NAT的完全分析及其UDP穿透的完全解决方案.doc

NAT的完全分析及其UDP穿透的完全解决方案

一:基本术语
防火墙
防火墙限制了私网与公网的通信，它主要是将（防火墙）认为未经授权的的包丢弃，防火墙只是检验包的数据，并不修改数据包中的IP地址和TCP/UDP端口信息。
网络地址转换（NAT）
当有数据包通过时，网络地址转换器不仅检查包的信息，还要将包头中的IP地址和端口信息进行修改。以使得处于NAT之后的机器共享几个仅有的公网IP地址（通常是一个）。网络地址转换器主要有两种类型.
P2P应用程序
P2P应用程序是指，在已有的一个公共服务器的基础上，并分别利用自己的私有地址或者公有地址（或者两者兼备）来建立一个端到端的会话通信。
P2P防火墙
P2P防火墙是一个提供了防火墙的功能的P2P代理，但是不进行地址转换.
P2P-NAT
P2P-NAT是一个P2P代理,提供了NAT的功能,也提供了防火墙的功能,一个最简的P2P代理必须具有锥形NAT对Udp通信支持的功能,并允许应用程序利用Udp打洞技术建立强健的P2P连接。
回环转换
当NAT的私网内部机器想通过公共地址来访问同一台局域网内的机器的时，NAT设备等价于做了两次NAT的事情，在包到达目标机器之前，先将私有地址转换为公网地址，然后再将公网地址转换回私有地址。我们把具有上叙转换功能的NAT设备叫做“回环转换”设备。

二:NAT分类
可以分为基础NAT与网络地址和端口转换(NAPT)两大类
(一):基础NAT
基础NAT将私网主机的私有IP地址转换成公网IP地址，但并不将TCP/UDP端口信息进行转换。基础NAT一般用在当NAT拥有很多公网IP地址的时候，它将公网IP地址与内部主机进行绑定，使得外部可以用公网IP地址访问内部主机。（实际上是只将IP转换，192.168.0.23<->210.42.106.35,这与直接设置IP地址为公网IP还是有一定区别的，特别是对于企业来说，外部的信息都要经过统一防火墙才能到达内部，但是内部主机又可以使用公网IP）
(二):网络地址和端口转换（NAPT）
这是最普遍的情况，网络地址/端口转换器检查、修改包的IP地址和TCP/UDP端口信息，这样，更多的内部主机就可以同时使用一个公网IP地址。
请参考[RFC1631]和[RFC2993]及[RFC2663]这三个文档了解更多的NAT分类和术语信息。另外，关于NAPT的分类和术语，[RFC2663]做了更多的定义。当一个内部网主机通过NAT打开一个“外出”的TCP或UDP会话时，NAPT分配给这个会话一个公网IP和端口，用来接收外网的响应的数据包，并经过转换通知内部网的主机。这样做的效果是，NAPT在[私有IP:私有端口]和[公网IP:公网端口]之间建立了一个端口绑定。
端口绑定指定了NAPT将在这个会话的生存期内进行地址转换任务。这中间存在一个这样的问题，如果P2P应用程序从内部网络的一个[私有IP地址:端口]对同时发出多条会话给不同的外网主机，那么NAT会怎样处理呢？这又可以分为锥形NAT(CONENAT)与对称NAT(SYMMTRICNAT)两大类来考虑:
A.锥形NAT
（为什么叫做锥形呢？请看以下图形,终端和外部服务器，都通过NAT分派的这个绑定地址对来传送信息，就象一个漏斗一样，筛选并传递信息）

当建立了一个[私有IP:端口]-[公网IP:端口]端口绑定之后，对于来自同一个[私有IP:端口]会话，锥形NAT服务器允许发起会话的应用程序重复使用这个端口绑定，一直到这个会话结束才解除（端口绑定）。
例如，假设ClientA（IP地址信息如上图所示）通过一个锥形NAT同时发起两个外出的连接，它使用同一个内部端口（10.0.0.1:1234）给公网的两台不同的服务器，S1和S2。锥形NAT只分配一个公网IP和端口（155.99.25.11:62000）给这个两个会话，通过地址转换可以确保Client使用端口的“同一性”（即这个Client只使用这个端口）。而基础NATs和防火墙却不能修改经过的数据包端口号，它们可以看作是锥形NAT的精简版本。
进一步分析可以将CONENAT受限制锥形NAT(RESTRICTCONE)与端口受限锥形NAT(PORTRESTRICTCONE)三大类,以下是详细论述:分为全双工锥形NAT(FULLCONE),
1.全双工锥形NAT
当内部主机发出一个“外出”的连接会话，就会创建了一个公网/私网地址，一旦这个地址对被创建，全双工锥形NAT会接收随后任何外部端口传入这个公共端口地址的通信。因此，全双工锥形NAT有时候又被称为"混杂"NAT。
2.受限制锥形NAT
受限制的锥形NAT会对传入的数据包进行筛选，当内部主机发出“外出”的会话时，NAT会记录这个外部主机的IP地址信息，所以，也只有这些有记录的外部IP地