C# 实现UDP打洞通信（一）

最近研究了一下网络打洞的相关技术，TCP的方式据说可行性不高，各种困难，因此决定采用UDP（UDP是什么就不解释了）的方式。

原理：

　　我们都知道局域网内的主机想要访问外网的服务器是比较容易的，比如浏览器输入www.baidu.com就可以访问到百度的服务器，但是如果在局域网的主机部署一个服务，让外网的机器进行访问一般是无法访问的，因为外部访问的请求会被路由器给阻碍掉了，这是为什么呢？

　　比如我内网的主机IP是192.168.1.128，我访问外网的服务器的时候系统会自动给我的访问分配端口（也可以自定义端口），我对外的访问请求会经过路由器，路由器又会分配一个对外的端口，如果还有外部网络路由器，那么每一层都会分配一个独立的对外端口，一直到最终处于公网的路由器通过公网的IP及分配的端口对外部的服务器发起访问请求，服务器收到请求的同时会得到我处于公网的路由器的IP及分配的端口，然后将请求的反馈结果发送给我，反馈的信息会发到我的公网IP及端口，然后路由器内部再逐层向内发送给对应的IP和端口最终到达发起请求的应用程序。

　　如内网主机（192.168.1.128:12345）访问外网服务器（111.110.213.99:15000），那么实际的请求过程是这样的：内网主机（192.168.1.128:12345）发起请求，请求通过路由器A（假设只有一个路由器）,路由器为内网的（192.168.1.128:12345）绑定一个动态的端口（18876）并通过路由器的外网IP（120.145.15.87:18876）访问外网服务器（111.110.213.99:15000），服务器收到请求后发送反馈数据给路由器（120.145.15.87:18876），路由器再根据记录的列表中18876端口绑定的内网地址，将信息转发给内网主机（192.168.1.128:12345），于是主机就收到外部的信息了。

　　注意，如果内网没有向外部访问，那么路由器就没有分配（18876）这个端口，那么外部发来的数据会被路由器丢弃掉，我们通过先连接服务器，服务器收到的（18876）并使用该端口或将该端口发送给其它客户端使用，那么这个端口其实就是我们打的一个（洞）。

　　由于一些原因没能用多台内网机器进行试验，只是简单的通过内网主机和外网的服务器进行的试验，下面贴上代码：

 using System;
 using System.Net;
 using System.Net.Sockets;
 using System.Text;
 using System.Threading;

 namespace P2MP
 {
     class MainClass
     {
         /// <summary>
         /// 用于UDP发送的网络服务类
         /// </summary>
         private static UdpClient udpcSend = null;

         static IPEndPoint localIpep = null; 

         public static void Main(string[] args)
         {
             Console.Write("IP:");
             string ip = Console.ReadLine();
             Console.Write("Port:");
             int port = int.Parse(Console.ReadLine());
             localIpep = new IPEndPoint(IPAddress.Parse(ip), port); // 本机IP，指定的端口号

             udpcSend = new UdpClient(localIpep);

             StartReceive();

             // 实名发送
             string msg = null;
             while ((msg = Console.ReadLine()) != null)
             {
                 if ("stop" == msg)
                 {
                     StopReceive();
                     udpcSend.Close();
                 }
                 else
                 {
                     //string[] arr = Console.ReadLine().Split(' ');
                     Thread thrSend = new Thread(SendMessage);
                     thrSend.Start(msg);
                 }
             }
             Console.ReadKey();
         }

         /// <summary>
         /// 发送信息
         /// </summary>
         /// <param name="obj"></param>
         private static void SendMessage(object obj)
         {
             try
             {
                 string message = obj.ToString();
                 string[] array = message.Split(' ');
                 IPAddress iPAddress = IPAddress.Parse(array[]);
                 int port = int.Parse(array[]);
                 byte[] sendbytes = Encoding.Unicode.GetBytes(array[]);
                 IPEndPoint remoteIpep = new IPEndPoint(iPAddress, port); // 发送到的IP地址和端口号
                 udpcSend.Send(sendbytes, sendbytes.Length, remoteIpep);
             }
             catch{}
         }

         /// <summary>
         /// 开关：在监听UDP报文阶段为true，否则为false
         /// </summary>
         static bool IsUdpcRecvStart = false;
         /// <summary>
         /// 线程：不断监听UDP报文
         /// </summary>
         static Thread thrRecv;

         private static void StartReceive()
         {
             if (!IsUdpcRecvStart) // 未监听的情况，开始监听
             {
                 thrRecv = new Thread(ReceiveMessage);
                 thrRecv.Start();
                 IsUdpcRecvStart = true;
                 Console.WriteLine("UDP监听器已成功启动");
             }
         }

         private static void StopReceive()
         {
             if (IsUdpcRecvStart)
             {
                 thrRecv.Abort(); // 必须先关闭这个线程，否则会异常
                 IsUdpcRecvStart = false;
                 Console.WriteLine("UDP监听器已成功关闭");
             }
         }

         /// <summary>
         /// 接收数据
         /// </summary>
         /// <param name="obj"></param>
         private static void ReceiveMessage(object obj)
         {
             while (IsUdpcRecvStart)
             {
                 try
                 {
                     byte[] bytRecv = udpcSend.Receive(ref localIpep);
                     string message = Encoding.Unicode.GetString(bytRecv, , bytRecv.Length);
                     Console.WriteLine(string.Format("{0}[{1}]", localIpep, message));
                 }
                 catch (Exception ex)
                 {
                     Console.WriteLine(ex.Message);
                     break;
                 }
             }
         }
     }
 }

　　可以同时在多个内网主机运行，并且保证其中有一个实在外网的服务器上运行，启动后输入本机的IP和使用的端口，当所有机器都显示“UDP监听器已成功启动”后，分别使用内网程序向 服务器IP地址[空格]端口号[空格]消息内容如："188.90.9.145 12345 hello你好"，发送消息给服务器，服务器收到的消息上附带客户端发来的对外端口，这时候就知道各个客户端的对外IP和端口了，各个主机想要给另一台主机发消息只要从服务器上看其它客户端的IP和端口，并通过“IP 端口 消息”的格式发送消息，网络良好不丢包的情况下就能发送进去了。

　　由于路由器会定时销毁记录的列表，因此还需要保持客户端跟服务器之间的心跳，比如每10秒发送一个消息，服务器端将各个客户端最新的列表保存下来。

　　暂时先贴出简单的代码，后续打算开发一个P2P文件服务，代码逐步完善中。