传送门: 柏链项目学院
就像1000个人眼中有1000个哈姆雷特一样,每个人眼中的区块链也是不一样的!作为技术人员眼中的区块链就是将各种技术的融合,包括密码学,p2p网络,分布式共识机制以及博弈论等。我们今天就来讨论一下区块链技术中的p2p网络,这是一种点到点的通信技术。
说到p2p通信,它并没有名字看上去那样简单,在网络世界里实现p2p还是需要一些手段的!很多朋友可能会说,实现一个c/s模式的点到点通信很简单呀,但是前提是彼此可以看见,比如服务器在公网,或者服务器和客户端都在同一个局域网内,我们要探讨的p2p通信是指通信的双方分别在两个局域网内部!
由于在两个局域网内部,两台设备并没有公网IP,彼此要通信需要借助路由器,但是路由器又会对不识别的ip进行过滤,也就是路由器有个陌生人排除机制!怎么办呢?类似于我们去一个安保较为严格的场所时,需要内部的工作人员接引才可入内,在网络编程中也是这样的原理!但和现实中不同的是,假设设备A想和另一个局域网的设备B通信,设备B是并不认识设备A的,设备A通过路由器NAT(Network Address Translation,网络地址转换)技术获得了一个公网映射IP,但是设备B并不认识,那么怎么样能让两者通信呢?所以这个时候需要一个介绍人,此时需要有一个公网的服务器作为媒介,介绍两个人介绍,当B设备对应路由器添加了A设备对应的公网IP后,A设备就可以与B设备建立连接了,这个时候就可以顺畅的通信了!
Server S
10.47.58.139:9527
|
|
+----------------------|----------------------+
| |
NAT A NAT B
122.27.219.161:10001 123.29.210.131:10002
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Client A Client B
192.168.1.126:9901 192.168.1.102:9902
如上图所示,CLientA与ClientB想要通信,因为两个客户端都在各自的局域网内,都是通过NAT技术生成公网映射IP的,想要彼此访问必须通过一个中间服务器进行中介介绍,这样两个客户端才能彼此认识并建立连接,否则双方直接通信都会被路由器丢弃。那么为什么非要用NAT呢?直接为每个Client分配一个公网IP不可以吗?这是由于IPv4的限制,公网IP数量是有限的,我们国家拿到的公网IP段更是有限,甚至不及美国一所大学的IP段数量多。这样也就不可能为每个机器都分配一个公网IP,正因为此NAT技术才非常重要,它可以很好的帮我们解决公网IP不足的问题。
接下来我们还是介绍一下NAT的原理和类型:
NAT主要可以分为两类:
针对NAPT端口的映射方式,又可以分为四种形式:
本人经过检测发现,本机的NAT类型为上述第四种:Symmetric NAT
知识点普及后,我们继续来实践我们之前所说的p2p技术,也就是两个设备之间的通信问题,由于两个设备分别在各自的网络内部,我们也称这种行为为打洞!
接下来我们用go语言来实现这个打洞技术,主要使用UDP来实现,具体流程如下:
代码如下:
//server.go
"log"
"net"
"time"
)
func main() {
listener, err := net.ListenUDP("udp", &net.UDPAddr{IP: net.IPv4zero, Port: 9527})
if err != nil {
fmt.Println(err)
return
}
log.Printf("本地地址: <%s> \n", listener.LocalAddr().String())
peers := make([]net.UDPAddr, 0, 2)
data := make([]byte, 1024)
for {
n, remoteAddr, err := listener.ReadFromUDP(data)
if err != nil {
fmt.Printf("error during read: %s", err)
}
log.Printf("<%s> %s\n", remoteAddr.String(), data[:n])
peers = append(peers, *remoteAddr)
if len(peers) == 2 {
log.Printf("进行UDP打洞,建立 %s <--> %s 的连接\n", peers[0].String(), peers[1].String())
listener.WriteToUDP([]byte(peers[1].String()), &peers[0])
listener.WriteToUDP([]byte(peers[0].String()), &peers[1])
time.Sleep(time.Second * 8)
log.Println("中转服务器退出,仍不影响peers间通信")
return
}
}
}
服务端显示如下:
ykdeMac-mini:study yekai$ ./server
2019/04/03 14:50:13 本地地址: <[::]:9527>
2019/04/03 14:51:48 <192.168.1.102:9901> hello, I'm new peer:yekai1
2019/04/03 14:52:57 <192.168.1.126:9902> hello, I'm new peer:yekai2
2019/04/03 14:52:57 进行UDP打洞,建立 192.168.1.102:9901 <--> 192.168.1.126:9902 的连接
2019/04/03 14:53:05 中转服务器退出,仍不影响peers间通信
//client.go
package main
import (
"fmt"
"log"
"net"
"os"
"strconv"
"strings"
"time"
)
var tag string
const HAND_SHAKE_MSG = "我是打洞消息"
func main() {
if len(os.Args) < 2 {
fmt.Println("请输入一个客户端标志")
os.Exit(0)
}
// 当前进程标记字符串,便于显示
tag = os.Args[1]
srcAddr := &net.UDPAddr{IP: net.IPv4zero, Port: 9901} // 注意端口必须固定
dstAddr := &net.UDPAddr{IP: net.ParseIP("192.168.1.102"), Port: 9527}
conn, err := net.DialUDP("udp", srcAddr, dstAddr)
if err != nil {
fmt.Println(err)
}
if _, err = conn.Write([]byte("hello, I'm new peer:" + tag)); err != nil {
log.Panic(err)
}
data := make([]byte, 1024)
n, remoteAddr, err := conn.ReadFromUDP(data)
if err != nil {
fmt.Printf("error during read: %s", err)
}
conn.Close()
anotherPeer := parseAddr(string(data[:n]))
fmt.Printf("local:%s server:%s another:%s\n", srcAddr, remoteAddr, anotherPeer.String())
// 开始打洞
bidirectionHole(srcAddr, &anotherPeer)
}
func parseAddr(addr string) net.UDPAddr {
t := strings.Split(addr, ":")
port, _ := strconv.Atoi(t[1])
return net.UDPAddr{
IP: net.ParseIP(t[0]),
Port: port,
}
}
func bidirectionHole(srcAddr *net.UDPAddr, anotherAddr *net.UDPAddr) {
conn, err := net.DialUDP("udp", srcAddr, anotherAddr)
if err != nil {
fmt.Println(err)
}
defer conn.Close()
// 向另一个peer发送一条udp消息(对方peer的nat设备会丢弃该消息,非法来源),用意是在自身的nat设备打开一条可进入的通道,这样对方peer就可以发过来udp消息
if _, err = conn.Write([]byte(HAND_SHAKE_MSG)); err != nil {
log.Println("send handshake:", err)
}
go func() {
for {
time.Sleep(10 * time.Second)
if _, err = conn.Write([]byte("from [" + tag + "]")); err != nil {
log.Println("send msg fail", err)
}
}
}()
for {
data := make([]byte, 1024)
n, _, err := conn.ReadFromUDP(data)
if err != nil {
log.Printf("error during read: %s\n", err)
} else {
log.Printf("收到数据:%s\n", data[:n])
}
}
}
客户端1显示如下:
ykdeMac-mini:study yekai$ ./client yekai1
local:0.0.0.0:9901 server:192.168.1.102:9527 another:192.168.1.126:9902
2019/04/03 14:52:57 收到数据:我是打洞消息
2019/04/03 14:52:57 error during read: read udp 192.168.1.102:9901->192.168.1.126:9902: recvfrom: connection refused
2019/04/03 14:53:07 收到数据:from [yekai2]
2019/04/03 14:53:17 收到数据:from [yekai2]
客户端2显示如下:
localhost:zhuhai yk$ ./client yekai2
local:0.0.0.0:9902 server:192.168.1.102:9527 another:192.168.1.102:9901
2019/04/03 14:53:07 收到数据:from [yekai1]
2019/04/03 14:53:17 收到数据:from [yekai1]
备注:本文中的公网服务器使用的是192.168.1.102进行替代,测试时并没有实际走NAT映射,不过其他童鞋可以用代码在公网服务器进行验证!