使用TCP協議的NAT穿透技術

    其實很早我就已經實現了使用TCP協議穿透NAT了，可是苦於一直沒有時間，因此沒有寫出來，如今終於放假有一點空閒，因而寫出來共享之。

    一直以來，提及NAT穿透，不少人都會被告知使用UDP打孔這個技術，基本上沒有人會告訴你如何使用TCP協議去穿透（甚至有的人會直接告訴你TCP協議是沒法實現穿透的）。可是，衆所周知的是，UDP是一個無鏈接的數據報協議，使用它就必須本身維護收發數據包的完整性，這經常會大大增長程序的複雜度，並且一些程序因爲某些緣由，必須使用TCP協議，這樣就經常令一些開發TCP網絡程序的人員「談穿透色變」。那麼，使用TCP協議是否是就不能實現穿透呢？答案固然是否認的：TCP協議不只能實現NAT穿透，並且實現起來比UDP穿透甚至還簡單一些。 

    要了解如何使用TCP穿透NAT，就要首先看看如何使用UDP穿透NAT。 
    咱們假設在兩個不一樣的局域網後面分別有2臺客戶機A和 B，AB所在的局域網都分別經過一個路由器接入互聯網。互聯網上有一臺服務器S。 

    如今AB是沒法直接和對方發送信息的，AB都不知道對方在互聯網上真正的IP和端口， AB所在的局域網的路由器只容許內部向外主動發送的信息經過。對於B直接發送給A的路由器的消息，路由會認爲其「不被信任」而直接丟棄。 

    要實現 AB直接的通信，就必須進行如下3步：A首先鏈接互聯網上的服務器S併發送一條消息（對於UDP這種無鏈接的協議其實直接初始會話發送消息便可），這樣S就獲取了A在互聯網上的實際終端（發送消息的IP和端口號）。接着 B也進行一樣的步驟，S就知道了AB在互聯網上的終端（這就是「打洞」）。接着S分別告訴A和B對方客戶端在互聯網上的實際終端，也即S告訴A客戶B的會話終端，S告訴B客戶A的會話終端。這樣，在AB都知道了對方的實際終端以後，就能夠直接經過實際終端發送消息了（由於先前雙方都向外發送過消息，路由上已經有容許數據進出的消息通道）。

    用UDP來實現以上3步不存在什麼理論上的問題，由於UDP是無鏈接的協議，它容許socket進行「多對一」的通信（即幾個具備不一樣IP和端口號的socket向一個接收socket發送消息）。可是使用TCP就出現了問題：在通常狀況下，TCP socket不容許在已經創建鏈接的端口上再進行監聽和使用該本地端口。換句話說，當AB鏈接上服務器S後，S將AB的實際終端告訴對方，下一步本該是AB利用對方的實際終端進行直連，但這時你會發現對方的實際終端已經被佔用了（就是各自鏈接到服務器S的會話佔用了終端），沒法同時listen和 connect。因而不少人得出結論：TCP沒法實現NAT穿透。 

    因而問題的關鍵變成了如何複用一個TCP鏈接的本地終端，這其實不是協議的問題，而是一個API的問題。幸運的是，全部主流操做系統都支持一個特定的TCP套接字選項——SO_REUSEADDR。這個選項容許將多個socket綁定到同一個本地終端。咱們創建socket的時候只要加上這麼一行：

setsockopt(socket, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,  & flag, len) ;    // C++就這麼作

 

_Client.SetSocketOption(SocketOptionLevel.Socket, SocketOptionName.ReuseAddress,  True )   ' 這是vb.net 更加簡單

    知道上面的知識就很好辦了，下面我來講說TCP協議的穿透流程： 
    機器佈局仍是和上面使用UDP的同樣。如今假設客戶A想和客戶B創建TCP鏈接。 
首先仍是 AB分別和服務器S分別創建鏈接，S記錄AB的互聯網實際終端。而後S分別向AB發送對方的實際終端。接着，從A和B向S鏈接時使用的端口，AB都異步調用connect函數鏈接對方的實際終端（就是S告訴的終端），同時，AB雙方都在同一個本地端口監聽到來的鏈接（也能夠先監聽，再connect更好）。因爲雙方都向對方發送了connect請求（假設各自的SYN封包已經穿過了本身的NAT），所以在對方connect請求到達本地的監聽端口時，路由器會認爲這個請求是剛剛那個connect會話的一部分，是已經被許可的，本地監聽端口就會用SYN-ACK響應，贊成鏈接。這樣，TCP穿透NAT的點對點鏈接就成功了。

下面是示例代碼下載，VB.NET代碼，演示如何用TCP協議穿透NAT實現文件傳送，請用vs2005打開解決方案

http://dl2.csdn.net/down4/20070724/24133943521.rar 

代碼中有一個我本身封裝的模仿vb6 winsock的控件ZXMSocket，這個socket可讓你設置是否使用SO_REUSEADDR參數，socket是事件驅動的。

若是你要測試代碼，須要使用一個bat來啓動發送和接收程序（文件格式請參照bin/Debug文件夾下的run.bat文件），這個bat的功能是以命令行的方式告訴程序登陸服務器縮使用的用戶名，對於服務器來講，這個用戶名必須是惟一的，固然，這可能有點不科學，可是這畢竟只是一個demo。 

 

出處：http://blog.csdn.net/hk_5788/article/details/49952735