TURN（Traversal Using Relays around NAT）協議是一個網絡協議，旨在解決 NAT（網絡地址轉換）和防火墻 環境下的 UDP/TCP通信問題。它通常與 STUN 和 ICE 協議一起使用，廣泛應用于 WebRTC、SIP 和視頻會議等實時通信場景中。

為什么需要 TURN？

1. NAT 問題

NAT 會屏蔽內網客戶端的真實地址，使兩個處于不同 NAT 環境的客戶端 無法直接建立連接。

2. STUN 的局限

STUN 可以幫助客戶端獲取自己的公網 IP 和端口，但當：

• 雙方都在對稱型 NAT 后面，
• 或者存在嚴格的防火墻時，

STUN 穿透失敗，這時就需要 TURN。

工作原理

TURN 的基本思想是：

通過中繼服務器（TURN Server）轉發媒體流量，繞過 NAT/防火墻。

工作流程

• 階段1：客戶端與 TURN Server 建立連接（Allocate）

  • Step 1.1：客戶端發起 Allocate 請求

    • 類型：Allocate Request
    • 內容：希望使用的傳輸協議（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 分配中繼地址

    • 返回：Allocate Success Response

    • 包含字段：XOR-RELAYED-ADDRESS（中繼地址）、XOR-MAPPED-ADDRESS（客戶端映射地址）

    TURN Server --> Client A
    Message: Allocate Success
    XOR-RELAYED-ADDRESS: 203.0.113.1:54320  ← 中繼地址
    

• 階段2：建立 Permission（通信授權）

  為了安全，TURN Server 默認不允許所有對端通信，必須顯式授權。

  • Step 2.1：CreatePermission 請求

    Client A --> TURN Server
    Message: CreatePermission
    XOR-PEER-ADDRESS: 對端 B 的公網地址
    

  • Step 2.2：成功響應

  • 若授權成功，返回 CreatePermission Success Response

  • 默認權限 300 秒失效

• 階段3：數據通道建立（Send Indication 或 ChannelBind）

? TURN 支持兩種數據通道：

通道方式	描述	性能
Send/Receive Indication	使用完整 STUN 消息發送數據	靈活，開銷大
ChannelData	映射通道編號，提高效率	更快，推薦

• Step 3.1：發送 ChannelBind 請求

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

• Step 3.2：TURN Server 回復成功綁定

  • 之后，Client A 可以通過 ChannelData 消息直接發送媒體數據。

• 階段4：媒體數據中繼傳輸

  • A → B 流程

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

  TURN Server --> Client B
  Message: UDP/TCP 數據包
  

  • B → A 反向流

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

• 階段5：Refresh 保活

  • TURN allocation 默認 600秒過期

  • 客戶端需周期性發送 Refresh Request 保活

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

流程時序圖：

客戶端A                             TURN服務器                             客戶端B|                                    |                                      ||-------- Allocate Request --------->|                                      ||<------ Allocate Response ----------|                                      ||                                    |                                      ||--- CreatePermission (B的IP) ----->|                                      ||<--- CreatePermission Success ------|                                      ||                                    |                                      ||-------- ChannelBind (B的IP) ----->|                                      ||<----- ChannelBind Success ---------|                                      ||                                    |                                      ||---- ChannelData(B的數據) ------->|                                      ||                                    |-----> 轉發數據到 客戶端B ---------->||                                    |<----- 客戶端B發來響應數據 -----------||<--- ChannelData(返回數據) -------|                                      ||                                    |                                      ||--------- Refresh Request --------->|                                      ||<-------- Refresh Response ---------|                                      |

TURN 與 STUN、ICE 的關系

協議	作用
STUN	獲取公網地址，嘗試打洞
TURN	中繼傳輸，保證連接
ICE	綜合使用 STUN/TURN，選擇最優路徑（直接連接優先）

TURN 是一種最后手段，因為它會增加 延遲 和 帶寬成本。

協議詳解

協議標準

TURN 協議定義在以下 RFC 中：

• RFC 5766：TURN 協議標準
• RFC 5389：STUN 基礎
• RFC 6062：支持 TCP 的 TURN
• RFC 6156：IPv6 支持

通信流程詳細圖解

客戶端A ---------> TURN服務器 <--------- 客戶端BAllocate            Send IndicationRefresh             Data ChannelSend/Receive        Permissions

主要步驟：

• Allocate Request：客戶端請求分配中繼地址；
• Allocate Success Response：服務器返回一個公網 IP+端口（Relayed Address）；
• CreatePermission：允許某個對端向這個中繼地址發送數據；
• Send Indication / Data Indication：發送或接收數據；
• Refresh：保持分配有效（每300秒刷新）；
• Channel Bind（可選）：綁定 Channel，降低通信成本；

消息結構（基于 STUN）

TURN 消息與 STUN 類似，由以下字段組成：

• Message Type：請求/響應/指示類型
• Transaction ID：用于匹配請求與響應
• Attributes：
  • XOR-RELAYED-ADDRESS：返回的中繼地址
  • LIFETIME：分配有效期
  • DATA：要中繼的實際數據
  • XOR-PEER-ADDRESS：目標地址

TURN Server 實現

常見開源 TURN Server：

名稱	簡介
Coturn	最流行的 TURN server，支持 STUN、TURN、TLS 等協議
restund	輕量級實現
rfc5766-turn-server	老舊項目，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

優缺點

優點：

• 100% 可達性：即使雙方都在對稱 NAT 后，也能通信；
• 標準化：已被 WebRTC、SIP 等廣泛采用；

缺點：

• 服務器成本高：帶寬開銷大；
• 延遲增加：所有流量都要繞行服務器；
• 復雜度增加：協議較 STUN 更復雜；