一穴吹、什么是NAT？為什么要使用NAT桨昙？
NAT是將私有地址轉(zhuǎn)換為合法IP地址的技術(shù)讲弄，通俗的講就是將內(nèi)網(wǎng)與內(nèi)網(wǎng)通信時怎么將內(nèi)網(wǎng)私有IP地址轉(zhuǎn)換為可在網(wǎng)絡(luò)中傳播的合法IP地址措左。NAT的出現(xiàn)完美地解決了lP地址不足的問題，而且還能夠有效地避免來自網(wǎng)絡(luò)外部的攻擊垂睬，隱藏并保護網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的計算機。
二、NAT的分類
STUN標準中驹饺，根據(jù)內(nèi)部終端的地址(LocalIP:LocalPort)到NAT出口的公網(wǎng)地址(PublicIP:PublicPort)的影射方式钳枕，把NAT分為四種類型：
-
Full Cone NAT: 內(nèi)網(wǎng)主機建立一個socket(
LocalIP:LocalPort) 第一次使用這個socket給外部主機發(fā)送數(shù)據(jù)時NAT會給其分配一個公網(wǎng)(PublicIP:PublicPort),以后用這個socket向外面任何主機發(fā)送數(shù)據(jù)都將使用這對(PublicIP:PublicPort)。此外赏壹，任何外部主機只要知道這個(PublicIP:PublicPort)就可以發(fā)送數(shù)據(jù)給(PublicIP:PublicPort)鱼炒，內(nèi)網(wǎng)的主機就能收到這個數(shù)據(jù)包。 -
Restricted Cone NAT: 內(nèi)網(wǎng)主機建立一個socket(
LocalIP:LocalPort) 第一次使用這個socket給外部主機發(fā)送數(shù)據(jù)時NAT會給其分配一個公網(wǎng)(PublicIP:PublicPort),以后用這個socket向外面任何主機發(fā)送數(shù)據(jù)都將使用這對(PublicIP:PublicPort)蝌借。此外昔瞧，如果任何外部主機想要發(fā)送數(shù)據(jù)給這個內(nèi)網(wǎng)主機，只要知道這個(PublicIP:PublicPort)并且內(nèi)網(wǎng)主機之前用這個socket曾向這個外部主機IP發(fā)送過數(shù)據(jù)菩佑。只要滿足這兩個條件自晰，這個外部主機就可以用自己的(IP,任何端口)發(fā)送數(shù)據(jù)給(PublicIP:PublicPort)，內(nèi)網(wǎng)的主機就能收到這個數(shù)據(jù)包稍坯。 -
Port Restricted Cone NAT: 內(nèi)網(wǎng)主機建立一個socket(
LocalIP:LocalPort) 第一次使用這個socket給外部主機發(fā)送數(shù)據(jù)時NAT會給其分配一個公網(wǎng)(PublicIP:PublicPort),以后用這個socket向外面任何主機發(fā)送數(shù)據(jù)都將使用這對(PublicIP:PublicPort)酬荞。此外，如果任何外部主機想要發(fā)送數(shù)據(jù)給這個內(nèi)網(wǎng)主機瞧哟，只要知道這個(PublicIP:PublicPort)并且內(nèi)網(wǎng)主機之前用這個socket曾向這個外部主機(IP,Port)發(fā)送過數(shù)據(jù)混巧。只要滿足這兩個條件，這個外部主機就可以用自己的(IP,Port)發(fā)送數(shù)據(jù)給(PublicIP:PublicPort)勤揩，內(nèi)網(wǎng)的主機就能收到這個數(shù)據(jù)包咧党。 -
Symmetric NAT: 內(nèi)網(wǎng)主機建立一個socket(
LocalIP,LocalPort),當用這個socket第一次發(fā)數(shù)據(jù)給外部主機1時,NAT為其映射一個(PublicIP-1,Port-1),以后內(nèi)網(wǎng)主機發(fā)送給外部主機1的所有數(shù)據(jù)都是用這個(PublicIP-1,Port-1)，如果內(nèi)網(wǎng)主機同時用這個socket給外部主機2發(fā)送數(shù)據(jù)陨亡，NAT會為其分配一個(PublicIP-2,Port-2), 以后內(nèi)網(wǎng)主機發(fā)送給外部主機2的所有數(shù)據(jù)都是用這個(PublicIP-2,Port-2).如果NAT有多于一個公網(wǎng)IP傍衡，則PublicIP-1和PublicIP-2可能不同，如果NAT只有一個公網(wǎng)IP,則Port-1和Port-2肯定不同数苫，也就是說一定不能是PublicIP-1等于 PublicIP-2且Port-1等于Port-2聪舒。此外，如果任何外部主機想要發(fā)送數(shù)據(jù)給這個內(nèi)網(wǎng)主機虐急，那么它首先應該收到內(nèi)網(wǎng)主機發(fā)給他的數(shù)據(jù)箱残，然后才能往回發(fā)送，否則即使他知道內(nèi)網(wǎng)主機的一個(PublicIP,Port)也不能發(fā)送數(shù)據(jù)給內(nèi)網(wǎng)主機止吁，這種NAT無法實現(xiàn)P2P通信被辑，但是如果另一方是Full Cone NAT，還是可以實現(xiàn)穿透的敬惦，下面我會詳細分析各種類型NAT穿透的情況盼理。
??NAT 功能通常被集成到路由器、防火墻俄删、ISDN路由器或者單獨的NAT設(shè)備中宏怔。所以我們大家很少會知道NAT奏路，上面NAT類型的概念描述是比較通俗的，但為了更便于理解臊诊，我再舉例闡述一下NAT的原理鸽粉。
?? 現(xiàn)有通信的雙方A和B，當A和B都是在公網(wǎng)的時候抓艳，通信是不用NAT的触机。假設(shè)A在內(nèi)網(wǎng)，內(nèi)網(wǎng)IP是192.168.1.3玷或，端口號是5000儡首，A經(jīng)過NAT后的IP是221.221.221.100，端口號是8000偏友，B的IP是202.105.124.100蔬胯，端口是8500。如果B要去主動連接A约谈，即使B知道A經(jīng)過NAT后的IP和端口也是無法連接成功的笔宿，因為A沒有向B(202.105.124.100:8500)發(fā)送過數(shù)據(jù)，所以B的數(shù)據(jù)包會被A的NAT丟棄棱诱，于是連接失敗泼橘。但是A如果去主動連接B，由于B是在公網(wǎng)迈勋，所以會連接成功炬灭，通信也就會建立。這也就是反彈連接木馬“反彈”二字的精髓靡菇。
??當客戶端A和B都是處在內(nèi)網(wǎng)的時候重归，雙方由于都不知道對方的公網(wǎng)IP和端口，就會無從下手厦凤，所以要在客戶端A和B之間架設(shè)一臺服務(wù)器S來為它們牽線鼻吮，而且S是處在公網(wǎng)，以保證A和B都能連接到S较鼓∽的荆客戶端A和B登錄時都首先連接S，S就會知道A和B經(jīng)過NAT后的IP和端口博烂，當A想要連接B時香椎，就像S發(fā)出請求，S會把B經(jīng)過NAT后的IP和端口告訴A禽篱，同時S向B發(fā)送A經(jīng)過NAT后的IP和端口畜伐，并要求B發(fā)送數(shù)據(jù)給A，B發(fā)送數(shù)據(jù)到達A時會被A的NAT拋棄躺率，但是B的NAT會有B發(fā)送數(shù)據(jù)到A的記錄玛界，這時A再向B發(fā)送數(shù)據(jù)時就會被B的NAT放行万矾，因為B曾經(jīng)向A的外網(wǎng)IP和端口發(fā)送過數(shù)據(jù)厘惦≈狄溃可能有點亂，下面以故事的形式敘述一下這個情景花吟。
人物：A（男） NAT_A(A家接線員) ?B（女） NAT_B __ （B家接線員） S
場景介紹：A想認識B鲤脏，但是不知道B的電話，S跟A吕朵、B都是朋友猎醇，并且知道A和B的電話。
接線員的職責：對往外轉(zhuǎn)接的電話不做詢問努溃，對往內(nèi)轉(zhuǎn)接的電話則要過濾以免有騷擾電話硫嘶。過濾規(guī)則：在一定時間內(nèi)沒有撥打過的號碼就過濾。__
首先A給S打電話：
A說：我想認識你朋友B梧税，你把她電話給我唄沦疾。
S說：行，她的電話是PublicIP_B第队，我讓她先給你打個電話哮塞，要不她家接線員不幫你轉(zhuǎn)接。
A說：好凳谦。
S跟B打電話：
S說：我有一個朋友A忆畅，人挺好的，他想認識你尸执，你給他打個電話家凯，他的電話號碼是PublicIP_A。
B說：行如失，打完告訴你绊诲。
S說：好的。
B打電話到A家褪贵，B家接線員NET_B看到女主人想往PublicIP_A打電話就轉(zhuǎn)接到A家了掂之，同時把號碼PublicIP_A記錄下來，A家接線員NAT_A一看號碼是個近期沒打過的號竭鞍，就給掛斷了板惑。
B給S打電話：
B說：我打完電話了
S說：好，等著吧偎快，一會他就給你打進來了冯乘。
S給A打電話：
S說：他給你打完電話了，你快點給她打晒夹。
A打電話到B家裆馒， A家接線員NET_A看到男主人想往PublicIP_B打電話就轉(zhuǎn)接到B家了姊氓，B家接線員NET_B看到是剛剛撥過的PublicIP_A號碼打過來的，就轉(zhuǎn)接給B了喷好，A和B的電話也就打通了翔横。
A和B通話：
A說：電話終于打通了，想認識你挺困難的梗搅。
B說：是啊禾唁。
∶
∶
以上雖然和實際不太一樣，但穿透的整體過程基本就是這樣无切。A往B發(fā)送數(shù)據(jù)的唯一阻礙就是NET_B荡短，所以想要成功發(fā)送數(shù)據(jù)，必須把NET_B穿一個洞哆键，A是無法完成這項工作的掘托，所以就得讓B完成這個打洞操作，也就是讓B往A發(fā)送數(shù)據(jù)籍嘹，這樣NET_B就會誤以為A發(fā)送的數(shù)據(jù)是上次會話的一部分從而不予阻攔闪盔。
但是，由于NAT的類型沒有一個統(tǒng)一的標準辱士，所以NAT穿透使用的技術(shù)有很多種泪掀，穿透的成功率也不一樣。還有些NAT類型的內(nèi)網(wǎng)之間幾乎無法穿透颂碘。下面我們用實例詳細分析一下各種NAT類型穿透的可行性族淮。
A機器在私網(wǎng)（192.168.0.3）
A側(cè)NAT服務(wù)器（221.221.221.100）
B機器在另一個私網(wǎng)（192.168.0.5）
B側(cè)NAT服務(wù)器（210.30.224.70）
C機器在公網(wǎng)（210.202.14.36）作為A和B之間的中介
A機器連接C機器，假使是A（192.168.0.3:5000）-> A側(cè)NAT（轉(zhuǎn)換后221.221.221.100:8000）-> C（210.202.14.36:2000）
B機器也連接C機器凭涂，假使是B（192.168.0.5:5000）-> B側(cè)NAT（轉(zhuǎn)換后210.30.224.70:8000）-> C（210.202.14.36:2000）
A機器連接過C機器后祝辣，A向C報告了自己的內(nèi)部地址（192.168.0.3:5000），此時C不僅知道了A的外部地址（C通過自己看到的221.221.221.100:8000）也知道了A的內(nèi)部地址切油。同理C也知道了B的外部地址（210.30.224.70:8000）和 內(nèi)部地址（192.168.0.5:5000）蝙斜。之后，C作為中介澎胡，把A的兩個地址告訴了B孕荠，同時也把B的兩個地址告訴了A。
假設(shè)A先知道了B的兩個地址攻谁，則A從192.168.0.3:5000處同時向B的兩個地址192.168.0.5:5000和210.30.224.70:8000發(fā)包稚伍，由于A和B在兩個不同的NAT后面，故從A（192.168.0.3:5000）到B（192.168.0.5:5000）的包肯定不通戚宦，現(xiàn)在看A（192.168.0.3:5000）到B（210.30.224.70:8000）的包个曙，分如下兩種情況：
1、B側(cè)NAT屬于Full Cone NAT
則無論A側(cè)NAT屬于Cone NAT還是Symmetric NAT受楼，包都能順利到達B垦搬。如果程序設(shè)計得好呼寸，使得B主動到A的包也能借用A主動發(fā)起建立的通道的話，則即使A側(cè)NAT屬于Symmetric NAT猴贰，B發(fā)出的包也能順利到達A对雪。
結(jié)論1：只要單側(cè)NAT屬于Full Cone NAT，即可實現(xiàn)雙向通信米绕。
####2瑟捣、B側(cè)NAT屬于Restricted Cone或Port Restricted Cone
則包不能到達B。再細分兩種情況
（1）栅干、A側(cè)NAT屬于Restricted Cone或Port Restricted Cone
雖然先前那個初始包不曾到達B蝶柿，但該發(fā)包過程已經(jīng)在A側(cè)NAT上留下了足夠的記錄：A（192.168.0.3:5000）->（221.221.221.100:8000）->B（210.30.224.70:8000）。如果在這個記錄沒有超時之前非驮，B也重復和A一樣的動作，即向A（221.221.221.100:8000）發(fā)包雏赦，雖然A側(cè)NAT屬于Restricted Cone或Port Restricted Cone劫笙，但先前A側(cè)NAT已經(jīng)認為A已經(jīng)向B（210.30.224.70:8000）發(fā)過包，故B向A（221.221.221.100:8000）發(fā)包能夠順利到達A星岗。同理填大，此后A到B的包，也能順利到達俏橘。
結(jié)論2：只要兩側(cè)NAT都不屬于Symmetric NAT允华，也可雙向通信。換種說法寥掐，只要兩側(cè)NAT都屬于Cone NAT靴寂，即可雙向通信。
（2）召耘、A側(cè)NAT屬于Symmetric NAT
因為A側(cè)NAT屬于Symmetric NAT百炬，且最初A到C發(fā)包的過程在A側(cè)NAT留下了如下記錄：A（192.168.0.3:5000）->（221.221.221.100:8000）-> C（210.202.14.36:2000），故A到B發(fā)包過程在A側(cè)NAT上留下的記錄為：
A（192.168.0.3:5000）->（221.221.221.100:8001）->B（210.30.224.70:8000）（注意污它，轉(zhuǎn)換后端口產(chǎn)生了變化）剖踊。而B向A的發(fā)包，只能根據(jù)C給他的關(guān)于A的信息衫贬，發(fā)往A（221.221.221.100:8000）德澈，因為A端口受限，故此路不通固惯。再來看B側(cè)NAT梆造，由于B也向A發(fā)過了包，且B側(cè)NAT屬于Restricted Cone或Port Restricted Cone葬毫，故在B側(cè)NAT上留下的記錄為：B（192.168.0.5:5000）->（210.30.224.70:8000）->A（221.221.221.100:8000）澳窑，此后斧散，如果A還繼續(xù)向B發(fā)包的話（因為同一目標，故仍然使用前面的映射）摊聋，如果B側(cè)NAT屬于Restricted Cone鸡捐，則從A（221.221.221.100:8001）來的包能夠順利到達B；如果B側(cè)NAT屬于Port Restricted Cone麻裁，則包永遠無法到達B箍镜。
??結(jié)論3：一側(cè)NAT屬于Symmetric NAT，另一側(cè)NAT屬于Restricted Cone煎源，也可雙向通信色迂。
反過來想，則可以得出另一個結(jié)論：兩個都是Symmetric NAT或者一個是Symmetric NAT手销、另一個是Port Restricted Cone歇僧，則不能雙向通信，因為NAT無法穿透锋拖。
上面的例子雖然只是分析了最初發(fā)包是從A到B的情況诈悍，但是，由于兩者的對稱性兽埃，前面得出的幾條結(jié)論沒有方向性侥钳，雙向都適用。
?? 我們上面得出了四條結(jié)論柄错，natcheck網(wǎng)站則把他歸結(jié)為一條：只要兩側(cè)NAT都屬于Cone NAT（含F(xiàn)ull Cone舷夺、Restricted Cone和Port Restricted Cone三者），即可雙向通信售貌。沒有把我們的結(jié)論3包括進去给猾。
一般情況下，只有比較注重安全的大公司會使用Symmetric NAT颂跨，禁止使用P2P類型的通信耙册，很多地方使用的都是Cone NAT，因此穿透技術(shù)還是有發(fā)展前景的毫捣。
三详拙、使用UDP、TCP穿透NAT
上面講的情況可以直接應用于UDP穿透技術(shù)中蔓同，使用TCP 協(xié)議穿透NAT 的方式和使用UDP 協(xié)議穿透NAT 的方式幾乎一樣饶辙，沒有什么本質(zhì)上的區(qū)別，只是將無連接的UDP 變成了面向連接的TCP 斑粱。值得注意是：
??B在向A打洞時弃揽，發(fā)送的SYN 數(shù)據(jù)包，而且同樣會被NAT_A 丟棄。同時矿微，B需要在原來的socket 上監(jiān)聽痕慢，由于重用socket ，所以需要將socket 屬性設(shè)置為SO_REUSEADDR 涌矢。
??A向B發(fā)送連接請求掖举。同樣，由于B到A方向的孔已經(jīng)打好娜庇，所以連接會成功塔次，經(jīng)過3 次握手后，A到B之間的連接就建立起來了名秀。具體過程如下：
**
1励负、 S啟動兩個網(wǎng)絡(luò)偵聽，一個叫【主連接】偵聽匕得，一個叫【協(xié)助打洞】的偵聽继榆。
2、 A和B分別與S的【主連接】保持聯(lián)系汁掠。
3略吨、 當A需要和B建立直接的TCP連接時，首先連接S的【協(xié)助打洞】端口调塌，并發(fā)送協(xié)助連接申請。同時在該端口號上啟動偵聽惠猿。注意由于要在相同的網(wǎng)絡(luò)終端上綁定到不同的套接字上羔砾，所以必須為這些套接字設(shè)置 SO_REUSEADDR 屬性（即允許重用），否則偵聽會失敗偶妖。
4姜凄、 S的【協(xié)助打洞】連接收到A的申請后通過【主連接】通知B，并將A經(jīng)過NAT-A轉(zhuǎn)換后的公網(wǎng)IP地址和端口等信息告訴B趾访。
5态秧、 B收到S的連接通知后首先與S的【協(xié)助打洞】端口連接，隨便發(fā)送一些數(shù)據(jù)后立即斷開扼鞋，這樣做的目的是讓S能知道B經(jīng)過NAT-B轉(zhuǎn)換后的公網(wǎng)IP和端口號申鱼。
6、 B嘗試與A的經(jīng)過NAT-A轉(zhuǎn)換后的公網(wǎng)IP地址和端口進行connect云头，大多數(shù)路由器對于不請自到的SYN請求包直接丟棄而導致connect失敗捐友，但NAT-B會紀錄此次連接的源地址和端口號，為接下來真正的連 接做好了準備溃槐，這就是所謂的打洞匣砖，即B向A打了一個洞，下次A就能直接連接到B剛才使用的端口號了。
7猴鲫、 客戶端B打洞的同時在相同的端口上啟動偵聽对人。B在一切準備就緒以后通過與S的【主連接】回復消息“我已經(jīng)準備好”，S在收到以后將B經(jīng)過NAT-B轉(zhuǎn)換后的公網(wǎng)IP和端口號告訴給A拂共。
8牺弄、 A收到S回復的B的公網(wǎng)IP和端口號等信息以后，開始連接到B公網(wǎng)IP和端口號匣缘，由于在步驟6中B曾經(jīng)嘗試連接過A的公網(wǎng)IP地址和端口猖闪，NAT-B紀錄了此次連接的信息，所以當A主動連接B時肌厨，NAT-B會認為是合法的SYN數(shù)據(jù)培慌，并允許通過，從而直接的TCP連接建立起來了柑爸。**
最近在研究學習nat穿透吵护，瀏覽博客時看到這篇文章，mark一下留作筆記表鳍。感謝原文作者
原文鏈接
