面试题答案
一键面试NAT对基于P2P实时通信应用性能的影响
- 连接建立困难
- 原因：NAT会将内部网络节点的私有IP地址转换为公网IP地址，不同NAT设备的转换规则和端口分配方式不同。当两个处于不同NAT后的节点想要建立P2P连接时，由于NAT的存在，它们无法直接获取对方的真实内部地址，导致连接建立过程复杂。
- 示例：比如节点A在NAT1之后，节点B在NAT2之后，A发送给B的数据包到达NAT2时，NAT2不知道该把数据包转发给内部网络中的哪个节点，因为它接收到的源地址是NAT1转换后的公网地址，而非A的真实内部地址。
- 限制通信带宽
- 原因：NAT设备通常会对网络流量进行一定的处理和限制，在处理大量P2P实时通信数据时，NAT设备的性能瓶颈可能会导致带宽受限。例如，一些NAT设备采用地址端口转换（NAPT）方式，在转换数据包时需要对端口进行映射和管理，这会消耗一定的资源，从而影响数据传输速率。
- 示例：假设NAT设备的处理能力为100Mbps，当P2P应用的通信流量接近或超过这个值时，就会出现带宽瓶颈，导致数据传输延迟、丢包等问题。
- 影响实时性
- 原因：NAT设备在进行地址转换和端口映射时会引入一定的处理延迟。对于实时通信应用，如语音或视频通话，这种延迟可能会导致音频或视频的卡顿、同步问题。另外，由于NAT可能会对数据包进行缓存和重组等操作，进一步增加了数据传输的延迟。
- 示例：在实时视频通话中，由于NAT延迟，接收方可能会出现视频画面卡顿、声音与画面不同步的现象。
优化策略
- STUN（Session Traversal Utilities for NAT）协议
- 原理：STUN服务器可以帮助处于NAT后的节点发现自己的公网地址和端口。节点向STUN服务器发送请求，STUN服务器在响应中返回节点经NAT转换后的公网地址和端口信息。这样，节点就可以将这个公网地址和端口告知通信对端，从而尝试建立连接。
- 应用方式：在P2P实时通信应用初始化时，每个节点向STUN服务器发送请求获取自己的公网地址和端口。在连接建立阶段，节点将从STUN服务器获取的信息发送给对方，以便对方尝试连接。
- TURN（Traversal Using Relays around NAT）协议
- 原理：当STUN无法解决连接问题时，TURN协议可以作为备用方案。TURN服务器充当中继，处于NAT后的节点将数据发送给TURN服务器，TURN服务器再将数据转发给通信对端。虽然这种方式增加了服务器的负载，但可以确保连接的建立。
- 应用方式：在应用中设置当使用STUN协议无法建立连接时，自动切换到TURN模式。节点向TURN服务器注册，并将TURN服务器的地址和分配的中继地址告知通信对端，双方通过TURN服务器进行数据中继传输。
- NAT穿透技术优化
- 主动打洞：两个处于NAT后的节点在知道对方公网地址和端口的情况下，同时向对方的公网地址和端口发送数据包。由于NAT设备通常会对外部主动发起的连接进行限制，但对内部主动发起的连接会创建映射表项，这样通过双方主动发送数据包，有可能在NAT设备上创建正确的映射，从而实现连接。
- UDP Hole Punching：利用UDP协议的特性进行NAT穿透。UDP是无连接协议，在某些NAT设备上，UDP数据包更容易穿透NAT。通过在应用中优先使用UDP协议进行连接尝试和数据传输，提高NAT穿透的成功率。同时，可以结合心跳机制，定期发送UDP数据包以保持NAT映射表项的有效性。
- 优化NAT设备配置
- 端口映射：在网络管理员可控的情况下，对NAT设备进行手动端口映射配置。将P2P实时通信应用使用的特定端口范围映射到内部网络节点的相应端口，这样可以减少NAT设备对应用数据处理的不确定性，提高连接成功率和通信性能。
- 升级NAT设备：如果可能，升级NAT设备到性能更高、对P2P应用支持更好的型号。一些新型NAT设备在处理P2P流量时具有更好的性能和穿透能力，能够减少对应用性能的影响。