NAT穿越的原理和介绍(p2p核心协议和原理).ppt

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1、UDP下NAT穿越技术的介绍段志鸣一、NAT介绍NAT技术又称地址代理，提供内部私有地址和公有地址之间的转换，支持内部网络和公网之间的通信，如下图所示。私有地址是指内部网络的主机IP地址，而公有地址是指内部网以外的可路由的公共地址(在Internet上全球唯一的IP地址)Internet地址分配组织规定三组网络地址作为保留的内部私有地址，使用这些地址的数据包在公网上不可路由，即这些网络地址不会在Internet上进行分配，但可以在企业网、校园网、专用网内部使用。根据RFC1918，私有IP地址包括如下3个大小不同的地址空间，可供不同规模的企业网或专

2、用网使用。10.0.0.0-10.255.255.255，1个A类地址，包含256个B类地址或65536个C类地址。共约1677万个IP地址。172.16.0.0-172.31.255.255，16个B类地址，包含4096个C类地址。共约104万个IP地址。192.168.0.0-191.168.255.255，1个B类地址，包含256个C类地址。共约65536个IP地址。当内部主机访问Internet或者与外部网络主机进行通信的时候将涉及地址转换的问题。NAT设备通过把内部网络主机的IP地址和端口号转换为外部公有IP地址和端口号，达到内部网络访问

3、Internet和外部网络主机的目的。同理通过配置内部网络的应用服务器，外部网络主机也可以访问并获得内部服务器提供的服务。NAT的实现方式有三种，即静态转换、动态转换和端口多路复用。静态转换是指将内部网络的私有IP地址转换为公有IP地址，IP地址对是一对一的，是一成不变的，某个私有IP地址只转换为某个公有IP地址。动态转换是指将内部网络的私有IP地址转换为公用IP地址时，IP地址对是不确定的，而是随机的，所有被授权访问Internet的私有IP地址可随机转换为任何指定的合法IP地址。也就是说，只要指定哪些内部地址可以进行转换，以及用哪些合法地址作为

4、外部地址时，就可以进行动态转换。端口多路复用是指改变外出数据包的源端口并进行端口转换，即端口地址转换(PortAddressTranslation，PAT)。采用端口多路复用方式，内部网络的所有主机均可共享一个合法外部IP地址实现对Internet的访问，从而最大限度地节约IP地址资源。同时，又可隐藏网络内部的所有主机，避免来自Internet的攻击。因此，目前网络中应用最多的就是端口多路复用方式。NAT设备通过维护NAT映射表的方式实现双向的地址转换并得以在两个方向上隐藏地址，可以最大限度的保护网络内部计算机不受外部入侵，其功能通常被集成到路由器

5、，防火墙等硬件设备中。二、NAT分类NAT可以按照功能和实现进行分类，下面分别进行讨论。2.1NAT功能分类按照地址转换的方式，可以将NAT分为以下两类。1．基本NAT数据报穿越内部网络边界时仅变换地址，传送层端口号保持不变。内部网络需要申请一组外部公有地址，供内部主机访问外网时使用。如果私有地址和公有地址为一一对应的关系，并且内部网络中的每个主机在一次完整的网络操作中被永久映射成外部网络中的某个合法的地址，则称为静态绑(StaticNAT)。如果公有地址是在主机访问外网时按需临时分配，则称为动态绑定(PooledNAT)，主要用于拨号和频繁的远程

6、联接。动态绑定仅在一定时间内有效，需定时刷新。该类NAT的主要目的并非地址扩展，而是配合防火墙安全隔离私网，并对内部主机访问外部网络实施控制。2．网络地址端口转换NAPT数据包穿越内部网络边界时不但要变换IP地址，而且要变换传送层端口号。内部网络只需要申请一个或几个公有地址，通过分配不同的端口号就可以支持大量内部主机同时访问外网。这种NAT称为网络地址端口转换NAPT(Port-LevelNAT)，NAPT在将私有地址映射为公有地址时不但改变了内部主机的IP地址，还改变了它的端口号。该类NAT的主要目的是实现地址扩展，是企业网和校园网常用的NAT类

7、型。2.2NAT实现分类STUN协议（后面详细介绍）把NAT分为如下几种类型。1．完全锥形NAT(FullCone)对于全锥形NAT的情形，当内部主机发起一个至外网的会话时，NAT为其建立一个私有地址和公有地址之间的绑定，然后该主机地址至外网的任意会话将重用这个公有地址，同样，外部任意应用都可通过该公有地址到达该内部主机地址。只要有一个连接会话存在，这个绑定就始终保持激活状态。可用图1来表示完全锥型NAT的性质。2．受限制锥形(RestrictedCone)受限制锥形NAT建立映射的规则与完全

8、锥形相同。但是，只有当内部主机曾经向某个外部主机发送过数据包时，这个外部主机才可以通过映射的外部地址向内部主机发送数据。当