p2p技术原理简单理解（P2p原理）

0.引言

P2p原理

本篇文章就主要讲解p2p的原理和实现，对于WebRtc音视频通话中的"打洞"作了详细的解释。为了更好地理解本篇文章的应用背景，可以参考前面的文章，文章列表如下:

WebRTC基础原理和项目经验泛讲(1)

webrtc之一对一通话原理(1)

WebRTC基础原理和项目经验泛讲(2)

webrtc之一对一通话实战与原理(2)

webrtc之一对一通话实战与原理(3)

详细讲解webrtc原理(1)

WebRtC音视频通话之AppRTC实战(2)

WebRtC音视频通话之AppRTC实战(1)

手把手实现WebRtc一对一视频通话实战(7)

webrtc实战打开摄像头和麦克风

手把手实现WebRtc一对一视频通话实战(3)

手把手实现WebRtc一对一视频通话实战(2)

手把手实现WebRtc一对一视频通话实战(1)

手把手实现WebRtc一对一视频通话实战(6)

手把手实现WebRtc一对一视频通话实战(5)

手把手实现WebRtc一对一视频通话实战(4)

手把手实现WebRtc一对一视频通话实战(8)

WebSocket基础讲解(2)

websocket聊天实战(1)

websocket聊天实战(4)之js补充

WebSocket基础讲解(1)

websocket聊天实战(3)

1.p2p简介

p2p:Peer to Peer，点对点的意思，客户端与客户端直接通信，在通信的过程中，不需要服务器的参与，就是去中心化。不论常用的 B/S 还是 C/S,都是一种星型结构，而中心化节点正是服务器，每一个客户端只能与服务器通信。如果客户端与客户端之间需要通信，必须要得通过服务器进行路由处理，才能把数据路由到另一个客户端。在通信过程中，服务器与客户端是充当着不同角色的，不同功能的。服务器是对所有客户端提供服务的，这样的通信网络，被称为中心化网络。如下图所示:

我们常见的一些通信方式，客户端之间通信都是需要有服务器全程参与，客户端与服务器通信时，中间需要经过网关(路由)。网关就是一个数据的出入，即可以是交换机，也可以是路由器。中间可能要经过很多个路由器，最终到达公网的服务器。

2.局域网内部到达公网服务器的数据流程是怎么样？

局域网不同的机器，不同的IP，怎样到达公网的服务器，这就需要NAT(Network Address Transform)网络地址转换。每个局域网的IP都会映射到相应的网关的IP上(形成一个子网)，最终形成和公网服务器的IP上。所以对于外界而言，就是公网的IP可以代表局域网的某一个客户端，局域网的收发数据就是使用的公网的IP，形成一种映射关系。NAT就是解决ipv4地址不足，使用IPV4:端口号去解决这个问题，IPV4需要网络穿透，俗称"打洞"。如果都是ipv6地址，那就不需要使用NAT，没必要穿透，每一个设备都有一个实实在在IP地址。前面所说的映射一定是网络进程被映射了。局域网的地址和公网服务器的地址，所经过的每一个网关都会有一个映射表，这个映射表一般是不对外公开。网关就是做穿透最核心的。每个网关都是用IPV4地址:端口去映射到客户端的网络进程中，那两个客户端直接找到相应的网关的IPV4地址:端口，就可以发送数据，这样就能达到"打洞"效果。那从这里可以看出，在"打洞"的过程中，服务器是存在的，当"打洞"完成后，在端到端，传输数据的过程中，就不需要服务器参与了，此时就算服务器挂掉了，端到端也是可以正常通信。

3.客户端与客户端能够直接通信，为什么还要启动服务器？

存储NAT映射表，帮助找到对方，找到对方的网关IP地址和端口号。

4.为什么要用UDP，TCP可以吗？

TCP是基于连接的，TCP是可以的，但是设计起来会非常复杂(滑动窗口，确认机制等)。UDP的好处就是只需要知道对端的IP地址和端口就行了，不需要建立连接。

5.快播是怎样做的p2p呢？

就是把你搜索的关键字和对应的种子做了一个映射关系，这样快播播放器就会拿到这个种子，就可以去找到对应的客户端，去下载资源。快播的服务器是不会存储资源，也就是只做了一个映射的关系，不生产内容，只告诉你资源的地址。快播的技术虽然很厉害，但是它的内容不可控，导致后面快播被查。

注意:也不是所有的网关都能被穿透，这与NAT的类型是有关系。如下类型:

6.NAT类型

这是一个树型结构，是一个互补的关系。NAT主要就分为对称NAT、完全锥形NAT、端口限制锥形NAT、IP限制锥形NAT。这4种类型，由各大路由器或交换机厂商就已经决定了。

(1)完全锥形NAT:对于外面的公网来说，网关都可以映射到内部局域网的机器上，没有任何限制。如家庭局域网可能会选择完全锥形NAT。

(2)限制锥形NAT:网关只允许部分的公网IP:端口映射到内部局域网的机器上。端口或IP进行限制。访问不同外网设备只有一条链路(局域网的机器IP:端口是一样，经过的网关的IP:端口是一样，目的地址不一样)。限制是限制外面发数据进来。如家庭局域网可能会选择限制锥形NAT。

(3)端口限制锥形NAT:网关只允许部分的公网IP:端口映射到内部局域网的机器上和访问。主要是对公网的端口进行限制。

(4)IP限制锥形NAT:网关只允许部分的公网IP:端口映射到内部局域网的机器上和访问。主要是对公网的IP进行限制。

(5)对称NAT:每个局域网的机器向外发数据，如果发送到不同的网关上，都会映射不同的IP地址:端口。访问不同外网设备也就说会存在多条(如2条)链路。映射不同的IP地址:端口，相互不会影响。对成NAT的穿透是非常复杂。如大型电信级设备，可能会选择对称NAT。

注意：路由器或交换机主要是根据不同的安全级别来去设置不同的NAT类型。

7.网络模式解释

桥接模式:虚拟机和物理机形成一个子网，接入到同一个路由器上。在同一个网段上。

NAT模式:把物理机当做一个网关，物理机是虚拟机的网关，物理机的IP映射到虚拟机上，形成一个子网。虚拟机虚拟出来的网络。

仅主机模式:就是虚拟机仅仅允许物理机访问。

8.如何识别网关的NAT?

本质就是给不同的IP发送消息，判断收到回复的地址。根据不同NAT的特点，去识别不同的NAT类型。

8.1对称NAT检测：局域网的客户端给两个不同的服务器(IP:端口不一样)发送数据，两个服务器能够检测到网关的IP:端口。再把服务器1收到地址发送给服务器2，对比服务器1和服务器2收到的地址是否一样，如果一样，那就不是对称NAT，就是锥形NAT，如果不一样，那就是对称NAT。如下图所示:

8.2完全锥形NAT检测:找一台完全没有经过网关给服务器发送过数据的局域网机器，如果服务器能够收到，那就是完全锥形NAT，否则就是限制锥形NAT。如下图所示:

具体分为以下四步:

(1)局域网客户端经过网关，发送数据给服务器1。

(2)服务器1拿到这条记录，告诉服务器2。

(3)服务器2拿到这条数据后，给网关发送数据。

(4)如果第3步成功了，客户端收到了数据。客户端经过网关再给服务器1发送数据。如果服务器1能够收到数据，那就说明是完全锥形NAT，如果多试几次，没有收到那就是限制锥形NAT。

8.3 IP限制锥形NAT检测:如果上面已经检测出限制锥形NAT，查看是否为IP限制锥形NAT检测。这里就只需要局域网客户端经过网关往服务器的同一个IP，不同端口发送数据。如果不同端口能够收到数据，就说明是IP限制，如果不能收到数据，就说明是端口限制。如下图所示:

注意:在代码层面，是没办法修改限制的IP和port，这个都是网关去管控。在打洞之前，只要服务器知道所有网关的类型就行了，所有网关的类型由服务器集中存储，不需要知道对端的网关类型。

9.不同网关穿透组合

不同局域网的客户端，不同的网关，在做“打洞”时，理论上一共是有16种穿透方案。由于A->B，B->A，只要有一端通了就行，那就只有8种了。

如果是一个网关的方案，那一端就是完全锥形NAT。不管怎样另外一端网关都是完全可以穿透。这样的话，又少了3种，还有另外5种。

由于IP限制和端口限制本质上区别并不是很大，又会少2种，那最后就只剩下3种。

经过上面的推算，那就会只有以下3种情况。如下所示:

(1)一端为完全锥形NAT。

(2)两端都是限制锥形NAT。

(3)两端都是对称NAT或者是一个限制锥形NAT与对称NAT。

10.如何穿透NAT

10.1 NAT1为完全锥形NAT，NAT2为任何一种NAT模式，过程如下所示:

(1)客户端1经过网关给服务器发送数据，需要穿透客户端2,。

(2)服务器经过网关2告诉(客户端1对应的网关IP:端口)客户端2，客户端2拿到客户端1对应的网关IP:端口，就可以“打洞”。

10.2 NAT1为限制锥形NAT，NAT2为限制锥形NAT，过程如下所示:

(1)客户端1经过网关1，告诉服务器，需要穿透那个客户端。

(2)服务端告诉经过网关2，告诉客户端2。

(3)由客户端2经过网关2，发送给网关1，最终由客户端1接收数据。由于是限制锥形NAT。这一步是无法发送过去。

(4)由于第3步是过不去，客户端2经过网关2，告诉服务器“我给客户端1端发送了数据，但是发不过去”，请客户端1立即给我发送数据。

(5)这时候，服务器经过网关1，最后通知客户端1。

(6)客户端1经过网关1，直接通过网关2，给客户端2发送数据就会成功。

有人对第6步有个疑问，由于都是限制锥形NAT，为什么能够成功呢？

因为第3步，客户端2给客户端1发送过，有历史记录。网关2认为这是网关1给的回复，那就会成功。

10.3 NAT1为限制锥形NAT，NAT2为对称NAT，过程如下所示:

如果是NAT2为对称NAT，会多生成一条不一样的记录，那上面所说的第6步，就不会认为是回复，就不可能成功。那该怎么做呢？如下所示:

在上面的第4步的时候，服务器再新开一个端口，比如9801。这里就更新下，给9801的端口去发送数据。也就是给服务器的另外一个IP地址和端口发送数据。这个时候服务器和网关2会检测到这条链路信息。由于步骤3和步骤4，之间信息间隔时间很短，这个可能会被执行多次，有多个端口。这个时候NA2告诉NAT1的这些信息，NAT1会逐个去试一试，是一种概率性的测试，这种概率就不太可能100%，这个就是所说的成功率，那提高成功率，就是一项难搞的技术了。

11.实战演练

启动一个服务，

启动两个客户端

这个代码运行实际的效果是，前面“打洞”成功后，后面就可以直接p2p通信，完全不依赖服务器转发。后面有机会再分析。

12.总结

本篇文章关于p2p实现原理，NAT类型，如何穿透作了详细的解释，对于学习WebRtc具有很好的帮助。欢迎关注，转发，收藏，点赞。

上面就是小居数码小编今天给大家介绍的关于（P2p原理）的全部内容，希望可以帮助到你，想了解更多关于数码知识的问题，欢迎关注我们，并收藏，转发，分享。

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