p2p技术之n2n源码核心简单分析一

首先在开篇之前介绍下内网打洞原理

场景：一个服务器S1在公网上有一个IP，两个私网机器C1,C2

C1,C2分别由NAT1和NAT2连接到公网，我们需要借助S1将C1,C2建立直接的TCP连接，即由C1向C2打一个洞，让C2可以沿这个洞直接连接到C1主机，也就成了局域网访问的模式。

实现过程如下：

S1启动两个网络监听（主连接监听，打洞监听）
由于S1是公网，所以C1,C2和S1保持通信，
当C1需要和C2建立直接的TCP连接时，首先连接S1的打洞监听端口，并发给S1请求协助连接C2的申请，同时在该端口号上启动侦听,记得套接字设置允许重入SO_REUSEADDR 属性，否则侦听会失败
S1监听打洞端口收到请求后通知C2,并将C1经过NAT1转换的公网IP地址和端口等信息告诉C2
C2收到S1的连接通知后首先与S1的打洞端口连接，随便发送一些数据后立即断开(原因：让S1知道C2经过NAT-2转换后的公网IP和端口号)
C2试着连接到C1（经过NAT1转换后的公网IP地址和端口），大多数路由器对于不请自到的SYN请求包直接丢弃而导致连接失败，但NAT1会纪录此次连接的源地址和端口号，为接下来真正的连接做好了准备，这就是所谓的打洞，即C2向C1打了一个洞，下次C1就能直接连接到C2刚才使用的端口号
客户端C2打洞的同时在相同的端口上启动侦听。C2在一切准备就绪以后通过与S1的主连接监听端口回复消息“我准备好了”，S1在收到以后将C2经过NAT2转换后的公网IP和端口号告诉给C1
C1收到S1回复的C2的公网IP和端口号等信息以后，开始连接到C2公网IP和端口号，由于在步骤6中C2曾经尝试连接过C1的公网IP地址和端口，NAT1纪录了此次连接的信息，所以当C1主动连接C2时，NAT2会认为是合法的SYN数据，并允许通过，从而直接的TCP连接建立起来了

n2n项目开源地址：http://github.com/ntop/n2n

其实现核心是利用虚拟网卡巧妙实现了网络隧道的封装，只利用了tap设备，实用twofish加密接口lzo数据压缩实现了内网通讯。对于个人来说，非常适合建立家庭组网的远程访问和管理，本人就基于该方案实现了家中NAS外网访问的部署。同时基于代码量很小，实现很巧妙，对其源码进行了初步阅读。

对几个核心点进行记录

文件功能

edge.c:客户端实现
supernode.c:服务器端实现
minilzo.c:数据压缩处理
n2n.c:common函数实现
tuntap_linux.c:tun/tap设备实现
twofish.c:twofish加密算法的实现

数据结构

typedef struct tuntap_dev {

  int           fd;

  u_int8_t      mac_addr[6];//MAC地址

  u_int32_t     ip_addr, device_mask;//IP地址与子网掩码

  u_int         mtu;//mtu值

} tuntap_dev;//定义虚拟网卡的数据结构

enum packet_type {

  packet_unreliable_data = 0,  /* no ACK needed */

  packet_reliable_data,    /* needs ACK     */

  packet_ping,

  packet_pong

};//定义数据包的类型

struct peer_addr {

  u_int8_t family;

  u_int16_t port;

  union {

    u_int8_t  v6_addr[16];

    u_int32_t v4_addr;

  } addr_type;

};//定义节点地址端口信息数据结构，预留了IPv6

struct n2n_packet_header {

  u_int8_t version, msg_type, ttl, sent_by_supernode;

  //版本号、消息类型、(ttl还有待查明)、服务器节点转发标示位

  char community_name[COMMUNITY_LEN], src_mac[6], dst_mac[6];

  //客户所处子网社区名称、源MAC、目的MAC

  struct peer_addr public_ip, private_ip;

  //节点公网地址端口、私网地址端口信息

  enum packet_type pkt_type;//数据包类型

  u_int32_t sequence_id;//序列号

  u_int32_t crc; // 校验位,用来区分伪造数据包

};//n2n数据包头信息

struct peer_info {

  char community_name[16], mac_addr[6];//子网社区名、MAC地址

  struct peer_addr public_ip, private_ip;//公网地址端口、私网地址端口

  time_t last_seen;//时间信息

  struct peer_info *next;//下一个节点

  /* socket */

  n2n_sock_info_t sinfo;//sock信息

};//节点信息

struct n2n_edge

{

  u_char              re_resolve_supernode_ip;

  struct peer_addr    supernode;//服务器地址端口信息

  char                supernode_ip[48];//服务器IP地址

  char *              community_name;//子网社区名，默认为NULL

  n2n_sock_info_t     sinfo;//sock信息

  u_int               pkt_sent;//标示位，具体含义待查.默认为0

  tuntap_dev          device;//虚拟网卡设备

  int                 allow_routing;//路由转发标示位，默认为0

  int                 drop_ipv6_ndp;//标示位，具体含义待查.默认为0

  char *              encrypt_key;//加密密钥

  TWOFISH *           tf;

  struct peer_info *  known_peers /* = NULL*/;

  struct peer_info *  pending_peers /* = NULL*/;

  time_t              last_register /* = 0*/;

};//客户节点数据结构，最重要的数据结构

发送Gratuitous ARP广播

使用：

static void send_grat_arps(n2n_edge_t * eee,) {

  char buffer[48];

  size_t len;

  traceEvent(TRACE_NORMAL, "Sending gratuitous ARP...");

  len = build_gratuitous_arp(buffer, sizeof(buffer));

  send_packet2net(eee, buffer, len);

  send_packet2net(eee, buffer, len); /* Two is better than one :-) */

}

----包体定义-------

static char gratuitous_arp[] = {

  0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, /* Dest mac */

  0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, /* Src mac idx:6*/

  0x08, 0x06, /* ARP */

  0x00, 0x01, /* Ethernet */

  0x08, 0x00, /* IP */

  0x06, /* Hw Size */

  0x04, /* Protocol Size */

  0x00, 0x01, /* ARP Request */

  0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, /* Src mac idx:22*/

  0x00, 0x00, 0x00, 0x00, /* Src IP idx:28*/

  0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, /* Target mac */

    0x00, 0x00, 0x00, 0x00 /* Target IP idx:38*/

};

static int build_gratuitous_arp(char *buffer, u_short buffer_len) {

  if(buffer_len < sizeof(gratuitous_arp)) return(-1);

  memcpy(buffer, gratuitous_arp, sizeof(gratuitous_arp));

  memcpy(&buffer[6], device.mac_addr, 6);

  memcpy(&buffer[22], device.mac_addr, 6);

  memcpy(&buffer[28], &device.ip_addr, 4);

  /* REVISIT: BbMaj7 - use a real netmask here. This is valid only by accident

   * for /24 IPv4 networks. */

  buffer[31] = 0xFF; /* Use a faked broadcast address */

  memcpy(&buffer[38], &device.ip_addr, 4);

  return(sizeof(gratuitous_arp));

}

int转ip地址

char* intoa(u_int32_t /* host order */ addr, char* buf, u_short buf_len) {

    char *cp, *retStr;

    u_int byte;

    int n;

    /*

     addr=268435456

     >>>268435456&255=0

     //右移8位

     >>>1048576&255=0

     //右移8位

     >>>4096&255=0

     //右移8位

     >>>16&255|16

     */

    printf(">>>%d|%d\n",addr,addr&255);

    addr >>= 8;

    printf(">>>%d|%d\n",addr,addr&255);

    addr >>= 8;

    printf(">>>%d|%d\n",addr,addr&255);

    addr >>= 8;

    printf(">>>%d|%d\n",addr,addr&255);

    cp = &buf[buf_len];

    *--cp = '\0';

    n = 4;

    do {

        //0xff=255

        byte = addr & 0xff;

        *--cp = byte % 10 + '0';

        byte /= 10;

        if (byte > 0) {

            *--cp = byte % 10 + '0';

            byte /= 10;

            if (byte > 0)

                *--cp = byte + '0';

        }

        *--cp = '.';

        addr >>= 8;

    } while (--n > 0);

    /* Convert the string to lowercase */

    retStr = (char*)(cp+1);

    return(retStr);

}

linux创建虚拟网卡

   tunctl -t tun0

   tunctl -t tun1

   ifconfig tun0 1.2.3.4 up

   ifconfig tun1 1.2.3.5 up

   ./edge -d tun0 -l 2000 -r 127.0.0.1:3000 -c hello

   ./edge -d tun1 -l 3000 -r 127.0.0.1:2000 -c hello

   tunctl -u UID -t tunX

-----ip4转int32 及int32转ip4----

    char *ip_str = "111.0.0.8";

    u_int32_t ip = inet_addr(ip_str);

    printf(">> ip:%d\n",ip);

    struct in_addr addr1;

    memcpy(&addr1, &ip, 4);

    printf(">> ip4_s:%s\n",inet_ntoa(addr1));

其他待补充