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首先先介紹一些基本概念：[br]nat(network address [br]translators)，網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換：網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換是在ip地址日益缺乏的情況下產(chǎn)生的，它的主要目的就是為了能夠地址重用。nat分為兩大類，基本的nat和napt(network [br]address/port translator)。[br]最開始nat是運行在路由器上的一個功能模塊。
[p]最先提出的是基本的nat，它的產(chǎn)生基于如下事實：一個私有網(wǎng)絡(luò)（域）中的節(jié)點中只有很少的節(jié)點需要與外網(wǎng)連接（呵呵，這是在上世紀(jì)90年代中期提出 的）。那么這個子網(wǎng)中其實只有少數(shù)的節(jié)點需要全球唯一的ip地址，其他的節(jié)點的ip地址應(yīng)該是可以重用的。[br]因此，基本的nat實現(xiàn)的功能很簡單，在子網(wǎng)內(nèi)使用一個保留的ip子網(wǎng)段，這些ip對外是不可見的。子網(wǎng)內(nèi)只有少數(shù)一些ip地址可以對應(yīng)到真正全球唯一的ip地址。如果這些節(jié)點需要訪問外部網(wǎng)絡(luò)，那么基本nat就負(fù)責(zé)將這個節(jié)點的子網(wǎng)內(nèi)ip轉(zhuǎn)化為一個全球唯一的ip然后發(fā)送出去。(基本的nat會改變ip包中的原ip地址，但是不會改變ip包中的端口)[br]關(guān)于基本的nat可以參看rfc 1631[/p]
[p]另外一種nat叫做napt，從名稱上我們也可以看得出，napt不但會改變經(jīng)過這個nat設(shè)備的ip數(shù)據(jù)報的ip地址，還會改變ip數(shù)據(jù)報的tcp/udp端口?；緉at的設(shè)備可能我們見的不多（呵呵，我沒有見到過），napt才是我們真正討論的主角。看下圖：[br]server s1[br]18.181.0.31:1235[br]|[br]^ session 1 (a-s1) ^ |[br]| 18.181.0.31:1235 | |[br]v 155.99.25.11:62000 v |[br]|[br]nat[br]155.99.25.11[br]|[br]^ session 1 (a-s1) ^ |[br]| 18.181.0.31:1235 | |[br]v 10.0.0.1:1234 v |[br]|[br]client a[br]10.0.0.1:1234[br]有一個私有網(wǎng)絡(luò)10.*.*.*，client [br]a是其中的一臺計算機，這個網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)（一個nat設(shè)備）的外網(wǎng)ip是155.99.25.11(應(yīng)該還有一個內(nèi)網(wǎng)的ip地址，比如10.0.0.10)。如果client [br]a中的某個進(jìn)程（這個進(jìn)程創(chuàng)建了一個udp [br]socket,這個socket綁定1234端口）想訪問外網(wǎng)主機18.181.0.31的1235端口，那么當(dāng)數(shù)據(jù)包通過nat時會發(fā)生什么事情呢？[br]首先nat會改變這個數(shù)據(jù)包的原ip地址，改為155.99.25.11。接著nat會為這個傳輸創(chuàng)建一個session（session是一個抽象的概 念，如果是tcp，也許session是由一個syn包開始，以一個fin包結(jié)束。而udp呢，以這個ip的這個端口的第一個udp開始，結(jié)束呢，呵呵， 也許是幾分鐘，也許是幾小時，這要看具體的實現(xiàn)了）并且給這個session分配一個端口，比如62000，然后改變這個數(shù)據(jù)包的源端口為62000。所 以本來是（10.0.0.1:1234->18.181.0.31:1235）的數(shù)據(jù)包到了互聯(lián)網(wǎng)上變?yōu)榱?（155.99.25.11:62000->18.181.0.31:1235）。[br]一旦nat創(chuàng)建了一個session后，nat會記住62000端口對應(yīng)的是10.0.0.1的1234端口，以后從18.181.0.31發(fā)送到62000端口的數(shù)據(jù)會被nat自動的轉(zhuǎn)發(fā)到10.0.0.1上。（注意：這里是說18.181.0.31發(fā)送到62000端口的數(shù)據(jù)會被轉(zhuǎn)發(fā)，其他的ip發(fā)送到這個端口的數(shù)據(jù)將被nat拋棄）這樣client [br]a就與server s1建立以了一個連接。[/p]
[p]呵呵，上面的基礎(chǔ)知識可能很多人都知道了，那么下面是關(guān)鍵的部分了。[br]看看下面的情況：[br]server s1 server s2[br]18.181.0.31:1235 138.76.29.7:1235[br]| |[br]| |[br]+----------------------+----------------------+[br]|[br]^ session 1 (a-s1) ^ | ^ session 2 (a-s2) ^[br]| 18.181.0.31:1235 | | | 138.76.29.7:1235 |[br]v 155.99.25.11:62000 v | v 155.99.25.11:62000 v[br]|[br]cone nat[br]155.99.25.11[br]|[br]^ session 1 (a-s1) ^ | ^ session 2 (a-s2) ^[br]| 18.181.0.31:1235 | | | 138.76.29.7:1235 |[br]v 10.0.0.1:1234 v | v 10.0.0.1:1234 v[br]|[br]client a[br]10.0.0.1:1234[br]接上面的例子，如果client a的原來那個socket(綁定了1234端口的那個udp socket)又接著向另外一個server [br]s2發(fā)送了一個udp包，那么這個udp包在通過nat時會怎么樣呢？[br]這時可能會有兩種情況發(fā)生，一種是nat再次創(chuàng)建一個session，并且再次為這個session分配一個端口號（比如：62001）。另外一種是nat再次創(chuàng)建一個session，但是不會新分配一個端口號，而是用原來分配的端口號62000。前一種nat叫做symmetric [br]nat，后一種叫做cone [br]nat。我們期望我們的nat是第二種，呵呵，如果你的nat剛好是第一種，那么很可能會有很多p2p軟件失靈。（可以慶幸的是，現(xiàn)在絕大多數(shù)的nat屬于后者，即cone [br]nat）[/p]
[p]好了，我們看到，通過nat,子網(wǎng)內(nèi)的計算機向外連結(jié)是很容易的（nat相當(dāng)于透明的，子網(wǎng)內(nèi)的和外網(wǎng)的計算機不用知道nat的情況）。[br]但是如果外部的計算機想訪問子網(wǎng)內(nèi)的計算機就比較困難了（而這正是p2p所需要的）。[br]那么我們?nèi)绻霃耐獠堪l(fā)送一個數(shù)據(jù)報給內(nèi)網(wǎng)的計算機有什么辦法呢？首先，我們必須在內(nèi)網(wǎng)的nat上打上一個“洞”（也就是前面我們說的在nat上建立一個session），這個洞不能由外部來打，只能由內(nèi)網(wǎng)內(nèi)的主機來打。而且這個洞是有方向的，比如從內(nèi)部某臺主機（比如：192.168.0.10）向外部 的某個ip(比如：219.237.60.1)發(fā)送一個udp包，那么就在這個內(nèi)網(wǎng)的nat設(shè)備上打了一個方向為219.237.60.1的“洞”，（這 就是稱為udp [br]hole [br]punching的技術(shù)）以后219.237.60.1就可以通過這個洞與內(nèi)網(wǎng)的192.168.0.10聯(lián)系了。（但是其他的ip不能利用這個洞）。[/p]
[p]呵呵，現(xiàn)在該輪到我們的正題p2p了。有了上面的理論，實現(xiàn)兩個內(nèi)網(wǎng)的主機通訊就差最后一步了：那就是雞生蛋還是蛋生雞的問題了，兩邊都無法主動發(fā)出連接 請求，誰也不知道誰的公網(wǎng)地址，那我們?nèi)绾蝸泶蜻@個洞呢？我們需要一個中間人來聯(lián)系這兩個內(nèi)網(wǎng)主機。[br]現(xiàn)在我們來看看一個p2p軟件的流程，以下圖為例：[/p]
[p]server s （219.237.60.1）[br]|[br]|[br]+----------------------+----------------------+[br]| |[br]nat a (外網(wǎng)ip:202.187.45.3) nat b (外網(wǎng)ip:187.34.1.56)[br]| (內(nèi)網(wǎng)ip:192.168.0.1) | (內(nèi)網(wǎng)ip:192.168.0.1)[br]| |[br]client a (192.168.0.20:4000) client b (192.168.0.10:40000)[/p]
[p]首先，client a登錄服務(wù)器，nat a為這次的session分配了一個端口60000，那么server s收到的client [br]a的地址是202.187.45.3:60000，這就是client a的外網(wǎng)地址了。同樣，client b登錄server s，nat [br]b給此次session分配的端口是40000，那么server s收到的b的地址是187.34.1.56:40000。[br]此時，client a與client b都可以與server s通信了。如果client a此時想直接發(fā)送信息給client [br]b，那么他可以從server s那兒獲得b的公網(wǎng)地址187.34.1.56:40000，是不是client [br]a向這個地址發(fā)送信息client b就能收到了呢？答案是不行，因為如果這樣發(fā)送信息，nat [br]b會將這個信息丟棄（因為這樣的信息是不請自來的，為了安全，大多數(shù)nat都會執(zhí)行丟棄動作）。現(xiàn)在我們需要的是在nat [br]b上打一個方向為202.187.45.3（即client a的外網(wǎng)地址）的洞，那么client [br]a發(fā)送到187.34.1.56:40000的信息,client b就能收到了。這個打洞命令由誰來發(fā)呢，呵呵，當(dāng)然是server s。[br]總結(jié)一下這個過程：如果client a想向client b發(fā)送信息，那么client a發(fā)送命令給server s，請求server [br]s命令client b向client [br]a方向打洞。呵呵，是不是很繞口，不過沒關(guān)系，想一想就很清楚了，何況還有源代碼呢（侯老師說過：在源代碼面前沒有秘密 [br]8）），然后client a就可以通過client b的外網(wǎng)地址與client b通信了。[/p]
[p]注意：以上過程只適合于cone nat的情況，如果是symmetric nat，那么當(dāng)client b向client [br]a打洞的端口已經(jīng)重新分配了，client b將無法知道這個端口（如果symmetric [br]nat的端口是順序分配的，那么我們或許可以猜測這個端口號，可是由于可能導(dǎo)致失敗的因素太多，我們不推薦這種猜測端口的方法）。[/p]
[p]另一篇文章接上：[/p]
[p]下面解釋一下上面的文章中沒有提及或者說我覺得比較欠缺的地方. [br]私有地址/端口和公有地址/端口:我們知道,現(xiàn)在大部分網(wǎng)絡(luò)采用的都是napt(network address/port translator)了,這個東東的作用是一個對外的對話在經(jīng)過nat之后ip地址和端口號都會被改寫,在這里把一次會話中客戶自己認(rèn)為在使用的ip地址和端口號成為私有地址/端 口,而把經(jīng)過napt之后被改寫的ip地址和端口號稱為公有地址/端口.或者可以這么理解,私有地址/端口是你家里人對你的昵稱而公有地址/端口則是你真 正對外公開的名字.如何獲得用戶的私用地址/端口號,這個很簡單了,而要得到公有地址/端口號就要在連接上另一臺機器之后由那臺機器看到的ip地址和端口 號來表示. [br][br]如果明白了上面的東西,下面進(jìn)入我們的代碼,在這里解釋一下關(guān)鍵部分的實現(xiàn): [br][br]客戶端首先得到自己的私有地址/終端,然后向server端發(fā)送登陸請求,server端在得到這個請求之后就可以知道這個client端的公有地址/終 端,server會為每一個登陸的client保存它們的私有地址/端口和公有地址/端口. [br][br]ok,下面開始關(guān)鍵的打洞流程.假設(shè)client a要向client b對話,但是a不知道b的地址,即使知道根據(jù)nat的原理這個對話在第一次會被拒 絕,因為client b的nat認(rèn)為這是一個從沒有過的外部發(fā)來的請求.這個時候,a如果發(fā)現(xiàn)自己沒有保存b的地址,或者說發(fā)送給b的會話請求失敗了,它會要求server端讓b向a打一個洞,這個b->a的會話意義在于它使nat b認(rèn)為a的地址/端口是可以通過的地址/端口,這樣a再向b發(fā)送 對話的時候就不會再被nat b拒絕了.打一個比方來說明打洞的過程,a想來b家做客,但是遭到了b的管家nat b的拒絕,理由是:我從來沒有聽我家b提過你的名字,這時a找到了a,b都認(rèn)識的朋友server,要求server給b報一個信,讓b去跟管家說a是我的朋友,于是,b跟管家nat b說,a是我認(rèn)識的朋友,這樣a的訪問請求就不會再被管家nat b所拒絕了.簡而言之,udp打洞就是一個通過server保存下來的地址使得彼此之間能 夠直接通信的過程,server只管幫助建立連接,在建立間接之后就不再介入了. [/p]
[p]下面是一個模擬p2p聊天的過程的源代碼，過程很簡單，p2pserver運行在一個擁有公網(wǎng)ip的計算機上，p2pclient運行在兩個不同的nat后（注意，如果兩個客戶端運行在一個nat后，本程序很可能不能運行正常，這取決于你的nat是否支持loopback [br]translation，詳見[url=http://midcom-p2p.sourceforge.net/draft-ford-midcom-p2p-01.txt]http://midcom-p2p.sourceforge.net/draft-ford-midcom-p2p-01.txt[/url]，當(dāng)然，此問題可以通過雙方先嘗試連接對方的內(nèi)網(wǎng)ip來解決，但是這個代碼只是為了驗證原理，并沒有處理這些問題），后登錄的計算機可以獲得先登錄計算機的用戶名，后登錄的計算機通過send [br]username message的格式來發(fā)送消息。如果發(fā)送成功，說明你已取得了直接與對方連接的成功。[br]程序現(xiàn)在支持三個命令：send , getu , exit[/p]
[p]send格式：send username message[br]功能：發(fā)送信息給username[/p]
[p]getu格式：getu[br]功能：獲得當(dāng)前服務(wù)器用戶列表[/p]
[p]exit格式：exit[br]功能：注銷與服務(wù)器的連接（服務(wù)器不會自動監(jiān)測客戶是否吊線）[/p]
[p]代碼很短，相信很容易懂，如果有什么問題，可以給我發(fā)郵件[url=mailto:zhouhuis22@sina.com]zhouhuis22@sina.com[/url] [br]或者在csdn上發(fā)送短消息。同時，歡迎轉(zhuǎn)發(fā)此文，但希望保留作者版權(quán)8-）。[br]_05/04052509317298.rar" [br][url=http://www.ppcn.net/upload/2004_05/04052509317298.rar]http://www.ppcn.net/upload/2004_05/04052509317298.rar[/url] 　[/p]
[p][/p]
[p]另一篇介紹打洞技術(shù)的（補充）[/p]
[p]udp打洞技術(shù)依賴于由公共防火墻和cone nat，允許適當(dāng)?shù)挠杏媱澋亩藢Χ藨?yīng)用程序通過nat"打洞"，即使當(dāng)雙方的主機都處于nat之后。這種技術(shù)在 rfc3027的5.1節(jié)[nat prot] 中進(jìn)行了重點介紹，并且在internet[kegel]中進(jìn)行了非正式的描敘，還應(yīng)用到了最新的一些協(xié)議，例如[teredo,ice]協(xié)議中。不過， 我們要注意的是，"術(shù)"如其名，udp打洞技術(shù)的可靠性全都要依賴于udp。[br]這里將考慮兩種典型場景，來介紹連接的雙方應(yīng)用程序如何按照計劃的進(jìn)行通信的，第一種場景，我們假設(shè)兩個客戶端都處于不同的nat之后；第二種場景，我們假設(shè)兩個客戶端都處于同一個nat之后，但是它們彼此都不知道(他們在同一個nat中)。[br][br][br][br]處于不同nat之后的客戶端通信[br][br]我們假設(shè) client a 和 client b 都擁有自己的私有ip地址，并且都處在不同的nat之后，端對端的程序運行于 client a,client b,s之間，并且它們都開放了udp端口1234。 client a和client b首先分別與s建立通信會話，這時nat a把它自己的udp端口62000分配給client a與s的會話，nat b也把自己的udp端口31000分配給client b與s的會話。[br][br]假 如這個時候 client a 想與 client b建立一條udp通信直連，如果 client a只是簡單的發(fā)送一個udp信息到client b的公網(wǎng)地址138.76.29.7:31000的話，nat b會不加考慮的將這個信息丟棄（除非nat b是一個 full cone nat），因為 這個udp信息中所包含的地址信息，與client b和服務(wù)器s建立連接時存儲在nat b中的服務(wù)器s的地址信息不符。同樣的，client b如果做同樣的事情，發(fā)送的udp信息也會被 nat a 丟棄。[br][br]假如 client a 開始發(fā)送一個 udp 信息到 client b 的公網(wǎng)地址上，與此同時，他又通過s中轉(zhuǎn)發(fā)送了一個邀請信息給client b，請求client b也給client a發(fā)送一個udp信息到 client a的公網(wǎng)地址上。這時client a向client b的公網(wǎng)ip(138.76.29.7:31000)發(fā)送的信息導(dǎo)致 nat a 打開一個處于 client a的私有地址和client b的公網(wǎng)地址之間的新的通信會話，與此同時，nat b 也打開了一個處于client b的私有地址和client a的公網(wǎng)地址(155.99.25.11:62000)之間的新的通信會話。一旦這個新的udp會話各自向?qū)Ψ酱蜷_了，client a和client b之間就可以直接通信，而無需s來牽線搭橋了。(這就是所謂的打洞技術(shù))！[/p]