.Net UDP通讯示例（.net是干嘛的）

.Net UDP通讯示例（.net是干嘛的）

一、NAT网络原理

最近要做UDP通讯，网上一查资料还真不多，比如服务器如何保存客户端的地址，因为UDP不是长连接，内网穿透可能会有问题，就是数据发到了服务器上，服务器发不回去了的这种可能，这就需要具体来讲解一下现在的网络结构。

目前主流的网络IP地址还是IPV4，过度到IPV6是个非常漫长的过程，所以目前“节约”IP地址最常见的方式：NAT，NAT大家肯定不陌生，在家里、公司上网，一般都是通过路由器的，这么做的好处有如下几点：

1、节约IP地址：只需要给路由器分配公网IP,路由器内部的设备用内网网段的地址,不同路由器内网网段的地址能复用。 比如一个家用路由器,一般最多能支持几十个来个设备同时连接路由器,都通过路由器上，网运营商只需要给路由器分配一个公网IP即可。

2、内网的设备并不直接暴露在公网，只能让路由器对外直接通信，在一定程度上保障了内网设备收不到外界的各种扫描、探测类的数据包，保障内网安全。  路由器收到外界这些主动连接的数据包会直接丢弃(除非网关设置了反向代理,比如服务器前端的网关一般会转发80端口的数据包),这也是客户端之间通信需要“穿透,打洞”的根本原因!

3、对于部分网关而言:只要内网发送数据的IP不变,那么自己对外映射转发的端口就不变,比如内部192.168.0.10对外发数据,网关的公网地址是222.111.111.111,此时随机选一个端口比如333,那么对外数据包的源信息就是222.111.111.111:333; 后续网关凡是收到目的是222.111.111.111:333的数据包,不管这个包来自哪(因为是UDP协议,源和目的没有建立连接),都认为是响应192.168.0.10这个节点的,一律转发到该节点,这就是所谓的完整的锥形NAT,这种方式NAT并不验证源IP和端口就直接转发到内网主机(包括内网主机并未访问过的IP和端口),不安全。 下面介绍的UDP打洞必须依赖这个特性!

UDP打洞实现NAT穿越是一种在处于使用了NAT的私有网络中的Internet主机之间建立双向UDP连接的方法。由于NAT的行为是非标准化的，因此它并不能应用于所有类型的NAT。

其基本思想是这样的：让位于NAT后的两台主机都与处于公共地址空间的服务器相连，然后，一旦NAT设备建立好UDP状态信息就转为直接通信，这项技术需要一个圆锥型NAT设备才能够正常工作。对称型NAT不能使用这项技术。

UDP打洞的过程大体上如下：

主机A和主机B都是通过NAT设备访问互联网，主机S位于互联网上。

1. A和B都与S之间通过UDP进行心跳连接

2. A通知S，要与B通信

3. S把B的公网IP、port告诉A，同时把A的公网IP、port告诉B

4. A向B的公网IP、port发送数据（这个数据包应该会被丢弃，但是打开了B回来的窗户）

5. B向A的公网IP、port发送数据（这个数据包就会被A接受，之后A和B就建立起了连接）

二、网络类型（四种）

1、Full cone NAT（全锥形NAT）

所有从同一个内网的（IP，端口）发送出来的请求都会被映射到同一个外网（IP，端口），且任何一个外网主机都可以通过访问映射后的公网地址，实现访问位于内网的主机设备功能。外网主机可以主动连接内网主机。

该类型NAT只与源IP和源端口相关，只要（源IP，源端口）相同则可以通过映射后的（公网IP，端口）访问任意网站，因此称之为全锥形NAT. 有点类似于静态NAT

2、Restricted Cone NAT（地址受限锥形NAT）

所有从同一个内网的（IP，端口）发送出来的请求都会被映射到通过一个外网（IP，端口），但与全锥形不同点在于：生成的映射表项与目的IP有关，只有符合要求的目的IP(要访问的公网服务器IP)才可以通讯。此NAT还有个特点：不能主动连接内网中的主机地址，连接必须由内网地址发起。 限制比全锥形NAT多了：IP地址限制。

此类型NAT除了与源IP和源端口相关外，还与目的IP有关，只有内网主机主动连接的公网IP才可以与内网中的主机通讯。

3、Port Restricted Cone NAT（端口受限锥形NAT）

所有从同一个内网的（IP，端口）发送出来的请求都会被映射到通过一个外网（IP，端口），但是在地址受限锥形NAT基础上增加了端口的限制。地址受限锥形NAT时，只有内网主机主动连接的公网主机才可与之进行通讯，而不用担心端口号是否与请求的端口相同。

但是端口受限锥形NAT除了IP限制外，增加了端口限制。意思是说：除了之前主动连接了主机的（IP，port1,）可以通讯，其他的（IP，port2）等都不可以与之通讯。此NAT映射与报文的三元组绑定。

4、Symetric NAT（对称NAT）

所有从同一个内网（IP，端口）发送到同一个目的IP和端口的请求都会被映射到同一个IP和端口。换句话说（SIP，Sport, DIP, Dport）只要有一个发生变化都会使用不同的映射条目，即此NAT映射与报文四元组绑定。

前三种nat有一个共同点：只要内网中的（IP，端口）相同的请求就会被NAT映射到同一个外网（IP，port）。

最后一种对称NAT: 一个连接一条映射(网络上的连接通过四元组表示：[SIP，DIP，SPORT，DPORT] )

三、.Net Sock Udp代码

服务器会转发所有客户端发送的消息，执行效果

服务端代码

using System;using System.Collections.Generic;using System.Text;using System.Net;using System.Net.Sockets;namespace UDPServer{ class Program { static void Main(string[] args) { string[] endPoints = new string[1000]; int endPointsCount = 0; int recv; byte[] data = new byte[1024]; //构建TCP 服务器 //得到本机IP，设置TCP端口号 IPEndPoint ipep = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 8889); Socket newsock = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp); //绑定网络地址 newsock.Bind(ipep); Console.WriteLine("This is a Server, host name is {0}", Dns.GetHostName()); //等待客户机连接 Console.WriteLine("Waiting for a client"); //客户机连接成功后，发送欢迎信息 string welcome = "Welcome ! "; //字符串与字节数组相互转换 data = Encoding.ASCII.GetBytes(welcome); //发送信息 //newsock.SendTo(data, data.Length, SocketFlags.None, Remote); while (true) { data = new byte[1024]; //得到客户机IP IPEndPoint sender = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0); EndPoint remote = (EndPoint)sender; recv = newsock.ReceiveFrom(data, ref remote); bool isSeek = false; string ipport = remote.ToString(); Console.WriteLine(ipport); for (int i = 0;i< endPointsCount; i++) { if (!string.IsNullOrEmpty(endPoints[i]) && (endPoints[i].Equals(ipport))) { isSeek = true; } } if(isSeek == false) { if (endPointsCount < 999) { endPoints[endPointsCount++] = ipport; //newsock.SendTo(data, data.Length, SocketFlags.None, remote); Console.WriteLine("添加到列表中"); } else { Console.WriteLine("设备太多了"); } } else { Console.WriteLine("已经在列表中"); } Console.WriteLine(Encoding.ASCII.GetString(data, 0, recv)); for (int i = 0; i < endPointsCount; i++) { System.Net.IPAddress IPadr = System.Net.IPAddress.Parse(endPoints[i].Split(':')[0]); System.Net.IPEndPoint EndPoint = new System.Net.IPEndPoint(IPadr, int.Parse(endPoints[i].Split(':')[1])); newsock.SendTo(data, recv, SocketFlags.None, EndPoint); } } } }}

客户端代码

using System.Net;using System.Net.Sockets;using System.Text;namespace UDPClient{ class Program { public static Socket _server = null; public static bool _isClose = false; static void Main(string[] args) { try { byte[] data = new byte[1024]; string input, stringData; //构建TCP 服务器 Console.WriteLine("This is a Client, host name is {0}", Dns.GetHostName()); //设置服务IP，设置TCP端口号 IPEndPoint ipep = new IPEndPoint(IPAddress.Parse("127.0.0.1"), 8889); //定义网络类型，数据连接类型和网络协议UDP Socket server = new Socket(AddressFamily.InterNetwork, SocketType.Dgram, ProtocolType.Udp); _server = server; string welcome = "Hello! "; data = Encoding.ASCII.GetBytes(welcome); server.SendTo(data, data.Length, SocketFlags.None, ipep); data = new byte[1024]; //对于不存在的IP地址，加入此行代码后，可以在指定时间内解除阻塞模式限制 //server.SetSocketOption(SocketOptionLevel.Socket, SocketOptionName.ReceiveTimeout, 100); //创建一个线程接收远程主机发来的信息 Thread myThread = new Thread(ReceiveData); myThread.IsBackground = true; myThread.Start(); while (true) { input = Console.ReadLine(); if (input == "exit") { _isClose = true; break; } server.SendTo(Encoding.ASCII.GetBytes(input), ipep); } Console.WriteLine("Stopping Client."); server.Close(); } catch(Exception ex) { Console.WriteLine(ex.ToString()); } } public static void ReceiveData() { try { IPEndPoint sender = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0); EndPoint Remote = (EndPoint)sender; byte[] data = new byte[1024]; while (true) { try { if (_isClose == true) { break; } int recv = _server.ReceiveFrom(data, ref Remote); Console.WriteLine("Message received from {0}: ", Remote.ToString()); Console.WriteLine(Encoding.ASCII.GetString(data, 0, recv)); } catch (Exception ex) { Console.WriteLine(ex.ToString()); } } } catch(Exception ex) { Console.WriteLine(ex.ToString()); }} }}

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