NAT网络工作原理和NAT类型

NAT基本工作流程

通常情况下，某个局域网中，只有路由器的ip是公网的，局域网中的设备都是内网ip，内网ip不具备直接与外部应用通信的能力。

处于内网的设备如何借助NAT来实现访问外网的应用？

对于开启了NAT功能的局域网，其内部设备访问公网的流程大致是这样的：

1. 内网设备向公网应用发起应用时，会在报文中携带目的ip+目的端口，同时也会带上自己的局域网ip+端口
2. 设备的请求报文首先来到路由器，路由器开启了NAT功能
3. 此时NAT程序会改写报文中源ip+源端口为当前路由器自己的ip+端口，同时将这组映射关系写到NAT映射表中，继续发送给公网设备
4. 通过NAT映射表来记录这个映射关系，常规情况下，映射表是由设备局域网ip+局域网设备端口+路由器IP+路由器端口组成的
5. 当外部应用的响应或请求来到路由器时，NAT程序会根据报文中的目的ip+目的端口，在映射表找到对应的局域网设备，将这个报文继续转发给局域网设备
6. 一次完成的网络请求结束

NAT表的映射关系是由内网设备主动向公网设备发起请求而生成的。

公网设备无法主动访问内网设备，因此此时NAT表中不存在映射关系。

NAT打洞

在局域网中p2p设备同样是借助路由器的公网ip来完成数据传输的。

在p2p的通信模式下，每个peer需要知道对方peer的公网ip+端口，因此需要借助外部的服务来完成peer网络信息的交换，这个过程就是NAT打洞。

大致的流程：

1. 每个peer向一个公共的服务器发送一个请求
2. 服务器会记录下每个peer对应的公网ip，并把对方的公网ip发送给另一方
3. 双方peer获取到对应的公网ip+端口，接下来进行p2p通信

NAT类型

现实情况中，NAT并没有理想中的简单，NAT的规则存在不同的差异，因此可以大致可以将NAT的类型分为四种

再强调一遍：

NAT表的映射关系是由内网设备主动向公网设备发起请求而生成的。

公网设备无法主动访问内网设备，因此此时NAT表中不存在映射关系。

完全圆锥形

在NAT表中，每个局域网ip+端口都映射一个公网IP+端口，

当由局域网设备发起的任何请求，不区分目的ip，都会经过同一个公网ip+端口改写，同样，当NAT收到外网的请求或响应时，只要是对应的端口，就转发给对应的局域网设备。

只要外网的请求或响应的目的端口是同一个，那么就会根据NAT映射表转发给对应的局域网设备

即一个局域网设备在NAT映射表中只有一条记录

受限圆锥形

受限圆锥形NAT也叫ip受限型NAT，在NAT表中，处理局域网ip+局域网端口+公网ip+公网端口外，还记录了一条目的ip

因此只有特定的外网ip的请求才能转发给内部局域网设备。

即一个局域网设备每次请求不同的目的ip，都会有一条映射关系在NAT表中

端口受限圆锥形

对于局域网设备的请求的目的ip+端口进行限制，即使同一个目的ip，但端口不一致，也会在NAT中存在一条映射关系。

只有外网设备特定的ip+特定的端口，才能将请求转发给局域网设备。

对称形NAT

前面三种类型的NAT，无论局域网设备的目的ip+目的端口如何变化，都会被映射为同一个的外网ip+外网端口。

但对于对称形NAT，一旦目的ip+目的端口发生变化，那么映射到的公网端口也是不同的。

在对称形NAT网络下，peer设备是无法打洞成功的，因为每次请求不同的ip+不同的端口，都会产生一个新的公网port，peer设备无法准确获取到对方的网络信息。