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前天編程做了一下UDP打洞的實(shí)驗(yàn)，今天特寫了一篇文章總結(jié)一下。
我們知道網(wǎng)絡(luò)上兩個(gè)主機(jī)進(jìn)行通信，如果其中一臺(tái)主機(jī)擁有公網(wǎng)IP那么，那么進(jìn)行會(huì)話是比較簡(jiǎn)單的，但是如果兩臺(tái)主機(jī)是位于不同內(nèi)網(wǎng)之中的，那么應(yīng)該如何進(jìn)行通信呢。一種想法是再找一臺(tái)公網(wǎng)的服務(wù)器，用來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)信息，但是這有一個(gè)問(wèn)題，就是會(huì)給服務(wù)器帶來(lái)壓力，因此我們就來(lái)談?wù)勔环N用于不同內(nèi)網(wǎng)中的主機(jī)互相通信的一個(gè)解決方案——NAT打洞。
原理還是比較簡(jiǎn)單的，我們先了解一下什么是“NAT的洞”。當(dāng)處于內(nèi)網(wǎng)中的一臺(tái)主機(jī)(ClientA/192.168.1.128)向一個(gè)公網(wǎng)的服務(wù)器(Server)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，這時(shí)NAT(NAT1)將會(huì)打開一個(gè)臨時(shí)性的端口用于與公網(wǎng)的服務(wù)器進(jìn)行通信，并且會(huì)把那個(gè)內(nèi)網(wǎng)主機(jī)發(fā)送出的IP數(shù)據(jù)報(bào)的頭部中源IP地址改為NAT的公網(wǎng)IP(218.7.32.28)，將TCP或UDP數(shù)據(jù)報(bào)中源端口(2347)改為那個(gè)臨時(shí)端口(26756)這樣就實(shí)現(xiàn)了由“192.168.1.128:2347”到“218.7.32.28:26756”的源地址源端口的轉(zhuǎn)換。這個(gè)數(shù)據(jù)包到達(dá)公網(wǎng)服務(wù)器后，服務(wù)器就可以根據(jù)這個(gè)包的頭部信息進(jìn)行回復(fù)。當(dāng)服務(wù)器的數(shù)據(jù)包到達(dá)NAT后，NAT在將這個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送到內(nèi)網(wǎng)主機(jī)192.168.1.128的2347端口。那么這個(gè)NAT上的26756端口我們就稱作“洞”。如果這個(gè)NAT不是Full Cone NAT的話(其實(shí)大多數(shù)的NAT確實(shí)不是這種類型的)，那么我們說(shuō)這個(gè)“洞”是有方向性的。一個(gè)洞應(yīng)該會(huì)指向一個(gè)(也可以是多個(gè))公網(wǎng)主機(jī)的IP地址。比如上面說(shuō)的例子，在NAT1上打的洞是指向Server的IP地址。來(lái)自其他公網(wǎng)主機(jī)發(fā)向這個(gè)洞(也就是218.7.32.28:26756)的數(shù)據(jù)包會(huì)被非Full Cone類型的NAT所丟棄。所以如果有另一臺(tái)處于另一內(nèi)網(wǎng)的主機(jī)(ClientB/192.168.0.5)向218.7.32.28:26756直接發(fā)送數(shù)據(jù)的話，同樣也會(huì)被NAT1丟棄。
那么如何建立ClientA和ClientB的直接會(huì)話呢？
網(wǎng)絡(luò)環(huán)境描述:
內(nèi)網(wǎng)1NAT:NAT1/218.7.32.28
內(nèi)網(wǎng)1中一臺(tái)主機(jī):ClientA/192.168.1.128
內(nèi)網(wǎng)2NAT:NAT2/218.7.31.221
內(nèi)網(wǎng)2中一臺(tái)主機(jī):ClientB/192.168.0.5
公網(wǎng)服務(wù)器:Server
首先讓ClientA和ClientB登錄到服務(wù)器Server(假如兩臺(tái)主機(jī)都采用2347端口)，此時(shí)NAT1和NAT2會(huì)分別為ClientA和ClientB打開一個(gè)指向Server的洞(NAT1上218.7.32.28:26756和NAT2上218.7.31.221:27550)。服務(wù)器應(yīng)改記錄這兩個(gè)客戶端的信息(關(guān)鍵是那兩個(gè)洞的信息)。當(dāng)ClientA與ClientB要建立會(huì)話時(shí)，ClientA首先用2347端口向NAT2的洞發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，當(dāng)然這個(gè)數(shù)據(jù)包會(huì)被NAT2所丟棄，但是由于這是從NAT1內(nèi)部向外部發(fā)送數(shù)據(jù)，所以NAT1為ClientA打開了一個(gè)指向NAT2的洞。而且這個(gè)新洞與原來(lái)NAT1上指向Server的舊洞的是同一個(gè)洞(因?yàn)槭峭粋€(gè)端口26756)，所以這里可以說(shuō)這個(gè)洞具有了兩個(gè)方向，同時(shí)指向Server和NAT2。這時(shí)ClientA應(yīng)該通知Server，告訴ClientB，現(xiàn)在可以向NAT1的那個(gè)洞(218.7.32.28:26756)發(fā)送數(shù)據(jù)包了。當(dāng)ClientB向NAT1的那個(gè)洞發(fā)送數(shù)據(jù)以后，NAT2也為ClientB打了一個(gè)指向NAT1的洞，這是可以說(shuō)ClientA與ClientB的會(huì)話就建立完成了，他們可以不依賴Server進(jìn)行通信了。如果以后ClientA和ClientB還需要建立其他會(huì)話 ，那么這個(gè)牽線的“媒人”可以不是Server，而可以是ClientA或ClientB了。
UDP打洞可以實(shí)現(xiàn)不同內(nèi)網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)進(jìn)行通信，而且實(shí)施性比較高，一般用于P2P通信。這也就是為什么常會(huì)看見騰訊QQ在開始傳輸文件時(shí)會(huì)顯示“UDP連接已經(jīng)建立”了。