P2P技术简介
P2P技术简介
NAT（ Network Address Translation）穿越（俗称打洞）技术
前言：
p2p已经存在于我们生活的方方面面；我们通过下载在工具（比如迅雷，bitorent，各种网盘）下载，观看live视频（ppstream，pplive）都在使用p2p，有些im也是通过p2p来传递消息的；我们知道使用p2p技术的下载工具下载更快，使用p2p的live视频更流畅，而且同时使用的人越多效果越好，因为他是可能从我们“邻居”那里获取数据。
那么p2p到底是个什么样的东西呢。暂且我么可以这样理解为：他是通过NAT穿越来建立的一种网络链接，实现了私有网络对私有网络（peer to peer）的互通。既然p2p链接是通过NAT穿越来建立，那么NAT穿越又是怎么回事呢？且看下文分解。
一、NAT 简介
- 为了解决ipv4地址的紧缺（约为43亿）问题而出现了NAT
- NAT将网络划分为内部网络和外部网络
- 内部网络使用私有ip地址
- 私有地址段包括以下三个：
- 10.0.0.0-10.255.255.255； 172.16.0.0-172.31.255.255；192.168.0.0-192.168.255.255
- 私有地址段，仅能在内部使用，不能作为全球路由地址
- 内网所有主机共用一个外网地址
- 内网中的主机通过将地址转换为外网地址才可以访问外网
二、NAT的特点
- 网络被分为私网和公网两个部分，NAT网关设置在私网到公网的路由出口位置，双向流量必须都要经过NAT网关；
- 网络访问只能先由私网侧发起，公网侧无法主动访问私网主机
- NAT网关在两个访问方向上完成两次地址的转换或翻译，出方向做源地址替换，入方向做目的地址替换；
- NAT网关的存在对通信双方是保持透明的；
- NAT网关为了实现双向翻译的功能，需要维护一张关联表，把会话的信息保存下来。
在这里第二条是重点，正是因为NAT规定了“网络访问只能先由私网侧发起，公网侧无法主动访问私网主机”，才引出了我们的主题：NAT穿越，我们就是要通过NAT穿越来实现“公网侧主动访问私网主机”。
三、地址转换表的建立与删除
- NAT中内外网地址转换表的形式如下：
（内网）ip:port <----->（外网）ipw:portw
…… <-----> ……
- 建立：内网的ip:port首次访问外网时,建立映射关系
Udp：使用sendto发出第一个包时，建立映射关系
Tcp：发生在connect过程中（三次握手的第一个包(syn)发出时）
- 删除：
Udp链接长时间静默时，删除映射关系
Tcp链接还会通过监测其关闭事件(FIN)来删除映射关系
四、NAT的类型
锥型:
地址转换关系的建立条件：首次访问外网的时候
锥型NAT按照地址转换关系可被使用的条件可细分三种：
完全锥型(full cone)
地址转换关系，可以被任意外网地址（ip:port）使用
受限锥型(restrict cone)
地址转换关系，只可以被特定外网ip使用,(之前向此ip发送数据)
端口受限锥型(port restrict cone)
地址转换关系，只可以被特定外网ip:port使用,(之前向此ip:port发送数据)
对称型:
地址转换关系的建立条件：首次访问外网的时候, 或者再次访问不同的外网地址(ip:port)时
下面，通过一张图来再次分析一下各种NAT类型
在这张图中左侧是内网 右侧是外网，中间一个NAT，NAT中有一个地址转换表，地址转换表的左侧是内网地址，右侧是对应的外网地址
完全锥形的地址转换关系，可以被任何的外网地址W（x,y）使用，这里W（x,y）只要知道W(u,v),只有就可以通过这个地址内网的L(a,b)发送数据
受限锥形的地址转换关系，增加了一个可以被使用的条件，就是特的ip，在这里只有ip为1，还有ip为2的外网地址使用，可以通过W（u，v）向内网L（a，b）发送数据
端口受限锥形的地址转换关系，可以被使用的条件更加严格，就是特定的ip:port，在这里只有ip和port都满足这个条件的外网W（1:1），W（2:2）才可以通过W（u：v）向内网L（a，b）发送数据
对称型的地址转换关系更加严格，它的地址转换关系和目的外网地址一一对应，为访问W（1:1）建立的转换关系，只可以用来与外网W（1：1）通信，为访问W（2:2）建立的地址转换关系，只用来与外网W（2:2）通信，这就是为什么对称型NAT不能穿越的原因
五、如何穿越各种NAT
- 完全锥型
穿越者仅需要知道被穿越者的公网地址(ip:port)，就可以通过此公网地址实现穿越
- 受限锥型
被穿越者必须向穿越者公网ip发送数据，穿越者才能通过被穿越者的公网地址实现穿越
- 端口受限锥型
被穿越者必须向穿越者公网ip:port发送数据，穿越者才能通过被穿越者的公网地址实现穿越
- 对称型
目前没有较好的办法实现穿越，但是可以通过中继的方式实现数据中转
一招就够了
- 双方同时向对方的公网地址发送试探数据
- 如果对方是受限型或者端口受限型NAT，此试探数据丢失
- 双发再次向对方的公网地址发送试探数据，
- 如果排除网络丢包，此时三种锥型NAT均已穿越成功
打洞相关协议
STUN: Session Traversal Utilities for NAT (STUN)
https://tools.ietf.org/html/rfc5389
TURN: Traversal Using Relays around NAT (TURN)
https://tools.ietf.org/html/rfc5766
ICE: Interactive Connectivity Establishment (ICE)
https://tools.ietf.org/html/rfc5245
开源实现(client)
- libjingle 由google公司开发, 现在已经被合入了webrtc项目
- pjnath http://www.pjsip.org/pjnath/docs/html/
- libnice https://nice.freedesktop.org/wiki/ 被用于janus-gateway
- libre http://www.creytiv.com/re.html
开源实现(server)
rfc5766-turn-server webrtc推荐使用的
https://github.com/coturn/rfc5766-turn-server
Coturn rfc5766-turn-server 的新版本
https://github.com/coturn/coturn
