P2P技术简介

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了P2P技术简介相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

 

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

  1. 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;
  2. 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
  3. 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;
  4. NAT网关的存在对通信双方是保持透明的;
  5. 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

技术分享

 

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

  1. 双方同时向对方的公网地址发送试探数据
  2. 如果对方是受限型或者端口受限型NAT,此试探数据丢失
  3. 双发再次向对方的公网地址发送试探数据,
  4. 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

以上是关于P2P技术简介的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

P2P技术详解:NAT详解——详细原理P2P简介

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