《c# 實現p2p文件分享與傳輸系統》 三、 NAT穿透

上一篇文章介紹了p2p系統Tracker Server和Peer，以及文件描述符，本篇接著講NAT Server的部分。由于p2p網絡中使用udp報文，所以只介紹udp穿透。

1. NAT類型

NAT（Network Address Translation,?網絡地址轉換），是指在IP包通過路由設備時，修改其IP地址信息的技術。一般應用是，通過將內網地址轉換為公網地址，從而實現多臺主機使用一個IP地址訪問互聯網，在很多網絡環境中，均可見到。這項技術的好處我們暫且不談，對我們來說它的“壞處”是顯而易見的，因為中間存在了NAT，給我們的p2p網絡中主機之間的通信造成了不小的麻煩。下面開始先簡單了解一下NAT的類型。（這里只做簡單介紹，針對“一對多”的NAT映射。更加詳細、嚴謹的說明，請看Wikipedia和相關文檔 - RFC xxxx。）

一般來說，可以把它分為“對稱型NAT”和“非對稱型NAT（也叫錐形NAT）”。所謂“對稱”，是指內部地址與不同的外部地址進行通信的時候，NAT為會話綁定不同的IP和端口。

對于NAT可分為“不限型”、“IP受限型”和“IP-端口受限型”：

不限：內網主機Peer通過NAT訪問外網Peer1:port1建立了會話，NAT為其分配了ip:port地址，則任何外網主機均可通過ip:port訪問內網主機Peer

IP受限：內網主機Peer通過NAT與外網Peer1:port1建立了會話，NAT為其分配了ip:port地址，則只有Peer1可以通過ip:port訪問內網主機Peer

IP-Port受限：內網主機Peer通過NAT與外網Peer1:port1建立了會話，NAT為其分配了ip:port地址，則只有Peer1，且從port1發出的會話，可以通過ip:port訪問內網主機Peer

正確的判斷NAT類型，在p2p網絡中的NAT穿透中，是很重要的。NAT類型的判斷，是由Stun?Server來實現，據我所知，有現成的，也有開源項目，這里將不做介紹~

2.?NAT 打洞

通過以上NAT的特點可知，為了能訪問位于受限NAT后面的內網主機Peer，必須讓該內網主機先主動向自己發送會話。但是，如何通知內網主機來做這件事呢？這就需要借助NAT Server來實現。NAT Server需要保持可以隨時向Peer發送命令的能力，首先就是NAT Server必須位于公網(-_-!)，Peer定時向NAT Server發送心跳包。由之前的分析可知，NAT Server可以無障礙的向Peer發送各種指令。如果你對發送心跳包的間隔拿捏不定，不妨設置為10秒。

下面是NAT Server的基本流程

1) 外網主機向NAT Server發送打洞請求

2)?NAT Server向Peer發送打洞命令

3) Peer向外網主機發送連接報文

4) NAT為外網主機打開了訪問內網Peer的權限，打洞完成。

3. 其他

根據以上的打洞技術，可以在多種NAT情況下實現穿透，但對于部分情況，例如，兩個客戶端都處于受限型NAT后面，而其中又至少有一個處于對稱型NAT后面，這種技術就無能為力了，此時可以采用“地址-端口預測”的方法（據說迅雷使用了這項技術，據說而已），所謂“端口預測”，是猜測NAT給內網主機分配地址和端口的算法，比如這篇文章的第一幅圖里，ip1:port1和ip2:port2，ip1和ip2，port1和port2很可能在數值上相差不遠，比如可能是61.22.3.1:13304,?61.22.3.1:13305，這時，通過多發幾個端口，就有可能實現打通。實在不行，就只能通過服務器中轉了。下面羅列一下在各種NAT情況之下，實現Peer和Peer1之間互聯的方法：

我們把情況假設在p2p網絡中，Peer1向Peer索取數據

NAT UDP C#

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