NAT的四种类型

Posted 2021-05-20 山上有风景

一：NAT类型

基于UDP的P2P应用需要考虑NAT的类型，因为不同的NAT组合的穿透的方式并不一致，有的能通， 有的不能通。一般来讲， NAT可以分为四种类型，分别是:

1,  全锥型(Full Cone)

2,  受限锥型(Restricted Cone)， 或者说是IP受限锥型

3,  端口受限锥型(Port Restricted Cone), 或者说是IP + PORT受限锥型

4,  对称型(Symmetric)

其中1,2,3属于同一种类型，都是锥型，区别只是路由器的不同的安全策略。还有些NAT不属于这四种中的任何一种，就不在本文的讨论范围了。

二：为什么有四种类型的NAT

NAT缓解了IPV4地址不够用的问题，同时也带了限制，那就是NAT外部的主机无法主动跟位于NAT内部的主机通信，NAT内部主机想要通信，必须主动和公网的一个IP通信，路由器负责建立一个映射关系，从而实现数据的转发， 这就是NAT的工作原理。

（一）NAT使用案例

公网server1 ip是1.1.1.1， 监听端口是1111

公网server2 ip是2.2.2.2， 监听端口是2222

NAT router ip是8.8.8.8

NAT内部client是192.168.0.3

client发送数据的时候，不管是tcp还是udp必须本地绑定一个端口，一般来讲，这个过程都是自动的。

假定client(192.168.0.3, 100)给 server(1.1.1.1, 1111)发送报文，报文到达路由器，

路由器在自己的公网ip上开辟一个端口800，从而建立了一个隐射关系(8.8.8.8, 800)<--->(192.168.0.3, 100),  

建立映射关系后，所以(192.168.0.3, 100)和(1.1.1.1, 1111)之间的报文都通过这个映射关系进行转发。

（二）NAT之间主要的区别分两种情况讨论

1:client(192.168.0.3, 100)和server(1.1.1.1, 1111)在路由器上建立好映射关系后，如果client(192.168.0.3, 100)又给(2.2.2.2, 2222)发送数据，路由器该怎么处理呢?

1,  复用旧的映射关系(8.8.8.8, 800)<--->(192.168.0.3, 100)和(2.2.2.2, 2222)通信, 这就是锥型(Cone) NAT---（分为下面的3个小类）

2,  创建新的映射关系(8.8.8.8, 801)<--->(192.168.0.3, 100)和(2.2.2.2, 2222)通信, 这就是对称型NAT

注:  (8.8.8.8, 801)只是举例，到底用什么端口取决于路由器的端口管理策略，总之是另外的一个端口，有的路由器有多个公网IP，不同的IP也会参与到这个映射关系中。

2:client(192.168.0.3, 100)和server(1.1.1.1, 1111)在路由器上建立好映射关系后，如果这个时候路由器(8.8.8.8)在800端口上收到从另外一台server(2.2.2.2, 2222)发来的数据，是不是应该转发给(192.168.0.3, 100)呢？

有四种情况:

1, 无条件转发给(192.168.0.3, 100)， 这就是全锥型(Full Cone)NAT。

2, 如果(192.168.0.3, 100)之前给(2.2.2.2)发送过数据，则转发， 这就是受限锥型(Restricted Cone)。

3, 如果(192.168.0.3, 100)之前给(2.2.2.2, 2222)发送过数据，则转发， 这就是端口受限锥型(Port Restricted Cone)。

4, 丢弃报文，拒绝转发, 这就是对称型NAT。

从上面也描述也可以看出，安全性系数,  对称型 > 端口受限锥型 > 受限锥型 > 全锥型

（三）不同NAT的穿透性

对称nat无法穿透，这个说法不正确，对称nat与全椎full cone nat、对称nat 与 ip受限椎型cone，是可以穿透的，对称nat与 端口受限、对称nat与对称nat，不可穿透。
类型：

1、full cone 全椎
2、Restricted Cone ip受限
3、port Restricted Cone 端口受限
4、Symmetric 对称。

穿透关系：上述4种类型，如果定义他们的值为序列号，N为序列号相加。

则N<=6可穿透。2 和 4 序列相加 = 6 则可穿透。 
3(端口受限)和4（对称）= 7 不可穿透。

三：p2p网络中的NAT穿透问题---NAT的原理和类型

（一）完全圆锥型NAT (Full Cane NAT)

完全圆锥型的NAT,将从同一内部IP地址和端口来的所有请求，都映射到相同的外部IP地址和端口。而且，任何外部主机通过向映射的外部地址发送报文，可以实现和内部主机进行通信。

这是一种比较宽松的策略，只要建立了内部网络的IP地址和端口与公网IP地址和端口的映射关系，则所有Internet上的主机都可以访问该NAT之后的主机！！！ 

 

在图中，NAT会将内网地址{X:y} (x代表内网主机的IP地址，Y代表端口)映射成公网地址{A:b}(A代表映射的公网IP地址，b代表映射的端口)并绑定。任何数据分组都可以通过地址{A:b}送到此内网主机。

（二）受限圆锥型NAT ( Restricted Cone NAT)--IP受限

受限圆锥型NAT也是将从相同的内部IP地址和端口来的所有请求，映射到相同的公网IP地址和端口。

但是与完全圆锥型NAT不同，当且仅当内网主机之前己经向公网主机(假设IP地址为P)发送过数据分组，此公网主机才能够向内网主机发送数据分组。

在图中，NAT会将内网地址{x:y}映射成公网地址{A:b〕并绑定，只有源地址为P的分组才能和此内网主机通信。

（三）端口受限圆锥型NAT ( Port Restricted Cone NAT)--IP+port受限

类似于受限圆锥型NAT，但更严格。端口受限圆锥型NAT增加了端口号的限制，当且仅当内网主机之前已经向公网主机发送了数据分组，公网主机才能和此内网主机通信。

在图中，NAT会将内网地址{X:y}映射成公网地址{A:b}并绑定，由于内网主机之前己经分别与地址为M,端口为n的公网主机以及地址为P,端口为q的公网主机通信，所以只有来自这两个公网地址和端口的分组才能到达内网主机。

（四）对称型NAT CSymmetric NAT)----重点理解

对称型NAT把从同一内网地址和端口到相同的地址和端口的所有请求，都映射到同一个公网地址和端口。

如果同一个内网主机，用相同的内网地址和端口向另一个地址发送数据分组，则会使用不同的映射，而且公网主机只有在接收到数据分组后，才能向与发送分组的内网主机进行通信。可见，对称性NAT是所有NAT类型中限制最为严格的。

在图中，对称型NAT会将内网地址{X:y}转换成公网地址{A:b}并绑定为{X:y}|{A:b}<一>{P:q}。这就意味着NAT只允许地址{A:b}接收来自{P:q}的分组，将它转给{X:y} 。当客户机请求一个不同的公网地址{M:n}时，NAT会新分配一个外部端口{C:d} 。 

转载自：https://blog.csdn.net/eydwyz/article/details/87364157

P2P技术详解(一)：NAT详解——详细原理、P2P简介