本文涵蓋計算機網絡，軟件等多方面的知識。
不過放心，這篇文章不會只告訴你p2p”是什麼“，也不會僅僅告訴你”爲什麼“，而要深刻探討它的設計”是否合理“。
傳統計算機行業 = IT行業 + 軟件行業
作爲一個網絡工程出身的假工程師，我雖然半道轉行做軟件，但仍然持續關注着IT行業的發展。這不，近年來成熟起來的WebRTC技術更是將web與網絡這兩個毫不相關的科研方向結合了起來：web是什麼？web是軟件行業的主流方向，屬於互聯網應用技術，網絡呢？網絡是IT運維的一個方向，屬於互聯網建設技術。
然而，沒有完美的層次模型，任何人爲劃分的層次化系統都不可避免的需要層次之間的妥協，就像我們應用層編程仍然要考慮採用TCP還是UDP一樣。沒有網絡基礎的程序員們碰到WebRTC一定一頭霧水，甚至連p2p都不知道是啥，我來爲大家解惑。
稍微有點網絡常識的人都知道，在互聯網上通訊理應是很簡單的：一臺電腦訪問另一臺電腦的ip地址即可，根本不需要服務器。既然微信不會保留用戶的聊天記錄，爲啥還需要微信服務器呢？很顯然，我們聊天的時候並不是p2p的，而是通過服務器來交換消息。稍微有點常識的人都知道這種通過第三方服務器來代理“聊天”的方式遠不如2臺電腦直接聊天來的快，而且還能避免隱私泄露。
注：p2p指peer to peer，對等體到對等體：在網絡上2點之間直接交流而不走中間的服務器叫做p2p通訊。
去中心化通信的問題
那爲啥微信客戶端不能替你直接呼叫你的好友，非要讓微信服務器代你呢？有許多原因，原因之一是你不知道好友的ip地址。
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這個理由看似合情合理，那如果知道呢？也不行，因爲IP地址是地理地址，每個省每個市都有不同的ip地址（比如南京市電信就有超過65536個地址），你可以做一趟地鐵，每過5站查一次stun服務，每次都能看到不同的ip地址。
stun服務可以查詢到自己在互聯網上的ip地址，是一種廉價的服務，效果等同於百度搜索”IP地址“關鍵字得到的結果。常用的stun服務器來自谷歌：stun:stun.l.google.com:19302
所以，一個人在地球上是不斷運動的，即使你們知道對方的ip地址，當好友走到了別的地方換了一個ip，你們的通訊就中斷了，好友也不可能在中斷前告訴你新的ip地址，因爲這樣的話他所有的好友都要通知一遍，顯然是不合理的。（當然，在網絡聊天出現之前真有人這麼做）
那怎麼辦呢，我們希望ip地址變化之後只要通知一個人”中心管理者“，辦法是在互聯網上設置一個不動的，或很少移動的服務器（如微信服務器）來維護所有用戶的ip地址（以及端口號），我們想知道好友的ip地址時就向管理者去詢問，同時還要隨時把自己的ip地址彙報給管理者，以便讓好友可以隨時找到自己。這樣一來，問題就解決了。這就是WebRTC的工作原理。
在端到端通信時代，在網絡上定位一個對等體除了ip地址還需要端口號，端口號是對地理地址的進一步劃分（比如一臺電腦有多個人使用）。所以必須知道對方的ip和端口號才能與之通信。
這幅圖描述了webRTC大致的原理，其中signalling就是交換ip和端口以及協議協商的過程。值得一提的是，signalling沒有強制的標準，並不一定得通過服務器來交換，你可以採用任何方式，通過其他網絡，郵件，信鴿，甚至順豐速運都行，只要達到交換地址的目的即可。
但是signalling推薦使用UDP傳輸，之前的stun服務也是基於UDP的，從這個趨勢可以看出，UDP正在走向主流，正在逐漸挑戰着TCP的地位。
？
講完了？感覺和其他教程說的不大一樣？是不是忘了談NAT了？事實上，WebRTC和NAT根本沒有關係，不信去webrtc.org上瞧瞧，官網都對NAT隻字未提。但爲啥許多介紹WebRTC的文章都說是爲了解決NAT的問題呢？主要是因爲NAT確實也破壞了端到端通信的能力：即使在互聯網上的位置不變，在NAT網關之後的主機地址仍然是動態變化的，因爲在這種情況下，即使IP地址不變，你的端口號會一直變化，p2p將無法進行。
爲什麼？
可能是因爲IPv4地址太貴了（注意我說了可能），你和你的朋友都購買了NAT上網服務（比如電信和移動5G）。在這種上網模式下，我們只能通過”代理“上網，這個”代理“就是NAT網關，與此同時，我們在邏輯上處於互聯網中的一個小型局域網當中：我們並沒有直接暴露在互聯網中，而是被一個局域網”保護“了起來。正是有了這層屏障，p2p被無情打破。可爲什麼IP地址這麼貴呢？
NAT技術：用端口資源來擴充IP資源？
事實上IP地址資源早在20年前就不夠用了，可爲啥這20年還可以上網？這主要是NAT技術來解決的。
注：
IPv4地址資源不足有2個原因，其一是IPv4地址是一個32位整數，理論上支持40多億個地址，這個數遠遠小於世界總人口數。其二是由於IP地址在地理位置上嚴重分配不均：美國富餘中國稀缺，佔世界人口56%的亞洲只分到9%的地址，中國人均只有0.06個地址，日本也嚴重不夠用，印度更慘，人均只有0.006個地址。
NAT技術的設計者們早就發現，我們個人電腦上同一時刻只有寥寥幾個端口號在工作，剩下幾萬個端口都處於閒置狀態，這不可謂不是一種浪費。既然ip地址快不夠用了，爲啥不利用這些閒置的端口號來擴充ip地址呢？這就是NAT技術的理論基礎。
虛擬化：對內僞裝，對外欺騙
如果給NAT下一個定義，NAT是一種虛擬化技術，用於將虛擬化的子網接入到父級網絡（通常就是互聯網）。什麼是虛擬化技術呢？虛擬化就是僞裝欺騙的藝術，比如在一臺電腦上開多臺虛擬機，每臺虛擬機都分配一個ip，那麼在外界看來就存在多臺電腦，但實際上只有一臺：虛擬機容器將一臺電腦虛擬成多臺電腦。
NAT則相反，NAT是將多臺電腦虛擬成一臺電腦，在外界看來你們只有一臺電腦（即NAT網關），但實際上你們有若干臺。雖然NAT網關只有1個公網IP，但是它有幾萬個端口號對應着子網內部幾萬個主機。
所以，從資源守恆的角度看，NAT是犧牲端口號資源來擴充稀缺的ip地址資源；從技術本質上看，NAT是一種虛擬化技術，實現了網絡的嵌套。
理論上NAT子網中可以再嵌套一個NAT子網，網絡嵌套的層數沒有理論限制，但是層數越多通訊效率將大打折扣。
有人問，如果一開始互聯網就使用IPv6，NAT技術就不會誕生了，上網的效率將大大提升？是這樣嗎？
IPv6能解決問題？怎麼可能！
雖然NAT一開始是爲了解決IP資源不足而流行開來的，但是剛剛說了，NAT本質上是虛擬化，是用來實現網絡嵌套的。雖然IPv6資源多如牛毛（128位地址，約3.4×10^38個，比世界上所有灰塵的數量還多），世界上的子網仍然無處不在：每一個公司，園區，軍事禁區幾乎都有自己的私有網絡。
之前也說了，IPv4地址太貴只是NAT被廣泛使用的原因之一，更深層次的原因是，互聯網誕生之初所構想的世界大同的格局根本不可能實現，從物理設備的角度思考，如果想讓人人平等地使用互聯網，想要人人都能隨時隨地獲得一個公網IP，就得在世界各地均勻地搭建類似蜂窩佈局的互聯網接入點（如5G基站），從而將互聯網絡覆蓋到地球每個角落，但只要國家和地區之間充斥着不信任，各種私人領地像釘子戶一般的存在，基站就不可能覆蓋全球。NAT仍將廣泛使用。
子網將一直存在，網關和防火牆像長城（你知道我指的是什麼）一樣堅不可摧。地球仍以一定的角速度轉動，互聯網卻面臨着命運莫測的未來。。
最近人在魂不在，產出效率偏低，多多海涵~
（完）
