利用udp穿越p2p网络中nat技术探究

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1、利用UDP穿越P2P网络中NAT技术探究　　摘要：介绍了当前互联网主要应用技术P2P和NAT的工作方式，重点分析了NAT对P2P应用的影响，阐述了在P2P网络中如何利用UDP打洞的方式实现NAT之间的穿越方法，并用C++代码实现了该方法的关键技术。关键词：P2P网络；UDP；NAT；穿越中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：16727800（2012）0090126031NAT技术的产生目前的互联网是基于32位IP地址的，这意味着有效的IP地址数目约为四十亿个，由于IP地址使用方式的时效性，实际的数量会少

2、得多。随着可用IP地址越来越少，NAT技术出现。NAT（NetworkAddressTranslators），网络地址转换。网络地址转换的主要目的就是为了实现地址重用。NAT技术通过将局域网里的主机地址映射为Internet上的有效IP地址，从而实现了网络地址的复用，NAT技术不仅隐藏了内部网络地址信息，使外界无法直接访问内部网络设备，保护了内部网络，同时也暂时解决了IPv4地址不足的问题。NAT分为两大类，基本的NAT和NAPT（NetworkAddress/Port7Translator）。一个NAT处在公用

3、互联网与它所服务的局域网之间，重写数据包头部的IP地址和端口号以使所有的包看上去都像从一个NAT设备的公用IP地址发来（或接收）的，而不是发自（往）实际的源（目标）。2P2P技术的特性P2P是一种网络模型，又称对等网。在这种模型中，所有节点都是对等的（称为对等点），各节点具有相同的责任和能力，并协同完成任务。对等点之间直接互连，共享信息资源、处理器资源、存储资源甚至高速缓存资源，无须依赖集中式服务器或资源就可完成。这种模式与当今广泛使用的C/S模式形成鲜明对比，在C/S模式中，服务器是网络的控制核心，P2P模式的

4、节点则具有很高的自治性和随意性。随着Naster、Genuella等信息共享应用程序越来越流行，P2P技术更受人们的广泛关注。3P2P网络中穿越NAT的必要性7NAT技术使局域网的用户可以共享一个IP地址访问Internet，但NAT的存在给P2P应用带来问题。NAT不允许外部主机主动访问内部主机，提高了内部网络的安全，但却不适合P2P应用的需要。在P2P中，无论是内网主机还是外部网络的主机，地位是平等的，它们都可以相互建立直接的连接，实现信息共享。但由于NAT的存在，使得外部网络的主机无法首先主动发出到内网主机

5、的连接。如果外网主机无法穿过NAT主动与内网主机进行通信，P2P网络各主机无法彼此发现对方进行对等信息交换，特别是位于不同NAT之后的不同内网中的计算机，更是无法相互连接。如果不能够穿过NAT，P2P网络就无法实现真正的对等。随着基于Internet的P2P网络技术的广泛应用，更多的内网主机需要参与到P2P中来，P2P网络要求任何主机之间都能够直接对等交换信息，这就使得P2P网络应用必须解决穿越NAT实现双向对等通信的问题。4P2P网络中利用UDP打洞穿越NAT的技术原理目前常见的NAT类型是FullCone型N

6、AT，其工作原理是将来自相同内部IP地址和端口号的请求信息，将被映射为相同的外部地址和端口号。来自NAT之外的节点，可以通过向NAT之后节点的映射地址和端口号发送数据包。如果P2P网络中的两台主机都位于NAT之后，则双方都不知道对方的因特网地址，从而双方都无法主动发起连接请求，要解决这个问题，需要借助双方都知道的因特网服务器来建立连接，使用UDP在NAT上的打洞技术。利用UDP打洞穿越NAT的实现过程和原理，如图1。假设有两台主机，分别位于两个NAT之后，ClientA和ClientB要建立UDP直连。在Clie

7、ntA和ClientB之间建立UDP直连的过程：（1）ClientA登录Server，NATA为ClientA的访问线程分配了一个端口5000，则Server收到的ClientA的地址是：202.102.2.5：5000，这就是ClientA的外网地址。7（2）ClientB登录Server，NATB为ClientB的访问线程分配了一个端口6000，则Server收到的ClientB的地址是：170.50.5.20：6000，这就是ClientB的外网地址。现在ClientA和ClientB都可以与Server通

8、信，如果ClientA想直接发送UDP数据包给ClientB，则ClientA可以从Server处获得ClientB的公网地址170.50.5.20：6000，但ClientA还不能使用该地址直接与ClientB通信，因为此时NATB会将ClientA主动发来的信息丢弃，原因是此数据包没有会话记录。（3）现在需要在NATB上打一个方向为202.102.2.5的洞（也就是C