本期智汇华云，华云数据特别邀请到华云数据网络组开发工程师许猛为大家带来“VPP全锥型NAT实现”。

内容介绍

在现实Internet网络环境中，大多数计算机主机都位于防火墙或NAT之后，只有少部分主机能够直接接入Internet。很多时候，我们希望网络中的两台主机能够直接进行通信，即所谓的P2P通信，而不需要其他公共服务器的中转。由于主机可能位于防火墙或NAT之后，在进行P2P通信之前，我们需要进行检测以确认它们之间能否进行P2P通信以及如何通信。这种技术通常称为NAT穿透（NAT Traversal）。最常见的NAT穿透是基于UDP的技术，如RFC3489中定义的STUN协议。

RFC5780为了检测NAT类型，对NAT定义了三种映射规则Mapping跟Filtering，组合形成9种类型，包含RFC3489种定义的4种类型：Full Cone NAT、Restricted Cone NAT、Port Restricted Cone NAT、Symmetric NAT。

根据NAT实现原理，对称NAT安全性最高，全锥形NAT安全性最低，这也意味着对称NAT实现P2P条件最苛刻。VPP作为网络转发平面，VPP默认支持对称型NAT，要实现P2P必须要求对方为全锥形NAT，在现实网络环境中，网络路径中几乎不存在，为了最大程度支持P2P，VPP实现全锥形NAT，这种模式下，很适合类似视频推流里P2P。

NAT类型分类

RFC3489NAT的UDP的实现方式有4种类型：

l  Full Cone NAT： 

完全锥形NAT，所有从同一个内网IP和端口号发送过来的请求都会被映射成同一个外网IP和端口号，并且任何一个外网主机都可以通过这个映射的外网IP和端口号向这台内网主机发送包。

l  Restricted Cone NAT：

限制锥形NAT，它也是所有从同一个内网IP和端口号发送过来的请求都会被映射成同一个外网IP和端口号。与完全锥形不同的是，外网主机只能够向先前已经向它发送过数据包的内网主机发送包。

l  Port Restricted Cone NAT：

端口限制锥形NAT，与限制锥形NAT很相似，只不过它包括端口号。也就是说，一台IP地址X和端口P的外网主机想给内网主机发送包，必须是这台内网主机先前已经给这个IP地址X和端口P发送过数据包。

l  Symmetric NAT：

对称NAT，所有从同一个内网IP和端口号发送到一个特定的目的IP和端口号的请求，都会被映射到同一个IP和端口号。如果同一台主机使用相同的源地址和端口号发送包，但是发往不同的目的地，NAT将会使用不同的映射。此外，只有收到数据的外网主机才可以反过来向内网主机发送包。

RFC5780中9种NAT类型：

下面介绍一种Mapping Behavior（映射规则）和 Fieltering Behavior（过滤规则）：

Mapping Behavior：

l  Endpoint-Independent Mapping：

对于一个内网的EedpointP，其对应的外网EndpointG是基本固定的，不会随着通讯外部主机的不同而变化。

Filtering Behavior：

l  Endpoint-Independent Filtering：

对于这种过滤型，NAT在主机的一个外网EndpointG1收到包，只要找到与之对应的内网EndpointP1，NAT就会转发这个资料包给相应的内网EndpointP1，不管这个资料包的来源是哪里。（安全性最低，穿透性最高）

VPP Full Cone NAT

VPP通过三元组（其实是四元组，fib用来做）记录内网IP跟出口网关的对应关系以及协议，而不记录对端IP以及PORT，所以回程不会检查过滤源IP及PORT。

简化版NAT报文处理流程如下，文件in2out.c out2in.c：

1、 内网发起的对外请求

2、 查找user的in2out表，如果不存在则根据映射算法计算出 NAT转换后的IP、PORT，建立转换关系in2out以及out2in表

3、 根据映射关系替换原始包头的IP、PORT重新计算校验和

4、 发送报文

5、 外网回复报文，进入到out2in流程，查找out2in表，找到对应映射关系

6、 根据映射关系替换原始包头的IP、PORT重新计算校验和

7、 接受报文

8、 发送给内网地址

In2out处理简化流程：

Out2in处理流程：