面试题：网络编程之非阻塞Socket编程的NAT穿越基础

Question

在非阻塞Socket编程中，简要描述NAT穿越的基本原理是什么？常见的NAT类型有哪些，它们对NAT穿越有什么影响？

Answer 1

NAT穿越基本原理

1. 端口映射：在NAT设备上，内部网络设备的私有IP地址和端口会被映射到NAT设备的公有IP地址和一个特定端口。外部设备通过访问NAT设备的公有IP和映射端口来与内部设备通信。为实现穿越，需让外部设备知晓这个映射关系。
2. 打洞技术：内部设备主动向外部设备发送数据包，在NAT设备上建立映射表项。外部设备利用此映射表项，通过NAT设备与内部设备进行通信。这就像是在NAT设备上“打了个洞”，使得外部数据能够进入内部网络。

常见NAT类型及对NAT穿越的影响

1. 完全圆锥型NAT
   • 原理：无论数据包来自哪个外部IP和端口，NAT设备都会将内部设备的私有IP和端口映射到同一个公有IP和端口。
   • 对穿越影响：最容易实现穿越，因为外部任何设备只要知道NAT设备的公有IP和映射端口，就可以与内部设备通信。
2. 受限圆锥型NAT
   • 原理：内部设备第一次向某个外部IP地址发送数据包后，NAT设备会建立映射。后续只有来自该外部IP地址的数据包，无论端口号如何，都能通过NAT设备到达内部设备。
   • 对穿越影响：相对容易穿越，只要外部设备能得知NAT设备的公有IP和映射端口，并且内部设备事先与外部设备建立过连接，外部设备就可以与内部设备通信。
3. 端口受限圆锥型NAT
   • 原理：内部设备第一次向某个外部IP地址和端口发送数据包后，NAT设备建立映射。只有来自该特定外部IP地址和端口的数据包才能通过NAT设备到达内部设备。
   • 对穿越影响：穿越难度稍大，外部设备不仅要知道NAT设备的公有IP和映射端口，还需要在内部设备事先连接的相同端口上进行通信才能实现穿越。
4. 对称型NAT
   • 原理：对于不同的外部目标IP和端口，NAT设备会使用不同的公有IP和端口映射。即内部设备每次向不同的外部主机发送数据，NAT设备都会为其分配不同的公网IP和端口。
   • 对穿越影响：穿越难度最大，因为外部设备很难预测NAT设备为内部设备分配的公有IP和端口，需要借助额外的服务器（如STUN、TURN服务器）来协助完成穿越。