如何让 2 个客户端在都连接了会面点服务器后直接相互连接？

Question

我正在为两个客户端“A”和“B”编写一个在端口 5555 上侦听的玩具会合点/中继服务器。

它的工作原理是这样的：服务器从第一个连接的客户端 A 收到的每个字节都会发送到第二个连接的客户端 B，即使 A 和 B 不知道各自的 IP：

A -----------> server <----------- B     # they both connect the server first
A --"hello"--> server                    # A sends a message to server
               server --"hello"--> B     # the server sends the message to B

此代码目前正在运行：

# server.py
import socket, time
from threading import Thread
socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
socket.bind(('', 5555))
socket.listen(5)
buf = ''
i = 0

def handler(client, i):
    global buf
    print 'Hello!', client, i 
    if i == 0:  # client A, who sends data to server
        while True:
            req = client.recv(1000)
            buf = str(req).strip()  # removes end of line 
            print 'Received from Client A: %s' % buf
    elif i == 1:  # client B, who receives data sent to server by client A
        while True:
            if buf != '':
                client.send(buf)
                buf = ''
            time.sleep(0.1)

while True:  # very simple concurrency: accept new clients and create a Thread for each one
    client, address = socket.accept()
    print "{} connected".format(address)
    Thread(target=handler, args=(client, i)).start()
    i += 1

您可以通过在服务器上启动它来测试它，并对其进行两次 netcat 连接：nc <SERVER_IP> 5555。

我怎样才能将信息传递给客户端 A 和 B，使他们可以直接相互通信，而不需要通过服务器传输字节？

有两种情况：

• 一般情况，即即使 A 和 B 不在同一个本地网络中

• 这两个客户端在同一个本地网络中的特殊情况（例如：使用同一个家庭路由器），当两个客户端将连接到服务器上的端口 5555 时，这将显示在服务器上：

  ('203.0.113.0', 50340) connected  # client A, router translated port to 50340
  ('203.0.113.0', 52750) connected  # same public IP, client B, router translated port to 52750
  

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备注：之前在这里尝试不成功：UDP or TCP hole punching to connect two peers (each one behind a router) 和UDP hole punching with a third party

Answer 1

由于服务器知道两个客户端的地址，它可以将该信息发送给它们，因此它们将知道彼此的地址。服务器可以通过多种方式发送此数据 - 腌制、json 编码、原始字节。我认为最好的选择是将地址转换为字节，因为客户端将确切地知道要读取多少字节：4 个用于 IP（整数）和 2 个用于端口（无符号短）。我们可以使用以下函数将地址转换为字节并返回。

import socket
import struct

def addr_to_bytes(addr):
    return socket.inet_aton(addr[0]) + struct.pack('H', addr[1])

def bytes_to_addr(addr):
    return (socket.inet_ntoa(addr[:4]), struct.unpack('H', addr[4:])[0])

客户端收到地址并解码后，就不再需要服务器了，可以在它们之间建立新的连接。

据我所知，现在我们有两个主要选项。

• 一个客户端充当服务器。该客户端将关闭与服务器的连接并开始侦听同一端口。这种方法的问题在于，只有当两个客户端都在同一个本地网络上，或者该端口对传入连接开放时，它才会起作用。

• 打孔。两个客户端同时开始相互发送和接受数据。客户端必须在它们用于连接到集合服务器的相同地址上接受数据，该地址彼此是已知的。这将在客户端的 nat 上打一个洞，即使客户端在不同的网络上，它们也可以直接通信。这个过程在这篇文章Peer-to-Peer Communication Across Network Address Translators，第3.4节不同NAT后的对等体中有详细说明。

UDP 打孔的 Python 示例：

服务器：

import socket

def udp_server(addr):
    soc = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    soc.bind(addr)

    _, client_a = soc.recvfrom(0)
    _, client_b = soc.recvfrom(0)
    soc.sendto(addr_to_bytes(client_b), client_a)
    soc.sendto(addr_to_bytes(client_a), client_b)

addr = ('0.0.0.0', 4000)
udp_server(addr)

客户：

import socket
from threading import Thread

def udp_client(server):
    soc = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
    soc.sendto(b'', server)
    data, _ = soc.recvfrom(6)
    peer = bytes_to_addr(data)
    print('peer:', *peer)

    Thread(target=soc.sendto, args=(b'hello', peer)).start()
    data, addr = soc.recvfrom(1024)
    print('{}:{} says {}'.format(*addr, data))

server_addr = ('server_ip', 4000) # the server's  public address
udp_client(server_addr)

此代码要求集合服务器打开一个端口（在本例中为 4000），并且两个客户端都可以访问。客户端可以在相同或不同的本地网络上。该代码在 Windows 上进行了测试，无论使用本地 IP 还是公共 IP，都运行良好。

我已经尝试过 TCP 打孔，但我的成功有限（有时它似乎有效，有时却无效）。如果有人想尝试，我可以包含代码。概念大致相同，两个客户端同时开始发送和接收，在Peer-to-Peer Communication Across Network Address Translators，第4节，TCP打孔中有详细描述。

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如果两个客户端都在同一个网络上，那么相互通信会容易得多。他们必须以某种方式选择哪一个作为服务器，然后他们才能创建正常的服务器-客户端连接。这里唯一的问题是客户端必须检测它们是否在同一个网络上。同样，服务器可以帮助解决这个问题，因为它知道两个客户端的公共地址。例如：

def tcp_server(addr):
    soc = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    soc.bind(addr)
    soc.listen()

    client_a, addr_a = soc.accept()
    client_b, addr_b = soc.accept()
    client_a.send(addr_to_bytes(addr_b) + addr_to_bytes(addr_a))
    client_b.send(addr_to_bytes(addr_a) + addr_to_bytes(addr_b))

def tcp_client(server):
    soc = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_STREAM)
    soc.connect(server)

    data = soc.recv(12)
    peer_addr = bytes_to_addr(data[:6])
    my_addr = bytes_to_addr(data[6:])

    if my_addr[0] == peer_addr[0]:
        local_addr = (soc.getsockname()[0], peer_addr[1])
        ... connect to local address ...

这里服务器向每个客户端发送两个地址，对等方的公共地址和客户端自己的公共地址。客户端比较两个 IP，如果匹配，则它们必须在同一个本地网络上。

Answer 2

接受的答案给出了解决方案。以下是“客户端 A 和客户端 B 在同一个本地网络中” 的情况下的一些附加信息。 如果服务器注意到两个客户端具有相同的公共 IP，则服务器确实可以检测到这种情况。

那么服务器就可以选择Client A作为“本地服务器”，Client B作为“本地客户端”。

然后服务器将向客户端 A 询问其“本地网络 IP”。 Client A can find it with:

import socket
localip = socket.gethostbyname(socket.gethostname())  # example: 192.168.1.21

然后将其发送回服务器。服务器会将这个“本地网络 IP”传递给客户端 B。

然后客户端 A 将运行“本地服务器”：

import socket
soc = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
soc.bind(('0.0.0.0', 4000))
data, client = soc.recvfrom(1024)
print("Connected client:", client)
print("Received message:", data)
soc.sendto(b"I am the server", client)

客户端 B 将作为“本地客户端”运行：

import socket
soc = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
server = ('192.168.1.21', 4000)   # this "local network IP" has been sent Client A => server => Client B
soc.sendto("I am the client", server)
data, client = soc.recvfrom(1024)
print("Received message:", data)