环信即时通讯云技术博客——P2P实时音视频之NAT穿越

在P2P实时音视频领域，NAT穿越是一个非常重要的技术。NAT穿越技术使得客户端和客户端直接进行通讯，从而减少了端到端的延迟，并大大减轻了服务器的压力，降低成本。

NAT是什么

NAT的全称Network Address Translation，通常指的是把内网地址转换成外网地址。一般家用的无线路由器就用到了NAT技术。NAT技术的出现是为了解决IPv4地址不够的问题，而且还能够避免来自网络外部的攻击，隐藏和保护网络内部的计算机。凡事有利必有弊，NAT同样带来了新的问题。

NAT工作原理

我们先看一下NAT的工作过程

• NAT维护一个地址映射表，记录内容为内网主机地址iAddr、映射地址eAddr和外网主机地址hAddr，表初始为空
• 内网主机主机A发送数据包给服务器A，10.0.1.10:1111 －> 203.22.22.22:6000;
• NAT在映射表里没找到源地址等于10.0.1.10:1111的记录，于是新建一条记录1，分配外网端口2000
• NAT修改数据包的源地址再发到外网，202.11.11.11:2000 －> 203.22.22.22:6000；
• 后续所有源地址为10.0.1.10:1111，目标地址为203.22.22.22:6000都做同样的修改
• 服务器A发送数据包回给内网主机A，203.22.22.22:6000 －> 202.11.11.11:2000
• NAT发现外网地址202.11.11.11:2000映射的内网地址为10.0.1.10:1111
• NAT修改数据包的目的地址再发到内网，203.22.22.22:6000 -> 10.0.1.10:1111
• 内网主机B和服务器B通讯的过程也类似A，只是分配的外网端口是3000

从上面NAT的工作过程可以看出，NAT通过修改数据包的源地址或目的地址来实现地址映射的。NAT修改数据包对内网主机是透明的，不需要内网主机做任何配置，方便简单。
NAT工作原理可以总结为：

1. 只有内网主机主动向外网发送数据，外网才有可能发送数据给内网主机
2. 内网发送到外网的数据包会被修改源地址，外网发送给内网的数据包会被修改目的地址

很显然，第1条原理保护了内网主机免受外网的攻击，但却违背了网络端到端的设计原则。如果两台主机在不同的NAT后面，是没有办法穿越NAT直接端到端（P2P)）通讯的。幸运的是，在大部分情况下，我们可以在服务器的协助下实现NAT穿越。

NAT类型

在讲NAT穿越之前，我们先来分析NAT的类型。由于没有强制性的NAT标准，在实际应用中NAT有多种类型。根据内网地址到外网地址的映射