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.NET使用UPnP来穿透NAT

作者:数据库之家  发布日期:2013-02-05 10:50:39
Tag标签:UPnP  穿透NAT  
  • 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 www.it165.net
    
    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。

    示例代码下载:http://down.it165.net/html/201302/254.html

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