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计算机网络打洞技术.docx
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Internet的快速发展以及IPv4地址数量的不足使得NAT设备得到了大规模的应用,然而这也给越来越多的端到端通信也带来了不少的麻烦。一般来说,NAT设备允许内网内主机主动向公网内主机发送数据,但却禁止内网外的主机主动向内网内的主机传递数据。由于很多的会话双方处于不同的NAT设备后,它们通信一般通过公网服务器中转,而要建立P2P通信,则必须解决NAT穿越问题才能建立通信。 第三章 NAT穿越模块的设计与实现 NAT 是介于内网和公网之间的设备,公网中的IP 地址是全球唯一的,而在内网中的IP 地址可以重复出现,但不能出现在公网中[18]。NAT的基本功能就是通过一个或几个lP地址,来实现局域网上的所有主机都可以对因特网进行访问[19]。 NAT实现了公网地址和内网地址之间的映射,可从两个方面来概括:(1) 当内网内的IP包经过NAT需要流入公网时,NAT将此IP 包的源IP地址和端口改为NAT接口上的一个公网地址和端口;(2)当公网中的IP包经过NAT 需要访问内网资源时,NAT将此IP 包的目的地址和端口改为内网IP 地址和端口。 图3.1 UDP包经过NAT原理图 图 3.1是
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计算机网络打洞技术
Internet 的快速发展以及 IPv4 地址数量的不足使得 NAT 设备得到了大规模的应
用,然而这也给越来越多的端到端通信也带来了不少的麻烦。一般来说,NAT 设备允许
内网内主机主动向公网内主机发送数据,但却禁止内网外的主机主动向内网内的主机
传递数据。由于很多的会话双方处于不同的 NAT 设备后,它们通信一般通过公网服务器
中 转 , 而 要 建 立 P 2 P 通 信 , 则 必 须 解 决 N A T 穿 越 问 题 才 能 建 立 通 信 。
第三章 NAT 穿越模块的设计与实现
NAT 是介于内网和公网之间的设备,公网中的 IP 地址是全球唯一的,而在内网中
的 IP 地址可以重复出现,但不能出现在公网中
[18]
。NAT 的基本功能就是通过一个或几
个 lP 地址,来实现局域网上的所有主机都可以对因特网进行访问
[19]
。
NAT 实现了公网地址和内网地址之间的映射,可从两个方面来概括:(1) 当内网内
的 IP 包经过 NAT 需要流入公网时,NAT 将此 IP 包的源 IP 地址和端口改为 NAT 接口上
的一个公网地址和端口;(2)当公网中的 IP 包经过 NAT 需要访问内网资源时,NAT 将此
IP 包的目的地址和端口改为内网 IP 地址和端口。
图3.1 UDP包经过NAT原理图
图 3.1 是 UDP 包经过 NAT 后的示意图,可以看出 UDP 包从内网主机 A 发出时,到达
NAT 后它的源端 IP 和端口都已经改变。同时从主机 B 的 UDP 包发往 NAT-A 的公网 IP 和
端口后,NAT 将其自动转发给主机 A。
3.1 NAT 穿越方案分析
3.1.1 NAT 的类型
NAT 设备的类型对于穿越 NAT,有着十分重要的影响,根据其端口映射方式,NAT 可
分为如下 4 类,前 3 种 NAT 类型可统称为 cone NAT。
(1)全克隆( Full Cone) : NAT 把所有来自相同内部 IP 地址和端口的请求映射到相
同的外部 IP 地址和端口。任何一个外部主机均可通过该映射发送 IP 包到该内部主机。
(2)限制性克隆(Restricted Cone) : NAT 把所有来自相同内部 IP 地址和端口的请
求映射到相同的外部 IP 地址和端口。但是,只有当内部主机先给 IP 地址为 X 的外部主
机发送 IP 包,该外部主机才能向该内部主机发送 IP 包。
(3)端口限制性克隆( Port Restricted Cone) :端口限制性克隆与限制性克隆类似,
只是多了端口号的限制,即只有内部主机先向 IP 地址为 X,端口号为 P 的外部主机发送
1 个 IP 包,该外部主机才能够把源端口号为 P 的 IP 包发送给该内部主机。
(4)对称式 NAT ( Symmetric NAT) :这种类型的 NAT 与上述 3 种类型的不同,在于当
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