NAT穿越浅谈

自从internet引入NAT以后，围绕NAT的问题就是层出不穷。想当年，把NAT介绍进来，是为了解决

ipv4地址不够用（或者public ip太贵）的问题，顺带还增加了内网的安全性（隐藏网络拓扑）。但是

NAT本身是违背网络端到端的设计的，因为它需要在网关上做一些手脚。以至于很多应用由于NAT，会

出现问题，最突出的就是voip, p2p and p2p gaming。

先看个图：

为了解决应用穿越NAT的问题，IETF又发明了很多solution（从这一点上来看，IETF很体谅工程师，

总是能够搞出来点事，让ip工程师不至于失业，而且还能活得很滋润）。闲话不说，我们来看看两个

常见的方法：STUN和ALG。

说STUN，就需要谈谈nat cone，那么，什么是nat cone哪？看图

• Full cone
  

  这是一个full cone, nat binding是 {z, 3001, xxx, xxx}，也就是不限制从外面来的ip地址和端口，

  匹配这个binding后，会把目的地址和端口映射成内部地址和端口。

  • ip restricted cone
  • 

  • ip restricted cone, binding是{z, 3001, b, xxx}，也就是限制从外面来的源地址

    • port restricted cone
    • 

    • port restricted cone, binding是{z, 3001, xxx, 90}，也就是限定从外面来的端口

      • symmetric nat
      • symmetric cone, binding 是{z, 3001, b, 90}，同时限定从外面来的源地址和端口。传统的NAT就是这

        样的行为。所以传统NAT在支持穿越方面是不给力的，需要结合ALG来用。

        NAT穿越需要完成两件事情

        • connection能够穿越gateway，也就是说，gateway上的policy必须允许connection穿过，但是对于

                端口不固定的应用(voip, p2p, gaming），policy是没法事先配置的，所以一般是需要创建expect(netfilter)，

                这样通过expect来避免policy匹配。即使配置了全通过的策略，在NAT环境中可能还有问题，因为协议里面可能

               包含私有地址，所以nat穿越是个必选项，而不是可选项。

        • payload里面的地址做转换（ALG需要这么做，因为ALG的方案只需要在gateway上部署，而不像STUN，需要

                STUN server），这样效率会差一些，所以ALG的性能一直是被诟病的地方。

        引入NAT以后，相应的性能问题就很突出，performance和scaling，是nat穿越需要关注的两个重点，做的好了，开个

        公司都不成问题。

        参考资料：

          1） http://www.nattraversal.com/

          2） http://en.wikipedia.org/wiki/NAT_traversal