udp穿透简单讲解和实现(Java)

　　在上一小节中了解到了通过浏览器自带的Webrtc功能来实现P2P视频聊天。在HTML5还没有普及和制定Webrtc标准的前提下，如果要在手机里进行视频实时对话等包括其他功能的话，还是要自己实现，还比较好扩展。所以本次要了解一下udp进行穿透(打洞)。

还是进入正题吧，了解P2P。

1. 原理

　　关于原理网上随便就可以找到好多资料了。大部分都是讲解原理的，还配了图，还是不错的。这里不细说。

2. 代码讲解

　　本次使用Java语言。网络框架使用Netty4， 其实这些都是次要的，原理看懂才是关键。

服务器代码EchoServer.java

package com.jieli.nat.echo;

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.nio.NioDatagramChannel;

public class EchoServer {
    
    public static void main(String[] args) {
        Bootstrap b = new Bootstrap();
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            b.group(group)
             .channel(NioDatagramChannel.class)
             .option(ChannelOption.SO_BROADCAST, true)
             .handler(new EchoServerHandler());
            
            b.bind(7402).sync().channel().closeFuture().await();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally{
            group.shutdownGracefully();
        }
        
    }
}

服务器代码EchoServerHandler.java

package com.jieli.nat.echo;

import java.net.InetAddress;
import java.net.InetSocketAddress;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.channel.socket.DatagramPacket;

public class EchoServerHandler extends SimpleChannelInboundHandler<DatagramPacket>{

    boolean flag = false;
    InetSocketAddress addr1 = null;
    InetSocketAddress addr2 = null;
    /**
     * channelRead0 是对每个发送过来的UDP包进行处理
     */
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, DatagramPacket packet)
            throws Exception {
        ByteBuf buf = (ByteBuf) packet.copy().content();
        byte[] req = new byte[buf.readableBytes()];
        buf.readBytes(req);
        String str = new String(req, "UTF-8");
        if(str.equalsIgnoreCase("L")){
            //保存到addr1中 并发送addr2
            addr1 = packet.sender();
            System.out.println("L 命令， 保存到addr1中 ");
        }else if(str.equalsIgnoreCase("R")){
            //保存到addr2中 并发送addr1
            addr2 = packet.sender();
            System.out.println("R 命令， 保存到addr2中 ");
        }else if(str.equalsIgnoreCase("M")){
            //addr1 -> addr2
            String remot = "A " + addr2.getAddress().toString().replace("/", "")
                    +" "+addr2.getPort();
            ctx.writeAndFlush(new DatagramPacket(
                    Unpooled.copiedBuffer(remot.getBytes()), addr1));
            //addr2 -> addr1
            remot = "A " + addr1.getAddress().toString().replace("/", "")
                    +" "+addr1.getPort();
            ctx.writeAndFlush(new DatagramPacket(
                    Unpooled.copiedBuffer(remot.getBytes()), addr2));
            System.out.println("M 命令");
        }
        
    }

    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("服务器启动...");

        super.channelActive(ctx);
    }
}

左边客户端EchoClient.java

package com.jieli.nat.echo;

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.nio.NioDatagramChannel;

/**
 * 模拟P2P客户端
 * @author 
 *
 */
public class EchoClient{
    
    public static void main(String[] args) {
        int port = 7778;
        if(args.length != 0){
            port = Integer.parseInt(args[0]);
        }
        Bootstrap b = new Bootstrap();
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            b.group(group)
             .channel(NioDatagramChannel.class)
             .option(ChannelOption.SO_BROADCAST, true)
             .handler(new EchoClientHandler());
            
            b.bind(port).sync().channel().closeFuture().await();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally{
            group.shutdownGracefully();
        }
    }
}

左边客户端EchoClientHandler.java

package com.jieli.nat.echo;

import java.net.InetSocketAddress;
import java.util.Vector;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.channel.socket.DatagramPacket;

//L
public class EchoClientHandler extends SimpleChannelInboundHandler<DatagramPacket>{
    
    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, DatagramPacket packet)
            throws Exception {
        //服务器推送对方IP和PORT
        ByteBuf buf = (ByteBuf) packet.copy().content();
        byte[] req = new byte[buf.readableBytes()];
        buf.readBytes(req);
        String str = new String(req, "UTF-8");
        String[] list = str.split(" ");
        //如果是A 则发送
        if(list[0].equals("A")){
            String ip = list[1];
            String port = list[2];
            ctx.writeAndFlush(new DatagramPacket(
                    Unpooled.copiedBuffer("打洞信息".getBytes()), new InetSocketAddress(ip, Integer.parseInt(port))));
            Thread.sleep(1000);
            ctx.writeAndFlush(new DatagramPacket(
                    Unpooled.copiedBuffer("P2P info..".getBytes()), new InetSocketAddress(ip, Integer.parseInt(port))));
        }
        System.out.println("接收到的信息:" + str);
    }
    
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("客户端向服务器发送自己的IP和PORT");
        ctx.writeAndFlush(new DatagramPacket(
                Unpooled.copiedBuffer("L".getBytes()), 
                new InetSocketAddress("183.1.1.1", 7402)));
        super.channelActive(ctx);
    }
}

右边客户端EchoClient2.java

package com.jieli.nat.echo;

import io.netty.bootstrap.Bootstrap;
import io.netty.channel.ChannelOption;
import io.netty.channel.EventLoopGroup;
import io.netty.channel.nio.NioEventLoopGroup;
import io.netty.channel.socket.nio.NioDatagramChannel;

/**
 * 模拟P2P客户端
 * @author 
 *
 */
public class EchoClient2{
    
    public static void main(String[] args) {
        Bootstrap b = new Bootstrap();
        EventLoopGroup group = new NioEventLoopGroup();
        try {
            b.group(group)
             .channel(NioDatagramChannel.class)
             .option(ChannelOption.SO_BROADCAST, true)
             .handler(new EchoClientHandler2());
            
            b.bind(7779).sync().channel().closeFuture().await();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally{
            group.shutdownGracefully();
        }
    }
}

右边客户端EchoClientHandler2.java

package com.jieli.nat.echo;

import java.net.InetSocketAddress;
import java.util.Vector;

import io.netty.buffer.ByteBuf;
import io.netty.buffer.Unpooled;
import io.netty.channel.ChannelHandlerContext;
import io.netty.channel.SimpleChannelInboundHandler;
import io.netty.channel.socket.DatagramPacket;

public class EchoClientHandler2 extends SimpleChannelInboundHandler<DatagramPacket>{

    @Override
    protected void channelRead0(ChannelHandlerContext ctx, DatagramPacket packet)
            throws Exception {
        //服务器推送对方IP和PORT
        ByteBuf buf = (ByteBuf) packet.copy().content();
        byte[] req = new byte[buf.readableBytes()];
        buf.readBytes(req);
        String str = new String(req, "UTF-8");
        String[] list = str.split(" ");
        //如果是A 则发送
        if(list[0].equals("A")){
            String ip = list[1];
            String port = list[2];
            ctx.writeAndFlush(new DatagramPacket(
                    Unpooled.copiedBuffer("打洞信息".getBytes()), new InetSocketAddress(ip, Integer.parseInt(port))));
            Thread.sleep(1000);
            ctx.writeAndFlush(new DatagramPacket(
                    Unpooled.copiedBuffer("P2P info..".getBytes()), new InetSocketAddress(ip, Integer.parseInt(port))));
        }
        System.out.println("接收到的信息:" + str);
    }
    
    @Override
    public void channelActive(ChannelHandlerContext ctx) throws Exception {
        System.out.println("客户端向服务器发送自己的IP和PORT");
        ctx.writeAndFlush(new DatagramPacket(
                Unpooled.copiedBuffer("R".getBytes()), 
                new InetSocketAddress("1831.1.1", 7402)));
        super.channelActive(ctx);
    }
}

 

3. 实验环境模拟

实验环境：1台本地主机L，里面安装虚拟机L，地址192.168.182.129. 通过路由器183.1.1.54上网。 1台服务器主机S，服务器地址183.1.1.52:7402, 同时服务器里安装虚拟机R，地址10.0.2.15 .由于外网地址只有两个，所以这能这样测试。通过虚拟机也是可以模拟出测试环境的。  图示如下:

三台测试机ip如下

 

三台测试机器分别启动

然后通过第三方工具发送一个M指定到服务器

一般路由器的缓存会保存一小段时间，具体跟路由器有关。

关于Client R会少接收到一个"打洞消息"这个信息。不是因为UDP的丢包，是Client L 发送的打洞命令。简单说一下。一开始ClientL发送一个UDP到Server，此时ClientL的路由器会保留这样的一条记录(ClientL:IP:Port->Server:IP:Port) 所以Server:IP:Port发送过来的信息，ClientL路由器没有进行拦截，所以可以接收得到。但是ClientR:IP:Port发送过来的消息在ClientL的路由器上是没有这一条记录的，所以会被拒绝。此时ClientL主动发送一条打洞消息(ClientL:IP:Port->ClientR:IP:Port), 使ClientL路由器保存一条记录。使ClientR可以通过指定的IP:Port发送信息过来。不过ClientL的这条打洞信息就不一定能准确的发送到ClientR。原因就是，同理，ClientR路由器上没有ClientL的记录。

由于ClientL ClientR路由器上都没有双方的IP:port，所以通过这样的打洞过程。

我觉得我这样描述还是比较难懂的。如果还不了解，请另外参考其他网上资料。

还有一个就是搭建这样的测试环境还是比较麻烦的。注意如果你只有一台电脑，然后搭建成下面这种测试环境，一般是不行的。因为ClientL和ClientR是通过183.1.1.52路由器进行数据的P2P传输，一般路由器会拒绝掉这种回路的UDP包。

这个时候就要进行内网的穿透了。这个就要像我上一篇博客里面的Webrtc是如何通信一样的了，要通过信令来交换双方信息。

就是发送包括自己内网的所有IP，支持TCPUDP等其他信息封装成信令发送到服务器然后转发到另一端的客户端。使客户端可以对多个IP:Port进行尝试性连接。这个具体的就不展开了。

4.多说两句

　　最近智能家具比较火，其中有一类网络摄像头。也是我们公司准备做的一款产品。我简单做了一下前期的预研。目前的一些传统的行业所做的网络摄像头，大部分是基于局域网的网络摄像头，就是只能在自家的路由器上通过手机查看。这类产品，我觉得很难进入普通家庭，因为普通家庭也就那么不到100平方的房子，这种网络摄像头的就体现不是很好了。与普通的监控就是解决了布线的问题了。其他到没有什么提升。

　　还有一类是互联网行业做的网络摄像头。小米、360、百度等都有做这类型的网络摄像头。这类型的公司靠自己强大的云存储能力来实现。对这几个产品做了简单的了解，它们是支持本地存储，同时复制一份到云盘上。然后移动端(手机)是通过访问云盘里面的视频来实现监控的。这样虽然有一小段时间的延时，但是这样的效果还是不错的。你想，在监控某个地方，摄像头区域一般画面是不会发生太大的变化的，一个小时里面也就那么几个画面是要看到的。假使一段15分钟的视频，经过分析，得到下面这样。

　　然后拖动到高亮的滑动条，高亮的地方，表示视频画面变动较大。这样就比较有针对性，也方便了客户了。还有重要的一点放在网盘，随时随地可以查看。但是也有一点就是隐私问题比较麻烦。其他的还有很多就不展开说明了。

　　作为一个小厂，同时作为一名小兵，暂时还不知道公司要做哪种类型的，上级只是让我了解点对点穿透。我猜应该是在家里有个摄像头监控，数据保存在本地。网络部分是移动端发起连接到摄像头，实行点对点的实时监控和读取摄像头本地存储的视频回放，全程只是经过服务器进行命令控制。视频走P2P(走不通应该是转发，这个还不知道。会不会提示当前网络不支持这种提示啊？期待！！毕竟如果转发视频的话很麻烦，很占资源)，视频保存本地。我猜目前公司应该是做成这个样子的。(公司非互联网公司，没有那么好的*aaS平台)

 

参考资料:

 

本文地址: http://www.cnblogs.com/wunaozai/p/5545150.html