C#l連接socket跨外網連接

使用UPnP來穿透NAT使內網接口對外網可見

在寫完Object 672后，軟件的一個致命問題暴露出來，如果服務器和客戶端都在內網環境下，即雙方都通過NAT來接觸外網，那么此時客戶端是無法直接和服務器交流的。

解決方案可以是：

1：把服務器部署在不存在NAT的公網環境下。

2：使用常見的NAT穿透方法比如UDP打洞，或者STUN協議，但是這些方法都需要另一個已知的部署在公網環境下的服務器。

3：就是這篇文章主要討論的方案，即不需要部署任何公網環境下的服務器，通過路由器支持的UPnP協議來把內網的接口綁定到公網接口上。

UPnP的一大優勢就是不會像UDP打洞那樣，內網接口不需要先向外部接口發送UDP包來把綁定的公網接口告訴NAT，而且對於對稱NAT，UDP打洞是無效的。而UPnP一旦設置成功后，內網接口完全以綁定的公網接口暴露在公網中。

 

演示程序的運行是這樣的：

 

 

 具體過程：

1. 輸出用戶Host Name和內網IP地址。

2. 通過UPnP把內網IP地址，內部端口號綁定到一個外部端口號上。

3. 通過HTTP從外部網站獲取公網IP地址。

4. 在內網中創建TCP Socket服務器。

5. 建立另一個TCP Socket客戶端，然后嘗試連接上面獲取的公網IP和UPnP綁定的外部端口。

6. 如果一切沒有問題的話，此時會成功連接到服務器，並收到回應！

 

在.NET環境下使用Windows的UPnP組件需要現在工程中引用：NATUPnP 1.0 Type Library，這是一個COM類庫。

下面開始逐句分析源代碼，源代碼均擬用戶已加入下列命名空間：

using System.Net;                     

using System.Net.Sockets;            

using System.Text.RegularExpressions;  //提取IP時的正則

using System.Threading.Tasks;          //Task

using System.IO;                       //讀取服務器信息用到StreamReader

using NATUPNPLib;                      //Windows UPnP COM組件

首先輸出本機（也就是內網接口信息），這個很簡單了：

//獲取Host Name

var name = Dns.GetHostName();

Console.WriteLine("用戶：" + name);

//從當前Host Name解析IP地址，篩選IPv4地址是本機的內網IP地址。

var ipv4 = Dns.GetHostEntry(name).AddressList.Where(i => i.AddressFamily ==AddressFamily.InterNetwork).FirstOrDefault();

Console.WriteLine("內網IP：" + ipv4);

接 下來就是設置UPnP了，首先需要初始化UPnPNAT類型（他是一個接口，只不過通過CoClass特性把執行導向UPnPNATClass類型），接 着通過UPnPNAT的StaticPortMappingCollection來添加或者刪除UPnP綁定。注意在沒有路由器或者路由器的UPnP不開 啟的情況下，StaticPortMappingCollection屬性可能會返回null。

代碼如下：

Console.WriteLine("設置UPnP");

//UPnP綁定信息

var eport = 8733;

var iport = 8733;

var description = "Mgen測試";

 

//創建COM類型

var upnpnat = new UPnPNAT();

var mappings = upnpnat.StaticPortMappingCollection;

 

//錯誤判斷

if (mappings == null)

{

    Console.WriteLine("沒有檢測到路由器，或者路由器不支持UPnP功能。");

    return;

}

 

//添加之前的ipv4變量（內網IP），內部端口，和外部端口

mappings.Add(eport, "TCP", iport, ipv4.ToString(), true, description);

 

Console.WriteLine("外部端口：{0}", eport);

Console.WriteLine("內部端口：{0}", iport);

如果成功后，你應該可以在路由器的UPnP選項中看到這些數據：

 

 

設置好UPnP后，開始獲取外網IP地址，可以通過這個網址（http://checkip.dyndns.org/）。此時只需要發送一個HTTP GET請求，然后把返回的HTML中的IP地址提取出來就可以了，我們用正則來提取IP地址。

代碼如下：

//外網IP變量

string eip;

//正則

var regex = @"\b\d{1,3}\.\d{1,3}\.\d{1,3}\.\d{1,3}\b";

using (var webclient = new WebClient())

{

    var rawRes = webclient.DownloadString("http://checkip.dyndns.org/");

    eip = Regex.Match(rawRes, regex).Value;

}

 

Console.WriteLine("外網IP：" + eip);

OK，這個時候（如果一切順利的話），一切准備工作都做好了。我們有了：內網IP，內部端口，外網IP，外部端口。那么就可以做一個TCP連接做測試了。

 

直接建立一個TCP服務端，代表在NAT下的服務器，注意端口號要綁定到UPnP設置時的內部端口。

代碼：

//在NAT下的服務器

var socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream,ProtocolType.Tcp);

//綁定內網IP和內部端口

socket.Bind(new IPEndPoint(ipv4, iport));

socket.Listen(1);

 

//在另一個線程中運行客戶端Socket

Task.Run(() =>

    {

        Task.Delay(1000);

        ClientSocket(eip, eport);

    });

 

//成功連接

var client = socket.Accept();

//服務器向客戶端發送信息

client.Send(Encoding.Unicode.GetBytes("=== 歡迎來到Mgen的服務器！===" +Environment.NewLine));

 

Console.ReadKey(false);

上 面的ClientSocket方法就是客戶端的Socket連接執行，注意TCP協議是不保留數據邊界的，因此服務器在發送消息時，后面加了個換行符 （Environment.NewLine），然后在客戶端接受數據時，使用Socket –> NetworkStream –> StreamReader的嵌套組合，最后由StreamReader的ReadLine讀取數據，這樣確保會讀到最后的換行符。
ClientSocket方法的執行代碼：

//ip參數和port參數是公網的IP地址，和UPnP中的外部端口
static void ClientSocket(string ip, int port)

{

    try

    {

        Console.WriteLine("建立客戶端TCP連接");

        var socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream,ProtocolType.Tcp);

        socket.Connect(new IPEndPoint(IPAddress.Parse(ip), port));

        using (var ns = new NetworkStream(socket))

        using (var sr = new StreamReader(ns, Encoding.Unicode))

        {

            Console.WriteLine("收到來自服務器的回應：");

            Console.WriteLine(sr.ReadLine());

        }

    }

    catch (Exception ex)

    {

        Console.WriteLine(ex.Message);

    }

}

OK。

    源代碼下載
    https://skydrive.live.com/?cid=424A442FFE5437E9&id=424A442FFE5437E9%213952
    注意：鏈接是微軟SkyDrive頁面，下載時請用瀏覽器直接下載，用某些下載工具可能無法下載
    源代碼環境：Microsoft Visual Studio Express 2012 for Windows Desktop
    注意：源代碼不包含引用的外部類庫文件