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内网穿透

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在解释 内网穿透 这件事之前，我先抛出一个问题：如果让你来设计一套框架去实现两台内网主机进行通信，你会怎么做？

中继（Relaying）​

一个非常直观的设计就是先准备一台拥有公网IP的服务器命名为Server,然后两台处于同内网下的客户端主机，分别为ClientA和ClientB,然后两台客户端机器分别连接服务器。这时候服务器充当一个数据中转站，把ClientA发送的数据转发给ClientB，反向同理，这就实现了两台内网的客户端之间的数据通信。

比较常见的就是平常经常使用到的frp，它就是一个典型的通过中继（也叫转发）实现的内网穿透功能。

NAT（Network Address Translation）穿透​

NAT穿透，简单地讲就是要让处于不同NAT网络下的两个节点（Peer）建立直接连接，只知道自己的内网地址是肯定不行的，他们需要知道对方的公网IP和端口，然后双方互相向对方发送数据包，从而建立起连接。整个流程可以看做两个关键步骤：

  1. 发现自己的公网IP和Port
  2. 将自己的IP和Port共享给对方

而NAT有几种不同的形态：

Full Cone NAT（完全圆锥型）​

这种会将同一内网地址端口192.168.1.2:4567发送至公网的所有请求都映射成同一个公网地址端口10.2.6.4.1:6666，192.168.1.2可以收到任意外部主机发送到10.2.6.4.1:6666的数据报文，也就是说，只要知道内网地址被映射成的公网IP，任何公网IP对其发送数据，这个内网下的所有端口都能接收到此数据。

这种类型的客户端局限性最低，也是最理想的情况，但是现实大部分情况都不是这种模型。

Address Restricted Cone NAT （地址限制圆锥型）​

这种会将从同一内网地址端口192.168.1.2:4567发至公网的所有请求都映射成同一个公网地址端口10.2.6.4.1:6666，只有当内部主机192.168.1.2先给服务器Server 6.7.8.9发送一个数据报后，192.168.1.2才能收到服务器Server 6.7.8.9发送到公网地址端口10.2.6.4.1:6666的数据报文。

注意理清楚这里面的细节，地址限制圆锥型的意思就是说，内网地址接收到数据的这个公网IP必须是这个内网地址曾经发送过数据的IP地址（这就是一种映射规则），当前内网地址下的所有端口才能接收到此数据。

Port Restricted Cone NAT（端口限制圆锥型）​

与受限制锥型基本一样，区别就是最后内网地址只有指定的端口号才能接收到数据。

这会将从同一内网地址端口192.168.1.2:4567发至公网的所有请求都映射成同一个公网地址端口10.2.6.4.1:6666，只有当内部主机192.168.1.2:4567先给服务器Server 6.7.8.9发送一个数据报后，192.168.1.2:4567才能收到服务器Server 6.7.8.9发送到公网地址端口10.2.6.4.1:6666的数据报。

对称NAT（Symmetric）​

对不同的外网IP地址都会分配不同的端口号。把所有来自相同内部主机IP地址和端口号，到特定目的IP地址和端口号的请求映射到相同的外部IP地址和端口。如果同一主机使用不同的源地址和端口对，发送的目的地址不同，则使用不同的映射。只有收到了一个IP包的外部主机才能够向该内部主机发送回一个UDP包。对称的NAT不保证所有会话中的(私有地址，私有端口)和(公开IP，公开端口)之间绑定的一致性。相反，它为每个新的会话分配一个新的端口号。

如果是对称型的NAT，则不适合做内网穿透。

NAT穿透流程​

  1. ClientA 和 ClientB分别通过NAT与服务器进行通信，服务器只存储两个客户端的公网IP地址信息。
  2. 服务器接收到数据时分别将对方的IP地址信息发送给双方。
  3. 此时，ClientA 拥有了 ClientB的公网地址，ClientA先发送一个探测数据给ClientB的公网IP，但是ClientB接收不到数据，因为根据协议，NatB中的映射没有这条规则,也就是说NatB并没有发送过数据给NatA，那就接收不到来自NatA的数据，但此时NatA添加了一条NatB信息的映射规则。
  4. NatB发送一条探测数据给NatA， NatA收到了。因为NatA在上一步骤中发送数据给NatB了，有了这条映射规则。
  5. NatA 在发送一条探测数据给NatB,NatB此时也收到了。
  6. 现在，UDP隧道建立成功，可以进行数据传输了。这个过程也叫做UDP打洞。

对称NAT（Symmetric）的内网穿透​

根据这个流程我们会发现对称NAT（Symmetric）不适合做内网穿透。如果两个客户端都是对称NAT根据上述流程就没法穿透了，举个例子：

  1. ClientA 和 ClientB分别通过Nat与服务器进行通信，服务器只存储两个客户端的公网IP地址信息。
  2. 服务器接收到数据时分别将对方的IP地址信息发送给双方
  3. 此时，ClientA 拥有了 ClientB的公网地址，ClientA先发送一个探测数据给ClientB的公网IP，但是此时对于ClientB发送数据的IP已经和服务器所保存的IP不一样了，因为对称NAT对于不同的公网IP地址发送数据所对应的端口是不一样的。那后面流程就没法继续了。

那两个对成型如何穿透呢，除非你能够准确的猜出客户端每次映射的端口号是多少（这个理论上可以实现，但是稳定性很低）。

是否可穿透组合​

Peer APeer B是否可以打洞
全锥型全锥型是
全锥型受限锥型是
全锥型端口受限锥型是
全锥型对称型是
受限锥型受限锥型是
受限锥型端口受限锥型是
受限锥型对称型是
端口受限锥型端口受限锥型是
端口受限锥型对称型否
对称型对称型否
最后由 luocai 于 更新