用語定義

1.內部Tuple：指內部主機的私有地址和端口號所構成的二元組，即內部主機所發送報文的源地址、端口所構成的二元組
2.外部Tuple：指內部Tuple經過NAT的源地址/端口轉換之后，所獲得的外部地址、端口所構成的二元組，即外部主機收到經NAT轉換之后的報文時，它所看到的該報文的源地址（通常是NAT設備的地址）和源端口
3.目標Tuple：指外部主機的地址、端口所構成的二元組，即內部主機所發送報文的目標地址、端口所構成的二元組

詳細釋義

1. Full Cone NAT：所有來自同一 個內部Tuple X的請求均被NAT轉換至同一個外部Tuple Y，而不管這些請求是不是屬于同一個應用或者是多個應用的。除此之外，當X-Y的轉換關系建立之后，任意外部主機均可隨時將Y中的地址和端口作為目標地址 和目標端口，向內部主機發送UDP報文，由于對外部請求的來源無任何限制，因此這種方式雖然足夠簡單，但卻不那么安全

2. Restricted Cone NAT： 它是Full Cone的受限版本：所有來自同一個內部Tuple X的請求均被NAT轉換至同一個外部Tuple Y，這與Full Cone相同，但不同的是，只有當內部主機曾經發送過報文給外部主機（假設其IP地址為Z）后，外部主機才能以Y中的信息作為目標地址和目標端口，向內部 主機發送UDP請求報文，這意味著，NAT設備只向內轉發（目標地址/端口轉換）那些來自于當前已知的外部主機的UDP報文，從而保障了外部請求來源的安 全性

3. Port Restricted Cone NAT：它是Restricted Cone NAT的進一步受限版。只有當內部主機曾經發送過報文給外部主機（假設其IP地址為Z且端口為P）之后，外部主機才能以Y中的信息作為目標地址和目標端 口，向內部主機發送UDP報文，同時，其請求報文的源端口必須為P，這一要求進一步強化了對外部報文請求來源的限制，從而較Restrictd Cone更具安全性

4. Symmetric NAT：這是一種比所有Cone NAT都要更為靈活的轉換方式：在Cone NAT中，內部主機的內部Tuple與外部Tuple的轉換映射關系是獨立于內部主機所發出的UDP報文中的目標地址及端口的，即與目標Tuple無關； 在Symmetric NAT中，目標Tuple則成為了NAT設備建立轉換關系的一個重要考量：只有來自于同一個內部Tuple 、且針對同一目標Tuple的請求才被NAT轉換至同一個外部Tuple，否則的話，NAT將為之分配一個新的外部Tuple；打個比方，當內部主機以相 同的內部Tuple對2個不同的目標Tuple發送UDP報文時，此時NAT將會為內部主機分配兩個不同的外部Tuple，并且建立起兩個不同的內、外部 Tuple轉換關系。與此同時，只有接收到了內部主機所發送的數據包的外部主機才能向內部主機返回UDP報文，這里對外部返回報文來源的限制是與Port Restricted Cone一致的。不難看出，如果說Full Cone是要求最寬松NAT UDP轉換方式，那么，Symmetric NAT則是要求最嚴格的NAT方式，其不僅體現在轉換關系的建立上，而且還體現在對外部報文來源的限制方面。

P2P的NAT研究
第一部分：NAT介紹
第二部分：NAT類型檢測

第一部分： NAT介紹
各種不同類型的NAT(according to RFC)
Full Cone NAT:
   內網主機建立一個UDP socket(LocalIP:LocalPort) 第一次使用這個socket給外部主機發送數據時NAT會給其分配一個公網(PublicIP:PublicPort),以后用這個socket向外面任何主機發送數據都將使用這對(PublicIP:PublicPort)。此外，任何外部主機只要知道這個(PublicIP:PublicPort)就可以發送數據給(PublicIP:PublicPort)，內網的主機就能收到這個數據包
Restricted Cone NAT:
   內網主機建立一個UDP socket(LocalIP:LocalPort) 第一次使用這個socket給外部主機發送數據時NAT會給其分配一個公網(PublicIP:PublicPort),以后用這個socket向外面任何主機發送數據都將使用這對(PublicIP:PublicPort)。此外，如果任何外部主機想要發送數據給這個內網主機，只要知道這個(PublicIP:PublicPort)并且內網主機之前用這個socket曾向這個外部主機IP發送過數據。只要滿足這兩個條件，這個外部主機就可以用自己的(IP,任何端口)發送數據給(PublicIP:PublicPort)，內網的主機就能收到這個數據包
Port Restricted Cone NAT:
    內網主機建立一個UDP socket(LocalIP:LocalPort) 第一次使用這個socket給外部主機發送數據時NAT會給其分配一個公網(PublicIP:PublicPort),以后用這個socket向外面任何主機發送數據都將使用這對(PublicIP:PublicPort)。此外，如果任何外部主機想要發送數據給這個內網主機，只要知道這個(PublicIP:PublicPort)并且內網主機之前用這個socket曾向這個外部主機(IP,Port)發送過數據。只要滿足這兩個條件，這個外部主機就可以用自己的(IP,Port)發送數據給(PublicIP:PublicPort)，內網的主機就能收到這個數據包
Symmetric NAT:
    內網主機建立一個UDP socket(LocalIP,LocalPort),當用這個socket第一次發數據給外部主機1時,NAT為其映射一個(PublicIP-1,Port-1),以后內網主機發送給外部主機1的所有數據都是用這個(PublicIP-1,Port-1)，如果內網主機同時用這個socket給外部主機2發送數據，第一次發送時，NAT會為其分配一個(PublicIP-2,Port-2), 以后內網主機發送給外部主機2的所有數據都是用這個(PublicIP-2,Port-2).如果NAT有多于一個公網IP，則PublicIP-1和PublicIP-2可能不同，如果NAT只有一個公網IP,則Port-1和Port-2肯定不同，也就是說一定不能是PublicIP-1等于 PublicIP-2且Port-1等于Port-2。此外，如果任何外部主機想要發送數據給這個內網主機，那么它首先應該收到內網主機發給他的數據，然后才能往回發送，否則即使他知道內網主機的一個(PublicIP,Port)也不能發送數據給內網主機，這種NAT無法實現UDP-P2P通信。

第二部：NAT類型檢測

前提條件:有一個公網的Server并且綁定了兩個公網IP(IP-1,IP-2)。這個Server做UDP監聽(IP-1,Port-1),(IP-2,Port-2)并根據客戶端的要求進行應答。

第一步：檢測客戶端是否有能力進行UDP通信以及客戶端是否位于NAT后？

客戶端建立UDP socket然后用這個socket向服務器的(IP-1,Port-1)發送數據包要求服務器返回客戶端的IP和Port, 客戶端發送請求后立即開始接受數據包，要設定socket Timeout（300ms），防止無限堵塞. 重復這個過程若干次。如果每次都超時，無法接受到服務器的回應，則說明客戶端無法進行UDP通信，可能是防火墻或NAT阻止UDP通信，這樣的客戶端也就 不能P2P了（檢測停止）。
當客戶端能夠接收到服務器的回應時，需要把服務器返回的客戶端（IP,Port）和這個客戶端socket的 （LocalIP，LocalPort）比較。如果完全相同則客戶端不在NAT后，這樣的客戶端具有公網IP可以直接監聽UDP端口接收數據進行通信（檢 測停止）。否則客戶端在NAT后要做進一步的NAT類型檢測(繼續)。

第二步：檢測客戶端NAT是否是Full Cone NAT？

客戶端建立UDP socket然后用這個socket向服務器的(IP-1,Port-1)發送數據包要求服務器用另一對(IP-2,Port-2)響應客戶端的請求往回 發一個數據包,客戶端發送請求后立即開始接受數據包，要設定socket Timeout（300ms），防止無限堵塞. 重復這個過程若干次。如果每次都超時，無法接受到服務器的回應，則說明客戶端的NAT不是一個Full Cone NAT，具體類型有待下一步檢測(繼續)。如果能夠接受到服務器從(IP-2,Port-2)返回的應答UDP包，則說明客戶端是一個Full Cone NAT，這樣的客戶端能夠進行UDP-P2P通信（檢測停止）。

第三步：檢測客戶端NAT是否是Symmetric NAT？

客戶端建立UDP socket然后用這個socket向服務器的(IP-1,Port-1)發送數據包要求服務器返回客戶端的IP和Port, 客戶端發送請求后立即開始接受數據包，要設定socket Timeout（300ms），防止無限堵塞. 重復這個過程直到收到回應（一定能夠收到，因為第一步保證了這個客戶端可以進行UDP通信）。
用同樣的方法用一個socket向服務器的(IP-2,Port-2)發送數據包要求服務器返回客戶端的IP和Port。
比 較上面兩個過程從服務器返回的客戶端(IP,Port),如果兩個過程返回的(IP,Port)有一對不同則說明客戶端為Symmetric NAT，這樣的客戶端無法進行UDP-P2P通信（檢測停止）。否則是Restricted Cone NAT，是否為Port Restricted Cone NAT有待檢測(繼續)。

第四步：檢測客戶端NAT是否是Restricted Cone NAT還是Port Restricted Cone NAT？

客戶端建立UDP socket然后用這個socket向服務器的(IP-1,Port-1)發送數據包要求服務器用IP-1和一個不同于Port-1的端口發送一個UDP 數據包響應客戶端, 客戶端發送請求后立即開始接受數據包，要設定socket Timeout（300ms），防止無限堵塞. 重復這個過程若干次。如果每次都超時，無法接受到服務器的回應，則說明客戶端是一個Port Restricted Cone NAT，如果能夠收到服務器的響應則說明客戶端是一個Restricted Cone NAT。以上兩種NAT都可以進行UDP-P2P通信。

注：以上檢測過程中只說明了可否進行UDP-P2P的打洞通信，具體怎么通信一般要借助于Rendezvous Server。另外對于Symmetric NAT不是說完全不能進行UDP-P2P達洞通信，可以進行端口預測打洞，不過不能保證成功。