前言：
       最近我用java做了一個C/S的類似QQ之類的IM系統（即時通訊系統），遇到了不能跨區域網通訊的問題，經過在網上，和書上查閱了一些資料，瞭解了一些情況，現在就總結一下我的解決方案吧（本人也是在不斷錯誤中學習，如果有什麼不對的地方，請大家多多指教）。


問題描述：
         一般情況下，只能在同一個子網即同一個虛擬局網裡通訊，或者子網訪問外網，外網訪問不了內網。因為虛擬局域網相對於外網都是透明的，所以外網是不能直接訪問子網，舉個例子：校園網裡的學生資訊管理系統（MIS），需要是校園網裡面的IP地址才能訪問，校園網以外的IP是不能訪問，這樣的做法的好處不用我多說

首先，在不同網路點之間（即peer-to-peer對等網路），可以分為以下幾種情況：

1.ClientA在子網，ClientB也在同一個子網
2.ClientA在子網，ClientB在外網

3.ClientA在一個子網內，ClientB在另一個子網內

對於第一種情況，不需要經過路由器的轉發，可以直接相互通訊。

對於第二種情況，ClientB對於ClientA是公開的，ClientA對於ClientB是透明的。

ClientA-->直接相通-->ClientB，ClientB-->不能直接想通-->ClientA。換句話說，ClientA都能接受到包涵真正傳送者IP的資料包；如果ClientA傳送資料包給ClientB，ClientB接受資料包的IP來源並不是ClientA，而已中轉站（路由器）的IP。

對於第三種情況，兩者之間都是相互透明的。

解決方案：

要解決P2P跨區域網，就要用到NAT穿透技術，我在這裡先講UDP穿透，TCP穿透原理一樣，實現更簡單，這裡就不多說了。

NAT的全稱是Network Address Translator,網路地址轉換。一般是應用於路由器，更詳細資料請自己查閱資料

吧。
NAT分兩大類：
1）NAT
2）NAPT ,Network Address Port Translator,網路地址埠轉換
這裡預設是用NAT，埠號沒有轉換，如果是NAPT，實現的原理也是差不多的，只是細節不同。

關於第二種情況，原理如下：
A:192.168.1.10,處於內網
NATA:路由器對外的wlanIP：168.38.2.2；路由器對內的lanIP：192.168.1.10
B:168.38.2.225，處於外網

1.首先，A（內網IP）先向B（外網IP）傳送UDP包，NAT會產生session，存放192.168.1.10-- >168.38.2.225的對映關係

此時，A為了B在NAT上打了一個洞

2.接下來，只要B把資訊發給NATA，NATA會自動把資訊轉發給A

這樣A,B之間的NATA會有個洞來讓兩者通訊，但是此方案不適用於第三種情況。

關於第三種情況，原理如下：

需要用到第三方中轉站，而且這中轉站必須在外網，即全球唯一IP。我是直接一臺連線所有客戶端的服務器，記錄了所有客戶端的真實IP（如果是內網IP就記錄內網IP），我是用TCP來實現客戶端和伺服器的通訊，這裡要用到了TCP穿透，這裡先不講，最後總結說一下。

或者如圖：（ps：圖片是網上下載的）

首先，我先介紹下這個伺服器的作用。所有的客戶端都和伺服器建立了面向連線可靠的TCP連線，即服務器--客戶端之間可以相互通訊。客戶端會向客戶端傳送自身的真實IP（如A：192.168.1.110），伺服器接受到這資訊之後，同時也會知道資訊源的IP（如：NATA的外網IP:210.38.196.110），因為接受方總能知道資訊包的最直接來源。此時，伺服器就記錄了ClientA的IP、NATA外網IP和ClientB的IP、NATB外網IP。

要想A<------>B之間無需經過第三方的通訊，必須在NATA中為B打個洞，在NATB中為A打個洞。

實際上就是在NATA中存放A（192.168.1.110）--->NATB（外網IP:210.38.196.30）的對映，這樣只要是從NATB傳送到NATA的，都會轉發到A子網中，此過程叫NATA為B打洞。同理NATB也可以為A打洞。

具體過程：server會發送資訊告知A，B的NATB的外網IP；告知B，A的NATA的外網IP。這樣子，A可以先傳送一個數據包到NATB（外網IP：210.38.196.30），NATA會生成一個session記錄A————>NATB的對映關系。數據包到達NATB時，NATB因為還未為A打洞，會丟包。然後B向NATA（外網IP:210.38.196.110）傳送數據包，NATB會生成一個session記錄B————>NATA的對映關係。此時，NATA接受到來自NATB的資料包，會查詢下session對映，發現有A————>NATB的對映關係，會把包轉發給A。只要A再發資訊給NATB時，NATB也會根據session來轉發給B。雙方打洞完成。

所以對於第二種情況，也可以用此方案，如圖：

利用第三方伺服器來幫P2P對等點之間的UDP打洞，是比較全面的方案，此方案適用於P2P對等點在任何網絡點（說得可能比較絕對吧，大家有什麼不同意見記得提出來哦，純屬個人的偏見）

總結：

簡單說下TCP穿透原理吧,分四種情況：

1.建立TCP等待連線方和請求TCP連線方在同一個子網，或者是外網（不用穿透）

2.建立TCP等待連線方在外網，請求TCP連線方在內網（請求方會先發請求資訊，同時為建立方打洞）
3.建立TCP等待連線方在內網，請求TCP連線方在外網（需要第三方伺服器，原理同上面的UDP穿透一樣）
4.建立TCP等待連線方，請求TCP連線方分別在不同的子網（需要第三方伺服器，原理同上面的UDP穿透一樣）

不足：由於我開發的只是簡單的即時通訊系統，可能很多複雜的情況我沒有考慮進去，例如存在多個NAT的嵌套，NAPTIP地址埠號轉換沒有考慮進去，路由器中的session的生命週期的不確定（有時候是幾分鍾，有時候幾個小時不定），所以需要定期地進行穿透等等等等。