C#：使用UPnP來穿透NAT使內網接口對外網可見

時間 2020-09-20

標籤 c# 使用 upnp 穿透 nat 接口對外可見欄目 C# 简体版

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在寫完Object 672後，軟件的一個致命問題暴露出來，若是服務器和客戶端都在內網環境下，即雙方都經過NAT來接觸外網，那麼此時客戶端是沒法直接和服務器交流的。html

解決方案能夠是：web

1：把服務器部署在不存在NAT的公網環境下。瀏覽器

2：使用常見的NAT穿透方法好比UDP打洞，或者STUN協議，可是這些方法都須要另外一個已知的部署在公網環境下的服務器。服務器

3：就是這篇文章主要討論的方案，即不須要部署任何公網環境下的服務器，經過路由器支持的UPnP協議來把內網的接口綁定到公網接口上。app

UPnP的一大優點就是不會像UDP打洞那樣，內網接口不須要先向外部接口發送UDP包來把綁定的公網接口告訴NAT，並且對於對稱NAT，UDP打洞是無效的。而UPnP一旦設置成功後，內網接口徹底以綁定的公網接口暴露在公網中。socket

演示程序的運行是這樣的：工具

具體過程：post

1. 輸出用戶Host Name和內網IP地址。
2. 經過UPnP把內網IP地址，內部端口號綁定到一個外部端口號上。測試

3. 經過HTTP從外部網站獲取公網IP地址。網站

4. 在內網中建立TCP Socket服務器。

5. 創建另外一個TCP Socket客戶端，而後嘗試鏈接上面獲取的公網IP和UPnP綁定的外部端口。

6. 若是一切沒有問題的話，此時會成功鏈接到服務器，並收到迴應！

在.NET環境下使用Windows的UPnP組件須要如今工程中引用：NATUPnP 1.0 Type Library，這是一個COM類庫。

下面開始逐句分析源代碼，源代碼均擬用戶已加入下列命名空間：

using System.Net;

using System.Net.Sockets;

using System.Text.RegularExpressions; //提取IP時的正則

using System.Threading.Tasks; //Task

using System.IO; //讀取服務器信息用到StreamReader

using NATUPNPLib; //Windows UPnP COM組件

首先輸出本機（也就是內網接口信息），這個很簡單了：

//獲取Host Name

var name =Dns.GetHostName();

Console.WriteLine("用戶："+ name);

//從當前Host Name解析IP地址，篩選IPv4地址是本機的內網IP地址。

var ipv4 =Dns.GetHostEntry(name).AddressList.Where(i => i.AddressFamily ==AddressFamily.InterNetwork).FirstOrDefault();

Console.WriteLine("內網IP："+ ipv4);

接下來就是設置UPnP了，首先須要初始化UPnPNAT類型（他是一個接口，只不過經過CoClass特性把執行導向UPnPNATClass類型），接着經過UPnPNAT的StaticPortMappingCollection來添加或者刪除UPnP綁定。注意在沒有路由器或者路由器的UPnP不開啓的狀況下，StaticPortMappingCollection屬性可能會返回null。

代碼以下：

Console.WriteLine("設置UPnP");

//UPnP綁定信息

var eport =8733;

var iport =8733;

var description ="Mgen測試";

//建立COM類型

var upnpnat =newUPnPNAT();

var mappings = upnpnat.StaticPortMappingCollection;

//錯誤判斷

if (mappings ==null)

{

Console.WriteLine("沒有檢測到路由器，或者路由器不支持UPnP功能。");

return;

}

//添加以前的ipv4變量（內網IP），內部端口，和外部端口

mappings.Add(eport, "TCP", iport, ipv4.ToString(), true, description);

Console.WriteLine("外部端口：{0}", eport);

Console.WriteLine("內部端口：{0}", iport);

若是成功後，你應該能夠在路由器的UPnP選項中看到這些數據：

設置好UPnP後，開始獲取外網IP地址，能夠經過這個網址（http://checkip.dyndns.org/）。

此時只須要發送一個HTTP GET請求，而後把返回的HTML中的IP地址提取出來就能夠了，咱們用正則來提取IP地址。

代碼以下：

//外網IP變量

string eip;

//正則

var regex =@"\b\d{1,3}\.\d{1,3}\.\d{1,3}\.\d{1,3}\b";

using (var webclient =newWebClient())

{

var rawRes = webclient.DownloadString("http://checkip.dyndns.org/");

eip =Regex.Match(rawRes, regex).Value;

}

Console.WriteLine("外網IP："+ eip);

OK，這個時候（若是一切順利的話），一切準備工做都作好了。咱們有了：內網IP，內部端口，外網IP，外部端口。那麼就能夠作一個TCP鏈接作測試了。

直接創建一個TCP服務端，表明在NAT下的服務器，注意端口號要綁定到UPnP設置時的內部端口。

代碼：

//在NAT下的服務器

var socket =newSocket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

//綁定內網IP和內部端口

socket.Bind(newIPEndPoint(ipv4, iport));

socket.Listen(1);

//在另外一個線程中運行客戶端Socket

Task.Run(() =>

{

Task.Delay(1000);

ClientSocket(eip, eport);

});

//成功鏈接

var client = socket.Accept();

//服務器向客戶端發送信息

client.Send(Encoding.Unicode.GetBytes("=== 歡迎來到Mgen的服務器！==="+Environment.NewLine));

Console.ReadKey(false);

上面的ClientSocket方法就是客戶端的Socket鏈接執行，注意TCP協議是不保留數據邊界的，所以服務器在發送消息時，後面加了個換行符（Environment.NewLine），而後在客戶端接受數據時，使用Socket –> NetworkStream –> StreamReader的嵌套組合，最後由StreamReader的ReadLine讀取數據，這樣確保會讀到最後的換行符。

ClientSocket方法的執行代碼：

//ip參數和port參數是公網的IP地址，和UPnP中的外部端口

staticvoid ClientSocket(string ip, int port)

{

try

{

Console.WriteLine("創建客戶端TCP鏈接");

var socket =newSocket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Stream, ProtocolType.Tcp);

socket.Connect(newIPEndPoint(IPAddress.Parse(ip), port));

using (var ns =newNetworkStream(socket))

using (var sr =newStreamReader(ns, Encoding.Unicode))

{