A. NAT穿透（UDP打洞）
NAT有兩大類，基本NAT和NAPT。
靜態NAT：一個公網IP對應一個內部IP，一對一轉換
動態NAT：N個公網IP對應M個內部IP，不固定的一對一轉換關系
現在基本使用這種，又分為對稱和錐型NAT。
錐型NAT ，有完全錐型、受限制錐型、埠受限制錐型三種：
對稱NAT ：
把所有來自相同內部IP地址和埠號，到特定目的IP地址和埠號的請求映射到相同的外部IP地址和埠。如果同一主機使用不同的源地址和埠對，發送的目的地址不同，則使用不同的映射。只有收到了一個IP包的外部主機才能夠向該內部主機發送回一個UDP包。對稱的NAT不保證所有會話中的(私有地址，私有埠)和(公開IP，公開埠)之間綁定的一致性。相反，它為每個新的會話分配一個新的埠號。
對稱NAT是一個請求對應一個埠，非對稱NAT是多個請求對應一個埠(象錐形，所以叫Cone NAT)。
連接伺服器為A，NAT檢測伺服器為B。
第一步：當一個接收客戶端(Endpoint-Receiver ,簡稱 EP-R)需要接收文件信息時，在其向連接伺服器發送文件請求的同時緊接著向檢測伺服器發送NAT檢測請求。此處再次強調是「緊接著」，因為對於對稱型NAT來說，這個操作可以直接算出其地址分配的增量(⊿p)。
第二步：當EP-R收到A或B的反饋信息時發現其外部地址與自身地址不同時就可以確定自己在NAT後面；否則，就是公網IP。
第三步：由伺服器A向B發送其獲得的EP-R的外部映射地址(IPa/Porta)，伺服器B獲得後進行比較，如果埠不同，則說明這是對稱型NAT，同時可以直接計算出其分配增量：
⊿p=Portb-Porta
第四步：如果埠號相同，則由B向EP-R的Porta發送連接請求，如果EP-R有響應，則說明EP-R沒有IP和Port的限制，屬於全ConeNAT類型。
第五步：如果沒有響應，則由伺服器B使用其新埠b』向EP-R的Portb埠發送連接請求，如果有響應，則說明EP-R只對IP限制，屬於限制性ConeNAT類型；否則就是對IP和port都限制，屬於埠限制性ConeNAT類型。
通過上述五步基本可以全部檢測出EP-R是否在公網，還是在某種NAT後面。
這也是一項可選配置任務，可根據需要為NAT 地址映射表配置老化時間，以控制用戶對NAT 配置的使用，確保內、外網的通信安全。
配置NAT 地址映射表項老化時間的方法也很簡單，只須在系統視圖下使用firewall-nat session { dns | ftp | ftp-data | http | icmp | tcp | tcp-proxy | udp | sip | sip-media | rtsp |rtsp-media }aging-time time-value 命令配置即可。參數 time-value的取值范圍為1～65 535的整數秒。如果要配置多個會話表項的超時時間需要分別用本命令配置。
預設情況下，各協議的老化時間為：DNS（120 s）、ftp（120 s）、ftp-data（120 s）、HTTP（120 s）、icmp（20 s）、tcp（600 s）、tcp-proxy（10 s）、udp（120 s）、sip（1 800 s）、sip-media （ 120 s ）、rtsp （ 60 s ）、rtsp-media （ 120 s ）， 可用undo firewall-natsession { all | dns | ftp | ftp-data | http | icmp | tcp | tcp-proxy | udp | sip | sip-media | rtsp |rtsp-media } aging-time 命令恢復對應會話表項的超時時間為預設值。
1、 中間伺服器保存信息、並能發出建立UDP隧道的命令
2、 網關均要求為Cone NAT類型。Symmetric NAT不適合。
3、 完全圓錐型網關可以無需建立udp隧道，但這種情況非常少，要求雙方均為這種類型網關的更少。
4、 假如X1網關為Symmetric NAT， Y1為Address Restricted Cone NAT 或Full Cone NAT型網關，各自建立隧道後，A1可通過X1發送數據報給Y1到B1(因為Y1最多隻進行IP級別的甄別)，但B2發送給X1的將會被丟棄（因為發送來的數據報中埠與X1上存在會話的埠不一致，雖然IP地址一致），所以同樣沒有什麼意義。
5、 假如雙方均為Symmetric NAT的情形，新開了埠，對方可以在不知道的情況下嘗試猜解，也可以達到目的，但這種情形成功率很低，且帶來額外的系統開支，不是個好的解決辦法。
6、 不同網關型設置的差異在於，對內會採用替換IP的方式、使用不同埠不同會話的方式，使用相同埠不同會話的方式；對外會採用什麼都不限制、限制IP地址、限制IP地址及埠。
7、 這里還沒有考慮同一內網不同用戶同時訪問同一伺服器的情形，如果此時網關採用AddressRestricted Cone NAT 或Full Cone NAT型，有可能導致不同用戶客戶端可收到別人的數據包，這顯然是不合適的。
為什麼網上講到的P2P打洞基本上都是基於UDP協議的打洞？難道TCP不可能打洞？還是TCP打洞難於實現？
假設現在有內網客戶端A和內網客戶端B，有公網服務端S。
如果A和B想要進行UDP通信，則必須穿透雙方的NAT路由。假設為NAT-A和NAT-B。
S也和A B 分別建立了會話，由S發到NAT-A的數據包會被NAT-A直接轉發給A，
由S發到NAT-B的數據包會被NAT-B直接轉發給B，除了S發出的數據包之外的則會被丟棄。
所以：現在A B 都能分別和S進行全雙工通訊了，但是A B之間還不能直接通訊。
並轉發給A了（即B現在能訪問A了）；再由S命令B向A的公網IP發送一個數據包，則
NAT-B能接收來自NAT-A的數據包並轉發給B了（即A現在能訪問B了）。
以上就是「打洞」的原理。
<pre style="margin: 0px; padding: 0px; white-space: pre-wrap; overflow-wrap: break-word;">為了保證A的路由器有與B的session，A要定時與B做心跳包，同樣，B也要定時與A做心跳，這樣，雙方的通信通道都是通的，就可以進行任意的通信了。</pre>
API造成的。
UDP的socket允許多個socket綁定到同一個本地埠，而TCP的socket則不允許。
這是這樣一個意思：A B要連接到S，肯定首先A B雙方都會在本地創建一個socket，
去連接S上的socket。創建一個socket必然會綁定一個本地埠（就算應用程序裡面沒寫
埠，實際上也是綁定了的，至少java確實如此），假設為8888，這樣A和B才分別建立了到
S的通信信道。接下來就需要打洞了，打洞則需要A和B分別發送數據包到對方的公網IP。但是
問題就在這里：因為NAT設備是根據埠號來確定session，如果是UDP的socket，A B可以
分別再創建socket，然後將socket綁定到8888，這樣打洞就成功了。但是如果是TCP的
socket，則不能再創建socket並綁定到8888了，這樣打洞就無法成功。
**UDP打洞**的過程大致如此：
1、雙方都通過UDP與伺服器通訊後，網關默認就是做了一個外網IP和埠號 與你內網IP與埠號的映射，這個無需設置的，伺服器也不需要知道客戶的真正內網IP
2、用戶A先通過伺服器知道用戶B的外網地址與埠
3、用戶A向用戶B的外網地址與埠發送消息，
4、在這一次發送中，用戶B的網關會拒收這條消息，因為它的映射中並沒有這條規則。
5、但是用戶A的網關就會增加了一條允許規則，允許接收從B發送過來的消息
6、伺服器要求用戶B發送一個消息到用戶A的外網IP與埠號
7、用戶B發送一條消息，這時用戶A就可以接收到B的消息，而且網關B也增加了允許規則
8、之後，由於網關A與網關B都增加了允許規則，所以A與B都可以向對方的外網IP和埠號發送消息。
TCP打洞 技術：
tcp打洞也需要NAT設備支持才行。
tcp的打洞流程和udp的基本一樣，但tcp的api決定了tcp打洞的實現過程和udp不一樣。
tcp按cs方式工作，一個埠只能用來connect或listen，所以需要使用埠重用，才能利用本地nat的埠映射關系。（設置SO_REUSEADDR，在支持SO_REUSEPORT的系統上，要設置這兩個參數。）
連接過程：（以udp打洞的第2種情況為例（典型情況））
nat後的兩個peer，A和B，A和B都bind自己listen的埠，向對方發起連接（connect），即使用相同的埠同時連接和等待連接。因為A和B發出連接的順序有時間差，假設A的syn包到達B的nat時，B的syn包還沒有發出，那麼B的nat映射還沒有建立，會導致A的連接請求失敗（連接失敗或無法連接，如果nat返回RST或者icmp差錯，api上可能表現為被RST；有些nat不返回信息直接丟棄syn包（反而更好）），（應用程序發現失敗時，不能關閉socket，closesocket（）可能會導致NAT刪除埠映射；隔一段時間（1-2s）後未連接還要繼續嘗試）；但後發B的syn包在到達A的nat時，由於A的nat已經建立的映射關系，B的syn包會通過A的nat，被nat轉給A的listen埠，從而進去三次握手，完成tcp連接。
從應用程序角度看，連接成功的過程可能有兩種不同表現：（以上述假設過程為例）
1、連接建立成功表現為A的connect返回成功。即A端以TCP的同時打開流程完成連接。
2、A端通過listen的埠完成和B的握手，而connect嘗試持續失敗，應用程序通過accept獲取到連接，最終放棄connect（這時可closesocket(conn_fd)）。
多數Linux和Windows的協議棧表現為第2種。
但有一個問題是，建立連接的client端，其connect綁定的埠號就是主機listen的埠號，或許這個peer後續還會有更多的這種socket。雖然理論上說，socket是一個五元組，埠號是一個邏輯數字，傳輸層能夠因為五元組的不同而區分開這些socket，但是是否存在實際上的異常，還有待更多觀察。
1、Windows XP SP2操作系統之前的主機，這些主機不能正確處理TCP同時開啟，或者TCP套接字不支持SO_REUSEADDR的參數。需要讓AB有序的發起連接才可能完成。
上述tcp連接過程，僅對NAT1、2、3有效，對NAT4（對稱型）無效。
由於對稱型nat通常採用規律的外部埠分配方法，對於nat4的打洞，可以採用埠預測的方式進行嘗試。
ALG（應用層網關） ：它可以是一個設備或插件，用於支持SIP協議，主要類似與在網關上專門開辟一個通道，用於建立內網與外網的連接，也就是說，這是一種定製的網關。更多隻適用於使用他們的應用群體內部之間。
UpnP ：它是讓網關設備在進行工作時尋找一個全球共享的可路由IP來作為通道，這樣避免埠造成的影響。要求設備支持且開啟upnp功能，但大部分時候，這些功能處於安全考慮，是被關閉的。即時開啟，實際應用效果還沒經過測試。
STUN（Simple Traversalof UDP Through Network）： 這種方式即是類似於我們上面舉例中伺服器C的處理方式。也是目前普遍採用的方式。但具體實現要比我們描述的復雜許多，光是做網關Nat類型判斷就由許多工作，RFC3489中詳細描述了。
TURN(Traveral Using Relay NAT)： 該方式是將所有的數據交換都經由伺服器來完成，這樣NAT將沒有障礙，但伺服器的負載、丟包、延遲性就是很大的問題。目前很多游戲均採用該方式避開NAT的問題。這種方式不叫p2p。
ICE(Interactive Connectivity Establishment)： 是對上述各種技術的綜合，但明顯帶來了復雜性。
B. 如何實現android和伺服器的長連接
轉載 這種功能實際上就是數據同步，同時要考慮手機本身、電量、網路流量等等限制因素，所以通常在移動端上有一下兩個解決方案:
1.一種是定時去server查詢數據，通常是使用HTTP協議來訪問web伺服器，稱Polling（輪詢）；
2.還有一種是移動端和伺服器建立長連接，使用XMPP長連接，稱Push（推送）。
從耗費的電量、流量和數據延遲性各方面來說，Push有明顯的優勢。但是使用Push的缺點是：
對於客戶端：實現和維護相對成本高，在移動無線網路下維護長連接，相對有一些技術上的開發難度。
對於伺服器：如何實現多核並發，cpu作業調度，數量龐大的長連接並發維護等技術，仍存在開發難點。
在講述Push方案的原理前，我們先了解一下移動無線網路的特點。
移動無線網路的特點：
因為 IP v4 的 IP 量有限，運營商分配給手機凳褲終端的 IP 是運營商內網的 IP，手機要連接 Internet，就需要通過運營商的網關做一個網路地址轉換（Network Address Translation，NAT）。簡單的說運營商的網關需要維護一個外網 IP、埠到內網 IP、埠的對應關系，以確保內網的手機可以跟 Internet 的伺服器通訊
GGSN（Gateway GPRS
Support Node 網關GPRS支持結點）模塊就實現了NAT功能。
因為大部分移動無線網路運營商都是為了減少網關的NAT映射表的負荷，所以如果發現鏈路中有一段時間沒有數據通訊時，會刪除其對應表，造成鏈路中斷。（關於NAT的作用及其原理可以查看我的另一篇博文：關於使用UDP(TCP)跨區域網，NAT穿透的心得）
Push在Android平台上長連接的實現：
既然我們知道我們移動端要和Internet進行通信，必須通過運營商的網關，所以，為了不讓NAT映射表失效，我們需要定時向Internet發送數據，因為只是為了不然NAT映射表失效，所以只需發送長度為0的數據即可。
這時候就要用到定時器，在android系統上，定時器通常有一下兩種：
1.java.util.Timer
2.android.app.AlarmManager
分析：
Timer:可以按照計劃或者時間周期來執行相關的任務。但是Timer需要用WakeLock來讓CPU保持喚醒狀態，才能保證任務的執行，這樣子會消耗大量流量；當CPU處於休眠的時候，就不能喚醒執行任務，所以應用於移動端明顯是不合適。
AlarmManager：AlarmManager類是屬於android系統封裝好來管理RTC模塊的管理類。悔粗銷這里就涉及到RTC模塊，要更好地了解兩者的區別，就要明白兩者真正的區別。
RTC（Real- Time Clock）實時鬧鍾在一個嵌入式系統中，通常採用RTC
來提供可靠的系統時間，包括時分秒和年月日等;而且要求在系統處於關碧游機狀態下它也能夠正常工作（通常採用後備電池供電），它的外圍也不需要太多的輔助電路，典型的就是只需要一個高精度的32.768KHz
晶體和電阻電容等。（如果對這方面感興趣，可以自己查閱相關資料，這里就說個大概）
好了，回來正題。所以，AlarmManager又稱全局定時鬧鍾。這意味著，當我用使用AlarmManager來定時執行任務，CPU可以正常地休眠，只有在執行任務是，才喚醒CPU，這個過程是很短時間的。
下面簡單來說明其使用：
1.類似於Timer功能：
//獲得鬧鍾管理器
AlarmManager
am = (AlarmManager)getSystemService(ALARM_SERVICE);
//設置任務執行計劃
am.setRepeating(AlarmManager.ELAPSED_REALTIME, firstTime, 5*1000,
sender);//從firstTime才開始執行，每隔5秒再執行
2.實現全局定時功能：
//獲得鬧鍾管理器
AlarmManager
am = (AlarmManager)getSystemService(ALARM_SERVICE);
//設置任務執行計劃
am.setRepeating(AlarmManager.ELAPSED_REALTIME_WAKEUP, firstTime,
5*1000, sender);//從firstTime才開始執行，每隔5秒再執行
總結：在android客戶端使用Push推送時，應該使用AlarmManager來實現心跳功能，使其真正實現長連接。