UDP穿洞技術，P2P一些原理

因為當前 IPV4地址的缺乏 ,nat、防火牆的中介設備和不對稱尋址建立起來的 p2p通信機制造成了地址訪問的問題。 

在 internet最初體系結構中，每個節點都有全球唯一的 ip地址，能夠直接通信。可是隨着節點的增多， ip地址使用緊張，他們需要中介設備如 nat連在一起。 
私有網絡中的節點可以直接連接到相同私有網絡中的其他節點，也可以連接到全局地址空間中擁有全球唯一 ip地址的節點。。然而 nat通常只允許臨時的向外連接申請，對於向內的申請會拒絕。這就造成了在 natA內網中的節點 A連接 natB內網中的節點 B時連接申請報到 natB時就被阻止了。此時我們需要的就是穿越技術。。。 
  
總體來說穿越技術是利用一個公共服務器中轉，使節點 A、 B都連接到中轉服務器 S之后，通過 S中轉 A發送到 B的數據報或者是中轉連接申請，，使 A、 B對於 natA和 natB來說都是向外申請。。。 
  
1、         中轉數據報： A、 B都先向外與服務器 S建立接連，然后通過 S中轉 A、 B之間的數據報。。 
2、         反向連接：當 A、 B都與 S建立了連接，並且只有一個節點在 nat之后（假設 A在 natA之后）。。當 B向 A申請連接時，申請背 natA拒絕。 B可以向 S提出申請要與 A建立連接，然后 S向 A發出指令，通知 A主動向 B申請建立連接。。 
【 UDP打洞】 
1、 A、 B在同一個 nat之后： 
 
用戶 A讓 S做介紹人來與 B建立對話 
（1） A向 S發送一個消息請求與 B建立連接 
（2） S使用 B的公共終端（ 155.99.25.11： 62005）和私有終端（ 10.1.1.3）響應 A 
（3） 同時 S也想 B發送 A的公共終端（ 155.99.25.11： 62000）和私有終端（ 10.0.0.1），但是發送到公共終端的消息不一定能達到 B取決於 NAT是否支持“發夾”轉化（回環轉化） 
（4） 如果 nat支持發夾轉化的話，應用程序就可以免除私有和共有終端都要試圖連接的復雜性。。 

  
2、不同 NAT后面的節點 
 
（1） 注冊， A、 B都想服務器 S注冊 natA安排了 62000端口用作 A和 S對話使用， natB安排了 31000端口用作 B和 S對話使用， A向 S的注冊消息中報告了自己的私有終端 10.0.0.1： 4321這種情況下 A的公共終端是 155.99.25.11： 62000，同理 B的私有終端 10.1.1.3： 4321和公共終端 136.76.29.7： 31000 
（2） A發送請求消息到 S，請求與 B建立連接，作為響應 S向 A發送了 B的私有終端和公共終端也向 B發送了 A的私有和公共終端。 
（3） 既然 A、 B處在不同的子網中，那么 A、 B的私有終端是不能公共路由的，發送的消息肯能會發到自己子網中的 ip中（應為不同子網中的私有 ip可以相同） 
（4） 當從 A發向 B的第一個消息到達 natA時， natA注意到這是一個新的外出會話， natA看到源地址是子網中地址，而目的地址是外網地址，所以 natA將從私有終端 10.0.0.1： 4321的外出會話轉化到對應公共終端 155.99.25.11： 62000，這樣 A的第一個到 B的公共終端的外出會話消息就在 natA上“打了一個洞”。新的 UDP會話由 A的私有網絡上的終端 10.0.0.1： 4321/138.76.29.7： 31000和 internet上的公共終端 155.99.25.11： 62000/138.76.29.7:31000標識，同理 B也建立了對 A的私有、公共連接標識。 
（5） 如果 A發向 B的公共終端的消息在 B發向 A的第一個消息穿過 B自己的 natB之前到達了 natB的話， natB會認為 A的內入消息是禁止的，丟棄 B的請求消息，但是 B的請求消息在 natB上為 A打了一洞，此時洞雙向打開，通信可以進行下去了。。。 

3、多級 NAT后面的節點： 
 
（ 1） A、 B都建立與 S的向外連接 
（ 2）最終連接目的： 
   Aà B    10.0.0.1à 10.0.1.2:55000 
   Bà A    10.0.0.3à 10.0.1.1:45000 
（ 3）但是在此時 A、 B無法知道偽公眾終端 10.0.1.2:55000和 10.0.1.1:45000。 S只看到了 155.99.25.11： 52000和 155.99.25.11： 62005。 
（ 4）此時相應的 A、 B也只知道 155.99.25.11： 52000和 155.99.25.11： 62005 
（ 5）只能依賴 natC的發夾轉化。 
     當 A-à B，即 10.0.0.1—>155.99.25.11： 62005時 natA將數據報中源地址 10.0.0.1轉化為 10.0.1.1然后發送到 natC，當 natC發現目的地址 ip是 155.99.25.11是自己轉化過的 ip后， natC就會轉化數據報中的源地址和目的地址，再發送到私有網絡中。 155.99.25.11： 62000--à 10.0.1.2： 55000 
（ 6）當數據報到 B私有網絡時，同樣方法進行轉化。。 

另外，局域網內數據共享，可以采用組播方式。

UDPServer.java: 

package org.iaiai.test;

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

/**
 *
 * <br/>
 * Title: UDPServer.java<br/>
 * E-Mail: [e-mail]<br/>
 * QQ: 176291935<br/>
 * Http: iaiai.iteye.com<br/>
 * Create time: 2013-1-29 上午11:11:56<br/>
 * <br/>
 * @author 丸子
 * @version 0.0.1
 */
public class UDPServer {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            DatagramSocket server = new DatagramSocket(2008);
            byte[] buf = new byte[1024];
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);

            String sendMessage132 = "";
            String sendMessage129 = "";
            int port132 = 0;
            int port129 = 0;
            InetAddress address132 = null;
            InetAddress address129 = null;
            for (;;) {
                server.receive(packet);

                String receiveMessage = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());
                System.out.println(receiveMessage);
                //接收到clientA
                if (receiveMessage.contains("132")) {
                    port132 = packet.getPort();
                    address132 = packet.getAddress();
                    sendMessage132 = "host:" + address132.getHostAddress() + ",port:" + port132;
                }
                //接收到clientB
                if (receiveMessage.contains("129")) {
                    port129 = packet.getPort();
                    address129 = packet.getAddress();
                    sendMessage129 = "host:" + address129.getHostAddress() + ",port:" + port129;
                }
                //兩個都接收到后分別A、B址地交換互發
                if (!sendMessage132.equals("") && !sendMessage129.equals("")) {
                    send132(sendMessage129, port132, address132, server);
                    send129(sendMessage132, port129, address129, server);
                    sendMessage132 = "";
                    sendMessage129 = "";
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private static void send129(String sendMessage132, int port132, InetAddress address132, DatagramSocket server) {
        try {
            byte[] sendBuf = sendMessage132.getBytes();
            DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(sendBuf, sendBuf.length, address132, port132);
            server.send(sendPacket);
            System.out.println("消息發送成功!");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private static void send132(String sendMessage129, int port129, InetAddress address129, DatagramSocket server) {
        try {
            byte[] sendBuf = sendMessage129.getBytes();
            DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(sendBuf, sendBuf.length, address129, port129);
            server.send(sendPacket);
            System.out.println("消息發送成功!");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

UDPClientA.java: 

package org.iaiai.test;

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.SocketAddress;

/**
 *
 * <br/>
 * Title: UDPClientA.java<br/>
 * E-Mail: [e-mail]<br/>
 * QQ: 176291935<br/>
 * Http: iaiai.iteye.com<br/>
 * Create time: 2013-1-29 上午11:11:56<br/>
 * <br/>
 * @author 丸子
 * @version 0.0.1
 */
public class UDPClientA {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 向server發起請求
            SocketAddress target = new InetSocketAddress("10.1.11.137", 2008);
            DatagramSocket client = new DatagramSocket();
            String message = "I am UPDClinetA 192.168.85.132";
            byte[] sendbuf = message.getBytes();
            DatagramPacket pack = new DatagramPacket(sendbuf, sendbuf.length, target);
            client.send(pack);
            // 接收請求的回復,可能不是server回復的，有可能來自UPDClientB的請求內
            receive(client);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //接收請求內容
    private static void receive(DatagramSocket client) {
        try {
            for (;;) {
                byte[] buf = new byte[1024];
                DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);
                client.receive(packet);
                String receiveMessage = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());
                System.out.println(receiveMessage);
                int port = packet.getPort();
                InetAddress address = packet.getAddress();
                String reportMessage = "tks";
                //獲取接收到請問內容后並取到地址與端口,然后用獲取到地址與端口回復內容
                sendMessaage(reportMessage, port, address, client);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //回復內容
    private static void sendMessaage(String reportMessage, int port, InetAddress address, DatagramSocket client) {
        try {
            byte[] sendBuf = reportMessage.getBytes();
            DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(sendBuf, sendBuf.length, address, port);
            client.send(sendPacket);
            System.out.println("消息發送成功!");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

UDPClientB.java 

package org.iaiai.test;

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.SocketAddress;

/**
 *
 * <br/>
 * Title: UDPClientB.java<br/>
 * E-Mail: [e-mail]<br/>
 * QQ: 176291935<br/>
 * Http: iaiai.iteye.com<br/>
 * Create time: 2013-1-29 上午11:11:56<br/>
 * <br/>
 * @author 丸子
 * @version 0.0.1
 */
public class UDPClientB {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            //向server發起請求
            SocketAddress target = new InetSocketAddress("10.1.11.137", 2008);
            DatagramSocket client = new DatagramSocket();
            String message = "I am UDPClientB 192.168.85.129";
            byte[] sendbuf = message.getBytes();
            DatagramPacket pack = new DatagramPacket(sendbuf, sendbuf.length, target);
            client.send(pack);
            //接收server的回復內容
            byte[] buf = new byte[1024];
            DatagramPacket recpack = new DatagramPacket(buf, buf.length);
            client.receive(recpack);
            //處理server回復的內容，然后向內容中的地址與端口發起請求（打洞）
            String receiveMessage = new String(recpack.getData(), 0, recpack.getLength());
            String[] params = receiveMessage.split(",");
            String host = params[0].substring(5);
            String port = params[1].substring(5);
            System.out.println(host + ":" + port);
            sendMessage(host, port, client);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //向UPDClientA發起請求(在NAT上打孔)
    private static void sendMessage(String host, String port, DatagramSocket client) {
        try {
            SocketAddress target = new InetSocketAddress(host, Integer.parseInt(port));
            for (;;) {
                String message = "I am master 192.168.85.129 count test";
                byte[] sendbuf = message.getBytes();
                DatagramPacket pack = new DatagramPacket(sendbuf, sendbuf.length, target);
                client.send(pack);
                //接收UDPClientA回復的內容
                receive(client);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //收到UDPClientA的回復內容，穿透已完成
    private static void receive(DatagramSocket client) {
        try {
            for (;;) {
                //將接收到的內容打印
                byte[] buf = new byte[1024];
                DatagramPacket recpack = new DatagramPacket(buf, buf.length);
                client.receive(recpack);
                String receiveMessage = new String(recpack.getData(), 0, recpack.getLength());
                System.out.println(receiveMessage);

                //記得重新收地址與端口，然后在以新地址發送內容到UPDClientA,就這樣互發就可以了。
                int port = recpack.getPort();
                InetAddress address = recpack.getAddress();
                String reportMessage = "I am master 192.168.85.129 count test";

                //發送消息
                sendMessage(reportMessage, port, address, client);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private static void sendMessage(String reportMessage, int port, InetAddress address, DatagramSocket client) {
        try {
            byte[] sendBuf = reportMessage.getBytes();
            DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(sendBuf, sendBuf.length, address, port);
            client.send(sendPacket);
            System.out.println("send success");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}