# holeserver **Repository Path**: zailushang12/holeserver ## Basic Information - **Project Name**: holeserver - **Description**: 打洞服务器 - **Primary Language**: C++ - **License**: Not specified - **Default Branch**: master - **Homepage**: None - **GVP Project**: No ## Statistics - **Stars**: 0 - **Forks**: 4 - **Created**: 2023-10-20 - **Last Updated**: 2023-10-20 ## Categories & Tags **Categories**: Uncategorized **Tags**: None ## README 项目 组织 代码片段 企业服务 特惠 搜索... Justy0304 Unwatch 1 Fork 0 网丁 / holeServer 代码 Issues 0 Pull Requests 0 附件 0 Wiki 1 统计 服务 管理 holeserver / README.md README.md master 分支 # udp-nat-traversal UDP实现的NAT穿越 udp-nat-traversal 用UDP实现的NAT穿越,即P2P穿透通信 理论上来说, 只要不是Port Restricted Cone NAT与Symmetric NAT , Symmetric NAT与Symmetric NAT. 这两种类型组合之间打洞, 都应该是可打通的. 具体原因请看原理. (注: 以下均未考虑一机多IP的情况, 一般的移动设备或者电脑默认都同时只会有一张网卡工作,仅有一个IP) ## 原理 ### NAT分类 #### **Full Cone NAT**:     内网主机建立一个UDP socket(LocalIP:LocalPort) 第一次使用这个socket给外部主机发送数据时NAT会给其分配一个公网(PublicIP,PublicPort),以后用这个socket向外面**任何主机**发送数据都将使用这对(PublicIP,PublicPort)。此外**任何外部主机**只要知道这个(PublicIP,PublicPort)就可以发送数据给(PublicIP,PublicPort)，内网的主机就能收到这个数据包 #### **Restricted Cone NAT**:     内网主机建立一个UDP socket(LocalIP,LocalPort) 第一次使用这个socket给外部主机发送数据时NAT会给其分配一个公网(PublicIP,PublicPort),以后用这个socket向外面**任何主机**发送数据都将使用这对(PublicIP,PublicPort)。此外，如果任何外部主机想要发送数据给这个内网主机，只要知道这个(PublicIP,PublicPort)并且内网主机之前用这个**socket曾向这个外部主机IP发送过数据**。只要满足这两个条件，这个外部主机就可以用自己的(**IP,任何端口**)发送数据给(PublicIP,PublicPort)，内网的主机就能收到这个数据包 #### **Port Restricted Cone NAT**:     内网主机建立一个UDP socket(LocalIP,LocalPort) 第一次使用这个socket给外部主机发送数据时NAT会给其分配一个公网(PublicIP,PublicPort),以后用这个socket向外面**任何主机**发送数据都将使用这对(PublicIP,PublicPort)。此外，如果任何外部主机想要发送数据给这个内网主机，只要知道这个(PublicIP,PublicPort)并且内网主机之前用这个**socket曾向这个外部主机(IP,Port)发送过数据**。只要满足这两个条件，这个外部主机就可以用自己的(**IP,Port**)发送数据给(PublicIP,PublicPort)，内网的主机就能收到这个数据包 #### **Symmetric NAT**:     内网主机建立一个UDP socket(LocalIP,LocalPort),当用这个socket第一次发数据给外部主机1时,NAT为其映射一个(PublicIP-1,Port-1),以后内网主机发送给外部主机1的所有数据都是用这个(PublicIP-1,Port-1)，如果内网主机同时用这个socket给外部主机2发送数据，第一次发送时，NAT会为其分配一个(PublicIP-2,Port-2), 以后内网主机发送给外部主机2的所有数据都是用这个(PublicIP-2,Port-2).如果NAT有多于一个公网IP，则PublicIP-1和PublicIP-2可能不同，如果NAT只有一个公网IP,则Port-1和Port-2肯定不同，也就是说一定不能是PublicIP-1等于 PublicIP-2且Port-1等于Port-2。此外，如果任何外部主机想要发送数据给这个内网主机，那么它首先应该收到内网主机发给他的数据，然后才能往回发送，否则即使他知道内网主机的一个(PublicIP,Port)也不能发送数据给内网主机，这种NAT无法实现UDP-P2P通信。     ==同一个socket向不同外部主机通信,会分配不同的IP和端口, 只有对应的目标主机IP和端口才能与之通信,非常严格== ### 思路     既然已经知道了各种NAT类型的特点了, 也就可以知道,那三个cone类型的NAT, 同一个socket向外部的任何主机通信, NAT都会为它映射同一个端口,在外部主机看来, 就好像有固定的IP和端口一样.     即然对外面所有主机来说, 它的IP和端口一样, 那么我们做NAT穿透是不是就差最后一步了, 如何知道对方的IP和端口.     答案就是辅助服务器. 搭建一个服务器, 它有固定的外网IP和端口. 可以让所有的客户端都能连接它. 这样, 这个服务器就能知道所有连入它的客户端的外网IP和端口号了.     到这里思路就清楚了:     所有客户端都去连接辅助服务器,服务器就知道了所有客户端的外网ip和端口, 客户端再向服务器请求要穿透的目标客户端, 服务器就可以返回其目标的外网IP和端口, 同时通知目标客户端要被P2P连接并发送要连接它的另一个客户端的IP和端口. 这时双方都知道对方IP和端口,P2P就能顺利进行了.     细心的朋友可能发现了一个问题, 如何告诉辅助服务器,我需要哪个客户端的IP和端口呢? 答案是唯一标识符. 这里就可以有很多设计方案了, 比如事先两个客户端之间就协定好了这个标识符, 比如一个友好的用户名. ### 到这里就结束了吗?     显然不能, 其实还有一种情况未解决, 那就是,如果两个客户端,其中一个在Symmetric NAT后, 另一个在Cone NAT (F/R类型)后. 其实它们也是可以打通,实现P2P的. 比如客户端A在Symmetric NAT后, B在Cone NAT (F/R类型)后. 那么A到服务器与A到B的IP和端口都是不同的, 但B的外网IP和端口却是不变的. 这时B连接A肯定是不能通的, 但是A连接B却是可以的. 这时, 通过UDP通信中的recvfrom中的地址结构体, 就可以知道A的外网IP和端口了. 这时它们之间就可以实现P2P了. (注: F类型指Full Cone NAT; R类型指 Restricted Cone NAT) ## 代码实现 ### 辅助服务器实现(linux)     这里只是最简单的辅助服务器实现,仅仅发现有两个客户端连接,就向对方送IP和端口. 没有标识等等. ``` void udpHoleServer() { int fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); if(fd==-1) { printf("create socket failed\n"); return; } CAutoCloseSocket sock(fd); int port = 18901; struct sockaddr_in my_addr; memset(&my_addr, 0, sizeof(my_addr)); my_addr.sin_family = AF_INET; my_addr.sin_port = htons(port); my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; int bindret = bind(fd, (const struct sockaddr *)&my_addr,sizeof(my_addr)); if(bindret==-1) { printf("bind failed error:%d\n", errno); return; } sockaddr_in clientaddr[2]={0};//保存两个客户端的外网地址 int clients = 0; ssize_t ret = 0; char buf[0x10]={0}; while(true) { printf("wait for client...\n"); socklen_t addrlen = sizeof(sockaddr_in); ret = recvfrom(fd, buf, 10, 0, (struct sockaddr *)&clientaddr[clients], &addrlen); if(ret == -1) { printf("recvfrom failed error:%d\n", errno); break; } printf("client come: %s:%zd\n", inet_ntoa(clientaddr[clients].sin_addr), clientaddr[clients].sin_port); ++clients; if(clients==2)//如果发现有两个客户端连接,就向对方发送另一个的IP和端口还有当前客户端自己的外网IP和端口(为确定两个客户端是否在同一个NAT后面) { clients = 0; printf("send addr to client\n"); char sendBuf[0x20]={0}; *(int*)sendBuf = clientaddr[0].sin_addr.s_addr; *(short*)&sendBuf[4] = clientaddr[0].sin_port; *(int*)&sendBuf[6] = clientaddr[1].sin_addr.s_addr; *(short*)&sendBuf[10] = clientaddr[1].sin_port; sendto(fd, sendBuf, 12, 0, (sockaddr*)&clientaddr[1], sizeof(sockaddr_in)); *(int*)sendBuf = clientaddr[1].sin_addr.s_addr; *(short*)&sendBuf[4] = clientaddr[1].sin_port; *(int*)&sendBuf[6] = clientaddr[0].sin_addr.s_addr; *(short*)&sendBuf[10] = clientaddr[0].sin_port; sendto(fd, sendBuf, 12, 0, (sockaddr*)&clientaddr[0], sizeof(sockaddr_in)); } } } ``` ### 客户端代码(linux)     简单实现, 向辅助服务器发送一个UDP包, 然后等待服务器返回另一个客户端的IP和端口, 然后直接向另一个客户端发送UDP包, 然后尝试接收数据, 如果接收失败,则再次发送, 多尝试几次. 一但接收成功, 再次向另一个客户端发一个UDP包, 最后一次发送,需要使用接收成功时的IP和端口,就是解决最严格的那种NAT. ``` int udpHoleClient() { SOCKET sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); if(sock == INVALID_SOCKET) { printf("create socket failed\n"); return 0; } SOCKADDR_IN myaddr = {0}; myaddr.sin_port = htons(rand() % 800 + 9001); myaddr.sin_family = AF_INET; myaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; int ret = 0; int val = 1; setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (char *)val, sizeof(val)); //本地开启 UDP服务器,接收数据包 ret = bind(sock, (SOCKADDR*)&myaddr, sizeof(SOCKADDR_IN)); if(ret == -1) { printf("bind failed error:%d\n", errno); close(sock); return 0; } SOCKADDR_IN servAddr = {0}; servAddr.sin_port = htons(8888); servAddr.sin_family = AF_INET; servAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("123.147.223.222"); //servAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("192.168.1.20"); char buf[0x20] = {0}; //向辅助服务器发送一个UDP包 ret = sendto(sock, buf, 0x10, 0, (SOCKADDR*)&servAddr, sizeof(SOCKADDR_IN)); SOCKADDR_IN recvAddr = {0}; socklen_t addrLen = sizeof(SOCKADDR_IN); printf("wait recv peer addr...\n"); //接收服务器返回的对方IP和端口, 还有自己的外见网IP和端口 ret = recvfrom(sock, buf, 12, 0, (SOCKADDR*)&recvAddr, &addrLen); if(ret == -1) { printf("recv failed error:%d\n",errno); close(sock); return 0; } printf("recv from: %s:%d\n", inet_ntoa(recvAddr.sin_addr), ntohs(recvAddr.sin_port)); SOCKADDR_IN peerAddr = {0}; peerAddr.sin_family = AF_INET; peerAddr.sin_addr.s_addr = *(int*)buf; // peerAddr.sin_addr.s_addr = 0x7B93DF7B; peerAddr.sin_port = *(short*)&buf[4]; struct in_addr selfIp={0}; selfIp.s_addr = *(int*)&buf[6]; short selfPort = *(short*)&buf[10]; //判断一下目标客户端跟自己是不是在同一个NAT后, 有相同的外网IP,基本上说明在同一个NAT后,当然,不一定在同一个子网中,因为可能有多级路由器 if(peerAddr.sin_addr.s_addr == selfIp.s_addr) { printf("no need NAT hole, you and peer in the back of the same NAT\n"); close(sock); return 0; } printf("recv data: My( %s:%d ) peer( %s:%d ) \n", inet_ntoa(selfIp), ntohs(selfPort), inet_ntoa(peerAddr.sin_addr), ntohs(peerAddr.sin_port)); struct timeval timeout = {0,300000};//300ms setsockopt(sock, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, (char *)&timeout, sizeof(struct timeval)); char msg[0x20] = "0123456"; struct passwd *pwd = getpwuid(getuid()); sprintf(msg,"%d:[%s] hello",getpid(),pwd->pw_name); printf("send msg to peer: %s \n",msg); printf("wait peer back...\n"); for(int i = 0; i < 5 ; ++i) { //向对方发送UDP包 ret = sendto(sock, msg, strlen(msg) + 1, 0, (SOCKADDR*)&peerAddr, sizeof(SOCKADDR_IN)); addrLen = sizeof(SOCKADDR_IN); //等待接收对方发送的UDP包 ret = recvfrom(sock,buf,0x20,0,(SOCKADDR*)&recvAddr, &addrLen); if(ret >=0) { break; } } if(ret<1) { printf("udp hole failed!! errno:%d",errno); close(sock); return 0; } printf("recv from: %s:%d\n", inet_ntoa(recvAddr.sin_addr), ntohs(recvAddr.sin_port)); printf("data: %s\n", buf); //如果接收成功,再用前面recv成功的IP和端口发送一次UDP包(解决其中一个是Symmetric NAT的问题) ret = sendto(sock, msg, strlen(msg) + 1, 0, (SOCKADDR*)&recvAddr, sizeof(SOCKADDR_IN)); sleep(2); close(sock); return 0; } ``` 解释一下需要向目标客户端循环发送多次数据的原因. 那是因为当第一次发送时, 如果双方都不是Full Cone NAT, 那么必然数据包都到不了对方, 这时如果就结束了打洞流程, 那么打洞就失败了. 因为有recvfrom的超时时间, 这样可以保证双方都已经向对方的IP和端口发送了数据,也就是在NAT上建立了端口映射了. 这时再次发送数据就能到达对方了. ![image](https://github.com/Justysxh/udp-nat-traversal/blob/master/ok.png) ## 致谢 在实现UDP打洞的过程中,参考了网上许多的代码,但由于时间关系, 没有一一记录其引用地址, 但还是需感谢各们朋友们的分享精神. 提交说明 更新 README.md 提交到master 取消 © OSChina.NET 使用条款 帮助文档 联系我们 API APP与插件下载 友情链接 QQ交流群：515965326(满) - 590057862 微信公众号 Qrcode-weixin 微博 Qrcode-weibo 本站带宽由 Logo-51idc 提供 简 体 / 繁 體 / English