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【音视频第16天】详解STUN协议

news 文章来源：https://blog.csdn.net/Magic_o/article/details/130260342 2025/5/5 4:53:48

一个webRTC传输协议搞得自己云里雾里的。现在主动攻克一下。先看看STUN协议。好，我们开始吧

目录

    • 1.讲讲什么是NAT？
    • 2.NAT有啥问题？
    • 3.四种NAT类型
    • 4.STUN Server
    • 5.TURN Server
    • STUN和TURN的实现：
    • 什么是STUN？
    • 为什么需要STUN？

1.讲讲什么是NAT？

在这里插入图片描述
原来这是因为IPV4引起的，我们上网很可能会处在一个NAT设备（无线路由器之类）之后。
NAT设备会在IP封包通过设备时修改源/目的IP地址. 对于家用路由器来说, 使用的是网络地址端口转换(NAPT), 它不仅改IP, 还修改TCP和UDP协议的端口号, 这样就能让内网中的设备共用同一个外网IP. 举个例子, NAPT维护一个类似下表的NAT表：
NAT映射
NAT设备会根据NAT表对出去和进来的数据做修改, 比如将192.168.0.3:8888 发出去的封包 改成120.132.92.21:9202, 外部就认为他们是在和120.132.92.21:9202通信. 同时NAT设备会将120.132.92.21:9202 收到的封包的IP和端口 改成192.168.0.3:8888, 再发给内网的主机, 这样内部和外部就能双向通信了, 但如果其中192.168.0.3:8888 == 120.132.92.21:9202这一映射因为某些原因被NAT设备淘汰了, 那么外部设备就无法直接与192.168.0.3:8888通信了。
我们的设备经常是处在NAT设备的后面, 比如在大学里的校园网, 查一下自己分配到的IP, 其实是内网IP, 表明我们在NAT设备后面, 如果我们在寝室再接个路由器, 那么我们发出的数据包会多经过一次NAT.

2.NAT有啥问题？

  1. NAT超时，在链路上一段时间内没有数据通讯后, 会淘汰NAT表中的对应项, 造成链路中断，超时时间一般是5分钟。
    解决方案：通常我们TCP长连接的心跳设置的时间间隔为3-5分钟。
  2. NAT墙，所有外界对内网的请求，到达NAT的时候，都会被NAT丢弃，如果我们处于一个NAT设备后面，将无法得到任何外界数据。简言之， == 你躲在NAT后面，别人没办法请求你了。==
    解决方案：就是如果我们A主动往B发送一条信息，这样A就在自己的NAT上打了一个B的洞。这样A的这条消息到达B的NAT的时候，虽然被丢掉了，但是如果B这个时候在给A发信息，到达A的NAT的时候，就可以从A之前打的那个洞中，发送给到A手上了。
    简单来讲，就是如果A和B要进行通信，那么得事先A发一条信息给B，B发一条信息给A。这样提前在各自的NAT上打了对方的洞，这样下一次A和B之间就可以进行通信了。

3.四种NAT类型

在STUN标准中，根据私网IP地址和端口到NAT出口的公网IP地址和端口的映射方式，把NAT分为如下四种类型。
1.1 基础型NAT
仅将内网主机的私有IP地址转换成公网的IP地址，并不将TCP/UDP端口信息进行转换，分为静态NAT和动态NAT。
1.2 NAPT
NAPT不但会改变经过这个NAT设备的IP数据报的IP地址，还会改变IP数据报的TCP/UDP端口。
在这里插入图片描述
STUN中定义的NAT类型，RFC3489 中将 NAT 的实现分为四大类：

  1. Full Cone NAT（完全锥型NAT）
    所有从同一个私网IP地址和端口（IP1:Port1）发送过来的请求都会被映射成同一个公网IP地址和端口（IP:Port）。并且，任何外部主机通过向映射的公网IP地址和端口发送报文，都可以实现和内部主机进行通信。
    这是一种比较宽松的策略，只要建立了私网IP地址和端口与公网IP地址和端口的映射关系，所有的Internet上的主机都可以访问该NAT之后的主机。
    设备只是从192.168.1.101 发送给216.93.246.18，但是216.93.246.15可以直接给192.168.1.101发数据，这种即是Full Cone NAT
    在这里插入图片描述

  2. Restricted Cone NAT（限制锥型NAT）
    所有从同一个私网IP地址和端口（IP1:Port1）发送过来的请求都会被映射成同一个公网IP和端口号（IP:Port）。与完全锥型NAT不同的是，当且仅当内部主机之前已经向公网主机发送过报文，此时公网主机才能向私网主机发送报文。

192.168.1.101需要先给216.93.246.18和216.93.246.15发消息，这两个服务器地址才可以给192.168.1.101回复，这个只是匹配IP地址，不会去检测端口，这就是Restricted Cone NAT

在这里插入图片描述
只有收过NAT内部送来的封包的地址才能将封包送入

  1. Port Restricted Cone NAT（端口限制锥型NAT）
    与限制锥型NAT很相似，只不过它包括端口号。也就是说，一台公网主机（IP2:Port2）想给私网主机发送报文，必须是这台私网主机先前已经给这个IP2和port2发送过报文。
    需要内网先给两个服务器发送请求，才可以正常收到服务器回复数据包 ，但是会严格匹配IP和端口号
    在这里插入图片描述
    只有收过NAT内部送来的封包的地址和端口号才能将封包送入

  2. Symmetric NAT（对称NAT）
    所有从同一个私网IP地址和端口发送到一个特定的目的IP地址和端口的请求，都会被映射到同一个IP地址和端口。如果同一台主机使用相同的源地址和端口号发送报文，但是发往不同的目的地，NAT将会使用不同的映射。此外，只有收到数据的公网主机才可以反过来向私网主机发送报文。
    请求和回复必须要对应才可以，只有有请求才能够访问内网主机
    在这里插入图片描述
    Symmetric NAT只允许先由私有网络內的使用者发送封包到公网网路中的使用者 可以回传封包

举例说明:
这些区别指的是这个蓝色的圆圈的区别
（一）NAT使用案例

公网server1 ip是1.1.1.1， 监听端口是1111 【注意这里的公网可以理解为目的ip，如果两端通信，这就是对端。不是我们在开发环境的时候的服务器的公网ip】
公网server2 ip是2.2.2.2， 监听端口是2222
NAT router ip是8.8.8.8 NAT内部client是192.168.0.3

client发送数据的时候，不管是tcp还是udp必须本地绑定一个端口，一般来讲，这个过程都是自动的。假定client(192.168.0.3, 100)给 server(1.1.1.1, 1111)发送报文，报文到达路由器，路由器在自己的公网ip上开辟一个端口800，从而建立了一个隐射关系(8.8.8.8, 800)<—>(192.168.0.3, 100), 建立映射关系后，所以(192.168.0.3, 100)和(1.1.1.1, 1111)之间的报文都通过这个映射关系进行转发。
在这里插入图片描述
（二）NAT之间主要的区别分两种情况讨论
【发出去的区别，想发给别人走不走老路】
1:client(192.168.0.3, 100)和server(1.1.1.1, 1111)在路由器上建立好映射关系后，如果client(192.168.0.3, 100)又给(2.2.2.2, 2222)发送数据，路由器该怎么处理呢?
1, 复用旧的映射关系(8.8.8.8, 800)<—>(192.168.0.3, 100)和(2.2.2.2, 2222)通信, 这就是锥型(Cone) NAT—（分为下面的3个小类）
2, 创建新的映射关系(8.8.8.8, 801)<—>(192.168.0.3, 100)和(2.2.2.2, 2222)通信, 这就是对称型NAT
注: (8.8.8.8, 801)只是举例，到底用什么端口取决于路由器的端口管理策略，总之是另外的一个端口，有的路由器有多个公网IP，不同的IP也会参与到这个映射关系中。
【收到的区别，收到另一个端】
2:client(192.168.0.3, 100)和server(1.1.1.1, 1111)在路由器上建立好映射关系后，如果这个时候路由器(8.8.8.8)在800端口上收到从另外一台server(2.2.2.2, 2222)发来的数据，是不是应该转发给(192.168.0.3, 100)呢？
有四种情况:
1, 无条件转发给(192.168.0.3, 100)， 这就是 全锥型(Full Cone) NAT。
2, 如果(192.168.0.3, 100)之前给**(2.2.2.2)发送过数据，则转发， 这就是受限锥型(Restricted Cone)。
3, 如果(192.168.0.3, 100)之前给(2.2.2.2, 2222)发送过数据，则转发， 这就是端口受限锥型(Port Restricted Cone)。
4, 丢弃报文，拒绝转发, 这就是对称型NAT**。
从上面也描述也可以看出，安全性系数, 对称型 > 端口受限锥型 > 受限锥型 > 全锥型

4.STUN Server

1.STUN Server主要做了两件事：
（1）接受客户端的请求，并且把客户端的公网IP、Port封装到ICE Candidate中。
（2）通过一个复杂的机制，得到客户端的NAT类型。
完成了这些STUN Server就会这些基本信息发送回客户端，然后根据NAT类型，来判断是否需要TURN服务器协调进行下一步工作。
我们来讲讲这两步具体做了什么吧：
第一件事就不用说了，其实就是得到客户端的请求，把源IP和Port拿到，添加到ICE Candidate中。
在这里插入图片描述
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原理：客户端向STUN服务器发包，会有源ip、port，目的ip和port。STUN服务器收到包，可以解析出包的源IP和port，可以把这个数据再传回去。

来讲讲第二件事，STUN是如何判断NAT的类型的：
假设B是客户端，C是STUN服务器，C有两个公网IP分别为IP1和IP3：
STEP1.判断客户端是否在NAT后：
客户端B向STUN服务器C发送一个UDP 包（随便一个包，目的地址是C ip1,port1源地址是ip,port）。C收到这个包（源地址可能变了）后，会把C收到包的源IP和port（IP2,PORT2）写到UDP包中，然后把此UDP包发给B。这个IP2,PORT2也就是NAT的外网 IP和port，（也就是说你在STEP1中就得到了NAT的外网IP）。
一般情况下，C返回给B的这个UDP包B一定能收到（因为打洞了）。如果在你的应用中，向一个STUN服务器发送数据包后，你没有收到STUN的任何回应包，那只有两种可能：1、STUN服务器不存在，或者你弄错了port。2、你的NAT拒绝一切UDP包从外部向内部通过。

当B收到此UDP（含有IP2,PORT2）后，把此UDP中的IP2和自己的IP做比较，如果是一样的，就说明自己是在公网，下步NAT将去探测防火墙类型，我不想多说。如果不一样，说明有NAT的存在，系统进行STEP2的操作。

STEP2.判断是否处于Full Cone Nat下：
B向C的IP1发送一个UDP包，请求C通过另外一个IP2和PORT（不同与SETP1的IP1）向B返回一个UDP数据包（现在知道为什么C要有两个IP了吧，虽然还不理解为什么，呵呵）。
我们来分析一下，如果B收到了这个数据包，那说明什么？说明NAT来着不拒，不对数据包进行任何过滤，这也就是STUN标准中的full cone NAT。遗憾的是，Full Cone Nat太少了，这也意味着你能收到这个数据包的可能性不大。如果没收到，那么系统进行STEP3的操作。

STEP3.判断是否处于对称NAT下：
B向C的IP2，port2发送一个数据包，C收到数据包后，把它收到包的源IP和port写到UDP包中，然后通过自己的IP3和port3把包含C收到B的源IP和port的包（IP4,PORT4）发还给B。
和step1一样，B肯定能收到这个回应UDP包。此包中的port是我们最关心的数据，下面我们来分析：
如果这个（IP4,PORT4）port和step1中的（IP2,PORT2）port一样，那么可以肯定这个NAT是个CONE NAT，否则是对称NAT。道理很简单：根据对称NAT的规则，当目的地址的IP和port有任何一个改变，那么NAT都会重新分配一个port使用，而在step3中，和step1对应，我们改变了IP和port。因此，如果是对称NAT,那这两个port肯定是不同的。
如果在你的应用中，到此步的时候PORT是不同的，那么这个它就是处在一个对称NAT下了。如果相同，那么只剩下了restrict cone 和port restrict cone。系统用step4探测是是那一种。

STEP4.判断是处于Restrict Cone NAT还是Port Restrict NAT之下：
B向C的IP1的一个端口port1发送一个数据请求包，要求C用IP1和不同于PORT1的port3返回一个数据包给B。
我们来分析结果：如果B收到了，那也就意味着只要IP相同，即使port不同，NAT也允许UDP包通过。显然这是Restrict Cone NAT。如果没收到，没别的好说，Port Restrict NAT.
到这里STUN Server一共通过这4步，判断出客户端处于什么类型的NAT下，然后去做后续的处理：
这4步都会返回给客户端它的公网IP、Port和NAT类型，除此之外：

  1. 如果A处于公网或者Full Cone Nat下，STUN不做其他的了，因为其他客户端可以直接和A进行通信。
    在这里插入图片描述
  2. 如果A处于Restrict Cone或者Port Restrict NAT下，STUN还会协调TURN进行NAT打洞。
    在这里插入图片描述
  3. 如果A处于对称NAT下，那么点对点连接下，NAT是无法进行打洞的。所以为了通信，只能采取最后的手段了，就是转成C/S架构了，STUN会协调TURN进行消息转发。
    在这里插入图片描述
    【彻底搞明白了！！！！！】

5.TURN Server

  1. 为NAT打洞：
    如果A和B要互相通信，那么TURN Server，会命令A和B互相发一条信息，这样各自的NAT就留下了对方的洞，下次他们就可以之间进行通信了。

  2. 为对称NAT提供消息转发：
    当A或者B其中一方是对称NAT时，那么给这一方发信息，就只能通过TURN Server来转发了。

最后补充一下，为什么对称NAT无法打洞：
假如A、B进行通信，而B处于对称NAT之下，那么A与B通信，STUN拿到A，B的公网地址和端口号都为10000，然后去协调TURN打洞，那么TURN去命令A发信息给B，则A就在NAT打了个B的洞，但是这个B的洞是端口号为10000的洞，但是下次B如果给A发信息，因为B是对称NAT，它给每个新的IP发送信息时，都重新对应一个公网端口，所以给A发送请求可能是公网10001端口，但是A只有B的10000端口被打洞过，所以B的请求就被丢弃了。
显然Server是无法协调客户端打洞的，因为协调客户端打得洞仅仅是上次对端为Server发送端口的洞，并不适用于另一个请求。

最后的最后再补充一点，就是NAT打的洞也是具有时效性的，如果NAT超时了，那么还是需要重新打洞的。

对称nat无法穿透，这个说法不正确，对称nat与full cone nat、对称nat 与 ip受限cone、是可以穿透的，对称nat与 端口受限、对称nat与对称nat，不可穿透。
1、full cone 全椎
2、Restricted Cone ip受限
3、port Restricted Cone 端口受限
4、Symmetric 对称。
穿透关系：上述4种类型，如果定义他们的值为序列号，N为序列号相加。则N<=6可穿透。
2 和 4 序列相加 = 6 则可穿透。 3(端口受限)和4（对称）= 7 不可穿透。

STUN和TURN的实现：

什么是STUN？

P2P网络要求通信双方都能主动发起访问，但是NAT设备的存在，却阻断了这种主动访问，导致P2P应用无法正常运行。STUN是一种解决P2P应用NAT穿越问题的常用技术。它允许网络设备找出通信端点经NAT设备后的IP地址和端口号，并利用这些信息在通信双方之间建立一条可以穿越NAT设备的数据通道，实现P2P通信。

为什么需要STUN？

随着IPv4地址的枯竭，NAT功能部署越来越广泛。为了避免来自外部网络的攻击，保护网络内部的主机，NAT会过滤掉一些外网主动发送到内网的报文。因此，NAT技术虽然在一定程度上解决了IPv4地址短缺的问题，却破坏了点到点P2P（Point to Point）网络的通信。因为在P2P网络中要求通信双方都能主动发起访问，而NAT设备的存在却阻断了这种主动访问。

为了解决NAT设备给P2P网络带来的问题，出现了一些适用于P2P网络的NAT穿越技术。例如反向链接技术、应用层网关ALG（Application Level Gateway）技术、打洞技术(Hole Punching)、中间件技术等。

NAT会话穿越应用程序STUN（Session Traversal Utilities for NAT）是一种由RFC定义的网络协议，用于检测网络中是否存在NAT设备，并获取两个通信端点经NAT设备分配的IP地址和端口号。然后在两个通信端点之间建立一条可穿越NAT的P2P链接，实现P2P通信，这一过程也被形象的称为“打洞”。STUN无需现有NAT设备做任何改动，只需在组网中部署一台STUN服务器，操作起来比较简单，因此得到广泛应用。

引用：
https://www.jianshu.com/p/84e8c78ca61d
https://blog.csdn.net/lisemi/article/details/97672734?spm=1001.2014.3001.5502
https://blog.csdn.net/sj349781478/article/details/128209111#:~:text=%E4%B8%80%E8%88%AC%E6%9D%A5%E8%AE%B2%EF%BC%8C%20NAT%E5%8F%AF%E4%BB%A5%E5%88%86%E4%B8%BA%E5%9B%9B%E7%A7%8D%E7%B1%BB%E5%9E%8B%EF%BC%8C%E5%88%86%E5%88%AB%E6%98%AF%3A%201%2C%20%E5%85%A8%E9%94%A5%E5%9E%8B%20%28Full%20Cone%29%202%2C%20%E5%8F%97%E9%99%90%E9%94%A5%E5%9E%8B,Cone%29%2C%20%E6%88%96%E8%80%85%E8%AF%B4%E6%98%AF%20IP%20%2B%20PORT%E5%8F%97%E9%99%90%E9%94%A5%E5%9E%8B%204%2C%20%E5%AF%B9%E7%A7%B0%E5%9E%8B%20%28Symmetric%29

https://blog.csdn.net/wgl307293845/article/details/120450626

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编程日记 2023/4/27 23:38:21

「SQL面试题库」 No_46 交换工资

&#x1f345; 1、专栏介绍 「SQL面试题库」是由 不是西红柿 发起&#xff0c;全员免费参与的SQL学习活动。我每天发布1道SQL面试真题&#xff0c;从简单到困难&#xff0c;涵盖所有SQL知识点&#xff0c;我敢保证只要做完这100道题&#xff0c;不仅能轻松搞定面试&#xff0…...

编程日记 2023/4/27 23:33:19

SLAM论文速递【SLAM—— RDS-SLAM:基于语义分割方法的实时动态SLAM—4.24（1）

论文信息 题目&#xff1a; RDS-SLAM:Real-Time Dynamic SLAM Using Semantic Segmentation Methods RDS-SLAM:基于语义分割方法的实时动态SLAM论文地址&#xff1a; https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber9318990发表期刊&#xff1a; IEEE Access ( Volum…...

编程日记 2023/5/29 19:50:54

OJ练习第82题——填充书架

填充书架 力扣链接&#xff1a;1105. 填充书架 题目描述 给定一个数组 books &#xff0c;其中 books[i] [thicknessi, heighti] 表示第 i 本书的厚度和高度。你也会得到一个整数 shelfWidth 。 按顺序 将这些书摆放到总宽度为 shelfWidth 的书架上。 先选几本书放在书架…...

编程日记 2023/5/31 0:20:32

OHOS IDE和SDK的安装方法

参照OpenHarmony应用开发环境安装流程&#xff0c;下载安装OHOS的IDE&#xff0c;过程中需要全程联网。 IDE&#xff0c;安装至D:\Tools\Huawei\DevEcoStudio。 IDE安装成功之后&#xff0c;按照提示下载安装HOS和OHOS的SDK。 nodejs&#xff0c;安装至D:\Tools\Huawei\nodejs…...

编程日记 2023/6/1 3:52:26

New Year Garland(计数类DP)

New Year Garland 题意 ​ 用m种颜色的球装饰n层的圣诞树&#xff0c;圣诞树的第i层由 l i l_{i} li​个彩球串成&#xff0c;且同一层相邻的球颜色不同&#xff0c;相邻的层之间彩球颜色的集合不同&#xff0c;问有多少种方案&#xff0c;对p取模。 分析 ​ 首先先计算每一…...

编程日记 2023/4/27 23:13:14

32岁阿里P7，把简历改成不知名小公司，学历改成普通本科，工作内容不变，投简历全挂！...

hr靠什么来招人&#xff1f; 一位猎头讲述了自己和朋友打赌的故事&#xff1a; 朋友在阿里云&#xff0c;32岁&#xff0c;P7&#xff0c;他把简历上的公司改成不知名&#xff0c;学历改成普通本科&#xff0c;工作内容不变&#xff0c;结果投其他公司&#xff08;比如京东&…...

编程日记 2023/4/27 23:08:13

从三室心脏MRI影像检测主动脉瓣病变

Detecting Aortic Valve Pathology from the 3-Chamber Cine Cardiac MRI View 摘要 背景 心脏磁共振(CMR)是量化心脏容量、功能和血流量的金标准。定制的MR脉冲序列定义了对比机制&#xff0c;采集几何形状和定时&#xff0c;可以在CMR期间应用&#xff0c;以实现独特的组织…...

编程日记 2023/4/27 23:03:12

【JavaWeb】JavaScript

1、JavaScript 介绍 Javascript 语言诞生主要是完成页面的数据验证。因此它运行在客户端&#xff0c;需要运行浏览器来解析执行 JavaScript 代码。 JS 是 Netscape 网景公司的产品&#xff0c;最早取名为 LiveScript;为了吸引更多 java 程序员。更名为 JavaScript。 JS 是弱…...

编程日记 2023/4/27 22:58:11

Apache Doris 1.2.4 Release 版本正式发布｜版本通告

亲爱的社区小伙伴们&#xff0c;我们很高兴地宣布&#xff0c;Apache Doris 于 2023 年 4 月 27 日迎来 1.2.4 Release 版本的正式发布&#xff01;在 1.2.4 版本中&#xff0c;Doris 团队已经修复了自 1.2.3 版本发布以来近 150 个问题或性能改进项。同时&#xff0c;1.2.4 版…...

编程日记 2023/5/29 19:52:47

【C++STL】map

文章目录 一. map的介绍二. map的使用结束语 一. map的介绍 map是关联容器&#xff0c;它按照特定的次序&#xff08;按照key来比较&#xff09;存储由键值key和值value组合而成的元素在map中&#xff0c;键值key通常用于排序和唯一地标识元素&#xff0c;而value中存储与此键值…...

编程日记 2023/6/1 11:27:43