WebRTC（五）：TURN协议

TURN（Traversal Using Relays around NAT）协议是一个网络协议，旨在解决 NAT（网络地址转换）和防火墙 环境下的 UDP/TCP通信问题。它通常与 STUN 和 ICE 协议一起使用，广泛应用于 WebRTC、SIP 和视频会议等实时通信场景中。

为什么需要 TURN？

NAT 问题

NAT 会屏蔽内网客户端的真实地址，使两个处于不同 NAT 环境的客户端 无法直接建立连接。

STUN 的局限

STUN 可以帮助客户端获取自己的公网 IP 和端口，但当：

双方都在对称型 NAT 后面，
或者存在严格的防火墙时，

STUN 穿透失败，这时就需要 TURN。

工作原理

TURN 的基本思想是：

通过中继服务器（TURN Server）转发媒体流量，绕过 NAT/防火墙。

工作流程

阶段1：客户端与 TURN Server 建立连接（Allocate）
- Step 1.1：客户端发起 Allocate 请求
  - 类型：Allocate Request
  - 内容：希望使用的传输协议（UDP/TCP）、Lifetime 等
  - 信令方式：基于 STUN over UDP/TCP
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```
Client A --> TURN Server
Message: Allocate Request
Attributes: REQUESTED-TRANSPORT=UDP
```
- Step 1.2：TURN Server 分配中继地址
  - 返回：Allocate Success Response
  - 包含字段：XOR-RELAYED-ADDRESS（中继地址）、XOR-MAPPED-ADDRESS（客户端映射地址）
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```
TURN Server --> Client A
Message: Allocate Success
XOR-RELAYED-ADDRESS: 203.0.113.1:54320  ← 中继地址
```
阶段2：建立 Permission（通信授权）

为了安全，TURN Server 默认不允许所有对端通信，必须显式授权。
- Step 2.1：CreatePermission 请求
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```
Client A --> TURN Server
Message: CreatePermission
XOR-PEER-ADDRESS: 对端 B 的公网地址
```
- Step 2.2：成功响应
- 若授权成功，返回 CreatePermission Success Response
- 默认权限 300 秒失效
阶段3：数据通道建立（Send Indication 或 ChannelBind）

TURN 支持两种数据通道：

通道方式	描述	性能
Send/Receive Indication	使用完整 STUN 消息发送数据	灵活，开销大
ChannelData	映射通道编号，提高效率	更快，推荐

Step 3.1：发送 ChannelBind 请求

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Client A --> TURN Server
Message: ChannelBind
XOR-PEER-ADDRESS: Client B
CHANNEL-NUMBER: 0x4000-0x7FFF（客户端分配）

Step 3.2：TURN Server 回复成功绑定
- 之后，Client A 可以通过 ChannelData 消息直接发送媒体数据。

阶段4：媒体数据中继传输

A → B 流程

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Client A --> TURN Server
Message: ChannelData 或 Send Indication

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TURN Server --> Client B
Message: UDP/TCP 数据包

B → A 反向流

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Client B --> TURN Server（发往分配的 relayed address）
TURN Server --> Client A（通过 Channel 或 Data Indication）

阶段5：Refresh 保活
- TURN allocation 默认 600秒过期
- 客户端需周期性发送 Refresh Request 保活
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```
Client A --> TURN Server
Message: Refresh Request
LIFETIME: 600
```

流程时序图：

text 复制代码

客户端A                             TURN服务器                             客户端B
   |                                    |                                      |
   |-------- Allocate Request --------->|                                      |
   |<------ Allocate Response ----------|                                      |
   |                                    |                                      |
   |--- CreatePermission (B的IP) ----->|                                      |
   |<--- CreatePermission Success ------|                                      |
   |                                    |                                      |
   |-------- ChannelBind (B的IP) ----->|                                      |
   |<----- ChannelBind Success ---------|                                      |
   |                                    |                                      |
   |---- ChannelData(B的数据) ------->|                                      |
   |                                    |-----> 转发数据到 客户端B ---------->|
   |                                    |<----- 客户端B发来响应数据 -----------|
   |<--- ChannelData(返回数据) -------|                                      |
   |                                    |                                      |
   |--------- Refresh Request --------->|                                      |
   |<-------- Refresh Response ---------|                                      |

TURN 与 STUN、ICE 的关系

协议	作用
STUN	获取公网地址，尝试打洞
TURN	中继传输，保证连接
ICE	综合使用 STUN/TURN，选择最优路径（直接连接优先）

TURN 是一种最后手段 ，因为它会增加延迟和 带宽成本。

协议详解

协议标准

TURN 协议定义在以下 RFC 中：

RFC 5766：TURN 协议标准
RFC 5389：STUN 基础
RFC 6062：支持 TCP 的 TURN
RFC 6156：IPv6 支持

通信流程详细图解

rust 复制代码

客户端A ---------> TURN服务器 <--------- 客户端B
        Allocate            Send Indication
        Refresh             Data Channel
        Send/Receive        Permissions

主要步骤：

Allocate Request：客户端请求分配中继地址；
Allocate Success Response：服务器返回一个公网 IP+端口（Relayed Address）；
CreatePermission：允许某个对端向这个中继地址发送数据；
Send Indication / Data Indication：发送或接收数据；
Refresh：保持分配有效（每300秒刷新）；
Channel Bind（可选）：绑定 Channel，降低通信成本；

消息结构（基于 STUN）

TURN 消息与 STUN 类似，由以下字段组成：

Message Type：请求/响应/指示类型
Transaction ID：用于匹配请求与响应
Attributes ：
- XOR-RELAYED-ADDRESS：返回的中继地址
- LIFETIME：分配有效期
- DATA：要中继的实际数据
- XOR-PEER-ADDRESS：目标地址

TURN Server 实现

常见开源 TURN Server：

名称	简介
Coturn	最流行的 TURN server，支持 STUN、TURN、TLS 等协议
restund	轻量级实现
rfc5766-turn-server	老旧项目，已被 Coturn 替代

Coturn 配置文件示例：

bash 复制代码

listening-port=3478
relay-ip=your_public_ip
realm=yourdomain.com
user=username:password

优缺点

优点：

100% 可达性：即使双方都在对称 NAT 后，也能通信；
标准化：已被 WebRTC、SIP 等广泛采用；

缺点：

服务器成本高：带宽开销大；
延迟增加：所有流量都要绕行服务器；
复杂度增加：协议较 STUN 更复杂；