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）
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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 - 类型：
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Step 1.2：TURN Server 分配中继地址
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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 -
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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。
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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
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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。
- 之后，Client A 可以通过
-
阶段4：媒体数据中继传输
- A → B 流程
Client A --> TURN Server Message: ChannelData 或 Send IndicationTURN 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BAllocate Send IndicationRefresh Data ChannelSend/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；
