java p2p打洞通信

因为当前 IPV4地址的缺乏 ,nat、防火墙的中介设备和不对称寻址建立起来的 p2p通信机制造成了地址访问的问题。

在 internet最初体系结构中，每个节点都有全球唯一的 ip地址，能够直接通信。可是随着节点的增多， ip地址使用紧张，他们需要中介设备如 nat连在一起。
私有网络中的节点可以直接连接到相同私有网络中的其他节点，也可以连接到全局地址空间中拥有全球唯一 ip地址的节点。。然而 nat通常只允许临时的向外连接申请，对于向内的申请会拒绝。这就造成了在 natA内网中的节点 A连接 natB内网中的节点 B时连接申请报到 natB时就被阻止了。此时我们需要的就是穿越技术。。。

总体来说穿越技术是利用一个公共服务器中转，使节点 A、 B都连接到中转服务器 S之后，通过 S中转 A发送到 B的数据报或者是中转连接申请，，使 A、 B对于 natA和 natB来说都是向外申请。。。

1、 中转数据报： A、 B都先向外与服务器 S建立接连，然后通过 S中转 A、 B之间的数据报。。
2、 反向连接：当 A、 B都与 S建立了连接，并且只有一个节点在 nat之后（假设 A在 natA之后）。。当 B向 A申请连接时，申请背 natA拒绝。 B可以向 S提出申请要与 A建立连接，然后 S向 A发出指令，通知 A主动向 B申请建立连接。。
【 UDP打洞】
1、 A、 B在同一个 nat之后：
[img]http://dl.iteye.com/upload/attachment/0079/9870/393d6ba2-539c-34c4-9631-f89870df35c1.jpg[/img]
用户 A让 S做介绍人来与 B建立对话
（1） A向 S发送一个消息请求与 B建立连接
（2） S使用 B的公共终端（ 155.99.25.11： 62005）和私有终端（ 10.1.1.3）响应 A
（3） 同时 S也想 B发送 A的公共终端（ 155.99.25.11： 62000）和私有终端（ 10.0.0.1），但是发送到公共终端的消息不一定能达到 B取决于 NAT是否支持“发夹”转化（回环转化）
（4） 如果 nat支持发夹转化的话，应用程序就可以免除私有和共有终端都要试图连接的复杂性。。


2、不同 NAT后面的节点
[img]http://dl.iteye.com/upload/attachment/0079/9872/a79cd2d5-9a42-33b8-acd6-4d69ae823bbd.jpg[/img]
（1） 注册， A、 B都想服务器 S注册 natA安排了 62000端口用作 A和 S对话使用， natB安排了 31000端口用作 B和 S对话使用， A向 S的注册消息中报告了自己的私有终端 10.0.0.1： 4321这种情况下 A的公共终端是 155.99.25.11： 62000，同理 B的私有终端 10.1.1.3： 4321和公共终端 136.76.29.7： 31000
（2） A发送请求消息到 S，请求与 B建立连接，作为响应 S向 A发送了 B的私有终端和公共终端也向 B发送了 A的私有和公共终端。
（3） 既然 A、 B处在不同的子网中，那么 A、 B的私有终端是不能公共路由的，发送的消息肯能会发到自己子网中的 ip中（应为不同子网中的私有 ip可以相同）
（4） 当从 A发向 B的第一个消息到达 natA时， natA注意到这是一个新的外出会话， natA看到源地址是子网中地址，而目的地址是外网地址，所以 natA将从私有终端 10.0.0.1： 4321的外出会话转化到对应公共终端 155.99.25.11： 62000，这样 A的第一个到 B的公共终端的外出会话消息就在 natA上“打了一个洞”。新的 UDP会话由 A的私有网络上的终端 10.0.0.1： 4321/138.76.29.7： 31000和 internet上的公共终端 155.99.25.11： 62000/138.76.29.7:31000标识，同理 B也建立了对 A的私有、公共连接标识。
（5） 如果 A发向 B的公共终端的消息在 B发向 A的第一个消息穿过 B自己的 natB之前到达了 natB的话， natB会认为 A的内入消息是禁止的，丢弃 B的请求消息，但是 B的请求消息在 natB上为 A打了一洞，此时洞双向打开，通信可以进行下去了。。。

3、多级 NAT后面的节点：
[img]http://dl.iteye.com/upload/attachment/0079/9874/a51f0539-bb77-3d5f-ad34-577a56251ab2.jpg[/img]
（ 1） A、 B都建立与 S的向外连接
（ 2）最终连接目的：
Aà B 10.0.0.1à 10.0.1.2:55000
Bà A 10.0.0.3à 10.0.1.1:45000
（ 3）但是在此时 A、 B无法知道伪公众终端 10.0.1.2:55000和 10.0.1.1:45000。 S只看到了 155.99.25.11： 32000和 155.99.25.11： 62005。
（ 4）此时相应的 A、 B也只知道 155.99.25.11： 32000和 155.99.25.11： 62005
（ 5）只能依赖 natC的发夹转化。
当 A-à B，即 10.0.0.1—>155.99.25.11： 62005时 natA将数据报中源地址 10.0.0.1转化为 10.0.1.1然后发送到 natC，当 natC发现目的地址 ip是 155.99.25.11是自己转化过的 ip后， natC就会转化数据报中的源地址和目的地址，再发送到私有网络中。 155.99.25.11： 62000--à 10.0.1.2： 55000
（ 6）当数据报到 B私有网络时，同样方法进行转化。。


UDPServer.java:

package org.iaiai.test;

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;

/**
 * 
 * <br/>
 * Title: UDPServer.java<br/>
 * E-Mail: [email protected]<br/>
 * QQ: 176291935<br/>
 * Http: iaiai.iteye.com<br/>
 * Create time: 2013-1-29 上午11:11:56<br/>
 * <br/>
 * @author 丸子
 * @version 0.0.1
 */
public class UDPServer {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            DatagramSocket server = new DatagramSocket(2008);
            byte[] buf = new byte[1024];
            DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);

            String sendMessage132 = "";
            String sendMessage129 = "";
            int port132 = 0;
            int port129 = 0;
            InetAddress address132 = null;
            InetAddress address129 = null;
            for (;;) {
                server.receive(packet);

                String receiveMessage = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());
                System.out.println(receiveMessage);
                //接收到clientA
                if (receiveMessage.contains("132")) {
                    port132 = packet.getPort();
                    address132 = packet.getAddress();
                    sendMessage132 = "host:" + address132.getHostAddress() + ",port:" + port132;
                }
                //接收到clientB
                if (receiveMessage.contains("129")) {
                    port129 = packet.getPort();
                    address129 = packet.getAddress();
                    sendMessage129 = "host:" + address129.getHostAddress() + ",port:" + port129;
                }
                //两个都接收到后分别A、B址地交换互发
                if (!sendMessage132.equals("") && !sendMessage129.equals("")) {
                    send132(sendMessage129, port132, address132, server);
                    send129(sendMessage132, port129, address129, server);
                    sendMessage132 = "";
                    sendMessage129 = "";
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private static void send129(String sendMessage132, int port132, InetAddress address132, DatagramSocket server) {
        try {
            byte[] sendBuf = sendMessage132.getBytes();
            DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(sendBuf, sendBuf.length, address132, port132);
            server.send(sendPacket);
            System.out.println("消息发送成功!");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private static void send132(String sendMessage129, int port129, InetAddress address129, DatagramSocket server) {
        try {
            byte[] sendBuf = sendMessage129.getBytes();
            DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(sendBuf, sendBuf.length, address129, port129);
            server.send(sendPacket);
            System.out.println("消息发送成功!");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

UDPClientA.java:

package org.iaiai.test;

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.SocketAddress;

/**
 * 
 * <br/>
 * Title: UDPClientA.java<br/>
 * E-Mail: [email protected]<br/>
 * QQ: 176291935<br/>
 * Http: iaiai.iteye.com<br/>
 * Create time: 2013-1-29 上午11:11:56<br/>
 * <br/>
 * @author 丸子
 * @version 0.0.1
 */
public class UDPClientA {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            // 向server发起请求
            SocketAddress target = new InetSocketAddress("10.1.11.137", 2008);
            DatagramSocket client = new DatagramSocket();
            String message = "I am UPDClinetA 192.168.85.132";
            byte[] sendbuf = message.getBytes();
            DatagramPacket pack = new DatagramPacket(sendbuf, sendbuf.length, target);
            client.send(pack);
            // 接收请求的回复,可能不是server回复的，有可能来自UPDClientB的请求内
            receive(client);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //接收请求内容
    private static void receive(DatagramSocket client) {
        try {
            for (;;) {
                byte[] buf = new byte[1024];
                DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, buf.length);
                client.receive(packet);
                String receiveMessage = new String(packet.getData(), 0, packet.getLength());
                System.out.println(receiveMessage);
                int port = packet.getPort();
                InetAddress address = packet.getAddress();
                String reportMessage = "tks";
                //获取接收到请问内容后并取到地址与端口,然后用获取到地址与端口回复内容
                sendMessaage(reportMessage, port, address, client);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //回复内容
    private static void sendMessaage(String reportMessage, int port, InetAddress address, DatagramSocket client) {
        try {
            byte[] sendBuf = reportMessage.getBytes();
            DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(sendBuf, sendBuf.length, address, port);
            client.send(sendPacket);
            System.out.println("消息发送成功!");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

UDPClientB.java

package org.iaiai.test;

import java.net.DatagramPacket;
import java.net.DatagramSocket;
import java.net.InetAddress;
import java.net.InetSocketAddress;
import java.net.SocketAddress;

/**
 * 
 * <br/>
 * Title: UDPClientB.java<br/>
 * E-Mail: [email protected]<br/>
 * QQ: 176291935<br/>
 * Http: iaiai.iteye.com<br/>
 * Create time: 2013-1-29 上午11:11:56<br/>
 * <br/>
 * @author 丸子
 * @version 0.0.1
 */
public class UDPClientB {

    public static void main(String[] args) {
        try {
            //向server发起请求
            SocketAddress target = new InetSocketAddress("10.1.11.137", 2008);
            DatagramSocket client = new DatagramSocket();
            String message = "I am UDPClientB 192.168.85.129";
            byte[] sendbuf = message.getBytes();
            DatagramPacket pack = new DatagramPacket(sendbuf, sendbuf.length, target);
            client.send(pack);
            //接收server的回复内容
            byte[] buf = new byte[1024];
            DatagramPacket recpack = new DatagramPacket(buf, buf.length);
            client.receive(recpack);
            //处理server回复的内容，然后向内容中的地址与端口发起请求（打洞）
            String receiveMessage = new String(recpack.getData(), 0, recpack.getLength());
            String[] params = receiveMessage.split(",");
            String host = params[0].substring(5);
            String port = params[1].substring(5);
            System.out.println(host + ":" + port);
            sendMessage(host, port, client);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //向UPDClientA发起请求(在NAT上打孔)
    private static void sendMessage(String host, String port, DatagramSocket client) {
        try {
            SocketAddress target = new InetSocketAddress(host, Integer.parseInt(port));
            for (;;) {
                String message = "I am master 192.168.85.129 count test";
                byte[] sendbuf = message.getBytes();
                DatagramPacket pack = new DatagramPacket(sendbuf, sendbuf.length, target);
                client.send(pack);
                //接收UDPClientA回复的内容
                receive(client);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    //收到UDPClientA的回复内容，穿透已完成
    private static void receive(DatagramSocket client) {
        try {
            for (;;) {
                //将接收到的内容打印
                byte[] buf = new byte[1024];
                DatagramPacket recpack = new DatagramPacket(buf, buf.length);
                client.receive(recpack);
                String receiveMessage = new String(recpack.getData(), 0, recpack.getLength());
                System.out.println(receiveMessage);

                //记得重新收地址与端口，然后在以新地址发送内容到UPDClientA,就这样互发就可以了。
                int port = recpack.getPort();
                InetAddress address = recpack.getAddress();
                String reportMessage = "I am master 192.168.85.129 count test";

                //发送消息
                sendMessage(reportMessage, port, address, client);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private static void sendMessage(String reportMessage, int port, InetAddress address, DatagramSocket client) {
        try {
            byte[] sendBuf = reportMessage.getBytes();
            DatagramPacket sendPacket = new DatagramPacket(sendBuf, sendBuf.length, address, port);
            client.send(sendPacket);
            System.out.println("send success");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}