P2P之NAT穿透问题

Stun协议（Rfc3489、详见http://www.ietf.org/rfc/rfc3489.txt） 提出了4种NAT类型的定义及其分类，并给出了如何检测
在用的NAT究竟属于哪种分类的标准。但是，具体到P2P程序如何应用Stun协议及其分类法穿越NAT，则是仁者见仁、智者见智。
（因为Stun协议并没有给出也没有必要给出如何穿越NAT的标准） 
在拙作“iptables与stun”一文中，笔者花大幅精力阐述了iptables理论上属于Symmetric NAT而非Port Restricted Cone。
对此，很多人（包括笔者最初学习Stun协议时）心中都有一个疑惑，即仅就Stun协议本身来说，Port Restricted Cone和
Symmetric NAT的区别似乎不大，虽然两者的映射机制是有点不同，但他们都具有端口受限的属性。初看起来，这两者在
穿越NAT方面的特性也差不多，尤其是对于外部地址欲往NAT内部地址发包的情况。既然如此，又为何有必要把iptables分得
这么清呢，本文顺带解决了读者在这一方面的疑惑。 
网站http://midcom-p2p.sourceforge.net/给出了P2P程序具体如何穿越NAT的一个思路，并提供了一个P2P协议穿越NAT兼容性的
测试工具natcheck。让我们仍旧用实例（例1）来说明这一思路吧！ 
A机器在私网（192.168.0.4） 
A侧NAT服务器（210.21.12.140） 
B机器在另一个私网（192.168.0.5） 
B侧NAT服务器（210.15.27.140） 
C机器在公网（210.15.27.166）作为A和B之间的中介 
A机器连接过C机器，假使是 A（192.168.0.4:5000）-> A侧NAT（转换后210.21.12.140:8000）-> C（210.15.27.166:2000） 
B机器也连接过C机器，假使是 B（192.168.0.5:5000）-> B侧NAT（转换后210.15.27.140:8000）-> C（210.15.27.166:2000） 
A机器连接过C机器后，A向C报告了自己的内部地址（192.168.0.4:5000），此时C不仅知道了A的外部地址
（C通过自己看到的210.21.12.140:8000）、也知道了A的内部地址。同理C也知道了B的外部地址（210.15.27.140:8000）和
内部地址（192.168.0.5:5000）。之后，C作为中介，把A的两个地址告诉了B，同时也把B的两个地址告诉了A。 
假设A先知道了B的两个地址，则A从192.168.0.4:5000处同时向B的两个地址192.168.0.5:5000和210.15.27.140:8000发包
，由于A和B在两个不同的NAT后面，故从A（192.168.0.4:5000）到B（192.168.0.5:5000）的包肯定不通，现在看
A（192.168.0.4:5000）到B（210.15.27.140:8000）的包，分如下两种情况： 
1、B侧NAT属于Full Cone NAT 
则无论A侧NAT属于Cone NAT还是Symmetric NAT，包都能顺利到达B。如果P2P程序设计得好，使得B主动到A的包也能借用
A主动发起建立的通道的话，则即使A侧NAT属于Symmetric NAT，B发出的包也能顺利到达A。 
结论1：只要单侧NAT属于Full Cone NAT，即可实现双向通信。

2、B侧NAT属于Restricted Cone或Port Restricted Cone 
则包不能到达B。再细分两种情况 
（1）、A侧NAT属于Restricted Cone或Port Restricted Cone 
虽然先前那个初始包不曾到达B，但该发包过程已经在A侧NAT上留下了足够的记录：
A（192.168.0.4:5000）->（210.21.12.140:8000）->B（210.15.27.140:8000）。如果在这个记录没有超时之前，
B也重复和A一样的动作，即向A（210.21.12.140:8000）发包，虽然A侧NAT属于Restricted Cone或Port Restricted Cone，
但先前A侧NAT已经认为A已经向B（210.15.27.140:8000）发过包，故B向A（210.21.12.140:8000）发包能够顺利到达A。
同理，此后A到B的包，也能顺利到达。 
结论2：只要两侧NAT都不属于Symmetric NAT，也可双向通信。换种说法，只要两侧NAT都属于Cone NAT，即可双向通信。

（2）、A侧NAT属于Symmetric NAT 
因为A侧NAT属于Symmetric NAT，且最初A到C发包的过程在A侧NAT留下了如下记录：
A（192.168.0.4:5000）->（210.21.12.140:8000）-> C（210.15.27.166:2000），故A到B发包过程在A侧NAT上留下的记录为：
A（192.168.0.4:5000）->（210.21.12.140:8001）->B（210.15.27.140:8000）（注意，转换后端口产生了变化）。
而B向A的发包，只能根据C给他的关于A的信息，发往A（210.21.12.140:8000），因为A端口受限，故此路不通。
再来看B侧NAT，由于B也向A发过了包，且B侧NAT属于Restricted Cone或Port Restricted Cone，故在B侧NAT上留下的记录为：
B（192.168.0.5:5000）->（210.15.27.140:8000）->A（210.21.12.140:8000），此后，如果A还继续向B发包的话
（因为同一目标，故仍然使用前面的映射），如果B侧NAT属于Restricted Cone，则从A（210.21.12.140:8001）来的包能够顺利到达B；
如果B侧NAT属于Port Restricted Cone，则包永远无法到达B。 
结论3：一侧NAT属于Symmetric NAT，另一侧NAT属于Restricted Cone，也可双向通信。

显然，还可得出另一个不幸的结论4，两个都是Symmetric NAT或者一个是Symmetric NAT、另一个是Port Restricted Cone，
则不能双向通信。 
上面的例子虽然只是分析了最初发包是从A到B的情况，但是，鉴于两者的对称性，并且如果P2P程序设计得足够科学，
则前面得出的几条结论都是没有方向性，双向都适用的。 
通过上述分析，我们得知，在穿越NAT方面，Symmetric NAT和Port Restricted Cone是有本质区别的，尽管他们表面上看起来相似。
我们上面得出了四条结论，而natcheck网站则把他归结为一条：只要两侧NAT都属于Cone NAT
（含Full Cone、Restricted Cone和Port Restricted Cone三者），即可双向通信。
而且natcheck网站还建议尽量使用Port Restricted Cone，以充分利用其端口受限的属性确保安全性。