用Python實現簡單的udp打洞（P2P）

時間  2020-02-07
標籤 python 實現 簡單 udp 打洞 p2p 欄目 Python 简体版
原文   原文鏈接

   原來是本人的畢業設計。。。如今拿出來共享下。先申明，做者是lust，老師若是在網上搜到這段代碼可不要說個人畢業設計是網上copy滴哈。。。python

   用python作了一個P2P的簡單實現，能夠經過在服務端註冊公網IP和端口後，直接和其它客戶端進行通訊。目前只能在徹底對稱NAT下成功實現服務器


使用vmware模擬了內網、NAT和公網環境測試有效性，最終實現不經過公網服務器的中轉，2個私網用戶進行直接聊天。目前實現的只是聊天功能，在後續的應用用，也能夠實現內網用戶的遠程控制，或者好比在家遠程鏈接公司內部服務器進行遠程辦公等。網絡


 UDP穿越NAT的具體設計app


   首先，Client A登陸服務器，NAT 1爲此次的Session分配了一個端口60000，那麼Server S收到的Client A的地址是200.0.0.132:60000，這就是ClientA的外網地址了。一樣，Client B登陸Server S，NAT B給這次Session分配的端口是40000，那麼Server S收到的B的地址是200.0.0.133:40000。socket

此時，Client A與Client B均可以與ServerS通訊了。若是Client A此時想直接發送信息給ClientB，那麼他能夠從Server S那兒得到B的公網地址200.0.0.133:40000，在雙方都是FullCone NAT的狀況下，Client A就可以直接往ClientB的公網IP：Port發送數據了。ide

總結一下這個過程：若是ClientA想向Client B發送信息，那麼雙方都須要在Server上通訊一次作登記，而後將Client B的公網地址和端口發送給ClientA，最好Client A直接鏈接ClientB的公網地址和端口。呵呵，是否是很繞口，不過不要緊，想想就很清楚了。測試

注意：以上過程只適合於ConeNAT的狀況，若是是Symmetric NAT，那麼當Client A向Client B在NAT設備上沒有造成一個Session，而只有和ClientB 鏈接Server的Session，因此NAT設備是會對包進行丟棄的。不過如何Symmetric NAT的端口是按照順序進行開啓的話，那能夠經過Server命令Client B發送數據給ClientA的IP:Port，而後Client A經過線性端口掃描對端口進行猜想。不過這個方式存在失敗率，並且不能明確瞭解NAT設備開啓的端口的規律，因此沒有去實現。spa


四種類型的NAT介紹

NAT的分類：在STUN協議中，根據內部終端的地址(LocalIP:LocalPort)到NAT出口的公網地址(PublicIP:PublicPort)的影射方式，把NAT分爲四種類型（英文原文詳見rfc3489標準：http://www.ietf.org/rfc/rfc3489.txt）：

1.Full Cone 線程

這種NAT內部的機器A鏈接過外網機器C後，NAT會打開一個端口，而後外網的任何發到這個打開的端口的UDP數據報均可以到達A.不論是不是C發過來的。設計

2. Restricted Cone

這種NAT內部的機器A鏈接過外網的機器C後，NAT打開一個端口，而後C能夠用任何端口和A通訊，其餘的外網機器不行。

3. Port Restricted Cone

這種NAT內部的機器A鏈接過外網的機器C後，NAT打開一個端口，而後C能夠用原來的端口和A通訊，其餘的外網機器不行。

4.Symmetic

對於這種NAT.鏈接不一樣的外部目標。原來NAT打開的端口會變化，而Cone NAT不會，雖然能夠用端口猜想，可是成功的機率很小，所以放棄這種NAT的UDP打洞。


不一樣NAT環境下UDP穿透可行性分析


兩側NAT屬於Full Cone NAT


則不管A側NAT屬於Cone NAT仍是SymmetricNAT，包都能順利到達B。若是P2P程序設計得好，使得B主動到A的包也能借用A主動發起創建的通道的話，則即便A側NAT屬於Symmetric NAT，B發出的包也能順利到達A。

B側NAT屬於Restricted Cone或PortRestricted Cone

則包不能到達B。再細分兩種狀況

（1）、A側NAT屬於RestrictedCone或Port Restricted Cone

雖然先前那個初始包未曾到達B，但該發包過程已經在A側NAT上留下了足夠的記錄。若是在這個記錄沒有超時以前，B也重複和A同樣的動做，即向A發包，雖然A側NAT屬於RestrictedCone或Port Restricted Cone，但先前A側NAT已經認爲A已經向B發過包，故B向A發包可以順利到達A。同理，此後A到B的包，也能順利到達。

（2）、A側NAT屬於SymmetricNAT

由於A側NAT屬於Symmetric NAT，且最初A到Server發包的過程在A側NAT留下了記錄，故A到B發包過程在A側NAT上留下的記錄端口產生了變化。而B向A的發包，只能根據Sever給他的關於A的信息，發往A，由於A端口受限，故此路不通。再來看B側NAT，因爲B也向A發過了包，且B側NAT屬於Restricted Cone或Port Restricted Cone，故在B側NAT上留下的記錄，此後，若是A還繼續向B發包的話（由於同一目標，故仍然使用前面的映射），若是B側NAT屬於Restricted Cone，則從A（210.21.12.140:8001）來的包可以順利到達B；若是B側NAT屬於PortRestricted Cone，則包永遠沒法到達B。


結論1：只要單側NAT屬於Full Cone NAT，便可實現雙向通訊。

結論2：只要兩側NAT都不屬於Symmetric NAT，也可雙向通訊。換種說法，只要兩側NAT都屬於Cone NAT，便可雙向通訊。

結論3：一側NAT屬於Symmetric NAT，另外一側NAT屬於Restricted Cone，也可雙向通訊。

結論4，兩個都是Symmetric NAT或者一個是SymmetricNAT、另外一個是Port Restricted Cone，則不能雙向通訊。

常見的NAT實現

因爲存在有4種NAT的類型，因此在方案設計中，必需要考慮到用哪一種軟件或者設備來模擬NAT環境。我在實現過程當中嘗試過了不少選擇，包括Linux下的iptables，海蜘蛛的軟路由，使用CISCO的IOS模擬，window2003自帶的NAT服務，還有VMWARE自帶的NAT網絡環境。最終發現window2003和VMWARE是支持full cone nat的。

iptables

經過前人的試驗和我本身的驗證，iptables確實是貨真價實的Symmetric NAT。不過也有人經過改寫在Linux2.4內核下的iptables源碼將SymmetricNAT改成了Full Cone NAT，也能夠經過編寫規則做弊的方式實現full nat cone，不過我最終沒有采起iptables。一是改寫源碼的方式比較繁瑣，須要修改不少個源碼文件。而使用編寫規則做弊的方式也以爲有點自欺欺人了。

window2003

Window 2003自帶有路由和遠程訪問服務，其中包含有NAT服務。通過測試，能夠實現徹底的Full Cone NAT。

ciscoIOS模擬

我曾使用c3640-is-mz.122-27版本的IOS，經過Dynamips模擬路由器配置NAT，發現不支持Full Cone NAT。可能有老版本的IOS會有支持，不過我沒有一一測試。


Server端代碼：


  
  
  
  
    
   
   
   
   
  1. #!/usr/bin/python
    2. 
   
   
   
   
  2. #coding:utf-8
    3. 
   
   
   
   
  3. import socket, sys, SocketServer, threading, thread, time 
    4. 
   
   
   
   
  4. SERVER_PORT = 1234
    5. 
   
   
   
   
  5. sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) 
    6. 
   
   
   
   
  6. sock.setsockopt(socket.SOL_SOCKET, socket.SO_REUSEADDR, 1) 
    7. 
   
   
   
   
  7. sock.bind(('', SERVER_PORT)) 
    8. 
   
   
   
   
  8. user_list = [] 
    9. 
   
   
   
   
  9. def server_handle(): 
    10. 
   
   
   
   
  10. whileTrue: 
    11. 
   
   
   
   
  11.         cli_date, cli_pub_add = sock.recvfrom(8192) 
    12. 
   
   
   
   
  12.         now_user = [] 
    13. 
   
   
   
   
  13.         headder = [] 
    14. 
   
   
   
   
  14.         cli_str = {} 
    15. 
   
   
   
   
  15.         headder = cli_date.split('\t') 
    16. 
   
   
   
   
  16. for one_line in headder: 
    17. 
   
   
   
   
  17.             str = {} 
    18. 
   
   
   
   
  18.             str = one_line 
    19. 
   
   
   
   
  19.             args = str.split(':') 
    20. 
   
   
   
   
  20.             cli_str[args[0]] = args[1] 
    21. 
   
   
   
   
  21. if cli_str['type'] == 'login' : 
    22. 
   
   
   
   
  22. del cli_str['type'] 
    23. 
   
   
   
   
  23.             now_user = cli_str 
    24. 
   
   
   
   
  24.             now_user['cli_pub_ip'] = cli_pub_add[0] 
    25. 
   
   
   
   
  25.             now_user['cli_pub_port'] = cli_pub_add[1] 
    26. 
   
   
   
   
  26.             user_list.append(now_user) 
    27. 
   
   
   
   
  27.             toclient = 'info#%s login in successful , the info from server'%now_user['user_name'] 
    28. 
   
   
   
   
  28.             sock.sendto(toclient,cli_pub_add) 
    29. 
   
   
   
   
  29. print'-'*100
    30. 
   
   
   
   
  30. print"%s 已經登陸,公網IP:%s 端口:%d\n"%(now_user['user_name'],now_user['cli_pub_ip'],now_user['cli_pub_port']) 
    31. 
   
   
   
   
  31. print"如下是已經登陸的用戶列表"
    32. 
   
   
   
   
  32. for one_user in user_list: 
    33. 
   
   
   
   
  33. print'用戶名:%s 公網ip:%s 公網端口:%s 私網ip:%s 私網端口:%s'%(one_user['user_name'],one_user['cli_pub_ip'],one_user['cli_pub_port'],one_user['private_ip'],one_user['private_port']) 
    34. 
   
   
   
   
  34. elif cli_str['type'] == 'alive': 
    35. 
   
   
   
   
  35. pass
    36. 
   
   
   
   
  36. elif cli_str['type'] == 'logout' : 
    37. 
   
   
   
   
  37. pass
    38. 
   
   
   
   
  38. elif cli_str['type'] == 'getalluser' : 
    39. 
   
   
   
   
  39. print'-'*100
    40. 
   
   
   
   
  40. for one_user in user_list : 
    41. 
   
   
   
   
  41.                         toclient = 'getalluser#username:%s pub_ip:%s pub_port:%s pri_ip:%s pri_port:%s'%(one_user['user_name'],one_user['cli_pub_ip'],one_user['cli_pub_port'],one_user['private_ip'],one_user['private_port']) 
    42. 
   
   
   
   
  42.                         sock.sendto(toclient,cli_pub_add) 
    43. 
   
   
   
   
  43. if __name__ == '__main__': 
    44. 
   
   
   
   
  44.     thread.start_new_thread(server_handle, ()) 
    45. 
   
   
   
   
  45. print'服務器進程已啓動，等待客戶鏈接'
    46. 
   
   
   
   
  46. whileTrue: 
    47. 
   
   
   
   
  47. for one_user in user_list: 
    48. 
   
   
   
   
  48.             toclient = 'keepconnect#111'
    49. 
   
   
   
   
  49.             sock.sendto(toclient,(one_user['cli_pub_ip'],one_user['cli_pub_port']))  
    50. 
   
   
   
   
  50.             time.sleep(1) 
    51.


Client端代碼：


  
  
  
  
    
   
   
   
   
  1. #!/usr/bin/python
    2. 
   
   
   
   
  2. #coding:utf-8
    3. 
   
   
   
   
  3. import socket, SocketServer, threading, thread, time 
    4. 
   
   
   
   
  4. CLIENT_PORT = 4321
    5. 
   
   
   
   
  5. SERVER_IP = "200.0.0.128"
    6. 
   
   
   
   
  6. SERVER_PORT = 1234
    7. 
   
   
   
   
  7. user_list = {} 
    8. 
   
   
   
   
  8. local_ip = socket.gethostbyname(socket.gethostname()) 
    9. 
   
   
   
   
  9. sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM) 
    10. 
   
   
   
   
  10. def server_handle(): 
    11. 
   
   
   
   
  11. print'客戶端線程已經啓動 , 等待其它客戶端鏈接'
    12. 
   
   
   
   
  12. whileTrue: 
    13. 
   
   
   
   
  13.         data, addr = sock.recvfrom(8192) 
    14. 
   
   
   
   
  14.         data_str = data.split('#') 
    15. 
   
   
   
   
  15.         data_type = data_str[0] 
    16. 
   
   
   
   
  16.         data_info = data_str[1] 
    17. 
   
   
   
   
  17. if data_type == 'info' : 
    18. 
   
   
   
   
  18. del data_str[0] 
    19. 
   
   
   
   
  19. print data_info      
    20. 
   
   
   
   
  20. if data_type == 'getalluser' : 
    21. 
   
   
   
   
  21.             data_sp = data_info.split(' ') 
    22. 
   
   
   
   
  22.             user_name = data_sp[0].split(':')[1] 
    23. 
   
   
   
   
  23. del data_sp[0] 
    24. 
   
   
   
   
  24.             user_list[user_name] = {} 
    25. 
   
   
   
   
  25. for one_line in data_sp: 
    26. 
   
   
   
   
  26.                 arg = one_line.split(':') 
    27. 
   
   
   
   
  27.                 user_list[user_name][arg[0]] = arg[1] 
    28. 
   
   
   
   
  28. if data_type == 'echo' : 
    29. 
   
   
   
   
  29. print data_info 
    30. 
   
   
   
   
  30. if data_type == 'keepconnect': 
    31. 
   
   
   
   
  31.             messeg = 'type:alive'
    32. 
   
   
   
   
  32.             sock.sendto(messeg, addr) 
    33. 
   
   
   
   
  33. if __name__ == '__main__': 
    34. 
   
   
   
   
  34.     thread.start_new_thread(server_handle, ()) 
    35. 
   
   
   
   
  35.     time.sleep(0.1) 
    36. 
   
   
   
   
  36.     cmd = raw_input('輸入指令>>') 
    37. 
   
   
   
   
  37. whileTrue: 
    38. 
   
   
   
   
  38.         args = cmd.split(' ') 
    39. 
   
   
   
   
  39. if args[0] == 'login': 
    40. 
   
   
   
   
  40.             user_name = args[1] 
    41. 
   
   
   
   
  41.             local_uname = args[1] 
    42. 
   
   
   
   
  42.             address = "private_ip:%s private_port:%d" % (local_ip, CLIENT_PORT) 
    43. 
   
   
   
   
  43.             headder = "type:login\tuser_name:%s\tprivate_ip:%s\tprivate_port:%d" % (user_name,local_ip,CLIENT_PORT) 
    44. 
   
   
   
   
  44.             sock.sendto(headder, (SERVER_IP, SERVER_PORT)) 
    45. 
   
   
   
   
  45. elif args[0] == 'getalluser': 
    46. 
   
   
   
   
  46.             headder = "type:getalluser\tuser_name:al"
    47. 
   
   
   
   
  47.             sock.sendto(headder,(SERVER_IP,SERVER_PORT)) 
    48. 
   
   
   
   
  48. print'獲取用戶列表中。。。'
    49. 
   
   
   
   
  49.             time.sleep(1) 
    50. 
   
   
   
   
  50. for one_user in user_list: 
    51. 
   
   
   
   
  51. print'username:%s pub_ip:%s pub_port:%s pri_ip:%s pri_port:%s'%(one_user,user_list[one_user]['pub_ip'],user_list[one_user]['pub_port'],user_list[one_user]['pri_ip'],user_list[one_user]['pri_port']) 
    52. 
   
   
   
   
  52. elif args[0] == 'connect': 
    53. 
   
   
   
   
  53.             user_name = args[1] 
    54. 
   
   
   
   
  54.             to_user_ip = user_list[user_name]['pub_ip'] 
    55. 
   
   
   
   
  55.             to_user_port = int(user_list[user_name]['pub_port']) 
    56. 
   
   
   
   
  56. elif args[0] =='echo': 
    57. 
   
   
   
   
  57.             m = ' '.join(args[1:]) 
    58. 
   
   
   
   
  58.             messeg = 'echo#from %s:%s'%(local_uname,m) 
    59. 
   
   
   
   
  59.             sock.sendto(messeg, (to_user_ip, to_user_port)) 
    60. 
   
   
   
   
  60.         time.sleep(0.1)  
    61. 
   
   
   
   
  61.         cmd = raw_input('輸入指令>>') 
    62.
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