C# 實現UDP打洞通信（一）

最近研究了一下網絡打洞的相關技術，TCP的方式據說可行性不高，各種困難，因此決定采用UDP（UDP是什么就不解釋了）的方式。

原理：

　　我們都知道局域網內的主機想要訪問外網的服務器是比較容易的，比如瀏覽器輸入www.baidu.com就可以訪問到百度的服務器，但是如果在局域網的主機部署一個服務，讓外網的機器進行訪問一般是無法訪問的，因為外部訪問的請求會被路由器給阻礙掉了，這是為什么呢？

　　比如我內網的主機IP是192.168.1.128，我訪問外網的服務器的時候系統會自動給我的訪問分配端口（也可以自定義端口），我對外的訪問請求會經過路由器，路由器又會分配一個對外的端口，如果還有外部網絡路由器，那么每一層都會分配一個獨立的對外端口，一直到最終處於公網的路由器通過公網的IP及分配的端口對外部的服務器發起訪問請求，服務器收到請求的同時會得到我處於公網的路由器的IP及分配的端口，然后將請求的反饋結果發送給我，反饋的信息會發到我的公網IP及端口，然后路由器內部再逐層向內發送給對應的IP和端口最終到達發起請求的應用程序。

　　如內網主機（192.168.1.128:12345）訪問外網服務器（111.110.213.99:15000），那么實際的請求過程是這樣的：內網主機（192.168.1.128:12345）發起請求，請求通過路由器A（假設只有一個路由器）,路由器為內網的（192.168.1.128:12345）綁定一個動態的端口（18876）並通過路由器的外網IP（120.145.15.87:18876）訪問外網服務器（111.110.213.99:15000），服務器收到請求后發送反饋數據給路由器（120.145.15.87:18876），路由器再根據記錄的列表中18876端口綁定的內網地址，將信息轉發給內網主機（192.168.1.128:12345），於是主機就收到外部的信息了。

　　注意，如果內網沒有向外部訪問，那么路由器就沒有分配（18876）這個端口，那么外部發來的數據會被路由器丟棄掉，我們通過先連接服務器，服務器收到的（18876）並使用該端口或將該端口發送給其它客戶端使用，那么這個端口其實就是我們打的一個（洞）。

　　由於一些原因沒能用多台內網機器進行試驗，只是簡單的通過內網主機和外網的服務器進行的試驗，下面貼上代碼：

using System;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Text;
using System.Threading;

namespace P2MP
{
    class MainClass
    {
        /// <summary>
        /// 用於UDP發送的網絡服務類
        /// </summary>
        private static UdpClient udpcSend = null;

        static IPEndPoint localIpep = null; 

        public static void Main(string[] args)
        {
            Console.Write("IP:");
            string ip = Console.ReadLine();
            Console.Write("Port:");
            int port = int.Parse(Console.ReadLine());
            localIpep = new IPEndPoint(IPAddress.Parse(ip), port); // 本機IP，指定的端口號

            udpcSend = new UdpClient(localIpep);

            StartReceive();

            // 實名發送
            string msg = null;
            while ((msg = Console.ReadLine()) != null)
            {
                if ("stop" == msg)
                {
                    StopReceive();
                    udpcSend.Close();
                }
                else
                {
                    //string[] arr = Console.ReadLine().Split(' ');
                    Thread thrSend = new Thread(SendMessage);
                    thrSend.Start(msg);
                }
            }
            Console.ReadKey();
        }

        /// <summary>
        /// 發送信息
        /// </summary>
        /// <param name="obj"></param>
        private static void SendMessage(object obj)
        {
            try
            {
                string message = obj.ToString();
                string[] array = message.Split(' ');
                IPAddress iPAddress = IPAddress.Parse(array[0]);
                int port = int.Parse(array[1]);
                byte[] sendbytes = Encoding.Unicode.GetBytes(array[2]);
                IPEndPoint remoteIpep = new IPEndPoint(iPAddress, port); // 發送到的IP地址和端口號
                udpcSend.Send(sendbytes, sendbytes.Length, remoteIpep);
            }
            catch{}
        }

        /// <summary>
        /// 開關：在監聽UDP報文階段為true，否則為false
        /// </summary>
        static bool IsUdpcRecvStart = false;
        /// <summary>
        /// 線程：不斷監聽UDP報文
        /// </summary>
        static Thread thrRecv;

        private static void StartReceive()
        {
            if (!IsUdpcRecvStart) // 未監聽的情況，開始監聽
            {
                thrRecv = new Thread(ReceiveMessage);
                thrRecv.Start();
                IsUdpcRecvStart = true;
                Console.WriteLine("UDP監聽器已成功啟動");
            }
        }

        private static void StopReceive()
        {
            if (IsUdpcRecvStart)
            {
                thrRecv.Abort(); // 必須先關閉這個線程，否則會異常
                IsUdpcRecvStart = false;
                Console.WriteLine("UDP監聽器已成功關閉");
            }
        }

        /// <summary>
        /// 接收數據
        /// </summary>
        /// <param name="obj"></param>
        private static void ReceiveMessage(object obj)
        {
            while (IsUdpcRecvStart)
            {
                try
                {
                    byte[] bytRecv = udpcSend.Receive(ref localIpep);
                    string message = Encoding.Unicode.GetString(bytRecv, 0, bytRecv.Length);
                    Console.WriteLine(string.Format("{0}[{1}]", localIpep, message));
                }
                catch (Exception ex)
                {
                    Console.WriteLine(ex.Message);
                    break;
                }
            }
        }
    }
}

　　可以同時在多個內網主機運行，並且保證其中有一個實在外網的服務器上運行，啟動后輸入本機的IP和使用的端口，當所有機器都顯示“UDP監聽器已成功啟動”后，分別使用內網程序向 服務器IP地址[空格]端口號[空格]消息內容如："188.90.9.145 12345 hello你好"，發送消息給服務器，服務器收到的消息上附帶客戶端發來的對外端口，這時候就知道各個客戶端的對外IP和端口了，各個主機想要給另一台主機發消息只要從服務器上看其它客戶端的IP和端口，並通過“IP 端口 消息”的格式發送消息，網絡良好不丟包的情況下就能發送進去了。

　　由於路由器會定時銷毀記錄的列表，因此還需要保持客戶端跟服務器之間的心跳，比如每10秒發送一個消息，服務器端將各個客戶端最新的列表保存下來。

　　暫時先貼出簡單的代碼，后續打算開發一個P2P文件服務，代碼逐步完善中。