NAT穿透(兩個不同內網主機通訊)
問題就在於NAT。首先介紹下NAT。
NAT的作用NAT(Network Address Translator)，網路地址轉換。顧名思義，它是一種把內部私有網路IP地址翻譯成公有網路IP地址的技術，如圖5-1所示。NAT是在IP地址日益缺乏的情況下產生的，它的主要目的是使地址能夠重用[9]。
圖5-1 NAT模型
IP地址分為五類：A類，B類，C類，D類，E類（這裡不考慮保留的IP地址）。A、B、C類可被計算機作為IP地址，D類為組播地址，E類為特殊用途的地址。A、B、C類中，又可分為公有地址和私有地址，私有地址用於內網，不同的內網，私有地址可重用，從而節省了公網地址，它不可在公網中被路由，所以內網的主機要訪問公網的伺服器，便要經過NAT。公有地址是全球唯一的，能在公網上被路由。
內網主機用私有地址在內網能與其它的內網主機無誤地通訊，但它不能直接用私有地址訪問外網的主機，因為私有地址不能被路由。它要與外網通訊，必須經過NAT裝置（如閘道器，路由器），如圖5-2所示。主機A與伺服器S通訊，它須先通過閘道器，此時閘道器改變它的資料包地址及埠，把私有地址（10.0.0.2）改為公有地址（155.99.25.11），使資料包能在公網上被路由，送至伺服器端。伺服器端返回的資料包到達閘道器後，閘道器把公網地址改為相應的私有地址，然後轉發到主機A。通過這種方法，一個內網只需一個公有IP地址，就把整個內網的計算機接入Internet，從而解決IP地址缺乏的問題。
NAT功能通常被整合到路由器、防火牆、ISDN路由器或者單獨的NAT裝置中。也可通過軟體實現這一功能，Windows 98 SE、Windows 2000 都包含了這一功能。
NAT的分類及工作原理
基本NAT與NAPT如圖5-3所示，NAT分為兩大類，基本的NAT和NAPT（Network Address/Port Translator）[10][11]。
基本的NAT，它僅將內網主機的私有IP地址轉換成公網IP地址，但並不將TCP/UDP埠資訊進行轉換，有動態與靜態之區分。由於現在大部分都屬於另一種型別，即NAPT，故這裡不詳細討論基礎NAT。
另外一種NAT叫做NAPT（Network Address/Port Translator），從名稱上我們也可以看得出，NAPT不但會改變經過這個NAT裝置的IP資料報的IP地址，還會改變IP資料報的TCP/UDP埠。NAPT的地址及埠的轉換過程，請看圖5-4：
私有網路中某一主機Client A（10.0.0.2），它的某個程序通過1234埠，想訪問外網伺服器18.181.0.31的1235埠。那麼當資料包通過NAT時，這個NAT的外網地址是155.99.25.11，首先NAT會改變這個資料包的原IP地址，改為155.99.25.11。並分配一個埠（如62000）給Client A，把資料包的原埠號改為62000。所以本來是（10.0.0.2:1234->18.181.0.31:1235）的資料包到了網際網路上變為了（155.99.25.11:62000->18.181.0.31:1235），如圖5-4左圖所示。NAT會記住62000埠對應的是10.0.0.2的1234埠，以後從外網伺服器18.181.0.31傳送到62000埠的資料會被NAT自動的改變目的IP和埠號，然後轉發到10.0.0.2上（如圖5-4右圖所示）
錐型NAT與對稱型NAT
NAPT又分為錐型（Cone）和對稱型（Symmetric），如圖5-5所示，它們的區別在於，在NAT已分配埠號給Client A的情況下，如果Client A繼續用1235埠與另一外網伺服器通訊，錐型NAT還會繼續用原來62000埠，即所分配的埠號不變。而對於對等型NAT，NAT將會分配另一埠號（如62001）給Client A的1235埠。也就是說，同一內網主機同一埠號，對於錐型NAT，無論與哪一外網主機通訊，都不改變所分配的埠號；而對於對等型NAT，同一內網主機同一埠號，每一次與不同的外網主機通訊，就重新分配另一個埠號。
完全錐型NAT、受限制錐型NAT與埠受限制型NAT
錐型NAT可另外分類為完全錐形（Full Cone）NAT，受限制錐形（Restricted Cone）NAT，埠受限制錐形（Port Restricted Cone）NAT。
①完全錐形（Full Cone）NAT
這種NAT內部的主機A連線過外網主機C後，NAT會開啟一個埠。然後外網的任何發到這個開啟的埠的UDP資料報都可以到達A，不管是不是C發過來的[12]。
例如 A: 192.168.8.100 NAT: 202.100.100.100 C: 292.88.88.88
A(192.168.8.100:5000) -> NAT(202.100.100.100:8000) -> C(292.88.88.88:2000)
任何傳送到NAT(202.100.100.100:8000)的資料都可以到達A(192.168.8.100:5000)。
②受限制錐形（Restricted Cone）NAT
這種NAT內部的主機A連線過外網的主機C後，NAT開啟一個埠。然後C可以用任何埠和A通訊，但其他的外網主機不可以。
例如 A: 192.168.8.100 NAT: 202.100.100.100 C: 292.88.88.88
A(192.168.8.100:5000) -> NAT(202.100.100.100:8000) -> C(292.88.88.88:2000)
任何從C傳送到NAT(202.100.100.100:8000)的資料都可以到達A(192.168.8.100:5000)。
③埠受限制錐形（Port Restricted Cone）NAT
這種NAT內部的主機A連線過外網的主機C後，NAT開啟一個埠。然後C只能用原來的埠和A通訊，其他的外網主機不可以。
例如 A: 192.168.8.100 NAT: 202.100.100.100 C: 292.88.88.88
A(192.168.8.100:5000) -> NAT(202.100.100.100:8000) -> C(292.88.88.88:2000)
只有C(202.88.88.88:2000)傳送到 NAT(202.100.100.100:8000)的資料都可以到達A(192.168.8.100:5000)。
NAT產生的問題
NAT很好地解決了地址緊缺的問題，遮蔽了內部網路，但也帶來一些問題。內網的主機向外連線是很容易的（NAT相當於透明的，內網的和外網的主機均不用知道NAT的情況）。但如果外部的計算機想訪問子網內的計算機就比較困難了，這可以使內網主機先發起連線從而解決問題。但是如果兩臺主機都分別位於兩不同NAT後面時，兩臺主機無法通訊。當分別位於兩不同NAT（NAT A，NAT B）後面的兩臺主機A和B欲進行通訊時，若主機B主動發起連線，它該連哪個地址呢？第一種情況：試圖直接連到主機A的內網私有地址（10.0.0.2:1234）肯定會失敗，因為10.0.0.2根本就不是一個可以在公網上路由的IP地址；第二種情況，試圖直接連到B的NAT公有地址（155.99.25.11:62000），NAT A會拒絕這個資料包，因為這個埠並無繫結內網主機的某個埠，或即使有所繫結，但這個埠所繫結的外網地址和埠並不是B的地址和埠。若A主動連線B，結果一樣。
有兩種方法解決這個問題。方法一：通過伺服器，伺服器作為中間人，轉發主機間的資料。但若使用者數量到達一定數目時，這方法浪費頻寬且給伺服器帶來很大壓力，所以方法不可行。方法二，還是通過伺服器，但伺服器只充當“介紹人”，不轉發主機間的資料，具體請看下面的“UDP打孔技術” （UDP hole punching）
穿透NAT——UDP打孔技術
所謂的“打孔技術”，就是在內網的NAT裝置上打上一個“孔”（也就是在NAT上建立一個會話，繫結地址和埠號），這個孔不能由外部來打，只能由內網內的主機來打。而且這個孔可能是有方向的，比如從內部某臺主機（比如：192.168.0.10）向外部的某個IP(比如：219.237.60.1)傳送一個UDP包，那麼就在這個內網的NAT裝置上打了一個方向為219.237.60.1的“孔”，以後219.237.60.1就可以通過這個孔與內網的192.168.0.10聯絡了[13]。
下面就根據NAT的各種型別詳細解析如何“打孔”，如何穿透NAT。
1．完全錐形（Full Cone）NAT
處於不同內網的主機A和主機B，各自先連線伺服器，從而在各自NAT裝置上打開了一個“孔”，伺服器收到主機A和主機B的連線後，知道A與B的公網地址和NAT分配給它們的埠號，然後把這些NAT地址與埠號告訴A與B，由於在完全錐形NAT的特點，A和B給伺服器所開啟的“孔”，能給別的任何的主機使用。故A與B可連線對方的公網地址和埠直接進行通訊。伺服器在這裡充當“介紹人”，告訴A與B對方的地址和埠號。
2．受限制錐形（Restricted Cone）NAT
A和B還是要先連線伺服器，伺服器傳送A和B的地址和埠資訊給A和B，但由於受限制錐形NAT的特點，他們所開啟的“孔”，只能與伺服器通訊。要使他們可以直接通訊，解決辦法如下：
假如主機A開始傳送一個UDP資訊到主機B的公網地址上，與此同時，它又通過伺服器中轉發送了一個邀請資訊給主機B，請求主機B也給主機A傳送一個UDP資訊到主機A的公網地址上。這時主機A向主機B的公網IP傳送的資訊導致NAT A開啟一個處於主機A的和主機B之間的會話，與此同時，NAT B也打開了一個處於主機B和主機A的會話。一旦這個新的UDP會話各自向對方打開了，主機A和主機B之間就可以直接通訊了[14]。
3．埠受限制錐形（Port Restricted Cone）NAT
對於該型別的NAT，解決辦法跟上面的方法一樣。
4．對稱型（Symmetric）NAT
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