从零到壹学习比特币源码解析第十一讲：比特币源码解析-网络

黎跃春

孔壹学院、ChainDesk创始人兼CEO

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从零到壹学习比特币源码解析为一个系列，一共11讲，包括准备知识、源码解析等。今天我们将为大家介绍从零到壹学习比特币源码解析第十一讲：比特币源码解析-网络。话不多说，马上开启我们的比特币源码解析学习之旅。

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孔壹学院

P2P网络架构

比特币采用了基于国际互联网（Internet）的P2P（peer-to-peer）网络架构。P2P是指位于同一网络中的每台计算机都彼此对等，各个节点共同提供网络服务，不存在任何“特殊”节点。每个网络节点以“扁平（flat）”的拓扑结构相互连通。 在P2P网络中不存在任何服务端（server）、中央化的服务、以及层级结构。P2P网络的节点之间交互运作、协同处理：每个节点在对外提供服务的同时也使用网络中其他节点所提供的服务。P2P网络也因此具有可靠性、去中心化，以 及开放性。

“比特币网络”是按照比特币P2P协议运行的一系列节点的集合。除了比特币P2P协议之外，比特币网络中也包含其他协议。例如Stratum协议就被应用于挖矿、以及轻量级或移动端比特币钱包之中。网关（gateway）路由服务器提供这些协 议，使用比特币P2P协议接入比特币网络，并把网络拓展到运行其他协议的各个节点。例如，Stratum服务器通过 Stratum协议将所有的Stratum挖矿节点连接至比特币主网络、并将Stratum协议桥接（bridge）至比特币P2P协议之 上。我们使用“扩展比特币网络（extended bitcoin network）”指代所有包含比特币P2P协议、矿池挖矿协议、Stratum 协议以及其他连接比特币系统组件相关协议的整体网络结构。

UDP打洞

网络模型

假设客户端A和客户端B的地址都是内网地址，且在不同的NAT后面。A、B上运行的P2P应用程序和服务器S都使用了UDP端口9982，A和B分别初始化了 与Server的UDP通信，地址映射如图所示:

现在假设客户端A打算与客户端B直接建立一个UDP通信会话。如果A直接给B的公网地址120.26.10.118:3000发送UDP数据，NAT B将很可能会无视进入的 数据（除非是Full Cone NAT），因为源地址和端口与S不匹配，而最初只与S建立过会话。B往A直接发信息也类似。

假设A开始给B的公网地址发送UDP数据的同时，给服务器S发送一个中继请求，要求B开始给A的公网地址发送UDP信息。A往B的输出信息会导致NAT A打开 一个A的内网地址与与B的外网地址之间的新通讯会话，B往A亦然。一旦新的UDP会话在两个方向都打开之后，客户端A和客户端B就能直接通讯， 而无须再通过引导服务器S了。

UDP打洞技术有许多有用的性质。一旦一个的P2P链接建立，链接的双方都能反过来作为“引导服务器”来帮助其他中间件后的客户端进行打洞， 极大减少了服务器的负载。应用程序不需要知道中间件具体是什么（如果有的话），因为以上的过程在没有中间件或者有多个中间件的情况下 也一样能建立通信链路。

打洞流程

假设A现在希望建立一条到B的udp会话，那么这个建立基本流程是:

先决条件

能够完成打洞有几个先决条件:

源码示例

使用三台设备模拟,外网设备207.148.70.129模拟Server S,执行server.go代码:

另外两台分别位于不同内网后的设备,均运行相同代码peer.go:

注意代码仅模拟打洞基础流程,如果读者测试网络情况较差发生udp丢包,可能看不到预期结果,此时简单重启server,peer即可.

完整代码参考github

udp打洞转tcp通信

通常,由于udp打洞实现简单,p2p的实现采用udp打洞较多,然而当通路建立起来后使用tcp进行节点间通信可以获取更好的通信效果。因为udp打洞完成后形成的nat映射是和tcp/udp无关的,所以此时可以转为使用tcp建立连接,达到最终的p2p的tcp通信.由于代码较简单,这里就不给出示例了。

参考文档

UDP用打洞技术穿透NAT的原理与实现

https://yq.aliyun.com/articles/227421

P2P通信原理与实现

https://zhuanlan.zhihu.com/p/26796476