关于NAT和P2P约会
NAT是什么？
简介
网络地址转换(NAT,NetworkAddress Translation)属接入广域网(WAN)技术，它将内网地址转换为外网地址，能够让多个的内网地址共用一个外网地址来连接互联网。
出现的原因
IPv4公网地址不够用。
基本设计思想
IP不够端口来凑。NAT设备将内网的不同地址（1. IP不同；2.IP相同但端口不同）转换为外网同一个IP的不同端口，从而就减少了对外网地址的需求量。
NAT行为类型
按照RFC 4787的分类方法，NAT主要有两种行为：
- mapping Behavior（映射行为）：即，内网地址向外发送数据时，NAT设备按照什么规则来创建或重用端口。
- Filtering Behavior（过滤行为）：即，当外网地址向NAT映射的地址发送数据时，NAT设备按照什么规则来过滤数据。
每种行为有三种类型：
- Endpoint-Independent（地址端口都不依赖型）
- Address-Dependent（地址依赖型）
- Address and Port-Dependent（地址端口依赖型）
为方便理解，先假设一个已建立的NAT关系：内网地址A:a<——>NAT设备B:b<——>外网地址C:c。
| 映射行为 | 解释说明(内网向外网发送数据时的行为) |
|---|---|
| 地址端口都不依赖型 | 内网地址A:a向外网发送数据，不管外网地址是多少，NAT设备都会映射为B:b。 |
| 地址依赖型 | A:a向外网发送数据，只要外网的IP地址为c，不管端口是多少，NAT设备就会映射为B:b；否则映射为其它地址。 |
| 地址端口依赖型 | A:a向外网发送数据，只有当外网的IP地址为c且端口为3，NAT设备才会映射为B:b；否则映射为其它地址。 |
| 过滤行为 | 解释说明（外网向内网发送数据时的行为） |
|---|---|
| 地址端口都不依赖型 | B:b收到外网数据，不管外网的IP和端口是多少，NAT设备都会转发给A:a。换句话说，来者不拒。 |
| 地址依赖型 | B:b收到外网数据，只要外网的IP地址为c，不管端口是多少，NAT设备就会转发给A:a；否则，过滤掉。 |
| 地址端口依赖型 | B:b收到外网数据，只有外网的IP地址为c且端口为3，NAT设备才会转发给A:a；否则，过滤掉。 |
说明：NAT映射后，如果没有数据交互，会在一段时间内被释放掉。
P2P约会
背景
因为NAT的存在，所以两个不同局域网内的终端A和终端B想要建立点对点的通信就会遇到障碍，原因：
- 不知道对方经过NAT转换后的公网地址；
- 即使知道对方的公网地址，但由于NAT过滤行为的限制，数据也可能因被过滤掉而无法传达给对方；
下面介绍一种在某些情况下可以建立点对点通信的方法，我们拟人化地称之为P2P约会，约会过程需要借助一个约会服务器来进行牵线。
实现步骤和原理
步骤1：注册
约会双方A和B要先注册到约会服务器，并定时向约会服务器发送心跳包来维持NAT不会被刷新掉。
注册成功后，约会服务器能够获取终端的信息，主要包括：
- 身份唯一标示符
- 内网地址（例如：A:a和B:b)
- 外网地址 (例如：A1:a1和B1:b1)
步骤2：约会请求
当A想要和B约会时
- A先向约会服务器请求要和B进行约会；
- 约会服务器向A提供B的联系方式（内网地址B:b和外网地址B1:b1）；
- 另外，约会服务器把A的约会请求转告给B，并向B提供A的联系方式(内网地址A:a和外网地址A1:a1)；
步骤3：互发PING消息
-
后面的事情就和约会服务器没有任何关系了，A和B同时尝试分别向对方的内外网地址发送PING消息；
说明：
- 对于终端A，a1是和约会服务器打的洞，a2是向B发送PING消息打的洞。a1和a2可能是同一个洞，也可能不是，这取决于NAT设备的映射行为类型，当映射行为类型是“地址端口都不依赖型”时，a1等于a2；
- 对于终端B，和终端A同理。
什么情况下可以一方可以收到另一方的PING消息？
- 双方在同一个局域网内；
- 虽然不在一个局域网内，但满足以下几种情况；
（此处以A向B发送的PING消息进行讲解，反之亦然。）
- 情况一：B1的NAT过滤行为属于“地址端口都不依赖型”，其他条件不限
- 情况二：B1的NAT过滤行为属于“地址依赖型”，且b1==b2（即B1的NAT映射行为类型属于“地址端口都不依赖型”），其他条件不限
- 情况三：B1的NAT过滤行为属于”地址端口依赖型“，且b1==b2（即B1的NAT映射行为类型属于“地址端口都不依赖型”），且a1==a2(即，A1的NAT映射类型属于”地址端口都不依赖型“)，其他条件不限
步骤三：响应PONG
当一方收到另一方的PING消息后，就响应PONG消息。当任意一方收到对方的PONG消息，就说明双方已经打通可以进行双向交互的通道，即约会成功。
步骤四：do what you want
当约会成功后，A和B就可以进行直接通信了，根据业务需要想做啥就做啥，比如下载文件等。
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