NAT 内网穿透

1. NAT 类型
   1. 锥形 NAT
   2. 对称型 NAT (Symmetric NAT)
   3. 打洞
2. 实现

上次折腾完家里网络，配置各种应用耍了好久，最近在小伙伴交流时，聊到了内网穿透的问题，因为之前家里一直有公网 IP，而且自己一直也有 VPS，所以一直没有关注这个问题，正好来学习一下，补充补充知识。

NAT 类型

之前只在家里游戏机上感知到过 NAT 类型，但是没有深入了解过，通过资料查询，终于搞明白了大家常说的 NAT3、NAT4 是什么意思。
基础概念及 NAT 为什么会出现就不再继续赘述了，只记录下 NAT 类型的划分。
NAT 大类分为：锥形和对称型。划分根本就是源 IP:PORT 不变的情况下，NAT 转换后的 PORT 是否固定。固定既为锥形，不固定既为对称型。

锥形 NAT

锥形 NAT 又分位：完全锥形（Full cone NAT）、受限锥形（Restricted cone NAT）、端口受限锥形（Port restricted cone NAT）。
我的理解是这些划分更像是防火墙安全级别限制，受限锥形和端口受限锥形都是在接受报文时检查源 IP:PORT 是否曾被内网机器请求过对应的 IP 或 IP+PORT，如果不在则丢弃报文，完全锥形则不检查，直接转发报文。

对称型 NAT (Symmetric NAT)

对称 NAT，会同时根据内网设备出方向报文的源 IP、源端口号、目的 IP、目的端口号四个信息来建立 NAT 表项。如果报文的目的 IP、目的端口号发生了变化，映射到的外部端口号也会发生改变。

打洞

根据上面分类，可以看出，对称型 NAT 是不容易进行内网穿透的，但端口是有限的（65535），所以当只有一端是对称型 NAT 时，可以通过打洞的方式进行内网穿透。
下面参考 tailscale 文章，介绍下在对称型 NAT 下的打洞方式。how-nat-traversal-works

在生日悖论的基础上，可以通过端口猜测的方式，来进行打洞。

如图，单边 1024 次探测，可以达到 98% 的成功率，如果双边同时探测 256 次 也可以达到相同的成功率。所以在单侧对称型 NAT 的情况下，还是非常有可能打通的。
但如果双端都是对称型 NAT，成功率会骤降（一侧 256 次，一侧 2048 次，20 秒成功率也只有 0.01%）。

实现

一通学习之后，为什么不自己来实现一个 NAT 穿透工具呢，帮自己来一个不需要借助三方服务器就可以进行文件传输的小工具。于是就有了这个项目：tunnel。
已经初步实现了公司和家里的内网穿透，但只能简单通过 UDP 实现简单数据传输，下一步准备上层使用 QUIC 协议，方便应用层的开发。