P2P原理及UDP穿透简单说明

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P2P原理及UDP穿透简单说明

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Peer-To-Peer缩写P2P
中文称之为对等联网。
用途于交流，比如QQ，MSN等等。
文件传输、分布式数据计算等等。

这里我们主要是是简单讲解一下UDP实现NAT的穿透（俗称打洞）
当然TCP与之相似，可以以此类推。

NAT最开始出现在路由器上。详细的大家可以在网上查下资料
NAT的全称是Network Address Translator中文称之为网络地址转换
NAT分为两大类，NAT和NAPT（Network Address Port Translator）这个不用说了，端口地址转换。

用于实例，简单的说，实现P2P需要一个中转服务器。也就是需要一个第三方。（一会儿我们来说为什么需要一个第三方）

以简单的通迅来讲，首先我们来看一个示例图。

A<——————>B  A与B之间进行的通迅
A的IP地址为222.182.100.1
B的IP地址为222.182.100.2
如果这两个用户都是采用的全球唯一的IP地址，那么他们通迅很简单，也不需要实现P2P。
A<------------------>Nat<-------------------->B
如果其中一方为内网用户，及IP地址不为全球唯一IP
就会出现通过路由器进行通迅。
那么在经过路由器的时候，路由器会出现映射IP地址与端口的情况。
如：A为内网用户。B为外网用户。则B的IP地图为全球唯一IP地址。可以直接通迅。
A的IP地址为：192.168.1.100 端口为1025
经过路由器向B进行通迅，路由器将会产生一个一分钟到几小时不定的一个Session，这个Session映射了内网A的IP地址及其接收信息的端口。
那么路由向B发送信息的时候，IP地址及端口就变成了222.182.100.1:3645(假设)
这个时候实际上A就是在进行路由NAT的穿透，
如果我们在B向A发送信息的时候采用192.168.1.100:1025这样的IP和端口，是找不到A的，因为这个IP不是全球唯一IP。
那么B需要的是在收到A的信息的时候，获取其IP地址和端口，那么获取到的就是222.182.100.1:3645这个路由器的映射Session地址。
B现在只需要向这个映射地址发送消息，路由器就会自动将消息发送到对应的A方去。否则路由器将当作无用包，将这个消息丢弃。
那如，我们现在就实现了局域网向某单个固定外网机器发送消息。
如果再来一台C端，也是外网的IP。C通过222.182.100.1:3645向A发送消息，A是否能收到呢？答案是否定的，A不能收到。为什么？因为路由在映射A的穿透时就记录了B的地址，也就是除了B向这个映射点发送消息可以通向A，其它的地址是不行的。路由器此时会将其当作无用包消息给丢弃掉。
那怎么办呢？只有A再向C发送一个穿透，C才可以向A发送消息。

以上我们只是说了一点基本的理论。接下来我们要实现什么？不同内网通过internet网进行通迅。
再来，我们举个图例

A<----------->NatA<---------->NatB<---------->B
A的地址是：192.168.1.100端口4000
B的地址是：192.168.1.100端口4000
它们两个都是内网的地址。及局域网内部地址。并不是全球唯一地址。
两个路由：
NatA的地址是：222.182.100.1
NatB的地址是：222.182.100.2
这两个路由是外网的地址，及全球唯一地址。

现在我们要实现A与B的通迅。
因为A与B都不是外网地址。所以A不可能向192.168.1.100发送消息。这消息只会它自己收到，因为这个IP是它自己的。同样B也不可以。
那么A向NatB发送消息，B能收到吗？答案是否定的，不能收到。刚才我们提到过。因为路由没有映射B的地址。A并不知道这个Session就连NatB也不知道这个Session因为B没有向A发送消息，并不产生这个Session。
就算B和A同时向双方的路由发送消息，产生的Session，A和B也得不到。因为在路由上就把这个消息当做为无用包给丢弃掉了。

那么这样的情况我们要进行通迅怎么办呢？
对，就是刚才我们提到的第三方。第三方是个什么方呢？
第三方必须是一个拥有固定外网IP的服务方。及一个外网服务器。全唯一IP地址。

图例：
假定我们这个第三方为C
C  IP:222.182.100.3端口4001
A<----------->NatA<--------------->C<-------------------->NatB<------------->B
                    ↑______________________________↑

原理如下
A通过路由向C发送消息，C获取A的在路由上的Session地址，映射的IP和端口
B同样。
这时候C就有了A和B的地址。
C可以和A、B进行通迅，但是A和B还不行。
现在C需要通知A方B的映射IP和端口。也要通知B方A的映射IP和端口。
这样A就有了B的映射地址，B也有了A的。但是现在还不能进行通迅。
因为在路由上A和B都只有对C的穿透。并没有相互之前的穿透。
那么A要向B发送消息怎么办呢？需要C向B发送一个消息告诉B方A的地址让B向这个地址发送一个消息，对A进行一个穿透。
这样A就可以向B发送消息了。在A向B发送消息的同时，A也在向B进行穿透。
这样就可以实现相互的通迅了。如果有多个端点，也就以此类推了。
宗上所述就是P2P的UDP实现原理了。TCP也是一样的。提示一点。Session在路由上是有时限的，一分钟到几小时不定。不同的路由不同的时间，为了保持这个Session的存在，你需要在固定时间点进行通迅，保持这个穿透，否则就得重新穿透。

值得注意的一点。
路由上的映射有两种情况
第一种情况是：Cone NAT
第二种情况是：Symmetric NAT
我们以上的实现是以Cone Nat为基础的。为什么呢？因为Cone Nat在映射的时候端口是不变的。无论你内网有多少台机器，向外网发送消息在路由上映射的端口都是不变的。
而Symmetric Nat则相反，一个映射一个端口。如果碰到这种情况只有祝你好运了，最好不要猜。(十有八九猜不到。所以不推荐猜)