通过互联网建立点对点连接，并且面临 NAT 网络的挑战。WebRTC 确实是一个很好的选择，因为它专门设计用于在 NAT 后面的对等点之间建立连接。通过使用 STUN 和 TURN 服务器，WebRTC 可以打洞并在对等点之间建立直接连接，即使它们位于 NAT 后面。
下面我们将使用 Python 实现一个 WebRTC 数据通道的解决方案，来满足你想要的点对点通信需求。这个示例将使用 aiortc，这是一个 Python 中的 WebRTC 实现库，支持数据通道、音频和视频传输。
1. 安装必要的依赖
首先，你需要安装 aiortc 以及 aiohttp（用于信令服务器的通信）：
pip install aiortc aiohttp2. 信令服务器
WebRTC 需要一个初始的信令通道来交换连接信息（SDP 和 ICE 候选）。我们可以使用 aiohttp 来构建一个简单的信令服务器。
# signaling_server.py
import asyncio
from aiohttp import web
clients = []
async def offer(request):
ws = web.WebSocketResponse()
await ws.prepare(request)
clients.append(ws)
async for msg in ws:
if msg.type == web.WSMsgType.TEXT:
for client in clients:
if client != ws:
await client.send_str(msg.data)
elif msg.type == web.WSMsgType.ERROR:
print(f'Connection closed with exception {ws.exception()}')
clients.remove(ws)
return ws
app = web.Application()
app.add_routes([web.get('/ws', offer)])
if __name__ == '__main__':
web.run_app(app, port=8080)这个信令服务器只是一个简单的 WebSocket 服务器，负责在两个对等点之间转发信令信息（例如 SDP 和 ICE 候选）。
3. 客户端实现（Python WebRTC 端）
下面是两个 Python 文件，每个文件代表一个 WebRTC 客户端，用于交换 SDP 并建立连接。
# peer1.py
import asyncio
import json
import aiohttp
from aiortc import RTCPeerConnection, RTCSessionDescription, RTCIceCandidate
from aiortc.contrib.signaling import BYE
async def run(pc, signaling):
@pc.on("datachannel")
def on_datachannel(channel):
@channel.on("message")
def on_message(message):
print("Received:", message)
# Connect to signaling server
async with aiohttp.ClientSession() as session:
async with session.ws_connect("http://localhost:8080/ws") as ws:
# Create offer
offer = await pc.createOffer()
await pc.setLocalDescription(offer)
# Send offer to the signaling server
await ws.send_str(json.dumps({
"sdp": pc.localDescription.sdp,
"type": pc.localDescription.type
}))
# Wait for answer from remote peer
async for msg in ws:
data = json.loads(msg.data)
if "sdp" in data:
await pc.setRemoteDescription(RTCSessionDescription(
sdp=data["sdp"], type=data["type"]))
elif "candidate" in data:
candidate = RTCIceCandidate(
sdpMid=data["sdpMid"],
sdpMLineIndex=data["sdpMLineIndex"],
candidate=data["candidate"]
)
pc.addIceCandidate(candidate)
elif msg.data == BYE:
print("Exiting")
break
await ws.close()
# Create peer connection
pc = RTCPeerConnection()
# Create a data channel
channel = pc.createDataChannel("chat")
channel.on("open", lambda: channel.send("Hello from peer1!"))
# Run the WebRTC connection
if __name__ == "__main__":
signaling = None # Placeholder for signaling
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(run(pc, signaling))# peer2.py
import asyncio
import json
import aiohttp
from aiortc import RTCPeerConnection, RTCSessionDescription, RTCIceCandidate
from aiortc.contrib.signaling import BYE
async def run(pc, signaling):
# Create offer
@pc.on("datachannel")
def on_datachannel(channel):
@channel.on("message")
def on_message(message):
print("Received:", message)
# Connect to signaling server
async with aiohttp.ClientSession() as session:
async with session.ws_connect("http://localhost:8080/ws") as ws:
# Wait for offer from peer1
async for msg in ws:
data = json.loads(msg.data)
if "sdp" in data:
await pc.setRemoteDescription(RTCSessionDescription(
sdp=data["sdp"], type=data["type"]))
# Create answer and send it back
answer = await pc.createAnswer()
await pc.setLocalDescription(answer)
await ws.send_str(json.dumps({
"sdp": pc.localDescription.sdp,
"type": pc.localDescription.type
}))
elif "candidate" in data:
candidate = RTCIceCandidate(
sdpMid=data["sdpMid"],
sdpMLineIndex=data["sdpMLineIndex"],
candidate=data["candidate"]
)
pc.addIceCandidate(candidate)
elif msg.data == BYE:
print("Exiting")
break
await ws.close()
# Create peer connection
pc = RTCPeerConnection()
# Run the WebRTC connection
if __name__ == "__main__":
signaling = None # Placeholder for signaling
loop = asyncio.get_event_loop()
loop.run_until_complete(run(pc, signaling))4. 运行步骤
- 启动信令服务器：
python signaling_server.py- 启动
peer1.py和peer2.py这两个客户端，它们将通过信令服务器交换 SDP 并建立 WebRTC 连接：
python peer1.py
python peer2.py- 一旦连接建立，你会看到
peer1和peer2通过 WebRTC 数据通道发送和接收消息。
5. 应对 NAT 问题
WebRTC 通过 STUN 和 TURN 服务器来解决 NAT 问题：
- STUN（Session Traversal Utilities for NAT）：用于发现 NAT 的公共 IP 地址，帮助打洞。
- TURN（Traversal Using Relays around NAT）：在对等连接失败时通过中继服务器传输流量。
你可以使用公共 STUN 服务器（例如 stun:stun.l.google.com:19302）或者设置自己的 STUN/TURN 服务器（例如使用 coturn）。
在 RTCPeerConnection 中添加 STUN/TURN 服务器配置：
pc = RTCPeerConnection(configuration={
"iceServers": [{"urls": "stun:stun.l.google.com:19302"}]
})如果你有自己的 TURN 服务器，也可以添加 TURN 服务器配置：
pc = RTCPeerConnection(configuration={
"iceServers": [
{"urls": "stun:stun.l.google.com:19302"},
{
"urls": "turn:your.turn.server:3478",
"username": "your-username",
"credential": "your-password"
}
]
})6. 对称 NAT 问题
对于对称 NAT，STUN 可能不起作用，因为对称 NAT 会为每个外部连接创建不同的映射，这使得打洞非常困难。此时，必须依赖 TURN 服务器进行中继。
TURN 服务器可以确保即使在对称 NAT 的情况下也能建立连接，但它会增加一些延迟，因为数据需要通过中继服务器传输。
总结
通过 WebRTC 和 Python，你可以轻松地在 NAT 后的设备之间建立点对点连接。STUN 和 TURN 服务器帮助解决 NAT 穿透问题。在 aiortc 中，你可以通过自定义 ICE 配置来处理不同的 NAT 环境。
