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.NET使用UPnP来穿透NAT
.NET 暂无评论 阅读(1,535)

在写完Object 672后,软件的一个致命问题暴露出来,如果服务器和客户端都在内网环境下,即双方都通过NAT来接触外网,那么此时客户端是无法直接和服务器交流的。

解决方案可以是:

1:把服务器部署在不存在NAT的公网环境下。

2:使用常见的NAT穿透方法比如UDP打洞,或者STUN协议,但是这些方法都需要另一个已知的部署在公网环境下的服务器。

3:就是这篇文章主要讨论的方案,即不需要部署任何公网环境下的服务器,通过路由器支持的UPnP协议来把内网的接口绑定到公网接口上。

UPnP的一大优势就是不会像UDP打洞那样,内网接口不需要先向外部接口发送UDP包来把绑定的公网接口告诉NAT,而且对于对称NAT,UDP打洞是无效的。而UPnP一旦设置成功后,内网接口完全以绑定的公网接口暴露在公网中。

 

演示程序的运行是这样的:

image

 

具体过程:

1. 输出用户Host Name和内网IP地址。

2. 通过UPnP把内网IP地址,内部端口号绑定到一个外部端口号上。

3. 通过HTTP从外部网站获取公网IP地址。

4. 在内网中创建TCP Socket服务器。

5. 建立另一个TCP Socket客户端,然后尝试连接上面获取的公网IP和UPnP绑定的外部端口。

6. 如果一切没有问题的话,此时会成功连接到服务器,并收到回应!

 

在.NET环境下使用Windows的UPnP组件需要现在工程中引用:NATUPnP 1.0 Type Library,这是一个COM类库。

下面开始逐句分析源代码,源代码均拟用户已加入下列命名空间:

using System.Net;                     

using System.Net.Sockets;            

using System.Text.RegularExpressions;  //提取IP时的正则

using System.Threading.Tasks;          //Task

using System.IO;                       //读取服务器信息用到StreamReader

using NATUPNPLib;                      //Windows UPnP COM组件

 

首先输出本机(也就是内网接口信息),这个很简单了:

//获取Host Name

var name =Dns.GetHostName();

Console.WriteLine("用户:"+ name);

//从当前Host Name解析IP地址,筛选IPv4地址是本机的内网IP地址。

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

Console.WriteLine("内网IP:"+ ipv4);

 

接 下来就是设置UPnP了,首先需要初始化UPnPNAT类型(他是一个接口,只不过通过CoClass特性把执行导向UPnPNATClass类型),接 着通过UPnPNAT的StaticPortMappingCollection来添加或者删除UPnP绑定。注意在没有路由器或者路由器的UPnP不开 启的情况下,StaticPortMappingCollection属性可能会返回null。

 

代码如下:

Console.WriteLine("设置UPnP");

//UPnP绑定信息

var eport =8733;

var iport =8733;

var description ="Mgen测试";

 

//创建COM类型

var upnpnat =newUPnPNAT();

var mappings = upnpnat.StaticPortMappingCollection;

 

//错误判断

if (mappings ==null)

{

    Console.WriteLine("没有检测到路由器,或者路由器不支持UPnP功能。");

    return;

}

 

//添加之前的ipv4变量(内网IP),内部端口,和外部端口

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

 

Console.WriteLine("外部端口:{0}", eport);

Console.WriteLine("内部端口:{0}", iport);

 

如果成功后,你应该可以在路由器的UPnP选项中看到这些数据:

image

 

设置好UPnP后,开始获取外网IP地址,可以通过这个网址(http://checkip.dyndns.org/)。此时只需要发送一个HTTP GET请求,然后把返回的HTML中的IP地址提取出来就可以了,我们用正则来提取IP地址。

代码如下:

//外网IP变量

string eip;

//正则

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("外网IP:"+ eip);

 

OK,这个时候(如果一切顺利的话),一切准备工作都做好了。我们有了:内网IP,内部端口,外网IP,外部端口。那么就可以做一个TCP连接做测试了。

 

直接建立一个TCP服务端,代表在NAT下的服务器,注意端口号要绑定到UPnP设置时的内部端口。

代码:

//在NAT下的服务器

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

//绑定内网IP和内部端口

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

socket.Listen(1);

 

//在另一个线程中运行客户端Socket

Task.Run(() =>

    {

        Task.Delay(1000);

        ClientSocket(eip, eport);

    });

 

//成功连接

var client = socket.Accept();

//服务器向客户端发送信息

client.Send(Encoding.Unicode.GetBytes("=== 欢迎来到Mgen的服务器!==="+Environment.NewLine));

 

Console.ReadKey(false);

 

上 面的ClientSocket方法就是客户端的Socket连接执行,注意TCP协议是不保留数据边界的,因此服务器在发送消息时,后面加了个换行符 (Environment.NewLine),然后在客户端接受数据时,使用Socket –> NetworkStream –> StreamReader的嵌套组合,最后由StreamReader的ReadLine读取数据,这样确保会读到最后的换行符。

 

ClientSocket方法的执行代码:

//ip参数和port参数是公网的IP地址,和UPnP中的外部端口

staticvoid ClientSocket(string ip, int port)

{

    try

    {

        Console.WriteLine("建立客户端TCP连接");

        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))

        {

            Console.WriteLine("收到来自服务器的回应:");

            Console.WriteLine(sr.ReadLine());

        }

    }

    catch (Exception ex)

    {

        Console.WriteLine(ex.Message);

    }

}

OK。

 

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源代码环境:Microsoft Visual Studio Express 2012 for Windows Desktop
注意:源代码不包含引用的外部类库文件

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本文作者:Bruce
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