今天和大家聊一聊NAT穿越
什么是NAT
NAT(Network Address Translation)，即网络地址转换，是一种ip数据包的重写技术。
为什么要要有NAT呢？
这是因为现实中公网的ip地址过少，很多单位，学校都不能满足每个主机分配一个公网地址。
因此会通过NAT技术将内网的主机地址映射为同一个公网地址的不同端口，进行外网访问。
NAT的缺点
NAT解决了内网环境下多主机上网的问题，但是也造成了难以从外网访问内网主机的问题。
尤其是在一些p2p应用的场景下(比如现在越来越火的webrtc)，NAT穿越成为了需要着重研究的点。
NAT的分类
NAT一共可以分为四种：
- 圆锥形NAT：相当于在NAT服务器上打了个洞，所有外部主机都可以按照这个公网的IP:port发送数据，并且能够顺利找到内网主机
- 受限锥型NAT：NAT会记录内网主机访问的外网IP，只有来自同一个IP的请求才能转发到内网主机。
- 端口受限型NAT：NAT会记录内网主机访问的外网IP和端口，只有来自同一个IP且同一个端口的请求才能转发到内网主机。
- 对称型NAT：每次请求的连接都会使用不同的公网端口
注意，对称型NAT和其他三个最大的不同点在于每次请求的端口都会变化，这就导致了NAT穿越的难度增加。
NAT穿越
我们如何实现NAT穿越呢？
方式就是在NAT后面的主机向公网指定端口发送一个包，这样就会在NAT服务器上留下一个端口。
其他主机只要知道了这个端口，就可以向内网主机发送数据了。
这个行为形象的称之为“打洞”。
一方是圆锥型NAT
当一方是圆锥型NAT，只要它向某个公网服务器（例如STUN服务器）发送一个包。
这样它在公网的ip和端口就确定了。
无论对端是哪种类型的NAT，只要向这个ip和端口发送数据即可连通。
双方是受限锥型NAT或者端口受限型NAT
那么双方都向公网服务器发送一个包，确定自己的ip和端口，并通过公网服务器发送给对方。
接着双方再向对方地址发送一个包，之后就可以实现通信了。
一方是对称型NAT
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当对方是圆锥型NAT：只要让对方先发送请求即可
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当对方是受限锥型NAT：需要在双方交换完地址后，对方先发送一个包，确保指定IP的数据可接收；本机再向对方IP和端口发送数据，完成连接。
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当对方是端口受限型NAT：需要在双方交换完地址后，本机先发送一个包，在NAT服务器上打洞。
但是此时对端并不知道本机这次打洞的端口，所以需要向各个端口都进行发包探测。此时本机需要不停的向对端发包，直至某一个包被接收。此时双方都确定了对方的ip和端口，完成通信。
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当对方是对称型NAT：没有办法连通。因为其中一个主机在每次探测时，自身的端口都会变化。这样对方无法确定本机端口。因此只能通过公网服务器进行中转（例如TURN服务器）
穿透总结
各个类型的NAT穿透可以总结如下表
当然有同学会觉得这个东西太复杂。
不过没关系，已经有一些现成的方案帮我们做了这些事情。比如webrtc的ice，可以使用简单API的完成NAT的穿越。当遇到无法穿越的对称型NAT时，也会降级为服务器中转。
这样我们开发时，就不需要关注这类问题了。
参考文档：
本文会经常更新，请阅读原文： https://xinyuehtx.github.io/post/%E7%90%86%E8%A7%A3NAT%E7%A9%BF%E8%B6%8A.html ，以避免陈旧错误知识的误导，同时有更好的阅读体验。
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