p2p實(shí)現(xiàn)原理
什么是打洞,為什么要打洞
由于Internet的快速發(fā)展 IPV4地址不夠用,不能每個(gè)主機(jī)分到一個(gè)公網(wǎng)IP 所以使用NAT地址轉(zhuǎn)換。
下面是我在網(wǎng)上找到的一副圖
一般來說都是由私網(wǎng)內(nèi)主機(jī)(例如上圖中“電腦A-01”)主動(dòng)發(fā)起連接,數(shù)據(jù)包經(jīng)過NAT地址轉(zhuǎn)換后送給公網(wǎng)上的服務(wù)器(例如上圖中的“Server”),連接建立以后可雙向傳送數(shù)據(jù),NAT設(shè)備允許私網(wǎng)內(nèi)主機(jī)主動(dòng)向公網(wǎng)內(nèi)主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù),但卻禁止反方向的主動(dòng)傳遞,但在一些特殊的場合需要不同私網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)進(jìn)行互聯(lián)(例如P2P軟件、網(wǎng)絡(luò)會(huì)議、視頻傳輸?shù)龋琓CP穿越NAT的問題必須解決。
下面是NAT的幾種類型
NAT設(shè)備的類型對于TCP穿越NAT,有著十分重要的影響,根據(jù)端口映射方式,NAT可分為如下4類,前3種NAT類型可統(tǒng)稱為cone類型。(1)全克隆( Full Clone) : NAT把所有來自相同內(nèi)部IP地址和端口的請求映射到相同的外部IP地址和端口。任何一個(gè)外部主機(jī)均可通過該映射發(fā)送IP包到該內(nèi)部主機(jī)。(2)限制性克隆(Restricted Clone) : NAT把所有來自相同內(nèi)部IP地址和端口的請求映射到相同的外部IP地址和端口。但是,只有當(dāng)內(nèi)部主機(jī)先給IP地址為X的外部主機(jī)發(fā)送IP包,該外部主機(jī)才能向該內(nèi)部主機(jī)發(fā)送IP包。(3)端口限制性克隆( Port Restricted Clone) :端口限制性克隆與限制性克隆類似,只是多了端口號的限制,即只有內(nèi)部主機(jī)先向IP地址為X,端口號為P的外部主機(jī)發(fā)送1個(gè)IP包,該外部主機(jī)才能夠把源端口號為P的IP包發(fā)送給該內(nèi)部主機(jī)。(4)對稱式NAT ( Symmetric NAT) :這種類型的NAT與上述3種類型的不同,在于當(dāng)同一內(nèi)部主機(jī)使用相同的端口與不同地址的外部主機(jī)進(jìn)行通信時(shí), NAT對該內(nèi)部主機(jī)的映射會(huì)有所不同。對稱式NAT不保證所有會(huì)話中的私有地址和公開IP之間綁定的一致性。相反,它為每個(gè)新的會(huì)話分配一個(gè)新的端口號。
先假設(shè):有一個(gè)服務(wù)器S在公網(wǎng)上有一個(gè)IP,兩個(gè)私網(wǎng)分別由NAT-A和NAT-B連接到公網(wǎng),NAT-A后面有一臺(tái)客戶端A,NAT-B后面有一臺(tái)客戶端B,現(xiàn)在,我們需要借助S將A和B建立直接的TCP連接,即由B向A打一個(gè)洞,讓A可以沿這個(gè)洞直接連接到B主機(jī),就好像NAT-B不存在一樣。
實(shí)現(xiàn)過程如下:1、 S啟動(dòng)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)偵聽,一個(gè)叫【主連接】偵聽,一個(gè)叫【協(xié)助打洞】的偵聽。2、 A和B分別與S的【主連接】保持聯(lián)系。3、 當(dāng)A需要和B建立直接的TCP連接時(shí),首先連接S的【協(xié)助打洞】端口,并發(fā)送協(xié)助連接申請。同時(shí)在該端口號上啟動(dòng)偵聽。注意由于要在相同的網(wǎng)絡(luò)終端上綁定到不同的套接字上,所以必須為這些套接字設(shè)置 SO_REUSEADDR 屬性(即允許重用),否則偵聽會(huì)失敗。4、 S的【協(xié)助打洞】連接收到A的申請后通過【主連接】通知B,并將A經(jīng)過NAT-A轉(zhuǎn)換后的公網(wǎng)IP地址和端口等信息告訴B。5、 B收到S的連接通知后首先與S的【協(xié)助打洞】端口連接,隨便發(fā)送一些數(shù)據(jù)后立即斷開,這樣做的目的是讓S能知道B經(jīng)過NAT-B轉(zhuǎn)換后的公網(wǎng)IP和端口號。6、 B嘗試與A的經(jīng)過NAT-A轉(zhuǎn)換后的公網(wǎng)IP地址和端口進(jìn)行connect,根據(jù)不同的路由器會(huì)有不同的結(jié)果,有些路由器在這個(gè)操作就能建立連接,大多數(shù)路由器對于不請自到的SYN請求包直接丟棄而導(dǎo)致connect失敗,但NAT-A會(huì)紀(jì)錄此次連接的源地址和端口號,為接下來真正的連接做好了準(zhǔn)備,這就是所謂的打洞,即B向A打了一個(gè)洞,下次A就能直接連接到B剛才使用的端口號了。7、 客戶端B打洞的同時(shí)在相同的端口上啟動(dòng)偵聽。B在一切準(zhǔn)備就緒以后通過與S的【主連接】回復(fù)消息“我已經(jīng)準(zhǔn)備好”,S在收到以后將B經(jīng)過NAT-B轉(zhuǎn)換后的公網(wǎng)IP和端口號告訴給A。8、 A收到S回復(fù)的B的公網(wǎng)IP和端口號等信息以后,開始連接到B公網(wǎng)IP和端口號,由于在步驟6中B曾經(jīng)嘗試連接過A的公網(wǎng)IP地址和端口,NAT-A紀(jì)錄了此次連接的信息,所以當(dāng)A主動(dòng)連接B時(shí),NAT-B會(huì)認(rèn)為是合法的SYN數(shù)據(jù),并允許通過,從而直接的TCP連接建立起來了。
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原文標(biāo)題:p2p實(shí)現(xiàn)原理及打洞技術(shù)介紹
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