网络穿透 P2P 穿透 UDP打洞、TCP打洞 原理

经常听到 网络穿透 P2P 穿透 UDP打洞、TCP打洞 以前只是 知道网络底层的底层的一些知识 接触过 网络穿透 P2P 穿透 UDP打洞、TCP打洞

现在做个笔记：

1 P2P 穿透 如何实现的

P2P穿透是一种技术，用于在两个或多个设备之间建立直接的点对点连接，而无需依赖中间服务器进行转发。它可以帮助设备在NAT（网络地址转换）或防火墙后面进行直接通信。

实现P2P穿透通常涉及以下步骤：

确定网络拓扑：确定参与P2P通信的设备的网络拓扑，包括其在公共互联网上的IP地址和端口。

穿透NAT：由于NAT会对设备进行网络地址转换，使其在私有网络中具有不可路由的IP地址，因此需要使用一些技术手段来穿透NAT。常见的方法包括UDP打洞、TCP打洞和中继服务器。

UDP打洞：设备A和设备B都向公共服务器发送UDP数据包，以建立一个虚拟连接。然后，设备A和设备B同时向NAT发送UDP数据包，以建立直接的点对点连接。

TCP打洞：设备A和设备B都向公共服务器发起TCP连接，并在握手过程中发送特定的数据包。这些数据包可以欺骗NAT，使其将来自设备A和设备B的数据包重定向到正确的设备。

中继服务器：如果设备无法通过NAT穿透，可以使用中继服务器作为中转站。设备A和设备B都连接到中继服务器，通过服务器转发数据来实现通信。

防火墙穿透：如果设备后面有防火墙，可能需要打开特定的端口或配置防火墙规则，以允许P2P通信的数据流通过。

连接建立和维护：一旦成功穿透NAT和防火墙，设备之间就可以建立直接的点对点连接。此后，设备可以通过该连接直接交换数据。

需要注意的是，P2P穿透涉及到网络配置和协议细节，具体的实现方法可能会因网络环境和技术选择而有所不同。在实际应用中，可以使用一些开源的P2P穿透库或框架来简化开发过程，例如libjingle、STUN、TURN等。

2 UDP打洞、TCP打洞 原理

UDP打洞和TCP打洞都是用于穿透NAT（网络地址转换）的技术，以实现直接的点对点通信。下面是它们的原理简介：

UDP打洞：

设备A和设备B都向公共服务器发送UDP数据包，这样服务器就知道设备A和设备B的外部IP地址和端口。
设备A和设备B同时向自己的NAT发送UDP数据包，这样NAT就会在转发数据包的过程中建立一个虚拟连接。
设备A和设备B通过这个虚拟连接进行通信，因为它们的NAT都知道如何将数据包从一个设备转发到另一个设备。
TCP打洞：

设备A和设备B都向公共服务器发起TCP连接，并在握手过程中发送特定的数据包。
这些特定的数据包可能会欺骗NAT，使其将来自设备A和设备B的数据包重定向到正确的设备。
一旦成功建立TCP连接，设备A和设备B就可以通过这个连接进行直接的点对点通信。
无论是UDP打洞还是TCP打洞，其核心思想都是在NAT和防火墙后面建立虚拟连接或使用特定的数据包欺骗NAT，以使数据包能够正确地传递到目标设备。这样就实现了在NAT和防火墙后面的设备之间直接通信的能力。

需要注意的是，UDP打洞和TCP打洞的成功与否取决于网络环境和设备的配置。在某些情况下，可能需要使用其他技术手段或使用中继服务器作为中转站来实现P2P通信。此外，打洞过程中还可能面临一些安全和隐私风险，因此在实际应用中需要谨慎考虑安全性和隐私保护

3 NAT 什么

NAT（Network Address Translation，网络地址转换）是一种网络通信技术，常用于将私有网络中的内部IP地址转换为公共网络中的外部IP地址，以实现多个设备共享一个公共IP地址的功能。

在一个使用NAT的网络中，通常有一个NAT设备（例如路由器）连接到公共网络，而私有网络中的设备通过NAT设备与公共网络通信。NAT设备会维护一个转换表，记录私有IP地址和对应的公共IP地址之间的映射关系。

NAT的主要功能包括：

IP地址转换：NAT设备将私有网络中的设备的内部IP地址转换为公共网络中的外部IP地址，以便与公共网络进行通信。
端口转换：NAT设备会分配唯一的端口号给私有网络中的设备，使多个设备可以使用同一个公共IP地址进行通信。
网络地址隐藏：私有网络中的设备使用内部IP地址进行通信，对外部网络隐藏了私有网络的具体拓扑结构，提高了网络的安全性。
NAT的工作原理是在数据包传输过程中修改IP地址和端口号，以使数据包正确地进出私有网络。当私有网络中的设备向外部网络发送数据包时，NAT设备会将数据包的源IP地址和端口号替换为NAT设备的外部IP地址和端口号。当外部网络的响应数据包返回时，NAT设备会将目标IP地址和端口号还原为私有网络中的设备的内部IP地址和端口号，然后将数据包转发给相应的设备。

通过NAT，私有网络中的设备可以通过共享一个公共IP地址与外部网络进行通信，从而有效地节省了IP地址资源。然而，NAT也带来了一些限制，例如在某些情况下会影响P2P通信或者需要进行端口映射配置才能实现某些网络应用。

总而言之，NAT是一种在私有网络和公共网络之间进行IP地址转换和端口转换的技术，可以实现多个设备共享一个公共IP地址的功能，并提高网络的安全性

4 STUN 服务器 是什么

STUN（Session Traversal Utilities for NAT）服务器是一种用于网络通信中的服务器，用于帮助解决 NAT（Network Address Translation）所引起的通信问题。

NAT 是一种常见的网络设备和协议，它在互联网通信中起到了重要的作用。然而，NAT 会限制来自外部网络的直接访问，这导致了一些通信困难，特别是在点对点（P2P）通信或实时通信等场景中。

STUN 服务器的主要作用是帮助网络设备或应用程序识别自身在 NAT 后的公网地址（Public IP Address）和端口号。当设备或应用程序需要与其他设备进行通信时，它们可以通过与 STUN 服务器进行交互，获得自身的公网地址和端口号，从而在 NAT 环境下建立直接的通信连接。

STUN 服务器会向客户端返回 NAT 映射信息，包括公网 IP 地址、端口号等。客户端可以使用这些信息与其他设备进行通信，或者将这些信息提供给其他设备以建立直接的点对点连接。

STUN 服务器通常由网络服务提供商、互联网服务提供商或其他网络服务提供者提供和维护。它们在网络中的位置可以是分布式的，以便更好地为客户端提供服务。

需要注意的是，STUN 服务器只能帮助解决 NAT 穿透问题，而不能直接提供数据传输或消息路由功能。具体的数据传输和消息路由还需要在应用层或使用其他协议和技术来实现。

总结而言，STUN 服务器是一种用于帮助解决 NAT 穿透问题的服务器，它通过提供公网地址和端口号等信息，帮助设备在 NAT 环境下建立直接的通信连接。

5 libjingle、STUN、TURN

libjingle 是一个开源的实时通信引擎，由Google开发并用于WebRTC项目。它提供了一组C++库和工具，用于构建实时音视频通信应用程序。libjingle 提供了对网络传输、音视频处理、信令交换等方面的支持，帮助开发者构建基于实时通信的应用。
libjingle 使用了 NAT 穿透技术来解决网络通信中的 NAT 限制问题。NAT（Network Address Translation）会导致设备在私有网络中使用私有IP地址，无法直接与公共网络中的其他设备通信。为了实现点对点的通信，libjingle 使用了一些技术来穿透 NAT。

libjingle 使用了 STUN（Session Traversal Utilities for NAT）协议来帮助设备发现其在 NAT 后面的公共 IP 地址和端口号。通过向 STUN 服务器发送请求并解析响应，设备可以获取其对外部的公共地址信息，从而进行直接通信。

然而，有些情况下，STUN 无法成功穿透特定类型的 NAT。为了应对这种情况，libjingle 还使用了 TURN（Traversal Using Relays around NAT）协议。当设备无法直接建立点对点连接时，libjingle 通过中继服务器进行数据转发，实现设备之间的通信。

所以，libjingle 组合使用了 STUN 和 TURN 技术来实现 NAT 穿透，以便在实时通信应用中建立点对点的连接

STUN（Session Traversal Utilities for NAT，NAT会话穿越实用工具）是一种用于网络通信的协议，用于解决NAT（Network Address Translation）带来的问题。NAT会导致设备在私有网络中使用私有IP地址，无法直接与公共网络中的其他设备通信。STUN允许设备通过公共网络中的STUN服务器获取其对外部的公共IP地址和端口号，以便进行直接通信。STUN协议通过向STUN服务器发送请求并解析响应，帮助设备发现其NAT后面的公共地址和端口。

TURN（Traversal Using Relays around NAT，通过NAT进行中继）是一种用于解决NAT穿透问题的协议。在某些情况下，STUN无法成功穿透某些类型的NAT，这时就需要使用TURN协议。TURN允许设备将其通信流量通过一个中继服务器进行转发，以实现与其他设备的直接通信。当设备无法直接建立点对点连接时，可以将数据流量通过TURN服务器中继，从而解决NAT穿透的问题。

综合起来，libjingle 是一个实时通信引擎，用于构建实时音视频通信应用程序。STUN 是一种协议，用于帮助设备解决NAT带来的通信问题，通过获取公共IP地址和端口号实现直接通信。而TURN 则是一种协议，用于解决无法通过STUN穿透NAT的情况，通过中继服务器进行数据转发，实现设备之间的直接通信。这些技术在实时通信应用中常用于解决NAT穿透和建立点对点连接的问题。

6 CocoaAsyncSocket 如何 实现 STUN 或 TURN 功能

CocoaAsyncSocket 是一个常用的 iOS 和 macOS 平台上的网络编程库，它提供了 TCP 和 UDP 的套接字操作接口。虽然 CocoaAsyncSocket 本身并不提供 STUN 或 TURN 功能的实现，但你可以使用它作为底层的网络通信框架来实现 STUN 或 TURN 功能。

STUN（Session Traversal Utilities for NAT）和 TURN（Traversal Using Relays around NAT）是用于解决 NAT 穿透的协议。下面是一个简单的示例，演示了如何使用 CocoaAsyncSocket 实现 STUN 功能：

添加 CocoaAsyncSocket 到项目：

在你的 Xcode 项目中，使用 CocoaPods 或手动导入 CocoaAsyncSocket 库。
创建一个 TCP 连接到 STUN 服务器：

使用 CocoaAsyncSocket 提供的 GCDAsyncSocket 类创建一个 TCP 客户端连接到 STUN 服务器的 IP 地址和端口号。
发送 STUN 请求：

构造一个符合 STUN 协议的请求消息，并使用 GCDAsyncSocket 发送到 STUN 服务器。
解析 STUN 响应：

使用 GCDAsyncSocket 接收 STUN 服务器返回的响应消息，并解析其中的信息。
注意：以上示例只是一个简单的框架，实际的 STUN 功能需要参考 STUN 协议规范和相关文档来构建请求和解析响应。

对于 TURN 功能的实现，可以使用 CocoaAsyncSocket 提供的 UDP 套接字操作接口来构建 TURN 请求和解析响应。需要了解 TURN 协议规范和相关文档来实现相应的功能。

总而言之，CocoaAsyncSocket 可以作为底层网络通信框架来实现 STUN 和 TURN 功能，但具体的实现还需要参考相关协议和文档，并根据需要进行定制开发。