udp穿透簡單講解和實現(Java)

　　在上一小節中了解到了通過瀏覽器自帶的Webrtc功能來實現P2P視頻聊天。在HTML5還沒有普及和制定Webrtc標准的前提下，如果要在手機里進行視頻實時對話等包括其他功能的話，還是要自己實現，還比較好擴展。所以本次要了解一下udp進行穿透(打洞)。

還是進入正題吧，了解P2P。

1. 原理

　　關於原理網上隨便就可以找到好多資料了。大部分都是講解原理的，還配了圖，還是不錯的。這里不細說。

2. 代碼講解

　　本次使用Java語言。網絡框架使用Netty4， 其實這些都是次要的，原理看懂才是關鍵。

服務器代碼EchoServer.java

package com.jieli.nat.echo;

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.nio.NioDatagramChannel;

public class EchoServer {
    
    public static void main(String[] args) {
        Bootstrap b = new Bootstrap();
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            b.group(group)
             .channel(NioDatagramChannel.class)
             .option(ChannelOption.SO_BROADCAST, true)
             .handler(new EchoServerHandler());
            
            b.bind(7402).sync().channel().closeFuture().await();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally{
            group.shutdownGracefully();
        }
        
    }
}

服務器代碼EchoServerHandler.java

package com.jieli.nat.echo;

import java.net.InetAddress;
import java.net.InetSocketAddress;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.channel.socket.DatagramPacket;

public class EchoServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<DatagramPacket>{

    boolean flag = false;
    InetSocketAddress addr1 = null;
    InetSocketAddress addr2 = null;
    /**
     * channelRead0 是對每個發送過來的UDP包進行處理
     */
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, DatagramPacket packet)
            throws Exception {
        ByteBuf buf = (ByteBuf) packet.copy().content();
        byte[] req = new byte[buf.readableBytes()];
        buf.readBytes(req);
        String str = new String(req, "UTF-8");
        if(str.equalsIgnoreCase("L")){
            //保存到addr1中 並發送addr2
            addr1 = packet.sender();
            System.out.println("L 命令， 保存到addr1中 ");
        }else if(str.equalsIgnoreCase("R")){
            //保存到addr2中 並發送addr1
            addr2 = packet.sender();
            System.out.println("R 命令， 保存到addr2中 ");
        }else if(str.equalsIgnoreCase("M")){
            //addr1 -> addr2
            String remot = "A " + addr2.getAddress().toString().replace("/", "")
                    +" "+addr2.getPort();
            ctx.writeAndFlush(new DatagramPacket(
                    Unpooled.copiedBuffer(remot.getBytes()), addr1));
            //addr2 -> addr1
            remot = "A " + addr1.getAddress().toString().replace("/", "")
                    +" "+addr1.getPort();
            ctx.writeAndFlush(new DatagramPacket(
                    Unpooled.copiedBuffer(remot.getBytes()), addr2));
            System.out.println("M 命令");
        }
        
    }

    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("服務器啟動...");

        super.channelActive(ctx);
    }
}

左邊客戶端EchoClient.java

package com.jieli.nat.echo;

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.nio.NioDatagramChannel;

/**
 * 模擬P2P客戶端
 * @author 
 *
 */
public class EchoClient{
    
    public static void main(String[] args) {
        int port = 7778;
        if(args.length != 0){
            port = Integer.parseInt(args[0]);
        }
        Bootstrap b = new Bootstrap();
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            b.group(group)
             .channel(NioDatagramChannel.class)
             .option(ChannelOption.SO_BROADCAST, true)
             .handler(new EchoClientHandler());
            
            b.bind(port).sync().channel().closeFuture().await();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally{
            group.shutdownGracefully();
        }
    }
}

左邊客戶端EchoClientHandler.java

package com.jieli.nat.echo;

import java.net.InetSocketAddress;
import java.util.Vector;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.channel.socket.DatagramPacket;

//L
public class EchoClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<DatagramPacket>{
    
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, DatagramPacket packet)
            throws Exception {
        //服務器推送對方IP和PORT
        ByteBuf buf = (ByteBuf) packet.copy().content();
        byte[] req = new byte[buf.readableBytes()];
        buf.readBytes(req);
        String str = new String(req, "UTF-8");
        String[] list = str.split(" ");
        //如果是A 則發送
        if(list[0].equals("A")){
            String ip = list[1];
            String port = list[2];
            ctx.writeAndFlush(new DatagramPacket(
                    Unpooled.copiedBuffer("打洞信息".getBytes()), new InetSocketAddress(ip, Integer.parseInt(port))));
            Thread.sleep(1000);
            ctx.writeAndFlush(new DatagramPacket(
                    Unpooled.copiedBuffer("P2P info..".getBytes()), new InetSocketAddress(ip, Integer.parseInt(port))));
        }
        System.out.println("接收到的信息:" + str);
    }
    
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("客戶端向服務器發送自己的IP和PORT");
        ctx.writeAndFlush(new DatagramPacket(
                Unpooled.copiedBuffer("L".getBytes()), 
                new InetSocketAddress("183.1.1.1", 7402)));
        super.channelActive(ctx);
    }
}

右邊客戶端EchoClient2.java

package com.jieli.nat.echo;

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.nio.NioDatagramChannel;

/**
 * 模擬P2P客戶端
 * @author 
 *
 */
public class EchoClient2{
    
    public static void main(String[] args) {
        Bootstrap b = new Bootstrap();
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            b.group(group)
             .channel(NioDatagramChannel.class)
             .option(ChannelOption.SO_BROADCAST, true)
             .handler(new EchoClientHandler2());
            
            b.bind(7779).sync().channel().closeFuture().await();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally{
            group.shutdownGracefully();
        }
    }
}

右邊客戶端EchoClientHandler2.java

package com.jieli.nat.echo;

import java.net.InetSocketAddress;
import java.util.Vector;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.channel.socket.DatagramPacket;

public class EchoClientHandler2 extends SimpleChannelInboundHandler<DatagramPacket>{

    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, DatagramPacket packet)
            throws Exception {
        //服務器推送對方IP和PORT
        ByteBuf buf = (ByteBuf) packet.copy().content();
        byte[] req = new byte[buf.readableBytes()];
        buf.readBytes(req);
        String str = new String(req, "UTF-8");
        String[] list = str.split(" ");
        //如果是A 則發送
        if(list[0].equals("A")){
            String ip = list[1];
            String port = list[2];
            ctx.writeAndFlush(new DatagramPacket(
                    Unpooled.copiedBuffer("打洞信息".getBytes()), new InetSocketAddress(ip, Integer.parseInt(port))));
            Thread.sleep(1000);
            ctx.writeAndFlush(new DatagramPacket(
                    Unpooled.copiedBuffer("P2P info..".getBytes()), new InetSocketAddress(ip, Integer.parseInt(port))));
        }
        System.out.println("接收到的信息:" + str);
    }
    
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("客戶端向服務器發送自己的IP和PORT");
        ctx.writeAndFlush(new DatagramPacket(
                Unpooled.copiedBuffer("R".getBytes()), 
                new InetSocketAddress("1831.1.1", 7402)));
        super.channelActive(ctx);
    }
}

 

3. 實驗環境模擬

實驗環境：1台本地主機L，里面安裝虛擬機L，地址192.168.182.129. 通過路由器183.1.1.54上網。 1台服務器主機S，服務器地址183.1.1.52:7402, 同時服務器里安裝虛擬機R，地址10.0.2.15 .由於外網地址只有兩個，所以這能這樣測試。通過虛擬機也是可以模擬出測試環境的。  圖示如下:

三台測試機ip如下

 

三台測試機器分別啟動

然后通過第三方工具發送一個M指定到服務器

一般路由器的緩存會保存一小段時間，具體跟路由器有關。

關於Client R會少接收到一個"打洞消息"這個信息。不是因為UDP的丟包，是Client L 發送的打洞命令。簡單說一下。一開始ClientL發送一個UDP到Server，此時ClientL的路由器會保留這樣的一條記錄(ClientL:IP:Port->Server:IP:Port) 所以Server:IP:Port發送過來的信息，ClientL路由器沒有進行攔截，所以可以接收得到。但是ClientR:IP:Port發送過來的消息在ClientL的路由器上是沒有這一條記錄的，所以會被拒絕。此時ClientL主動發送一條打洞消息(ClientL:IP:Port->ClientR:IP:Port), 使ClientL路由器保存一條記錄。使ClientR可以通過指定的IP:Port發送信息過來。不過ClientL的這條打洞信息就不一定能准確的發送到ClientR。原因就是，同理，ClientR路由器上沒有ClientL的記錄。

由於ClientL ClientR路由器上都沒有雙方的IP:port，所以通過這樣的打洞過程。

我覺得我這樣描述還是比較難懂的。如果還不了解，請另外參考其他網上資料。

還有一個就是搭建這樣的測試環境還是比較麻煩的。注意如果你只有一台電腦，然后搭建成下面這種測試環境，一般是不行的。因為ClientL和ClientR是通過183.1.1.52路由器進行數據的P2P傳輸，一般路由器會拒絕掉這種回路的UDP包。

這個時候就要進行內網的穿透了。這個就要像我上一篇博客里面的Webrtc是如何通信一樣的了，要通過信令來交換雙方信息。

就是發送包括自己內網的所有IP，支持TCPUDP等其他信息封裝成信令發送到服務器然后轉發到另一端的客戶端。使客戶端可以對多個IP:Port進行嘗試性連接。這個具體的就不展開了。

4.多說兩句

　　最近智能家具比較火，其中有一類網絡攝像頭。也是我們公司准備做的一款產品。我簡單做了一下前期的預研。目前的一些傳統的行業所做的網絡攝像頭，大部分是基於局域網的網絡攝像頭，就是只能在自家的路由器上通過手機查看。這類產品，我覺得很難進入普通家庭，因為普通家庭也就那么不到100平方的房子，這種網絡攝像頭的就體現不是很好了。與普通的監控就是解決了布線的問題了。其他到沒有什么提升。

　　還有一類是互聯網行業做的網絡攝像頭。小米、360、百度等都有做這類型的網絡攝像頭。這類型的公司靠自己強大的雲存儲能力來實現。對這幾個產品做了簡單的了解，它們是支持本地存儲，同時復制一份到雲盤上。然后移動端(手機)是通過訪問雲盤里面的視頻來實現監控的。這樣雖然有一小段時間的延時，但是這樣的效果還是不錯的。你想，在監控某個地方，攝像頭區域一般畫面是不會發生太大的變化的，一個小時里面也就那么幾個畫面是要看到的。假使一段15分鍾的視頻，經過分析，得到下面這樣。

　　然后拖動到高亮的滑動條，高亮的地方，表示視頻畫面變動較大。這樣就比較有針對性，也方便了客戶了。還有重要的一點放在網盤，隨時隨地可以查看。但是也有一點就是隱私問題比較麻煩。其他的還有很多就不展開說明了。

　　作為一個小廠，同時作為一名小兵，暫時還不知道公司要做哪種類型的，上級只是讓我了解點對點穿透。我猜應該是在家里有個攝像頭監控，數據保存在本地。網絡部分是移動端發起連接到攝像頭，實行點對點的實時監控和讀取攝像頭本地存儲的視頻回放，全程只是經過服務器進行命令控制。視頻走P2P(走不通應該是轉發，這個還不知道。會不會提示當前網絡不支持這種提示啊？期待！！畢竟如果轉發視頻的話很麻煩，很占資源)，視頻保存本地。我猜目前公司應該是做成這個樣子的。(公司非互聯網公司，沒有那么好的*aaS平台)

 

參考資料:

 

本文地址: http://www.cnblogs.com/wunaozai/p/5545150.html