P2P網絡概念的背景和基礎認知
前言：
“2011年2月3日，IANA對外宣佈IPv4地址空間最後5個地址塊已經被分配給下屬的5個地區委員會。”
“2011年4月15日，亞太區委員會APNIC對外宣佈，除了個別保留地址外，本區域所有的IPv4地址基本耗盡。”
現2017已經過去大半年，離2011已有6年多，雖然IPv4的地址已經耗盡，但也並未影響我們一直沿用IPv4直到現在。
IPv6推出至今，也並未受到廣泛應用，這是受制於NAT（Network Address Translation），我們還能繼續使用IPv4也得益於NAT。
知乎中的某條評論<吳建平反思國內IPv6發展：爲何“起了個大早，趕了個晚集”>。
爲什麼說是受制於NAT又得益於NAT？
0x01 NAT的起源
NAT英文全名爲Network Address Translation，顧名思義，網絡地址轉換，早在上世紀就已提出了NAT的概念。NAT作爲解決IPv4地址不夠用的主要方式，還得了解IPv4的發展歷程。
IPv4採用32位的整數來表示一個IP地址，誕生初期，按理論計算，可以分配的IP地址達42億之多。這樣的IP數量級在當時的網絡環境下，是不可能一下子使用完的，所以，IANA當時對企業、組織、教育機構的IP分配也並沒有得到真正的利用，導致IP地址浪費嚴重，不過這也不能怪IANA，現在對結果進行分析都是馬後炮。歷史給了我們驚喜，互聯網的發展呈指數性的爆炸增長。除了過早的浪費很多地址，爲了路由和方便管理，地址還分爲了ABC類和保留地址，但這樣的分配也並非不合理。
A類地址 ：0******* -------- -------- -------- 126個網絡，每個網絡可以有16,777,214個主機
B類地址 ：10****** -------- -------- -------- 16,384個網絡，每個網絡可以有65,534個主機
C類地址 ：110***** -------- -------- -------- 2,097,152個網絡，每個網絡可以有254個主機。
保留地址：1110**** -------- -------- -------- 當計算機獲取IP失敗時，默認使用的地址
在80年代初IPv4被詳細定下來，到90年代初NAT的出現也只經歷了10多年的時間，在90年代初，爲了替代新的IPv4，96年提出了IPv6，但是要普及IPv6需要更換許多沿用IPv4的設備，包括教育、軍工等設施，這些都是極其龐大的工程，並不是簡單的協議替換而已，並沒有一個平滑的過度方式可以讓互聯網用戶在無感知的情況下將IPv4取代，上面我們不是說了還有保留地址嗎，對，NAT就催生了。
因爲有了保留地址，所以大型企業中，會採用與廣域網相隔離的局域網中使用保留的IPv4地址進行局域網通信，在局域網中只需要一臺設備與互聯網相連，那其它設備就可以通過這一臺設備作爲入/出口（網關），而廣域網中的設備只有廣域網的IP地址才能進行通信，所以，這臺作爲在局域網內的所有設備，在出口的時候，源地址都會被改寫爲網關所被分配的廣域網IP地址，這就是NAT（Network Address Translation）– 網絡地址轉換。在同一個局域網中，與廣域網的通信過程都共用一個廣域網IP地址。
同時，NAT還能保護局域網內的主機不被發現，即安全，又解決了IPv4地址不夠用的問題，所以一直沿用至今，甚至讓我們忘了IPv4地址池已經用光的這樣一個事實。換過來再說，對IPv4、NAT依賴越多，如果沒有一個很平滑的過渡，IPv6也就越難以普及。
0x02 NAT轉換到P2P通信
上面提到了，通過NAT網絡地址轉換過後，我們通過局域網訪問外網的時候，別人是看不到我們的局域網IP地址的，他們只能看到我們局域網共用的出口那個IP地址。
假如現在有這麼一條通信隧道：
/** host1 -->> host2 **/
host1:port = 192.168.1.101:1111 // 主機1的地址，在局域網中
getway:port = 192.168.1.1:60001 / 88.88.88.88:60001 // 網關地址
host2:port = 99.99.99.99:2222 // 主機2的地址，在廣域網中
常規TCP通信中，host2主機開啓監聽2222端口，那麼廣域網中就能直接找到IP地址爲99.99.99.99的主機，並且可以往這臺主機的2222號端口塞數據進去。
在上述的例子中，host1與host2建立通信，首先由host1發起通信請求，請求訪問host2主機的2222端口的流程，先找到本局域網的公網IP共用的主機192.168.1.1，即網關，把要發送的數據發給他，網關對數據包進行拆解，讀到目的地址是99.99.99.99，需要將數據塞到目的地址的2222號端口，OK了，這樣就完成了一次單向通信。在網關拆解數據包的時候，還會對數據包進行改寫，會把源地址改寫成自己的IP地址，並且開放一個新的端口號60001，告訴遠端主機，“如果你要回復，那就往88.88.88.88這個地址的60001號端口給我塞回來。”這樣就通過NAT建立了一個局域網與廣域網之間的雙向通信隧道。
這就存在了一些問題，在我和別人沒有建立通信，別人需要主動訪問我的時候，是無法訪問的。
就是說，如果host1主機沒有主動向host2主機發送數據，那麼88.88.88.88網關就不會開放一個新的端口號，用於對應給host1主機的1111端口轉發外部傳遞進來的數據。99.99.99.99也不知道該向目標的哪一個入口（端口）發送數據纔會傳遞到host1主機，因爲根本沒有建立這個隧道。
既然可以從內部向外部建立通信隧道，我們又爲什麼非得需要從外部向裏面建立呢？
舉個例子，在實際應用中，假如我想搭建一個FTP服務共享我自己的文件訪問，但是我又不想租服務器，而且同時我自己沒有公網IP，或者我有公網IP，但不希望我自己的主機暴露在公網中，那麼這個時候就需要別人通過外部向內部訪問才能訪問到我的FTP服務。這只是一個簡單的例子，生活中有更多且比這個例子更需要用到地方。
在上面例子裏，從外部向內部訪問的主機，可能也是處於另一個局域網中，而不論它是否處於局域網中，它與我搭建在局域網內的FTP主機進行通信都可以稱之爲是P2P(peer-to-peer)通信，即對等網絡通信。
0x03 小結
本來想寫三個小結，來介紹P2P，分別介紹一下背景知識、NAT和P2P，感覺第二點好像也簡單的把p2p和nat都一起講了，整理了一個簡單的大綱，計劃之後還要至少再寫兩篇介紹並實現一個自己的P2P程序，此篇開篇都是理論，之後的可能更偏技術一些。懶人，懶更。
大綱：
《2、NAT工作原理以及P2P實現機制》
0x01 TCP/IP通信過程
0x02 NAT的原理
0x03 什麼是NAT打洞
0x04 P2P的實現機制
0x05 P2P中可實現的可能性分析
0x06 小結
《3、NAT打洞的C/C++程序實現》
0x01 建立常規網絡通信
0x02 打一個洞
0x03 通過“洞”建立通信隧道
0x04 小結
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