udp协议怎么穿透Symmetric NAT

UDP协议穿透Symmetric NAT 主要依靠进行地址预测、使用STUN服务器、进行RELAY转发、结合ICE协议以及采用TURN服务器等技术解决。在这些技术中，使用STUN服务器进行NAT类型检测和端口预测是关键。

STUN服务器能帮助客户端发现其在公网上的IP地址和端口号。然后，客户端会尝试对等连接，若是Symmetric NAT，通常会失败，因为这种NAT对外的端口是随机的。这时，客户端会尝试预测NAT分配端口的行为，并再次发送数据包。成功穿透的关键在于预测的准确性和快速的响应尝试。

一、NAT简介与类型

网络地址转换（NAT）的主要作用是在局域网和外网之间转换地址，以解决IPv4地址不足的问题。NAT类型大致分为四种：全锥型（Full Cone）、受限锥型（Restricted Cone）、端口受限锥型（Port Restricted Cone）和对称型（Symmetric）。Symmetric NAT是最严格的NAT类型，也是最难以进行穿透的。

对称型NAT（Symmetric NAT） 的特点是只有来自先前已发送过数据包的内外地址和端口组合的数据才允许通过。对每一个新的目的地，都使用一个新的随机的端口。因此，这增加了实现UDP穿透的难度。

二、STUN服务器的作用

会话遍历工具对NAT（STUN，Session Traversal Utilities for NAT） 是一个网络协议，允许局域网内的客户端发现其被NAT分配的公网地址。STUN可以工作在现有的NAT设备上并不要求其它的网络设置。

STUN服务器 接收客户端的请求并返回它从公网看到的客户端的IP地址和端口信息。这是实施UDP穿透的第一步。STUN可以帮助客户端确定它们是否在NAT之后，以及NAT是何种类型。了解NAT的类型对于后继的穿透行为尤其重要。

三、NAT穿透技术

1. 地址和端口预测

当客户端使用Symmetric NAT时，每个请求的端口号可能都不相同。客户端可以通过多次与STUN服务器通信，来预测自己外出通信的端口号。当一定程度上掌握了NAT设备分配端口的模式后，客户端就可以尝试向预测的端口发送数据包，以期达到穿透的目的。

2. 利用TURN服务器中继

转换服务器（TURN，Traversal Using Relays around NAT） 允许NAT背后的客户端接收来自外部网络的数据。TURN是STUN的扩展，它设置了一个公网上的中继。由于Symmetric NAT对于直接的端到端通信有很高的限制，通过TURN服务器进行中继是一个有效的解决方案。

四、ICE协议

交互式连接建立（ICE，Interactive Connectivity Establishment） 是一种复合协议，它结合使用STUN和TURN服务器，以实现可靠的网络穿透。它能够让NAT背后的终端之间建立连接，并选择最佳的数据传输路径。

ICE协议 会首先尝试最直接的通信路径（如果有可能的话），比如使用STUN获取对应的映射地址，以实现UDP穿透。如果这失败了，它会转而使用TURN服务器来进行中继传输。

五、SDP和SIP的利用

会话描述协议（SDP）和会话发起协议（SIP）经常用在VoIP和视频会议应用中，这两个协议可以搭配ICE使用。SIP用于建立、修改和结束用户之间的会话，而SDP用于描述多媒体通信会话的信息。

在通信的初始阶段，SIP 和 SDP 可以帮助交换双方的NAT映射信息。这对于实现穿透是必要的步骤，因为双方必须知道对方在NAT后的公网地址和端口。

六、结合应用层协议

许多应用层协议如XMPP、MSNP和BitTorrent内建了一些适应NAT环境的机制。这些协议常常会要求两端用户的软件或者网络设备实现一些特定的NAT穿透策略。

对于Symmetric NAT，这些协议可能会实现类似ICE协议的机制，结合使用应用层中继（如TURN）和端口预测等策略。

实现UDP协议穿透Symmetric NAT是网络工程中的一个挑战，经常涉及复杂的交互和多方面的技术方案。不过，通过今天的讨论，我们可以看到通过综合运用STUN、TURN、ICE协议及端口预测等技术还是有可能实现穿透的，只是需要依据实际网络环境进行针对性的策略设计和调整。

相关问答FAQs：

1. 如何解决Symmetric NAT下的UDP协议穿透问题？

在Symmetric NAT环境下，UDP协议的穿透确实会面临一些困难。为了解决这个问题，可以采取以下方法：

使用端口预测：在UDP通信中，尝试预测Symmetric NAT会为响应分配的端口号，并在发送请求前打开相应的端口，以便接收响应。这可以通过模拟对方的通信行为来实现。
使用中继服务器：通过引入一个位于Symmetric NAT之外的中继服务器，使得UDP包可以在中继服务器与目标主机之间进行转发。这样，中继服务器便能够维护UDP通信的连接状态，实现穿透Symmetric NAT。
实施ICE（Interactive Connectivity Establishment）协议：ICE是一种用于穿透网络地址转换设备的协议，它可以帮助确定两台设备之间的最佳通信路径，使得UDP能够成功地穿透Symmetric NAT。

2. 为什么Symmetric NAT会导致UDP协议难以穿透？

Symmetric NAT会在每次UDP通信中随机选择一个端口号，并且将这个端口号与发送者的IP地址绑定起来。这意味着，当一个外部主机向被Symmetric NAT隐藏的主机发送UDP包时，Symmetric NAT不能准确地将UDP包转发给目标主机，因为它无法识别UDP包的目标。

此外，Symmetric NAT还会随机改变源IP地址和端口，使得外部主机无法通过响应的UDP包中的源IP地址和端口号来建立通信连接。

3. 除了穿透Symmetric NAT，UDP协议还有哪些应用场景？

除了在Symmetric NAT下的穿透之外，UDP协议还有许多其他应用场景。以下是其中一些常见的应用场景：