试验UDP打洞穿透NAT
目标
路由穿透，实现广域网P2P通信。html
4种典型NAT类型
按照NAT设备在进行地址映射时行为的不一样，NAT能够分为如下四种： java
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Full Cone git
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Restricted Cone github
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Port Restricted Cone 安全
-
Symmentric 服务器
如何判断本机NAT类型
能够经过PyStun来判断：网络
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NAT Type: Full Cone
External IP: 180.160.213.93
External Port: 32130
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几种现代穿透协议
STUN
STUN协议为终端提供一种方式可以获知本身通过NAT映射后的地址，从而替代位于应用层中的私网地址，达到NAT穿透的目的。STUN协议是典型的Client-Server协议，各类具体应用经过嵌入STUN客户端与STUN Server端通信来完成交互。 并发
在典型的运用STUN进行NAT穿透的场景中，STUN客户端首先向位于公网上的STUN服务器 发送Binding Request消息，STUN服务器接收到请求消息后识别出通过NAT转换后的公网地址60.1.1.1:12345，将其附加在Binding Response消息中返回给客户端。客户端获得这个地址 后用它替换SDP中的私网地址与终端B完成媒体协商。使用STUN进行NAT穿透对应用的要 求是必须使用一样的端口与STUN服务器交互和进行应用层通信，好比当但愿使用端口 37000进行RTP包的NAT穿透时，必须一样使用37000端口与STUN服务器通信，不然从STUN 服务器得到的NAT映射后的地址通常与实际地址时不同的。另外一个要求是STUN客户端与 服务器端的通信和应用使用得到的NAT映射地址进行应用层通信在时间上必须有连贯性， 这源于NAT设备创建的绑定有生存时间，当原绑定消亡后，NAT设备为同一个私网地址建 立的新绑定每每不一样，所以转换后的公网地址是不一样的。app
STUN方案的特性以下表：框架
| 特性 |
说明 |
| 实现复杂度 |
实现简单 |
| TCP穿透支持 |
不支持 |
| 对现有设备的要求 |
要求客户端支持，对现有NAT设备无改动要求，需增长STUN服务器 |
| 可扩展性 |
可扩展性好，与具体协议无关 |
| 安全性 |
通常 |
| 健壮性 |
差，不支持symmentric型NAT |
| 其余 |
支持自动检测NAT类型，使用户即便在使用STUN协议无法实现NAT 穿透时还能够根据NAT类型自主选择其余可以使用的NAT穿透方案 |
TURN
TURN解决NAT穿透的思路与STUN相似，都是经过修改应用层中的私网地址达到NAT穿透。 与STUN不一样的是，TURN是经过两方通信的“中间人”的方式实现穿透，在这种方式下， 要进行通信的两方分别与位于公网上的TURN服务器创建各自的链接进行通信，由服务器负 责在两方之间进行数据转发。要达到这个目的，实现TURN客户端的终端必须在通信开始前 与TURN服务器进行交互，获得服务器为其临时分配的位于TURN服务器上的公网地址，客户端使用它替换位于应用层中的私网地址。
TURN方案的特性以下表：
| 特性 |
说明 |
| 实现复杂度 |
难于实现。TURN的安全性设计增长终端设置的复杂度 |
| TCP穿透支持 |
支持 |
| 对现有设备的要求 |
对现有NAT设备无要求，要求客户端支持，需增长TURN服务器s |
| 可扩展性 |
可扩展性好，与具体协议无关 |
| 安全性 |
通常 |
| 健壮性 |
好，支持全部类型的NAT |
| 其余 |
与P2P穿透方式相比，性能时relay穿透方式的弱点。另外TURN没法 实现负载分担，解决的方式是把media relay服务器的分配工做放在 SIP proxy完成 |
ICE
与STUN和TURN相比，ICE并不是是解决NAT穿透问题的协议，而是一个框架，在这个框架中， 能够整合其余现存的NAT穿透协议，如STUN、TURN、RSIP等。区别于其余的NAT穿透解 决方案，ICE是一种探索和更新式的解决方案，经过搜集自身和对端尽量多的网络信息（各类网络地址），尝试在这些地址间创建数据通道，并在这一过程当中不断更新先前收集到的信息，从而找出和选择可以进行NAT穿透的数据通道。
ICE方案的特性以下表：
| 特性 |
说明 |
| 实现复杂度 |
通常 |
| TCP穿透支持 |
支持 |
| 对现有设备的要求 |
对NAT设备无要求，支持全部类型的NAT设备。客户端必须支持， 网路结构中需增长STUN/TURN服务器 |
| 可扩展性 |
可扩展性好，与具体协议无关 |
| 安全性 |
较好 |
| 健壮性 |
好，适用与全部NAT及NAT拓扑类型，且因为存在中继服务器，NAT 穿透通常老是能成功 |
| 其余 |
试验环境
两台PC——
A位于公网IP为180.160.213.93 的路由下，内网IP为192.168.1.100，经过端口8888通信。
B位于公网IP为180.160.233.193的路由下，内网IP为192.168.1.107，经过端口6666通信。
大体如图所示：
STUN服务器采用免费的公用STUN服务器，具体STUN服务器列表在此。
试验过程
基于开源的Java ICE库ice4j，编写客户端，其中，客户端调用代码：
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package
com.hankcs.network;
import
java.io.BufferedReader;
import
java.io.IOException;
import
java.io.InputStreamReader;
import
java.net.DatagramPacket;
import
java.net.DatagramSocket;
import
java.net.SocketAddress;
public
class
Peer
{
public
static
void
main(String[] args)
throws
Throwable
{
try
{
IceClient client =
new
IceClient(
8888
,
"text"
);
client.init();
client.exchangeSdpWithPeer();
client.startConnect();
final
DatagramSocket socket = client.getDatagramSocket();
final
SocketAddress remoteAddress = client
.getRemotePeerSocketAddress();
System.out.println(socket.toString());
new
Thread(
new
Runnable()
{
public
void
run()
{
while
(
true
)
{
try
{
byte
[] buf =
new
byte
[
1024
];
DatagramPacket packet =
new
DatagramPacket(buf,
buf.length);
socket.receive(packet);
System.out.println(packet.getAddress() +
":"
+ packet.getPort() +
" says: "
+
new
String(packet.getData(),
0
, packet.getLength()));
}
catch
(IOException e)
{
e.printStackTrace();
}
}
}
}).start();
new
Thread(
new
Runnable()
{
public
void
run()
{
try
{
BufferedReader reader =
new
BufferedReader(
new
InputStreamReader(System.in));
String line;
// 从键盘读取
while
((line = reader.readLine()) !=
null
)
{
line = line.trim();
if
(line.length() ==
0
)
{
break
;
}
byte
[] buf = (line).getBytes();
DatagramPacket packet =
new
DatagramPacket(buf, buf.length);
packet.setSocketAddress(remoteAddress);
socket.send(packet);
}
}
catch
(Exception e)
{
e.printStackTrace();
}
}
}).start();
}
catch
(Exception e)
{
e.printStackTrace();
}
}
}
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为了简便，没有引入SIP服务器，直接用人工复制粘贴的方式交换了两台设备的SDP信息，其中
A的SDP信息：
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v=0
o=ice4j.org 0 0 IN IP4 66.228.45.110
s=-
t=0 0
a=ice-options:trickle
a=ice-ufrag:26iqs1932ucrkp
a=ice-pwd:7rnncil3dqga9q5fl5e3jppobk
m=text 50659 RTP/AVP 0
c=IN 66.228.45.110 IP4
a=mid:text
a=candidate:1 1 udp 2130706431 192.168.1.100 8888 typ host
a=candidate:2 1 udp 2130706431 fe80:0:0:0:38f0:a54b:a8a6:e8b6 8888 typ host
a=candidate:3 1 udp 1677724415 180.160.213.93 25627 typ srflx raddr 192.168.1.100 rport 8888
a=candidate:4 1 udp 2815 66.228.45.110 50659 typ relay raddr 180.160.213.93 rport 25627
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B的SDP信息：
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v=0
o=ice4j.org 0 0 IN IP4 66.228.45.110
s=-
t=0 0
a=ice-options:trickle
a=ice-ufrag:dpmfo1912ud8p2
a=ice-pwd:2q4c0689j98st3jmbr5k4jgc9k
m=text 50656 RTP/AVP 0
c=IN 66.228.45.110 IP4
a=mid:text
a=candidate:1 1 udp 2130706431 192.168.1.107 6666 typ host
a=candidate:2 1 udp 2130706431 fe80:0:0:0:448b:e2e1:7f4b:f0b8 6666 typ host
a=candidate:3 1 udp 1677724415 180.160.233.193 44639 typ srflx raddr 192.168.1.107 rport 6666
a=candidate:4 1 udp 2815 66.228.45.110 50656 typ relay raddr 180.160.233.193 rport 44639
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交换信息后A的配对过程输出：
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九月 30, 2014 5:32:53 下午 org.ice4j.ice.Component addRemoteCandidate
信息: Add remote candidate for text.RTP: 192.168.1.107:6666/udp/host
九月 30, 2014 5:32:53 下午 org.ice4j.ice.Component addRemoteCandidate
信息: Add remote candidate for text.RTP: [fe80:0:0:0:448b:e2e8:7f8b:f0b8]:6666/udp/host
九月 30, 2014 5:32:53 下午 org.ice4j.ice.Component addRemoteCandidate
信息: Add remote candidate for text.RTP: 180.160.233.193:44639/udp/srflx
九月 30, 2014 5:32:53 下午 org.ice4j.ice.Component addRemoteCandidate
信息: Add remote candidate for text.RTP: 66.228.45.110:50656/udp/relay
九月 30, 2014 5:32:55 下午 org.ice4j.ice.Agent startConnectivityEstablishment
信息: Start ICE connectivity establishment
九月 30, 2014 5:32:55 下午 org.ice4j.ice.Agent initCheckLists
信息: Init checklist for stream text
九月 30, 2014 5:32:55 下午 org.ice4j.ice.ConnectivityCheckClient startChecks
信息: Start connectivity checks!
17:32:55.651 [main] INFO com.hankcs.network.IceClient - Agent entered the Running state.
九月 30, 2014 5:33:06 下午 org.ice4j.ice.ConnectivityCheckClient processTimeout
信息: timeout for pair: 192.168.1.100:8888/udp/host -> 192.168.1.107:6666/udp/host (text.RTP), failing.
九月 30, 2014 5:33:16 下午 org.ice4j.ice.ConnectivityCheckClient processTimeout
信息: timeout for pair: [fe80:0:0:0:38f0:a54b:a8a6:e8b6]:8888/udp/host -> [fe80:0:0:0:448b:e2e8:7f8b:f0b8]:6666/udp/host (text.RTP), failing.
九月 30, 2014 5:33:26 下午 org.ice4j.ice.ConnectivityCheckClient processTimeout
信息: timeout for pair: 192.168.1.100:8888/udp/host -> 180.160.233.193:44639/udp/srflx (text.RTP), failing.
九月 30, 2014 5:33:36 下午 org.ice4j.ice.ConnectivityCheckClient processTimeout
信息: timeout for pair: 66.228.45.110:50659/udp/relay -> 192.168.1.107:6666/udp/host (text.RTP), failing.
九月 30, 2014 5:33:36 下午 org.ice4j.ice.Agent incomingCheckReceived
信息: Received check from 192.168.1.100:8888/udp/host -> 180.160.233.193:44724/udp/prflx (text.RTP) triggered a check
九月 30, 2014 5:33:36 下午 org.ice4j.ice.Agent triggerCheck
信息: Add peer CandidatePair with new reflexive address to checkList
九月 30, 2014 5:33:45 下午 org.ice4j.ice.ConnectivityCheckClient processSuccessResponse
信息: Pair succeeded: 192.168.1.100:8888/udp/host -> 180.160.233.193:44724/udp/prflx (text.RTP)
九月 30, 2014 5:33:45 下午 org.ice4j.ice.ConnectivityCheckClient processSuccessResponse
信息: Pair validated: 180.160.213.93:25627/udp/srflx -> 180.160.233.193:44724/udp/prflx (text.RTP)
九月 30, 2014 5:33:45 下午 org.ice4j.ice.ConnectivityCheckClient processSuccessResponse
信息: IsControlling: false USE-CANDIDATE:false
九月 30, 2014 5:33:45 下午 org.ice4j.ice.ConnectivityCheckClient processSuccessResponse
信息: Nomination confirmed for pair: 180.160.213.93:25627/udp/srflx -> 180.160.233.193:44724/udp/prflx (text.RTP)
17:33:45.695 [Stun4J Message Processor] INFO com.hankcs.network.IceClient - Agent entered the Completed state.
17:33:45.695 [Stun4J Message Processor] INFO com.hankcs.network.IceClient - Total ICE processing time: 139649ms
17:33:45.695 [Stun4J Message Processor] INFO com.hankcs.network.IceClient - Stream name: text
17:33:45.695 [Stun4J Message Processor] INFO com.hankcs.network.IceClient - ------------------------------------------
17:33:45.695 [Stun4J Message Processor] INFO com.hankcs.network.IceClient - Component of stream:RTP,selected of pair:CandidatePair (State=Succeeded Priority=7926347438766424062):
LocalCandidate=candidate:1 1 udp 2130706431 192.168.1.100 8888 typ host
RemoteCandidate=candidate:10000 1 udp 1845496575 180.160.233.193 44724 typ prflx
17:33:45.695 [Stun4J Message Processor] INFO com.hankcs.network.IceClient - ------------------------------------------
17:33:45.695 [Stun4J Message Processor] INFO com.hankcs.network.IceClient - Printing the completed check lists:
17:33:45.696 [Stun4J Message Processor] INFO com.hankcs.network.IceClient - Check list for stream: text
17:33:45.696 [Stun4J Message Processor] INFO com.hankcs.network.IceClient - nominated check list:CheckList. (num pairs=5)
CandidatePair (State=Failed Priority=9151314442783293438):
LocalCandidate=candidate:1 1 udp 2130706431 192.168.1.100 8888 typ host
RemoteCandidate=candidate:1 1 udp 2130706431 192.168.1.107 6666 typ host
CandidatePair (State=Failed Priority=9151314442783293438):
LocalCandidate=candidate:2 1 udp 2130706431 fe80:0:0:0:38f0:a54b:a8a6:e8b6 8888 typ host
RemoteCandidate=candidate:2 1 udp 2130706431 fe80:0:0:0:448b:e2e8:7f8b:f0b8 6666 typ host
CandidatePair (State=Failed Priority=7205771498387144702):
LocalCandidate=candidate:1 1 udp 2130706431 192.168.1.100 8888 typ host
RemoteCandidate=candidate:3 1 udp 1677724415 180.160.233.193 44639 typ srflx raddr 192.168.1.107 rport 6666
CandidatePair (State=Failed Priority=12094594351103):
LocalCandidate=candidate:4 1 udp 2815 66.228.45.110 50659 typ relay raddr 180.160.213.93 rport 25627
RemoteCandidate=candidate:1 1 udp 2130706431 192.168.1.107 6666 typ host
CandidatePair (State=Succeeded Priority=7926347438766424062):
LocalCandidate=candidate:1 1 udp 2130706431 192.168.1.100 8888 typ host
RemoteCandidate=candidate:10000 1 udp 1845496575 180.160.233.193 44724 typ prflx
九月 30, 2014 5:33:45 下午 org.ice4j.ice.CheckList handleNominationConfirmed
信息: Selected pair for stream text.RTP: 192.168.1.100:8888/udp/host -> 180.160.233.193:44724/udp/prflx (text.RTP)
九月 30, 2014 5:33:45 下午 org.ice4j.ice.Agent checkListStatesUpdated
信息: CheckList of stream text is COMPLETED
九月 30, 2014 5:33:45 下午 org.ice4j.ice.Agent checkListStatesUpdated
信息: ICE state is COMPLETED
17:33:45.696 [main] INFO com.hankcs.network.IceClient - Component id=1 parent stream=text
4 Local candidates:
default candidate: candidate:4 1 udp 2815 66.228.45.110 50659 typ relay raddr 180.160.213.93 rport 25627
candidate:1 1 udp 2130706431 192.168.1.100 8888 typ host
candidate:2 1 udp 2130706431 fe80:0:0:0:38f0:a54b:a8a6:e8b6 8888 typ host
candidate:3 1 udp 1677724415 180.160.213.93 25627 typ srflx raddr 192.168.1.100 rport 8888
candidate:4 1 udp 2815 66.228.45.110 50659 typ relay raddr 180.160.213.93 rport 25627
4 Remote candidates:
default remote candidate: null
candidate:1 1 udp 2130706431 192.168.1.107 6666 typ host
candidate:2 1 udp 2130706431 fe80:0:0:0:448b:e2e8:7f8b:f0b8 6666 typ host
candidate:3 1 udp 1677724415 180.160.233.193 44639 typ srflx raddr 192.168.1.107 rport 6666
candidate:4 1 udp 2815 66.228.45.110 50656 typ relay raddr 180.160.233.193 rport 44639
17:33:45.697 [main] INFO com.hankcs.network.IceClient - candidate:1 1 udp 2130706431 192.168.1.100 8888 typ host
17:33:45.697 [main] INFO com.hankcs.network.IceClient - Remote candinate transport address:180.160.233.193:44724/udp
17:33:45.697 [main] INFO com.hankcs.network.IceClient - Remote candinate host address:null
17:33:45.697 [main] INFO com.hankcs.network.IceClient - Remote candinate mapped address:null
17:33:45.697 [main] INFO com.hankcs.network.IceClient - Remote candinate relayed address:null
17:33:45.697 [main] INFO com.hankcs.network.IceClient - Remote candinate reflexive address:180.160.233.193:44724/udp
org.ice4j.socket.MultiplexingDatagramSocket@46160dbd
九月 30, 2014 5:33:45 下午 org.ice4j.ice.Agent logCandTypes
信息: Harvester used for selected pair for text.RTP: host
17:33:48.700 [TerminationThread] INFO com.hankcs.network.IceClient - Agent entered the Terminated state.
17:33:48.700 [TerminationThread] INFO com.hankcs.network.IceClient - ice processing TERMINATED
九月 30, 2014 5:33:48 下午 org.ice4j.ice.Agent$TerminationThread run
信息: ICE state is TERMINATED
|
其中，值得注意的是两台设备经过地址对
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1
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Nomination confirmed for pair: 180.160.213.93:25627/udp/srflx -> 180.160.233.193:44724/udp/prflx (text.RTP)
|
创建了UDP链接。
试验结果
以后B经过键盘输入聊天消息并发送
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1
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3
4
5
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hello
/180.160.213.93:25627 says: AS
yes
haha
/180.160.213.93:25627 says: ZA
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A收到消息并回复
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1
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4
5
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/180.160.233.193:44724 says: hello
AS
/180.160.233.193:44724 says: yes
/180.160.233.193:44724 says: haha
ZA
|
一些尝试
将B经过手机热点接入中国电信3G网络后，NAT穿透失败，缘由不明。可能此时B属于Symmentric NAT，同时免费的TURN服务器也没有起做用。接下来应当深刻研究这几种协议，以及TURN服务器的搭建。
Reference
《NAT穿透解决方案》
http://www.cnblogs.com/javaminer/p/3575282.html