UDP打孔.让服务器与客户交谈

Question

我一直在阅读很多关于如何实现UDP打孔的内容但是出于某些原因我无法使其工作.

对于那些不熟悉udp打孔的人来说,这是我自己的定义:

目标是能够在服务器的帮助下在两个客户端(客户端A和客户端B)之间传输数据.因此,客户端A连接到服务器并发送其信息.客户B也这样做.服务器具有必要的信息,以便客户端A能够向客户端B发送数据,反之亦然.因此,服务器将该信息提供给两个客户端.一旦两个客户端都有关于彼此的信息,就可以在没有服务器帮助的情况下开始在这些客户端之间发送和接收数据.

我的目标是能够做我刚才描述的(udp打孔).在此之前,我认为能够从服务器连接到客户端会很有帮助.为此,我计划向服务器发送有关客户端的信息.一旦服务器收到该信息尝试从头开始连接到客户端.一旦我能够执行,我应该拥有开始实现真正的udp打孔所需的一切.

以下是我设置的方法:

顶级路由器的服务器和底部路由器连接到LAN端口.底部路由器(NAT)通过其WAN端口连接到顶级路由器.并且客户端计算机连接到底部路由器到其LAN端口之一.

因此,在该连接中,客户端能够看到服务器,但服务器无法看到客户端.

所以我在伪代码中完成的算法是:

• 客户端连接到服务器.
• 客户端将一些UDP包发送到服务器以打开NAT上的某些端口
• 将信息发送到服务器上客户端正在侦听的端口.
• 一旦服务器收到该信息尝试从头开始连接到客户端.

这是代码中的实现:

服务器:

static void Main()
{     
    /* Part 1 receive data from client */
    UdpClient listener = new UdpClient(11000);
    IPEndPoint groupEP = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 11000);
    string received_data;
    byte[] receive_byte_array = listener.Receive(ref groupEP);       
    received_data = Encoding.ASCII.GetString(receive_byte_array, 0, receive_byte_array.Length);

    // get info
    var ip = groupEP.Address.ToString();
    var port = groupEP.Port;

    /* Part 2 atempt to connect to client from scratch */
    // now atempt to send data to client from scratch once we have the info       
    Socket sendSocket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);
    IPEndPoint endPointClient = new IPEndPoint(IPAddress.Parse(ip), port);
    sendSocket.SendTo(Encoding.ASCII.GetBytes("Hello"), endPointClient);
}

客户:

static void Main(string[] args)
{
    /* Part 1 send info to server */
    Socket sending_socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram,  ProtocolType.Udp);
    IPAddress send_to_address = IPAddress.Parse("192.168.0.132");
    IPEndPoint sending_end_point = new IPEndPoint(send_to_address, 11000);
    sending_socket.SendTo(Encoding.ASCII.GetBytes("Test"), sending_end_point);

    // get info
    var port = sending_socket.LocalEndPoint.ToString().Split(':')[1];

    /* Part 2 receive data from server */
    IPEndPoint groupEP = new IPEndPoint(IPAddress.Any, int.Parse(port));
    byte[] buffer = new byte[1024];
    sending_socket.Receive(buffer);
} 

出于某种原因,它工作了几次!它在客户端成功接收数据时起作用:sending_socket.Receive(buffer);

注意事项: 如果在第二部分的服务器上我使用实例变量listner而不是创建新变量sendSocket并通过该变量发送字节,则客户端能够接收正在发送的数据.请记住,服务器的第二部分将由第二个客户端B实现,这就是我从头开始再次初始化变量的原因......

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编辑:

这是查看同一问题的另一种方式.当我初始化一个新对象而不是使用同一个对象时,客户端不会收到响应.

我有一个UdpClient类型的对象.我能够将该对象的数据发送给另一个对等体.如果我创建具有相同属性的同一类型的另一个对象并尝试发送数据它不起作用!我可能会缺少初始化一些变量.我能够使用反射设置私有变量,所以我不应该有问题.无论如何这里是服务器代码:

public static void Main()
{
    // wait for client to send data
    UdpClient listener = new UdpClient(11000);
    IPEndPoint groupEP = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 11000);        
    byte[] receive_byte_array = listener.Receive(ref groupEP);

    // connect so that we are able to send data back
    listener.Connect(groupEP);

    byte[] dataToSend = new byte[] { 1, 2, 3, 4, 5 };

    // now let's atempt to reply back

    // this part does not work!
    UdpClient newClient = CopyUdpClient(listener, groupEP);
    newClient.Send(dataToSend, dataToSend.Length);

    // this part works!
    listener.Send(dataToSend, dataToSend.Length);
}

static UdpClient CopyUdpClient(UdpClient client, IPEndPoint groupEP)
{
    var ip = groupEP.Address.ToString();
    var port = groupEP.Port;
    var newUdpClient = new UdpClient(ip, port);
    return newUdpClient;
}

客户端代码基本上将数据发送到服务器,然后等待响应:

    string ipOfServer = "192.168.0.132";
    int portServerIsListeningOn = 11000;

    // send data to server
    Socket sending_socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);
    IPAddress send_to_address = IPAddress.Parse(ipOfServer);
    IPEndPoint sending_end_point = new IPEndPoint(send_to_address, portServerIsListeningOn);
    sending_socket.SendTo(Encoding.ASCII.GetBytes("Test"), sending_end_point);

    // get info
    var port = sending_socket.LocalEndPoint.ToString().Split(':')[1];

    // now wait for server to send data back
    IPEndPoint groupEP = new IPEndPoint(IPAddress.Any, int.Parse(port));
    byte[] buffer = new byte[1024];
    sending_socket.Receive(buffer); // <----- keeps waiting in here :(

请注意,客户端是在路由器(NAT)后面,否则我不会有这个问题.我想复制udpClient的原因是我可以将该变量发送到另一台计算机,使另一台计算机能够将数据发送到客户端.

所以我的问题是 为什么原始对象listener能够发送数据但newClient不能？sending_socket.Receive(buffer);即使在服务器执行该行之后,客户端也会保持在线等待:newClient.Send(dataToSend, dataToSend.Length);.当侦听器发送数据而不是newClient时,客户端成功接收数据.如果两个变量具有相同的目标IP和端口,为什么会这样？变量如何不同？

注意:如果服务器和客户端位于同一网络上,则复制工作,变量newClient可以将数据发送到客户端.要模拟此问题,客户端必须位于NAT(路由器)后面.这种网络的示例可以包括两个路由器.让我们称它们为路由器X和路由器Y.你还需要一个服务器调用S.和客户端C.所以S可以连接到X的一个LAN端口.C可以连接到Y的一个LAN端口.最后将Y的WAN端口连接到X的一个LAN端口.

Answer 1

嗯,我觉得你在这里混淆了几件事.首先,它实际上称为UDP打孔.让我试着解释一下这应该如何运作.

NAT路由器通常在将数据包从内部专用网络转发到外部Internet时进行端口映射.

假设您在NAT后面的计算机上创建了UDP套接字,并将数据报发送到某个外部IP /端口.当携带该数据报的IP数据包离开发送机器时,其IP报头的源地址字段设置为本地不可全局路由的私有IP地址(如192.168.1.15),UDP报头的源端口字段设置为分配给的任何端口套接字(显式地通过绑定,或由OS从临时端口隐式选择).我将这个源端口号称为P1.

然后当NAT路由器在外部网络上发送该数据包时,它会将源IP地址覆盖到自己的外部IP地址(否则无法将数据包路由回来),并且经常会将源UDP端口覆盖到其他一些值(也许因为专用网络上的某些其他主机使用相同的源端口,这会产生歧义).原始源端口和新端口号(让它标记它P2)之间的映射保留在路由器中以匹配返回数据包.此映射还可能特定于目标IP地址和目标UDP端口.

所以现在你在路由器中"打了一个洞" - 发送回路由器到端口的UDP数据包P2被转发到UDP端口上的内部机器P1.同样,根据NAT实现,这可能仅限于来自原始目标IP地址和目标UDP端口的数据包.

对于客户端到客户端的通信,您必须通过服务器将一个外部IP /端口告诉另一个,希望NAT路由器将相同的内部源端口映射到相同的外部源端口.然后客户端将使用这些发送数据包.

希望这可以帮助.

Answer 2

终于找到答案了！这是仅包含客户端和服务器的实现。我的下一次尝试将是使用 3 台计算机。无论如何希望这有帮助：

服务器代码：

class Program
{
    static byte[] dataToSend = new byte[] { 1, 2, 3, 4, 5 };

    // get the ip and port number where the client will be listening on
    static IPEndPoint GetClientInfo()
    {
        // wait for client to send data
        using (UdpClient listener = new UdpClient(11000))
        {
            IPEndPoint groupEP = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 11000);
            byte[] receive_byte_array = listener.Receive(ref groupEP);

            return groupEP;
        }
    }

    static void Main(string[] args)
    {
        var info = GetClientInfo(); // get client info

        /* NOW THAT WE HAVE THE INFO FROM THE CLIENT WE ARE GONG TO SEND
           DATA TO IT FROM SCRATCH!. NOTE THE CLIENT IS BEHIND A NAT AND
           WE WILL STILL BE ABLE TO SEND PACKAGES TO IT
        */

        // create a new client. this client will be created on a 
        // different computer when I do readl udp punch holing
        UdpClient newClient = ConstructUdpClient(info);

        // send data
        newClient.Send(dataToSend, dataToSend.Length);            
    }

    // Construct a socket with the info received from the client
    static UdpClient ConstructUdpClient(IPEndPoint clientInfo)
    {          
        var ip = clientInfo.Address.ToString();
        var port = clientInfo.Port;

        // this is the part I was missing!!!!
        // the local end point must match. this should be the ip this computer is listening on
        // and also the port            
        UdpClient client = new UdpClient(new IPEndPoint( IPAddress.Any, 11000));

        // lastly we are missing to set the end points. (ip and port client is listening on)

        // the connect method sets the remote endpoints
        client.Connect(ip, port);

        return client;
    }
}

客户端代码：

string ipOfServer = "192.168.0.139";
int portServerIsListeningOn = 11000;

// send data to server
Socket sending_socket = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp);
IPAddress send_to_address = IPAddress.Parse(ipOfServer);
IPEndPoint sending_end_point = new IPEndPoint(send_to_address, portServerIsListeningOn);
sending_socket.SendTo(Encoding.ASCII.GetBytes("Test"), sending_end_point);

// get info
var port = sending_socket.LocalEndPoint.ToString().Split(':')[1];

// now wait for server to send data back
IPEndPoint groupEP = new IPEndPoint(IPAddress.Any, int.Parse(port));
byte[] buffer = new byte[1024];
sending_socket.Receive(buffer); // <----- we can receive data now!!!!!