搭建P2P网络的原理

[axetroy]

最近在研究P2P技术，奈何相关资料不多，自己琢磨了一下，分享一下学习P2P的一些原理, 以及如何打造一个P2P聊天应用。

这里指的P2P是指peer to peer， 点对点的技术， 每个客户端都是服务端，没有中心服务器，不是websocket针对某个connection推送消息。

技术要点

• udp协议
• 节点之间的建立，连接和广播
• 内网穿透，如何能让两个处在内网的节点，相互发现自己的存在，并且建立通信

原理

首先解决的是内网穿透的问题，常见的底层协议tcp，udp，他们各自有优缺点，简单说明一下。
tcp：需要处理粘包问题，双工流通道，是可靠的链接。
udp： 每次发送的都是数据包，没有粘包问题，但是连接不可靠，只能传输少量数据

更加详细的请Google

这里选择udp协议，简单一些。

再下来是内网穿透，先说结论： 两个处于不同内部网络的节点，永远无法发现他们之间的相互存在，你就算是想顺着网线过去打他都不行。

所有的内网穿透原理无外乎需要一个有公网ip的中介服务器，包括虚拟货币像比特币之类的，所以首先要有一个创世节点

在NodeJS中，创建udp服务也很简单

const dgram = require("dgram");
const udp = dgram.createSocket("udp4");
udp.bind(1090, callback)

把服务部署要公网，那么其他所有的节点都能访问，通过中转服务器，能够使得两个节点可以建立连接

我们是要建立这样的P2P网络

假如现在只有3个节点： 创世节点, B节点, C节点， 创世节点有公网IP

我用对话的形式，阐述他们建立链接的过程:

B节点: hey，创世节点，我要加入到P2P网络里面，告诉其他兄弟，我来了
创世节点: 兄弟们，刚刚有个叫做B的节点加入网络了，你们也去告诉其他节点
其他节点: 刚刚收到来自 "创世节点"的通知，有个fresh meet加入网络了，叫做 "B"

...
至此，所有人都知道了B节点加入了网络，里面记载着B节点的相关信息，包括IP地址，包括udp端口号

此时C节点也要加入网络，并且想要和B节点对话:

C节点: hey，创世节点，我要加入到P2P网络里面，并且我要和B对话
创世节点: 兄弟们，刚刚有个叫做B的节点加入网络了，你们也去告诉其他节点，顺便看看有没有B这个节点
其他节点: 刚刚收到来自 "创世节点"的通知，有个fresh meet加入网络了，叫做 "C"，你们也看看有没有B这个节点
其他节点2: 收到通知，听说一个叫做C的节点在找一个B节点，我这里有它的信息，ip是xxxx.xxxx.xxx.xxxx, 端口10086
B节点: 有个C的家伙(ip: xxxx.xxxx.xxxx.xxxx, 端口1000)要找我

到这里，B获取到了C的信息，包括IP和端口，C也拿到了B的信息.

于是，他们两个就可以建立通信。消息流: B <----> C. 中间不经过任何服务器

用一张图来形容:

总结

在设计中，每个节点的功能都是一样的。如果需要加入到网络中，不一定跟创世节点链接

假设已存在的节点: 创世节点，A、B、C节点，此时有个D节点想要加入到网络。

那么D节点不一定非得链接到创世节点，可以链接到A、B、C中的任意一个节点，然后该节点再广播给其他节点说"Hey, 有个新人叫做D的加入了网络"。

这样所有人都知道，有个叫做D的节点存在，你可以和它通信，同时D节点和会同步已存在的节点。这样D节点也知道了其他节点的存在了。

最后

基于这一原理，可以打造出一个P2P的聊天应用，没有中间商赚差价。

这只是一些基本原理，离实际应用还差很多，有很多坑，比如D节点退出网络之后，要广播 “D节点退出网络了，把这个节点注销了吧，这波没他"，还有消息加密，通信的双向验证(A节点想要B节点通信，但是不需要B节点的同意)等等，坑太多，填不完

原计划是搭建这么一个网络，然后写个electron的聊天应用，但是精力有限，就这样了。代码(写的丑，轻拍)

文字功底有点差，表述不清楚，见谅，如文中有误，欢迎指正与交流。

[XadillaX]

亲，有兴趣来我厂吗？

[axetroy]

@XadillaX
肯定有呀，不过杭州对我太远了

[XadillaX]

你是哪的哇

[axetroy]

@XadillaX
南宁，年后正要下海..哦不，下深圳:joy:

[plh97]

大神，我又来了，我刚刚才从github 拿到token，现在准备利用token登录，然后和你一样把博客内容写在issue里面，但是又有点问题，我该如何过滤不要显示别人发起的issue，只显示我自己发的 。。issue，，，好吧，我先fork你的blog看看什么源码

[Zephylaci]

我有个疑问...
C和B是怎么不通过中间服务器通信得...
只是通过ip和端口没法穿透到两个处于内网得服务器吧..
举个例子，假设我是B位于天翼网关下面第二层路由下，创始节点能获取到我的公网ip也只是能得到天翼网关得地址，像网关请求显然我是不知道也不会有回应得呀?

[axetroy]

@Tarhyru
一样的，内网穿透的原理都是这样，两个处在内网的服务器 B 和 C，一定需要一个中间服务器才能建立链接

B 和 C 都处在二层路由，但是天翼网关的一层路由的某个端口是映射到二级路由的，所以中间服务器只需要获取一级路由的 IP 和端口就行了。

[Zephylaci]

@axetroy
那如果我想人为复现这个现象应该怎么作呢？
我发现，我在本地ping我得公网ip，有回应，直接连接80端口是天翼网关
但是，我在别的环境，比如阿里云上Ping这个公网ip没有回应...（但是 who 指令看到的ip和我pin的是同一个..）ping都Ping不通就更谈不上连接了...
所以，我只能内网通过SSH 反向代理到阿里云上，再在阿里云上通过正向代理将端口映射出去..
其它环境正向连接阿里云映射的端口可以连接到我的本地...
然后，问题来了，这个连接会经过阿里云中转，也就是说连接速度受限于阿里云的带宽...
所以我想知道，有没有一种办法..像这个描述一样，通过中间节点建立连接，而不受限于中间节点得带宽？

[axetroy]

@Tarhyru
中间节点仅仅是帮助两个处在内网的节点相互发现对方的存在，之后就没他什么事了，所以，不受限中间节点的带宽

[Zephylaci]

@axetroy
好吧..这个道理我是明白了...
现在我想知道...怎么实现一个只帮助两个内网节点发现对方存在的中间节点...同时这两个相互发现的节点还能通信.....
昨天我telnet上天翼网关发现它就是一台linux服务器....连上发现外面还有一层....所以我从阿里云通过公网ip ping不到，但是telnet指令可以穿透..在网关上，Ping不通内网的机子..但是可以ping通公网的..内网的机子可以ping通网关...
现在我应该去查哪方面的内容..来实现我这个小需求？..我找内网穿透中间代理，一水的SSH....
但是..通过SSH代理实现互相发现..明显是受限于代理的带宽...
我现在想的是..在网关上用iptables作转发....但是网关连接不到内层的路由或者机子..转发给谁..又是一个问题...

[axetroy]

@Tarhyru

https://github.com/axetroy/p2p-chat/blob/a7153e0115597026c65a6760da38e48edd72fb29/router.js#L135

这是 UDP 协议的实现，只要是 socket 链接，都可以获取到它的 remoteAddress 和 remotePort

A 机器:

remoteAddress: 123.123.123.123
remotePort: 61231

B 机器:

remoteAddress: 321.321.321.321
remotePort: 41231

过程

A --> 中间节点 (此时中间节点知道了 A 机器的 remoteAddress 和 remotePort, 并且给它起个名字叫做 A)

B --> 中间节点 (此时中间节点知道了 B 机器的 remoteAddress 和 remotePort, 此时 B 机器并不知道 A 机器的存在)

B (我要连接A机器)--> 中间节点

B <--(这是它的IP: 123.123.123.123, 端口: 61231, 你们自己玩去，别烦我) 中间节点

B --> A

[Zephylaci]

这么高级的..研究研究..
总之，谢谢解答

[jianglin-wu]

直接用 WebRTC 应该会好搞一些，使用 STUN 来穿墙，不行就使用 TURN 中继。服务端有开源的 Kurent 和 Licode。

[plh97]

流弊

[alsotang]

@XadillaX 哪个厂啊？我有兴趣