小木槌

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UDP连接下的穿透技术 ​

UDP ​

User Datagram Protocol，用户数据报协议，与TCP一样位于传输层。

UDP服务于很多知名应用层协议，比如网络文件系统NFS、简单网络管理协议SNMP、域名系统DNS、简单文件传输系统TFTP、动态主机配置协议DHCP、路由信息协议RIP。

中继（Relaying） ​

两个NAT后方的客户端主机A和B可以与一个拥有永久公网IP地址的主机C进行通信，由C转发A和B之间的数据报来达成A和B通信的目的。

但是这样会消耗服务器C的处理能力和网络带宽，且时延会增加。

反向连接 ​

一台客户端主机B拥有公网IP，客户端主机A位于NAT后，其有一个有公网IP主机S。A和S保持一定的心跳连接。

A想连接B时，直接访问B的IP即可。

B想连接A时，B向S发送反向连接请求，S在与A的心跳连接中发送B的中继连接请求，A收到B的中继连接请求后直接访问B的IP即可。

打洞技术 ​

P2P主机在不同的NAT后面 ​

如下图，两个客户端主机在两个不同的NAT设备后方。因为对称形NAT暂时并没有完美的打洞方案，所以我们假设两个不同的NAT设备是完全锥形NAT、地址受限锥形NAT、端口受限锥形NAT的一种，两个NAT种类可以不同。

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A与Server连接时，NAT A分配了一个外网地址155.156.157.158:6200；

B与Server连接时，NAT B分配了一个外网地址185.186.187.188:5200；

现假设A与B想要直接建立一个UDP通信会话，如果A直接向NAT B的185.186.187.188:5200发送一个UDP数据包，那么NAT B会直接将其丢弃，因为A发送的数据包的<源IP、源Port>与Server的不一致。（除非NAT B是一个全锥形NAT）。同样地，B向A直接发送信息也会被NAT A丢弃。

假如A向B的外网地址发送UDP消息的同时也向Server发了一个中继消息转发给B，B收到来自Server的中继消息后，主动向A的外网地址发送UDP消息。

此时，NAT A会建立如下映射（以最严格的端口受限锥形NAT为例）：

源地址NAT目的地址
10.1.1.1:1234155.156.157.158:6200185.186.187.188:5200
185.186.187.188:5200155.156.157.158:620010.1.1.1:1234

NAT B主动向A的外网地址发送UDP消息会建立如下映射（以最严格的端口受限锥形NAT为例）：

源地址NAT目的地址
10.2.2.2:1234185.186.187.188:5200155.156.157.158:6200
155.156.157.158:6200185.186.187.188:520010.2.2.2:1234

这时，A再向B发送消息，会被NAT A进行转换，并被NAT B的映射<155.156.157.158:6200 , 185.186.187.188:5200, 10.2.2.2:1234>所转换并发给B。

B向A发送的消息也会被NAT B，并被NAT A的映射<185.186.187.188:5200 , 155.156.157.158:6200, 10.1.1.1:1234>所转换并发给A。

可以看到，只要NAT A和NAT B是完全锥形NAT、地址受限锥形NAT、端口受限锥形NAT的一种即可。

如果NAT A或NAT B是对称形NAT，暂时并没有完美的解决方案。

P2P主机在相同的NAT后面 ​

如下图，两个客户端主机在两个相同的NAT设备后方。

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可以使用**「P2P主机在不同的NAT后面」**提出的打洞方法进行打洞。

打洞成功后，NAT接收到A和B的消息后经过两次映射会直接转发给B和A，这种情况称为“回环翻译”（loop back translation）。

如果A和B知道双方处于同一个内网，可以直接通信从而减轻NAT的负担。

P2P主机由多层NAT分开 ​

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这种情况下，要依赖「P2P主机在不同的NAT后面」的打洞方法并依靠最上方的NAT的回环翻译功能实现打洞。