1．RFC3489 - STUN
RFC 3489 《STUN – Simple Traversal of UDP Through NATs》（《简单的用UDP穿透NATs》）描述了一套用于使UDP穿过NAT的协议，本文并不关心STUN协议的实现，如STUN Client或Server。相反我们更关心作为STUN穿透对象的NAT。
NAT是为了解决网络地址资源的问题出现的一种折中办法，显然使用NAT并不如拥有一个专用的Internet地址来得方便，但是从另一个角度看，NAT也为网络提供了许多安全保障。NAT的实现细节是多种多样的，但总的来说，越开放的则越危险，越封闭的则越安全。
2．NAT 的划分
RFC3489中将NAT的实现分为四大类：
1．Full Cone NAT 完全锥形NAT
2．Restricted Cone NAT 限制锥形NAT（可以理解为IP限制）
3．Port Restricted Cone NAT 端口限制锥形NAT（IP+Port限制）
4．Symmetric NAT 对称NAT
其中完全锥形的穿透性最好，而对称形的安全性最高。
1．锥形NAT与对称NAT的区别
所谓锥形NAT是指：只要是从同一个内部地址和端口出来的包，无论目的地址是否相同，NAT都将它转换成同一个外部地址和端口。
“同一个外部地址和端口”与“无论目的地址是否相同”形成了一个类似锥形的网络结构，也是这一名称的由来。
反过来，不满足这一条件的即为对称NAT。
举个例子：
NAT内的主机A： IP记为A，使用端口1000
NAT网关： IP记为NAT，用于NAT的端口池假设为（5001-5999）
公网上的主机B： IP记为B，开放端口2000
公网上的主机C： IP记为C，开放端口3000
假设主机A先后访问主机B和C
1）如果是锥形NAT：
那么成功连接后，状态必然如下：
A（1000） ——> NAT（5001）——> B（2000）
A（1000） ——> NAT（5001）——> C（3000）
也就是说，只要是从A主机的1000端口发出的包，经过地址转换后的源端口一定相同。
2）如果是对称形NAT：
连接后，状态有可能（注意是可能，不是一定）如下：
A（1000） ——> NAT（5001）——> B（2000）
A（1000） ——> NAT（5002）——> C（3000）
两者的区别显而易见。
2．三种CONE NAT之间的区别
仍然以上面的网络环境为例：
假设A先与B建立了连接，
A（1000） ——> NAT（5001）———> B（2000）
1）Port Restricted Cone NAT
只有B（2000）发往NAT（5001）的数据包可以到达A（1000）
B（2000） ——> NAT（5001） ———> A（1000）
B（3000） ——> NAT（5001） —X—> A（1000）
C（2000） ——> NAT（5001） —X—> A（1000）
2）Restricted Cone NAT
只要是从B主机发往NAT（5001）的数据包都可以到达A（1000）
B（2000） ——> NAT（5001） ———> A（1000）
B（3000） ——> NAT（5001） ———> A（1000）
C（2000） ——> NAT（5001） —X—> A（1000）
3）Full Cone NAT
任意地址发往NAT（5001）的数据包都可以到达A（1000）
B（2000） ——> NAT（5001） ———> A（1000）
B（3000） ——> NAT（5001） ———> A（1000）
C（3000） ——> NAT（5001） ———> A（1000）
3．Linux的NAT
Linux的NAT“MASQUERADE”属于对称形NAT。
说明这一点只需要否定MASQUERADE为锥形NAT即可。
Linux在进行地址转换时，会遵循两个原则：
1、尽量不去修改源端口，也就是说，ip伪装后的源端口尽可能保持不变。
2、更为重要的是，ip伪装后必须保证伪装后的源地址/端口与目标地址/端口（即所谓的socket）唯一。
假设如下的情况：
内网有主机A和D，公网有主机B和C。
先后建立如下三条连接：
A（1000） ——> NAT（1000）——> B（2000）
D（1000） ——> NAT（1000）——> C（2000）
A（1000） ——> NAT（1001）——> C（2000）
可以看到，前两条连接遵循了原则1，并且不违背原则2
而第三条连接为了避免与第二条产生相同的socket而改变了源端口
比较第一和第三条连接，同样来自A(1000)的数据包在经过NAT后源端口分别变为了1000和1001。说明Linux的NAT是对称NAT。
4．对协议的支持
CONENAT要求原始源地址端口相同的数据包经过地址转换后，新源地址和端口也相同，换句话说，原始源地址端口不同的数据包，转换后的源地址和端口也一定不同。
那么，是不是Full Cone NAT的可穿透性一定比Symmetric NAT要好呢，或者说，通过Symmetric NAT可以建立的连接，如果换成Full Cone NAT是不是也一定能成功呢？
假设如下的情况：
内网有主机Ａ和Ｄ，公网有主机Ｂ和Ｃ，某UDP协议服务端口为2000，并且要求客户端的源端口一定为1000。
１）如果Ａ使用该协议访问Ｂ
A（1000） ——> NAT（1000）———> B（2000）
由于Linux有尽量不改变源端口的规则，因此在1000端口未被占用时，连接是可以正常建立的
如果此时Ｄ也需要访问Ｂ
D（1000） ——> NAT（1001）—Ｘ—> B（2000）
端口必须要改变了，否则将出现两个相同的socket，后续由B(2000)发往ＮＡＴ（1000）的包将不知道是转发给Ａ还是Ｄ。
于是Ｂ将因为客户端的源端口错误而拒绝连接。
在这种情况下，MASQUERADE与CONENAT的表现相同。
２）如果Ａ连接Ｂ后，Ｄ也像Ｃ发起连接，而在此之后，Ａ又向Ｃ发起连接
① A（1000） ——> NAT（1000）———> B（2000）
如果是MASQUERADE：
② D（1000） ——> NAT（1000）———> C（2000）
③ A（1000） ——> NAT（1001）—Ｘ—> C（2000）
如果是CONENAT：
② D（1000） ——> NAT（1001）—Ｘ—> C（2000）
③ A（1000） ——> NAT（1000）———> C（2000）
对于MASQUERADE来说，只要在没有重复的socket的情况下，总是坚持尽量不改变源端口的原则，因此第二条连接仍然采用源端口1000，而第三条连接为了避免重复的socket而改变了端口。
对于CONENAT，为了保证所有来自A(1000)的数据包均被转换为NAT(1000)，因此D在向C发起连接时，即使不会产生重复的socket，但因为NAT的1000端口已经被A(1000)“占用”了，只好使用新的端口。
可以看出，不同的target产生不同的结果。我们也不能绝对的说，在任何时候，全锥形NAT的可穿透性都比对称NAT要好，比如上面的例子，如果只存在连接①和②，显然是对称形NAT要更适用。
因此，选择哪种NAT，除了对网络安全和普遍的可穿透性的考虑外，有时还需要根据具体应用来决定。
