[转]UDP穿透

NAT简介

 

NAT(Network Address Translation ，网络地址转换) 是一种广泛应用的解决IP 短缺的有效方法， NAT 将内网地址转和端口号换成合法的公网地址和端口号，建立一个会话，与公网主机进行通信。

1.NAT分类

（1 ）全锥NAT ：全锥NAT 把所有来自相同内部IP 地址和端口的请求映射到相同的外部IP 地址和端口。任何一个外部主机均可通过该映射发送数据包到该内部主机。

（2 ）限制性锥NAT ：限制性锥NAT 把所有来自相同内部IP 地址和端口的请求映射到相同的外部IP 地址和端口。但是, 和全锥NAT 不同的是：只有当内部主机先给外部主机发送数据包, 该外部主机才能向该内部主机发送数据包。

（3 ）端口限制性锥NAT ：端口限制性锥NAT 与限制性锥NAT 类似, 只是多了端口号的限制, 即只有内部主机先向外部地址：端口号对发送数据包, 该外部主机才能使用特定的端口号向内部主机发送数据包。

（4 ）对称NAT ：对称NAT 与上述3 种类型都不同, 不管是全锥NAT ，限制性锥NAT 还是端口限制性锥NAT ，它们都属于锥NAT （Cone NAT ）。当同一内部主机使用相同的端口与不同地址的外部主机进行通信时, 对称NAT 会重新建立一个Session ，为这个Session 分配不同的端口号，或许还会改变IP 地址。

2.穿透过程

首先，对于P2P的穿透，需要了解到全锥NAT、限制性锥NAT和端口限制性锥NAT都可以实现P2P的穿透，而对称NAT则无法进行P2P穿透，需要通过服务器转发的形式完成两台NAT后设备之间的通信。

完成P2P的过程如下:

　　1.在公网上建立一个中转服务器S，A、B均与S先建立连接并发送数据报。

　　2.服务器将获取到的地址信息按照用户自定的格式分发给B、A

　　3.A通过从S获取的B的地址信息向B发起连接请求，这次的连接请求会被B的NAT拒绝并丢弃，但在A的NAT上会建立一个B的地址信息，A会接受B向他发送的信息

　　4.B通过从S获取的A的地址信息向A发起连接请求，这次连接正常情况下会成功

　　5.当A收到B的数据报后，从中获取B的信息，再次向B发送信息，验证NAT确实被穿透

针对全锥NAT、限制性锥NAT、端口限制性锥NAT和对称NAT都有着明确的协议定义了穿透方案。对于全锥NAT、限制性锥NAT、端口限制性锥NAT可以使用STUN协议完成穿透；对于对称NAT需要使用TURN协议完成穿透。两者的不同在于STUN协议可以直接完成PC的互联以及数据的交互，TURN协议则必须借助中转服务器进行数据的转发。

从当前的商业应用来看，大多数的聊天通信软件选择ICE协议（TURN和STUN的集合）进行P2P通信，而条件允许时则直接使用TURN协议确保穿透的效率和稳定性。

3.实现穿透

在实际进行穿透操作时，需要考虑到以下两种情况

　　1.A、B在不同NAT下（包括一台在公网）

　　2.A、B在同一NAT下

对于第一种情况，直接进行穿透就好。

对于第二种情况，则需要对A、B所在的相对位置进行验证，如果确实在同一NAT下，则服务器S只需要将它俩的内网地址互相告知，省去穿透的步骤

值得一提的是，java使用socket.getLocalAddress()所获得的本地ip往往不准确，分享一段找到的获取本地ip的代码

 

package testUDT;

import java.net.Inet4Address;
import java.net.InetAddress;
import java.net.NetworkInterface;
import java.net.SocketException;
import java.net.UnknownHostException;
import java.util.ArrayList;
import java.util.Enumeration;
import java.util.List;

/**
 * IP处理工具类
 * 
 * @author Neil
 *
 */
public class IPUtils {
    /**
     * 获取当前IP
     * 
     * @return IP
     */
    public static String getCurrenIP() {
        String[] ips = getIpArray(getLocalIPList());
        String curr_ip = "0.0.0.0";

        if (ips != null) {
            curr_ip = ips[0];
        } else {
            try {
                InetAddress net = InetAddress.getLocalHost();
                if (net != null) {
                    curr_ip = net.getHostAddress();
                }
            } catch (UnknownHostException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        return curr_ip;
    }

    /**
     * 获取本地IP列表
     * 
     * @return 返回本地IP列表
     */
    public static List<String> getLocalIPList() {
        List<String> ipList = new ArrayList<String>();
        try {
            Enumeration<NetworkInterface> networkInterfaces = NetworkInterface
                    .getNetworkInterfaces();
            NetworkInterface networkInterface;
            Enumeration<InetAddress> inetAddresses;
            InetAddress inetAddress;
            String ip;
            while (networkInterfaces.hasMoreElements()) {
                networkInterface = networkInterfaces.nextElement();
                inetAddresses = networkInterface.getInetAddresses();
                while (inetAddresses.hasMoreElements()) {
                    inetAddress = inetAddresses.nextElement();
                    if (inetAddress != null
                            && inetAddress instanceof Inet4Address) { // IPV4
                        ip = inetAddress.getHostAddress();
                        ipList.add(ip);
                    }
                }
            }
        } catch (SocketException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(ipList);
        return ipList;
    }

    /**
     * 将ip列表转换成数组
     * 
     * @param list
     *            用List记录的ip列表
     * @return 返回用数组形式的ip列表
     */
    public static String[] getIpArray(List<String> list) {
        if (list == null) {
            return null;
        }
        String[] arr = new String[list.size()];
        int i = 0, j = 0;
        for (String s : list) {
            arr[i++] = s;
            if (s.matches("192\\.168\\.10*.\\d{1,3}")) {
                j = i - 1;
            }
        }
        String tem = arr[0];
        arr[0] = arr[j];
        arr[j] = tem;
        return arr;
    }

    /**
     * 将ip从String类型转化为InetAddress类型
     * 
     * @param strIp String类型的ip地址
     * @return 返回InetAddress类型的ip地址
     */
    public static InetAddress stringToInetAddress(String strIp) {
        int[] intAddr = new int[4];
        int[] intAddrOK = new int[4];
        String[] strAddrOK = new String[4];
        byte[] byteAddrOK = new byte[4];
        InetAddress ia = null;
        // 将String用正则表达式进行分解
        String[] strArray = strIp.split("\\.");
        for (int i = 0; i < 4; i++) {
            intAddr[i] = Integer.valueOf(strArray[i]).intValue();
            if ((intAddr[i] <= 127) && (intAddr[i] >= -127))
                intAddrOK[i] = intAddr[i];
            else
                intAddrOK[i] = intAddr[i] - 256;
            // int 转换到 string
            strAddrOK[i] = String.valueOf(intAddrOK[i]);
            // string 转换到byte
            byteAddrOK[i] = Byte.parseByte(strAddrOK[i]);
        }
        try {
            ia = InetAddress.getByAddress(byteAddrOK);
        } catch (UnknownHostException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return ia;
    }
}

 

 

 

如果有兴趣，可以搜索PCDClient，很抱歉忘记了原作者的名字，源码应该是C++编写的

 

如果感兴趣，可以查看以下两篇其他博主的博客

http://blog.chinaunix.net/uid-10995039-id-166028.html

http://www.iteye.com/topic/1128897