P2P网络NAT穿透原理(打洞方案)

最新推荐文章于 2024-05-11 09:37:43 发布

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文章标签：网络 p2p php

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/JavaMrZhang/article/details/132005278

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本文介绍了NAT技术及其四种类型，包括完全锥形NAT、限制性锥形NAT、端口限制性锥形NAT和对称式NAT。重点探讨了NAT穿透原理，通过STUN协议检测NAT类型，并讲解了两种特殊P2P场景：TCP通信中只有一方在NAT内网和UDP通信中双方在同一NAT内网的通信策略。通过NAT穿透，实现内网主机间的有效P2P通信。

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1.关于NAT

NAT技术（Network Address Translation，网络地址转换）是一种把内部网络（简称为内网）私有IP地址转换为外部网络（简称为外网）公共IP地址的技术，它使得一定范围内的多台主机只利用一个公共IP地址连接到外网，可以在很大程度上缓解了公网IP地址紧缺的问题，同时也能防止外网攻击保障内网安全。如下图：

NAT主要的通过对数据包头的地址替换来完成内网计算机访问外网服务器的。当内部机器要访问外部网络时，NAT设备把内网机器的IP与端口号(网络层地址与传输层地址，如：192.168.1.100:666)，转换成 NAT 的外部 IP与端口号(如：100.10.10.10:1666)，发送给外网服务器；数据返回时，再把目的IP和端口端口号(100.10.10.10:1666)的数据包替换为内网机器的IP地址和端口号(192.168.1.100:666)，发给内网机器。若通讯协议的内容中有IP地址的传递，如FTP协议，NAT在转换时还要把数据包内涉及协议地址交互的地方替换，否则协议就会出现地址混乱。在 NAT设备中维护了这个要替换地址的映射表，并根据内部计算机的通讯需求维护该表。外部网络来数据包能否进入内网，主要是看是否已经有可转换的映射表项，若没有就会丢弃。

下图的例子是内网Client A和Client B访问外网Server，Server回复Client A 和Client B请求，NAT转换IP过程中，通过映射不同端口号区分不用内网主机。

NAT的外网地址可以是一个IP，也可以是一个IP段，形成地址池。NAT 还可以把某个外网地址直接影射给内网的某个服务器，让外网的用户可以直接访问到这台服务器。NAT的工作隐藏了内网的机器，但允许内网主动打开到外网的通讯 “通道”，也就是建立映射表项。

NAT的内外网通讯双方不是平等的，允许内网机器主动发起连接访问外网，当NAT没有对应的地址转换映射表项时，会建立一个映射表项，数据包经过NAT地址转换后发送给外网的服务器，连接建立以后可双向传送数据，但却禁止反方向的主动访问：在没有对应地址映射表项情况下，不允许外网主动访问内网主机，因为没有对应的地址映射表项用于转换地址，外网发送的数据包会被丢弃。而地址映射表项的建立往往是因为内网主动访问外网或NAT静态设置。