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在網絡編碼中會發現程序在局域網中是可以適用的，但是在外網與內網之間和內網與內網之間就不可行。
問題就在于NAT。首先介紹下NAT。?
NAT的作用NAT(Network Address Translator)，網絡地址轉換。顧名思義，它是一種把內部私有網絡IP地址翻譯成公有網絡IP地址的技術，如圖5-1所示。NAT是在IP地址日益缺乏的情況下產生的，它的主要目的是使地址能夠重用[9]。?
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圖5-1 NAT模型?
IP地址分為五類：A類，B類，C類，D類，E類（這里不考慮保留的IP地址）。A、B、C類可被計算機作為IP地址，D類為組播地址，E類為特殊用途的地址。A、B、C類中，又可分為公有地址和私有地址，私有地址用于內網，不同的內網，私有地址可重用，從而節省了公網地址，它不可在公網中被路由，所以內網的主機要訪問公網的服務器，便要經過NAT。公有地址是全球唯一的，能在公網上被路由。?
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內網主機用私有地址在內網能與其它的內網主機無誤地通信，但它不能直接用私有地址訪問外網的主機，因為私有地址不能被路由。它要與外網通信，必須經過NAT設備（如網關，路由器），如圖5-2所示。主機A與服務器S通信，它須先通過網關，此時網關改變它的數據包地址及端口，把私有地址（10.0.0.2）改為公有地址（155.99.25.11），使數據包能在公網上被路由，送至服務器端。服務器端返回的數據包到達網關后，網關把公網地址改為相應的私有地址，然后轉發到主機A。通過這種方法，一個內網只需一個公有IP地址，就把整個內網的計算機接入Internet，從而解決IP地址缺乏的問題。?
NAT功能通常被集成到路由器、防火墻、ISDN路由器或者單獨的NAT設備中。也可通過軟件實現這一功能，Windows 98 SE、Windows 2000?都包含了這一功能。?
NAT的分類及工作原理?
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基本NAT與NAPT如圖5-3所示，NAT分為兩大類，基本的NAT和NAPT（Network Address/Port Translator）[10][11]。?
基本的NAT，它僅將內網主機的私有IP地址轉換成公網IP地址，但并不將TCP/UDP端口信息進行轉換，有動態與靜態之區分。由于現在大部分都屬于另一種類型，即NAPT，故這里不詳細討論基礎NAT。?
另外一種NAT叫做NAPT（Network Address/Port Translator），從名稱上我們也可以看得出，NAPT不但會改變經過這個NAT設備的IP數據報的IP地址，還會改變IP數據報的TCP/UDP端口。NAPT的地址及端口的轉換過程，請看圖5-4：?
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私有網絡中某一主機Client A（10.0.0.2），它的某個進程通過1234端口，想訪問外網服務器18.181.0.31的1235端口。那么當數據包通過NAT時，這個NAT的外網地址是155.99.25.11，首先NAT會改變這個數據包的原IP地址，改為155.99.25.11。并分配一個端口（如62000）給Client A，把數據包的原端口號改為62000。所以本來是（10.0.0.2:1234->18.181.0.31:1235）的數據包到了互聯網上變為了（155.99.25.11:62000->18.181.0.31:1235），如圖5-4左圖所示。NAT會記住62000端口對應的是10.0.0.2的1234端口，以后從外網服務器18.181.0.31發送到62000端口的數據會被NAT自動的改變目的IP和端口號，然后轉發到10.0.0.2上（如圖5-4右圖所示）?
錐型NAT與對稱型NAT?
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NAPT又分為錐型（Cone）和對稱型（Symmetric），如圖5-5所示，它們的區別在于，在NAT已分配端口號給Client A的情況下，如果Client A繼續用1235端口與另一外網服務器通訊，錐型NAT還會繼續用原來62000端口，即所分配的端口號不變。而對于對等型NAT，NAT將會分配另一端口號（如62001）給Client A的1235端口。也就是說，同一內網主機同一端口號，對于錐型NAT，無論與哪一外網主機通訊，都不改變所分配的端口號；而對于對等型NAT，同一內網主機同一端口號，每一次與不同的外網主機通訊，就重新分配另一個端口號。?
完全錐型NAT、受限制錐型NAT與端口受限制型NAT?
錐型NAT可另外分類為完全錐形（Full Cone）NAT，受限制錐形（Restricted Cone）NAT，端口受限制錐形（Port Restricted Cone）NAT。?
①完全錐形（Full Cone）NAT?
這種NAT內部的主機A連接過外網主機C后，NAT會打開一個端口。然后外網的任何發到這個打開的端口的UDP數據報都可以到達A，不管是不是C發過來的[12]。?
例如 A: 192.168.8.100??NAT: 202.100.100.100??C: 292.88.88.88?
A(192.168.8.100:5000) -> NAT(202.100.100.100:8000) -> C(292.88.88.88:2000)?
任何發送到NAT(202.100.100.100:8000)的數據都可以到達A(192.168.8.100:5000)。?
②受限制錐形（Restricted Cone）NAT?
這種NAT內部的主機A連接過外網的主機C后，NAT打開一個端口。然后C可以用任何端口和A通信，但其他的外網主機不可以。?
例如 A: 192.168.8.100??NAT: 202.100.100.100??C: 292.88.88.88?
A(192.168.8.100:5000) -> NAT(202.100.100.100:8000) -> C(292.88.88.88:2000)?
任何從C發送到NAT(202.100.100.100:8000)的數據都可以到達A(192.168.8.100:5000)。?
③端口受限制錐形（Port Restricted Cone）NAT?
這種NAT內部的主機A連接過外網的主機C后，NAT打開一個端口。然后C只能用原來的端口和A通信，其他的外網主機不可以。?
例如 A: 192.168.8.100??NAT: 202.100.100.100??C: 292.88.88.88?
A(192.168.8.100:5000) -> NAT(202.100.100.100:8000) -> C(292.88.88.88:2000)?
只有C(202.88.88.88:2000)發送到 NAT(202.100.100.100:8000)的數據都可以到達A(192.168.8.100:5000)。?
NAT產生的問題?
NAT很好地解決了地址緊缺的問題，屏蔽了內部網絡，但也帶來一些問題。內網的主機向外連接是很容易的（NAT相當于透明的，內網的和外網的主機均不用知道NAT的情況）。但如果外部的計算機想訪問子網內的計算機就比較困難了，這可以使內網主機先發起連接從而解決問題。但是如果兩臺主機都分別位于兩不同NAT后面時，兩臺主機無法通信。當分別位于兩不同NAT（NAT A，NAT B）后面的兩臺主機A和B欲進行通訊時，若主機B主動發起連接，它該連哪個地址呢？第一種情況：試圖直接連到主機A的內網私有地址（10.0.0.2:1234）肯定會失敗，因為10.0.0.2根本就不是一個可以在公網上路由的IP地址；第二種情況，試圖直接連到B的NAT公有地址（155.99.25.11:62000），NAT A會拒絕這個數據包，因為這個端口并無綁定內網主機的某個端口，或即使有所綁定，但這個端口所綁定的外網地址和端口并不是B的地址和端口。若A主動連接B，結果一樣。?
有兩種方法解決這個問題。方法一：通過服務器，服務器作為中間人，轉發主機間的數據。但若用戶數量到達一定數目時，這方法浪費帶寬且給服務器帶來很大壓力，所以方法不可行。方法二，還是通過服務器，但服務器只充當“介紹人”，不轉發主機間的數據，具體請看下面的“UDP打孔技術” （UDP hole punching）?
穿透NAT——UDP打孔技術?
所謂的“打孔技術”，就是在內網的NAT設備上打上一個“孔”（也就是在NAT上建立一個會話，綁定地址和端口號），這個孔不能由外部來打，只能由內網內的主機來打。而且這個孔可能是有方向的，比如從內部某臺主機（比如：192.168.0.10）向外部的某個IP(比如：219.237.60.1)發送一個UDP包，那么就在這個內網的NAT設備上打了一個方向為219.237.60.1的“孔”，以后219.237.60.1就可以通過這個孔與內網的192.168.0.10聯系了[13]。?
下面就根據NAT的各種類型詳細解析如何“打孔”，如何穿透NAT。?
1．完全錐形（Full Cone）NAT?
處于不同內網的主機A和主機B，各自先連接服務器，從而在各自NAT設備上打開了一個“孔”，服務器收到主機A和主機B的連接后，知道A與B的公網地址和NAT分配給它們的端口號，然后把這些NAT地址與端口號告訴A與B，由于在完全錐形NAT的特點，A和B給服務器所打開的“孔”，能給別的任何的主機使用。故A與B可連接對方的公網地址和端口直接進行通信。服務器在這里充當“介紹人”，告訴A與B對方的地址和端口號。?
2．受限制錐形（Restricted Cone）NAT?
A和B還是要先連接服務器，服務器發送A和B的地址和端口信息給A和B，但由于受限制錐形NAT的特點，他們所打開的“孔”，只能與服務器通信。要使他們可以直接通信，解決辦法如下：?
假如主機A開始發送一個UDP信息到主機B的公網地址上，與此同時，它又通過服務器中轉發送了一個邀請信息給主機B，請求主機B也給主機A發送一個UDP信息到主機A的公網地址上。這時主機A向主機B的公網IP發送的信息導致NAT A打開一個處于主機A的和主機B之間的會話，與此同時，NAT B也打開了一個處于主機B和主機A的會話。一旦這個新的UDP會話各自向對方打開了，主機A和主機B之間就可以直接通信了[14]。?
3．端口受限制錐形（Port Restricted Cone）NAT?
對于該類型的NAT，解決辦法跟上面的方法一樣。?
4．對稱型（Symmetric）NAT?
對稱型NAT，對于不同的外網主機地址，它都會分配不同的端口號，所以進行UDP打孔比較困難，但也可以進行端口預測打孔，不過不能保證成功。?
以上的穿透NAT，是對NAPT來進行穿透，主要是針對UDP協議。TCP協議也有可能，但是可行性非常小，要求更高。并且，語音視頻通信是用UDP傳輸的，故針對TCP的NAT穿透在這里不作討論。基礎NAT不修改經過的數據包的端口號，它們可以看作是完全錐形NAT的精簡版本，即基礎NAT也可以被穿透。NAT設備將在一定時間后關閉UDP的一個映射，所以為了保持與服務器能夠一直通信，服務器或客戶端必須要周期性地發送UDP包，保持映射不被關閉。?
目前比較常用的NAT類型是完全錐型NAT?
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如圖6-7所示，步驟如下：?
①客戶端A發UDP數據報經NAT A，把數據發送到服務器。NAT A分配端口給客戶端A。服務器接收到信息后，把客戶端A經NAT A后的地址及端口信息記錄下來。?
②客戶端B發UDP數據報經NAT B，把數據發送到服務器。NAT B分配端口給客戶端B。服務器接收到信息后，把客戶端B經NAT B后的地址及端口信息記錄下來。?
③ 服務器把客戶端B的地址及端口信息發送給客戶端A，把客戶端A的地址及端口信息發送給客戶端B，客戶端A、B就可以通過所獲得的對方的地址及端口號進行通信了。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的解决网络通信中外网和内网之间的通信问题(NAT转换)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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