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

我正在编写一个玩具 meeting-point/relay 服务器，为两个客户端 "A" 和 "B" 在端口 5555 上侦听。

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会发送给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。

然后我怎样才能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个案例：

一般情况，即即使 A 和 B 不在同一本地网络中
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），这将在两个客户端连接到服务器端口时显示在服务器上5555:
```
('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
```

备注：这里之前的一次不成功的尝试：UDP 或 TCP 打洞连接两个对等点（每个在路由器后面）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侦听同一端口。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。
打孔。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 Peer-to-Peer Communication Across Network Address Translators 的第 3.4 节不同 NAT 背后的对等点中有详细说明。

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。客户端可以位于相同或不同的本地网络上。该代码在 Windows 上进行了测试，并且在使用本地或 public IP 时运行良好。

我尝试过 TCP 打洞，但收效甚微（有时似乎有效，有时无效）。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 第 4 节，TCP 打孔中有详细描述。

如果两个客户端都在同一个网络上，相互之间的通信会容易得多。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 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，对端的public地址和客户端自己的public地址。客户端比较两个 IP，如果匹配则它们必须在同一本地网络上。

Answer 2

接受的答案给出了解决方案。以下是案例 "Client A and Client B are in the same local network" 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 public IP，则服务器确实可以检测到这种情况。

那么服务器可以选择客户端A为"local server"，客户端B为"local client"。

服务器随后将向客户端 A 询问其 "local network IP"。 Client A can find it with:

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

然后传回服务器。服务器会将此 "local network IP" 传达给客户端 B。

那么客户A会运行一个"local server":

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 B 将运行作为 "local client":

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)

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？

How to make 2 clients connect each other directly, after having both connected a meeting-point server?

python

sockets

networking

nat

hole-punching