QQ是一個基于TCP/UDP協議的通訊軟件。發送消息的時候是UDP打洞，登陸的時候使用HTTP。因為登陸服務器其實就是一個HTTP服務器，只不過不是常用的那些，那個服務器是騰訊自行開發的。

一、登錄

QQ客戶端在局域網內，當你打開QQ登錄到QQ服務器時，通過外網，你的客戶端與QQ服務器建立了一個長連接。你可以用netstat -bn 看到此連接的狀態是 establish

此時，在QQ服務器那面看到的連接的IP是你們局域網對外的IP。舉個例子：

QQ服務器 IP：121.115.11.81 服務端口：80

你的機器在局域網中內部IP： 10.19.9.89

你局域網出口InternetIP： 61.183.172.149

你的客戶端的請求將通過外網出去，如果防火墻沒有禁止訪問Internet上80端口服務，那么你的QQ客戶端可以正常登錄。你看到的連接是 (netstat -bn)

10.19.9.89:55579 124.115.11.81：80 establish

這是一個假象。通過QQ服務器看到的連接是：

124.115.11.81：80 61.183.172.149：31234 establish

這樣，防火墻上的31234口對應的就是你機器的55579口。(由于你是發起方，這個數是變化的。動態的)

當有信息給你時，QQ服務器只需要發給防火墻的55579口即可。(這里防火墻作了地址翻譯)

不管UDP還是TCP，最終登陸成功之后，QQ都會有一個TCP連接來保持在線狀態。這個TCP連接的遠程端口一般是80，采用UDP方式登陸的時候，端口是8000。因此，假如你所在的網絡開放了80端口(80端口是最常用端口。。就是通常訪問Web的端口，禁掉它的話，你的網絡對你來說價值已經不大了)，但沒有屏蔽騰訊的服務器IP，恭喜你，你是可以登陸成功QQ的。

二、聊天消息通信

采用UDP協議，通過服務器中轉方式。大家都知道，UDP 協議是不可靠協議，它只管發送，不管對方是否收到的，但它的傳輸很高效。但是，作為聊天軟件，怎么可以采用這樣的不可靠方式來傳輸消息呢?于是，騰訊采用了上層協議來保證可靠傳輸：如果客戶端使用UDP協議發出消息后，服務器收到該包，需要使用UDP協議發回一個應答包。如此來保證消息可以無遺漏傳輸。之所以會發生在客戶端明明看到“消息發送失敗”但對方又收到了這個消息的情況，就是因為客戶端發出的消息服務器已經收到并轉發成功，但客戶端由于網絡原因沒有收到服務器的應答包引起的。

因為用戶一般都是在局域網內,地址都為私有IP,騰訊服務器是如何將信息轉發到用戶的?

首先先介紹一些基本概念：

NAT(Network AddressTranslators)，網絡地址轉換：網絡地址轉換是在IP地址日益缺乏的情況下產生的，它的主要目的就是為了能夠地址重用。NAT分為兩大類，基本的NAT和NAPT(Network Address/Port Translator)。

最開始NAT是運行在路由器上的一個功能模塊。

***提出的是基本的NAT，它的產生基于如下事實：一個私有網絡(域)中的節點中只有很少的節點需要與外網連接(呵呵，這是在上世紀90年代中期提出的)。那么這個子網中其實只有少數的節點需要全球唯一的IP地址，其他的節點的IP地址應該是可以重用的。

因此，基本的NAT實現的功能很簡單，在子網內使用一個保留的IP子網段，這些IP對外是不可見的。子網內只有少數一些IP地址可以對應到真正全球唯一的IP地址。如果這些節點需要訪問外部網絡，那么基本NAT就負責將這個節點的子網內IP轉化為一個全球唯一的IP然后發送出去。(基本的NAT會改變IP包中的原IP地址，但是不會改變IP包中的端口)

關于基本的NAT可以參看RFC 1631

另外一種NAT叫做NAPT，從名稱上我們也可以看得出，NAPT不但會改變經過這個NAT設備的IP數據報的IP地址，還會改變IP數據報的TCP/UDP端口。基本NAT的設備可能我們見的不多(呵呵，我沒有見到過)，NAPT才是我們真正討論的主角。看下圖：

有一個私有網絡10.*.*.*，ClientA是其中的一臺計算機，這個網絡的網關(一個NAT設備)的外網IP是155.99.25.11(應該還有一個內網的IP地址，比如10.0.0.10)。如果Client A中的某個進程(這個進程創建了一個UDPSocket,這個Socket綁定1234端口)想訪問外網主機18.181.0.31的1235端口，那么當數據包通過NAT時會發生什么事情呢?

首先NAT會改變這個數據包的原IP地址，改為155.99.25.11。接著NAT會為這個傳輸創建一個Session(Session是一個抽象的概念，如果是TCP，也許Session是由一個SYN包開始，以一個FIN包結束。而UDP呢，以這個IP的這個端口的***個UDP開始，結束呢，呵呵，也許是幾分鐘，也許是幾小時，這要看具體的實現了)并且給這個Session分配一個端口，比如62000，然后改變這個數據包的源端口為62000。所以本來是(10.0.0.1:1234->18.181.0.31:1235)的數據包到了互聯網上變為了(155.99.25.11:62000->18.181.0.31:1235)。

一旦NAT創建了一個Session后，NAT會記住62000端口對應的是10.0.0.1的1234端口，以后從18.181.0.31發送到62000端口的數據會被NAT自動的轉發到10.0.0.1上。(注意：這里是說18.181.0.31發送到62000端口的數據會被轉發，其他的IP發送到這個端口的數據將被NAT拋棄)這樣Client A就與Server S1建立以了一個連接。#p#

呵呵，上面的基礎知識可能很多人都知道了，那么下面是關鍵的部分了。

看看下面的情況：

接上面的例子，如果Client A的原來那個Socket(綁定了1234端口的那個UDP Socket)又接著向另外一個Server S2發送了一個UDP包，那么這個UDP包在通過NAT時會怎么樣呢?

這時可能會有兩種情況發生，一種是NAT再次創建一個Session，并且再次為這個Session分配一個端口號(比如：62001)。另外一種是NAT再次創建一個Session，但是不會新分配一個端口號，而是用原來分配的端口號62000。前一種NAT叫做SymmetricNAT，后一種叫做ConeNAT。我們期望我們的NAT是第二種，呵呵，如果你的NAT剛好是***種，那么很可能會有很多P2P軟件失靈。(可以慶幸的是，現在絕大多數的NAT屬于后者，即Cone NAT)

好了，我們看到，通過NAT,子網內的計算機向外連結是很容易的(NAT相當于透明的，子網內的和外網的計算機不用知道NAT的情況)。

但是如果外部的計算機想訪問子網內的計算機就比較困難了(而這正是P2P所需要的)。

那么我們如果想從外部發送一個數據報給內網的計算機有什么辦法呢?首先，我們必須在內網的NAT上打上一個“洞”(也就是前面我們說的在NAT上建立一個Session)，這個洞不能由外部來打，只能由內網內的主機來打。而且這個洞是有方向的，比如從內部某臺主機(比如：192.168.0.10)向外部的某個IP(比如：219.237.60.1)發送一個UDP包，那么就在這個內網的NAT設備上打了一個方向為219.237.60.1的“洞”，(這就是稱為UDP HolePunching的技術)以后219.237.60.1就可以通過這個洞與內網的192.168.0.10聯系了。(但是其他的IP不能利用這個洞)。

呵呵，現在該輪到我們的正題P2P了。有了上面的理論，實現兩個內網的主機通訊就差***一步了：兩邊都無法主動發出連接請求，誰也不知道誰的公網地址，那我們如何來打這個洞呢?我們需要一個中間人來聯系這兩個內網主機。

現在我們來看看一個P2P軟件的流程，以下圖為例：

Server S (219.237.60.1)

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NAT A (外網IP:202.187.45.3) NAT B (外網IP:187.34.1.56)

| (內網IP:192.168.0.1) | (內網IP:192.168.0.1)

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Client A (192.168.0.20:60000) Client B (192.168.0.10:40000)

首先，Client A登錄服務器，NAT A為這次的Session分配了一個端口60000，那么ServerS收到的Client A的地址是202.187.45.3:60000，這就是Client A的外網地址了。同樣，ClientB登錄Server S，NAT B給此次Session分配的端口是40000，那么ServerS收到的B的地址是187.34.1.56:40000。

此時，Client A與Client B都可以與ServerS通信了。如果Client A此時想直接發送信息給Client B，那么他可以從ServerS那兒獲得B的公網地址187.34.1.56:40000，是不是Client A向這個地址發送信息ClientB就能收到了呢?答案是不行，因為如果這樣發送信息，NATB會將這個信息丟棄(因為這樣的信息是不請自來的，為了安全，大多數NAT都會執行丟棄動作)。那該怎么辦呢? 首先我們假設Server S是219.237.60.1：7000，當Clinet A(202.187.45.3：60000)向Server S(219.237.60.1：7000)發送數據包，Server S是可以正常接收到數據，因為它是屬于外型開放的服務器端口。當Server S收到數據包后可以獲知Clinet A(202.187.45.3：60000)對外通信的臨時session信息(這個叫臨時的端口，假設是60000會過期，具體時間不同，一般是每30S發送一個keep住連接以保證端口維持通信連接不斷)Server S此時應將次信息保存起來。而同時，Client B (192.168.0.10:40000)也在時刻向

Server S發送心跳包，Server S就向Client B (192.168.0.10:40000)發送一個通知，讓Client B (192.168.0.10:4000) 發送探測包(這個數據包***發幾個)，Client B (192.168.0.10:4000)在收到通知后在向Server S發送反饋包，說明以向自己以向Client A (192.168.0.20:60000)發送了探測包，Server S在收到反饋之后再向Client A (192.168.0.20:60000)轉發反饋包，Client A (192.168.0.20:60000)在收到數據包之后在向原本要求請求的Client B (192.168.0.10:4000)發送數據包，此時連接已經打通，實現穿透。Client B (192.168.0.10:4000)會將數據包轉發給

Client A (192.168.0.20:60000)從而在轉發給內網內網IP:192.168.0.1。

對于Symmetric NAPT的情況，網上有人說可以通過探測端口的方式，不過成功率并不高，我建議可用服務器進行中轉。另外，***在數據包發送前先檢測是否進行的是同個NAT的情況，也就是內網發內網，如果是，直接發送即可，而無需通過外網再繞回來。

ps:探測包其實就是為了在雙方的NAT上建立session，比如A要發給B，但B在NAT上找不到session，就會把包丟棄;但A通過發這個探測包，會在自己所在的ANT上建session。同理，B也發探測包。當然，這種探測包一般會發好幾次，直到對方應答。所謂的心跳包，其實就是為了讓session保持活動，不至于被NAT清除。