(gè)IP(比如：219.237.60.1)發(fā)送一個(gè)UDP包，那么就在這個(gè)內(nèi)網(wǎng)的NAT設(shè)備上打了一個(gè)方向?yàn)?19.237.60.1的“洞”，（這就是稱為UDP?Hole Punching的技術(shù)）以后219.237.60.1就可以通過(guò)這個(gè)洞與內(nèi)網(wǎng)的192.168.0.10聯(lián)系了。（但是其他的IP不能利用這個(gè)洞）。
??????????? 呵呵，現(xiàn)在該輪到我們的正題P2P了。有了上面的理論，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)內(nèi)網(wǎng)的主機(jī)通訊就差最后一步了：那就是雞生蛋還是蛋生雞的問(wèn)題了，兩邊都無(wú)法主動(dòng)發(fā)出連接請(qǐng)求，誰(shuí)也不知道誰(shuí)的公網(wǎng)地址，那我們?nèi)绾蝸?lái)打這個(gè)洞呢？我們需要一個(gè)中間人來(lái)聯(lián)系這兩個(gè)內(nèi)網(wǎng)主機(jī)。
??????????? 現(xiàn)在我們來(lái)看看一個(gè)P2P軟件的流程，以下圖為例：
??????????? Server S （219.237.60.1）
??????????? |
??????????? |
??????????? +----------------------+----------------------+
??????????? | |
??????????? NAT A (外網(wǎng)IP:202.187.45.3) NAT B (外網(wǎng)IP:187.34.1.56)
??????????? | (內(nèi)網(wǎng)IP:192.168.0.1) | (內(nèi)網(wǎng)IP:192.168.0.1)
??????????? | |
??????????? Client A (192.168.0.20:4000) Client B (192.168.0.10:40000)
??????????? 首先，Client A登錄服務(wù)器，NAT A為這次的Session分配了一個(gè)端口60000，那么Server S收到的Client?
??????????? A的地址是202.187.45.3:60000，這就是Client A的外網(wǎng)地址了。同樣，Client B登錄Server S，NAT?
??????????? B給此次Session分配的端口是40000，那么Server S收到的B的地址是187.34.1.56:40000。
??????????? 此時(shí)，Client A與Client B都可以與Server S通信了。如果Client A此時(shí)想直接發(fā)送信息給Client?
??????????? B，那么他可以從Server S那兒獲得B的公網(wǎng)地址187.34.1.56:40000，是不是Client?
??????????? A向這個(gè)地址發(fā)送信息Client B就能收到了呢？答案是不行，因?yàn)槿绻@樣發(fā)送信息，NAT?
??????????? B會(huì)將這個(gè)信息丟棄（因?yàn)檫@樣的信息是不請(qǐng)自來(lái)的，為了安全，大多數(shù)NAT都會(huì)執(zhí)行丟棄動(dòng)作）。現(xiàn)在我們需要的是在NAT?
??????????? B上打一個(gè)方向?yàn)?02.187.45.3（即Client A的外網(wǎng)地址）的洞，那么Client?
??????????? A發(fā)送到187.34.1.56:40000的信息,Client B就能收到了。這個(gè)打洞命令由誰(shuí)來(lái)發(fā)呢，呵呵，當(dāng)然是Server S。
??????????? 總結(jié)一下這個(gè)過(guò)程：如果Client A想向Client B發(fā)送信息，那么Client A發(fā)送命令給Server S，請(qǐng)求Server?
??????????? S命令Client B向Client?
??????????? A方向打洞。呵呵，是不是很繞口，不過(guò)沒(méi)關(guān)系，想一想就很清楚了，何況還有源代碼呢（侯老師說(shuō)過(guò)：在源代碼面前沒(méi)有秘密?
??????????? 8）），然后Client A就可以通過(guò)Client B的外網(wǎng)地址與Client B通信了。
??????????? 注意：以上過(guò)程只適合于Cone NAT的情況，如果是Symmetric NAT，那么當(dāng)Client B向Client?
??????????? A打洞的端口已經(jīng)重新分配了，Client B將無(wú)法知道這個(gè)端口（如果Symmetric?
??????????? NAT的端口是順序分配的，那么我們或許可以猜測(cè)這個(gè)端口號(hào)，可是由于可能導(dǎo)致失敗的因素太多，我們不推薦這種猜測(cè)端口的方法）。
?????????????另一篇文章接上：
??????????? 下面解釋一下上面的文章中沒(méi)有提及或者說(shuō)我覺(jué)得比較欠缺的地方.?
???????????? 私有地址/端口和公有地址/端口:我們知道,現(xiàn)在大部分網(wǎng)絡(luò)采用的都是NAPT(Network?Address/Port?Translator)了,這個(gè)東東的作用是一個(gè)對(duì)外的對(duì)話在經(jīng)過(guò)NAT之后IP地址和端口號(hào)都會(huì)被改寫,在這里把一次會(huì)話中客戶自己認(rèn)為在使用的IP地址和端口號(hào)成為私有地址/端口,而把經(jīng)過(guò)NAPT之后被改寫的IP地址和端口號(hào)稱為公有地址/端口.或者可以這么理解,私有地址/端口是你家里人對(duì)你的昵稱而公有地址/端口則是你真正對(duì)外公開(kāi)的名字.如何獲得用戶的私用地址/端口號(hào),這個(gè)很簡(jiǎn)單了,而要得到公有地址/端口號(hào)就要在連接上另一臺(tái)機(jī)器之后由那臺(tái)機(jī)器看到的IP地址和端口號(hào)來(lái)表示.?
???????????? 如果明白了上面的東西,下面進(jìn)入我們的代碼,在這里解釋一下關(guān)鍵部分的實(shí)現(xiàn):?
???????????? 客戶端首先得到自己的私有地址/終端,然后向server端發(fā)送登陸請(qǐng)求,server端在得到這個(gè)請(qǐng)求之后就可以知道這個(gè)client端的公有地址/終端,server會(huì)為每一個(gè)登陸的client保存它們的私有地址/端口和公有地址/端口.?
????????????? OK,下面開(kāi)始關(guān)鍵的打洞流程.假設(shè)client?A要向client?B對(duì)話,但是A不知道B的地址,即使知道根據(jù)NAT的原理這個(gè)對(duì)話在第一次會(huì)被拒絕,因?yàn)閏lient?B的NAT認(rèn)為這是一個(gè)從沒(méi)有過(guò)的外部發(fā)來(lái)的請(qǐng)求.這個(gè)時(shí)候,A如果發(fā)現(xiàn)自己沒(méi)有保存B的地址,或者說(shuō)發(fā)送給B的會(huì)話請(qǐng)求失敗了,它會(huì)要求server端讓B向A打一個(gè)洞,這個(gè)B->A的會(huì)話意義在于它使NAT?B認(rèn)為A的地址/端口是可以通過(guò)的地址/端口,這樣A再向B發(fā)送對(duì)話的時(shí)候就不會(huì)再被NAT?B拒絕了.打一個(gè)比方來(lái)說(shuō)明打洞的過(guò)程,A想來(lái)B家做客,但是遭到了B的管家NAT?B的拒絕,理由是:我從來(lái)沒(méi)有聽(tīng)我家B提過(guò)你的名字,這時(shí)A找到了A,B都認(rèn)識(shí)的朋友server,要求server給B報(bào)一個(gè)信,讓B去跟管家說(shuō)A是我的朋友,于是,B跟管家NAT?B說(shuō),A是我認(rèn)識(shí)的朋友,這樣A的訪問(wèn)請(qǐng)求就不會(huì)再被管家NAT?B所拒絕了.簡(jiǎn)而言之,UDP打洞就是一個(gè)通過(guò)server保存下來(lái)的地址使得彼此之間能夠直接通信的過(guò)程,server只管幫助建立連接,在建立間接之后就不再介入了.
??????????? 下面是一個(gè)模擬P2P聊天的過(guò)程的源代碼，過(guò)程很簡(jiǎn)單，P2PServer運(yùn)行在一個(gè)擁有公網(wǎng)IP的計(jì)算機(jī)上，P2PClient運(yùn)行在兩個(gè)不同的NAT后（注意，如果兩個(gè)客戶端運(yùn)行在一個(gè)NAT后，本程序很可能不能運(yùn)行正常，這取決于你的NAT是否支持loopback?
??????????? translation，詳見(jiàn)http://midcom-p2p.sourceforge.net/draft-ford-midcom-p2p-01.txt，當(dāng)然，此問(wèn)題可以通過(guò)雙方先嘗試連接對(duì)方的內(nèi)網(wǎng)IP來(lái)解決，但是這個(gè)代碼只是為了驗(yàn)證原理，并沒(méi)有處理這些問(wèn)題），后登錄的計(jì)算機(jī)可以獲得先登錄計(jì)算機(jī)的用戶名，后登錄的計(jì)算機(jī)通過(guò)send?
??????????? username message的格式來(lái)發(fā)送消息。如果發(fā)送成功，說(shuō)明你已取得了直接與對(duì)方連接的成功。
??????????? 程序現(xiàn)在支持三個(gè)命令：send , getu , exit
??????????? send格式：send username message
??????????? 功能：發(fā)送信息給username
??????????? getu格式：getu
??????????? 功能：獲得當(dāng)前服務(wù)器用戶列表
??????????? exit格式：exit
??????????? 功能：注銷與服務(wù)器的連接（服務(wù)器不會(huì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)客戶是否吊線）
</pre><pre name="code" class="cpp"><pre name="code" class="cpp">/* P2P 程序客戶端 * * 文件名：P2PClient.c * * 日期：2004-5-21 * * 作者：shootingstars(zhouhuis22@sina.com) * * 代碼重構(gòu)：liujiayu 1256409031@qq.com * */#include "stdafx.h" #include "windows.h" #include <iostream>#include "../../proto.h" #include "../../Exception.h" #pragma comment(lib,"ws2_32.lib") using namespace std;UserList ClientList; //客戶端列表 SOCKET PrimaryUDP; //本客戶端的SOCKET char UserName[10]; //本人名字 char ServerIP[20]; //服務(wù)器地址 bool RecvedACK; //是否收到響應(yīng)報(bào)函數(shù)聲明 void ParseCommand(char * CommandLine); void InitWinSock(); SOCKET mksock(int type); stUserListNode GetUser(char *username); void BindSock(SOCKET sock); void OutputUsage(); void ConnectToServer(SOCKET sock, char *username, char *serverip); DWORD WINAPI RecvThreadProc(LPVOID lpParameter); bool SendMessageTo(char *UserName, char *Message);// 解析命令，暫時(shí)只有exit和send命令,新增getu命令，獲取當(dāng)前服務(wù)器的所有用戶 void ParseCommand(char * CommandLine) {if(strlen(CommandLine) < 4) return;char Command[10];strncpy(Command, CommandLine, 4);Command[4]='\0';CMD_Message sendbuf;ZeroMemory(&sendbuf, sizeof(CMD_Message));if (strcmp(Command, "exit") == 0) //進(jìn)行注銷{sendbuf.iMessageType = CMD_CLIENTTOSERVER_LOGOUT;strncpy(sendbuf.message.logoutmember.userName, UserName, 10);sockaddr_in server;server.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(ServerIP);server.sin_family = AF_INET;server.sin_port = htons(SERVER_PORT);sendto(PrimaryUDP,(const char*)&sendbuf, sizeof(CMD_Message), 0, (const sockaddr *)&server, sizeof(server));shutdown(PrimaryUDP, 2);closesocket(PrimaryUDP);exit(0);}else if (strcmp(Command, "send") == 0) //發(fā)送消息{printf("輸入對(duì)方名字，9個(gè)字符以內(nèi):\n");char sendname[10];gets(sendname);if (strcmp(UserName, sendname) == 0) {printf("不要輸入自己的名字!\n");return ;}printf("輸入需要發(fā)送的信息:\n");char message[P2PMESMEXLEN];gets(message);if(SendMessageTo(sendname, message)){printf("發(fā)送成功\n");}else{printf("發(fā)送失敗\n");}}else if (strcmp(Command,"getu")==0) //獲得所有用戶{sendbuf.iMessageType = CMD_CLIENTTOSERVER_GETALLUSER;sockaddr_in server;server.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(ServerIP);server.sin_family = AF_INET;server.sin_port = htons(SERVER_PORT);sendto(PrimaryUDP,(const char*)&sendbuf, sizeof(CMD_Message), 0, (const sockaddr *)&server, sizeof(server));}else if (strcmp(Command,"stop") == 0){sendbuf.iMessageType = CMD_CLIENTTOSERVER_STOPSERVER;sockaddr_in server;server.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(ServerIP);server.sin_family = AF_INET;server.sin_port = htons(SERVER_PORT);sendto(PrimaryUDP,(const char*)&sendbuf, sizeof(CMD_Message), 0, (const sockaddr *)&server, sizeof(server));} }//初始化套接字 void InitWinSock() {WSADATA wsaData;if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0){printf("Windows sockets 2.2 startup");throw Exception("");}else{printf("Using %s (Status: %s)\n",wsaData.szDescription, wsaData.szSystemStatus);printf("with API versions %d.%d to %d.%d\n\n",LOBYTE(wsaData.wVersion), HIBYTE(wsaData.wVersion),LOBYTE(wsaData.wHighVersion), HIBYTE(wsaData.wHighVersion));} }//初始化套接字 SOCKET mksock(int type) {SOCKET sock = socket(AF_INET, type, 0);if (sock < 0){printf("create socket error");throw Exception("");}return sock; }//獲取客戶端節(jié)點(diǎn) stUserListNode GetUser(char *username) {for(UserList::iterator UserIterator=ClientList.begin();UserIterator!=ClientList.end();++UserIterator){if( strcmp( ((*UserIterator)->userName), username) == 0 )return *(*UserIterator);}throw Exception("not find this user"); }//綁定SOCKET void BindSock(SOCKET sock) {sockaddr_in sin;sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;sin.sin_family = AF_INET;sin.sin_port = 0;if (bind(sock, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) < 0)throw Exception("bind error"); }//輸出信息 void OutputUsage() {cout<<"You can input you command:\n"<<"Command Type:\"send\",\"exit\",\"getu\"\n"<<"Example : send Username Message\n"<<" exit\n"<<" getu\n"<<endl; }//連接到服務(wù)器 void ConnectToServer(SOCKET sock, char *username, char *serverip) {//服務(wù)器地址sockaddr_in serverAddr;serverAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(serverip);serverAddr.sin_family = AF_INET;serverAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);//給服務(wù)器發(fā)送登錄消息CMD_Message Loginbuf;Loginbuf.iMessageType = CMD_CLIENTTOSERVER_LOGIN;strncpy(Loginbuf.message.loginmember.userName, username, 10);sendto(sock, (const char*)&Loginbuf, sizeof(CMD_Message), 0, (const sockaddr*)&serverAddr,sizeof(serverAddr)); }/* 這是主要的函數(shù)：發(fā)送一個(gè)消息給某個(gè)用戶(C) *流程：直接向某個(gè)用戶的外網(wǎng)IP發(fā)送消息，如果此前沒(méi)有聯(lián)系過(guò) * 那么此消息將無(wú)法發(fā)送，發(fā)送端等待超時(shí)。 * 超時(shí)后，發(fā)送端將發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求信息到服務(wù)端， * 要求服務(wù)端發(fā)送給客戶C一個(gè)請(qǐng)求，請(qǐng)求C給本機(jī)發(fā)送打洞消息 * 以上流程將重復(fù)MAXRETRY次 */ bool SendMessageTo(char *pUserName, char *Message) {//目標(biāo)客戶端信息unsigned int passiveUserIP;unsigned short passiveUserPort;//尋找該客戶端bool FindUser = false;for(UserList::iterator UserIterator=ClientList.begin();UserIterator!=ClientList.end();++UserIterator){if( strcmp( ((*UserIterator)->userName), pUserName) == 0 ){passiveUserIP = (*UserIterator)->IP;passiveUserPort = (*UserIterator)->port;FindUser = true;}}if(!FindUser){printf("沒(méi)有發(fā)現(xiàn)存在該客戶端\n");return false;}//目標(biāo)客戶端的地址信息sockaddr_in remote;remote.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(passiveUserIP);remote.sin_family = AF_INET;remote.sin_port = htons(passiveUserPort);//服務(wù)器的地址信息sockaddr_in server;server.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(ServerIP);server.sin_family = AF_INET;server.sin_port = htons(SERVER_PORT);for(int i=0; i<MAXRETRY; i++){RecvedACK = false;//向目標(biāo)客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)CMD_Message P2PMessage;ZeroMemory(&P2PMessage,sizeof(CMD_Message));P2PMessage.iMessageType = CMD_CLIENTTOCLIENT_P2PMESSAGE;P2PMessage.message.p2pmessage.iStringLen = (int)strlen(Message) + 1;strncpy((char *)P2PMessage.message.p2pmessage.szMessage, Message, (int)strlen(Message));//int iWillSendLen = sizeof(CMD_Message) - strlen((char *)P2PMessage.message.p2pmessage.szMessage) + P2PMessage.message.p2pmessage.iStringLen;int isend = sendto(PrimaryUDP, (const char *)&P2PMessage, sizeof(CMD_Message), 0, (const sockaddr*)&remote, sizeof(remote));printf("嘗試直接聯(lián)系目標(biāo)客戶端，對(duì)方IP：%s，端口：%d\n", inet_ntoa(remote.sin_addr), passiveUserPort);Sleep(1000);if(RecvedACK) //對(duì)方收到了信息，并進(jìn)行了回復(fù){printf("直接聯(lián)系目標(biāo)客戶端成功，收到對(duì)方回應(yīng)\n");return true;}/* 沒(méi)有接收到目標(biāo)主機(jī)的回應(yīng)，認(rèn)為目標(biāo)主機(jī)的端口映射沒(méi)有打開(kāi)，那么發(fā)送請(qǐng)求信息給服務(wù)器，要服務(wù)器告訴目標(biāo)主機(jī)打開(kāi)映射端口（UDP打洞）*/CMD_Message transMessage;ZeroMemory(&transMessage,sizeof(CMD_Message));transMessage.iMessageType = CMD_CLIENTTOSERVER_P2PTRANS;strcpy(transMessage.message.p2pmessage.passiveClientInfo.userName, pUserName);strcpy(transMessage.message.p2pmessage.activeClientInfo.userName, UserName);sendto(PrimaryUDP, (const char*)&transMessage, sizeof(CMD_Message), 0, (const sockaddr*)&server, sizeof(server));printf("向服務(wù)器發(fā)送幫忙打洞消息\n");Sleep(1000);// 等待對(duì)方先發(fā)送信息。}return false; }//接受消息線程 DWORD WINAPI RecvThreadProc(LPVOID lpParameter) {sockaddr_in remote;int sinlen = sizeof(remote);CMD_Message recvbuf;for(;;){int iread = recvfrom(PrimaryUDP, (char *)&recvbuf, sizeof(CMD_Message), 0, (sockaddr *)&remote, &sinlen);if(iread <= 0){printf("出現(xiàn)錯(cuò)誤，recvfrom函數(shù)返回：%d 錯(cuò)誤原因：%d\n", iread, WSAGetLastError());continue;}switch(recvbuf.iMessageType){case CMD_SERVERTOCLIENT_ALLCLIENTS: //來(lái)自服務(wù)器，告訴剛進(jìn)來(lái)的客戶端所有客戶端的情況{//清空舊的記錄ClientList.clear();cout<<"現(xiàn)在已經(jīng)有"<<recvbuf.message.allUserNote.clientCount<<"個(gè)用戶登錄到了服務(wù)器，分別是："<<endl;for(int i = 0; i<recvbuf.message.allUserNote.clientCount; i++){stUserListNode *node = new stUserListNode;memmove_s(node, sizeof(stUserListNode), &recvbuf.message.allUserNote.clients[i], sizeof(stUserListNode));ClientList.push_back(node);cout<<"用戶名:"<<node->userName<<" ";in_addr clientAddr;//將int型轉(zhuǎn)化為4個(gè)BYTEclientAddr.S_un.S_addr = htonl(node->IP);cout<<"用戶IP:"<<inet_ntoa(clientAddr)<<" ";cout<<"用戶端口:"<<node->port<<endl;}break;}case CMD_SERVERTOCLIENT_ONENEWCLIENT: //來(lái)自服務(wù)器，告訴舊的客戶端有新的客戶端登錄{stUserListNode *node = new stUserListNode;memmove_s(node, sizeof(stUserListNode), &recvbuf.message.allUserNote.clients[0], sizeof(stUserListNode));ClientList.push_back(node);cout<<"用戶名:"<<node->userName<<" ";in_addr clientAddr;//將int型轉(zhuǎn)化為4個(gè)BYTEclientAddr.S_un.S_addr = htonl(node->IP);cout<<"用戶IP:"<<inet_ntoa(clientAddr)<<" ";cout<<"用戶端口:"<<node->port<<endl;break;}case CMD_SERVERTOCLIENT_CLIENTLOGOFF: //其他客戶端注銷{printf("有客戶端注銷了：%s\n", recvbuf.message.logoutmember.userName);printf("刷新一下客戶端\n");printf("========================\n");ParseCommand("getu");break;}case CMD_SERVERTOCLIENT_PEPOLEWANTTOCALLYOU: //來(lái)自服務(wù)器，讓本本客戶端幫忙打洞{// 接收到打洞命令，向指定的IP地址打洞printf("%s想通過(guò)P2P聯(lián)系我\n", recvbuf.message.p2pmessage.activeClientInfo.userName);sockaddr_in activeClientAddr;activeClientAddr.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(recvbuf.message.p2pmessage.activeClientInfo.IP);activeClientAddr.sin_family = AF_INET;activeClientAddr.sin_port = htons(recvbuf.message.p2pmessage.activeClientInfo.port);CMD_Message trashMessage;ZeroMemory(&trashMessage, sizeof(CMD_Message));trashMessage.iMessageType = CMD_CLIENTTOCLIENT_P2PTRASH;sendto(PrimaryUDP, (const char *)&trashMessage, sizeof(CMD_Message), 0, (const sockaddr*)&activeClientAddr, sizeof(activeClientAddr));printf("已向客戶端IP：%s, 端口：%d 發(fā)送了打洞信息\n", inet_ntoa(activeClientAddr.sin_addr), recvbuf.message.p2pmessage.activeClientInfo.port);break;}case CMD_CLIENTTOCLIENT_P2PTRASH: //另一個(gè)客戶端發(fā)來(lái)的，發(fā)送的打洞消息{printf("收到了目標(biāo)客戶端打洞消息\n");break;}case CMD_CLIENTTOCLIENT_P2PMESSAGE: //來(lái)自另一個(gè)客戶端，發(fā)過(guò)來(lái)的P2P聊天消息{printf("收到P2P消息,消息內(nèi)容: \n");in_addr acctiveClientAddr;acctiveClientAddr.S_un.S_addr = recvbuf.message.p2pmessage.activeClientInfo.IP;printf("對(duì)方IP:%s, 端口:%d, 內(nèi)容：%s\n", inet_ntoa(acctiveClientAddr), ntohs(recvbuf.message.p2pmessage.activeClientInfo.port), recvbuf.message.p2pmessage.szMessage);//告訴對(duì)方，本客戶端收到了他的信息CMD_Message sendbuf;sendbuf.iMessageType = CMD_CLIENTTOCLIENT_P2PMESSAGEACK;sendto(PrimaryUDP, (const char*)&sendbuf, sizeof(CMD_Message), 0, (const sockaddr*)&remote, sizeof(remote));break;}case CMD_CLIENTTOCLIENT_P2PMESSAGEACK: //來(lái)自其他客戶端，對(duì)方收到數(shù)據(jù)包{RecvedACK = true;break;}}} }//主函數(shù)入口 int main(int argc, char* argv[]) {strcpy(ServerIP, "124.115.16.167");try{InitWinSock();PrimaryUDP = mksock(SOCK_DGRAM);BindSock(PrimaryUDP);// cout<<"Please input server ip:"; // cin>>ServerIP;cout<<"Please input your name:";cin>>UserName;ConnectToServer(PrimaryUDP, UserName, ServerIP);HANDLE threadhandle = CreateThread(NULL, 0, RecvThreadProc, NULL, NULL, NULL);CloseHandle(threadhandle);OutputUsage();for(;;){char Command[P2PMESMEXLEN];gets(Command);ParseCommand(Command);}}catch(Exception &e){printf(e.GetMessage());return 1;}return 0; }
<pre name="code" class="cpp">/* 異常類 * * 文件名：Exception.h * * 日期：2004.5.5 * * 作者：shootingstars(zhouhuis22@sina.com) * * 代碼重構(gòu)：liujiayu 1256409031@qq.com * */#ifndef __HZH_Exception__ #define __HZH_Exception__#define EXCEPTION_MESSAGE_MAXLEN 256 #include "string.h"class Exception { private:char m_ExceptionMessage[EXCEPTION_MESSAGE_MAXLEN]; public:Exception(char *msg){strncpy(m_ExceptionMessage, msg, EXCEPTION_MESSAGE_MAXLEN);}char *GetMessage(){return m_ExceptionMessage;} };#endif
<pre name="code" class="cpp">/* P2P 程序傳輸協(xié)議 * * 日期：2004-5-21 * * 原作者：shootingstars(zhouhuis22@sina.com) * * 代碼重構(gòu)：liujiayu 1256409031@qq.com * */#pragma once #include <list>using namespace std;#define SERVER_PORT 2280 //服務(wù)器端口 #define P2PMESMEXLEN 1024 //最大通信長(zhǎng)度 #define MAXRETRY 3 //最多嘗試次數(shù) #define MAXCLIENTS 50 //最多客戶端數(shù)/定義iMessageType的值/ //客戶端發(fā)送到服務(wù)器 #define CMD_CLIENTTOSERVER_LOGIN 101 //用戶登錄 #define CMD_CLIENTTOSERVER_LOGOUT 102 //用戶注銷 #define CMD_CLIENTTOSERVER_P2PTRANS 103 //請(qǐng)求幫忙打洞 #define CMD_CLIENTTOSERVER_GETALLUSER 104 //獲取用戶列表 #define CMD_CLIENTTOSERVER_STOPSERVER 105 //停止服務(wù)器//服務(wù)器發(fā)送到客戶端 #define CMD_SERVERTOCLIENT_ALLCLIENTS 201 //所有老用戶 #define CMD_SERVERTOCLIENT_ONENEWCLIENT 202 //新用戶登錄 #define CMD_SERVERTOCLIENT_PEPOLEWANTTOCALLYOU 203 //有人想聯(lián)系我 #define CMD_SERVERTOCLIENT_CLIENTLOGOFF 204 //有客戶端下線//客戶端發(fā)送到客戶端 #define CMD_CLIENTTOCLIENT_P2PMESSAGE 301 //發(fā)送消息 #define CMD_CLIENTTOCLIENT_P2PMESSAGEACK 302 //收到消息的應(yīng)答 #define CMD_CLIENTTOCLIENT_P2PTRASH 303 //客戶端打洞包//登錄消息 struct stLoginMessage {char userName[10]; //我的名字char password[10]; //我的密碼 };//注銷消息 struct stLogoutMessage {char userName[10]; //我的名字 };//客戶節(jié)點(diǎn)信息 struct stUserListNode {char userName[10]; //我的名字unsigned int IP; //公網(wǎng) I Punsigned short port; //公網(wǎng)端口 };//所有客戶 struct stAllUserNodes {int clientCount; //客戶端數(shù)目stUserListNode clients[MAXCLIENTS]; //客戶端信息 };//客戶端之間發(fā)送消息格式 struct stP2PMessage {stUserListNode activeClientInfo; //發(fā)起聊天客戶端信息stUserListNode passiveClientInfo; //被聊天客戶端信息int iStringLen; //信息長(zhǎng)度BYTE szMessage[P2PMESMEXLEN]; //詳細(xì)信息 };//統(tǒng)一消息格式 struct CMD_Message {int iMessageType; //消息類型union _message //聯(lián)合體減小結(jié)構(gòu)體大小{stLoginMessage loginmember;stLogoutMessage logoutmember;stAllUserNodes allUserNote;stP2PMessage p2pmessage;}message; }; typedef list<stUserListNode *> UserList;
另一篇介紹打洞技術(shù)的（補(bǔ)充）
UDP打洞技術(shù)依賴于由公共防火墻和cone NAT，允許適當(dāng)?shù)挠杏?jì)劃的端對(duì)端應(yīng)用程序通過(guò)NAT"打洞"，即使當(dāng)雙方的主機(jī)都處于NAT之后。這種技術(shù)在 RFC3027的5.1節(jié)[NAT PROT] 中進(jìn)行了重點(diǎn)介紹，并且在Internet[KEGEL]中進(jìn)行了非正式的描敘，還應(yīng)用到了最新的一些協(xié)議，例如[TEREDO,ICE]協(xié)議中。不過(guò)，我們要注意的是，"術(shù)"如其名，UDP打洞技術(shù)的可靠性全都要依賴于UDP。
這里將考慮兩種典型場(chǎng)景，來(lái)介紹連接的雙方應(yīng)用程序如何按照計(jì)劃的進(jìn)行通信的，第一種場(chǎng)景，我們假設(shè)兩個(gè)客戶端都處于不同的NAT之后；第二種場(chǎng)景，我們假設(shè)兩個(gè)客戶端都處于同一個(gè)NAT之后，但是它們彼此都不知道(他們?cè)谕粋€(gè)NAT中)。
?
處于不同NAT之后的客戶端通信
??? 我們假設(shè) Client A 和 Client B 都擁有自己的私有IP地址，并且都處在不同的NAT之后，端對(duì)端的程序運(yùn)行于 CLIENT A,CLIENT B,S之間，并且它們都開(kāi)放了UDP端口1234。 CLIENT A和CLIENT B首先分別與S建立通信會(huì)話，這時(shí)NAT A把它自己的UDP端口62000分配給CLIENT A與S的會(huì)話，NAT B也把自己的UDP端口31000分配給CLIENT B與S的會(huì)話。
假如這個(gè)時(shí)候 CLIENT A 想與 CLIENT B建立一條UDP通信直連，如果 CLIENT A只是簡(jiǎn)單的發(fā)送一個(gè)UDP信息到CLIENT B的公網(wǎng)地址138.76.29.7:31000的話，NAT B會(huì)不加考慮的將這個(gè)信息丟棄（除非NAT B是一個(gè) full cone NAT），因?yàn)?這個(gè)UDP信息中所包含的地址信息，與CLIENT B和服務(wù)器S建立連接時(shí)存儲(chǔ)在NAT B中的服務(wù)器S的地址信息不符。同樣的，CLIENT B如果做同樣的事情，發(fā)送的UDP信息也會(huì)被 NAT A 丟棄。
?假如 CLIENT A 開(kāi)始發(fā)送一個(gè) UDP 信息到 CLIENT B 的公網(wǎng)地址上，與此同時(shí)，他又通過(guò)S中轉(zhuǎn)發(fā)送了一個(gè)邀請(qǐng)信息給CLIENT B，請(qǐng)求CLIENT B也給CLIENT A發(fā)送一個(gè)UDP信息到 CLIENT A的公網(wǎng)地址上。這時(shí)CLIENT A向CLIENT B的公網(wǎng)IP(138.76.29.7:31000)發(fā)送的信息導(dǎo)致 NAT A 打開(kāi)一個(gè)處于 CLIENT A的私有地址和CLIENT B的公網(wǎng)地址之間的新的通信會(huì)話，與此同時(shí)，NAT B 也打開(kāi)了一個(gè)處于CLIENT B的私有地址和CLIENT A的公網(wǎng)地址(155.99.25.11:62000)之間的新的通信會(huì)話。一旦這個(gè)新的UDP會(huì)話各自向?qū)Ψ酱蜷_(kāi)了，CLIENT A和CLIENT B之間就可以直接通信，而無(wú)需S來(lái)牽線搭橋了。(這就是所謂的打洞技術(shù))！
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的UDP用打洞技术穿透NAT的原理与实现的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
