联机使用的内网穿透、P2P 的网络原理，你真的理解了吗？（中）

上一部分讲完了 NAT、局域网结构与“联机为什么难”的根源；——它们到底在底层是怎么工作的，又为什么能突破那些看似无形的网络边界。

渡我白衣

1364人浏览 · 2025-10-08 13:53:35

渡我白衣 · 2025-10-08 13:53:35 发布

上一部分讲完了 NAT、局域网结构与“联机为什么难”的根源；
从这一部分开始，我们就要进入“真正能让联机发生”的三种关键技术：

内网穿透、P2P 连接、VPN
——它们到底在底层是怎么工作的，又为什么能突破那些看似无形的网络边界。

第四章：内网穿透——让世界看到你的一条缝

如果你玩过 Minecraft、Terraria、饥荒联机版、CS 1.6，
那你大概率听过这几个词：“frp”“ngrok”“ZeroTier”“花生壳”。
它们的共同目标是——让别人能连上你的电脑。

4.1 问题的根源：NAT 的一层墙

在上一章里我们提到，NAT（网络地址转换）是 IPv4 时代的权宜之计。
它让一个局域网的多台设备共用一个公网 IP 出口。
可是 NAT 也带来了一个致命的特性：

从内往外的连接容易建立，从外往内的连接基本不可能。

原因其实很简单。
假设你家路由器的公网地址是 120.45.67.89，而你的电脑是内网 192.168.1.5。
当你访问一个网站时（比如 baidu.com），
路由器会在 NAT 表里建立一条映射：

内网IP:端口	公网IP:端口	目标IP:端口	状态
192.168.1.5:51234	120.45.67.89:40000	220.181.38.148:443	已建立

于是返回的数据就能被路由器准确地“送回”给你。
但如果此时另一个人（比如你的朋友）想主动访问 120.45.67.89:40000，
路由器并不知道这是谁的连接请求——
除非你手动在路由器上设置“端口映射”。

而绝大多数家庭用户 根本没有公网IP，
更别说能登录运营商网关去配映射了。
这就导致：

“我开了服务器，别人连不上。”

这就是内网穿透要解决的问题。

4.2 穿透的本质：找个“中间人”

那我们没有公网 IP 怎么办？
办法其实很“人类”：
——找个有公网 IP 的服务器帮你转发。

这就是“内网穿透”的基本原理。

举个例子：

你在家运行了一个游戏服务器，
比如 Minecraft 监听在本地 127.0.0.1:25565。
这时你启动一个内网穿透客户端（比如 frp），
它会向你的远程服务器（假设在阿里云）发起一个长期连接。

于是：

你的电脑 <====> 阿里云服务器 <====> 外部玩家

所有外部的访问请求都通过阿里云这台服务器中转回来。
阿里云就像一个“公共邮箱”——别人把信放进去，你再来取。
虽然比直接通信慢一点，但至少能通。

4.3 几种常见的穿透方式

技术方案	原理简述	优点	缺点
端口映射 (Port Forwarding)	路由器层面手动设置端口转发	无中间服务器	一般用户无权限设置
FRP / ngrok	内网客户端与公网节点保持 TCP 隧道，由中继转发流量	稳定、简单	有延迟、带宽受限
UPnP / NAT-PMP	向路由器自动申请端口映射	自动化方便	并非所有路由器支持
P2P 穿透	双方互相“打洞”，通过中继协调后点对点直连	高效	打洞成功率受 NAT 类型影响

在游戏中，我们一般使用的 联机软件（如联机宝、联机对战平台、Steam Remote Play），
底层要么是 P2P NAT 打洞，要么干脆就开 VPN 隧道。
P2P 穿透和 VPN 看似不同，但在本质上都绕过了 NAT 限制。

接下来，我们进入更有意思的部分。

第五章：P2P——让每个玩家都成为“服务器”

P2P（Peer-to-Peer）这个概念并不新。
从最早的 Napster（音乐分享）、BT 下载，到今天的游戏联机、区块链节点，
它的本质始终没变：

去中心化的数据传输。

5.1 游戏中的 P2P：玩家即主机

当你在玩《Among Us》《使命召唤：战区》《CS:GO》的时候，
很多联机模式其实并没有真正的“中央服务器”。
它们依赖的是玩家之间的直连通信。

比如《Among Us》里一个玩家创建房间，其他人加入；
实际上，这个创建者就是“主机”，其他人连他。

问题是，如果主机在内网怎么办？
这时 P2P 的“打洞”技术登场。

5.2 打洞的原理：穿过 NAT 的奇技淫巧

我们刚刚说 NAT 阻止外部主动连接。
但是 NAT 是有“漏洞”的：
当两台内网设备几乎同时向同一个公网地址发起连接时，
它们的 NAT 表项中往往会产生一个可预测的映射模式。

P2P 利用这个特性做“UDP 打洞”：

双方都向一个中继服务器（称为 Signaling Server）汇报自己的外网 IP 和端口。
中继服务器将双方的外网地址告诉对方。
双方几乎同时向对方外网地址发送 UDP 数据包。
NAT 检测到有来自相同目标的返回包，认为是“会话的一部分”，放行！
从此以后，双方就能直连通信。

这就是“打洞成功”。

但事情当然不会总这么顺利。
因为 NAT 类型千差万别：
有的动态端口分配不可预测、有的会严格屏蔽陌生请求、
有的运营商还在外面再套一层 CGNAT（运营商级 NAT）。
所以打洞的成功率在 60%~90% 不等。

这时候，P2P 程序通常会“回退”到中继模式（Relay）——
也就是还是通过服务器转发。
Steam、Epic、WeGame 等平台的联机服务都采用这种“优先直连，失败则中继”的模式。

5.3 P2P 的利与弊

优点	缺点
延迟低（若打洞成功）	打洞失败率高
不依赖中心服务器	安全性差（泄露公网 IP）
带宽利用率高	NAT 兼容复杂
维护成本低	很难穿越防火墙或企业网络

所以你会看到，一些大型游戏虽然宣称“P2P 匹配”，
但实际还是在云上有大量的中继节点做 backup。

第六章：VPN——用“假网络”连接真实世界

我们常听到“开 VPN 联机更稳定”、“公司 VPN 让你远程办公像在办公室一样”，
但很多人并不真正理解 VPN 到底是怎么做到的。

在技术层面，VPN（Virtual Private Network，虚拟专用网络）
的核心理念很朴素：在公共互联网之上，搭建一条专属于你的“私有隧道”。
这条隧道并不会真的挖穿什么墙壁，它只是在网络层面上建立了一个“虚拟的局域网”，
让远在天南海北的设备，看起来像在同一个本地网络中。

6.1 VPN 的本质：虚拟隧道

当你启动 VPN 客户端时，系统中会多出一张虚拟网卡（TUN/TAP 设备）。
这张网卡不是物理硬件，而是操作系统虚拟出来的“假网卡”。
所有需要经过 VPN 的流量，都会先经过它：

[应用层程序] → [虚拟网卡] → [加密隧道] → [VPN 服务器] → [互联网]

VPN 客户端做的事情其实只有三步：

接管流量：
拦截系统或应用发出的数据包，统一交给虚拟网卡处理。
封装与加密：
把数据包再包上一层新的头部（封装），并对内容加密。
这层包的目标地址不是最终网站，而是 VPN 服务器的地址。
转发与解密：
服务器收到后解密，再把原始数据转发到真正的目标。

于是，在整个网络传输链上，外部设备看到的只是：

你 ↔ VPN服务器 ↔ 目标网站

对目标来说，请求来自 VPN 服务器；
对你来说，就像自己和世界“直连”了一样。

这就是“虚拟专用网络”的意义——
让分散在不同网络环境下的设备，通过加密隧道组成一个逻辑上的私有网络。

6.2 VPN 为什么能“像在一个局域网里”

要理解 VPN 的妙处，可以先回忆一下公司或校园网的体验：
局域网（LAN）内的设备互相能直接通信，不需要公网 IP。

而 VPN 的做法，就是在逻辑上模拟出这样的环境。
当你连上 VPN 后，系统会被分配一个来自 VPN 服务端的“虚拟内网地址”，
所有通过它传输的数据，都像在同一个虚拟交换机下。

对于游戏或办公软件来说，这一点非常重要——
它们往往并不关心真实的网络路径，只要能 ping 通、能发现彼此就行。

这也是为什么很多联机工具（例如 Hamachi、ZeroTier、Tailscale）
能让两台电脑“隔着路由器也能看到彼此”。
它们的底层，本质上就是一个 VPN + 节点发现系统的组合。

6.3 VPN、P2P、内网穿透：殊途同归

虽然 VPN、P2P 和内网穿透的实现方式完全不同，
但它们都在解决同一个问题：如何让两个位于不同网络的主机互相通信。

技术	工作原理	典型场景	特点
内网穿透	内网主机主动向外网节点建立连接，通过中继转发请求	远程桌面、Web服务、自建游戏服务器	部署灵活，延迟略高
P2P 打洞	双方协商 NAT 映射表，通过打洞直接建立连接	语音通话、文件传输、游戏联机	高效、低延迟，但对网络环境敏感
VPN 隧道	在客户端与服务器之间建立加密虚拟通道	企业办公、远程协作、虚拟局域网、游戏	稳定、安全、可控

三者不是竞争关系，而是互为补充。
例如：

Steam 的多人联机系统在理想情况下使用 P2P 打洞；
一旦失败，就回退到 中继（类似内网穿透）。
ZeroTier 则在底层使用 VPN 的隧道机制，再辅以 P2P 节点发现与加速，
形成“能直连就直连，打不通就中继”的混合架构。

现代联机系统的核心理念就是这三者的融合：
即通过虚拟化网络、自动化打洞、中继兜底，
在任何复杂环境下都能保证通信可达。

6.4 VPN 并非“加速器”，为什么有时更慢？

有时候，玩家会发现开了 VPN 之后游戏反而更卡，这其实是由网络路径决定的。

VPN 在传输时要经过：

你 → VPN服务器 → 游戏服务器

相比直接访问：

你 → 游戏服务器

显然中间多了一跳转发节点。
加上加密/解密带来的 CPU 开销，自然可能变慢。

当然，也有例外：
如果 VPN 服务商使用了更优的传输路径（比如更好的国际出口或中转路由），
那整体延迟反而可能更低。

这也是为什么有些专门的“游戏加速器”看起来像 VPN，
但其实在内部采用了专线中继 + 路由优化算法，而不是单纯的隧道转发。

6.5 VPN 在现代网络中的正当角色

VPN 从诞生至今，始终有三个最重要的用途：

远程办公
公司员工在外地登录企业 VPN，即可像在公司内网一样访问文件、打印机、数据库。
安全通信
公共 Wi-Fi 环境下使用 VPN，可以防止中间人窃听、流量嗅探。
虚拟局域网游戏或协作
一些老游戏（如《红警2》、《帝国时代2》、《饥荒联机版》）
原本只支持局域网模式，通过 VPN 或虚拟组网，就能让身处异地的玩家像在同一网段一样对战。

换句话说，VPN 并不是某种“神秘工具”，
它只是提供了一种安全、抽象化、跨网络的通信手段。
它的真正价值，在于让复杂网络环境下的通信变得像“本地连接”一样简单。