基于P2P技术实现内网到内网UDP穿透

P2P：只要是数据量很大，而一般利用中转服务器又需要一定规模投入的应用，我们都可以考虑用P2P技术。

好处：

1.降低成本与投入。

2.提高传输性能。

 

一般情况下，我们做网络程序，首先都会考虑用TCP的方式来实现，用TCP的方式主要的好处有：

1.编写程序简单，大部分是采用C-S模型，也就是客户端对服务器。

2.TCP的特性保证了数据传输的可靠性，只要适当定制好协议，基本不会有网络丢包与边界的问题。

但同时，TCP也有缺点，就是通信效率较低。

 

做好P2P应用至少需要解决两个问题：

1.实现内网之间机器的网络通信。

2.需要解决UDP出现的数据传输不稳定问题。

 

内网穿透

假设一台在NAT211.133.*后的192.168.1.77:8000要向NAT211.134.*后的192.168.1.88:9000发送数据，假设你向211.134.*这个IP地址的9000端口直接发送数据包，则数据包在到达NAT211.134.*之后，会被当做无效非法的数据包被丢弃，NAT在此时相当于一个防火墙，会对没有建立起有效SESSION的数据包进行拒绝转递。当然，你也不能直接用内网地址192.168.1.88进行发送数据包，这就好比你在广州要打电话到上海的某个地方，如果你不加区号，直接拨打区域内电话是件很愚蠢的事。

 

首先我们要认识NAT设备，NAT英文全拼是Network Address Translator(网络地址转换器)，说白了就是凡是经过NAT发出去的数据包，都会通过一定的端口转换（而非使用原端口）再发出去，也就是说内网和外网之间的通信不是直接由内网机器与外网NAT进行，而是利用内网对外网的NAT建立起SESSION与外网NAT的SESSION进行。

 

根据SESSION的不同，NAT主要分成两种：SymmetricNAPT以及CONE NAPT。简单的说，Symmetric NAPT是属于动态端口映射的NAT，而CONE NAPT是属于静态端口映射的NAT。而市场上目前大多属于后者，CONE的英文意思锥，意思就是一个端口可以对外部多台NAT设备通信。这个也正是我们做点对点穿透的基本，是我们所希望的，否则现在的大部分点对点软件将无法正常使用。

 

像上面的例子，NAT211.133.*和NAT211.134.*之间需要进行通信，但开始不能直接就发数据包，我们需要一个中间人，这个就是外部索引服务器（我们假设是211.135.*:7000），

1. NAT211.133.*向211.135.*:7000发送数据包，211.135.*:7000是可以正常接收到数据，因为它是属于对外型开放的服务端口。
2. 211.135.*:7000收到数据包后可以获知NAT211.133.*对外通信的临时SESSION信息（这个临时的端口，假设是6000会过期，具体的时间不同，但我个人的测试是每30秒发送一个心跳包keep住连接以保证端口维持住通信连接不断开），索引服务器此时应将此信息保存起来。
3. 同时，NAT211.134.*也在时刻向索引服务器发送心跳包，索引服务器就向NAT211.134.*发送一个通知，让它向NAT211.133.*:6000发送探测包（这个数据包最好多发几个），
4. NAT211.133.*（跟人觉得这里应该是NAT211.134）在收到通知包之后再向索引服务器发送反馈包，说明自己已经向NAT211.133.*:6000发送了探测包，
5. 索引服务器在接收到反馈包之后再向NAT211.133.*转发反馈包，
6. NAT211.133.*在接收到数据包之后再向原本要请求的NAT211.134.*发送数据包，此时连接已经打通，实现穿透，NAT211.134.*会将信息转发给192.168.1.88的9000端口。

 

对于Symmetric NAPT的情况，网上有人说可以通过探测端口的方式，不过成功率并不高，我建议可用服务器进行中转。

另外，最好在数据包发送前先检测是否进行的是同个NAT的情况，也就是内网发内网，如果是，直接发送即可，而无需通过外网再绕回来。

 

其次关于第二点，解决UDP传输的不稳定问题，其实这里涉及到另一个方面的知识，就是滑动窗口的东西，

可以开一个缓冲区用于循环接收数据以及重组，另外加上超时重发机制以及确认发送机制，有点像TCP的传输原理，不过如果处理的好，效率绝对比采用TCP的方式要高。