NAT

NAT（Network Address Translation）技术是一种网络协议技术，它主要用于将私有网络中的IP地址转换为公共网络中的IP地址，以实现私有网络与公共网络之间的通信。NAT技术的主要作用是解决IPv4地址不足的问题。NAT技术可以提高网络的安全性，因为它隐藏了私有网络中的设备信息，使得公共网络无法直接访问这些设备。同时，NAT技术也可以帮助解决IP地址冲突的问题，因为私有网络中的设备可以使用相同的公网IP地址，而只需在与公共网络连接时进行地址转换。

NAT类型

根据端口映射方式,NAT可分为如下4类,前3种NAT类型可统称为cone类型。

(1)全克隆( Full Cone) : NAT把所有来自相同内部IP地址和端口的请求映射到相同的外部IP地址和端口。任何一个外部主机均可通过该映射发送IP包到该内部主机。

(2)限制性克隆(Restricted Cone) : NAT把所有来自相同内部IP地址和端口的请求映射到相同的外部IP地址和端口。但是,只有当内部主机先给IP地址为X的外部主机发送IP包,该外部主机才能向该内部主机发送IP包。

(3)端口限制性克隆( Port Restricted Cone) :端口限制性克隆与限制性克隆类似,只是多了端口号的限制,即只有内部主机先向IP地址为X,端口号为P的外部主机发送1个IP包,该外部主机才能够把源端口号为P的IP包发送给该内部主机。

(4)对称式NAT ( Symmetric NAT) :这种类型的NAT与上述3种类型的不同,对称NAT不使用一致的端口映射，所以当同一内部主机与不同外部（IP：端口）主机进行通信时, NAT会为每个新的会话分配一个新的端口号。其过滤规则也几乎总是端口限制（只允许从你联系的具体目的地返回流量）。

一般只有前三种类型可以打洞。

公网地址和端口的测试

本人通过代码测试在云主机和本地环境进行测试。客户端使用socket每次向云主机建立tcp或者udp连接，云主机就会打印客户端地址。并且客户端自身也会打印本地的地址和端口

发现每次客户端与服务器建立的tcp连接，新建tcp socket，连接云服务器，关闭tcp socket的过程，云主机显示客户端公网地址不变，但是端口发生了改变。本机的ip地址不变，分配的端口发生了改变
使用多个tcp socket与多个外部地址建立连接，公网ip不变，端口发送改变。本地主机分配的端口也发生改变。
客户端与云主机使用udp连接，建立udp socket，使用这个udp socket向服务端多次发送消息，其公网地址和端口都不会发送改变。或者给其他的外部地址消息，其公网ip与端口都不会发生改变。本机的端口和地址也不会改变。如果关闭udp socket，再新建udp socket，再发送消息，就会导致公网端口改变。本机的端口也会改变

打洞的原理

根据NAT类型可以知道，NAT网关对于不请自来的发到内网设备的数据包会丢弃。而如果内网的设备主动向外部地址发送数据包，之后这个外部地址就可以发送到内网设备。就相当于打了一个洞，通知NAT网关信任这个外部地址。

如何让一个私网内的设备和其他私网内的设备进行直连，就需要借助一个具有公网ip的服务器S来协助打洞过程。

UDP打洞

我经过公网地址和端口的测试。udp可以使用同样的地址和端口发送给其他地址，所以udp打洞很简单，原理就是

客户端A向服务器S不停的发送UDP数据包，S记录A的公网地址和端口
客户端B向服务器S不停的发送UDP数据包，S记录B的公网地址和端口
服务器S将B的公网地址和端口发送给A，将A的公网地址和端口发送给B
A开始向B的公网地址端口发送任意UDP消息，这样就在A的NAT网关上打了一个洞。B开始向A的公网地址端口发送任意UDP消息，这样就在B的NAT网关上打了一个洞。
之后A和B再发送消息就可以进行正常的UDP通信了。

TCP打洞

TCP打洞的难度比UDP高一个数量级，原因在于：

TCP是有状态的 —— NAT必须看到完整的三次握手，否则不转发数据。
TCP端口复用的限制 —— 操作系统通常不允许两个socket绑定同一个端口（除非设置SO_REUSEPORT）。
AT对TCP的清洗更严格 —— 很多NAT会拦截非SYN的TCP包，或者强制校验TCP序列号。

本人没有测试成功，我使用一个socket与服务端建立连接，使用新的socket建立与客户端的连接，此时自己的不仅主机端口会改变，而且公网端口更会改变，而这个新的通信端口服务器不可能知道，对方客户端更不可能知道，所以与对方打洞是不可能成功的。

IPV6将代替IPV4

现在IPV6技术普遍。安装网络按照规定都是开启IPV6支持的，会更容易实现用户直连。