visual c++ vc socket TCP实现P2P通信、TCP穿越NAT的方法、TCP打洞 源代码

lj总结: 就是打洞就是这个意思: 另一内网IP(192.168.0.4)C | 公网IP服务器(转发服务器)S | | 内网IP(192.168.0.2)A 内网IP(192.168.0.3)B （注：Listen代表该端是Server端，等待客户端的连接。） 如果要实现的是B连接A，最简单的方法就是在A上建立SOCKET Listen，不需要S也不需要C； 但是如果要实现B、C连接A，这样就没有办法直接在A上建立SOCKET Listen了，这样只有与A处于同一网段的B可以连接A，C是连接不上A的，那就要‘打洞’了。 打洞过程： 1、S建立SOCKET Listen 2、A连接S，这时S就能得A的公网IP 3、A建立SOCKET Listen，将其处于Listen状态的端口号发给S 经过以上3步S就得到了A的公网IP和Listen的端口号。 4、B、C连接S 5、S下传A的公网IP和Listen的端口号给B、C 6、B、C作为SOCKET客户端连接A的公网IP和Listen端口号 （注：根据路由器不同，连接情况各异，如果运气好直接连接就成功了，即使连接失败，也就是说‘打洞’针对不同的路由器不一定都能成功。所谓路由器的不同是指：大多数路由器对于不请自到的SYN请求包直接丢弃而导致connect失败） （注：上文中的SOCKET你可以使用微软的5种网络通信模型：CSocket、WSAASyncSelect、完成端口……中的任何一种，网络通信模型与‘打洞’无关。） http://www.vckbase.com/code/downcode.asp?id=3062 [ 原创文档 本文适合中级读者 已阅读13342次 ] 文档 代码 工具 TCP实现P2P通信、TCP穿越NAT的方法、TCP打洞 作者：谢红伟 下载源代码 这个标题用了两个顿号三个名称，其实说得是同一个东西，只是网上有不同的说法罢了，另外好像还有人叫TCP打孔（我的朋友小妞听说后问“要打孔啊，要不要我帮你去借个电钻过来啊？”“~！·￥%……·！”）。 闲话少说，我们先看一下技术背景： Internet的迅速发展以及IPv4 地址数量的限制使得网络地址翻译(NAT,Network Address Trans2lation)设备得到广泛应用。NAT设备允许处于同一NAT后的多台主机共享一个公网(本文将处于同一NAT后的网络称为私网,处于NAT前的网络称为公网) IP 地址。一个私网IP 地址通过NAT设备与公网的其他主机通信。公网和私网IP地址域，如下图所示： 广域网与私网示意图 一般来说都是由私网内主机（例如上图中“电脑A-01”）主动发起连接，数据包经过NAT地址转换后送给公网上的服务器（例如上图中的“Server”），连接建立以后可双向传送数据，NAT设备允许私网内主机主动向公网内主机发送数据,但却禁止反方向的主动传递，但在一些特殊的场合需要不同私网内的主机进行互联（例如P2P软件、网络会议、视频传输等），TCP穿越NAT的问题必须解决。网上关于UDP穿越NAT的文章很多，而且还有配套源代码，但是我个人认为UDP数据虽然速度快，但是没有保障，而且NAT为UDP准备的临时端口号有生命周期的限制，使用起来不够方便，在需要保证传输质量的应用上TCP连接还是首选（例如：文件传输）。 网上也有不少关于TCP穿越NAT（即TCP打洞）的介绍文章，但不幸我还没找到相关的源代码可以参考，我利用空余时间写了一个可以实现TCP穿越NAT，让不同的私网内主机建立直接的TCP通信的源代码。 这里需要介绍一下NAT的类型： NAT设备的类型对于TCP穿越NAT,有着十分重要的影响,根据端口映射方式,NAT可分为如下4类,前3种NAT类型可统称为cone类型。 (1)全克隆( Full Cone) : NAT把所有来自相同内部IP地址和端口的请求映射到相同的外部IP地址和端口。任何一个外部主机均可通过该映射发送IP包到该内部主机。 (2)限制性克隆(Restricted Cone) : NAT把所有来自相同内部IP地址和端口的请求映射到相同的外部IP地址和端口。但是,只有当内部主机先给IP地址为X的外部主机发送IP包,该外部主机才能向该内部主机发送IP包。 (3)端口限制性克隆( Port Restricted Cone) :端口限制性克隆与限制性克隆类似,只是多了端口号的限制,即只有内部主机先向IP地址为X,端口号为P的外部主机发送1个IP包,该外部主机才能够把源端口号为P的IP包发送给该内部主机。 (4)对称式NAT ( Symmetric NAT) :这种类型的NAT与上述3种类型的不同,在于当同一内部主机使用相同的端口与不同地址的外部主机进行通信时, NAT对该内部主机的映射会有所不同。对称式NAT不保证所有会话中的私有地址和公开IP之间绑定的一致性。相反,它为每个新的会话分配一个新的端口号。 我们先假设一下：有一个服务器S在公网上有一个IP，两个私网分别由NAT-A和NAT-B连接到公网，NAT-A后面有一台客户端A，NAT-B后面有一台客户端B，现在，我们需要借助S将A和B建立直接的TCP连接，即由B向A打一个洞，让A可以沿这个洞直接连接到B主机，就好像NAT-B不存在一样。 实现过程如下（请参照源代码）： 1、 S启动两个网络侦听，一个叫【主连接】侦听，一个叫【协助打洞】的侦听。 2、 A和B分别与S的【主连接】保持联系。 3、 当A需要和B建立直接的TCP连接时，首先连接S的【协助打洞】端口，并发送协助连接申请。同时在该端口号上启动侦听。注意由于要在相同的网络终端上绑定到不同的套接字上，所以必须为这些套接字设置 SO_REUSEADDR 属性（即允许重用），否则侦听会失败。 4、 S的【协助打洞】连接收到A的申请后通过【主连接】通知B，并将A经过NAT-A转换后的公网IP地址和端口等信息告诉B。 5、 B收到S的连接通知后首先与S的【协助打洞】端口连接，随便发送一些数据后立即断开，这样做的目的是让S能知道B经过NAT-B转换后的公网IP和端口号。 6、 B尝试与A的经过NAT-A转换后的公网IP地址和端口进行connect，根据不同的路由器会有不同的结果，有些路由器在这个操作就能建立连接（例如我用的TPLink R402），大多数路由器对于不请自到的SYN请求包直接丢弃而导致connect失败，但NAT-A会纪录此次连接的源地址和端口号，为接下来真正的连接做好了准备，这就是所谓的打洞，即B向A打了一个洞，下次A就能直接连接到B刚才使用的端口号了。 7、 客户端B打洞的同时在相同的端口上启动侦听。B在一切准备就绪以后通过与S的【主连接】回复消息“我已经准备好”，S在收到以后将B经过NAT-B转换后的公网IP和端口号告诉给A。 8、 A收到S回复的B的公网IP和端口号等信息以后，开始连接到B公网IP和端口号，由于在步骤6中B曾经尝试连接过A的公网IP地址和端口，NAT-A纪录了此次连接的信息，所以当A主动连接B时，NAT-B会认为是合法的SYN数据，并允许通过，从而直接的TCP连接建立起来了。 整个实现过程靠文字恐怕很难讲清楚，再加上我的语言表达能力很差（高考语文才考75分，总分150分，惭愧），所以只好用代码来说明问题了。 // 服务器地址和端口号定义 #define SRV_TCP_MAIN_PORT 4000 // 服务器主连接的端口号 #define SRV_TCP_HOLE_PORT 8000 // 服务器响应客户端打洞申请的端口号 这两个端口是固定的，服务器S启动时就开始侦听这两个端口了。// // 将新客户端登录信息发送给所有已登录的客户端，但不发送给自己 // BOOL SendNewUserLoginNotifyToAll ( LPCTSTR lpszClientIP, UINT nClientPort, DWORD dwID ) { ASSERT ( lpszClientIP && nClientPort > 0 ); g_CSFor_PtrAry_SockClient.Lock(); for ( int i=0; i<g_PtrAry_SockClient.GetSize(); i++ ) { CSockClient *pSockClient = (CSockClient*)g_PtrAry_SockClient.GetAt(i); if ( pSockClient && pSockClient->m_bMainConn && pSockClient->m_dwID > 0 && pSockClient->m_dwID != dwID ) { if ( !pSockClient->SendNewUserLoginNotify ( lpszClientIP, nClientPort, dwID ) ) { g_CSFor_PtrAry_SockClient.Unlock(); return FALSE; } } } g_CSFor_PtrAry_SockClient.Unlock (); return TRUE; } 当有新的客户端连接到服务器时，服务器负责将该客户端的信息（IP地址、端口号）发送给其他客户端。// // 执行者：客户端A // 有新客户端B登录了，我（客户端A）连接服务器端口 SRV_TCP_HOLE_PORT ，申请与客户端B建立直接的TCP连接 // BOOL Handle_NewUserLogin ( CSocket &MainSock, t_NewUserLoginPkt *pNewUserLoginPkt ) { printf ( "New user ( %s:%u:%u ) login server\n", pNewUserLoginPkt->szClientIP, pNewUserLoginPkt->nClientPort, pNewUserLoginPkt->dwID ); BOOL bRet = FALSE; DWORD dwThreadID = 0; t_ReqConnClientPkt ReqConnClientPkt; CSocket Sock; CString csSocketAddress; char szRecvBuffer[NET_BUFFER_SIZE] = {0}; int nRecvBytes = 0; // 创建打洞Socket，连接服务器协助打洞的端口号 SRV_TCP_HOLE_PORT try { if ( !Sock.Socket () ) { printf ( "Create socket failed : %s\n", hwFormatMessage(GetLastError()) ); goto finished; } UINT nOptValue = 1; if ( !Sock.SetSockOpt ( SO_REUSEADDR, &nOptValue , sizeof(UINT) ) ) { printf ( "SetSockOpt socket failed : %s\n", hwFormatMessage(GetLastError()) ); goto finished; } if ( !Sock.Bind ( 0 ) ) { printf ( "Bind socket failed : %s\n", hwFormatMessage(GetLastError()) ); goto finished; } if ( !Sock.Connect ( g_pServerAddess, SRV_TCP_HOLE_PORT ) ) { printf ( "Connect to [%s:%d] failed : %s\n", g_pServerAddess, SRV_TCP_HOLE_PORT, hwFormatMessage(GetLastError()) ); goto finished; } } catch ( CException e ) { char szError[255] = {0}; e.GetErrorMessage( szError, sizeof(szError) ); printf ( "Exception occur, %s\n", szError ); goto finished; } g_pSock_MakeHole = &Sock; ASSERT ( g_nHolePort == 0 ); VERIFY ( Sock.GetSockName ( csSocketAddress, g_nHolePort ) ); //