1. TCP穿透原理:
我們假設在兩個不同的局域網后面分別有2台客戶機A和 B,AB所在的局域網都分別通過一個路由器接入互聯網。互聯網上有一台服務器S。現在AB是無法直接和對方發送信息的,AB都不知道對方在互聯網上真正的IP和端口, AB所在的局域網的路由器只允許內部向外主動發送的信息通過。對於B直接發送給A的路由器的消息,路由會認為其“不被信任”而直接丟棄。
要實現 AB直接的通訊,就必須進行以下3步:A首先連接互聯網上的服務器S並發送一條消息(對於UDP這種無連接的協議其實直接初始會話發送消息即可),這樣S就獲取了A在互聯網上的實際終端(發送消息的IP和端口號)。接着 B也進行同樣的步驟,S就知道了AB在互聯網上的終端(這就是“打洞”)。接着S分別告訴A和B對方客戶端在互聯網上的實際終端,也即S告訴A客戶B的會話終端,S告訴B客戶A的會話終端。這樣,在AB都知道了對方的實際終端之后,就可以直接通過實際終端發送消息了(因為先前雙方都向外發送過消息,路由上已經有允許數據進出的消息通道)。
2. 程序思路:
1:啟動服務器,監聽端口88772:第一次啟動客戶端(稱為client1),連上服務器,服務器將返回字符串first,標識這個是client1,同時,服務器將記錄下這個客戶端的(經過轉換之后的)IP和端口。
3:第二次啟動客戶端(稱為client2),連上服務器,服務器將向其返回自身的發送端口(稱為port2),以及client1的(經過轉換之后的)IP和端口。
4:然后服務器再發client1返回client2(經過轉換之后的)IP和端口,然后斷開與這兩個客戶端的連接(此時,服務器的工作已經全部完成了)
5:client2嘗試連接client1,這次肯定會失敗,但它會在路由器上留下記錄,以幫忙client1成功穿透,連接上自己,然后設置port2端口為可重用端口,並監聽端口port2。
6:client1嘗試去連接client2,前幾次可能會失敗,因為穿透還沒成功,如果連接10次都失敗,就證明穿透失敗了(可能是硬件不支持),如果成功,則每秒向client2發送一次hello, world
7:如果client1不斷出現send message: Hello, world,client2不斷出現recv message: Hello, world,則證明實驗成功了,否則就是失敗了。
3. 聲明
1:這個程序只是一個DEMO,所以肯定有很多不完善的地方,請大家多多見諒。2:在很多網絡中,這個程序並不能打洞成功,可能是硬件的問題(畢竟不是每種路由器都支持穿透),也可能是我程序的問題,如果大家有意見或建議,歡迎留言或給我發郵件(郵箱是:aa1080711@163.com)
4. 上代碼:
服務器端:
/* 文件:server.c PS:第一個連接上服務器的客戶端,稱為client1,第二個連接上服務器的客戶端稱為client2 這個服務器的功能是: 1:對於client1,它返回"first",並在client2連接上之后,將client2經過轉換后的IP和port發給client1; 2:對於client2,它返回client1經過轉換后的IP和port和自身的port,並在隨后斷開與他們的連接。 */ #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <signal.h> #include <sys/socket.h> #include <fcntl.h> #include <stdlib.h> #include <errno.h> #include <string.h> #include <arpa/inet.h> #define MAXLINE 128 #define SERV_PORT 8877 //發生了致命錯誤,退出程序 void error_quit(const char *str) { fprintf(stderr, "%s", str); //如果設置了錯誤號,就輸入出錯原因 if( errno != 0 ) fprintf(stderr, " : %s", strerror(errno)); printf("\n"); exit(1); } int main(void) { int i, res, cur_port; int connfd, firstfd, listenfd; int count = 0; char str_ip[MAXLINE]; //緩存IP地址 char cur_inf[MAXLINE]; //當前的連接信息[IP+port] char first_inf[MAXLINE]; //第一個鏈接的信息[IP+port] char buffer[MAXLINE]; //臨時發送緩沖區 socklen_t clilen; struct sockaddr_in cliaddr; struct sockaddr_in servaddr; //創建用於監聽TCP協議套接字 listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); //把socket和socket地址結構聯系起來 res = bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)); if( -1 == res ) error_quit("bind error"); //開始監聽端口 res = listen(listenfd, INADDR_ANY); if( -1 == res ) error_quit("listen error"); while( 1 ) { //接收來自客戶端的連接 connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen); if( -1 == connfd ) error_quit("accept error"); inet_ntop(AF_INET, (void*)&cliaddr.sin_addr, str_ip, sizeof(str_ip)); count++; //對於第一個鏈接,將其的IP+port存儲到first_inf中, //並和它建立長鏈接,然后向它發送字符串'first', if( count == 1 ) { firstfd = connfd; cur_port = ntohs(cliaddr.sin_port); snprintf(first_inf, MAXLINE, "%s %d", str_ip, cur_port); strcpy(cur_inf, "first\n"); write(connfd, cur_inf, strlen(cur_inf)+1); } //對於第二個鏈接,將其的IP+port發送給第一個鏈接, //將第一個鏈接的信息和他自身的port返回給它自己, //然后斷開兩個鏈接,並重置計數器 else if( count == 2 ) { cur_port = ntohs(cliaddr.sin_port); snprintf(cur_inf, MAXLINE, "%s %d\n", str_ip, cur_port); snprintf(buffer, MAXLINE, "%s %d\n", first_inf, cur_port); write(connfd, buffer, strlen(buffer)+1); write(firstfd, cur_inf, strlen(cur_inf)+1); close(connfd); close(firstfd); count = 0; } //如果程序運行到這里,那肯定是出錯了 else error_quit("Bad required"); } return 0; }
客戶端:
/* 文件:client.c PS:第一個連接上服務器的客戶端,稱為client1,第二個連接上服務器的客戶端稱為client2 這個程序的功能是:先連接上服務器,根據服務器的返回決定它是client1還是client2, 若是client1,它就從服務器上得到client2的IP和Port,連接上client2, 若是client2,它就從服務器上得到client1的IP和Port和自身經轉換后的port, 在嘗試連接了一下client1后(這個操作會失敗),然后根據服務器返回的port進行監聽。 這樣以后,就能在兩個客戶端之間進行點對點通信了。 */ #include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <signal.h> #include <sys/socket.h> #include <fcntl.h> #include <stdlib.h> #include <errno.h> #include <string.h> #include <arpa/inet.h> #define MAXLINE 128 #define SERV_PORT 8877 typedef struct { char ip[32]; int port; }server; //發生了致命錯誤,退出程序 void error_quit(const char *str) { fprintf(stderr, "%s", str); //如果設置了錯誤號,就輸入出錯原因 if( errno != 0 ) fprintf(stderr, " : %s", strerror(errno)); printf("\n"); exit(1); } int main(int argc, char **argv) { int i, res, port; int connfd, sockfd, listenfd; unsigned int value = 1; char buffer[MAXLINE]; socklen_t clilen; struct sockaddr_in servaddr, sockaddr, connaddr; server other; if( argc != 2 ) error_quit("Using: ./client <IP Address>"); //創建用於鏈接(主服務器)的套接字 sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); memset(&sockaddr, 0, sizeof(sockaddr)); sockaddr.sin_family = AF_INET; sockaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); sockaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); inet_pton(AF_INET, argv[1], &sockaddr.sin_addr); //設置端口可以被重用 setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &value, sizeof(value)); //連接主服務器 res = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&sockaddr, sizeof(sockaddr)); if( res < 0 ) error_quit("connect error"); //從主服務器中讀取出信息 res = read(sockfd, buffer, MAXLINE); if( res < 0 ) error_quit("read error"); printf("Get: %s", buffer); //若服務器返回的是first,則證明是第一個客戶端 if( 'f' == buffer[0] ) { //從服務器中讀取第二個客戶端的IP+port res = read(sockfd, buffer, MAXLINE); sscanf(buffer, "%s %d", other.ip, &other.port); printf("ff: %s %d\n", other.ip, other.port); //創建用於的套接字 connfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); memset(&connaddr, 0, sizeof(connaddr)); connaddr.sin_family = AF_INET; connaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); connaddr.sin_port = htons(other.port); inet_pton(AF_INET, other.ip, &connaddr.sin_addr); //嘗試去連接第二個客戶端,前幾次可能會失敗,因為穿透還沒成功, //如果連接10次都失敗,就證明穿透失敗了(可能是硬件不支持) while( 1 ) { static int j = 1; res = connect(connfd, (struct sockaddr *)&connaddr, sizeof(connaddr)); if( res == -1 ) { if( j >= 10 ) error_quit("can't connect to the other client\n"); printf("connect error, try again. %d\n", j++); sleep(1); } else break; } strcpy(buffer, "Hello, world\n"); //連接成功后,每隔一秒鍾向對方(客戶端2)發送一句hello, world while( 1 ) { res = write(connfd, buffer, strlen(buffer)+1); if( res <= 0 ) error_quit("write error"); printf("send message: %s", buffer); sleep(1); } } //第二個客戶端的行為 else { //從主服務器返回的信息中取出客戶端1的IP+port和自己公網映射后的port sscanf(buffer, "%s %d %d", other.ip, &other.port, &port); //創建用於TCP協議的套接字 sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); memset(&connaddr, 0, sizeof(connaddr)); connaddr.sin_family = AF_INET; connaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); connaddr.sin_port = htons(other.port); inet_pton(AF_INET, other.ip, &connaddr.sin_addr); //設置端口重用 setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &value, sizeof(value)); //嘗試連接客戶端1,肯定會失敗,但它會在路由器上留下記錄, //以幫忙客戶端1成功穿透,連接上自己 res = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&connaddr, sizeof(connaddr)); if( res < 0 ) printf("connect error\n"); //創建用於監聽的套接字 listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); servaddr.sin_port = htons(port); //設置端口重用 setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &value, sizeof(value)); //把socket和socket地址結構聯系起來 res = bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)); if( -1 == res ) error_quit("bind error"); //開始監聽端口 res = listen(listenfd, INADDR_ANY); if( -1 == res ) error_quit("listen error"); while( 1 ) { //接收來自客戶端1的連接 connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr *)&sockaddr, &clilen); if( -1 == connfd ) error_quit("accept error"); while( 1 ) { //循環讀取來自於客戶端1的信息 res = read(connfd, buffer, MAXLINE); if( res <= 0 ) error_quit("read error"); printf("recv message: %s", buffer); } close(connfd); } } return 0; }
5. 運行示例:
(第一個終端)qch@qch ~/program/tcode $ gcc server.c -o server
qch@qch ~/program/tcode $ ./server &
[1] 4688
qch@qch ~/program/tcode $ gcc client.c -o client
qch@qch ~/program/tcode $ ./client localhost
Get: first
ff: 127.0.0.1 38052
send message: Hello, world
send message: Hello, world
send message: Hello, world
.................
第二個終端:
qch@qch ~/program/tcode $ ./client localhost
Get: 127.0.0.1 38073 38074
connect error
recv message: Hello, world
recv message: Hello, world
recv message: Hello, world
..................
出處:http://blog.csdn.net/small_qch/article/details/8815028
個人注:
我認為,service的作用遠不止這些,service可以做一些驗證連通性、數據校驗等等的事情,只有當A和B真正開始通信了,這時才考慮斷開A、B與service的鏈接。