|
TCP实现P2P通信、TCP穿越NAT的方法、TCP打洞 下载源代码 闲话少说，我们先看一下技术背景： 这里需要介绍一下NAT的类型： 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。 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 ) );
// 创建一个线程来侦听端口 g_nHolePort 的连接请求
dwThreadID = 0;
g_hThread_Listen = ::CreateThread ( NULL, 0, ::ThreadProc_Listen, LPVOID(NULL), 0, &dwThreadID );
if (!HANDLE_IS_VALID(g_hThread_Listen) ) return FALSE;
Sleep ( 3000 );
// 我（客户端A）向服务器协助打洞的端口号 SRV_TCP_HOLE_PORT 发送申请，希望与新登录的客户端B建立连接
// 服务器会将我的打洞用的外部IP和端口号告诉客户端B
ASSERT ( g_WelcomePkt.dwID > 0 );
ReqConnClientPkt.dwInviterID = g_WelcomePkt.dwID;
ReqConnClientPkt.dwInvitedID = pNewUserLoginPkt->dwID;
if ( Sock.Send ( &ReqConnClientPkt, sizeof(t_ReqConnClientPkt) ) != sizeof(t_ReqConnClientPkt) )
goto finished;
// 等待服务器回应，将客户端B的外部IP地址和端口号告诉我（客户端A）
nRecvBytes = Sock.Receive ( szRecvBuffer, sizeof(szRecvBuffer) );
if ( nRecvBytes > 0 )
{
ASSERT ( nRecvBytes == sizeof(t_SrvReqDirectConnectPkt) );
PACKET_TYPE *pePacketType = (PACKET_TYPE*)szRecvBuffer;
ASSERT ( pePacketType && *pePacketType == PACKET_TYPE_TCP_DIRECT_CONNECT );
Sleep ( 1000 );
Handle_SrvReqDirectConnect ( (t_SrvReqDirectConnectPkt*)szRecvBuffer );
printf ( "Handle_SrvReqDirectConnect end\n" );
}
// 对方断开连接了
else
{
goto finished;
}
bRet = TRUE;
finished:
g_pSock_MakeHole = NULL;
return bRet;
}
这里假设客户端A先启动，当客户端B启动后客户端A将收到服务器S的新客户端登录的通知，并得到客户端B的公网IP和端口，客户端A启动线程连接S的【协助打洞】端口(本地端口号可以用GetSocketName()函数取得，假设为M)，请求S协助TCP打洞，然后启动线程侦听该本地端口（前面假设的M）上的连接请求，然后等待服务器的回应。
//
// 客户端A请求我（服务器）协助连接客户端B，这个包应该在打洞Socket中收到
//
BOOL CSockClient::Handle_ReqConnClientPkt(t_ReqConnClientPkt *pReqConnClientPkt)
{
ASSERT ( !m_bMainConn );
CSockClient *pSockClient_B = FindSocketClient ( pReqConnClientPkt->dwInvitedID );
if ( !pSockClient_B ) return FALSE;
printf ( "%s:%u:%u invite %s:%u:%u connection\n", m_csPeerAddress, m_nPeerPort, m_dwID,
pSockClient_B->m_csPeerAddress, pSockClient_B->m_nPeerPort, pSockClient_B->m_dwID );
// 客户端A想要和客户端B建立直接的TCP连接，服务器负责将A的外部IP和端口号告诉给B
t_SrvReqMakeHolePkt SrvReqMakeHolePkt;
SrvReqMakeHolePkt.dwInviterID = pReqConnClientPkt->dwInviterID;
SrvReqMakeHolePkt.dwInviterHoleID = m_dwID;
SrvReqMakeHolePkt.dwInvitedID = pReqConnClientPkt->dwInvitedID;
STRNCPY_CS ( SrvReqMakeHolePkt.szClientHoleIP, m_csPeerAddress );
SrvReqMakeHolePkt.nClientHolePort = m_nPeerPort;
if ( pSockClient_B->SendChunk ( &SrvReqMakeHolePkt, sizeof(t_SrvReqMakeHolePkt), 0 ) != sizeof(t_SrvReqMakeHolePkt) )
return FALSE;
// 等待客户端B打洞完成，完成以后通知客户端A直接连接客户端外部IP和端口号
if ( !HANDLE_IS_VALID(m_hEvtWaitClientBHole) )
return FALSE;
if ( WaitForSingleObject ( m_hEvtWaitClientBHole, 6000*1000 ) == WAIT_OBJECT_0 )
{
if ( SendChunk ( &m_SrvReqDirectConnectPkt, sizeof(t_SrvReqDirectConnectPkt), 0 )
== sizeof(t_SrvReqDirectConnectPkt) )
return TRUE;
}
return FALSE;
}
服务器S收到客户端A的协助打洞请求后通知客户端B，要求客户端B向客户端A打洞，即让客户端B尝试与客户端A的公网IP和端口进行connect。
//
// 执行者：客户端B
// 处理服务器要我（客户端B）向另外一个客户端（A）打洞，打洞操作在线程中进行。
// 先连接服务器协助打洞的端口号 SRV_TCP_HOLE_PORT ，通过服务器告诉客户端A我（客户端B）的外部IP地址和端口号，然后启动线程进行打洞，
// 客户端A在收到这些信息以后会发起对我（客户端B）的外部IP地址和端口号的连接（这个连接在客户端B打洞完成以后进行，所以
// 客户端B的NAT不会丢弃这个SYN包，从而连接能建立）
//
BOOL Handle_SrvReqMakeHole ( CSocket &MainSock, t_SrvReqMakeHolePkt *pSrvReqMakeHolePkt )
{
ASSERT ( pSrvReqMakeHolePkt );
// 创建Socket，连接服务器协助打洞的端口号 SRV_TCP_HOLE_PORT，连接建立以后发送一个断开连接的请求给服务器，然后连接断开
// 这里连接的目的是让服务器知道我（客户端B）的外部IP地址和端口号，以通知客户端A
CSocket Sock;
try
{
if ( !Sock.Create () )
{
printf ( "Create socket failed : %s\n", hwFormatMessage(GetLastError()) );
return FALSE;
}
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()) );
return FALSE;
}
}
catch ( CException e )
{
char szError[255] = {0};
e.GetErrorMessage( szError, sizeof(szError) );
printf ( "Exception occur, %s\n", szError );
return FALSE;
}
CString csSocketAddress;
ASSERT ( g_nHolePort == 0 );
VERIFY ( Sock.GetSockName ( csSocketAddress, g_nHolePort ) );
// 连接服务器协助打洞的端口号 SRV_TCP_HOLE_PORT，发送一个断开连接的请求，然后将连接断开，服务器在收到这个包的时候也会将
// 连接断开
t_ReqSrvDisconnectPkt ReqSrvDisconnectPkt;
ReqSrvDisconnectPkt.dwInviterID = pSrvReqMakeHolePkt->dwInvitedID;
ReqSrvDisconnectPkt.dwInviterHoleID = pSrvReqMakeHolePkt->dwInviterHoleID;
ReqSrvDisconnectPkt.dwInvitedID = pSrvReqMakeHolePkt->dwInvitedID;
ASSERT ( ReqSrvDisconnectPkt.dwInvitedID == g_WelcomePkt.dwID );
if ( Sock.Send ( &ReqSrvDisconnectPkt, sizeof(t_ReqSrvDisconnectPkt) ) != sizeof(t_ReqSrvDisconnectPkt) )
return FALSE;
Sleep ( 100 );
Sock.Close ();
// 创建一个线程来向客户端A的外部IP地址、端口号打洞
t_SrvReqMakeHolePkt *pSrvReqMakeHolePkt_New = new t_SrvReqMakeHolePkt;
if ( !pSrvReqMakeHolePkt_New ) return FALSE;
memcpy ( pSrvReqMakeHolePkt_New, pSrvReqMakeHolePkt, sizeof(t_SrvReqMakeHolePkt) );
DWORD dwThreadID = 0;
g_hThread_MakeHole = ::CreateThread ( NULL, 0, ::ThreadProc_MakeHole,
LPVOID(pSrvReqMakeHolePkt_New), 0, &dwThreadID );
if (!HANDLE_IS_VALID(g_hThread_MakeHole) ) return FALSE;
// 创建一个线程来侦听端口 g_nHolePort 的连接请求
dwThreadID = 0;
g_hThread_Listen = ::CreateThread ( NULL, 0, ::ThreadProc_Listen, LPVOID(NULL), 0, &dwThreadID );
if (!HANDLE_IS_VALID(g_hThread_Listen) ) return FALSE;
// 等待打洞和侦听完成
HANDLE hEvtAry[] = { g_hEvt_ListenFinished, g_hEvt_MakeHoleFinished };
if ( ::WaitForMultipleObjects ( LENGTH(hEvtAry), hEvtAry, TRUE, 30*1000 ) == WAIT_TIMEOUT )
return FALSE;
t_HoleListenReadyPkt HoleListenReadyPkt;
HoleListenReadyPkt.dwInvitedID = pSrvReqMakeHolePkt->dwInvitedID;
HoleListenReadyPkt.dwInviterHoleID = pSrvReqMakeHolePkt->dwInviterHoleID;
HoleListenReadyPkt.dwInvitedID = pSrvReqMakeHolePkt->dwInvitedID;
if ( MainSock.Send ( &HoleListenReadyPkt, sizeof(t_HoleListenReadyPkt) ) != sizeof(t_HoleListenReadyPkt) )
{
printf ( "Send HoleListenReadyPkt to %s:%u failed : %s\n",
g_WelcomePkt.szClientIP, g_WelcomePkt.nClientPort,
hwFormatMessage(GetLastError()) );
return FALSE;
}
return TRUE;
}
客户端B收到服务器S的打洞通知后，先连接S的【协助打洞】端口号（本地端口号可以用GetSocketName()函数取得，假设为X），启动线程尝试连接客户端A的公网IP和端口号，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，但打洞便完成了。同时还要启动线程在相同的端口（即与S的【协助打洞】端口号建立连接的本地端口号X）上侦听到来的连接，等待客户端A直接连接该端口号。
//
// 执行者：客户端A
// 服务器要求主动端（客户端A）直接连接被动端（客户端B）的外部IP和端口号
//
BOOL Handle_SrvReqDirectConnect ( t_SrvReqDirectConnectPkt *pSrvReqDirectConnectPkt )
{
ASSERT ( pSrvReqDirectConnectPkt );
printf ( "You can connect direct to ( IP:%s PORT:%d ID:%u )\n", pSrvReqDirectConnectPkt->szInvitedIP,
pSrvReqDirectConnectPkt->nInvitedPort, pSrvReqDirectConnectPkt->dwInvitedID );
// 直接与客户端B建立TCP连接，如果连接成功说明TCP打洞已经成功了。
CSocket Sock;
try
{
if ( !Sock.Socket () )
{
printf ( "Create socket failed : %s\n", hwFormatMessage(GetLastError()) );
return FALSE;
}
UINT nOptValue = 1;
if ( !Sock.SetSockOpt ( SO_REUSEADDR, &nOptValue , sizeof(UINT) ) )
{
printf ( "SetSockOpt socket failed : %s\n", hwFormatMessage(GetLastError()) );
return FALSE;
}
if ( !Sock.Bind ( g_nHolePort ) )
{
printf ( "Bind socket failed : %s\n", hwFormatMessage(GetLastError()) );
return FALSE;
}
for ( int ii=0; ii<100; ii++ )
{
if ( WaitForSingleObject ( g_hEvt_ConnectOK, 0 ) == WAIT_OBJECT_0 )
break;
DWORD dwArg = 1;
if ( !Sock.IOCtl ( FIONBIO, &dwArg ) )
{
printf ( "IOCtl failed : %s\n", hwFormatMessage(GetLastError()) );
}
if ( !Sock.Connect ( pSrvReqDirectConnectPkt->szInvitedIP, pSrvReqDirectConnectPkt->nInvitedPort ) )
{
printf ( "Connect to [%s:%d] failed : %s\n",
pSrvReqDirectConnectPkt->szInvitedIP,
pSrvReqDirectConnectPkt->nInvitedPort,
hwFormatMessage(GetLastError()) );
Sleep (100);
}
else break;
}
if ( WaitForSingleObject ( g_hEvt_ConnectOK, 0 ) != WAIT_OBJECT_0 )
{
if ( HANDLE_IS_VALID ( g_hEvt_ConnectOK ) ) SetEvent ( g_hEvt_ConnectOK );
printf ( "Connect to [%s:%d] successfully !!!\n",
pSrvReqDirectConnectPkt->szInvitedIP, pSrvReqDirectConnectPkt->nInvitedPort );
// 接收测试数据
printf ( "Receiving data ...\n" );
char szRecvBuffer[NET_BUFFER_SIZE] = {0};
int nRecvBytes = 0;
for ( int i=0; i<1000; i++ )
{
nRecvBytes = Sock.Receive ( szRecvBuffer, sizeof(szRecvBuffer) );
if ( nRecvBytes > 0 )
{
printf ( "-->>> Received Data : %s\n", szRecvBuffer );
memset ( szRecvBuffer, 0, sizeof(szRecvBuffer) );
SLEEP_BREAK ( 1 );
}
else
{
SLEEP_BREAK ( 300 );
}
}
}
}
catch ( CException e )
{
char szError[255] = {0};
e.GetErrorMessage( szError, sizeof(szError) );
printf ( "Exception occur, %s\n", szError );
return FALSE;
}
return TRUE;
}
在客户端B打洞和侦听准备好以后，服务器S回复客户端A，客户端A便直接与客户端B的公网IP和端口进行连接，收发数据可以正常进行，为了测试是否真正地直接TCP连接，在数据收发过程中可以将服务器S强行终止，看是否数据收发还正常进行着。 程序执行步骤和方法：
程序执行成功后的界面：客户端出现“Send Data”或者“Received Data”表示穿越NAT的TCP连接已经建立起来，数据收发已经OK。  服务器S  客户端A  客户端B 本代码在Windows XP、一个天威局域网、一个电信局域网、一个电话拨号网络中测试通过。 |
|
|
