UDP Hole Punching

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     NAT(Network Address Translators)，——网络地址转换。这一概念是在IP地址日益缺乏的情况下产生的，它的主要目的就是为了能够地址重用。最开始NAT是运行在路由器上的一个功能模块。
   NAT分为两大类，基本的NAT和NAPT(Network Address/Port Translator)。
   
    最先提出的是基本的NAT，它的产生基于如下事实：一个私有网络（或称之为“域”）中的节点中只有很少的节点需要与外网连接（呵呵，这是在上世纪90年代中期提出的）。那么这个子网中其实只有少数的节点需要全球唯一的IP地址，其他的节点的IP地址应该是可以重用的。
    因此，基本的NAT实现的功能很简单，在子网内使用一个保留的IP子网段，这些IP对外是不可见的。子网内只有少数一些IP地址可以对应到真正全球唯一的IP地址。如果这些节点需要访问外部网络，那么基本NAT就负责将这个节点的子网内IP转化为一个全球唯一的IP然后发送出去。(基本的NAT会改变IP包中的原IP地址，但是不会改变IP包中的端口)
    关于基本的NAT可以参看RFC 1631
   
    另外一种NAT叫做NAPT，从名称上我们也可以看得出，NAPT不但会改变经过这个NAT设备的IP数据报的IP地址，还会改变IP数据报的TCP/UDP端口。基本NAT的设备可能我们见的不多（呵呵，我没有见到过）。看下图：
         

   有一个私有网络10.0.0.0，Client A是其中的一台计算机，这个网络的网关（一个NAT设备）的外网IP是155.99.25.11(应该还有一个内网的IP地址，比如10.0.0.10)。如果Client A中的某个进程（这个进程创建了一个UDP Socket,这个Socket绑定1234端口）想访问外网主机18.181.0.31的2234端口，那么当数据包通过NAT时会发生什么事情呢？
    首先NAT会改变这个数据包的源IP地址，改为155.99.25.11。接着NAT会为这个传输创建一个Session（Session是一个抽象的概念，如果是TCP，也许Session是由一个SYN包开始，以一个FIN包结束。而UDP呢，以这个IP的这个端口的第一个UDP开始，结束呢，也许是几分钟，也许是几小时，这要看具体的实现），并且给这个Session分配一个端口，比如62000，然后改变这个数据包的源端口为62000。所以本来是（10.0.0.1:1234->18.181.0.31:2234）的数据包到了互联网上变为了（155.99.25.11:62000->18.181.0.31:2234）。
    一旦NAT创建了一个Session后，NAT会记住62000端口对应的是10.0.0.1的1234端口，以后从18.181.0.31发送到62000端口的数据会被NAT自动的转发到10.0.0.1上。（注意：这里是说18.181.0.31发送到62000端口的数据会被转发，其他的IP发送到这个端口的数据将被NAT抛弃）这样Client A就与Server S1建立以了一个连接。

    前面我们所说的在NAT上建立的那个Session，就是我们常说的：“在内网的NAT上打上一个‘洞’”。这个洞不能由外部来打，只能由内网的主机来打。而且这个洞是有方向的。如上例所说的是从内部某台主机（10.0.0.1）向外部的某个IP(18.181.0.31)发送一个UDP包，那么就在这个内网的NAT设备上打了一个方向为18.181.0.31的“洞”。以后18.181.0.31就可以通过这个洞与内网的10.0.0.1联系了。（此处说明一点，在NAT上打的这个“洞”只能由这两个IP使用，其他的IP不能利用这个洞进行通信。）
   这就是称为UDP Hole Punching的技术。




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