python - 如何让 2 个客户端在都连接到会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 上监听的玩具交汇点/中继服务器。

它是这样工作的:服务器从第一个连接的客户端 A 接收到的每个字节都将发送到第二个连接的客户端 B，即使 A 和 B 不知道他们各自的 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

此代码当前有效:

# 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，并对其进行两个 netcat 连接:nc <SERVER_IP> 5555 .

然后我如何将信息传递给客户端 A 和 B，使它们可以直接相互对话，而无需通过服务器传输字节？

有2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)，当这两个客户端连接到端口 5555 上的服务器时，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:这里是之前的不成功尝试: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他们，这样他们就会知道彼此的地址。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，因为客户端将确切知道要读取多少字节:4 个用于 IP(整数)，2 个用于端口(unsigned short)。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])

当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监听同一端口。这种方法的问题是，只有当两个客户端都在同一个本地网络上，或者如果该端口对传入连接开放时，它才会起作用。

• 打洞。两个客户端同时开始发送和接受来自对方的数据。客户端必须在它们用于连接到彼此已知的会合服务器的相同地址上接受数据。这会在客户端的 nat 中打一个洞，即使客户端在不同的网络上，也可以直接通信。此过程在本文中有详细说明 Peer-to-Peer Communication Across Network Address Translators ，第 3.4 节不同 NAT 后面的对等点。

UDP 打洞的 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。客户端可以位于相同或不同的本地网络上。该代码在 Windows 上进行了测试，无论是使用本地 IP 还是公共(public) IP，它都运行良好。

我已经尝试过 TCP 打洞，但只取得了有限的成功(有时它似乎有效，有时却无效)。如果有人想试验，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 中有详细描述。 , 第 4 节，TCP 打洞。

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如果两个客户端都在同一个网络上，那么彼此之间的通信就会容易得多。他们将不得不以某种方式选择哪一个将成为服务器，然后他们可以创建一个正常的服务器-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(public)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(public)地址和客户端自己的公共(public)地址。客户端比较两个 IP，如果它们匹配则它们必须在同一本地网络上。