关于“内网穿透”的一些知识

内网穿透的示意图：（下图引自：）

 

 

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关于NAT的补充阅读（引自：）

当联机的双方NAT类型有一方为Cone NAT时（以下前三种)才有机会建立P2P连接，如果双方都是Symmetric NAT，必然无法成功建立P2P连接
几种常见的NAT类型：

1. Full Cone
2. Restricted Cone
3. Port Restricted Cone
4. Symmetric NAT

结合上面的P2P条件，当两台设备所处网络的NAT类型均为 Symmetric NAT，所以无法建立P2P连接，只能通过服务器中转通信
基本总结如下：

1. 双方中只要有一方是Full Cone，可以P2P直连;
2. 双方都是Restricted Cone或Port Restricted Cone，这种情况可以打洞，通过服务器握手以后，双方的数据不再经过中继服务器;
3. 一方为Restricted Cone，另一方为Symmetric NAT，可以打洞，通过N2N服务器握手以后，双方的数据不再经过服务端;
4. 一方为端口Port Restricted Cone，另一方为Symmetric NAT，这种情况无法打洞，数据要走服务器中转;
5. 双方都为Symmetric NAT，这种情况也是无法打洞的，数据要走服务器中转;

 

 

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需要进行内网穿透设备可以是NAT设备也可能是NAT设备+防火墙，当然也可能是其他的类型，比如：NAT设备+均衡负载+防火墙

上面给出了几种常见的NAT类型：

1. Full Cone
2. Restricted Cone
3. Port Restricted Cone
4. Symmetric NAT

但是在实际的NAT类型中除了上面这四个类型还有在这四个基础上的其他改进类型，但是上面的这四个类型基本是主要的类别了。

上面的这四个类型也被叫做：

1. 完全锥型
2. IP限制锥形
3. 端口限制锥形
4. 对称型

 

1. 完全锥型

 （示意图引自：https://zhuanlan.zhihu.com/p/457866704）

 

上图中内网主机X，A、B、C是公网主机。

该种NAT设备NAT的地址映射表中包含4个关键的数据：

{     
  内网IP
  内网端口号
  映射的公网IP              
  映射的公网端口号
}

也就是说在该种NAT设备下，内网X主机只要使用某个内网端口号给外网主机发送过数据后，那么就可以在NAT设备的地址映射表中保存上面的四个数据，于是其他的外网主机都可以通过这四个数据中的“映射的公网IP+映射的公网端口号”来给内网的X主机对应的“内网IP+内网端口号”发送数据。

 

 

 

2. IP限制锥型NAT

 （示意图引自：https://zhuanlan.zhihu.com/p/457866704）

 

上图中内网主机X，A、B、C是公网主机。

该种NAT设备NAT的地址映射表中包含5个关键的数据：

{
    内网IP
    内网端口号
    映射的公网IP
    映射的公网端口号
    被访问的外网IP地址
}

也就是说在该种NAT设备下，内网X主机使用某个内网端口号给外网主机发送过数据后，那么就可以在NAT设备的地址映射表中保存上面的5个数据，只有映射表记录中存在的被访问过的外网IP才可以通过这5个数据中的“映射的公网IP+映射的公网端口号”来给内网的X主机对应的“内网IP+内网端口号”发送数据。

 

 

 

 

3. 端口限制锥型

 （示意图引自：https://zhuanlan.zhihu.com/p/457866704）

上图中内网主机X，A、B、C是公网主机。

该种NAT设备NAT的地址映射表中包含6个关键的数据：

{
  内网IP
  内网端口号
  映射的公网IP
  映射的公网端口号
  被访问的外网主机的IP地址
  被访问的外网主机的端口号
}

也就是说在该种NAT设备下，内网X主机使用某个内网端口号给外网主机发送过数据后，那么就可以在NAT设备的地址映射表中保存上面的6个数据，只有映射表记录中存在的“被访问过的外网IP+被访问过的外网IP对应的端口号”才可以通过这6个数据中的“映射的公网IP+映射的公网端口号”来给内网的X主机对应的“内网IP+内网端口号”发送数据。

 

 

 

 

 

 

4. 对称型NAT

 （示意图引自：https://zhuanlan.zhihu.com/p/457866704）

 

上图中内网主机X，A、B、C是公网主机。

该种NAT设备NAT的地址映射表中包含6个关键的数据：

{
  内网IP
  内网端口号
  映射的公网IP
  映射的公网端口号
  被访问的外网主机的IP地址
  被访问的外网主机的端口号
}

对称型NAT和端口限制锥型NAT同样都是会在内网主机的一次对外网的数据发送中在NAT设备的地址映射表中保存6个数据，但是与端口限制锥型NAT不同的是对称型NAT在内网IP和内网端口号不变的情况下对不同的“被访问的外网主机的IP地址”或相同的“被访问的外网主机的IP地址”但是不同的“被访问的外网主机的端口号”都会使用不同的“映射的公网端口号”甚至是不同的“映射的公网IP”。

 

 

 

注意：

1. NAT设备的地址映射表的记录有效时间大致为2分钟。
2. “打洞”在NAT中是指内网主机主动对外网的数据发送以使NAT设备的地址映射表中可以保存记录，并通过这种方式使外网主机可以按照这个“地址映射关系”来对内网主机进行数据访问。

 

 

 

关于“NAT的四种类型”给出更加详细的介绍推荐：

NAT的四种类型以及类型探测

 

 

 

利用这些知识我们可以编写内网穿透的代理程序，比如fastnat就是采用下面的编程语言：

C++虚拟网卡、go语言做周边网络的编程、node.js做界面操作

 

 

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