p2p 打洞技术

根据通信双方所处网络环境不同，点对点通信可以划分成以下三类：

i> 公网：公网

ii>公网：内网

iii>内网：内网

前两种容易实现，我们这里主要讨论第三种。

这其中会涉及到NAT和NAPT的概念，请大家预先浏览一下:https://en.wikipedia.org/wiki/Network_address_translation(NAT)。NAT目前主要依托于路由器实现：


其中cone NAT中分三种，它们在内外网ip:port的映射机制也不同：

内网 ip_i：port_i <--> NAT ip_o：port_o (相同的 内网 ip_i：port_i 无论访问哪个外部网址，在映射的生命周期内 NAT ip_o：port_o 不会改变)

Full： 所有发送到ip_o：port_o的消息都会转发到ip_i：port_i上

Restricted: 只有ip_i:port_i 访问过的 addr(不限制端口{host:any})，其发送到ip_o：port_o的消息才会转发到ip_i：port_i上

Port Restricted：只有ip_i:port_i 访问过的 addr(限制端口{host: port_o})，其发送到ip_o：port_o的消息才会转发到ip_i：port_i上

Sysmmetric NAT则与以上都不同：

每次内网ip_i：port_i 访问不同的addr（host不同或port不同，都算是不同地址）时，会映射到不同的 NAT ip_o：port_o

以上四种 NAPT 类型在p2p情况下（A and B）有 10 种组合方式，根据发起方不同可以扩展到 16种情况，这十六种情况中并不是每一种情况都能打洞成功的。现有网上的资料显示，内网：内网 情况下打洞都是需要打洞服务器进行引导的，打洞又分UDP和TCP两种情况，我们大致说一下打洞的流程：

假设 A 和 B 双方都是 cone 模式， 在 服务器 S 的引导下进行 TCP打洞

（1）A 和 B 向 S 通过 UDP 发送消息（S 可以从 UDP 消息提取出其公网 IP）

（2）A （ip_a_i, port_a_i） 向 S 建立 TCP 链接，发送与B 通讯的请求，同时 监听 (ip_a_i, port_a_i)

（3）S 提取出 A tcp 链接的公网地址（ip_a_o, port_a_o）, 通过UDP协议向 B 发送（ip_a_o, port_a_o）

（4）B 向 （ip_a_o, port_a_o）发起TCP链接请求,如果失败则执行第5步，如果成功则到此为止

（5）B 保持内网地址（ip_b_i,port_b_i）不变向 S 发起TCP链接请求，通知其已经向A发送了链接请求，并监听（ip_b_i,port_b_i）

（6）S 提取出 B的tcp链接公网(ip_b_o, port_b_o), 通过UDP 将(ip_b_o, port_b_o)发送给A  

（7） A 通过（ip_a_i, port_a_i）向 B发起链接请求

其中Sysmmetric ：Sysmmetric 和 Sysmmetric：Port Restricted 这两种组合是没办法打洞的:
我们假设A是 Sysmmetric \ B 是 Port Restricted

《1》当 A 向 S 发起tcp链接的时候 假设形成 NAT 映射（192.168.1.4:8080 <--> 61.22.37.16:33956）

《2》S 将 61.22.37.16:33956 转发给 B ，B 向该地址发起链接请求

《3》B的路由器的路由表中会添加 61.22.37.16:33956 这个地址，如果A再次通过该地址来向B发起通信就可以完成通信

然而，当A向B发起访问的时候会形成一个新的 NAT 映射关系，产生一个新的公网地址，所以B不会接受其访问。反之如果A是 Port Restricted\ B是 Sysmmetric 也无法完成打洞，大家可以自己思考一下为什么。