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去中心化的网络设计—P2P的实现

去中心化的网络设计 — P2P的实现

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随着区块链的越来越火，去中心化的网络设计再次被拿到技术人员面前。在这里我使用非常通俗的语言，帮大家来理解去中心化的网络设计的基础—网络穿透。再使用代码来实现穿透。如果阐述不到位的地方，欢迎大家抛砖。代码在此：https://github.com/wangbojing/P2PServer 

   在有中心化服务器的网络中，客户端，服务器，网关构成网络拓扑图。如下图1所示：由于后续出现的名词概念很多，先约法三章，在这里统一一下称呼：所有的终端机器成为客户端，不同客户端使用大写字母区分（A,B,C,…）；客户端上面运行的应用程序统一称为客户程序，不同的应用程序使用不数字区分（1,2,3,…）。作为服务器的物理机称为服务器，而服务器上运行的程序称为服务程序，后文中每一个拓扑组件都只有一个IP地址。为客户端提供公网IP服务的组件称为网关。

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图1 中心化服务器的网络拓扑图

从网关映射到客户端中的网络结构，这里需要引入一个NAT的概念。什么NAT呢？中文名叫网络地址转换，习惯称为网络地址映射。为什么需要网络地址映射呢？：需要说到IPV4网络地址已经用完，全部使用IPV6又会造成很多只支持IPV4的终端设备无法正常使用，所以网络地址映射应运而生，忍辱负重。才会有我们现在所谓的网络穿透的出现。到底怎么映射的？如图2网络地址映射所示。客户程序使用192.168.0.234:7890发送数据，通过网关的网络地址映射在公网被转换为112.93.116.102:6834，被互联网上的大家所认知。此时在公网上使用客户程序的ip与端口被112.93.116.102:6834代替。在这里大家应该明白了NAT是何许物种了。

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图2 网络地址映射

为了保持新手福音，业界良心的态度。什么是穿透？因为NAT是客户程序发起的，网络为了保持通讯新建的一个临时牌照，随时可能被收回，而且重新发起后的牌照不一样。从而外界及时知道了这个临时牌照也没有用。所以需要通过穿透在网关上面打个洞，来为外界进行服务。那NAT与穿透有什么关系呢？正因为有了NAT才需要穿透，如果是IPV6每个客户端一个IP地址，那就不需要直接可以找到客户端了。

   

网络地址映射

 

   由于网关的安全性要求不一致，就出现四种不同的NAT方式。分别进行阐述：

第一种完全锥形NAT，英文名叫Full Cone NAT。如图3完全锥形NAT所示，客户程序(192.168.0.234:7890)与服务器A(13.44.178.98:9800)通信，通过网关的地址转换产生的临时牌照的公网地址（112.93.116.102:6834），服务器B（157.78.13.156:23456）发送数据到公网地址（112.93.116.102:6834），如果客户程序(192.168.0.234:7890)能够收到服务器B（157.78.13.156:23456）发送的数据，这种NAT映射关系为完全锥形NAT；

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图3 完全锥形NAT

第二种限制锥形NAT，英文名叫RestrictedCone NAT。在图3 完全锥形NAT中，如果客户程序(192.168.0.234:7890)不能收到服务器B（157.78.13.156:23456）发送的数据，这种NAT映射关系为限制型锥形NAT。

 

第三种端口限制锥形NAT，英文名叫Port RestrictedCone NAT。客户程序(192.168.0.234:7890)发送数据给服务程序（13.44.178.98:9800）,网关通过网络地址转换产生的地址（112.93.116.102:6834）,同样的服务器内的另一个服务程序（13.44.178.178:9801）发送数据给网关（112.93.116.102:6834）地址，如果客户程序(192.168.0.234:7890)能够收到，则为限制锥形NAT，如果客户程序(192.168.0.234:7890)不能收到，则为端口限制锥形NAT。

 

   对于所有的锥型NAT，客户程序（192.168.0.234:7890）对外发送的数据时，网关地址转换的地址都是一样的为（112.93.116.102:6834）,那为什么在图4 限制型锥形NAT中，客户程序不能收到服务程序B（13.44.178.98:9801）的数据呢？因为在网关中没有发生过客户程序（192.168.0.234:7890）给服务程序B（13.44.178.98:9801），故服务程序（13.44.178.98:9801）直接发送给网关（112.93.116.102:6834），则被网关所丢弃。

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图4 限制型锥形NAT

第四种对称NAT，英文，名叫Symmetric NAT。如图5对称NAT所示，客户程序（192.168.0.234:7890）发送数据给两个不同服务器（13.44.178.98:9800）和（157.78.13.156:23456）时，网关会进行不同的网络地址映射产生（112.93.116.102:6834）和（112.93.116.102:6835）。这是对于整个NAT网络发送数据出去的过程，而接收数据与端口限制锥形NAT一致。

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图5 对称NAT

本节介绍三种锥形NAT和对称NAT的概念，相信到此你还是不知道NAT类型与怎么穿透网关友什么关系。

 

穿透剖析

 

   怎么穿透网关来实现去中心化，如图6穿透网络NAT拓扑图所示

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在理想的情况下，在NAT 1中客户程序（192.168.0.234:7890）知道NAT 2中客户程序（192.168.2.168:2786）的网络映射地址（157.123.80.165:6954），并给网络映射地址（157.123.80.165:6954）发送数据，并且客户程序（192.168.2.168:2786）能够收到数据；而NAT 2中客户程序（192.168.2.168:2786）也知道NAT 1中客户程序的网络映射地址，并给其网络映射地址（112.93.116.102:6834）发送数据，并且也能收到数据。此时对于服务器而言，就已经没有起到数据中转的作用，此时客户程序（192.168.0.234:7890）与客户程序（192.168.2.168:2786）能够互相收发数据，服务程序（13.44.178.98:9800）已经没有作用，对于客户端程序来说，已经实现了去中心化。

 

   这只是在理论情况，现在具体实现步骤以及结合四种NAT类型来分析一下。

第一种：NAT 1为完全锥形NAT，NAT 2为任何一种NAT模式，如图7 完全锥形NAT的穿透，绿色字体的顺序。

  1. 客户程序（192.168.0.234:7890）先发送一个连接请求给服务程序，通知服务程序，需要连接客户程序（192.168.2.168:2786）。

  2. 服务程序收到连接请求后，发送给notify消息给客户程序（192.168.2.168:2786）,通知客户程序（192.168.2.168:2786），发送p2p连接请求给网关（112.93.116.102:6834）。

  3. 客户程序（192.168.2.168:2786）发送p2p连接请求给网关（112.93.116.102:6834），由于NAT1为完全锥形NAT，所以客户程序（192.168.0.234:7890）能够收到客户程序（192.168.2.168:2786）的请求。

  4. 客户程序（192.168.0.234:7890）收到p2p连接请求后，从请求数据中解析出请求发送者客户程序（192.168.2.168:2786）的IP地址与端口，并立即返回确认消息。此时双方进入P2P的穿透模式。

然而在这里有一点需要注意：NAT2为对称NAT的时候，在3步骤的时候，网关会新生成另一个端口，IP地址不变，用来与NAT1中的网络进行通信；在4步骤的时候，客户程序（192.168.0.234:7890）返回数据的地址，就是新生成的端口。

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图7 完全锥形NAT的穿透

第二种：NAT 1为限制锥形NAT或者端口限制锥形NAT（两个锥形NAT模式是一样的，就不分开解释了），NAT 2为锥形NAT。如图8 限制锥形NAT的穿透所示

  1. 客户程序（192.168.0.234:7890）发送连接请求给服务程序，通知服务程序，需要连接客户程序（192.168.2.168:2786）。

  2. 服务程序收到连接请求后，发送给notify消息给客户程序（192.168.2.168:2786）,通知客户程序（192.168.2.168:2786），发送p2p连接请求给网关（112.93.116.102:6834）。

  3. 客户程序（192.168.2.168:2786）发送p2p连接请求给网关（112.93.116.102:6834），由于NAT1为限制锥形NAT，所以客户程序（192.168.0.234:7890）收不到发送的p2p连接请求，此步骤最终的是在NAT2的网关（157.123.80.165:6954）新生成一条NAT目的地址的记录。与后续6步骤作为配合。

  4. 客户程序（192.168.2.168:2786）提醒服务程序通知客户程序（192.168.0.234:7890），

  5. 服务程序马上通知客户程序（192.168.0.234:7890）发送请求给NAT2的网关（157.123.80.165:6954）。

  6. 客户程序（192.168.0.234:7890）发送p2p连接请求给网关（157.123.80.165:6954），由于刚刚3步骤发出了请求，此时网关会认为是3步骤返回的响应，所以能够p2p连接请求发送给客户程序（192.168.2.168:2786）

  7. 客户程序（192.168.2.168:2786）收到p2p连接请求后，立即返回确认消息给p2p连接请求包解析出来的IP地址与端口，此确认消息能够顺利到底客户程序（192.168.0.234:7890），到此网关已经穿透，P2P已经建立。

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图8 限制锥形NAT的穿透

第三种：NAT1为限制锥形NAT，NAT2为对称NAT。如图8限制锥形NAT的穿透所示。

在步骤3和步骤6与NAT2为限制锥形NAT有些差异，其余步骤流程一致。

步骤3：客户程序（192.168.2.168:2786）发送p2p连接请求给网关（112.93.116.102:6834），由于NAT2为对称网络，此时会重新生成一个端口用于对网关（112.93.116.102:6834）通信。新生成的端口没有办法能够准确的知道。只能进行猜测。

步骤6：发送数据给网关（157.123.80.165:猜测端口）。

在这里提供一种思路来提高测猜的准确度，把服务程序使用两个端口（之前9800，新加一个9801），由于网关NAT分配端口是顺序的，在步骤4发送请求给服务程序（9801端口），因为步骤3与步骤4相隔时间短，步骤3在网关（157.123.80.165）所生成的新端口比步骤4的端口小。从而来提高猜测的准确度。

   相信已经对穿透的具体步骤有明确的概念，怎么准确的判断当前NAT的类型？

 

NAT分类

其实在网络地址映射概念已经有介绍分类，在这里使用更加计算机化语言描述。

第一种，检测当前客户程序的网关是否为完全锥形NAT，如图9检测完全锥形NAT所示

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图9 检测完全锥形NAT

首先检测Udp的可用性，客户程序（192.168.0.234:7890）使用一个300ms定时器发送Udp请求数据包给服务器A。等待服务器A返回确认数据。如果多次发送请求并未得到服务器的确认数据，则认为Udp不能信息，则推出整个检测过程。如果收到确认数据，同样使用定时器再发送另一种请求数据要求服务器B发送数据给网关（112.93.116.102:6834），如果收到服务器B的数据，则认为是完全锥形网络。如果没有收到则进行限制锥形NAT。

 

第二种，检测限制锥形网络，如图10所示。

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图10 检测限制锥形NAT

 

客户程序（192.168.0.234:7890）定时发送数据包给服务程序A，并要求服务程序从另一个端口发送数据包给网关（112.93.116.102:6834）。若客户程序（192.168.0.234:7890）收到回应，则该NAT为限制锥形NAT。若多次操作没有回应，则进行对称NAT检测。

 

第三种，检测当前客户程序的网关是否为对称NAT，如图9所示

客户程序（192.168.0.234:7890）给服务器A（13.44.178.98:9800）与服务器B（157.78.13.156:23456）发送数据包，对比两个服务器收到客户程序的（）IP地址与端口是否一致。如果不一致则是对称网络。如果一致则该网络为端口限制锥形NAT。

以下为实现了完全锥形网络的穿透代码

udp.h

/*
 * Author: WangBoJing
 * email: 1989wangbojing@gmail.com 
 * github: https://github.com/wangbojing
 */

#ifndef __UDP_H__
#define __UDP_H__

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 


typedef unsigned int U32;
typedef unsigned short U16;
typedef unsigned char U8;
typedef volatile long UATOMIC;
typedef void* (*KING_CALLBACK)(void *arg);


typedef enum {
 KING_RESULT_FAILED = -1,
 KING_RESULT_SUCCESS = 0,
} KING_RESULT;


typedef enum {
 KING_STATUS_NULL,
 KING_STATUS_LOGIN,
 KING_STATUS_HEARTBEAT,
 KING_STATUS_CONNECT,
 KING_STATUS_MESSAGE,
 KING_STATUS_NOTIFY,
 KING_STATUS_P2P_CONNECT,
 KING_STATUS_P2P_MESSAGE,
} KING_STATUS_SET;


#define KING_CLIENT_MAX    1024
#define KING_CLIENT_ADDR_LENGTH  6

#define KING_BUFFER_LENGTH  512
#define KING_NUMBER_ID_LENGTH   4


typedef struct _CLIENT_TABLE {
 U8 addr[KING_CLIENT_ADDR_LENGTH]; 
 U32 client_id;
 long stamp;
} client_table;

/**************************** status define ****************************/

#define KING_PROTO_LOGIN_REQ    0x01
#define KING_PROTO_LOGIN_ACK    0x81

#define KING_PROTO_HEARTBEAT_REQ   0x02
#define KING_PROTO_HEARTBEAT_ACK   0x82

#define KING_PROTO_CONNECT_REQ    0x11
#define KING_PROTO_CONNECT_ACK    0x91
#define NTY_PROTO_NOTIFY_REQ    0x12
#define NTY_PROTO_NOTIFY_ACK    0x92
#define NTY_PROTO_P2P_CONNECT_REQ   0x13
#define NTY_PROTO_P2P_CONNECT_ACK   0x93
#define NTY_RPORO_MESSAGE_REQ    0x21
#define NTY_RPORO_MESSAGE_ACK    0xA1

/**************************** context define ****************************/
#define KING_PROTO_BUFFER_VERSION_IDX  0
#define KING_PROTO_BUFFER_STATUS_IDX  1
#define KING_PROTO_BUFFER_LENGTH_IDX  (KING_PROTO_BUFFER_STATUS_IDX+1)
#define KING_PROTO_BUFFER_SELFID_IDX  (KING_PROTO_BUFFER_LENGTH_IDX+2)

//login
#define KING_PROTO_LOGIN_SELFID_IDX   KING_PROTO_BUFFER_SELFID_IDX

//heartbeat
#define KING_PROTO_HEARTBEAT_SELFID_IDX  KING_PROTO_BUFFER_SELFID_IDX

//connect
#define KING_PROTO_CONNECT_SELFID_IDX  KING_PROTO_BUFFER_SELFID_IDX
#define KING_PROTO_CONNECT_OTHERID_IDX  (KING_PROTO_BUFFER_SELFID_IDX+KING_NUMBER_ID_LENGTH)

//notify
#define KING_PROTO_NOTIFY_SELFID_IDX   KING_PROTO_BUFFER_SELFID_IDX
#define KING_PROTO_NOTIFY_ADDR_IDX   (KING_PROTO_BUFFER_SELFID_IDX+KING_NUMBER_ID_LENGTH)

//p2p connect
#define KING_PROTO_P2P_CONNECT_SELFID_IDX KING_PROTO_BUFFER_SELFID_IDX

//p2p connect ack
#define KING_PROTO_P2P_CONNECT_ACK_SELFID_IDX KING_PROTO_BUFFER_SELFID_IDX

//message
#define KING_RPORO_MESSAGE_SELFID_IDX  KING_PROTO_BUFFER_SELFID_IDX
#define KING_PROTO_MESSAGE_OTHERID_IDX  (KING_RPORO_MESSAGE_SELFID_IDX+KING_NUMBER_ID_LENGTH)
#define KING_RPORO_MESSAGE_CONTENT_IDX  (KING_PROTO_MESSAGE_OTHERID_IDX+KING_NUMBER_ID_LENGTH)
//message ack
#define KING_RPORO_MESSAGE_ACK_SELFID_IDX KING_PROTO_BUFFER_SELFID_IDX


static unsigned long cmpxchg(UATOMIC *addr, unsigned long _old, unsigned long _new) {
 U8 res;
 __asm__ volatile (
        "lock; cmpxchg %3, %1;sete %0;"
        : "=a" (res)
        : "m" (*addr), "a" (_old), "r" (_new)
        : "cc", "memory");
 return res;
}

static long time_genrator(void) {
 static long lTimeStamp = 0;
 static long timeStampMutex = 0;
 if(cmpxchg(&timeStampMutex, 0, 1)) {
  lTimeStamp = time(NULL);
  timeStampMutex = 0;
 }
 return lTimeStamp;
}

static int addr_to_array(U8 *array, struct sockaddr_in *p_addr) {
 int i = 0;
 for (i = 0;i < 4;i ++) {
  array[i] = *((unsigned char*)(&p_addr->sin_addr.s_addr) + i);
 }
 for (i = 0;i < 2;i ++) {
  array[4+i] = *((unsigned char*)(&p_addr->sin_port)+i);
 }
}


static int array_to_addr(U8 *array, struct sockaddr_in *p_addr) {
 int i = 0;
 
 for (i = 0;i < 4;i ++) {
  *((unsigned char*)(&p_addr->sin_addr.s_addr) + i) = array[i];
 }
 for (i = 0;i < 2;i ++) {
  *((unsigned char*)(&p_addr->sin_port)+i) = array[4+i];
 }
}


static int king_send_login(int sockfd, int self_id, struct sockaddr_in *paddr) {

 U8 buffer[KING_BUFFER_LENGTH] = {0};
 
 buffer[KING_PROTO_BUFFER_STATUS_IDX] = KING_PROTO_LOGIN_REQ;
 *(int *)(buffer+KING_PROTO_LOGIN_SELFID_IDX) = self_id;
 int n = KING_PROTO_LOGIN_SELFID_IDX + KING_NUMBER_ID_LENGTH;
 
 n = sendto(sockfd, buffer, n, 0, (struct sockaddr*)paddr, sizeof(struct sockaddr_in));
 if (n < 0) {
  perror("sendto");
 }
 
 return n;
}


static int king_send_heartbeat(int sockfd, int self_id, struct sockaddr_in *paddr) {
 
 U8 buffer[KING_BUFFER_LENGTH] = {0};
 
 buffer[KING_PROTO_BUFFER_STATUS_IDX] = KING_PROTO_HEARTBEAT_REQ;
 *(int *)(buffer+KING_PROTO_HEARTBEAT_SELFID_IDX) = self_id;
 int n = KING_PROTO_HEARTBEAT_SELFID_IDX + KING_NUMBER_ID_LENGTH;
 
 n = sendto(sockfd, buffer, n, 0, (struct sockaddr*)paddr, sizeof(struct sockaddr_in));
 if (n < 0) {
  perror("sendto");
 }
 
 return n;
}


static int king_send_connect(int sockfd, int self_id, int other_id, struct sockaddr_in *paddr) {
 
 U8 buffer[KING_BUFFER_LENGTH] = {0};
 
 buffer[KING_PROTO_BUFFER_STATUS_IDX] = KING_PROTO_CONNECT_REQ;
 *(int *)(buffer+KING_PROTO_CONNECT_SELFID_IDX) = self_id;
 *(int *)(buffer+KING_PROTO_CONNECT_OTHERID_IDX) = other_id;
 int n = KING_PROTO_CONNECT_OTHERID_IDX + KING_NUMBER_ID_LENGTH;
 
 n = sendto(sockfd, buffer, n, 0, (struct sockaddr*)paddr, sizeof(struct sockaddr_in));
 if (n < 0) {
  perror("sendto");
 }
 
 return n; 
}


static int king_send_p2pconnect(int sockfd, int self_id, struct sockaddr_in *paddr) {
 U8 buffer[KING_BUFFER_LENGTH] = {0};
 
 buffer[KING_PROTO_BUFFER_STATUS_IDX] = NTY_PROTO_P2P_CONNECT_REQ;
 *(int *)(buffer+KING_PROTO_P2P_CONNECT_SELFID_IDX) = self_id;
 int n = KING_PROTO_P2P_CONNECT_SELFID_IDX + KING_NUMBER_ID_LENGTH;
 
 n = sendto(sockfd, buffer, n, 0, (struct sockaddr*)paddr, sizeof(struct sockaddr_in));
 if (n < 0) {
  perror("sendto");
 }
 
 return n;
}


static int king_send_p2pconnectack(int sockfd, int self_id, struct sockaddr_in *paddr) {
 
 U8 buffer[KING_BUFFER_LENGTH] = {0};
 
 buffer[KING_PROTO_BUFFER_STATUS_IDX] = NTY_PROTO_P2P_CONNECT_ACK;
 *(int *)(buffer+KING_PROTO_P2P_CONNECT_ACK_SELFID_IDX) = self_id;
 int n = KING_PROTO_P2P_CONNECT_ACK_SELFID_IDX + KING_NUMBER_ID_LENGTH;
 
 n = sendto(sockfd, buffer, n, 0, (struct sockaddr*)paddr, sizeof(struct sockaddr_in));
 if (n < 0) {
  perror("sendto");
 }
 
 return n;
}



static int king_client_send_message(int sockfd, int self_id, int other_id, struct sockaddr_in *paddr, U8 *msg, int length) {
 
 U8 buffer[KING_BUFFER_LENGTH] = {0};
 
 buffer[KING_PROTO_BUFFER_STATUS_IDX] = NTY_RPORO_MESSAGE_REQ; 
 *(int *)(buffer+KING_RPORO_MESSAGE_SELFID_IDX) = self_id;
 *(int *)(buffer+KING_PROTO_MESSAGE_OTHERID_IDX) = other_id;
 
 memcpy(buffer+KING_RPORO_MESSAGE_CONTENT_IDX, msg, length);
 int n = KING_RPORO_MESSAGE_CONTENT_IDX + length;
 *(U16*)(buffer+KING_PROTO_BUFFER_LENGTH_IDX) = (U16) n;
 
 n = sendto(sockfd, buffer, n, 0, (struct sockaddr*)paddr, sizeof(struct sockaddr_in));
 if (n < 0) {
  perror("sendto");
 }
 return n;
}
static int king_send_messageack(int sockfd, int self_id, struct sockaddr_in *paddr) {
 
 U8 buffer[KING_BUFFER_LENGTH] = {0};
 
 buffer[KING_PROTO_BUFFER_STATUS_IDX] = NTY_RPORO_MESSAGE_ACK;
 *(int *)(buffer+KING_RPORO_MESSAGE_ACK_SELFID_IDX) = self_id;
 int n = KING_RPORO_MESSAGE_ACK_SELFID_IDX + KING_NUMBER_ID_LENGTH;
 
 n = sendto(sockfd, buffer, n, 0, (struct sockaddr*)paddr, sizeof(struct sockaddr_in));
 if (n < 0) {
  perror("sendto");
 }
 
 return n;
}


client_table table[KING_CLIENT_MAX] = {0};
int client_count = 0;

static int get_index_by_clientid(int client_id) {

 int i = 0;
 int now_count = client_count;
 
 for (i = 0;i < now_count;i ++) {
  if (table[i].client_id == client_id) return i;
 }
 
}

static int king_send_message(int sockfd, int client_id, U8 *buffer, int length) {
 
 int index = get_index_by_clientid(client_id);
 
 struct sockaddr_in c_addr;
 c_addr.sin_family = AF_INET;
 array_to_addr(table[index].addr, &c_addr);
 
 int n = sendto(sockfd, buffer, length, 0, (struct sockaddr*)&c_addr, sizeof(c_addr));
 if (n < 0) {
  perror("sendto");
 }
 return n;
}

static int king_send_notify(int sockfd, int client_id, int self_id) {

 U8 buffer[KING_BUFFER_LENGTH] = {0};
 int index = get_index_by_clientid(self_id);
 
 buffer[KING_PROTO_BUFFER_STATUS_IDX] = NTY_PROTO_NOTIFY_REQ;
 *(int*)(buffer+KING_PROTO_NOTIFY_SELFID_IDX) = self_id;
 memcpy(buffer+KING_PROTO_NOTIFY_ADDR_IDX, table[index].addr, KING_CLIENT_ADDR_LENGTH);
 
 index = get_index_by_clientid(client_id);
 struct sockaddr_in c_addr;
 c_addr.sin_family = AF_INET;
 array_to_addr(table[index].addr, &c_addr);
 int n = KING_PROTO_NOTIFY_ADDR_IDX + KING_CLIENT_ADDR_LENGTH;
 
 n = sendto(sockfd, buffer, n, 0, (struct sockaddr*)&c_addr, sizeof(c_addr));
 if (n < 0) {
  perror("sendto");
 }
 return n;
}


#endif

udp_client.c

/*
 * Author: WangBoJing
 * email: 1989wangbojing@gmail.com 
 * github: https://github.com/wangbojing
 */
#include "udp.h"
#include 

static int status_machine = KING_STATUS_LOGIN;
static int client_selfid = 0x0;

struct sockaddr_in server_addr;

client_table p2p_clients[KING_CLIENT_MAX] = {0};
static int p2p_count = 0;

static int king_client_buffer_parser(int sockfd, U8 *buffer, U32 length, struct sockaddr_in *addr) {
 
 U8 status = buffer[KING_PROTO_BUFFER_STATUS_IDX];
 
 switch (status) {
  case NTY_PROTO_NOTIFY_REQ: {
  
   struct sockaddr_in other_addr;
   other_addr.sin_family = AF_INET;
   
   array_to_addr(buffer+KING_PROTO_NOTIFY_ADDR_IDX, &other_addr);
   king_send_p2pconnect(sockfd, client_selfid, &other_addr);
   
   break;
  }
  case NTY_PROTO_P2P_CONNECT_REQ: {
  
   int now_count = p2p_count++;
   p2p_clients[now_count].stamp = time_genrator();
   
   p2p_clients[now_count].client_id = *(int*)(buffer+KING_PROTO_P2P_CONNECT_SELFID_IDX);
   addr_to_array(p2p_clients[now_count].addr, addr);
  
   king_send_p2pconnectack(sockfd, client_selfid, addr);
   printf("Enter P2P Model\n");
   status_machine = KING_STATUS_P2P_MESSAGE;
   
   break;
  }
  case NTY_PROTO_P2P_CONNECT_ACK: {
  
   int now_count = p2p_count++;
   
   p2p_clients[now_count].stamp = time_genrator();
   p2p_clients[now_count].client_id = *(int*)(buffer+KING_PROTO_P2P_CONNECT_SELFID_IDX);
   addr_to_array(p2p_clients[now_count].addr, addr);
   
   printf("Enter P2P Model\n");
   status_machine = KING_STATUS_P2P_MESSAGE;
   
   break;
  }
  case NTY_RPORO_MESSAGE_REQ: {
  
   U8 *msg = buffer+KING_RPORO_MESSAGE_CONTENT_IDX;
   U32 other_id = *(U32*)(buffer+KING_RPORO_MESSAGE_SELFID_IDX);
   
   printf(" from client:%d --> %s\n", other_id, msg);
   king_send_messageack(sockfd, client_selfid, addr);
   //status_machine = KING_STATUS_P2P_MESSAGE;
   
   break;
  }
  case KING_PROTO_LOGIN_ACK: {
  
   printf(" Connect Server Success\nPlease Enter Message : ");
   status_machine = KING_STATUS_MESSAGE;
   
   break;
  }
  case KING_PROTO_HEARTBEAT_ACK:
  case KING_PROTO_CONNECT_ACK:
  case NTY_PROTO_NOTIFY_ACK:
   break;
  case NTY_RPORO_MESSAGE_ACK:
   break;
 }
 
}

void* king_recv_callback(void *arg) {

 int sockfd = *(int *)arg;
 struct sockaddr_in addr;
 int length = sizeof(struct sockaddr_in);
 U8 buffer[KING_BUFFER_LENGTH] = {0};
 //printf("king_recv_callback --> enter\n");
 
 while (1) {
 
  int n = recvfrom(sockfd, buffer, KING_BUFFER_LENGTH, 0, (struct sockaddr*)&addr, &length);
  if (n > 0) {
  
   buffer[n] = 0;
   king_client_buffer_parser(sockfd, buffer, n, &addr);
   
  } else if (n == 0) {
   printf("server closed\n");
   close(sockfd);
   break;
  } else if (n == -1) {
   perror("recvfrom");
   close(sockfd);
   break;
  }
 }
}

void *king_send_callback(void *arg) {

 int sockfd = *(int *)arg;
 char buffer[KING_BUFFER_LENGTH] = {0};
 //printf("king_send_callback --> enter\n");
 
 while (1) {
  bzero(buffer, KING_BUFFER_LENGTH);
  
  scanf("%s", buffer);
  //getchar();
  if (status_machine == KING_STATUS_MESSAGE) {
   
   printf(" --> please enter bt : ");
   
   int other_id = buffer[1]-0x30;
   if (buffer[0] == 'C') {
   
    king_send_connect(sockfd, client_selfid, other_id, &server_addr);
    
   } else {
   
    int length = strlen(buffer);
    king_client_send_message(sockfd, client_selfid, other_id, &server_addr, buffer, length);
   }
  
  } else if (status_machine == KING_STATUS_P2P_MESSAGE) {
  
   printf(" --> please enter message to send : ");
   
   int now_count = p2p_count;
   struct sockaddr_in c_addr;
   c_addr.sin_family = AF_INET;
   array_to_addr(p2p_clients[now_count-1].addr, &c_addr);
    int length = strlen(buffer);
   king_client_send_message(sockfd, client_selfid, 0, &c_addr, buffer, length);
   
  }
 }
}

int main(int argc, char *argv[]) {

 printf(" This is a UDP Client\n");
 if (argc != 4) {
  printf("Usage: %s ip port\n", argv[0]);
  exit(1);
 }
 
 int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
 if (sockfd < 0) {
  perror("socket");
  exit(1);
 }

 pthread_t thread_id[2] = {0};
 KING_CALLBACK cb[2] = {king_send_callback, king_recv_callback};
 
 int i = 0;
 for (i = 0;i < 2;i ++) {
  int ret = pthread_create(&thread_id[i], NULL, cb[i], &sockfd);
  if (ret) {
   perror("pthread_create");
   exit(1);
  }
  sleep(1);
 }
 
 server_addr.sin_family = AF_INET;
 server_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
 server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
 
 client_selfid = atoi(argv[3]);
 king_send_login(sockfd, client_selfid, &server_addr);
 for (i = 0;i < 2;i ++) {
  pthread_join(thread_id[i], NULL);
 }
 
 return 0;
}

udp_server.c

/*
 * Author: WangBoJing
 * email: 1989wangbojing@gmail.com 
 * github: https://github.com/wangbojing
 */
#include "udp.h"

int king_buffer_parser(int sockfd, U8 *buffer, U32 length, struct sockaddr_in *addr) {
 
 U8 status = buffer[KING_PROTO_BUFFER_STATUS_IDX];
 printf("king_buffer_parser --> %x\n", status);
 
 switch (status) {
  case KING_PROTO_LOGIN_REQ: {
#if 1
   int old = client_count;
   int now = old+1;
   if(0 == cmpxchg((UATOMIC*)&client_count, old, now)) { 
    printf("client_count --> %d, old:%d, now:%d\n", client_count, old, now);
    return KING_RESULT_FAILED;
   }
#else
   client_count = client_count+1;
   int now = client_count;
#endif
   U8 array[KING_CLIENT_ADDR_LENGTH] = {0};
   addr_to_array(array, addr);
   printf("login --> %d.%d.%d.%d:%d\n", *(unsigned char*)(&addr->sin_addr.s_addr), *((unsigned char*)(&addr->sin_addr.s_addr)+1),             
    *((unsigned char*)(&addr->sin_addr.s_addr)+2), *((unsigned char*)(&addr->sin_addr.s_addr)+3),             
    addr->sin_port);
   
   table[now].client_id =  *(U32*)(buffer+KING_PROTO_LOGIN_SELFID_IDX);
   memcpy(table[now].addr, array, KING_CLIENT_ADDR_LENGTH);
   break;
  }
  case KING_PROTO_HEARTBEAT_REQ: {
  
   int client_id = *(unsigned int*)(buffer+KING_PROTO_HEARTBEAT_SELFID_IDX);
   int index = get_index_by_clientid(client_id);
   table[index].stamp = time_genrator();
   
   break;
  }
  case KING_PROTO_CONNECT_REQ: {
  
   int client_id = *(unsigned int*)(buffer+KING_PROTO_CONNECT_SELFID_IDX);
   int other_id = *(unsigned int*)(buffer+KING_PROTO_CONNECT_OTHERID_IDX);
   king_send_notify(sockfd, other_id, client_id);
   
   break;
  }
  case NTY_RPORO_MESSAGE_REQ: {
  
   U8 *msg = buffer+KING_RPORO_MESSAGE_CONTENT_IDX;
   int client_id = *(unsigned int*)(buffer+KING_RPORO_MESSAGE_SELFID_IDX);
   int other_id = *(unsigned int*)(buffer+KING_PROTO_MESSAGE_OTHERID_IDX);
   
   printf(" from client:%d --> %s\n", client_id, msg);
#if 0
   king_send_message(sockfd, other_id, buffer, length);
#endif

   break;
  }
 }
 return KING_RESULT_SUCCESS;
 
}


int main(int argc, char *argv[]) {

 printf(" This is a UDP Server\n");
 
 int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
 if (sockfd < 0) {
  perror("socket");
  exit(0);
 }
 
 struct sockaddr_in addr;
 addr.sin_family = AF_INET;
 addr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
 addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
 
 if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) < 0) {
  perror("bind");
  exit(1);
 }
 
 char buffer[KING_BUFFER_LENGTH] = {0};
 struct sockaddr_in c_addr;
 
 int n;
 int length = sizeof(struct sockaddr_in);
 
 while(1) {
  
  n = recvfrom(sockfd, buffer, KING_BUFFER_LENGTH, 0, (struct sockaddr*)&c_addr, &length);
  if (n > 0) {
  
   buffer[n] = 0x0;
   printf("%d.%d.%d.%d:%d say: %s\n", *(unsigned char*)(&c_addr.sin_addr.s_addr), *((unsigned char*)(&c_addr.sin_addr.s_addr)+1),             
    *((unsigned char*)(&c_addr.sin_addr.s_addr)+2), *((unsigned char*)(&c_addr.sin_addr.s_addr)+3),             
    c_addr.sin_port, buffer);
   int ret = king_buffer_parser(sockfd, buffer, n, &c_addr);
   if (ret == KING_RESULT_FAILED) continue;

   buffer[KING_PROTO_BUFFER_STATUS_IDX] += 0x80;
   n = sendto(sockfd, buffer, n, 0, (struct sockaddr*)&c_addr, sizeof(c_addr));
   if (n < 0) {
    perror("sendto");
    break;
   }
  } else if (n == 0) {
   printf("server closed\n");
  } else {
   perror("recv");
   break;
  }
 }
 
 return 0;
}

去中心化的网络设计 — P2P的实现


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