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？

1. 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。

2. 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

    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）

    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

    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

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

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

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

  • B → A 反向流

    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

    Client A --> TURN Server
    Message: Refresh Request
    LIFETIME: 600

流程时序图：

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

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：

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；